Инструмент для гидродинамической обработки плоских деталей

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)4 В 24 В 37 04 В 24 D 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СНИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3712554/25-08 (22) 14.02.84 (46) 23.01.86. Бюл. N9 3 (71) Научно-исследовательский институт "Сапфир" и МВТУ им. Н.Э.Баумана (72) В.П. Жалнин, Ю.И. Нестеров, К,Ф. Скворцов, Л.С. Гарба и Л.Н. Михайлов (53) 621 . 922. 079 (088. 8) (56) J.Watanabe and J.Suzuki High

Precision Polishing о/. Semiconductor

Material Using Hydrodynamic Principle, Annals of the CIRP,vol 30/1/,1981, с. 91-95. (54) (57) 1. ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПЛОСКИХ ДЕТАЛЕЙ, выполненный в виде диска с радиально расположенными плоскими участками на его торцовой поверхности и с прямыми скосами, выполненными под острым углом к поверхности диска с одной стороны плоских участков, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности и качества обработки, с противоположной стороны плоских участков дополнительно выполнены обратные скосы под острым углом к торцовой поверхности, И

1206067

2. Инструмент по п. 1, о т л и— чающий с я тем, что прямыеи обратные скосы имеют постоянную ширину в направлении от центра диска к

его периферии, а между ними выполнены радиальные канавки.

3. Инструмент по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что прямые и обратные скосы имеют переменную ширину.

4. Инструмент по пп. 1-3, о т— л и ч а ю шийся тем, что отношение углов наклона прямых и обратных скосов лежит в пределах 0,025-40.

5. Инструмент по п. 1,.о т л и— ч а ю шийся тем, что ширина прямого и обратного скосов и плоского участка находятся в зависимости

Изобретение относится к финишной прецизионной обработке плоских деталей, например, из полупроводниковых монокристаллов и может найти широкое примененче при обработке полупроводниковых пластин большого диаметра для интегральных микросхем.

Целью изобретения является повышение производительности и качества обработки путем увеличения скорости течения абразивной суспензии в зазоре между инструментом и обрабатываемой деталью.

На фиг. 1 показан инструмент со скосами постоянной ширины, вид сверху; на фиг. 2 — инструмент co cicoсамц переменной ширины, вид сверху; на фиг. 3 — разрез А-А на фиг. 1, с плоскими скосами; на фиг. 4 — то же, с криволинейными скосами; на фиг. 5 — перепад давлений в клиньях, образуемых прямым и обратным скосами.

Инструмент представляет собой диск 1, на торцовой поверхности которого выполнены прямые 2 и обратные 3 скосы образующие Ч-образныь желобки 4, а между скосами — плоские участки 5. На дне желоба могут быть выполнены радиальные канавки 6, например полукруглые.

Как видно из фиг. 5, в области возникает давление выше, чем в окру+ Ь соз йg

В (1, — ширина прямого скоса — ширина обратного скоса; — ширина сектора, включающая ширину скосов и плоского участка; угол наклона прямого скоса; о — угол наклона обратного скоса.

6. Инструмент по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что отношение ширины прямого и обратного скосов находится в пределах 0,03-80.

7. Инструмент по пп. 1-6, о т л ич а ю шийся тем, что скосы выполнены криволинейными. жающей среде, а в области П давление меньше, чем в окружающей среде. За счет разрежения, получаемого в области 1I суммарный перепад давления

5 значительно выше, чем в прототипе, а следовательно, возрастает скорость движения абразивной суспензии в зазоре и соответственно производительность обработки.

В случае, когда угловая скорость вращения детали больше угловой скорости вращения инструмента, ширина прямых.и обратных скосов -должна увеличиваться в направлении от цент15 ра инструмента к его периферии, чтобы не изменилось гидродинамическое давление в жидкостном клине и съем материала бып равномерным.

20 В случае, когда угловые скорссти вращения детали и инструмента одинаковы, прямые и обратные скосы следует изготавливать постоянной ширины.

А в случае, когда угловая скорость вращения детали меньше угловой скорости вращения инструмента, ширина прямых и обратных скосов должна

;уменьшаться в направлении периферии инструмента. Благодаря этому компенЗО сируется изменение давления в жидкостном клине за счет возрастания относительной скорости в направлении периферии.

1206067 где, b<

Ь2

 — ширина прямого скоса 40 — ширина обратного скоса; — ширина сектора, включающая ширину скосов и плоского участка; — угол наклона прямого скоса;45

ac — угол наклона обратного скоса.

Отношение ширины прямого скоса и ширины обратного скоса лежит в пределах 0,03-80. 50

При уменьшении данного отношения менее 0,03 происходит существенное уменьшение несущей способности инструмента, в результате чего обрабатывае-. мая деталь может соприкасаться с ра- 55 бочей поверхностью инструмента. Это приводит к ухудшению качества обрабатываемой поверхности или повреждению

Между прямыми и обратными скосами инструмента выполнены радиальные канавки глубиной 2-3 мм, например полукруглой формы. Они предназначены для улучшения подвода абразивной суспензии к прямым и обратным скосам и отвода суспензии от них. Так как накавки выполнены в радиальном направлении, то циркуляция суспензии осуществляется очень активно под воз- 10 действием центробежной силы, что положительно сказывается на скорости съема материала и качестве обрабатываемой поверхности.

Отношение углов прямого и обратного скоса лежит в пределах 0,025-40.

Минимальный целесообразный тангенс угла наклона скоса может быть 0,007, а максимальный угол наклона скоса о может быть 15 . Угол наклона прямого скоса может быть меньше или. больше угла наклона обратного скоса. Это зависит от конкретного выбора профиля инструмента. А отношение этих углов лежит в указанных пределах. Плоский, участок в инструменте служит для восприятия давления детали на инструмент, когда относительное движение детали и инструмента равно нулю, З0 так как в этом случае гидродинамическое давление равно нулю и деталь ложится на инструмент. Это соответствует режимам пуска и остановки. Ширина плоского участка и скосов находятся З5 в следующей зависимости:

< b, cos c(, + Ь cos6, У

В

У детали, а также преждевременному износу инструмента.

При увеличении данного отношения больше 80, значительно возрастает несущая способность инструмента, что приводит к увеличению зазора между обрабатываемой поверхностью детали и плоским участком инструмента. В результате этого существенно ухудшается плоскостность обрабатываемой детали.

Как видно из фиг. 5, переход от плоского прямого и обратного скоса к горизонтальному плоскому участку является резким. При скоростях относительного движения инструмента и детали до 150 м/мин и углах наклона о скосов до 10 такой резкий переход не оказывает существенного влияния на течение жидкой суспензии в зазоре, что подтверждается экспериментальной проверкой. Однако при более высоких скоростях и больших углах наклона скосов, ьа упомянутых резких переходах возникают завихрения, приводящие к снижению производительности процесса обработки и ухудшению качества поверхности обрабатываемой детали. Поэтому при высоких скоростях относительного движения детали и инструмента прямые и обратные скосы следует выполнять криволинейными, например по логарифмической образующей с плавным переходом в плоский горизонтальный участок.

Инструмент работает следующим образом.

До начала обработки включают автономный .привод инструмента. Инструмент при этом должен находиться в объеме суспензии. К вращающемуся в объеме суспензии инструменту плавно подводят обрабатываемую деталь, которая может совершать сложное плоскопараллельное движение. При подводе плоской детали к инструменту между прямыми и обратными скосами и плоскостью детали образуется жидкостные клинья. За счет перепада давления в этих клиньях в зазоре между деталью и плоским горизонтальным участком инструмента интенсивно течет поток суспензии, содержащий абразивные; частички. При столкновении их с поверхностью детали осуществляется удаление необходимого припуска.

Инструмент был испытан при обработке кремневых пластин марки КДБ 7, 5, ориентация (1!1) диаметром 76 мм.

S I 206067 . 6

Обработка осуществлялась в объеме Ъ = p (инструмент для сравнесуспензии следующего состава,вес.X: ния), двуокись кремния Азросип А-175 - 2; Для первого инструмента а, /жг = едкое кали — 0,25; глицерин — 12; =0,025; В = 39,4 ° 10 м, (Ъ соз с(,. + перекись водорода — 2,5; деионизован- 5 + Ьг соз Wz )/В = 0,1. Скорость съеная вода — остальное. Скорость отно- ма составила 3 ° 10 м/с. сительного движения 2 м/с. Зазор Для второго инструмента К, / Kg = составил 3 ° 10 м. Обработка прово- = 40; В = 13,8 ° 10 м, (Ь „ cos м, +

-6, дилась тремя инструментами. + Ь cos кг )/В = 0,99.

Параметры первого инструмента: 10 Скорость съема составила 2,2x с(= 0 5 ; Ыг = 20 b =3 ° 10 м; «10 м/с, .

1„-10- „ Для инструмента ¹ 3 скорость съег -9

Параметры второго инструмента: ма составила 1,7 10 м/с.

15 ; я = 0,375 Ь< 1 10 м; Причем при обработке первым и вто15 рым инструментами на поверхности пластин наблюдалось меньшее количестПараметры третьего инструмента: .во следов воздействия абразивных о -г м1 = 15; кг = 0; Ь = 1 " 10 м; зерен двуокиси кремния.

Фиа2

1206067

А-А

Фиг. 8

А-A

Qua.4

Aemartb

Инструмент

Составитель В. Воробьев

Редактор А. Ворович Техред З.Палий Корректор И.- Муска

Заказ 8615/14 Тираж "=,9 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035i Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4