一种硅材料斜面加工刀具的制作方法

本发明属于半导体加工领域，具体涉及一种硅材料斜面加工刀具。

背景技术：

1、半导体材料主要有硅、锗、砷化镓等，这些半导体材料一般硬度都比较高，加工较困难，部分半导体材料加工还需要避免和金属直接接触，以免影响材料的导电性能，因此大部分半导体材料都采用金刚砂磨削加工。

2、半导体材料特别是硅材料使用量特别大，硅材料的加工比如硅舟经常需要加工斜面，这些斜面通常倾斜角度较小，因此使用普通刀具加工时单侧磨损非常大，如采用分层式逐步加工的方式 ，虽然可以稍微减少磨损的差异，但会大大增加加工时间，降低生产效率，刀具磨损不稳定，容易导致斜面表面粗糙度差，加工精度也大大的降低，另外加工不同角度的斜面时，需要更换不同的刀具，由于产品的不同设计倾斜角度会有不同，大量设计不同的刀具也会增加加工成本，因此刀具具有一定的改善空间。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种更实用的硅材料斜面加工刀具。

2、本发明的技术方案是这样实现的：一种硅材料斜面加工刀具，包括刀头、刀座和刀柄，刀座固定到刀柄上，至少两个刀头以可拆卸方式固定到刀座上，刀头设有固定部和加工部，固定部可固定到刀座上，加工部相对固定部倾斜一定角度，加工部设置的加工面成圆锥面，加工面上设有金刚砂粘结层。

3、这样设计的有益效果是：刀头以可拆卸方式固定到刀座上，刀头磨损后可以快速更换，通过更换刀头可以增加加工的精度，不同角度的刀头可以安装到同一刀座上加工，大大减少了不同刀具的成本，刀具可模块化设计使得通用性更加广泛。

4、进一步地，刀头包括精加工刀头和粗加工刀头，粗加工刀头加工时可设有一定的加工余量，这样粗加工刀具的研发方向主要是如何克服刀具磨损的不均匀性以及小角度变化加工的通用性，精加工主要还是提高加工精度保证产品质量，两个方向可大大提高刀头的改进空间，部分改进可能会影响加工精度，但对于粗加工而言只要是在允许范围内即可使用，对于倾斜角度较接近45度的甚至可以进行两次粗加工，第一次粗加工角度偏差可以大一点，加工余量也大一点，第二次粗加工余量小一点，角度基本相同，这样精加工就比较容易保证精度和刀具寿命。

5、进一步地，粗加工刀头的加工面包括进刀侧和出刀侧，相同的加工半径下进刀侧竖直方向高度高于出刀侧竖直方向高度使得加工面与圆锥面不重合且高度差在单一刀头一次磨削加工的厚度折算到高度的范围内，这样设计考虑到一个刀座上有多个刀头，刀头之间具有一定间隙，这样在维持一定进刀速度时，从一个刀头过渡到另一个刀头具有一定的空位，该空位刀头没有对该位置的硅材料进行加工，但刀座继续进刀，在下一刀头接触该位置时会有较大的加工余量，该位置也是进刀侧，在这样的加工模式下进刀侧的磨损会大于出刀侧，但磨损到一定程度时会达到平衡，即刀具在空位区段的位移等于进刀侧和出刀侧金刚砂粘结层的厚度差时即可产生平衡，产生平衡后刀头进刀时基本不会产生大的冲击，这与刀具进刀速度和转速也有相关性，不同刀具的转速和进刀速度不同，厚度差值也不相同，理想状态，刀头的加工面为圆锥面，但考虑到刀头之间的间隔，加工面不能设计成圆锥面，金刚砂粘结层厚度调整比较困难，因此实际加工时直接改变加工面，在几何尺寸上相同的加工半径下进刀侧高于出刀侧，具体数字可根据刀头间距、刀头转速和进刀速度确定，如此设计使用新刀具维持一定进刀速度也不会有很大的冲击。

6、进一步地，刀头设有刀内侧端和刀外侧端，刀内侧端相对刀外侧端距离刀头转动中心轴更近，刀头刀外侧端宽度大于刀头刀内侧端的宽度，刀头在加工过程中刀外侧端磨损远大于刀内侧端，倾斜的角度越小内刀外侧端磨损偏差越大，增加刀外侧端的宽度可以让刀头刀外侧端更耐磨，也可以增加刀头刀外侧端加工效率，使得刀头刀内侧端和刀外侧端磨损相对平衡，避免刀头单侧磨损过大而失效，相对而言延长刀具是使用寿命。

7、进一步地，加工面投影到垂直于转动中心轴的平面成弓形，弓形的劣弧位于刀外侧端，弓形的弦位于刀内侧端，这样刀头加工面的面积基本与被加工的硅材料的多少有一定相关性，不会出现部分区域明显磨损过大的情形，加工面的金刚砂粘结层磨损均匀那么能够获得的加工精度也更高，特别是对精加工而言加工精度对产品质量影响较大，提高加工精度对产品质量的提高具有很大的帮助，很多斜面都是加工其他部位的基准面，这些面出现偏差那后续加工的位置度都会出现一定距离的偏差，对整个产品的精度有很大的影响。

8、进一步地，加工面投影到垂直于转动中心轴的平面成半个弓形的形状，完整弓形需要占据较大的空间，无法设置太多的刀头，半个弓形即可解决这一缺点，对于大部分斜面的加工很容易设置四个半弓形刀头来加工，多个刀头也更容易排屑。

9、进一步地，金刚砂粘结层设有多个排屑槽，排屑槽从刀内侧端向刀外侧端延伸，弓形的刀头面积较大，设置排屑槽可以确保进刀侧加工产生的废屑通过排屑槽排出，尽量减少对后续的加工影响，避免影响加工精度。

10、进一步地，刀头安装方向垂直于径向与轴向并与转动方向相反，这样在加工过程中刀头受到的作用力与安装方向相反，刀头安装也更稳定，只需设置简单的固定结构即可实现稳定的安装。

11、进一步地，刀座设有转动轴使得刀头可以相对刀座绕转动轴转动一定角度固定到刀座上，对于粗加工而言刀头的精度要求不高，可以有一定的误差范围，因此刀头安装即使有一些松动也是可以接受的，在加工不同角度的斜面时如果角度相差范围较小，可以直接调整刀头的角度来直接加工，这样更加方便快捷，可降低加工成本。

12、进一步地，刀座设有多个安装位使得刀头可以相对刀座以不同角度安装到刀座上，对于加工精度要求较高的采用多个安装位可以大大提高每一安装位角度的精度和稳定性。

技术特征：

1.一种硅材料斜面加工刀具，其特征在于：包括刀头（1）、刀座（2）和刀柄（3），所述刀座（2）固定到所述刀柄（3）上，至少两个所述刀头（1）以可拆卸方式固定到所述刀座（2）上，所述刀头（1）设有固定部（4）和加工部（5），所述固定部（4）可固定到所述刀座（2）上，所述加工部（5）相对所述固定部（4）倾斜一定角度，所述加工部（5）设置设置的所述加工面（6）成圆锥面，所述加工面（6）上设有金刚砂粘结层。

2.根据权利要求1所述的硅材料斜面加工刀具，其特征在于：所述刀头（1）包括精加工刀头（14）和粗加工刀头（15）。

3.根据权利要求2所述的硅材料斜面加工刀具，其特征在于：所述粗加工刀头（15）的所述加工面（6）包括进刀侧（16）和出刀侧（17），相同的加工半径下所述进刀侧（16）竖直方向高度高于所述出刀侧（17）竖直方向高度使得所述加工面（6）与圆锥面不重合且高度差在单一所述刀头（1）一次磨削加工的厚度折算到高度的范围内。

4.根据权利要求2或3所述的硅材料斜面加工刀具，其特征在于：所述刀头（1）包括刀内侧端（18）和刀外侧端（19），所述刀内侧端（18）相对所述刀外侧端（19）距离所述刀头（1）转动中心轴更近，所述刀头（1）的所述刀外侧端（19）宽度大于所述刀头（1）的刀内侧端（18）宽度。

5.根据权利要求4所述的硅材料斜面加工刀具，其特征在于：所述加工面（6）投影到垂直于转动中心轴的平面成弓形，弓形的劣弧位于所述刀外侧端（19），弓形的弦位于所述刀内侧端（18）。

6.根据权利要求4所述的硅材料斜面加工刀具，其特征在于：所述加工面（6）投影到垂直于转动中心轴的平面成半个弓形的形状。

7.根据权利要求5或6所述的硅材料斜面加工刀具，其特征在于：所述金刚砂粘结层设有多个排屑槽（20），所述排屑槽（20）从所述刀内侧端（18）向所述刀外侧端（19）延伸。

8.根据权利要求7所述的硅材料斜面加工刀具，其特征在于：所述刀头（1）安装方向垂直于径向与轴向并与转动方向相反。

9.根据权利要求7所述的硅材料斜面加工刀具，其特征在于：所述刀座（2）设有转动轴使得所述刀头（1）可以相对所述刀座（2）绕转动轴转动一定角度固定到所述刀座（2）上。

10.根据权利要求7所述的硅材料斜面加工刀具，其特征在于：所述刀座（2）设有多个安装位使得所述刀头（1）可以相对所述刀座（2）以不同角度安装到所述刀座（2）上。

技术总结一种硅材料斜面加工刀具，包括刀头、刀座和刀柄，刀座固定到刀柄上，至少两个刀头以可拆卸方式固定到刀座上，刀头设有固定部和加工部，固定部可固定到刀座上，加工部相对固定部倾斜一定角度，加工部设置的加工面成圆锥面，加工面上设有金刚砂粘结层，刀头以可拆卸方式固定到刀座上，刀头磨损后可以快速更换，通过更换刀头可以增加加工的精度，不同角度的刀头可以安装到同一刀座上加工，大大减少了不同刀具的成本，刀具可模块化设计使得通用性更加广泛。技术研发人员：王世泽,葛自荣,王双玉,祝建敏,陆金宝受保护的技术使用者：杭州盾源聚芯半导体科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11