一种模块化分布式平面磨盘

1.本发明属于平面磨盘领域，尤其涉及一种模块化分布式平面磨盘。


背景技术：

2.研磨抛光工艺在半导体材料加工中的应用十分广泛。随着集成电路技术的进一步发展，以及元器件集成度的增加，要求元器件中晶片的表面平整度达到纳米级。随着晶片尺寸不断增加，对作为影响研磨抛光加工质量、面形精度、材料去除率及材料去除稳定性的重要因素的研磨盘提出了更高要求。
3.现有常规金刚石研磨盘，由于金刚石的随机、无序排列，使磨盘在研磨过程中极易出现磨削液流动受阻，利用率不高，排屑困难的情况，造成材料去除率低下，材料去除稳定性差，使工件表面产生二次损伤问题，表面质量低于预期。
4.现今研究主要针对不同设计的磨削表面，以获得较高的工件表面质量，但这些设计往往基于摩擦学滞后的工程经验，磨盘的设计原则不明确，结构优化不系统，导致在工作效率和研磨质量方面的性能改善有限。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种模块化分布式平面磨盘，以解决现有磨盘由于磨粒无序、随机排列造成的加工过程中材料去除率低下，材料去除稳定性差，冷却液利用率低，冷却液流动流畅性差的问题。
6.一种模块化分布式平面磨盘，包括磨盘本体以及在磨盘本体端面开设的渐开线沟槽，磨盘本体的端面上设置大齿模块分布区域和小齿模块分布区域，大齿模块分布区域和小齿模块分布区域均沿渐开线沟槽设置，大齿模块分布区域两侧的渐开线沟槽之间的宽度大于小齿模块分布区域两侧的渐开线沟槽之间的宽度；大齿模块分布区域沿磨盘本体圆周方向阵列设置多个，相邻两个大齿模块分布区域之间设置多个小齿模块分布区域，大齿模块分布区域和小齿模块分布区域内均设置齿型模块；渐开线沟槽的曲线参数方程为：
7.t的取值范围为0～2π。
8.优选的，渐开线沟槽的深度为3mm，宽度为2mm。
9.优选的，齿型模块包括宽度相同的齿星和齿槽。
10.优选的，齿星和齿槽深度均为2mm。
11.优选的，大齿模块分布区域和小齿模块分布区域沿磨盘本体径向均分为内圈、中圈、外圈，同一圈内大齿模块分布区域内的齿型模块的结构尺寸为小齿模块分布区域内的齿型模块结构尺寸的两倍。
12.优选的，磨盘本体上沿径向间隔分布有多个圆沟槽，齿型模块沿磨盘本体径向方向设置于两个圆沟槽之间。
13.优选的，圆沟槽的深度为3mm，宽度为2mm。
14.优选的，大齿模块分布区域中沿磨盘本体径向方向由内到外各圈中的齿型模块宽度依次增加。
15.优选的，齿星的截面为u形，齿槽的截面为等腰三角形，齿星的深度和齿槽的深度均为2mm。
16.优选的，同一齿模块分布区域沿径向方向上相邻两个齿型模块相反设置。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
18.本发明一种模块化分布式平面磨盘，通过在磨盘本体的端面上设置大齿模块分布区域和小齿模块分布区域，大齿模块分布区域和小齿模块分布区域均沿渐开线沟槽设置，大齿模块分布区域两侧的渐开线沟槽之间的宽度大于小齿模块分布区域两侧的渐开线沟槽之间的宽度；大齿模块分布区域沿磨盘本体圆周方向阵列设置多个，相邻两个大齿模块分布区域之间设置多个小齿模块分布区域，大齿模块分布区域和小齿模块分布区域内均设置齿型模块；通过在磨盘需上采用沟槽结构同时结合齿型模块，进行了磨削表面结构优化，有效避免切屑对工件表面的二次划伤，减少磨削液及磨屑的流动、排出受阻问题，进而获得较高的表面质量。
19.进一步的，发明渐开线沟槽、圆沟槽的深度均为3mm，宽度均为2mm，以提升磨屑的排出效率及磨削液的利用率、流动性，减少因磨削液分布不均或磨屑残留造成的二次损伤问题。
20.进一步的，将同一齿模块分布区域沿径向方向上相邻两个齿型模块相反设置，以进一步提升磨削过程中的材料去除率。
21.本发明通过渐开线式沟槽及同心圆式沟槽设计提升了冷却液的利用率及磨屑的排出效率，减少了磨削过程中的二次损伤问题；通过大小齿模块分布区域设计，优化了磨削过程中的材料去除稳定性，有效地提高了研磨质量。
附图说明
22.图1为本发明实施例中磨盘本体主视图。
23.图2为本发明实施例中大齿模块分布区域和小齿模块分布区域结构示意图。
24.图3为本发明实施例中大齿模块分布区域和小齿模块分布区域间隔设置结构示意图。
25.图4为本发明实施例中大齿模块分布区域间隔分布结构示意图。
26.图5为本发明实施例中齿星和齿槽结构示意图。
27.图6为本发明实施例中齿型模块结构示意图。
28.图中标记说明：大齿模块分布区域1，小齿模块分布区域2，齿星3，齿槽4，渐开线沟槽5，内圈6，中圈7，外圈8，同心圆沟槽9，齿型模块10，区域旋转角11。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人
员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
30.如图1所示，一种模块化分布式平面磨盘，包括磨盘本体，磨盘本体的端面上设置大齿模块分布区域1和小齿模块分布区域2，大齿模块分布区域1和小齿模块分布区域2均沿渐开线沟槽5设置，大齿模块分布区域1两侧的渐开线沟槽之间的宽度大于小齿模块分布区域2两侧的渐开线沟槽之间的宽度；大齿模块分布区域1沿磨盘本体圆周方向阵列设置多个，相邻两个大齿模块分布区域1之间设置多个小齿模块分布区域2，大齿模块分布区域1和小齿模块分布区域2内均设置齿型模块10；渐开线沟槽5的曲线参数方程为：
31.t的取值范围为0～2π，
32.磨盘本体沿其轴向方向由基体层和工作层层叠设置，大齿模块分布区域1和小齿模块分布区域2设置于工作层上；大齿模块分布区域1和小齿模块分布区域2内的齿型模块尺寸不同，齿型模块呈模块化单元排布于大齿模块分布区域1和小齿模块分布区域2内。
33.每个大齿模块分布区域1和每个小齿模块分布区域2均以磨盘本体轴心为圆心，旋转角为60度，组成一个完整模块分布区域。
34.渐开线沟槽5的深度为3mm，宽度为2mm；以磨盘本体轴心为圆心旋转对称分布有六个大齿模块分布区域1，相邻两个大齿模块分布区域1之间设置多个小齿模块分布区域2。
35.设置于大齿模块分布区域1和小齿模块分布区域2内的齿型模块包括宽度相同的齿星3和齿槽4，各齿型模块中的齿星3和齿槽4深度均为2mm。
36.每个大齿模块分布区域1所占圆弧角为10
°
，由工作层内边界向外边界依渐开线沟槽5走向排布，各大齿模块单元的齿星3和齿槽4与同心圆沟槽9相连通；所述小齿模块分布区域2整体所占圆弧角为50
°
，与大齿模块分布区域1间隔排布，以提升磨削加工过程的材料去除均匀性。
37.大齿模块分布区域1和小齿模块分布区域2沿磨盘本体径向均分为内圈6、中圈7、外圈8，同一圈的大齿模块分布区域1内的齿型模块的结构尺寸为小齿模块分布区域2内的齿型模块结构尺寸的两倍；磨盘本体上沿径向间隔分布有多个圆沟槽9，齿型模块沿磨盘本体径向方向设置于两个圆沟槽9之间，圆沟槽9的深度为3mm，宽度为2mm。
38.具体的，大齿模块分布区域中沿磨盘本体径向方向由内到外各圈中的齿型模块宽度依次增加，具体的，大齿模块分布区域中的内圈6内的齿型模块宽度为4mm，大齿模块分布区域中的中圈7内的齿型模块宽度为6mm，大齿模块分布区域中的外圈8内的齿型模块宽度为8mm。
39.同圈中小齿模块分布区域2内的齿型模块宽度为大齿模块分布区域1内的齿型模块宽度的0.5倍；具体的，小齿模块分布区域2的内圈6内的齿型模块宽度为2mm，齿模块分布区域2的中圈7内的齿型模块宽度为3mm，齿模块分布区域2的外圈8内的齿型模块宽度为4mm。
40.如图5、图6所示，齿星3的截面为u形，齿槽4的截面为等腰三角形，齿星3的深度和齿槽4的深度均为2mm；齿星3和齿槽4前端均设置倾角，具体的齿形倾角为13
°
；齿星3的倾角
和齿槽4的倾角位于同一端，形成齿型模块10的尖端，齿型模块10沿磨盘本体圆周切向方向。
41.本发明渐开线沟槽5、圆沟槽9的深度均为3mm，宽度均为2mm，以提升磨屑的排出效率及磨削液的利用率、流动性，减少因磨削液分布不均或磨屑残留造成的二次损伤问题。
42.如图2所示，将同一齿模块分布区域沿径向方向上相邻两个齿型模块10相反设置，以进一步提升磨削过程中的材料去除率。
43.如图3、图4所示，内圈6、中圈7和外圈8内的大齿模块分布区域1沿磨盘本体圆周方向间隔交错设置，具体如图3、图4所示的区域旋转角11及齿型模块10位置关系，以进一步增加磨削过程中的材料去除率。
44.本发明模块化分布式平面磨盘，在其上端设置齿型模块10，进一步提升加工过程中的材料去除率；通过渐开线式沟槽及同心圆式沟槽设计提升了冷却液的利用率及磨屑的排出效率，减少了磨削过程中的二次损伤问题；通过大小齿模块分布区域设计，优化了磨削过程中的材料去除稳定性，有效地提高了研磨质量。
45.本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。