一种陶瓷结合剂超细金刚石砂轮制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN101870091A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN101870091A(43)申请公布日2010.10.27(21)申请号201010205274.6(22)申请日2010.06.17(71)申请人大连理工大学地址116024辽宁省大连市甘井子区凌工路2号(72)发明人张振宇赵洪浩霍凤伟郭东明(74)专利代理机构大连理工大学专利中心21200代理人侯明远(51)Int.Cl.B24D3/14(2006.01)B24D18/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页(54)发明名称一种陶瓷结合剂超细金刚石砂轮制备方法(57)摘要一种陶瓷结合剂超细金刚石砂轮制备方法，属于硬脆及软脆光电晶体超精密加工技术领域，特别涉及光电半导体硬脆与软脆光电晶体的超细金刚石砂轮的制备方法。其特征是采用#10000-#300000中的一个固定值作为超细金刚石磨料，以三种或者四种超细非氧化陶瓷作为结合剂，以钾、钙、纳、镁的氯化盐类或者硝酸盐类中的一种或者两种做分散剂和细化剂，以糊精、碳酸盐类、碳酸氢盐类中的一种或者两种做发泡剂。用冷压成形的方法压制成形，在室温下均匀升温到480-530度，保温30-60分钟，然后均匀升温到580-610度，保温40-60分钟，最后均匀升温到640-680度，保温100-150分钟，自然冷却到室温，即可烧结成形。本发明的效果和益处是实现了高效超光滑低损伤磨削，获得了高效超精密磨削加工效果。CN10879ACN101870091A权利要求书1/1页1.一种陶瓷结合剂超细金刚石砂轮制备方法，采用超细非氧化陶瓷作为结合剂，超细金刚石粉体作为磨料，离子晶体盐类作为晶粒细化剂及分散剂，以及常温冷压成形，高温烧结的方法制备砂轮，实现高效超光滑低损伤磨削硬脆及软脆光电晶体的目的，其特征是：(1)磨料采用超细金刚石粉体，其粒度为#10000-#300000中的一个固定值，并且磨料粒度以这个固定值为平均值，服从正态分布；(2)陶瓷结合剂为碳化硅、氧化硅、氧化铈、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化镧、氧化钕中的三种或者四种，其粒度与金刚石粉体相匹配，为上述金刚石磨料粒度或者高一到两个粒度级别，确定后所有陶瓷结合剂粒度以这个粒度为平均值，并服从正态分布；其中的一种陶瓷结合剂制备成溶胶，其浓度为40-60％，溶胶与其他两种或三种陶瓷结合剂的体积比分别为20-40∶20-40∶60-20或25-35∶25-35∶15-25∶35-5；(3)采用钾、钙、纳、镁的氯化盐类或者硝酸盐类中的一种或者两种做金刚石砂轮晶粒的分散剂和细化剂；(4)采用糊精、碳酸盐类、碳酸氢盐类中的一种或者两种做发泡剂；(5)金刚石、陶瓷结合剂、分散剂和细化剂、发泡剂的体积比为45-65∶34-25∶1-5∶20-5；(6)采用机械搅拌的方法将金刚石与陶瓷结合剂及发泡剂的粉料混合均匀，用冷压成形的方法压制成形，在室温下以4-6度每分均匀升温到480-530度，保温30-60分钟，然后以3-4度每分均匀升温到580-610度，保温40-60分钟，最后1-3度每分均匀升温到640-680度，保温100-150分钟，自然冷却到室温，即可烧结成形。2CN101870091A说明书1/3页一种陶瓷结合剂超细金刚石砂轮制备方法技术领域[0001]本发明属于硬脆及软脆光电晶体超精密加工技术领域，特别涉及光电半导体硬脆与软脆光电晶体的超细金刚石砂轮的制备方法。背景技术[0002]随着IC芯片技术的快速发展，半导体产业界对硅片平面度、表面质量及完整性的要求越来越高，超精密磨削方法由于具有在平面度、材料去除率、低成本等方面具有独特的优势，因此被广泛用于硅片的超精密磨削领域中。但是，目前所用的树脂结合剂金刚石砂轮，由于树脂结合剂的结合力较弱，因此砂轮的粒度一般低于#5000，这使得树脂结合剂砂轮所能达到的表面粗糙度一般Ra一般在几个纳米，而亚表面损伤层的深度在100纳米以上，这些亚表面的加工损伤层可以在后续的化学机械抛光中去除，但是会大大增加加工成本以及加工时间。而如果采用进一步细化金刚石磨料的方法，则可进一步降低超精密磨削中亚表面损伤层的深度，从而为后续的化学机械抛光节省材料去除量。但是，树脂结合剂由于结合力较弱，而且本身的热传导性能相对较差，因此为了能够提供足够的把持力，随着金刚石磨料的进一步细化，树脂的结合剂的空隙率必须相应地降低。而这种空隙率的降低就使得冷却液以及磨屑在超精密磨削过程中很难进入和即时排出，这样使得超精密磨削产生的热量很难被磨屑和冷却液带有，从而在硅片加工表面聚集，导致硅片非常容易烧伤。因此，这种树脂结合剂一般仅适合于金刚石磨料的粒度在#5000以下的情况。而随着IC制造技术的发展，越来越要求超精密磨削技术能够加工的表面粗糙