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硅片减薄加工磨削力在线测量装置研究

王伟  
【摘要】:在硅片减薄加工过程中,磨削力的大小不仅对硅片的生产质量和效率有着直接影响,而且是反映砂轮磨损状态、磨削振动等的重要指标。实时监测磨削力的大小及其变化趋势,结合硅片磨削加工的生产要求,可以对砂轮的转速、进给速度、粒度等工艺参数及时调整,使硅片在减薄磨削加工中始终保持高效优质的磨削状态。 针对硅片减薄过程中各个环节的工作需求,结合双主轴两工位平移式工作台超精密硅片磨床的结构特点,在压电效应理论的基础上,研制出适用于硅片减薄加工中磨削力在线测量装置。该磨削测力仪采用四个呈正方形排布的压电传感器作为力电转换元件,实现了硅片减薄加工过程中三向正交磨削力的同时测量和监测,并从理论上推导和计算该测力仪的受力特点和工作原理。依据磨床的结构尺寸和工作特点,参考测力仪本身的性能要求,设计出该测力仪的壳体结构,并采用ANSYS Workbench软件对其结构进行优化以选取最优尺寸。讨论了测力仪的预紧方案,并计算出相应预紧力的取值范围。 在实验室条件下,模拟该磨削力测量装置在实际磨床上的安装情况对其静态性能进行标定分析,在特定的实验标定台上对测力仪进行中心静态标定实验、异位对比标定实验、最优磨削区域选择实验和磨削区域静态标定实验。建立测力仪动态标定实验装置,采用钢球冲击法对测力仪的动态性能标定分析。最后,在硅片磨床上进行实际磨削实验,验证了该磨削测力仪的测量性能。实验结果表明,该磨削力测量装置的动静态特性指标均达到国家推荐标准和国内外同类型磨削测力仪相应技术要求,为实时在线监测三向正交磨削力和硅片的控制力磨削技术提供了有力支撑。


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