一種常溫固化結合劑軟磨料砂輪的製作方法
2023-06-07 04:23:26 2
專利名稱：一種常溫固化結合劑軟磨料砂輪的製作方法
技術領域：
本發明屬於矽片磨削加工技術領域，涉及一種基於化學機械磨削原理磨削矽片的軟磨料砂輪。
背景技術：
超精密磨削是集成電路製造過程中用於矽片平整化加工、背面減薄、太陽能多晶矽錠的磨方加工等的重要加工方法之一。目前廣泛採用樹脂結合劑或陶瓷結合劑細粒度金剛石微粉砂輪磨削矽片，磨削過程中以金剛石的高速切削作用去除材料。由於金剛石磨粒硬度比矽片高，加工過程中會在矽片表面形成磨削損傷層。為了去除磨削損傷層、提高磨削表面完整性，提出了採用軟磨料砂輪的化學機械磨削方法。該方法兼顧超精密磨削和化學機械拋光技術的優點，能夠高效率的獲得無損傷的矽片加工表面。軟磨料砂輪是實現矽片化學機械磨削的關鍵。磨削過程中磨削區域的矽片材料和砂輪的磨削麵產生化學反應生成較軟的反應膜是對軟磨料砂輪的要求，該反應膜在磨塊基體或軟磨料的摩擦/劃擦作用下被去除。如果化學反應不能發生或反應速度過慢，產生較軟反應膜的速度低，砂輪去除材料的能力就會很低，會導致磨削過程的磨削力和磨削熱增加，燒傷矽片表面。為了保證磨削區域產生化學作用，一個可行的方法是在砂輪磨塊中加入在磨削壓力和溫度作用下能夠在磨削接觸區域內直接和矽片表面微觀高點發生化學反應的反應劑/氧化劑，或能夠促進磨料和矽片發生反應的添加劑。康仁科等申請的「超精密低損傷磨削矽片的軟磨料砂輪」專利申請號為CN201010128957公開了一種用於矽片磨削的軟磨料砂輪。該砂輪的磨塊以MgO作為軟磨料，添加劑為Ca0、Na2C03和NaHCO3,以熱固樹脂作為結合劑，採用熱壓方式經高溫固化形成。康仁科等申請的「一種硬脆晶體基片超精密磨削砂輪」專利申請號為CN200610134248公開了一種硬脆晶體基片超精密磨削砂輪，砂輪磨削層由磨料、粘接劑、填充料和氣孔組成。填充料由PH值調節劑、氧化劑、助拋劑組成。砂輪磨削層以樹脂作為結合劑，採用熱壓方式經高溫固化形成。以上兩個專利中，由於在固化過程需要加熱，砂輪磨塊中的添加劑組份如Na2CO3和NaHCO3可能會在高溫條件下分解，失去促進磨削過程化學反應的作用。由於同樣的原因，上述砂輪中的氧化劑也會因高溫分解而失效。
發明內容
本發明的目的在於克服已有技術的不足，因目前採用的軟磨料砂輪的磨塊均採用樹脂結合劑在高溫下固化形成，極大限制了反應劑/氧化劑、以及添加劑的選擇和使用。本發明採用常溫固化結合劑、包含多種反應劑/氧化劑、添加劑的軟磨料砂輪，解決矽片磨削過程中化學反應不足、磨削過程不穩定、容易燒傷表面、磨削效率低等問題。本發明的技術方案是一種常溫固化結合劑軟磨料砂輪，其特徵在於，軟磨料砂輪磨塊中的結合劑是採用常溫固化結合劑，此外，軟磨料砂輪磨塊還包括硬度低於被加工工件的磨料、可促進磨料與工件化學反應的氧化劑、添加劑，防止堵塞和燒傷的氣孔，各成份所佔體積百分比為結合劑40 55%，磨料30 45%，氧化劑0 7%，添加劑10 25%，氣孔5 15% ；
所述常溫固化結合劑為氯氧鎂材料，由質量百分比為3(Γ50%的MgO、質量百分比為10 30%的MgCljP質量百分比為30 60%的!120混合攪拌均勻後在常溫下固化形成；所述氧化劑為高錳酸鉀、次氯酸鈉、氫氧化鈉、過氧化鈉顆粒中的一種或幾種，氧化劑在常溫固化過程中不會分解失效；所述添加劑為Ca0、CaC03、Na2C03、NaHCO3、磷酸、檸檬酸中的一種或幾種；所述磨料的硬度比單晶娃和多晶娃的硬度低，其組成為MgO磨料、Fe2O3磨料、CeO2磨料或SiO2磨料中的一種或幾種，粒度分布為2(Γ100 μ m。
一種常溫固化氯氧鎂結合劑砂輪磨塊，其特徵在於，軟磨料砂輪磨塊根據需要做成圓柱形、杯形、多面體柱形不同形狀。本發明的效果和益處是用本發明製造的砂輪來磨削矽片時，砂輪和工件之間的化學反應及時充分，容易和磨削過程的機械作用達到平衡，磨削性能穩定，材料去除率高；矽片磨削表面光滑，沒有微劃痕、位錯、微裂紋等缺陷；磨削溫度適中，矽片表面不會出現磨削燒傷現象。
附圖I為杯形軟磨料砂輪結構圖，其中I一砂輪基體，2—軟磨料磨塊。附圖2為NewView 5022型三維表面輪廓儀檢測的磨削後的矽片表面形貌和表面粗糙度。附圖3為透射電鏡檢測的磨削矽片亞表面損傷，其中1 一非晶矽，2—單晶矽。
具體實施例方式
結合附圖和技術方案詳細說明本發明的實施方式。本發明的一種實施方式，即圓弧形軟磨料磨塊粘接在鋁合金基體端面形成的，軟磨料磨塊製備過程如下按一定化學計量比稱量氧化鎂和氯化鎂；將氯化鎂配製成質量分數為209Γ35%的水溶液，溶液中加入適量的檸檬酸和磷酸；將磨料、氧化劑、添加劑混合球磨15分鐘；將以上兩步所得溶液與粉末混合併充分攪拌5分鐘製成漿料，導入圓弧形成形模具中，趕盡氣泡，固化24小時成形；脫模，磨塊常溫固化20天。圓弧形模具中成形固化的軟磨料磨塊粘接於鋁合金砂輪基體端面，可製成如圖I所示的杯型軟磨料砂輪。該砂輪可安裝於矽片磨床，用於矽片的平整化加工和晶片背面減薄加工。具體實施例以圖I所示的實施方式製作軟磨料砂輪，I為弧形磨塊，按一定間距粘結在基體2上製成杯形砂輪。磨塊外徑Φ350 mm,齒寬7. 5 mm,齒高10 mm。磨削娃片的直徑Φ200 mm，厚度650 mm，採用軟磨料砂輪磨削前以2000#金剛石砂輪磨削表面，經檢測金剛石砂輪磨削後的矽片表面粗糙度PV 27.5 nm, Ra 7.6 nm，亞表面微裂紋深度4. 65 μ m。上述矽片以真空吸盤夾持於矽片磨床，並用本發明軟磨料砂輪對其進行磨削加工。加工參數主軸轉速1200 r/min,工作檯轉速80 r/min,磨削時間15 min。利用金相顯微鏡和掃描電鏡觀察磨削後的矽片表面結果顯示，表面光滑完整，沒有劃痕、破碎和凹坑等損傷。利用Zygo公司生產的NewView 5022型三維表面輪廓儀檢測磨削後的矽片表面形貌和表面粗糙度，檢測面積為53X71 Mm。結果顯示，磨削後的矽片表面粗糙度PV 4. 14nm,Ra O. 44 nm，如圖2所示。採用截面透射電鏡檢測磨削後矽片的亞表面損傷，未發現位錯和微裂紋，僅有非晶層。
權利要求
1.一種常溫固化結合劑軟磨料砂輪，其特徵在於，軟磨料砂輪磨塊中的結合劑是採用常溫固化結合劑，此外，軟磨料砂輪磨塊還包括硬度低於被加工工件的磨料、促進磨料與工件化學反應的氧化劑、添加劑，防止堵塞和燒傷的氣孔，各成份所佔體積百分比為結合劑40 55%，磨料30 45%，氧化劑0 7%，添加劑10 25%，氣孔5 15% ； 所述常溫固化結合劑為氯氧鎂材料，由質量百分比為30飛0%的MgO、質量百分比為10^30%的MgCl2和質量百分比為30飛0%的H2O混合攪拌均勻後在常溫下固化形成；所述氧化劑為高錳酸鉀、次氯酸鈉、氫氧化鈉、過氧化鈉顆粒中的一種或幾種，氧化劑在常溫固化過程中不會分解失效；所述添加劑為0&0、0&0)3^&20)3^&110)3、磷酸、檸檬酸中的一種或幾種；所述磨料的硬度比單晶娃和多晶娃的硬度低，其組成為MgO磨料、Fe2O3磨料、CeO2磨料或SiO2磨料中的一種或幾種，粒度分布為2(Tl00 ii m。
2.如權利要求I所述的一種常溫固化結合劑軟磨料砂輪，其特徵在於，軟磨料砂輪磨塊根據需要做成圓柱形、杯形、多面體柱形不同形狀。
全文摘要
本發明一種常溫固化結合劑軟磨料砂輪屬於矽片磨削加工技術領域，涉及一種基於化學機械磨削原理磨削矽片的軟磨料砂輪。軟磨料砂輪磨塊中的結合劑是採用常溫固化結合劑，此外，軟磨料砂輪磨塊還包括硬度低於被加工工件的磨料、促進磨料與工件化學反應的氧化劑、添加劑，防止堵塞和燒傷的氣孔。常溫固化結合劑為氯氧鎂材料；氧化劑為高錳酸鉀、次氯酸鈉、氫氧化鈉、過氧化鈉顆粒中的一種或幾種；磨料的硬度比單晶矽和多晶矽的硬度低。用軟磨料砂輪磨削矽片時，磨削性能穩定，材料去除率高；矽片磨削表面光滑，沒有微劃痕、位錯、微裂紋等缺陷；磨削溫度適中，矽片表面不會出現磨削燒傷現象。
文檔編號B24D3/34GK102699826SQ20121019980
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月16日 優先權日2012年6月16日
發明者康仁科, 李志明, 董志剛, 郭東明, 高尚 申請人:大連理工大學