【技術實現步驟摘要】
本申請涉及半導體加工，尤其是涉及一種電化學機械拋光裝置及方法。
技術介紹
1、在半導體領域，碳化硅(sic)等硬脆材料因其具有禁帶寬度大，被廣泛應用于高性能器件；在光學成像領域，?sic相比于石英玻璃、金屬鈹等材料具有更大的比剛度和熱穩定性，這使得在實現同樣的光學口徑和精度要求下，碳化硅反射鏡具有更小的重量、更優的熱穩定性。
2、然而，sic單晶的硬度非常高，在自然界中僅次于金剛石和立方氮化硼。此外，sic單晶由于其化學惰性，幾乎不與酸或堿溶液反應。與傳統的金屬化學機械拋光相比，電化學機械拋光利用外部電路來氧化材料表面，從而實現低壓力、高可控性和良好的材料去除效率，有望消除這些問題。
3、在相關技術中，提出了針對sic、氮化鎵(gan)等硬脆材料的電化學機械拋光裝置及方法，但其僅限于硬脆材料的平坦化方法，無法對具有球面、非球面特征（回轉曲面特征）的硬脆元件進行加工。
4、因此，如何實現對具備回轉曲面特征的硬脆材料元件的拋光加工是本領域技術人員目前亟需解決的問題。
技術實現思路
1、為了實現對具備回轉曲面特征的硬脆材料元件的拋光加工，本申請提供一種電化學機械拋光裝置及方法。
2、本申請提供的一種電化學機械拋光裝置及方法采用如下的技術方案：
3、第一方面，一種電化學機械拋光裝置，包括：
4、三軸移動機構；
5、a軸擺動單元，所述a軸擺動單元連接在所述三軸移動機構上；
6、c軸旋轉單元，所述c
7、s軸主軸單元，所述s軸主軸單元連接在所述a軸擺動單元上，所述s軸主軸單元包括拋光頭；
8、電化學工作站，所述電化學工作站具有陽極和陰極，所述陽極與所述導電夾盤連接，所述陰極與所述拋光頭連接；
9、上位機，所述上位機與所述電化學工作站電性連接；
10、工控機，所述工控機與所述三軸移動機構、a軸擺動單元、c軸旋轉單元、s軸主軸單元、上位機電性連接。
11、通過采用上述技術方案，將工件固定安裝在導電夾盤上，利用工控機控制c軸旋轉單元轉動即可帶動導電夾盤與工件進行轉動，以實現機械拋光回轉曲面的主運動。利用工控機控制s軸主軸單元可帶動拋光頭轉動，以實現機械拋光回轉曲面的進給運動。利用工控機控制三軸移動機構與a軸擺動單元進行相應的組合運動，可控制s軸主軸單元上的拋光頭在具備回轉曲面的工件的表面進行機械拋光加工。a軸擺動單元轉動后可改變s軸主軸單元的角度，以適應工件回轉曲面的曲率變化。電化學工作站通過導電夾盤和拋光頭能夠給工件通電，工件通電后就會在儲液槽內部儲存的電解液中發生電解反應，從而確保機械拋光的電化學加工效果，這樣即可實現對具備回轉曲面特征的硬脆材料元件的拋光加工。
12、可選的，所述三軸移動機構包括底座，所述底座上固定安裝有龍門架，所述底座上位于所述龍門架的下方連接有x軸移動單元，所述龍門架上連接有y軸移動單元，所述y軸移動單元上連接有z軸移動單元。
13、通過采用上述技術方案，將x軸移動單元固定安裝在底座上位于所述龍門架的下方，將y軸移動單元固定安裝在龍門架上，再將z軸移動單元固定安裝在y軸移動單元上，利用底座與龍門架的固定連接，可以保證三軸移動機構的移動穩定性和操作便捷性。
14、可選的，所述a軸擺動單元連接在所述z軸移動單元上，所述c軸旋轉單元連接在x軸移動單元上，所述工控機與所述x軸移動單元、y軸移動單元、z軸移動單元電性連接。
15、通過采用上述技術方案，利用工控機可以穩定的控制x軸移動單元、y軸移動單元、z軸移動單元進行移動，通過x軸移動單元可以調整c軸旋轉單元的位置，通過z軸移動單元可以調整a軸擺動單元的高度，這樣進一步保證了在對工件進行機械電化學拋光加工過程中的可靠性和穩定性。
16、可選的，所述c軸旋轉單元包括轉動座，轉動座上固定安裝有c軸電機，c軸電機與工控機電性連接，所述c軸電機的輸出軸上固定連接有主動錐齒輪，所述導電夾盤的下端固定連接有驅動軸，所述驅動軸的下端固定連有從動齒輪，所述主動錐齒輪的外側嚙合連接有從動錐齒輪，所述從動錐齒輪上設有與之同軸固定連接的主動齒輪，所述從動錐齒輪與所述主動齒輪同軸轉動連接在所述轉動座上，所述主動齒輪與所述從動齒輪嚙合。
17、通過采用上述技術方案，利用工控機可控制c軸電機進行旋轉運動，c軸電機可帶動主動錐齒輪和從動錐齒輪與主動齒輪轉動，主動齒輪就會帶動從動齒輪和驅動軸轉動，驅動軸就會帶動導電夾盤和工件轉動，從而實現了在電化學機械拋光作業過程中工件的主運動。
18、可選的，所述驅動軸為空心軸，所述從動齒輪的下端面開設有與所述驅動軸內部連通的液流通道，所述從動齒輪的下端面同軸固定連接有葉輪軸，所述葉輪軸的外側固定連接有葉輪，所述葉輪的外側固定連接有葉輪箱，所述葉輪箱與所述從動齒輪的下端面密封轉動連接，所述葉輪箱的側壁密封固定連通有排液管，所述排液管的外端密封連接有噴液管，所述噴液管密封貫穿所述儲液槽的側壁。
19、通過采用上述技術方案，在電化學機械拋光作業過程中，電解液就會從電夾盤的縫隙中流入空心的驅動軸中，驅動軸中的電解液通過液流通道就會進入葉輪箱中，當電夾盤帶動工件進行轉動時，葉輪軸和葉輪會與從動齒輪同步轉動，葉輪在轉動時就會將電解液泵送至排液管和噴液管，噴液管再將電解液輸送至儲液槽內部，從而促進電解液在工作過程中的流動性，可以避免局部不流動的電解液在加工過程中夾雜工件的切屑而影響電解效果，進而保證了電解反應的穩定性，有利于保證加工質量。
20、可選的，所述排液管與所述噴液管之間連接有過濾器，所述噴液管密封貫穿所述儲液槽側壁的一端連接有蛇形管，所述蛇形管的末端連接有噴嘴。
21、通過采用上述技術方案，利用過濾器可以對循環的電解液進行過濾，以便于將電解液在加工過程中夾雜工件的切屑過濾掉，并利用蛇形管和噴嘴將過濾后的電解液輸送至工件的加工表面，可進一步保證電解反應的穩定性，有利于提高對工件的加工質量。
22、可選的，所述導電夾盤具有三個中心對稱的卡爪，所述卡爪的工作面上固定嵌裝有導電塊，所述導電塊與所述陽極連接，所述導電塊采用銅材制作。
23、通過采用上述技術方案，利用三個中心對稱的卡爪可以穩定的對工件進行固定，并且在卡爪的工作面上固定嵌裝導電塊，通過導電塊與工件的直接接觸形成導電連接既可以增加工件與所述陽極之間的連接強度和可靠性，還可以通過三個中心對稱的導電塊保證工件的通電后電場的穩定性和均衡性，因此保證工件在加工過程中進行電解反應的穩定性，從而提高對工件表面進行電化學機械拋光的質量。
24、可選的，所述a軸擺動單元包括與工控機電性連接的a軸電機，所述a軸電機上連接有擺動架，所述s軸主軸單元包括與工控機電性連接的s軸電機，所述s軸電機本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種電化學機械拋光裝置，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的電化學機械拋光裝置，其特征在于：所述三軸移動機構（100）包括底座（101），所述底座（101）上固定安裝有龍門架（102），所述底座（101）上位于所述龍門架（102）的下方連接有X軸移動單元（103），所述龍門架（102）上連接有Y軸移動單元（104），所述Y軸移動單元（104）上連接有Z軸移動單元（105）。
3.根據權利要求2所述的電化學機械拋光裝置，其特征在于：所述A軸擺動單元（200）連接在所述Z軸移動單元（105）上，所述C軸旋轉單元（300）連接在X軸移動單元（103）上，所述工控機（700）與所述X軸移動單元（103）、Y軸移動單元（104）、Z軸移動單元（105）電性連接。
4.根據權利要求3所述的電化學機械拋光裝置，其特征在于：所述C軸旋轉單元（300）包括轉動座（320），轉動座（320）上固定安裝有C軸電機（303），C軸電機（303）與工控機（700）電性連接，所述C軸電機（303）的輸出軸上固定連接有主動錐齒輪（304），所述導電夾盤（301）
5.根據權利要求4所述的電化學機械拋光裝置，其特征在于：所述驅動軸（305）為空心軸，所述從動齒輪（306）的下端面開設有與所述驅動軸（305）內部連通的液流通道（309），所述從動齒輪（306）的下端面同軸固定連接有葉輪軸（310），所述葉輪軸（310）的外側固定連接有葉輪（311），所述葉輪（311）的外側固定連接有葉輪箱（312），所述葉輪箱（312）與所述從動齒輪（306）的下端面密封轉動連接，所述葉輪箱（312）的側壁密封固定連通有排液管（313），所述排液管（313）的外端密封連接有噴液管（314），所述噴液管（314）密封貫穿所述儲液槽（302）的側壁。
6.根據權利要求5所述的電化學機械拋光裝置，其特征在于：所述排液管（313）與所述噴液管（314）之間連接有過濾器（315），所述噴液管（314）密封貫穿所述儲液槽（302）側壁的一端連接有蛇形管（316），所述蛇形管（316）的末端連接有噴嘴（317）。
7.根據權利要求1所述的電化學機械拋光裝置，其特征在于：所述導電夾盤（301）具有三個中心對稱的卡爪（318），所述卡爪（318）的工作面上固定嵌裝有導電塊（319），所述導電塊（319）與所述陽極（501）連接，所述導電塊（319）采用銅材制作。
8.根據權利要求1所述的電化學機械拋光裝置，其特征在于：所述A軸擺動單元（200）包括與工控機（700）電性連接的A軸電機（201），所述A軸電機（201）上連接有擺動架（405），所述S軸主軸單元（400）包括與工控機（700）電性連接的S軸電機（403），所述S軸電機（403）安裝在所述擺動架（405）上，所述S軸電機（403）上傳動連接有導電軸（404），所述導電軸（404）上轉動連接有導電滑環（402），所述導電滑環（402）與所述陰極（502）連接，所述拋光頭（401）固定連接在所述導電軸（404）上。
9.一種電化學機械拋光方法，包括以下步驟：
10.根據權利要求9所述的電化學機械拋光方法，其特征在于，所述步驟S4包括：
...【技術特征摘要】
1.一種電化學機械拋光裝置，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的電化學機械拋光裝置，其特征在于：所述三軸移動機構（100）包括底座（101），所述底座（101）上固定安裝有龍門架（102），所述底座（101）上位于所述龍門架（102）的下方連接有x軸移動單元（103），所述龍門架（102）上連接有y軸移動單元（104），所述y軸移動單元（104）上連接有z軸移動單元（105）。
3.根據權利要求2所述的電化學機械拋光裝置，其特征在于：所述a軸擺動單元（200）連接在所述z軸移動單元（105）上，所述c軸旋轉單元（300）連接在x軸移動單元（103）上，所述工控機（700）與所述x軸移動單元（103）、y軸移動單元（104）、z軸移動單元（105）電性連接。
4.根據權利要求3所述的電化學機械拋光裝置，其特征在于：所述c軸旋轉單元（300）包括轉動座（320），轉動座（320）上固定安裝有c軸電機（303），c軸電機（303）與工控機（700）電性連接，所述c軸電機（303）的輸出軸上固定連接有主動錐齒輪（304），所述導電夾盤（301）的下端固定連接有驅動軸（305），所述驅動軸（305）的下端固定連有從動齒輪（306），所述主動錐齒輪（304）的外側嚙合連接有從動錐齒輪（307），所述從動錐齒輪（307）上設有與之同軸固定連接的主動齒輪（308），所述從動錐齒輪（307）與所述主動齒輪（308）同軸轉動連接在所述轉動座（320）上，所述主動齒輪（308）與所述從動齒輪（306）嚙合。
5.根據權利要求4所述的電化學機械拋光裝置，其特征在于：所述驅動軸（305）為空心軸，所述從動齒輪（306）的下端面開設有與所述驅動軸（305）內部連通的液流通道（309），所述從動齒輪（306）的下端面同軸固...
【專利技術屬性】
技術研發人員：梁小生，彭云峰，吳秀榕，賀湘波，萬泓毅，秦村，彭冉，
申請(專利權)人：湖南戴斯光電有限公司，
類型：發明
國別省市：
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