一种用于薄片研抛的无动力真空吸附装置的制作方法

1.本发明属于精密加工技术领域，涉及一种用于薄片研抛的无动力真空吸附装置。


背景技术：

2.薄片零件主要应用于电子芯片、硅片、光学玻璃等领域。传统薄片零件的超精加工方法，包括常用的真空吸附法，胶粘法。发明发明[cn110098143a]公开了一种芯片吸附装置及芯片键合系统，这种真空吸附装置需要真空泵提供动力源，且不能用环抛的方式加工等。采用胶粘法可实现薄片零件的研磨加工。胶粘法是通过将工件粘结在一精度和刚性较好的专用平板上，用平板带动薄片零件进行研磨加工。采用这种方法加工薄片零件，需要进行解胶操作，处理不当会影响零件的加工精度，另外，胶粘的均匀性、强度等因素是影响，也会造成研磨精度的下降。薄片零件属于弱刚度零件，研磨压力大小、分布及均匀性均会影响零件的加工精度。
[0003]
环抛机是一种采用环抛工艺加工超精密平面的设备，主要用于光学玻璃、硅、kdp晶体、超精密金属模具等平面的研磨抛光，广泛应用于航空航天、国防及精密机械领域。采用环抛工艺可实现用作平面测量基准的标准圆平晶(直径为150mm)的超精密加工，1级平晶平面度可达50nm。然而，薄片零件不能直接用环抛工艺加工。薄片零件的高精度夹持是首要解决的难题。


技术实现要素：

[0004]
为采用环抛工艺加工高平面精度的薄片零件，本发明提出一种用于薄片研抛的无动力真空吸附装置，通过调压筒调节筒内真空度，利用真空吸附薄片工件进行研磨或抛光。在研抛过程中调压筒内的真空度会逐渐变小，使薄片工件的吸附力减小，该现象有利于薄片工件吸附应力的释放，进而提高薄片零件研抛的平面精度；本发明通过螺纹抬升活塞的高度来调节调压筒内的真空度，无需额外动力源，节能环保，使用便携，既可以手持在研磨平板上研抛，也可以放置在环抛机上进行自动研抛，可用于芯片级硅片的超精密研抛加工。
[0005]
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0006]
一种用于薄片研抛的无动力真空吸附装置，包括真空压力表1、调压筒2、活塞筒3、活塞杆4、活塞5、真空吸盘6、锁紧螺母7、小密封环8、大密封环9、加压环10。
[0007]
所述的活塞筒3置于调压筒2内，其筒壁上设有外螺纹，活塞筒3上下表面为开口结构，底面固定在真空吸盘6上表面。
[0008]
所述的调压筒2的上表面设有螺纹孔，调压筒2内壁设有内螺纹，与活塞筒3外螺纹相互配合。调压筒2上表面中部设有通孔，与活塞杆4中间通孔对应，用于穿过真空压力表1的测量孔。旋转调压筒2向上增加活塞筒3内部真空度，向下减小活塞筒3内部真空度。
[0009]
所述的活塞杆4、活塞5置于活塞筒3内，活塞5通过锁紧螺母7固定在活塞杆4的底部，活塞杆4顶部通过设有圆环凸起，圆环凸起上设有与螺纹孔，与调压筒2上表面螺纹孔对应，二者通过螺钉固连。所述活塞杆4上设有均布的通孔，且活塞杆4中间设有一通孔，通孔
上部连通真空压力表1的测量孔，下部穿过活塞5连通不锈钢底盘6-1的密封管螺纹孔6-1-2，其中，真空压力表1位于调压筒2上方。
[0010]
所述的真空吸盘6由不锈钢底盘6-1和多孔陶瓷盘6-2组成，多孔陶瓷盘6-2粘在不锈钢底盘6-1内，多孔陶瓷盘6-2外壁面与不锈钢底盘6-1内避免之间留有一个小的空腔。所述真空吸盘连接面6-1-1中部设有一个密封管螺纹孔6-1-2，且连接面6-1-1上还设有均布的螺纹孔，通过螺钉与活塞筒3底面连接。通过密封管螺纹孔6-1-2和空腔，活塞筒3内部空腔和多孔陶瓷盘6-2的微孔连通，从而达到吸附薄片的目的；在薄片研抛完后，可以通过密封管螺纹孔6-1-2连接空气泵，将多孔陶瓷盘微孔内杂质和研抛剂等吹走。
[0011]
当薄片吸附在真空吸盘6上时，薄片研抛真空吸附装置内部的真空压力表1的测量孔、活塞筒3内腔、活塞杆4通孔，不锈钢底盘密封管螺纹孔6-1-2、多孔陶瓷盘6-1-2和不锈钢底盘6之间的空腔、多孔陶瓷盘6-2内微孔之间形成一个密封空间。
[0012]
进一步的，所述活塞杆4上部开有小环形槽，用来在活塞杆4和调压筒2之间安装小密封环8；活塞筒3底部开有大环形槽，用来在活塞筒3和真空吸盘6之间安装大密封环9。
[0013]
进一步，真空吸盘6的连接面6-1-1的表面粗糙度小于ra0.4μm，工作面6-2-1的平面度小于1μm，工作面6-2-1相对于连接面6-1-1的平行度小于2μm，多孔陶瓷盘6-2微孔直径为20～60μm。
[0014]
进一步，活塞杆4与调压筒2的连接面的表面粗糙度小于ra0.4μm，平面度为1μm，活塞5的轴向定位面相对于活塞5与调压筒2的连接面的平行度小于2μm。
[0015]
进一步，活塞筒3内圆柱面的表面粗糙度小于ra0.4μm，圆柱度小于3μm，活塞筒3底面的平面度为1μm，底面相对与内圆柱面轴线的垂直度小于2μm。
[0016]
进一步，待吸附工件的尺寸要大于多孔陶瓷盘6-2的直径1-2mm，保证待吸附工件把多孔陶瓷盘6-2的微孔全覆盖，以便调压孔内真空度的产生。
[0017]
进一步，真空吸盘6上设置加压环10，加压环10的内径要大于调压筒2的外径，小于真空吸盘6的外径。
[0018]
本发明的有益效果在于：
[0019]
通过调压筒调节筒内真空度，利用真空吸附薄片工件进行研磨或抛光。在研抛过程中调压筒内的真空度会逐渐变小，使薄片工件的吸附力减小，该现象有利于薄片工件吸附应力的释放，进而提高薄片零件研抛的平面精度；本发明通过螺纹抬升活塞的高度来调节调压筒内的真空度，无需额外吸附动力源，节能环保，使用便携，既可以手持在研磨平板上研抛，也可以放置在环抛机上进行自动研抛，可用于芯片级硅片的超精密研抛加工。
附图说明
[0020]
图1为薄片研抛真空吸附装置剖面图。
[0021]
图2为薄片研抛真空吸附装置。
[0022]
图3为活塞杆、活塞和小密封环。
[0023]
图4为活塞筒、锁紧螺母和大密封环。
[0024]
图5为不锈钢底盘和多孔陶瓷盘。
[0025]
图6为真空吸盘连接面。
[0026]
图7为加压环安装示意图。
[0027]
图中：1真空压力表；2调压筒；3活塞筒；4活塞杆；5活塞；6真空吸盘：6-1不锈钢底盘；6-2多孔陶瓷盘；6-1-1连接面；6-1-2密封管螺纹孔；6-2-1工作面；7锁紧螺母；8小密封环；9大密封环；10加压环。
具体实施方式
[0028]
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。
[0029]
(一)一种薄片研抛真空吸附装置的装配。
[0030]
一种用于薄片研抛的无动力真空吸附装置，包括真空压力表1、调压筒2、活塞筒3、活塞杆4、活塞5、真空吸盘6、锁紧螺母7、小密封环8、大密封环9、加压环10。
[0031]
所述的活塞筒3置于调压筒2内，其筒壁上设有外螺纹，活塞筒3上下表面为开口结构，底面固定在真空吸盘6上表面。
[0032]
所述的调压筒2的上表面设有螺纹孔，调压筒2内壁设有内螺纹，与活塞筒3外螺纹相互配合。调压筒2上表面中部设有通孔，与活塞杆4中间通孔对应，用于穿过真空压力表1的测量孔。旋转调压筒2向上增加活塞筒3内部真空度，向下减小活塞筒3内部真空度。
[0033]
所述的活塞杆4、活塞5置于活塞筒3内，活塞5通过锁紧螺母7固定在活塞杆4的底部，活塞杆4顶部通过设有圆环凸起，圆环凸起上设有与螺纹孔，与调压筒2上表面螺纹孔对应，二者通过螺钉固连。所述活塞杆4上设有均布的通孔，且活塞杆4中间设有一通孔，通孔上部连通真空压力表1的测量孔，下部穿过活塞5连通不锈钢底盘6-1的密封管螺纹孔6-1-2，其中，真空压力表1位于调压筒2上方。
[0034]
所述的真空吸盘6由不锈钢底盘6-1和多孔陶瓷盘6-2组成，多孔陶瓷盘6-2粘在不锈钢底盘6-1内，多孔陶瓷盘6-2外壁面与不锈钢底盘6-1内避免之间留有一个小的空腔。所述真空吸盘连接面6-1-1中部设有一个密封管螺纹孔6-1-2，且连接面6-1-1上还设有均布的螺纹孔，通过螺钉与活塞筒3上的沉头孔连接。通过密封管螺纹孔6-1-2和空腔，活塞筒3内部空腔和多孔陶瓷盘6-2的微孔连通，从而达到吸附薄片的目的；在薄片研抛完后，可以通过密封管螺纹孔6-1-2连接空气泵，将多孔陶瓷盘微孔内杂质和研抛剂等吹走。
[0035]
所述的活塞杆4上部开有小环形槽，用来在活塞杆4和调压筒2之间安装小密封环8；活塞筒3底部开有大环形槽，用来在活塞筒3和真空吸盘6之间安装大密封环9。
[0036]
所述的真空吸盘6的连接面6-1-1的表面粗糙度ra0.3μm，工作面6-2-1的平面度0.8μm，工作面6-2-1相对于连接面6-1-1的平行度1.5μm，多孔陶瓷盘6-2微孔直径为30μm；活塞杆4与调压筒2的连接面的表面粗糙度ra0.3μm，平面度为1μm，活塞5的轴向定位面相对于活塞5与调压筒2的连接面的平行度1μm；活塞筒3内圆柱面的表面粗糙度ra0.1μm，圆柱度2μm，活塞筒3底面的平面度为1μm，底面相对与内圆柱面轴线的垂直度1μm；待吸附工件的尺寸要大于多孔陶瓷盘6-2的直径1mm，保证待吸附工件把多孔陶瓷盘6-2的微孔全覆盖，以便调压孔内真空度的产生。
[0037]
该装置的装配步骤如下：
[0038]
(1)装配活塞杆4到调压筒2上以及装配活塞5和活塞筒3
[0039]
首先通过螺钉把活塞杆4安装在调压筒2均布的螺纹孔内，再装配活塞5到活塞定位面处，并用锁紧螺母7锁紧。然后通过螺钉把活塞筒3安装在真空吸盘6连接面6-1-1上均布的螺纹孔内。
[0040]
(2)装配薄片研抛真空吸附装置
[0041]
将第一步装配好的工件，通过活塞筒3的外螺纹旋入调压筒2的内螺纹中，旋到底部，最后安装真空压力表1到调压筒2的螺纹孔内，整个装置装配完毕。
[0042]
(二)一种薄片研抛真空吸附装置的使用方法：
[0043]
首先，将薄片工件放在真空吸盘6的工作面6-2-1上，然后向上旋转调压筒2，增大活塞筒3内腔的真空度，边旋转边观察真空压力表1的示数变化，旋转到合适位置时停止，准备进行研抛；
[0044]
通过在真空吸盘上加加压环10，以提高研抛效率和质量；
[0045]
测量研抛后薄片的平面度，与抛光前的数据进行对比。
[0046]
实践中通过调压筒调节筒内真空度，利用真空吸附薄片工件进行研磨或抛光。在研抛过程中调压筒内的真空度会逐渐变小，使薄片工件的吸附力减小，该现象有利于薄片工件吸附应力的释放，进而提高薄片零件研抛的平面精度；当调压筒内真空度小于阈值时，可以向下旋动调压筒，使调压筒内空气通过薄片工件和真空吸盘之间的缝隙排出，排出之后再向上旋动调压筒，重新建立调压筒内真空度。
[0047]
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明发明的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。