專利名稱：包括粗粒度和細粒度樹脂粘結(jié)部的磨床磨桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磨床和用于這種機床的磨輪，所述磨輪用來在諸如構(gòu)成半導(dǎo)體裝置的硅晶片之類的圓片邊緣上磨削切口，還涉及用來磨削這種圓片邊緣區(qū)域以便在其中形成切口的方法。由于切口對于晶片尺寸而言具有相對的較小的尺寸，用來形成這種切口的磨輪通常被稱作磨桿。
背景技術(shù)：
在WO97/48522中披露一種用來磨削圓片的磨床，現(xiàn)結(jié)合于此作為參考。WO97/48522披露在用一種較軟的樹脂粘結(jié)硬質(zhì)合金(CBN)輪來精磨一諸如半導(dǎo)體晶片之類的圓片邊緣之前，先在一磨床上使用一金屬粘結(jié)CBN或金剛石輪來粗磨該圓片邊緣，它還進一步描述用來成形和再成形該樹脂粘結(jié)CBN磨輪內(nèi)的一溝槽以便圍繞該圓片邊緣磨制出正確形狀的現(xiàn)場技術(shù)。
該機床還包括一個小直徑磨桿，它用來圍繞被磨削圓片邊緣磨削一預(yù)定比例的切口。
英國專利申請No.2335620披露一種例如用于WO97/48522中描述的機床中的切口磨削磨桿，該磨桿具有一足夠長的圓柱區(qū)域，以致于能形成用來生成切口的一系列成形溝槽，由此當一個這樣的溝槽變得過度磨損而不能進一步使用時在該磨桿中還能形成一個或更多個另外的溝槽。在該說明書中描述的銷實施例是一種磨桿，它具有一沿軸向較接近磨桿心軸的金屬粘結(jié)金剛石區(qū)段以及一沿軸向遠離磨桿心軸的樹脂粘結(jié)可成形區(qū)段。在使用中，在金屬粘結(jié)區(qū)段內(nèi)的一溝槽用來粗磨切口，而在樹脂粘結(jié)可成形區(qū)段內(nèi)形成的一溝槽用來精磨切口。
上文所述磨桿結(jié)構(gòu)的問題是在于金屬粘結(jié)和樹脂粘結(jié)區(qū)段的對準問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種用于切口磨削的磨桿，它包括一個圓柱區(qū)域，所述圓柱區(qū)域足夠長以便分別在多個沿該圓柱區(qū)域軸向隔開區(qū)段內(nèi)形成至少兩個成形溝槽，其中軸向遠離磨桿心軸的區(qū)段是用來粗磨切口的粗粒度樹脂粘結(jié)區(qū)段，而較接近磨桿心軸的區(qū)段是用來精磨切口的細粒度樹脂粘結(jié)區(qū)段。
本發(fā)明克服了用于粗和精磨切口的相應(yīng)區(qū)段的對準問題，這是因為能使用安裝在同一機床上的同一個溝槽修整或成形輪來成形兩個或所有溝槽。
最好是，用來粗磨切口的磨料尺寸是在用來精磨切口的磨料尺寸的兩至三倍之間。
圓柱磨料的粗磨和精磨區(qū)段中的每一個或兩者，但尤其是后者，當?shù)谝粶喜圩兊眠^度磨損而不能使用時要足夠長以便依次成形的一個或多個另外的溝槽。
本發(fā)明還涉及一種具有一工作主軸、一磨削主軸以及一成形輪的磨床，最好是一種CNC磨床，所述磨削主軸能安裝一上文所述磨桿用的坯件并且該坯件具有一粗粒度區(qū)段和一細粒度區(qū)段，而成形輪可以旋轉(zhuǎn)以便在粗粒度區(qū)段內(nèi)形成一切口粗磨溝槽以及在細粒度區(qū)段內(nèi)形成一切口細磨溝槽。
因此本發(fā)明還涉及一種在上文所述磨床上成形切口粗磨溝槽和切口精磨溝槽的方法。
成形輪可與工件安裝在同一主軸上。
磨削材料在粗磨區(qū)段情況下可以是樹脂粘結(jié)的粗粒度CBN或金剛石，而在精磨區(qū)段情況下是樹脂粘結(jié)的細粒度金剛石。
在此使用的術(shù)語“樹脂粘結(jié)”包括用一種玻璃質(zhì)材料粘結(jié)。
應(yīng)該指出，與英國專利說明書No.2335620圖7的披露相反，其中使用樹脂粘結(jié)區(qū)段代替金屬粘結(jié)區(qū)段，而且最好是用于較接近磨桿心軸的精磨的區(qū)段，即磨桿剛性較強區(qū)段。


現(xiàn)在參照附圖，用舉例的方法描述本發(fā)明，其中圖1為一臺磨床從使用者通常站立的側(cè)面觀察的不按比例的透視圖，該磨床裝有一安裝在一主軸上的可成形磨桿；圖2為圖1所示機床從使用者通常站立的側(cè)面觀察的不按比例側(cè)視圖，并表示一子配件；圖3為圖1和2所示機床的端視圖；圖4為該機床子配件端部的放大比例并局部剖出側(cè)視圖；
圖5為可成形磨桿的透視圖；以及圖6為帶有一第一溝槽和一第二溝槽的可成形銷的不按比例透視圖，所述第一、第二溝槽分別用于切口粗磨和切口精磨。
具體實施例方式
圖1、2和3附圖描述用于硅或其他材料圓片(晶片)切口磨削的整個機床站的一部分。
圖1至3所示機床包括一控制柜10，從其延伸出一機床底座12，底座12上載有一裝在三個減振支腳上的浮動平臺14，三個支腳中的一個如圖1標號16所示，其第二部分18對中安裝在基座區(qū)22的前方并且在圖1中用虛線線條示出，而第三個如圖3標號20所示。
平臺14包括一承載一工作臺24的整體支承結(jié)構(gòu)或者說基座22，所述工作臺可沿著安裝在基座22上表面上的滑道26軸向滑動，而且包括一主軸驅(qū)動馬達28和一用來攜帶磨削晶片的真空吸盤30。
邊緣磨削借助于一磨輪32來完成，該磨輪含有如同34這樣的多個環(huán)狀溝槽，它們用來接合在圖2中以36標出的一晶片工件的邊緣。
承載在支承組件38內(nèi)的磨輪主軸(未示出)由一電動馬達40驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。
部件38和40安裝在一總體標號為42的支架上，支架42接近平臺14中心線地安裝在一剛性加強板44的一側(cè)，該加強板用螺栓穿過凸緣沿其底部擰緊在平臺14上并且在其上端用螺栓穿過另一凸緣46擰緊在機床基座22上。板44的功能是增加平臺14相對于基座22的剛度并抵抗可能以其他方式導(dǎo)入的橫向震動。
第二支架48與板44等距并位于其另一側(cè)，它裝有一滑道50，滑道50上安裝一帶有一切口磨削主軸57的第二主軸驅(qū)動器52，主軸57的一端具有一切口磨桿以及一臺相關(guān)的主軸馬達55。
主軸驅(qū)動器52的軸向運動由一驅(qū)動裝置54(見圖2)提供。主軸驅(qū)動器52還能用來磨削環(huán)形圓片的內(nèi)直徑。
工作臺邊緣磨削主軸和切口磨削主軸安裝在多個空氣軸承中，而且工作臺主軸通常具有每分鐘2至1000轉(zhuǎn)的速度范圍，邊緣磨削主軸通常具有高達每分鐘6,000轉(zhuǎn)的速度范圍，而切口磨削主軸53的速度通常為每分鐘高達70,000轉(zhuǎn)。
從圖2的56和58處可清楚看出的多個成形輪安裝在吸盤30后方的工作臺主軸上。沿著圖2中箭頭60的方向轉(zhuǎn)位工作臺24使得工件圓片36由磨輪32的溝槽之一例如34接合，而沿著箭頭60方向的進一步運動使得圓片36越過該磨輪組件的端面62并使得成形輪56或58接合在磨輪32的適當溝槽中。
磨輪或者切口磨削器在需要時的橫向運動是通過相對于平臺14傾斜支架結(jié)構(gòu)42和48至適當程度來完成。為此，結(jié)構(gòu)42和48兩者可樞轉(zhuǎn)地連接到平臺14的接近中心線處，并且分別由兩個擋塊64和66(見圖3)來阻止過量的向外運動。
該樞轉(zhuǎn)由多個彎曲件(將在下面描述)提供，所述彎曲件使得樞轉(zhuǎn)運動圍繞接近平臺14中心線的兩根平行軸線進行，因而結(jié)構(gòu)42能如同用箭頭68所示作小弧線運動，而結(jié)構(gòu)48能如參考標號70表示作弧線運動。
用來完成樞轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置將參照后面的幾個圖進行描述。
連接在基座22上的是透明聚碳酸酯線性外罩72，磨輪主軸從其中穿過。在外罩72表面上的一大的、通常呈橢圓形的開口74使得安裝在工作臺24上的一類似形狀封蓋76在工作臺24沿著前述箭頭60方向適當?shù)叵蚯斑\動時進入并封住開口74。
一圍繞封蓋76(或者作為選擇圍繞開口74的內(nèi)唇部)的可脹大環(huán)形密封件78在封蓋76和開口74之間提供嚴密的流體密封。
外罩72可相對于基座22滑動，而且在主軸驅(qū)動器38和52之間提供波紋管密封件80和82，因而在封蓋76和開口74之間已進行密封之后，外罩72實際上能與工作臺組件24一起軸向移動。在波紋管后部提供足夠的間隙以便允許外罩72沿箭頭60方向以連續(xù)指向移動，從而允許磨輪上形成多個溝槽。波紋管80和82還能調(diào)整沿相反指向的移動，因而閉合的外罩72也能跟隨沿著與箭頭60相反指向移動的工作臺24，以便使得圓片36的邊緣由磨削溝槽之一例如34接合。
冷卻劑流體通過噴嘴84和86噴射到工件上，而且設(shè)置類似的噴嘴在需要時將類似的流體噴射到成形輪上。設(shè)置一連鎖裝置，如果外罩72沒有被封蓋76關(guān)閉和密封，該連鎖就阻止噴射冷卻劑流體。
在磨削操作完成后并用流體進行最終洗滌之后，能用脹大邊緣密封件78并沿著與箭頭60方向相反的方向收回工件臺24到圖2所示位置打開外罩72。然后可卸下已完工工件36和裝上一新工件。磨輪成形/修整起初，磨輪成形可在已安裝任何工件之前執(zhí)行，在這種情況下，外罩72在不首先在吸盤30上安裝工件例如36的狀態(tài)下通過工作臺24和封蓋76的適當運動關(guān)閉。磨輪成形由工作臺24的適當軸向運動和支架42的橫向運動實施，因此每個溝槽，例如溝槽34，由適當?shù)某尚屋喞?6或58接合。在輪成形作業(yè)期間提供冷卻劑流體。
在磨輪初期成形之后，該組件可通過如前文所述使密封件78失效來分離。在安裝一工件36之后，該組件能重新關(guān)閉和如前文所述地進行磨削。
溝槽再成形通常于機床停機期間在一工件已被取走之后和后繼工件安裝之前進行，在機床的一變型中，其中工件36的邊緣形狀檢驗在工作臺上現(xiàn)場進行，使得工件在原位再成形是十分有利的。
切口如果工件要進行切口，支架42就作橫向運動使得磨輪與該工件脫離，相反支架48橫向運動以便用切口磨桿53接合工件36的邊緣。在切口作業(yè)之后，支架48沿著一相反指向運動，因而使磨桿離開工件。
磨光在一種可選擇的布置中，可在磨輪主軸和溝槽磨削輪上安裝一磨光輪，并借助于工件主軸的軸向移動，使磨光輪能與工件36的邊緣接合。
一種用來沿著滑道26移動工作臺24的驅(qū)動裝置設(shè)在88處。
如圖3所示，一排出管90將流體從外罩72輸送到貯槽92中，而設(shè)置一泵(未示出)循環(huán)來自貯槽的流體。在貯槽中或在貯槽和泵之間的管道中可設(shè)置一過濾器。
控制柜10包括一電視顯示器94和鍵盤96，還有一手持控制裝置98，該裝置通過跨線100連接到連接插頭102上。操作者能摘下裝置98并且手持裝置98走到機床前，并通過按動適當?shù)陌粹o來啟動和停止機床的作業(yè)。柜10容納一計算機控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)用來給機床上的驅(qū)動器供應(yīng)控制信號和電力，還用來接收來自轉(zhuǎn)換器、開關(guān)和機床上其他位置/操作/接觸等信號產(chǎn)生傳感器的信號。
預(yù)加載工作臺在其上滑動的滑道26，工作臺由伺服馬達驅(qū)動并裝備一高分辨率位置編碼器以便在軸線運動插入期間提供平穩(wěn)的運動。
如上文所述，磨削橫向進給用下述方法完成根據(jù)需要傾斜結(jié)構(gòu)42或48以便使上面承載的磨削構(gòu)件進入與工件36邊緣接合的狀態(tài)。盡管此運動并非真正線性而是呈弧形，這能內(nèi)容納在柜10中的控制系統(tǒng)產(chǎn)生的控制信號調(diào)整。
在噴嘴例如84和86能用來在磨削期間供應(yīng)切削流體的同時，它們或者其他噴嘴還能用來直接噴射清洗流體到磨削后仍在旋轉(zhuǎn)的晶片的懸的凸出部伸。這能防止在從吸盤上取下晶片時磨屑從晶片背面滑落。
磨削過程邊緣通常在一個兩級過程中磨削，所述兩級過程利用一插入磨削粗加工操作以及一第二插入磨削精加工操作過程，后者包括一磨輪快速進給直到一接觸傳感器探測出與工件晶片接觸為止。在接觸時的磨輪軸線位置用來監(jiān)控磨輪磨損從而保證每次精切削操作過程磨下的材料保持不變。磨輪形狀可通過使用永久地安裝在工作臺吸盤上的金屬粘結(jié)金剛石成形輪來保持。該再成形過程可完全自動化并編程以便每到第n個晶片實施，或者每逢磨削邊緣輪廓變?yōu)椴豢山邮?由圓片邊緣形狀的光學檢測來確定)或當接觸點指示磨輪過度磨損時實施。
減振為了使不符需要的振動及其導(dǎo)致的磨削損傷減至最小，構(gòu)成該磨床的結(jié)構(gòu)件特別是基座22和底座12并且如果需要還有平臺14的部分至少部分地充填聚合物混凝土部分。
子配件安裝圖4描述結(jié)構(gòu)42和48如何安裝成用來進行的鉸接運動，以便允許磨輪橫向進給。如圖4所示，兩結(jié)構(gòu)42和48的內(nèi)部邊緣借助于多個彎曲件(有時被稱作狹片鉸鏈)連接到平臺14上，彎曲件之一用104表示。第二對彎曲件設(shè)置成朝向結(jié)構(gòu)42和48的接近機床基座22的另一端部。
在彎曲件102和104允許結(jié)構(gòu)42和48圍繞軸線傾斜的同時，不容易使得結(jié)構(gòu)42和48圍繞任何其他軸線相對于平臺14作任何其他運動。因此，結(jié)構(gòu)42和48與平臺14的連結(jié)除了圍繞彎曲件鉸接軸線之外在所有方向都是剛性十足的。
凸輪傳動圖4是該機床端部的側(cè)視圖，比例稍微縮小。正如其他視圖一樣，它被顯示為局部剖出，以便顯示總體標號為114并作用在結(jié)構(gòu)48上的凸輪傳動機構(gòu)。在該傳動裝置的側(cè)面有一個系留墊圈112。
圖4還顯示在支架48基座上的兩個彎曲件，外側(cè)的一個標號為104而內(nèi)側(cè)的一個標號為118。
如上文所述，每個凸輪傳動機構(gòu)安裝在一剛性罩殼110中，而從圖4中可更加清楚地看出，罩殼110通過一水平支承120用螺栓緊固在一從基座22伸出的板上。
在圖4中還可看到用來驅(qū)動吸盤122的馬達55，切口磨削主軸124從吸盤122中伸出。馬達55承載在一相對于圖1所描述的殼體52內(nèi)，而且殼體52沿著一所述的滑道50滑動。
圖4還顯示將殼體52密封連接到外罩72開口上的波紋管密封82，馬達55和載有磨桿53的主軸57就從該開口伸出。
現(xiàn)在結(jié)合圖5和6更加詳細地討論圖2所示的切口磨桿53。
圖5所示的可成形圓柱體磨桿53由一直徑更小的圓柱形金屬心軸130和芯子132承載，所述芯子132用來裝配到一磨床的主軸(未示出)上。圓柱體磨桿53具有大約4mm直徑和10mm徑向長度，其中由同一成形輪現(xiàn)場形成第一和第二溝槽140、142(圖6)。
該磨桿由樹脂粘結(jié)的金剛石、樹脂粘結(jié)的磨料或玻璃體粘結(jié)的材料制成。
參見圖5，可以看出磨桿53的圓柱表面分成兩個區(qū)段，即更加靠近磨桿心軸130的細粒度區(qū)段160和遠離磨桿心軸130的粗粒度區(qū)段162。粗粒度的尺寸為細粒度的兩至三倍。而且，從圖6可以看出，第一溝槽140在粗粒度區(qū)段162中形成。在使用中，這個溝槽140用來粗磨削一切口。而用來精磨削切口的第二溝槽142在更加接近磨桿心軸130因而剛性更大的銷細粒度區(qū)段160中形成。
在使用中，在第一進給期間，粗切口磨削溝槽140與一固定的半導(dǎo)體圓片(未示出)邊緣內(nèi)的預(yù)加工切口接觸以便粗磨該切口。在第二進給期間，切口精磨削溝槽142與該圓片接觸以便精磨該切口。磨桿可大約以每分鐘30,000轉(zhuǎn)或者更多的速度旋轉(zhuǎn)，作為磨削之用。
溝槽140和142具有同樣的溝槽形狀，而且它們彼此的軸向位置精確已知。因此在精磨進給期間的切削力是不變的，這能提高表面光潔度和切口外形的一致性。
實際上粗磨溝槽140除去切口材料的大約90％，而精磨溝槽142除去余下部分。磨輪和圓片兩者在這一作業(yè)期間運動，因而相關(guān)的兩軸線用來插入切口形狀。
磨料53的任一或兩個區(qū)段160、162可足夠長以便在第一溝槽140或142磨損并且不能再成形時在同一臺機床上能夠成形第二個或者更多的粗磨或精磨溝槽。
由于使用相對較長的磨桿會增加抖動的危險，在較接近磨桿心軸130的剛性更大的磨桿區(qū)段中形成精磨溝槽142(或者一個或多個替代溝槽)是十分重要的。通常，粗磨溝槽140的壽命實質(zhì)上明顯高于精磨切口142的壽命，但是如果需要可設(shè)置成形一替代的粗磨溝槽。
盡管沒有顯示，為了有利于對準，溝槽成形輪可安裝在載有磨削切口的工件的工作主軸上。
當該磨桿用于CNC磨床上時，后者能自動編程以便算出在切口磨桿內(nèi)的溝槽根部直徑，并且用內(nèi)插法進行補償以便在磨削過程期間生產(chǎn)出符合需要的切口形狀。
一例如在WO97/48522中描述的CNC磨床能用來安裝該切口磨桿和溝槽成形輪。
權(quán)利要求
1.一種用于切口磨削的磨桿，它包括一磨桿心軸和一圓柱區(qū)域，所述圓柱區(qū)域足夠長以使分別在多個沿該圓柱區(qū)域軸向隔開區(qū)段內(nèi)形成至少兩個成形切口磨削溝槽，其中軸向遠離所述磨桿心軸的所述區(qū)段是用來粗磨一工件內(nèi)切口的粗粒度樹脂粘結(jié)區(qū)段，而較接近所述磨桿心軸的所述區(qū)段是用來精磨該切口的細粒度樹脂粘結(jié)區(qū)段。
2.如權(quán)利要求1所述的磨桿，其特征在于，用來粗磨所述切口的所述磨料尺寸是用來精磨所述切口的所述磨料尺寸的兩至三倍之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的磨桿，其特征在于，所述磨削材料在所述粗磨區(qū)段是樹脂粘結(jié)的粗粒度硬質(zhì)合金或金剛石，而在所述精磨區(qū)段是樹脂粘結(jié)的細粒度金剛石。
4.如權(quán)利要求1至3所述的磨桿，其特征在于，所述磨桿圓柱區(qū)域的所述粗磨和精磨區(qū)段中的任一或兩者，但尤其是后者，要足夠長以便當?shù)谝粶喜圻^度磨損不能進一步使用時連續(xù)成形的一個或多個另外的溝槽。
5.一種最好是一CNC磨床的磨床，該磨床具有一工作主軸、一磨削主軸以及一成形輪，所述磨削主軸載有一成形如權(quán)利要求1至4任一項所述的磨桿的坯件并且所述坯件具有一粗粒度區(qū)段和一細粒度區(qū)段，而所述成形輪可以旋轉(zhuǎn)以便形成一在所述粗粒度區(qū)段內(nèi)的切口磨削溝槽以及一在所述細粒度區(qū)段內(nèi)的切口磨削溝槽。
6.如權(quán)利要求5所述的磨桿，其特征在于，所述成形輪與所述工件安裝在同一主軸上。
7.在一如權(quán)利要求5或6所述的磨床上成形在一磨桿上的多個切口磨削溝槽的方法。
8.一種用于切口磨削的磨桿，該磨桿大體上在此參照附圖的圖5、6進行描述并在圖5、6中說明。
9.一種磨床或一種用于在一磨桿上成形切口磨削溝槽的方法，該磨床或方法大體上在此參照附圖的圖1至4進行描述并在圖1至4中說明。
全文摘要
一種用來磨削例如半導(dǎo)體晶片的圓片工件邊緣內(nèi)切口的磨桿(53)，它包括一用來安裝在磨床中的金屬心軸(132)，以及一鄰接的圓柱區(qū)域，所述圓柱區(qū)域具有軸向隔開的精磨料區(qū)段(160)和粗粒度區(qū)段(162)，而且后者在軸向更接近心軸(132)。使用時磨床具有一可旋轉(zhuǎn)成形輪，同樣地類似成形的切口磨削溝槽(140)和(142)由該輪分別在磨削區(qū)段(162)和(160)中成形。
文檔編號B24B9/06GK1424953SQ01804470
公開日2003年6月18日 申請日期2001年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月2日
發(fā)明者M·A·斯托克爾 申請人:尤諾瓦英國有限公司