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高精度双面同步研磨抛光机的研究

高精度双面同步研磨抛光机的研究

一、项目目的意义

1.项目提出背景与意义

（1)项目背景

近些年伴随着产品大环境的改变、经济一体化进程的提升对产品

性能的要求日益苛刻。高精密加工产业也是不断地提高自身设备的加

工精度，双面抛光技术作为晶片超光滑表面加工的最有效手段，不但

对器件的加工精度要求越来越高，而且对于制作器件原材料的加工要

求也在提高，而且对于制作器件原材料的加工要求也在提高。例如作

为晶片振荡片的石英晶片，对其振荡频率影响极其明显的便是晶片的

厚度;光电行业中蓝宝石晶片经常被用作衬底片，晶片的厚度越小散热

越快，器件的性能发挥也就越好;与此同时表面粗糙度的减小;也在同体

积情况下集成度越高，性能随之越好;加工工件的厚度越小也就是变得

越薄，对于原材料的消耗也在减少，极大地提高材料的利用率从而降

低产品的生产成本，加大了企业的利润和市场的竞争力。

所以精密磨削加工技术，己经成为现代机械制造业最重要的发展

方向之一。在提高产品的性能、质量和发展高新技术中起着至关重要

的作用;石英晶体、石墨、蓝宝石、光学水晶、玻璃等非金属材料的平

面研磨和抛光，由于要求精度高，需使用研磨抛光机对其进行研磨抛

光。传统的抛光研磨机采用行星传动结构，与游星轮啮合的太阳轮和

齿圈均采用销齿，降低了材料成本，便于维护，但是实际生产时，销

齿比游星轮齿轮要高出许多，在传动时，与游星轮接触的销齿下端磨

损快，上端磨损较少，导致磨损不均匀，影响传动的效果，进而影响

了加工的精度，和零件的使用寿命。并且，在研磨时会产生大量的

热，如果温控不合格，会直接影响加工精度。

（2）项目意义

飞速发展的光电子信息产业不断带动着像硅晶片、蓝宝石晶片等

一系列人工晶片，人工晶片表面平整度和表面粗糙度也朝着高精度、

高质量的方向发展。然而晶片的表面平整度和粗糙度等表面质量的好

坏取决于超精密加工的好坏，即研磨和抛光所达到最小表面粗糙度。

因此如何有效的获得晶片的超平滑无损伤表面己经成为研磨和抛光加

工技术的主要研究方向。

如今磨削加工技术中依然存在的下端磨损快，上端磨损较少，导

致磨损不均匀，影响了加工的精度和零件的使用寿命；并且，在研磨

时会产生大量的热，如果温控不合格，会直接影响加工精度等问题。

本项目主要针对以上问题，提供一种高精度双面同步研磨抛光机，实

现销齿的同步升降，使齿销磨损均匀，提高精度及使用寿命。

目前国内在超精密加工研究应用这一领域落后于其他发达国家，

所以本项目独立研发拥有自主知识产权的超精密双面研磨/抛光机并依

此进行超精密加工工艺技术的基础研究，为新研制的具有自主产权的

双面抛光机提供优化的工艺参数，这不但对我国超精密加工领域具有

理论指导意义同时也为日后实际加工带来巨大的经济收益。

2.国内外发展现状与趋势

（1)发展现状

①国外研究现状

精密磨削加工技术，世界范围内处于领先地位的有美国、日本和

英国等一些西方国家，技术水平先进、设备成套水平高而且商品化程

度高。他们不仅对抛光运动机理进行了深入研究，而且

在抛光机机械结构上做了改进，同时将各自国家核心先进技术应

用到该研磨/抛光技术的研发，制造衍生出许多不同功能的新设备。

目前国外对双面研磨/抛光机的结构设计及应用进行深入研究的机

构和公司有Appliedmaterials(美)、IPECPlanar(美)、Ebara(日本)等，

这些公司凭借在各自领域的强大科研成果与高新技术，以自身在机械、

材料和控制方面的优势项目进行不同特色双面研磨/抛光机的研制。日

本理化研究所基于ELID磨削技术重新选用研磨颗粒，依此研制了以固

着磨粒双面抛光加工晶片材料的双面研磨抛光机。美国的

PRHOFFMAN公司采用独特的抛光垫材料、镶嵌式行星轮、精度高的

抛光盘及精密的控制系统自主开发研制的双面研磨/抛光机可实现最薄

0.025mm晶片的超精密抛光加工（如下图1-1和1-2所示)。

图1-1PRHOFFMAN双面研磨/抛光机

图1-2镶嵌式行星轮

国外的公司从自身的技术、材料、研发力量等方面综合考虑，各

自选择不同研制方向来进行双面研磨/抛光机的设计，目前国外主要研

究方向:(1)材