本實用新型涉及一種半導體材料加工領域，尤其涉及一種藍寶石晶片腐蝕-拋光復合加工機床。

背景技術：

藍寶石因具有耐高溫、耐磨損、導熱性好、電絕緣性優(yōu)良、化學性能穩(wěn)定、高硬度和高強度以及很寬的透光頻帶等優(yōu)良特性，而被廣泛應用于高速集成電路、激光芯片通信、LED、高速導彈整流罩、手機屏幕、光學元件、醫(yī)用藍寶石刀片、高溫高強度結構元件等軍用及民用各領域。在這些應用中，都需要對藍寶石零件表面進行精密甚至超精密加工，尤其是藍寶石作為LED襯底和窗口材料，工件表面更是要求達到超光滑無損傷。然而，藍寶石是一種典型的硬脆性材料，其硬度僅次于金剛石，莫氏硬度達到9，對其加工非常困難，加工中容易引起加工損傷，且加工效率非常低，尤其是拋光加工，往往需要很長時間。藍寶石的酸腐蝕是利用藍寶石與濃酸發(fā)生化學反應將其材料去除，在藍寶石腐蝕過程中，藍寶石工件表面如果有一些微裂紋損傷，則腐蝕速度更快；沒有損傷裂紋區(qū)域則損傷腐蝕速度較慢，利用腐蝕差異特性可快速將藍寶石加工損傷層去除。

研磨作為藍寶石襯底加工的一道中間工序，經過研磨后的藍寶石襯底表面存在較大的損傷層，且表面較為粗糙，表面粗糙度Ra約為0.8-1.0μm。而作為LED襯底，研磨后的晶片還需經過較長時間的拋光加工，才能使其表面達到超光滑、無損傷的要求。對藍寶石進行強酸腐蝕可快速將表面損傷層去除，但對表面粗糙度難以改善。因此，還是需要對晶片表面進行拋光來降低表面粗糙度，提高表面光潔度。如中國專利數據庫公開的CN1833816A、CN102166790A和CN102233541A。如果采用較細粒度磨料進行精密拋光，拋光效率很低，但如果采用較粗粒度磨料進行粗拋光，則又會產生一定的損傷層。

技術實現要素：

本實用新型提供了一種藍寶石晶片腐蝕拋光復合加工機床，其克服了背景技術中藍寶石晶片腐蝕拋光加工所存在的不足。

本實用新型解決其技術問題的所采用的技術方案是：

一種藍寶石晶片腐蝕拋光復合加工機床，包括機臺(1)、立式旋轉臂(6)、主軸系統(9)、第一電機(8)、載物盤(10)和負壓機構；

該機臺(1)頂面設有周向間隔布置的裝卸位(2)、粗拋位(3)、腐蝕位(4)和精拋位(5)，該粗拋位(3)和精拋位(5)上都設有拋光部件，該腐蝕位(4)設有內裝有腐蝕液的腐蝕槽(13)；

該立式旋轉臂(6)上部固設有懸臂(7)，該主軸系統(9)能相對懸臂(7)上下活動，該第一電機(8)和載物盤(10)都裝接在主軸系統(9)上且第一電機(8)傳動連接載物盤(10)，載物盤(10)能相對主軸系統(9)轉動；該載物盤(10)上設有吸孔，該負壓機構接通吸孔；

該立式旋轉臂(6)設于該周向的軸線處且能繞該軸線轉動，通過立式旋轉臂(6)轉動能將載物盤(10)分別移至裝卸位(2)、粗拋位(3)、腐蝕位(4)和精拋位(5)，在裝卸位(2)通過載物盤(10)和負壓機構配合以裝卸晶片，在粗拋位(3)通過晶片和拋光部件配合以粗拋晶片，在腐蝕位(4)通過晶片浸沒在腐蝕液內以腐蝕晶片，在精拋位(5)通過晶片和拋光部件配合以精拋晶片。

一實施例之中：該機臺(1)頂面為水平面，該裝卸位(2)、粗拋位(3)、腐蝕位(4)和精拋位(5)的位置環(huán)形陣列布置，該載物盤(10)轉動軸線平行立式旋轉臂(6)轉動軸線。

一實施例之中：該懸臂(7)末端設有導軌，該主軸系統(9)包括一能上下滑動連接在導軌的滑座和一轉動連接在滑座內的主軸，該第一電機(8)裝接在滑座，該第一電機(8)傳動連接主軸上端部，該載物盤(10)固接在主軸下端部。

一實施例之中：還包括驅動單元，該驅動單元裝接在懸臂(7)且傳動連接滑座，該驅動單元為氣缸機構。

一實施例之中：該裝卸位(2)包括至少一個上料位和至少一個下料位，該上料位和下料位環(huán)形陣列布置；該每個上料位處凹設有一截面適配晶片的上料槽，該上料槽槽底設有第一升降臺(11)，該晶片上下疊放且置放在第一升降臺(11)之上；該每個下料位處凹設有一截面適配晶片的下料槽，該下料槽槽底設有第二升降臺，該晶片上下疊放且置放在第二升降臺之上。

一實施例之中：該裝卸位(2)處還設有能轉動且位于上料槽和下料槽之上的轉盤(12)，該轉盤(12)設有上下貫穿的通孔，通過轉盤(12)轉動使通孔對齊上料槽或/和下料槽。

一實施例之中：該粗拋位(3)處設置的拋光部件為第一拋光墊，該第一拋光墊中的磨粒為金剛石磨粒，磨粒粒徑為10-40m；該精拋位(5)處設置的拋光部件為第二拋光墊，該第二拋光墊中的磨粒為氧化鋁或碳化硅磨粒，磨粒粒徑為100-200納米。

一實施例之中：該腐蝕槽(13)呈上大下小的階梯槽，該階梯槽具有階梯面；該腐蝕位(4)還設有升降桿(14)、晶片籃(15)、用于加熱腐蝕槽(13)內腐蝕液的加熱裝置和密封罩(16)；該升降桿(14)能上下升降地裝接在腐蝕槽(13)的階梯面，該晶片籃(15)具有籃體和由籃體上周圈向外延伸的籃緣，該籃體開設有上下貫穿的細孔，該籃緣固接在升降桿(14)頂端；該密封罩(16)能水平移動地連接腐蝕槽(13)且在一個伸入腐蝕槽(13)內且封閉腐蝕槽(13)的封閉位置和一個離開腐蝕槽(13)的打開位置之間移動。

一實施例之中：該腐蝕槽(13)具有槽壁，通過階梯面將腐蝕槽(13)的槽壁分為上槽壁和下槽壁，該腐蝕槽(13)內的腐蝕液液面低于階梯面；通過升降桿上下升降能帶動晶片籃(15)處于上升位置和下降位置，位于上升位置的晶片籃(15)脫離腐蝕液，位于下降位置的晶片籃(15)的下部浸沒在腐蝕液內；該上槽壁設有內外貫穿的滑槽，該密封罩(16)水平移動地連接滑槽。

本技術方案與背景技術相比，它具有如下優(yōu)點：

通過立式旋轉臂轉動能將載物盤分別移至裝卸位、粗拋位、腐蝕位和精拋位，在裝卸位通過載物盤和負壓機構配合以裝卸晶片，在粗拋位通過晶片和拋光部件配合以粗拋晶片，在腐蝕位通過晶片浸沒在腐蝕液內以腐蝕晶片，在精拋位通過晶片和拋光部件配合以精拋晶片，可對藍寶石晶片進行上料、腐蝕、拋光和下料復合加工，能夠快速獲得超光滑無損傷的晶片表面，大大提高了藍寶石晶片加工效率，機床結構緊湊。主軸系統能上下運動，方便上料和下料，且能在拋光中提供壓力。

腐蝕槽設有密封罩，可優(yōu)化加工環(huán)境和保護操作人員安全。

每個上料位處凹設有一截面適配晶片的上料槽，上料槽槽底設有第一升降臺，晶片上下疊放且置放在第一升降臺之上；每個下料位處凹設有一截面適配晶片的下料槽，下料槽槽底設有第二升降臺，晶片上下疊放且置放在第二升降臺之上，通過載物盤上升、下降、升降臺上升、下降及負壓機構吸附或松釋實現上料或下料，能避免上料或下料過程中損壞晶片。

設有晶片籃，晶片籃能升降，方便將晶片置放在籃內，方便使晶片浸沒在腐蝕液內。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。

圖1是本實用新型加工機床的立體示意圖；

圖2-1是本實用新型晶片裝卸位的立體示意圖；

圖2-2是本實用新型晶片裝卸位的結構示意圖；

圖3-1是本實用新型腐蝕位的立體示意圖；

圖3-2是本實用新型腐蝕位的晶片籃處于上升位置的結構示意圖；

圖3-3是本實用新型腐蝕位的晶片籃處于下降位置的結構示意圖。

具體實施方式

請查閱圖1，一種藍寶石晶片腐蝕拋光復合加工機床，包括機臺1、立式旋轉臂6、主軸系統9、第一電機8、載物盤10和負壓機構。該載物盤10上設有吸孔，該負壓機構接通吸孔，以通過負壓使載物盤10吸附晶片，通過負壓解除，釋放晶片，最好，吸孔個數為多個且按規(guī)律排列。

該機臺1頂面設有周向間隔布置的裝卸位2、粗拋位3、腐蝕位4和精拋位5，最好，該機臺1頂面為水平面，該裝卸位2、粗拋位3、腐蝕位4和精拋位5的位置環(huán)形陣列布置。

該立式旋轉臂6設于該周向(環(huán)形陣列)的軸線處且能繞該軸線轉動，該軸線上下布置；該立式旋轉臂6上部固設有懸臂7，該懸臂7末端設有導軌。該主軸系統9包括一滑座和一轉動連接在滑座內的主軸。該滑座能上下滑動連接在導軌，以使滑座能上下活動，使主軸系統9能相對懸臂7上下活動，根據需要，還包括驅動單元，該驅動單元裝接在懸臂7且傳動連接滑座以帶動滑座上下活動，該驅動單元為氣缸機構。該第一電機8裝接在滑座，該第一電機8傳動連接主軸上端部，該載物盤10固接在主軸下端部，以通過第一電機帶動主軸轉動，帶動載物盤10轉動。該主軸平行立式旋轉臂6轉動軸線，該載物盤10轉動軸線平行立式旋轉臂6轉動軸線。通過對立式旋轉臂6的轉動控制，可將載物盤10分別移至裝卸位2、粗拋位3、腐蝕位4和精拋位5進行相應的操作和加工。

請查閱圖1、圖2-1和圖2-2，該裝卸位2包括至少一個上料位和至少一個下料位，如附圖中的四個上料位和四個下料位，該上料位和下料位交錯布置，八個環(huán)形陣列布置。該每個上料位處凹設有一截面適配晶片的上料槽，該上料槽槽底設有第一升降臺11，該晶片上下疊放且置放在第一升降臺11之上；該每個下料位處凹設有一截面適配晶片的下料槽，該下料槽槽底設有第二升降臺，該晶片上下疊放且置放在第二升降臺之上。該第一升降臺、第二升降臺如采用液壓機構或電機配設絲桿螺母機構。該裝卸位2處還設有能轉動且位于上料槽和下料槽之上的轉盤12，該轉盤12設有上下貫穿的通孔，通過轉盤12轉動使通孔對齊上料槽或/和下料槽。

請查閱圖1，該粗拋位3和精拋位5上都設有拋光部件。該粗拋位3處固設的拋光部件為第一拋光墊，該第一拋光墊中的磨粒為金剛石磨粒，磨粒粒徑為10-40m；該精拋位5處固設的拋光部件為第二拋光墊，該第二拋光墊中的磨粒為氧化鋁或碳化硅磨粒，磨粒粒徑為100-200納米。

請查閱圖3-1、圖3-2和圖3-3，該腐蝕位4設有內裝有腐蝕液的腐蝕槽13。該腐蝕槽13呈上大下小的階梯槽，該階梯槽具有階梯面，通過階梯面將腐蝕槽13的槽壁分為上槽壁和下槽壁，腐蝕液液面低于階梯面；該腐蝕位4還設有升降桿14、晶片籃15、用于加熱腐蝕槽13內腐蝕液的加熱裝置和密封罩16；該升降桿14能上下升降地裝接在腐蝕槽13的階梯面，且升降桿14個數為多個，多個周向均勻間隔布置；該晶片籃15具有籃體和由籃體上周圈向外延伸的籃緣，該籃體開設有上下貫穿的細孔，該籃緣固接在升降桿14頂端，以通過升降桿上下升降能帶動晶片籃15處于上升位置和下降位置，位于上升位置的晶片籃15脫離腐蝕液，位于下降位置的晶片籃15的下部浸沒在腐蝕液內；該上槽壁設有滑槽，該密封罩滑動連接滑槽，使該密封罩16能水平移動地連接腐蝕槽13的上槽壁，且在一個伸入腐蝕槽13內且封閉腐蝕槽13(密封罩16周壁密封上槽壁)的封閉位置和一個離開腐蝕槽13上槽壁的打開位置之間移動，通過密封罩能密封腐蝕槽13，避免腐蝕液的氣體外泄或腐蝕液外溢，保證安全性能。該腐蝕槽13、升降桿14、晶片籃15、密封罩16均由耐強酸腐蝕且耐高溫(350℃以上)材料制成，如石英玻璃。根據需要，還可設置溫度控制系統，該加熱裝置和溫度控制系統需能將腐蝕槽13中的腐蝕液加熱至300℃以上，且溫度控制精度要求達到±5℃；

請查閱圖1，通過立式旋轉臂6轉動能將載物盤10分別移至裝卸位2、粗拋位3、腐蝕位4和精拋位5，在裝卸位2通過載物盤10和負壓機構配合以裝卸晶片，在粗拋位3通過晶片和拋光部件配合以粗拋晶片，在腐蝕位4通過晶片浸沒在腐蝕液內以腐蝕晶片，在精拋位5通過晶片和拋光部件配合以精拋晶片。優(yōu)選的，可根據晶片的加工要求及材料去除量的大小，通過程序控制載物盤10的運動，實現腐蝕、粗拋、精拋這三道工序加工順序及加工次數的調整。

當載物盤10移至上料位時，轉盤12的通孔對齊上料槽槽口，第一升降臺11將晶片從轉盤12上各通孔中頂出；控制主軸系統使載物盤10下降，通過負壓機構吸附作用將晶片吸附裝在載物盤10，再控制主軸系統上升復位，帶動載物盤10上升復位；接著旋轉臂6轉動，使載物盤10移至其他加工位；卸載晶片時載物盤10移至下料位，載物盤10下降并撤去吸力，將晶片放到各通孔中，置放在下料槽的第二升降臺之上。

當載物盤10移至粗拋位3、精拋位5時，通過第一電極8帶動主軸轉動，帶動載物盤10旋轉轉動，帶動晶片轉動，在粗拋和精拋加工過程中為晶片提供一定轉速的旋轉運動；通過主軸系統上下運動帶動載物盤10上下運動，同時在粗拋和精拋過程中通過上下運動的控制可對晶片施加一定的拋光壓力。其中：粗拋以機械拋光方式去除材料，精拋則以CMP拋光(化學機械拋光)方式去除材料。

當載物盤10移至腐蝕位4時，該載物盤10移至腐蝕位4上方后密封罩16開啟至打開位置，晶片籃15上升到上升位置，載物盤10下降并撤掉吸力，將晶片放入晶片籃15中，晶片籃15下降至下降位置，使晶片浸泡在腐蝕液中，密封罩16運動至關閉位置實現關閉；腐蝕一段時間后密封罩16開啟，晶片籃15上升，載物盤10將晶片吸住，晶片籃15下降，密封罩16關閉，載物盤10轉至下一工序。

本實施例之中，設置有四個工位，四個工位按裝卸位2、粗拋位3、腐蝕位4和精拋位5順序布置，加工時按下列工序加工：上料--腐蝕--粗拋--精拋—下料進行加工。根據需要，也可設置五個工位，五個工位的裝卸位2、腐蝕位4、粗拋位3、腐蝕位4和精拋位5順序布置，或，六個工位，六個工位的裝卸位2、腐蝕位4、粗拋位3、腐蝕位4、精拋位5和裝卸位2順序布置。

以上所述，僅為本實用新型較佳實施例而已，故不能依此限定本實用新型實施的范圍，即依本實用新型專利范圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本實用新型涵蓋的范圍內。