本文關(guān)鍵詞： 硅片磨削 電主軸 空氣軸承 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué) 氣體潤滑理論　出處：《東南大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著集成電路制造技術(shù)的飛速發(fā)展,為了提高集成電路芯片產(chǎn)量,降低制造成本,作為集成電路原始材料的硅片趨向大直徑化。另一方面,為滿足集成電路芯片封裝的需要,則要求芯片厚度薄型化。目前國際上主流的硅片磨床加工直徑為300mm,而國內(nèi)尚未突破300mm大尺寸硅片的超精密磨削技術(shù),其主要原因在于缺乏大尺寸硅片磨削專用電主軸的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)技術(shù)。針對(duì)這一問題,論文以Φ300mm硅片超精密磨削技術(shù)為背景,圍繞空氣軸承電主軸靜動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法開展研究,主要工作如下：(1)基于可壓縮流體潤滑理論,考慮主軸轉(zhuǎn)子的平移運(yùn)動(dòng)和傾斜運(yùn)動(dòng),采用線性攝動(dòng)法推導(dǎo)了徑向空氣軸承和止推空氣軸承氣體潤滑靜動(dòng)態(tài)雷諾方程；采用有限差分法和牛頓迭代法,推導(dǎo)了空氣軸承靜動(dòng)態(tài)參數(shù)的計(jì)算方法,為后續(xù)分析主軸的靜動(dòng)態(tài)特性提供理論基礎(chǔ)；(2)基于剛體動(dòng)力學(xué)理論,考慮主軸轉(zhuǎn)子在x、y、z方向的平移運(yùn)動(dòng)以及繞x、y軸的傾斜運(yùn)動(dòng),建立了主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)五自由度耦合動(dòng)力學(xué)模型,推導(dǎo)了主軸不平衡響應(yīng)、磨削力激勵(lì)響應(yīng)以及穩(wěn)定性的計(jì)算方法,并分析了硅片磨削專用電主軸在設(shè)計(jì)工況下的動(dòng)力學(xué)特性；(3)采用彈簧加載法,研制了用于測量主軸軸向靜剛度和徑向靜剛度的電主軸靜態(tài)性能測試試驗(yàn)臺(tái)；利用主軸誤差分析儀,研制了主軸回轉(zhuǎn)誤差測試試驗(yàn)臺(tái)；(4)研究結(jié)果表明,用于安裝砂輪的磨削電主軸其軸向靜剛度和徑向靜剛度理論計(jì)算值分別為：520N/1μm和122N/μm,與試驗(yàn)值500N/μmn和100N/μm相吻合；用于夾持硅片的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)電主軸其軸向靜剛度理論計(jì)算值為1000N/μmm,也與試驗(yàn)結(jié)果950N/μm相吻合。本文建立了空氣軸承電主軸靜動(dòng)態(tài)特性理論分析模型,研制了電主軸靜動(dòng)態(tài)參數(shù)測試試驗(yàn)臺(tái),解決了硅片磨削專用電主軸設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù),為我國大尺寸硅片磨床關(guān)鍵功能部件的國產(chǎn)化奠定了基礎(chǔ)。
[Abstract]:With the rapid development of integrated circuit manufacturing technology, in order to increase the output of integrated circuit chip and reduce the manufacturing cost, the silicon chip, as the original material of integrated circuit, tends to be large-diameter, on the other hand, in order to meet the needs of IC chip packaging, At present, the processing diameter of the mainstream silicon wafer is 300mm, but the domestic ultra-precision grinding technology of 300mm large size silicon wafer has not been broken through. The main reason lies in the lack of dynamic design technology of special motorized spindle for large size silicon wafer grinding. In view of this problem, this paper focuses on the static and dynamic design method of air bearing motor spindle based on 桅 300mm silicon wafer ultra-precision grinding technology. The main work is as follows: (1) based on compressible fluid lubrication theory, the static and dynamic Reynolds equations of gas lubrication for radial air bearing and thrust air bearing are derived by linear perturbation method. By using the finite difference method and Newton iteration method, the calculation method of static and dynamic parameters of air bearing is derived, which provides a theoretical basis for the subsequent analysis of the static and dynamic characteristics of the spindle, which is based on the rigid body dynamics theory. Considering the translational motion of the spindle rotor in the direction of xyniz and the tilt motion around the xy axis, the coupling dynamic model of the spindle rotor system with five degrees of freedom is established, and the calculation methods of the unbalance response of the spindle, the excitation response of the grinding force and the stability are derived. The dynamic characteristics of the special motorized spindle for silicon wafer grinding under the design condition are analyzed. The static performance test bench of the motorized spindle used to measure the axial and radial static stiffness of the spindle is developed by using the spring loading method. With the aid of spindle error analyzer, the research results show that, The theoretical calculation values of axial and radial static stiffness of grinding motorized spindle used for installing grinding wheel are: 1 渭 m and 122 N / 渭 m, respectively, which are in agreement with the experimental values of 500N / 渭 mn and 100N / 渭 m. The theoretical calculation value of axial static stiffness of the motorized spindle of rotary table used for gripping silicon wafer is 1000N / 渭 mm, which is in agreement with the test result 950N / 渭 m. A theoretical analysis model of static and dynamic characteristics of the motorized spindle of air bearing is established in this paper. The static and dynamic parameters test rig of motorized spindle is developed, which solves the key technology of the design of motorized spindle for silicon wafer grinding, and lays a foundation for the localization of key functional components of large size silicon wafer grinding machine in China.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN405

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