裴 忠，張 峰

(天通吉成機器技術(shù)有限公司，浙江 海寧 314400)

單面研磨拋光晶片研磨一致性研究

裴 忠，張 峰

(天通吉成機器技術(shù)有限公司，浙江 海寧 314400)

針對LED襯底材料藍寶石在單面研磨拋過程存在的研磨一致性問題。從運動學(xué)理論出發(fā)，計算陶瓷盤上任意點的絕對運動方程；通過計算公式來判斷任意點的研磨速度；揭示了研磨（拋光）盤和研磨（拋光）頭角速度的變化對藍寶石晶片研磨一致性的影響。

藍寶石；研磨拋；一致性；運動方程；單面

運動是研磨拋光的理論基礎(chǔ)。通過運動實現(xiàn)工件和研磨盤之間的相對摩擦，在摩擦的過程中實現(xiàn)了磨粒切削、滑擦、化學(xué)反應(yīng)等，從而達到材料的去除。而去除材料量的一致性是單面研磨拋光的重點。為了節(jié)約成本，提高效率，藍寶石晶片在單面研磨拋光過程中，往往在陶瓷盤上貼上2～3圈，因此對不同半徑上的藍寶石晶片的材料去除量是否一致關(guān)系到整臺研磨成品率的高低。而影響材料去除量的因素有壓力、磨粒大小、速度。壓力和磨粒的大小對于陶瓷盤上不同半徑處晶片的影響都是均勻的。因此只有速度才是影響整個陶瓷盤上晶片一致性的關(guān)鍵因素。

1 單面研磨拋光運動原理

本文研究的單面研磨拋光運動，主要運動原理是研磨（拋光）頭和研磨（拋光）盤分別在不同電機的帶動下做自轉(zhuǎn)運動，通過研磨（拋光）頭和研磨（拋光）盤之間的相對運動實現(xiàn)陶瓷盤上晶片的研磨拋光。陶瓷盤上晶片的貼片位置如圖1所示，單面研磨拋光的運動原理如圖2所示。

圖1 陶瓷盤上晶片的貼片位置

圖2 單面研磨拋光的運動原理

2 單面研磨拋光的運動模型

如圖3所示，設(shè)XOY為固定坐標(biāo)系，X1O1Y1為動坐標(biāo)系。M為陶瓷盤上任意一點。W1為研磨（拋光）頭的角速度，W2為研磨（拋光）盤的角速度。

經(jīng)過時間t，點M的運動位置如圖4所示，坐標(biāo)系X1O1Y1在坐標(biāo)系XOY中轉(zhuǎn)過的角度為a，點M在坐標(biāo)系X1O1Y1中轉(zhuǎn)過的角度為b。設(shè)OO1=L，O1M=r，其中 a=W2t，b=W1t。

點M在坐標(biāo)系X1O1Y1中的運動方程：

圖3 任意點M在坐標(biāo)系中的初始位置

圖4 任意點M經(jīng)過時間t后的位置

坐標(biāo)系X1O1Y1與坐標(biāo)系XOY的變換關(guān)系：

將 OO1=L，O1M=r，a=W2t，b=W1t代入(1)、(2)式，并將(1)代入(2)可得M點的運動方程：

將(3)對時間t求導(dǎo)可得M點的速度公式：

根據(jù)(4)可得點M的速度為：

當(dāng)W1=-W2時

速度V與半徑r無關(guān)。

3 結(jié) 論

通過對陶瓷盤上任意點M運動方程的建立，可以得到，當(dāng)研磨（拋光）頭和研磨（拋光）盤的角速度大小相等，方向相反的時候，任意點M的速度與半徑r無關(guān)。即陶瓷盤上的任意點的速度都是均勻相等的。這樣就能保證陶瓷盤上的任意圈上貼的晶片的研磨速度是一致的。整個陶瓷盤上晶片的研磨去除量是一致的。因此，在單面研磨拋光的過程中，研磨（拋光）頭和研磨（拋光）盤的角速度對控制研磨（拋光）時整個陶瓷盤上晶片的尺寸一致性有重大影響。

[1] 王軍，孫軍，楊信偉，等.晶片行星式研磨拋光機運動模擬的研究[J].機械設(shè)計與制造，2000，(2)：55-56.

[2] 吳宏基，曹利新，劉健，等.行星式平面研磨機研拋過程運動軌跡分析[J].大連理工大學(xué)學(xué)報，2002，42(4)：451-455.

[3] 佐佐木重夫.微分幾何學(xué)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1963.

[4] 姜學(xué)文.超精研拋技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1988.

[5] Venkacesh V.C.，Inasaki I，Toenshoff H.K.，Nakaga Wa T.and Marinescu I.D.Polishing and Ultra-Precision Machining of Semiconducter Substrate Materials[J].Annals of the CIRP，1995，44(2)：1-7.

Consistency about Single Abrasive Polishing Wafer Lapping

PEI Zong，ZHANG Feng
(TDG Machinery Technology Co.，Ltd，Haining 314400，China)

LED sapphire substrate material for grinding polishing process in the presence of single-sided grinding consistency issues.From the kinematic theory to calculate any point on the ceramic plate absolute motion equations.Determine the polishing rate at any point by calculating formula.Have revealed that the angular velocity of the lapping (polishing)plate and the lapping(polishing)head，which can affect the polishing rate of the sapphire wafer.

Sapphire；Polishing；Consistency；Equation of motion；Single sided

TN305

B

1004-4507(2017)05-0024-03

2017-06-07

裴忠(1985-)，男，工程碩士，電氣工程師，主要從事自動化設(shè)計，軟件開發(fā)。