[实用新型]一种凸轮驱动磁体式磁流变流体动压抛光装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及超精密加工技术领域，尤其涉及一种用于光电子/微电子半导体基片及光学元件的平面平坦化加工的凸轮驱动磁体式磁流变流体动压抛光装置。

背景技术

随着信息电子化的社会发展，半导体材料作为高性能微电子元器件应用愈发广泛，如单晶硅、氧化铝、钛酸锶和单晶碳化硅等电子陶瓷材料的需求越来越大。一般半导体晶片制造要经过切片、研磨、抛光等工序，要达到良好的使用性能，其表面精度需要达到超光滑程度，面型精度也有较高要求，以LED外延蓝宝石衬底为例，一般要求总厚度偏差小于10μm、表面总平整度小于10μm、表面粗糙度Ra小于0.05μm。因此半导体材料的制造越来越依赖研磨抛光技术来满足其生产要求。

磁流变抛光技术(Magnetorheological finishing,MRF)是20世纪90年代由KORDONSKI及其合作者将电磁学、流体动力学、分析化学、加工工艺学等相结合而提出的一种新型的光学表面加工方法，具有抛光效果好、不产生次表面损伤、适合复杂表面加工等传统抛光所不具备的优点，已发展成为一种革命性光学表面加工方法，特别适合轴对称非球面的超精密加工，广泛应用于大型光学元件、半导体晶片、LED基板、液晶显示面板等的最后加工工序。磁流变抛光技术是利用磁流变抛光液在梯度场中发生流变表现为类似固体的性质而形成的具有黏塑行为的柔性“小磨头”,当与工件之间具有快速的相对运动时，工件表面受到很大的剪切力，从而使工件表面材料被去除。但磁流变抛光属于柔性加工，材料去除率低，加工精度难以保证。

为了提高磁流变的抛光效率，专利CN200610132495.9基于磁流变抛光原理和集群作用机理提出了一种基于磁流变效应的研磨抛光方法及其抛光装置，并开展了大量的试验研究，却发现利用抛光液循环方式难以实现“微磨头”的持续更新和凸起使工件加工均匀性问题难以解决。

针对加工均匀性的问题，专利CN201510801886.4提出了一种动态磁场自锐的磁流变柔性抛光垫发生装置及其抛光方法，完好地实现了磁流变柔性抛光垫在加工过程中对工件的恒压力加工，并且能使磨料在加工过程中实时更新自锐，但是由于该专利中装置结构的限制，导致磁流变效应产生的“微磨头”间距较大，在加工过程中工件空行程较长，影响了加工效率和加工性能，而且需要改变磁场强度时要拆卸抛光盘进行永磁体更换，步骤比较繁琐。

本实用新型在上述深入研究的基础上，提出一种凸轮驱动磁体式磁流变流体动压抛光装置及其抛光方法，优化结构，以凸轮驱动的形式驱动磁铁组实现磁场的范围的改变，使磨料在加工过程中实现实时更新，配合流体动压原理，改善了磁流变柔性抛光垫加工性能，提高磁流变的抛光效率，实现工件的均匀加工。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、加工性能好、效率高、加工均匀性好的凸轮驱动磁体式磁流变流体动压抛光装置。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种凸轮驱动磁体式磁流变流体动压抛光装置，主要包括抛光盘转动机构、凸轮驱动机构、工件夹持机构和磁流变抛光液，所述抛光盘转动机构包括第一主轴、轴盖、抛光盘托盘和抛光盘；所述凸轮驱动机构包括设置抛光盘托盘内的第一轴承、凸轮盘、磁体组、弹簧以及设置在第一主轴内的第二主轴、第二轴承和轴套；所述工件夹持机构包括工件盘和固定在工件盘底部的工件；所述磁流变抛光液置于抛光盘面与工件之间，磁流变抛光液在磁体组的作用下形成柔性抛光垫。

具体的，所述抛光盘安装在抛光盘托盘上，抛光盘与抛光盘托盘之间设有用于安装磁体组的空间，所述抛光盘托盘安装在第一主轴上。

具体的，所述第二主轴同轴安装在第一主轴内，所述第二轴承主要受径向力作用，和轴套安装在第一主轴和第二主轴之间，所述轴盖固定在第一主轴底部，实现第二轴承的定位安装，所述第一轴承固定在抛光盘托盘内，主要受轴向力作用，所述凸轮盘固定在第一轴承上，凸轮盘底部与第二主轴固定连接，所述磁体组安装在直线槽内，一端与凸轮盘的外轮廓面抵接，另一端通过弹簧与抛光盘托盘的内壁抵接，工作时，磁体组在凸轮盘的推动下向外运动，又在弹簧的弹力下向内复位，从而实现磁体组的往复直线运动。

优选的，为了使凸轮盘和抛光盘的传动链分开，实现差速运动，本实用新型所述第一主轴和第二主轴通过两个电机分别驱动。