[发明专利]磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置及方法

说明书

技术领域

本发明是一种磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置及方法，属于磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置及方法的创新技术。

背景技术

随着微电子技术、MEMS（微电子系统）的发展，为充分利用材料的电性能制作微电子元器件的材料从单晶硅材料向电子陶瓷材料扩展，如氧化铝陶瓷、钛酸锶陶瓷、钛酸钡陶瓷等，此类电子陶瓷一般通过其组成相的硬质颗粒与粘接相界面结构达到其电性能要求，常常采用无压烧结工艺制作电子陶瓷基片。电子陶瓷基片要成为高性能微电子元器件的衬底，一般要求厚度在0.15mm左右、上下表面粗糙度Ra0.05um左右，通过直接无压烧结方式，无论是厚度还是表面粗糙度均无法达到该要求，因而需要通过机械研磨加工方法才能达到尺寸和表面精度要求。考虑陶瓷基片材料成本和加工成本，烧结过程需要控制电子陶瓷基片的厚度，但电子陶瓷基片的厚度越薄，无压烧结后翘曲变形越严重大。

研磨加工是利用研磨盘和研磨工作液（油或水性物质与游离磨料的混合物），通过研磨盘向游离磨料施加一定压力作用于工件表面，磨料在研磨盘与工件界面上产生滚动或滑动，从被加工工件表面去除一层极薄的材料，达到提高工件形状精度和表面精度的目的。

现有的研磨装置主要由安装在连接电机的主轴上的研磨盘和工件安装盘构成。工作时，将工件安装在工件安装盘上，研磨盘和工件安装盘之间保持一定的运动关系，工件安装盘对游离磨料施加一定的压力实现对工件表面的研磨加工，可以实现单面研磨,进行双面研磨时另行增加一个研磨盘。

研磨加工方法是在刚性研具（铸铁、锡等）表面嵌入磨料，在一定的压力作用下，通过研具与工件之间的相对运动，对工件表面进行微量去除，获得高的精度和低的表面粗糙度的工艺方法。现有的研磨方法主要由金属材料制成研磨盘基体，将游离磨料加入到研磨盘与工件之间的机械研磨，例如铸铁研磨盘加研磨剂/研磨膏，加工过程中依靠工件的原始表面与研磨盘表面贴合进行定位控制。

现有研磨加工超薄硬脆材料基片时存在的问题一方面是夹持困难：无压烧结超薄硬脆材料基片厚度小（厚度最小0.1mm，约为其他二维方向尺寸的千分之五）翘曲变形大，易破碎，在研磨加工中装夹困难。采用目前的行星轮保持架双面研磨，由于基片厚度小翘曲变形大，行星轮保持架难以稳定带动基片运动，同时研磨盘压力作用使基片翘曲部位破损，造成研磨加工过程中基片高破碎率；真空吸附法由于超薄硬脆材料基片翘曲变形无法有效夹持；腊层粘贴衬底单面研磨法在基片粘贴和拆除过程同样容易发生破碎，无法实现超薄硬脆材料基片的有效夹持就难以实现基片低破碎率和高精度的研磨加工。

现有研磨加工超薄硬脆材料基片时存在的问题另一方面是磨粒划伤表面：游离磨料微粒在研磨盘与工件之间的运动速度、轨迹、滞留时间等都无法有效控制，在研磨盘与工件界面之间的游离态磨料只有较大尺寸的磨粒产生加工作用，造成加工表面局部划伤。对于利用游离磨料进行研磨加工的方法，提高游离磨料加工效率和加工精度的关键是如何确保研磨盘与工件接触界面上具有均匀的磨料浓度分布以及尽可能均等的磨粒作用力，现有的机械和化学的研磨方法都难以做到这一点，因而影响了研磨加工的表面精度。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种能对厚度小，翘曲变形大，研磨加工中易破碎、装夹困难的超薄硬脆材料基片进行研磨抛光的磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置。本发明设计合理，方便实用。

本发明的另一目的在于提供一种操作简单的磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛方法。

本发明的技术方案是：本发明的磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置，包括有研磨头主轴、基板、具有与超薄硬脆材料基片的形状及大小一致的磁性套、高磁感应强度磁性体、研磨盘修整套、研磨盘、研磨盘主轴，其中固定螺钉将布置有高磁感应强度磁性体的基板镶嵌固定在磁性套上形成柔性研磨抛光头，研磨盘固定在研磨盘主轴上，研磨盘修整套置于研磨盘上，磁流变工作液通过循环管加入到研磨盘的上表面。

本发明磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛方法，包括如下步骤：

1）通过研磨头主轴、具有与超薄硬脆材料基片的形状及大小一致的磁性套和固定螺钉将一定规律布置有高磁感应强度磁性体的基板镶嵌固定在磁性套上，形成柔性研磨抛光头；

2）将研磨盘通过销钉固定在研磨盘主轴上，再将修整面具有矩形槽并且中间开有与超薄硬脆材料基片的形状及大小一致的内孔的研磨盘修整套置于研磨盘上；