一种大面积石英晶片研磨装置及其研磨方法

摘要

一种大面积石英晶片研磨装置及研磨方法，所述研磨装置设有基座、支撑臂组件、研磨盘、旋转座、旋转电机、载物块和修盘环；所述基座为布置在水平面上的方形基座，在基座对角线的两端安装支撑臂组件；所述支撑臂组件包括摆臂、摆臂轴、摆臂电机、可调节臂和滚轮，所述摆臂轴下端与摆臂电机连接，摆臂轴的上端与摆臂一端固定装配，所述摆臂中部与可调节臂一端配装，在摆臂及可调节臂的另一端均安装滚轮；所述研磨盘安装在旋转座上；所述旋转座由旋转电机驱动运转；所述载物块套装在修盘环中，在载物块底面上粘接石英晶片。本发明通过对材料去除和基片固持两方面的改进设计，达到保证大面积石英晶片的加工面形满足设计要求的目的。

权利要求

1.一种大面积石英晶片研磨方法，其特征在于：它采用研磨装置完成大面积石英晶片表面研磨作业，所述研磨装置设有基座（1）、支撑臂组件（2）、研磨盘（3）、旋转座（4）、旋转电机（5）、载物块（9）和修盘环（6）；所述基座（1）为布置在水平面上的方形基座，在基座（1）对角线的两端安装支撑臂组件（2）；所述支撑臂组件（2）包括摆臂（2‑2）、摆臂轴（2‑4）、摆臂电机（2‑1）、可调节臂（2‑3）和滚轮（2‑5），所述摆臂轴（2‑4）下端与摆臂电机（2‑1）连接，摆臂轴（2‑4）的上端与摆臂（2‑2）一端固定装配，所述摆臂（2‑2）中部与可调节臂（2‑3）一端配装，在摆臂（2‑2）及可调节臂（2‑3）的另一端均安装滚轮（2‑5）；所述研磨盘（3）安装在旋转座（4）上；所述旋转座（4）由旋转电机（5）驱动运转；所述载物块（9）套装在修盘环（6）中，在载物块（9）底面上粘接石英晶片（7）；

首先将减薄到一定厚度的石英晶片（7）用蜡粘接在载物块（9）上，再通过不同粒度的磨料（氧化铝、碳化硅、碳化硼或金刚石等）对两个表面分别进行粗研和精研加工，去除石英晶片（7）表面及亚表面损伤缺陷，控制其面形精度及亚表面的损伤深度，达到要求的厚度和面形精度；

选用的磨料硬度高于 9，磨粒直径小于 5μm，磨粒形状均为正多边形，磨料重量配比为

1200# B4C：5.5%；1000# SiC：18.8%；1000# Al2O3：75.7%；重量配比误差均不大于磨料总重的0.3%；

具体操作步骤如下：

a、粘样，将载物块（9）、石英晶片（7）放到加热平台上加热至80℃，然后在载物块（9）一个端面上均匀地涂上石蜡，再将若干石英晶片（7）均匀地放在载物块（9）上，轻轻挤压，排除气泡及多余的石蜡，取下载物块（9），在上面压上有重力的物体进行冷却，然后使用酒精将薄片边缘多余的石蜡清理干净；

b、研磨机调试，将两个支撑臂组件（2）中的锁止钮（2‑7）松开，摆臂（2‑2）移至基座（1）的外侧，将研磨盘（3）放置在旋转座（4）上，通过三个定位销与旋转座上的三个定位孔定位，然后移回两个摆臂（2‑2），调整每一组支撑臂组件（2）中的两个滚轮（2‑5）角度为90°～

150°，并上下移动摆臂（2‑2），使滚轮（2‑5）位于修盘环高度二分之一处，再以修盘环（6）为基准调整可调节臂（2‑3）的轴向位置，使得在可调节臂（2‑3）移动至最外侧时，修盘环（6）能够探出研磨盘（3），在可调节臂（2‑3）移动至最内侧时，修盘环（6）能够经过研磨盘（3）中心，然后将锁止钮（2‑7）锁紧；

c、研磨盘修盘，调整好滴料管（8）位置，打开滴料器，在研磨盘（3）上滴上适量磨料后，放上备用的载物块（9）并套上修盘环（6），将研磨装置的转速归零，打开研磨装置，调节旋转电机（5）转速，并将摆臂电机（2‑1）调节至最大速度，开始对研磨盘（3）进行修盘，修盘结束后，用清水清洗研磨盘（3）、载物块（9）、修盘环（6），再按照步骤b将研磨盘（3）安装好；

d、进行石英晶片的研磨，通过滴料器在研磨盘上滴上适量磨料，将粘有石英晶片（7）的载物块（9）倒置在研磨盘（3）上，套上修盘环（6），设定研磨时间后打开研磨装置，调节旋转电机（5）转速和摆臂电机（2‑1）速度，使研磨盘（3）旋转，在支撑臂组件（2）中滚轮（2‑5）带动下载物块（9）横向往复移动，直到设定研磨时间后研磨装置停止运行；

e、再次对研磨盘修盘，取下载物块（9）、修盘环（6）和研磨盘（3），用清水清洗，再按照步骤c进行再次修盘；

f、进行石英晶片的第二次研磨，修盘、清洗完成后，按照步骤d对石英晶片（7）进行第二次研磨；

g、清洗，第二次研磨结束后，用清水清洗粘有石英晶片（7）的载物块（9）、修盘环（6）、研磨盘（3），再使用酒精清洗石英晶片（7）及其周围。

2.根据权利要求1所述的大面积石英晶片研磨方法，其特征是：在所述步骤c中，载物块（9）重量为 5Kg，研磨盘（3）转速50rpm，修盘研磨时间为20分钟。

3.根据权利要求1所述的大面积石英晶片研磨方法，其特征是：在所述步骤d中，载物块（9）重量为 5Kg，研磨盘（3）转速50rpm，研磨时间为30分钟。

4.根据权利要求1所述的大面积石英晶片研磨方法，其特征是：在所述步骤f中，载物块（9）重量为 5Kg，研磨盘（3）转速50rpm，研磨时间为15分钟。

5.根据权利要求1所述的大面积石英晶片研磨方法，其特征在于：大面积石英晶片研磨装置还设有滴料器，所述滴料器置于基座（1）后方的平台上，滴料器的滴料管（8）出料口位于研磨盘（3）中心位置的上方。

6.根据权利要求5所述的大面积石英晶片研磨方法，其特征在于：大面积石英晶片研磨装置的所述可调节臂（2‑3）为弧形臂，在摆臂（2‑2）中部与可调节臂（2‑3）一端均设置长孔结构的装配孔，通过穿过装配孔的螺栓组件（2‑6）将摆臂（2‑2）与可调节臂（2‑3）固定装配。

7.根据权利要求6所述的大面积石英晶片研磨方法，其特征在于：大面积石英晶片研磨装置的所述支撑臂组件（2）还设有锁止钮，摆臂轴（2‑4）通过锁止钮（2‑7）实现与摆臂电机（2‑1）输出轴固定连接。

8.根据权利要求7所述的大面积石英晶片研磨方法，其特征在于：大面积石英晶片研磨装置的所述研磨盘（3）底面设有三组沿周向均匀布置的定位销，在所述旋转座（4）上设有与定位销配合的三组定位孔。

说明书

一种大面积石英晶片研磨装置及其研磨方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种石英晶片研磨装置及其研磨方法，尤其是一种针对大面积石英晶片的研磨装置及其研磨方法。

背景技术

[0002] 石英单晶体薄基片（简称石英晶片）是石英晶体振荡器的核心部件，其性能指标（例如石英晶体的频率值）是影响石英晶体振荡器产品质量的重要因素，在角度一定的情况
下，石英晶片表面质量与厚度决定了它频率的大小，石英晶片良好的表面质量，可有效地改
善谐振器的力‑频特性，石英晶片表面任何微小缺陷都会影响元器件的工作精度和可靠性，
因此对石英晶片的加工精度提出了纳米级要求。

[0003] 在石英晶片的加工过程中，可通过研磨用来满足工件平面度的要求，后续再进行抛光加工，用来去除研磨引入的损伤，达到超光滑表面。固结磨料双面研磨是兼顾高表面质
量和高面形精度的有效加工方法，能够改善加工过程中石蜡的粘结误差及加工基片两个表
面应力差引起的变形问题，但大面积石英晶体薄基片径厚比大、厚度较薄，双面研磨时大面
积石英晶体薄基片与研磨盘的紧密接触会使加工过程中的阻力增大，从而引起薄基片的破
损。因此，双面研磨主要适用于较厚基片的超精密加工，并不适用于加工石英晶体薄基片。

发明内容

[0004] 本发明提供一种大面积石英晶片研磨装置及其研磨方法，它采用单面研磨装置分别对两个表面进行粗研和精研加工，通过对材料去除和基片固持两方面的改进设计，达到
保证大面积石英晶片的加工面形满足设计要求的目的。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种大面积石英晶片研磨装置，设有基座、支撑臂组件、研磨盘、旋转座、旋转电机、载物块和修盘环；所述基座为布置在水平面上的方形基座，在基座对角线的两端安装支
撑臂组件；所述支撑臂组件包括摆臂、摆臂轴、摆臂电机、可调节臂和滚轮，所述摆臂轴下端
与摆臂电机连接，摆臂轴的上端与摆臂一端固定装配，所述摆臂中部与可调节臂一端配装，
在摆臂及可调节臂的另一端均安装滚轮；所述研磨盘安装在旋转座上；所述旋转座由旋转
电机驱动运转；所述载物块套装在修盘环中，在载物块底面上粘接石英晶片。

[0007] 上述大面积石英晶片研磨装置，还设有滴料器，所述滴料器置于基座后方的平台上，滴料器的滴料管出料口位于研磨盘中心位置的上方。

[0008] 上述大面积石英晶片研磨装置，所述可调节臂为弧形臂，在摆臂中部与可调节臂一端均设置长孔结构的装配孔，通过穿过装配孔的螺栓组件将摆臂与可调节臂固定装配。

[0009] 上述大面积石英晶片研磨装置，所述支撑臂组件还设有锁止钮，摆臂轴通过锁止钮实现与摆臂电机输出轴固定连接。

[0010] 上述大面积石英晶片研磨装置，所述研磨盘底面设有三组沿周向均匀布置的定位销，在所述旋转座上设有与定位销配合的三组定位孔。

[0011] 一种大面积石英晶片研磨方法，采用上述研磨装置完成大面积石英晶片表面研磨作业，首先将减薄到一定厚度的石英晶片用蜡粘接在载物块上，再用氧化铝、碳化硅、碳化
硼或金刚石对两个表面分别进行粗研和精研加工，去除石英晶片表面及亚表面损伤缺陷，
控制其面形精度及亚表面的损伤深度，达到要求的厚度和面形精度；具体操作步骤如下：

[0012] a、粘样，将载物块、石英晶片放到加热平台上加热至80℃，然后在载物块一个端面上均匀地涂上石蜡，再将若干石英晶片均匀地放在载物块上，轻轻挤压，排除气泡及多余的
石蜡，取下载物块，在上面压上有重力的物体进行冷却，然后使用酒精将薄片边缘多余的石
蜡清理干净；

[0013] b、研磨机调试，将两个支撑臂组件中的锁止钮松开，摆臂移至基座的外侧，将研磨盘放置在旋转座上，通过三个定位销与旋转座上的三个定位孔定位，然后移回两个摆臂，调
整每一组支撑臂组件中的两个滚轮角度为90°～150°，并上下移动摆臂，使摆臂上的滚轮位
于修盘环高度二分之一处，再以修盘环为基准调整可调节臂的轴向位置，使得在可调节臂
移动至最外侧时，修盘环能够探出研磨盘，在可调节臂移动至最内侧时，修盘环能够经过研
磨盘中心，然后将锁止钮锁紧。

[0014] c、研磨盘修盘，调整好滴料管位置，打开滴料器，在研磨盘上滴上适量磨料后，放上备用的载物块并套上修盘环，将研磨装置的转速归零，打开研磨装置，调节旋转电机转
速，并将摆臂电机调节至最大速度，开始对研磨盘进行修盘，修盘结束后，用清水清洗研磨
盘、载物块、修盘环，再按照步骤b将研磨盘安装好；

[0015] d、进行石英晶片的研磨，通过滴料器在研磨盘上滴上适量磨料，将粘有石英晶片的载物块倒置在研磨盘上，套上修盘环，设定研磨时间后打开研磨装置，调节旋转电机转速
和摆臂电机速度，使研磨盘旋转，在支撑臂组件中滚轮带动下载物块横向往复移动，直到设
定研磨时间后研磨装置停止运行；

[0016] e、再次对研磨盘修盘，取下载物块、修盘环和研磨盘，用清水清洗，再按照步骤c进行再次修盘；

[0017] f、进行石英晶片的第二次研磨，修盘、清洗完成后，按照步骤d对石英晶片进行第二次研磨；

[0018] g、清洗，研磨结束后，用清水清洗粘有薄片的载物块、修盘环、研磨盘，再使用酒精清洗薄片及其周围。

[0019] 上述大面积石英晶片研磨方法，在所述步骤c至步骤f中，选用的磨料硬度高于 9，磨粒直径小于 5μm，磨粒形状均为正多边形，磨料重量配比为1200# B4C：5.5%；1000# SiC：
18.8%；1000# Al2O3：75.7%；重量配比误差均不大于磨料总重的0.3%.

[0020] 上述大面积石英晶片研磨方法，在所述步骤c中，载物块重量为 5Kg，研磨盘转速50rpm，修盘研磨时间为20分钟。

[0021] 上述大面积石英晶片研磨方法，在所述步骤d中，载物块重量为 5Kg，研磨盘转速50rpm，研磨时间为30分钟。

[0022] 上述大面积石英晶片研磨方法，在所述步骤f中，载物块重量为 5Kg，研磨盘转速50rpm，研磨时间为15分钟。

[0023] 本发明提供一种大面积石英晶片研磨装置，通过旋转电机、旋转座带动研磨盘旋转，通过摆臂电机、摆臂轴带动摆臂左右摆动，再通过摆臂上滚轮推动修盘环及套装在修盘
环中的载物块在研磨盘上移动，以此实现对粘接在载物块底面上的石英晶片表面的研磨；
本发明所述的大面积石英晶片研磨装置可通过调节载物块的重量来调整施加在石英晶片
上的压力，以去除石英晶片表面及亚表面损伤缺陷，控制其面形精度及亚表面的损伤深度。
本发明还提供一种大面积石英晶片研磨方法，旨在通过大面积石英晶片研磨装置，采用不
同粒度的磨料氧化铝、碳化硅、碳化硼或金刚石对两个表面分别进行粗研和精研加工，实现
大面积石英晶片的研磨加工，达到保证大面积石英晶片的加工面形满足设计要求的目的。

附图说明

[0024] 图1是本发明所述大面积石英晶片研磨装置示意图；

[0025] 图2是图1的俯视图；

[0026] 图3是修盘环、载物块及石英晶片装配关系示意图；

[0027] 图4是图3的仰视图；

[0028] 图5、图6是大面积石英晶片研磨装置工作过程示意图。

[0029] 图中各标号清单为：

[0030] 1、基座；

[0031] 2、支撑臂组件，2‑1、摆臂电机，2‑2、摆臂，2‑3、可调节臂，2‑4、摆臂轴，2‑5、滚轮,2‑6、螺栓组件，2‑7、锁止钮；

[0032] 3、研磨盘；

[0033] 4、转盘；

[0034] 5、旋转电机；

[0035] 6、修盘环；

[0036] 7、石英晶片；

[0037] 8、滴料管；

[0038] 9、载物块。

具体实施方式

[0039] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

[0040] 参看图 1、图2、图3、图4，本发明所述的大面积石英晶片研磨装置，设有基座1、支撑臂组件2、研磨盘3、旋转座4、旋转电机5、载物块9、修盘环6和滴料器；所述基座1为布置在
水平面上的方形基座，在基座1对角线的两端安装支撑臂组件2，在基座1后方的平台上布置
滴料器；所述滴料器的滴料管8出料口位于研磨盘3中心位置的上方；所述研磨盘3安装在旋
转座4上，在研磨盘3的底面设有三组沿周向均匀布置的定位销，并在旋转座4上设有与定位
销配合的三组定位孔；所述旋转座4由旋转电机5驱动运转；所述载物块9套装在修盘环6中，
在载物块9的底面上粘接若干组石英晶片7。

[0041] 参看图2，本发明所述的大面积石英晶片研磨装置，所述支撑臂组件2包括摆臂2‑2、摆臂轴2‑4、摆臂电机2‑1、可调节臂2‑3、滚轮2‑5和锁止钮2‑7，所述摆臂轴2‑4下端通过
锁止钮2‑7实现与摆臂电机2‑1输出轴固定连接，摆臂轴2‑4的上端与摆臂2‑2一端固定装
配，所述摆臂2‑2中部与可调节臂2‑3一端配装，在摆臂2‑2及可调节臂2‑3的另一端均安装
滚轮2‑5；所述可调节臂2‑3为弧形臂，在摆臂2‑2中部与可调节臂2‑3一端均设置长孔结构
的装配孔，通过穿过装配孔的螺栓组件2‑6将摆臂2‑2与可调节臂2‑3固定装配。

[0042] 参看图5、图6 ，本发明所述的大面积石英晶片研磨方法，它采用上述研磨装置完成大面积石英晶片表面研磨作业，首先将减薄到一定厚度的石英晶片7用蜡粘接在载物块9
上，再用氧化铝、碳化硅、碳化硼或金刚石对两个表面分别进行粗研和精研加工，去除石英
晶片7的表面及亚表面损伤缺陷，控制其面形精度及亚表面的损伤深度，达到要求的厚度和
面形精度；上述磨料为氧化铝、碳化硅、碳化硼等，磨料硬度高于 9，磨粒直径小于 5μm，磨
粒形状均为正多边形，磨料重量配比为1200# B4C：5.5%；1000# SiC：18.8%；1000# Al2O3：
75.7%；重量配比误差均不大于磨料总重的0.3%。具体操作步骤如下：

[0043] a、粘样，将载物块9、石英晶片7放到加热平台上加热至80℃，然后在载物块9一个端面上均匀地涂上石蜡，再将若干石英晶片7均匀地放在载物块9上，轻轻挤压，排除气泡及
多余的石蜡，取下载物块9，在上面压上有重力的物体进行冷却，然后使用酒精将薄片边缘
多余的石蜡清理干净；

[0044] b、研磨机调试，将两个支撑臂组件2中的锁止钮2‑7松开，摆臂2‑2移至基座1的外侧，将研磨盘3放置在旋转座4上，通过三个定位销与旋转座上的三个定位孔定位，然后移回
两个摆臂2‑2，调整每一组支撑臂组件2中的两个滚轮2‑5角度为90°～150°，并上下移动摆
臂2‑2，使滚轮2‑5位于修盘环高度二分之一处，再以修盘环6为基准调整可调节臂2‑3的轴
向位置，使得在可调节臂2‑3移动至最外侧时，修盘环6能够探出研磨盘3，在可调节臂2‑3移
动至最内侧时，修盘环6能够经过研磨盘3中心，然后将锁止钮2‑7锁紧。

[0045] c、研磨盘修盘，调整好滴料管8位置，打开滴料器，在研磨盘3上滴上适量磨料后，放上备用的载物块9（载物块9的重量为 5Kg），在载物块9的外面并套上修盘环6，将研磨装
置的转速归零，打开研磨装置，调节旋转电机5转速为50rpm，并将摆臂电机2‑1调节至最大
速度，开始对研磨盘3进行修盘，修盘研磨时间为20分钟，修盘结束后，用清水清洗研磨盘3、
载物块9、修盘环6，再按照步骤b将研磨盘3安装好；

[0046] d、进行石英晶片的研磨，通过滴料器在研磨盘上滴上适量磨料，将粘有石英晶片7的载物块9（载物块9的重量为 5Kg）倒置在研磨盘3上，套上修盘环6，设定研磨时间后打开
研磨装置，调节旋转电机5转速为50rpm，并将摆臂电机2‑1调节至最大速度，使研磨盘3旋
转，在支撑臂组件2中滚轮2‑5带动下载物块9横向往复移动，研磨30分钟后研磨装置停止运
行；

[0047] e、再次对研磨盘修盘，取下载物块9、修盘环6和研磨盘3，用清水清洗，再按照步骤c进行再次修盘；

[0048] f、进行石英晶片的第二次研磨，修盘、清洗完成后，按照步骤d对石英晶片7进行第二次研磨，研磨时间为15分钟；

[0049] g、清洗，第二次研磨结束后，用清水清洗粘有石英晶片7的载物块9、修盘环6、研磨盘3，再使用酒精清洗石英晶片7及其周围。