CN108972305A - 一种卷到卷高效连续化学机械抛光机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种卷到卷高效连续化学机械抛光机，包括六个抛光辊装置，六个抛光辊装置前后分别设置有第一水平调速检测装置和第二水平调速检测装置，所述第一水平调速检测装置外侧设置有放卷装置，所述第二水平调速检测装置外侧设置有收卷装置；所述第二水平调速检测装置与所述抛光辊装置之间设置有清洗干燥装置；所述抛光辊装置上安装有抛光辊，所述抛光辊一侧设置有喷淋装置，所述抛光辊装置底部设置有废液收集箱。本发明提供的卷到卷高效连续化学机械抛光机，用于超薄柔性显示衬底的Roll‑to‑Roll高效生产，可实现与柔性显示器的制造形成无缝对接，提高了生产效率。

Description

一种卷到卷高效连续化学机械抛光机

技术领域

本发明涉及微电子、光电子、柔性显示器衬底制造中的超精密加工技术领域，特别是涉及一种卷到卷高效连续化学机械抛光机。

背景技术

微电子、光电子、集成电路制造是集国家利益、人类智慧和最新科技于一体的基础性和战略性产业，是衡量一个国家地位和综合国力的重要标志之一，是当今世界竞争最激烈、发展最迅速的领域，只有掌握先进的微电子及光电子制造技术才能有效地控制成本和扩大生产规模，才能在激烈的市场竞争中生存和发展。微电子及光电子先进制造作为国民经济的基础产业、先导产业、支柱产业和战略性产业，对我国国民经济、国家安全、人民生活和社会进步正在发挥着越来越重要的作用。

随着科学技术的进步和不断发展，柔性显示技术正逐渐改善人们的生活和交流，并显著推进着信息可视化。近年来，柔性显示的优势日益突出，柔性电子与作为平板显示的LCD、OLED和等离子体显示相比，具有超薄、质量轻、耐用、储存量大、设计自由，可挠曲、可收卷和耐冲击等性能，广泛适用于移动电话、个人数字助理PDA、笔记本电脑、商标、安全身份文件、电子书、电子海报、汽车仪表板、RF识别系统、传感器、环境显示、医疗、普通照明、机器人感觉皮肤等工业、民用及军事行业，柔性显示器还可以让显示屏更容易成为装饰材料，利用柔性显示的可弯曲特性使得工程设计不局限于平面化，可实现多元化外型的显示模式。

柔性显示巨大的市场前景，使许多国家和地区的研究机构及生产厂商投入到柔性显示技术的研究与应用中，并取得了显著的成果。当前，柔性电子还处在即将产业化的前夜，仍然还存在很多的技术瓶颈，对于材料、工艺、设计等还处在研究和探索的阶段。柔性显示技术是集大规模集成电路、精密加工技术、光电子技术于一体高新技术产业，涉及半导体、光学、微电子、化学材料、精密机械与加工等众多的高科技领域。

在柔性显示器件中，柔性衬底是研发柔性显示的基础。平板显示器都是以玻璃基板为衬底制作的，而柔性显示器则是以柔性材料为衬底，其对柔性衬底的表面质量要求与玻璃基板一样，表面平整度和厚度要求非常严格，要实现柔性衬底的表面质量和加工精度，目前最常用的方法是表面抛光技术。

化学机械抛光技术被认为是能兼顾表面粗糙度和表面平整度要求的最好的工艺方法，已成为硬脆性晶体材料、金属材料及其它材料实现表面超光滑无损伤加工的最实用技术之一，并且广泛应用于超大规模集成电路、半导体照明、光学玻璃、平板显示等光电子、微电子、航空航天及机械工程等领域。经过分析与研究，化学机械抛光技术可能是最适合的、且完全能用于大尺寸超薄柔性显示衬底表面的Roll-to-Roll(卷到卷)高效超精密加工中，来获得超光滑无损伤的加工表面。

开发柔性显示器的另一个重要因素在于其工艺可能由Sheet-fed batchprocessing(单张批量生产)转换成Roll-to-Roll manufacturing(卷到卷生产)，效率大大提高，意味着显示器的成本可能大大降低。

具有超光滑表面的柔性显示衬底具有不可估量应用前景。但是目前，市场上还没有Roll-to-Roll高效柔性显示衬底的超精密加工技术，还没有适合Roll-to-Roll高效生产柔性显示衬底的专用工具、设备与工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种卷到卷高效连续化学机械抛光机，以解决上述现有技术存在的问题，用于超薄柔性显示衬底的Roll-to-Roll高效生产，可实现与柔性显示器的制造形成无缝对接，提高了生产效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种卷到卷高效连续化学机械抛光机，包括六个抛光辊装置，六个所述抛光辊装置前后分别设置有第一水平调速检测装置和第二水平调速检测装置，所述第一水平调速检测装置外侧设置有放卷装置，所述第二水平调速检测装置外侧设置有收卷装置；所述第二水平调速检测装置与所述抛光辊装置之间设置有清洗干燥装置；所述抛光辊装置上安装有抛光辊，所述抛光辊一侧设置有喷淋装置，所述抛光辊装置底部设置有废液收集箱。

可选的，所述放卷装置包括放卷机架和放卷辊，所述放卷辊两端分别连接有连接轴，所述连接轴通过深沟球轴承和轴承座设置于所述放卷机架上；其中一个所述连接轴外侧连接有制动盘，所述制动盘外套设有制动器壳；所述放卷机架上安装有收集箱，所述收集箱位于所述放卷辊下方。

可选的，所述收卷装置包括收卷机架和收卷辊，所述收卷辊一端通过连接轴设置于所述收卷机架上，另一端通过传动轴设置于所述收卷机架上，所述传动轴端部连接有减速电机。

可选的，所述第一水平调速检测装置包括调速机架，所述调速机架上安装有水平调节辊；所述调速机架顶端安装有传感器机架，所述传感器机架下端安装有传感器探头，所述传感器探头位于所述水平调节辊上方；所述第二水平调速检测装置与第一水平调速检测装置结构相同。

可选的，所述抛光辊包括对称设置的上抛光辊和下抛光辊；所述抛光辊装置包括抛光辊快速装卸机构，所述抛光辊快速装卸机构包括抛光辊机架，所述抛光辊机架通过抛光辊支撑装置分别与所述上抛光辊和所述下抛光辊连接；所述抛光辊支撑装置外侧通过联轴器连接有转轴，所述转轴外侧连接有变频电机；所述抛光辊支撑装置包括设置于所述抛光辊机架上的抛光辊轴承座。

可选的，所述抛光辊装置还包括抛光压力调整机构，所述抛光压力调整机构包括设置于所述抛光辊机架上的导轨，所述上抛光辊通过所述转轴和抛光辊轴承座设置于所述导轨上；所述抛光辊机架上穿设有螺杆，所述螺杆下端通过连接机构连接有连接杆，所述连接杆设置于所述抛光辊轴承座上，所述抛光辊轴承座下端通过支撑螺杆设置于所述抛光辊机架上。

可选的，所述支撑螺杆上设置有与所述抛光辊轴承座底部连接的压缩弹簧，所述抛光辊轴承座与所述连接杆通过压力传感器连接；所述支撑螺杆底部通过支撑圆珠与所述抛光辊机架连接。

可选的，所述抛光辊表面设置有抛光垫。

可选的，所述第一水平调速检测装置和第二水平调速检测装置之间设置有六个所述抛光辊装置。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的卷到卷高效连续化学机械抛光机可以很好地克服现有传统机械抛光技术对超薄柔性衬底材料进行抛光时出现易皱折、均匀度难以控制、超薄柔性衬底材料的尺寸受回转工作台尺寸的限制，只能是单张批量生产、装夹困难、对超薄柔性衬底材料进行尺寸分割、不能成卷进行抛光等问题，该抛光机不需要对超薄柔性显示衬底材料进行分割，可直接成卷进行连续抛光，可与后续电路制程相接轨抛光效率高；克服了单张批量生产效率低的问题，超薄柔性衬底材料的长度不受限制；适合对长方型超薄柔性衬底材料整卷的抛光，与目前的显示器形状一致，并且可实现单面也可实现双面抛光，整卷装卸简单，缩短了工件的装卸时间，提高了抛光效率；可实现超薄柔性显示衬底粗抛和精抛，一次达到表面质量的最终需求，并且设计有清洗机构，可以在抛光后进行表面清洗。整卷抛光后，可直接入库，进入下一个制程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明卷到卷高效连续化学机械抛光机示意图；

图2为本发明卷到卷高效连续化学机械抛光机侧视图；

图3为本发明卷到卷高效连续化学机械抛光机的放卷装置结构示意图；

图4为本发明卷到卷高效连续化学机械抛光机的收卷装置结构示意图；

图5为本发明卷到卷高效连续化学机械抛光机的抛光压力调整机构示意图；

图6为本发明卷到卷高效连续化学机械抛光机的水平调速检测装置示意图；

图7为本发明卷到卷高效连续化学机械抛光机的抛光辊快速装卸结构示意图；

其中，1为抛光辊装置、2为第一水平调速检测装置、3为第二水平调速检测装置、4为放卷装置、5收卷装置、6为清洗干燥装置、7为抛光辊、8为喷淋装置、9为废液收集箱、10为放卷机架、11为放卷辊、12为连接轴、13为深沟球轴承、14为轴承座、15为制动盘、16为制动器壳、17为收集箱、18为密封圈、19为隔环、20为压盖、21为调整垫、22为收卷机架、23为收卷辊、24为减速电机、25为调速机架、26为水平调节辊、27为传感器机架、28为传感器探头、29为抛光辊机架、30为抛光辊支撑装置、31为变频电机、32为抛光辊轴承座、33为导轨、34为螺杆、35为连接杆、36为压缩弹簧、37为压力传感器、38为支撑圆珠、39为抛光垫、40为护罩、41为密封板、42为抛光压力显示器、43为定位块、44为支撑螺杆。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种卷到卷高效连续化学机械抛光机，以解决上述现有技术存在的问题，用于超薄柔性显示衬底的Roll-to-Roll高效生产，可实现与柔性显示器的制造形成无缝对接，提高了生产效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供的卷到卷高效连续化学机械抛光机，如图1-图7所示，包括抛光辊装置1，抛光辊装置1两端分别设置有第一水平调速检测装置2和第二水平调速检测装置3，第一水平调速检测装置2外侧设置有放卷装置4，第二水平调速检测装置3外侧设置有收卷装置5；第二水平调速检测装置3与抛光辊装置1之间设置有清洗干燥装置6；抛光辊装置1上安装有抛光辊7，抛光辊7一侧设置有喷淋装置8，抛光辊装置1底部设置有废液收集箱9。

放卷装置4包括放卷机架10和放卷辊11，放卷辊11两端分别连接有连接轴12，连接轴12通过深沟球轴承13和轴承座14设置于放卷机架10上；其中一个连接轴12外侧连接有制动盘15，制动盘15外套设有制动器壳16；放卷机架10上安装有收集箱17，收集箱17位于放卷辊11下方，具体的如图3所示，还包括密封圈18；隔环19；压盖20；调整垫21。

收卷装置5包括收卷机架22和收卷辊23，收卷辊23一端通过连接轴设置于收卷机架22上，另一端通过传动轴设置于收卷机架23上，传动轴端部连接有减速电机24。

第一水平调速检测装置2包括调速机架25，调速机架25上安装有水平调节辊26；调速机架25顶端安装有传感器机架27，传感器机架27下端安装有传感器探头28，传感器探头28位于水平调节辊26上方；第二水平调速检测装置3与第一水平调速检测装置2结构相同。

抛光辊7包括对称设置的上抛光辊和下抛光辊；抛光辊装置1包括抛光辊快速装卸机构，抛光辊快速装卸机构包括抛光辊机架29，抛光辊机架29通过抛光辊支撑装置30分别与上抛光辊和下抛光辊连接；抛光辊支撑装置30外侧通过联轴器连接有转轴，转轴外侧连接有变频电机31；抛光辊支撑装置30包括设置于抛光辊机架29上的抛光辊轴承座32。

进一步优选地，抛光辊装置1还包括抛光压力调整机构，抛光压力调整机构包括设置于抛光辊机架29上的导轨33，上抛光辊通过转轴和抛光辊轴承座32设置于导轨33上；抛光辊机架29上穿设有螺杆34，螺杆34下端通过连接机构连接有连接杆35，连接杆35设置于抛光辊轴承座32上，抛光辊轴承座32下端通过支撑螺杆44设置于抛光辊机架29上。本发明还设置有护罩40、密封板41，以及抛光压力显示器42，从而可以更好地保护本发明的内部结构。

支撑螺杆44上设置有与抛光辊轴承座32底部连接的压缩弹簧36，抛光辊轴承座32与连接杆35通过压力传感器37连接；支撑螺杆44底部通过支撑圆珠38与抛光辊机架29连接。抛光辊7表面设置有抛光垫39。第一水平调速检测装置2和第二水平调速检测装置3之间设置有三个抛光辊装置1。

收卷辊与轴连接处设置有定位块43，本发明装置抛光前将一卷超薄柔性带材放到放卷辊上，将超薄柔性材料工件引出到收卷装置，然后开始进行化学机械抛光，工件从放卷辊到收卷辊，在前后驱动装置的驱动下，连续经过粗抛——半精抛——精抛——清洗工艺流程，实现卷到卷的连续高效超精密化学机械抛光；可实现超薄柔性材料的单面连续化学机械抛光，也可实现双面连续化学机械抛光；第一水平调速检测装置2和第二水平调速检测装置3之间设置有三个抛光辊装置1，分别为粗抛光辊装置、半精抛辊装置和精抛光辊机构，抛光辊装置中的每对抛光辊与工件的压力可以根据需要调节。

经过粗抛到精抛后，可对工件的上、下表面进行连续清洗，去除工件表面的废液及污物，当工件的上、下表面经过清洗液清洗完毕后，并通过风淋装置用洁净的压缩空气(冷、热)将工件表面吹干。

抛光液及清洗收集装置可收集抛光工作中多余的抛光液和抛光残留物。

需要说明的是，本发明六个抛光辊装置，可以两两组合成粗抛——半精抛——精抛工序，也可以一个、二个、三个组合成粗抛——半精抛——精抛工序，也可以三个、二个、一个组合成粗抛——半精抛——精抛工序等等。本发明的抛光辊装置，根据实际情况，还可增加。

实施例一

化学机械抛光加工一卷宽幅600mm、厚度0.1mm、长度100m的不锈超薄片，需要的抛光压力为2psi。

(1)取一卷宽幅600mm、厚度0.1mm、长度200m的不锈超薄片，放到放卷辊机构上，用引导机构将工件引导穿过水平辊及调速检测装置、穿过粗抛工序的2组抛光辊、穿过半精抛工序的两组抛光辊、穿过精抛工序的两组抛光辊、穿过清洗工序后，固定到收卷辊上，然后转动收卷辊，张紧工件。

(2)根据优化的化学机械抛光工艺参数，调整精抛光工序机构中各抛光辊与工件之间的抛光压力及转速、调整半精抛光工序机构中各抛光辊与工件之间的抛光压力及转速、调整粗抛光工序机构中各抛光辊与工件之间的抛光压力及转速、调整收卷辊驱动装置电机的转速。

(3)根据优化的抛光工艺参数，调整各抛光液喷淋装置中的抛光液流量、抛光液流速及抛光液喷淋方向。

(4)根据优化的清洗工艺参数，调整各清洗液喷淋装置中的清洗液流量、清洗液流速及清洗液喷淋方向。

(5)根据优化的风淋工艺参数，调整好各风淋装置中冷、热风的风量、风速及风向，满足清洁要求。

(6)起动抛光机进行化学机械抛光，抛光完毕后，从收卷辊机构中取下抛光好的带材卷，进行包装密封，运送到下一道工序。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种卷到卷高效连续化学机械抛光机，其特征在于：包括六个抛光辊装置，六个所述抛光辊装置前后分别设置有第一水平调速检测装置和第二水平调速检测装置，所述第一水平调速检测装置外侧设置有放卷装置，所述第二水平调速检测装置外侧设置有收卷装置；所述第二水平调速检测装置与所述抛光辊装置之间设置有清洗干燥装置；所述抛光辊装置上安装有抛光辊，所述抛光辊一侧设置有喷淋装置，所述抛光辊装置底部设置有废液收集箱。

2.根据权利要求1所述的卷到卷高效连续化学机械抛光机，其特征在于：所述放卷装置包括放卷机架和放卷辊，所述放卷辊两端分别连接有连接轴，所述连接轴通过深沟球轴承和轴承座设置于所述放卷机架上；其中一个所述连接轴外侧连接有制动盘，所述制动盘外套设有制动器壳；所述放卷机架上安装有收集箱，所述收集箱位于所述放卷辊下方。

3.根据权利要求1所述的卷到卷高效连续化学机械抛光机，其特征在于：所述收卷装置包括收卷机架和收卷辊，所述收卷辊一端通过连接轴设置于所述收卷机架上，另一端通过传动轴设置于所述收卷机架上，所述传动轴端部连接有减速电机。

4.根据权利要求1所述的卷到卷高效连续化学机械抛光机，其特征在于：所述第一水平调速检测装置包括调速机架，所述调速机架上安装有水平调节辊；所述调速机架顶端安装有传感器机架，所述传感器机架下端安装有传感器探头，所述传感器探头位于所述水平调节辊上方；所述第二水平调速检测装置与第一水平调速检测装置结构相同。

5.根据权利要求1所述的卷到卷高效连续化学机械抛光机，其特征在于：所述抛光辊包括对称设置的上抛光辊和下抛光辊；所述抛光辊装置包括抛光辊快速装卸机构，所述抛光辊快速装卸机构包括抛光辊机架，所述抛光辊机架通过抛光辊支撑装置分别与所述上抛光辊和所述下抛光辊连接；所述抛光辊支撑装置外侧通过联轴器连接有转轴，所述转轴外侧连接有变频电机；所述抛光辊支撑装置包括设置于所述抛光辊机架上的抛光辊轴承座。

6.根据权利要求5所述的卷到卷高效连续化学机械抛光机，其特征在于：所述抛光辊装置还包括抛光压力调整机构，所述抛光压力调整机构包括设置于所述抛光辊机架上的导轨，所述上抛光辊通过所述转轴和抛光辊轴承座设置于所述导轨上；所述抛光辊机架上穿设有螺杆，所述螺杆下端通过连接机构连接有连接杆，所述连接杆设置于所述抛光辊轴承座上，所述抛光辊轴承座下端通过支撑螺杆设置于所述抛光辊机架上。

7.根据权利要求6所述的卷到卷高效连续化学机械抛光机，其特征在于：所述支撑螺杆上设置有与所述抛光辊轴承座底部连接的压缩弹簧，所述抛光辊轴承座与所述连接杆通过压力传感器连接；所述支撑螺杆底部通过支撑圆珠与所述抛光辊机架连接。

8.根据权利要求1所述的卷到卷高效连续化学机械抛光机，其特征在于：所述抛光辊表面设置有抛光垫。

9.根据权利要求1所述的卷到卷高效连续化学机械抛光机，其特征在于：所述第一水平调速检测装置和第二水平调速检测装置之间设置有六个所述抛光辊装置。