Brevet FR2523892A1 — publié le 19830930

La présente invention a trait aux machines utilisées pour le polissage d'échantillons métallographiques ou pièces similaires, et tout particulièrement des plaquettes destinées à la fabrication de semiconducteurs. On sait que les machines de ce type comprennent généralement un plateau circulaire animé d'un mouvement de rotation continu et sur le côté duquel est prévue au moins une tourelle équipée d'un bras horizontal qui s'étend en porte-à-faux au-dessus du plateau tournant Ce bras peut être déplacé angulairement et son extrémité libre est agencée pour recevoir un porte-pièce auquel sont associés d'une part des moyens propres à l'entralner en rotation et d'autre part un dispositif de poussée verticale La pièce à polir fixée sur le porte-pièce est ainsi appliquée à force contre la surface du plateau convenablement arrosée d'un abrasif en suspension dans un liquide tel que de l'eau, de l'huile ou autre; la pression d'application de la pièce jointe à la rotation de celle-ci et à celle du plateau assurent un polissage efficace. L'opération de polissage s'effectue le plus souvent en deux phases successives, en ce sens que chaque pièce subit une première passe de dégrossissage ou d'ébauche avant d'être soumise à une passe de finition; la différenciation des deux phases de travail porte principale- ment sur la nature et la granulométrie de l'abrasif employé, ainsi que sur le p H, le débit et la nature du liquide porteur, mais on a souvent intérêt à avoir recours, pour le plateau tournant, à des substrats de recouvrement de natures différentes Dans ces conditions il est clair que pour être en mesure de procéder à un polissage complet l'opérateur doit soit disposer de deux plateaux différents mis successivement en place sur la machine, soit remplacer le substrat entre les deux phases. Dans les deux cas il s'agit d'un travail fastidieux qui ralentit la cadence de fonctionnement de la machine. C'est à cet inconvénient qu'entend principalement remédier la présente invention, laquelle consiste essentiellement à ménager sur la surface du plateau tournant deux zones concentriques de travail séparées l'une de l'autre par une rainure à profil circulaire qui assure la retenue d'un écran amovible en forme de collerette en même temps qu'elle forme collecteur pour les boues et liquides abrasifs évacués à travers des perforations convenablement espacées. Il va de soi que les deux zones déterminées sur le plateau par la rainure de séparation sont avantageusement munies de substrats de recouvrement différents tout en étant alimentés en solutions abrasives _ différentes, de façon à ce que les deux phases opératoires d'ébauche et de finition puissent être effectuées successivement moyennant simple passage du portepièce d'une zone à l'autre, la collerette évitant toute projection de liquide abrasif au cours de travail et ainsi tout risque de mélange Cette collerette est susceptible d'être momentanément retirée de la rainure en vue de faciliter le passage de la pièce à polir de la zone périphérique d'ébauche à la zone centrale de finition, ou de permettre l'utilisation du plateau tournant à la manière de celui d'une machine classique. L'invention se propose également de résoudre le problème du conditionnement thermique du plateau tournant des machines de polissage. A l'heure actuelle, pour évacuer la chaleur dégagée par l'opération de polissage au niveau du plateau tournant, l'on dote ordinairement ce dernier d'un serpentin parcouru par un liquide refroidi tel que l'eau. On comprend qu'un tel serpentin est de réalisation délicate et nécessite pour son alimentation et l'évacuation de l'eau à l'état chaud au moins deux joints tournants de construction coûteuse Par ailleurs on a pu constater qu'il était fréquemment avantageux, au moins en début de cycle opératoire, de chauffer le plateau pour le porter à la température optimale. Aussi, conformément à la présente invention le conditionnement thermique du plateau tournant est-il obtenu à l'aide d'une série de buses verticales disposées au-dessous dudit plateau afin d'émettre des jets liquides qui frappent sa face inférieure de façon à réguler par conduction la température de la surface supérieure o s'effectue l'opération de polissage. Il y a évidemment intérêt à recueillir le liquide de conditionnement thermique indépendamment des boues ou liquides abrasifs en vue de son recyclage et de l'évacuation ou de la ré-utilisation des abrasifs après traitement A cet effet, suivant l'invention le plateau tournant comprend un disque massif rendu solidaire d'une roue à rayons dont le moyeu est fixé sur l'arbre usuel d'entraînement tandis que la jante est creusée sur sa face inférieure d'une gorge formant logement pour le bord supérieur d'une manchette fixe rapportée dans une cuve inférieure la partie centrale de cette cuve recueille ainsi le liquide pulvérisé par les buses qui lui sont fixées, tandis que la partie périphérique récupère les boues ou liquides abrasifs provenant soit directement de la zone extérieure du plateau tournant, soit de la zone centrale de celui-ci à travers des rigoles ménagées dans la face supérieure des rayons de la roue qui coïncident avec les perforations d'évacuation de la rainure prévue dans la face supérieure du disque massif. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer: Fig 1 est une vue en perspective d'une machine de polissage établie conformément à l'invention. Fig 2 montre en superposition, préalablement à leur assemblage, les éléments constitutifs du plateau tournant de la machine suivant fig 1, ces éléments étant représentés au-dessus de la cuve supposée coupée axialement. Fig 3 est une coupe axiale partielle montrant à plus grande échelle le plateau tournant monté dans la cuve. A la façon usuelle la machine représentée en fig 1 comprend un bâti 1 en forme de caisson, pourvu d'une table supérieure 2 La partie arrière de ce bâti 1 est occupée par une console verticale 3 qui est équipée des différents dispositifs destinés à l'actionnement et au contrôle des organes mobiles de la machine La table 2 porte une tourelle orientable 4 solidaire d'un bras horizontal 5 qui s'étend en porte-à-faux et qui renferme un mécanisme de courroie assurant la transmission entre un moteur électrique 6 monté au sommet de la tourelle 4 et un arbre vertical 7 L'extrémité inférieure de cet arbre 7 reçoit de manière interchangeable un portoir 8 apte à permettre la fixation des pièces à polir, tandis que l'extrémité supérieure est associée à un vérin pneumatique 9 propre à déplacer axialement ledit arbre vers le bas. Un tel agencement est bien connu en pratique et ne nécessite donc pas une description détaillée Il suffit de rappeler que la tourelle 4 est généralement susceptible d'une part de monter ou descendre afin de permettre la modification de la hauteur du bras 5 au-dessus de la table 2, et d'autre part de se-déplacer angulairement afin d'amener le portoir 8 en tout point désiré d'un plateau tournant 10 monté à l'intérieur d'une cuve 11 qui occupe une ouverture à profil circulaire ménagée dans la partie centrale de la table 2. Comme illustré en fig 2 et 3 le fond lla, prévu bombé vers le haut, de la cuve 11 porte une douille centrale 12 orientée axialement pour entourer l'arbre vertical 13 destiné à l'entraînement en rotation du plateau tournant Entre cette douille 12 et la virole qui forme la paroi latérale de la cuve, le fond bombé lla est solidaire d'une manchette verticale IL qui définit ainsi deux comra Ltimerts concentriques dont chacun est pourvu d'une tubulure d'évacuation J 5, 16 11 convient d'observer qu'au niveau du compartiment central, le fond lia est traversé de manière étanche par des buses verticales de pulvérisation 17 régulièrement réparties, ces buses étant convenablement alimentées en un liquide de conditionnement thermique sous pression. Le plateau tournant est formé par l'assemblage de deux éléments séparés, à savoir une roue 18 et un disque massif 19 La roue 18 comprend un moyeu 18 a calé sur l'arbre 13 et découpé d'un logement annulaire 18 b pour recevoir la douille 12; ce moyeu 18 a est relié par des rayons 18 c à une jante 18 d, la face inférieure de cette dernière étant elle-méme creusée d'une gorge 18 e dans laquelle vient s'introduire le bord supérieur de la manchette 14 La surface supérieure du disque 19, lequel est rendu solidaire de la roue 18 de toute manière convenable, présente une rainure 19 a à profil circulaire, dans le fond de laquelle débouchent une série de perforations 19 b prévues de façon à s'ouvrir vers le bas au-dessus de certains au moins des rayons 18 c; la paroi supérieure de ces rayons est creusée d'une rigole longitudinale 18 f, dont la pente est orientée du centre vers la périphérie, comme montré en fig 3. On conçoit que la rainure 19 a du disque 19 du plateau tournant délimite sur ledit disque deux zones concentriques distinctes; comme illustré en fig 3, ces deux zones sont avantageusement munies de deux substrats de recouvrement 20 et 21 de natures différentes On notera par ailleurs que cette rainure 19 a sert de siège à la base d'une collerette amovible 22 qui une fois mise en place fait fonction d'écran de séparation. Pour la première phase de polissage correspondant au dégrossissage ou à l'ébauche de la pièce à travailler, la tourelle 4 et le bras 5 sont orientés de façon à ce que le portoir 8 soit disposé au-dessus du substrat 21 recouvrant la zone périphérique du plateau tournant Une fois ce plateau mis en rotation et le moteur 6 excité afin d'entraîner le portoir 8, le vérin 9 est commandé pour appliquer la pièce à traiter contre le substrat 21, lequel est simultanément arrosé d'une suspension d'abrasif La collerette 22 évite toute projection intempestive d'abrasif sur le substrat central 20; sous l'effet de la force centrifuge, la boue s'écoule par le bord extérieur du plateau et est recueillie dans le compartiment extérieur de la cuve 11 avant d'être évacuée à travers la tubulure 16. Au cours de cette phase de fonctionnement, le plateau tournant de la machine est conditionné thermiquement par le liquide, à température régulée, que les buses 17 projettent contre la face inférieure du disque 19 Ce liquide est recueilli dans le compartiment central de la cuve et est évacué par la tubulure 15, séparément de la boue d'abrasif. Pour la seconde phase correspondant à la finition, le portoir 8 est transféré de la zone périphérique du plateau à la zone centrale (substrat 20) Le plateau est à nouveau mis en rotation et c'est cette zone centrale qui est alors arrosée de la suspension d'abrasif; la boue est recueillie dans la rainure 19 a, traverse les perforations 19 b et est collectée dans les rigoles 18 f qui l'évacuent jusque dans le compartiment extérieur de la cuve et dans la tubulure 16 Cette boue ne peut en conséquence se mélanger au liquide de conditionnement thermique recueilli dans la tubulure 15 Les boues abrasives et le liquide de conditionnement peuvent ainsi être recyclés séparément. On conçoit que la collerette 22 est susceptible d'être aisément extraite de la rainure 19 a, cette extraction étant opérée soit pour faciliter le passage du portoir de l'une à l'autre des deux zones du plateau lorsque la tourelle 4 n'est pas équipée de moyens de déplacement vertical, soit pour disposer d'un plateau à zone unique de travail, ce plateau étant alors avantageusement recouvert d'un seul substrat de recouvrement obturant la rainure 19 a. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tout autres équivalents On conçoit en particulier que l'invention est susceptible d'être appliquée au plateau tournant des machines de rodage. R E V E N D I C A T I O N S 1 Machine de polissage, du genre comprenant un porte-pièce tournant appliqué à force contre un plateau lui-même entraîné en rotation et arrosé d'une suspension d'abrasif, caractérisée en ce que la face supérieure du plateau est creusée d'une rainure à profil circulaire qui délimite deux zones concentriques distinctes, séparées l'une de l'autre par une collerette amovible formant écran et dont la base est retenue dans la rainure précitée, cette dernière étant agen- cée de manière à collecter les boues et liquides abrasifs et à les évacuer à travers des perforations traversantes. 2 Machine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les deux zones du plateau tournant sont équipées de substrats de recouvrement différents et arrosées-de solutions abrasives elles-mêmes différentes. 3 Machine suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le plateau est disposé à l'intérieur d'une cuve dont le fond est pourvu d'une série de buses aptes à projeter un liquide contre la face inférieure dudit plateau en vue d'assurer son conditionnement thermique. 4 Machine suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la cuve comporte deux compartiments séparés pour recueillir et évacuer, à travers des tubulures distinctes, le liquide de conditionnement thermique et les boues ou liquides abrasifs provenant du plateau. Machine suivant la revendication 4, caractérisée en ce que le plateau comprend un disque supérieur massif supporté par une roue à rayons, les rayons qui coïncident avec les perforations d'évacuation de la rainure étant creusés d'une rigole longitudinale pour l'écoulement centrifuge des boues ou liquides recueillis par la rainure précitée. 6 Machine suivant la revendication 5, caractérisée en ce que la face inférieure de la jante de la roue est creusée d'une gorge agencée pour recevoir le bord supérieur de la manchette prévue dans la cuve pour délimiter les deux compartiments concentriques de celle-ci et éviter le passage, par éclaboussure, du liquide de conditionnement thermique dans le compartiment des boues abrasives.