一种电流变抛光用电极及抛光装置

1.本实用新型涉及机械制造技术领域，更具体地，涉及一种电流变抛光用电极及抛光装置。


背景技术：

2.随着微电子技术的发展，对半导体材料的表面质量，如粗糙度、面型精度等，提出了更高的要求，因此需要对材料表面进行超精密抛光。目前能实现大尺寸平坦化的抛光技术是化学机械抛光，但此技术无法精确控制应力，会留下微划痕、缺陷和残留应力，难以获得高质量表面；而电流变抛光或磁流变抛光是利用场效应形成的柔性抛光头进行抛光，具有软硬可调的优势，不容易留下划痕和残留应力，可以获得高质量表面。但磁流变抛光装置，由于磁场发生装置需要电磁铁，在对大尺寸曲面进行精密抛光时，抛光头的体积和重量很大，且需要集成复杂的水冷系统，存在装置复杂程度高，维护困难，抛光效果不稳定等问题。同时，现有的电流变抛光装置以单点抛光为主，对大尺寸曲面的加工效率很低，因此亟需一种能实现大尺寸平坦化，并保证工件表面不产生微划痕、缺陷和降低残留应力的抛光装置，满足微电子领域对半导体材料的需求。现有技术公开了一种具有集成式电极工具的五轴电流变抛光设备，该设备是由设备支座，z轴运动单元，x轴运动单元，y轴运动单元、回转工作台和集成式电极工具组成，z轴运动单元设置在设备支座上，回转工作台设置在z轴运动单元的z轴工作台上，集成式电极工具设置在回转工作台上，回转工作台设置在x轴运动单元的x轴工作台上；该实用新型主要由x轴运动单元、y轴运动单元、z轴运动单元、两个回转工作台和集成式电极工具实现对导体或非导体材料的自由曲面零件电流变抛光加工。该公开的技术方案可以实现对导体类工件的抛光，也可以实现对非导体类工件的抛光。但该公开的技术方案对大尺寸曲面的加工效率仍然很低。


技术实现要素：

3.本实用新型为克服上述现有技术对大尺寸曲面的加工效率较低的问题，提供一种电流变抛光用电极及抛光装置。
4.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种电流变抛光用电极，包括电极本体，所述电极本体呈类u型结构，所述电极本体的内侧面设有光滑的第一曲面或/和电极本体的外侧面设有光滑的第二曲面。
5.在本技术方案中，在对待抛光件的曲面进行抛光处理时，外接驱动装置驱动电极本体靠近需要抛光的曲面，并带动电极本体贴着曲面移动，进而对待抛光件的曲面进行抛光。电极本体呈类u型结构的设计可以使电极本体上的第一曲面或第二曲面更好的与待抛光件的曲面相贴合，进而可以使电极本体的抛光面积更大，抛光效率更高。
6.本实用新型还提供了一种电流变抛光装置，包括支撑板以及设有电极本体的抛光组件，所述电极本体可与待抛光件相贴合，所述抛光组件安装在所述支撑板上并与其滑动连接，所述支撑板上设有用于驱动所述抛光组件在所述支撑板上做往复运动的驱动装置，
所述驱动装置与所述抛光组件相连。在本技术方案中，驱动装置驱动抛光组件靠近待抛光件并带动抛光组件对待抛光件进行抛光，电极本体与待抛光件紧密贴合的设置可以使电极本体的抛光面积更大，去除均匀，有效增加了抛光组件的抛光效率。
7.优选地，所述抛光组件包括连接板以及设有所述电极本体的抛光头，所述连接板的一侧安装在所述支撑板上并与其滑动连接，所述驱动装置与所述连接板相连，所述抛光头安装在所述连接板远离所述支撑板的一侧。在本技术方案中，支撑板上设置有滑轨，连接板上设置有与滑轨相对应的滑槽，滑轨安装在滑槽中，进而使驱动装置驱动连接板在支撑板上往复滑动。
8.优选地，所述抛光头包括设于所述连接板上的第一驱动电机以及设于所述第一驱动电机输出轴上的电极夹持件，所述电极本体设于所述电极夹持件远离所述第一驱动电机的一端。在本技术方案中，电极本体可拆卸安装在电极夹持件上，例如，电极夹持件远离第一驱动电机的一端设有与电极本体相对应的若干卡槽，电极本体安装在卡槽中，电极本体安装在不同的卡槽中可以对不同厚度的待抛光件进行抛光，同时不同形状的电极本体可以对相应不同结构的待抛光件进行抛光处理。
9.优选地，所述电极夹持件包括夹具以及与外接电流相连的导电环，所述夹具的一端安装在所述第一驱动电机输出轴上，所述电极本体安装在所述夹具远离所述第一驱动电机的一端，所述导电环安装在所述夹具中，所述导电环与所述电极本体电连接。在本技术方案中，夹具中设有与导电环相对应的卡槽，导电环安装在卡槽中，导电环可以为铜环或一些其它材料的金属，电极本体与导向环可以通过碳刷实现电连接。
10.优选地，所述支撑板设有用于限定所述连接板位置的限位件，所述限位件与所述连接板相抵接。在本技术方案中，支撑板上滑轨的两端均设置有限位件，进而防止连接板从滑轨上滑出。
11.优选地，所述驱动装置包括从动轮、第二驱动电机以及安装在所述第二驱动电机输出轴上的主动轮，所述主动轮与所述从动轮通过皮带连接，所述皮带上设有固定座，所述抛光组件安装在所述固定座上。在本技术方案中，第二驱动电机安装在支撑板的一侧，主动轮、皮带以及从动轮安装在支撑板的另一侧，这样可以有效利用支撑板的空间位置，可以使连接板有更大的滑动空间。
12.优选地，所述支撑板上设有用于支撑所述连接板的支撑座，所述连接板位于所述支撑座上并与其滑动连接。在本技术方案中，支撑座设于支撑板靠近抛光组件的一端，这样可以使抛光组件更稳定的在支撑板上滑动。
13.优选地，还包括xy移动模组，所述xy移动模组可沿x轴方向以及y轴方向移动，所述支撑板安装在所述xy移动模组上并与其构成xyz移动模组。
14.优选地，所述驱动装置包括直线电机以及滚珠丝杆，所述直线电机的输出轴通过联轴器与所述滚珠丝杆相连，所述滚珠丝杆上套设有固定座，所述固定座与所述滚珠丝杆螺纹连接，所述抛光组件安装在所述固定座上并与所述支撑板滑动连接。在本技术方案中，直线电机的转动通过滚珠丝杆推动固定座做直线运动，进而使安装在固定座上的抛光组件在支撑板上做往复直线运动。
15.与现有技术相比，本实用新型产生的有益效果是：
16.在本实用新型中，驱动装置驱动抛光组件靠近待抛光件并带动抛光组件对待抛光
件的曲面进行抛光，电极本体呈类u型结构的设计可以使电极本体上的第一曲面或第二曲面更好的与待抛光件的曲面相贴合，进而可以使电极本体的抛光面积更大，去除均匀，有效增加了抛光组件的抛光效率。
附图说明
17.图1是本实用新型电流变抛光装置整体结构示意图；
18.图2是本实用新型电流变抛光装置中驱动装置与支撑板的连接关系示意图；
19.图3是本实用新型电流变抛光装置中的电极夹持件结构示意图；
20.图4是本实用新型电流变抛光装置中的电极本体与待抛光件的一种连接关系示意图；
21.图5是本实用新型电流变抛光装置中的电极本体与待抛光件的另一种连接关系示意图。
22.附图中：1、支撑板；2、电极本体；3、抛光组件；4、驱动装置；5、待抛光件；6、限位件；7、支撑座；8、滑轨；31、连接板；32、第一驱动电机；33、电极夹持件；41、第二驱动电机；42、主动轮；43、从动轮；44、固定座；45、皮带；61、限位块；62、l形卡接片；331、夹具；332、定位槽；333、卡槽。
具体实施方式
23.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
24.本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
25.下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体描述：
26.实施例1
27.如图1所示，一种电流变抛光用电极，包括电极本体2，电极本体2呈类u型结构，电极本体2的内侧面设有光滑的第一曲面或/和电极本体2的外侧面设有光滑的第二曲面。在本实施例中，外接驱动装置驱动电极本体2靠近需要抛光的曲面，并带动电极本体2贴着曲面移动，进而对待抛光件5的曲面进行抛光。电极本体2呈类u型结构的设计可以使电极本体2上的第一曲面或第二曲面更好的与待抛光件5的曲面相贴合，进而可以使电极本体2的抛光面积更大，抛光效率更高。
28.在本实施例中，如图4所示，当待抛光件5的抛光面为u型孔的曲面时，驱动装置带动电极本体2插入u型孔中，并带动电极本体2在u型孔中旋转，进而对u型孔的曲面进行抛
光；如图5所示，待抛光件5为钟形结构，将待抛光件置于两组电极本体2之中，抛光装置带动电极本体2绕着待抛光件5的中心轴旋转一周，即完成对待抛光件5的内壁面或外壁面的抛光。
29.实施例2
30.如图1至图5所示，一种电流变抛光装置，包括支撑板1以及设有电极本体2的抛光组件3，电极本体2可与待抛光件5相贴合，抛光组件3安装在支撑板1上并与其滑动连接，支撑板1上设有用于驱动抛光组件3在支撑板1上做往复运动的驱动装置4，驱动装置4与抛光组件3相连。在本实施例中，驱动装置4驱动抛光组件3靠近待抛光件5并带动抛光组件3对待抛光件5进行抛光，电极本体2与待抛光件5紧密贴合的设置可以使电极本体2的抛光面积更大，去除均匀，有效增加了抛光组件3的抛光效率。
31.其中，抛光组件3包括连接板31以及设有电极本体2的抛光头，连接板31的一侧安装在支撑板1上并与其滑动连接，驱动装置4与连接板31相连，抛光头安装在连接板31远离支撑板1的一侧。在本实施例中，支撑板1上设置有滑轨8，连接板31上设置有与滑轨8相对应的滑槽，滑轨8安装在滑槽中，进而使驱动装置4驱动连接板31在支撑板1上往复滑动。
32.另外，抛光头包括设于连接板31上的第一驱动电机32以及设于第一驱动电机32输出轴上的电极夹持件33，电极本体2设于电极夹持件33远离第一驱动电机32的一端。在本实施例中，电极本体2可拆卸安装在电极夹持件33上，例如，电极夹持件33远离第一驱动电机32的一端设有与电极本体2相对应的若干定位槽332，电极本体2安装在定位槽332中，电极本体2安装在不同的定位槽332中可以对不同厚度的待抛光件5进行抛光，同时不同形状的电极本体2可以对相应不同结构的待抛光件5进行抛光处理。
33.其中，电极夹持件33包括夹具331以及与外接电流相连的导电环，夹具331的一端安装在第一驱动电机32输出轴上，电极本体2安装在夹具331远离第一驱动电机32的一端，导电环安装在夹具331中，导电环与电极本体2电连接。在本实施例中，夹具331中设有与导电环相对应的卡槽333，导电环安装在卡槽333中，导电环可以为铜环或一些其它材料的金属，电极本体2与导电环可以通过碳刷实现电连接。
34.另外，支撑板1设有用于限定连接板31位置的限位件6，限位件6与连接板31相抵接。在本实施例中，支撑板上滑轨8的两端均设置有限位件6，进而防止连接板31从滑轨8上滑出。在本实施例中，连接板31上设置在连接板31上的l形卡接片62以及设有卡接槽的限位块61，限位块61安装在支撑板1上，l型卡接片62卡接在卡接槽中，此外限位件6还包括限位螺栓，限位螺栓安装在支撑板1上，限位螺栓与连接板31或固定座44相抵接。
35.另外，驱动装置4包括从动轮43、第二驱动电机41以及安装在第二驱动电机41输出轴上的主动轮42，主动轮42与从动轮43通过皮带45连接，皮带45上设有固定座44，抛光组件3安装在固定座44上。在本实施例中，第二驱动电机41安装在支撑板1的一侧，主动轮42、皮带45以及从动轮43安装在支撑板1的另一侧，这样可以有效利用支撑板1的空间位置，可以使连接板31有更大的滑动空间。
36.其中，支撑板1上设有用于支撑连接板31的支撑座7，连接板31位于支撑座7上并与其滑动连接。在本实施例中，支撑座7设于支撑板1靠近抛光组件3的一端，这样可以使抛光组件3更稳定的在支撑板1上滑动。
37.另外，电极本体2的数量至少为1个。在本实施例中，当待抛光件5为导体时，电极本
体2的数量可以为1条，电极本体2作为负极，待抛光件5作为正极；当待抛光件5为非导体时，电极本体2的数量为多条，并采用正负极交错的方式对待抛光件5进行抛光。
38.实施例3
39.如图1所示，在本实施例中，还包括xy移动模组，xy移动模组可沿x轴方向以及y轴方向移动，支撑板1安装在所述xy移动模组上并与其构成xyz移动模组。在本实施例中，xy移动模组包括x轴运动单元以及y轴运动单元，x轴运动单元包括第一支座、第一伺服电机、第一滚轴丝杆以及第一工作台，第一伺服电机带动第一滚轴丝杆，由第一丝杆将转动转化为第一工作台的滑动，进而实现第一工作台在x轴方向的直线运动；y轴运动单元包括第二支座、第二伺服电机、第二滚轴丝杆以及第二工作台，第二伺服电机带动第二滚轴丝杆，由第二丝杆将转动转化为第二工作台的滑动，进而实现第二工作台在y轴方向的直线运动，其中，y轴运动单元安装在第一工作台上，支撑板1安装在第二工作台上，即可实现抛光头上的电极本体2在xyz三轴方向上的移动。在抛光时，由xy移动模组带动电极本体2移动至待抛光件5的上方，再驱动电极本体2在z轴方向移动并调整电极本体2与待抛光件5之间的间隙至0.2-1mm，最后利用x轴运动单元以及y轴运动单元驱动电极本体2往复运动，进而实现对待抛光件5工作表面的均匀抛光。
40.实施例4
41.在本实施例中，驱动装置4包括直线电机以及滚珠丝杆，直线电机的输出轴通过联轴器与滚珠丝杆相连，滚珠丝杆上套设有固定座44，固定座44与滚珠丝杆螺纹连接，抛光组件3安装在固定座44上并与支撑板1滑动连接。在本实施例中，直线电机的转动通过滚珠丝杆推动固定座44做直线运动，进而使安装在固定座44上的抛光组件3在支撑板1上做往复直线运动。
42.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。