專利名稱：研磨電子元件用的磨具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及樹脂粘合的多孔磨具，它適于硬質(zhì)材料，例如陶瓷、金屬和含有陶瓷或金屬的復(fù)合物的表面研磨和拋光。該磨具用于硅和氧化鋁碳化鈦(AlTiC)片的背磨，供制造電子元件之用。這種磨具研磨陶瓷和半導(dǎo)體時，材料磨削率和磨具磨損率都是工業(yè)上合適的，而工件的損傷會小于使用常規(guī)的超硬磨具。
U.S.-A-2806772揭示了設(shè)計成能在研磨過程中產(chǎn)生迅速且較冷切割作用的一種磨具。該磨具含有約25-54體積％磨粒和約15-45體積％樹脂粘結(jié)劑，磨粒頒在該粘結(jié)劑中。該磨具還含有約1-30體積％的有孔支撐顆粒，例如玻璃態(tài)粘土薄壁的空心球(例如Kanamite泡粒)或熱膨脹珍珠巖(火山二氧化硅玻璃)，用來分隔磨粒，為的是改進(jìn)磨削作用，并減少來自工件的碎屑嵌在研磨面上。選擇的有孔支撐顆粒，其粒度約為磨粒粒度的0.25-4倍。
U.S.-A-2986455揭示了僅含有熔凝氧化鋁泡粒但無磨粒的磨具。該磨具具有敞開的多孔結(jié)構(gòu)和順暢磨削的性能。根據(jù)該專利制成的樹脂粘合磨輪可用來研磨橡膠、纖維紙板和塑料。
U.S.-A-4799939揭示了用于制造磨具的可腐蝕團(tuán)粒。這種團(tuán)粒中含有在樹脂粘結(jié)劑中的磨粒和高達(dá)8重量％的空心顆粒材料。該團(tuán)粒據(jù)稱尤其適用于涂覆磨具。
授予Li的US-A-5607489揭示了適于研磨藍(lán)寶石和其他陶瓷材料表面的磨具。該磨具含有粘合在玻璃態(tài)基質(zhì)中的金屬和金剛石，其中含有2-20體積％固態(tài)潤滑劑和至少10體積％孔隙。
現(xiàn)有技術(shù)中已知的磨具證明不能完全滿足陶瓷元件精密表面研磨或拋光的要求。這些磨具不能滿足工業(yè)研磨和拋光過程中關(guān)于形狀、尺寸和表面質(zhì)量的嚴(yán)格技術(shù)要求。建議用于這些研磨操作的大多數(shù)商品磨具是樹脂粘合的超硬磨輪，該磨輪設(shè)計成以較低研磨效率進(jìn)行研磨，目的是避免陶瓷元件的表面和表面下的損傷。這些商品磨具一般含有15體積％以上的金剛石磨粒，其最大粒度約為8微米。由于陶瓷工件的碎屑會粘附在磨輪表面上，研磨效率會進(jìn)一步降低，所以需要時常修整和整飾磨輪以保持其精確的形狀。
由于市場對一些產(chǎn)品例如電子儀器用精密陶瓷和半導(dǎo)體元件(例如薄片、磁頭和顯示窗)的需求增大，所以對陶瓷和其他硬脆材料進(jìn)行精密研磨和拋光用的磨具也日益需要加以改進(jìn)。
本發(fā)明涉及一種磨具，它包括背襯和磨邊，所述磨邊最多含有約2-15體積％最大粒度為60微米的磨粒，，磨邊中為樹脂粘結(jié)劑和至少40體積％空心填料，磨邊內(nèi)磨粒對樹脂粘結(jié)劑之比為1.5∶1.0-0.3∶1.0。
本發(fā)明的磨具是磨輪，它包括一個背襯，背襯中央具有將磨輪固定到研磨機上的一個孔，背襯設(shè)計成沿其周邊面支撐著樹脂粘合的磨邊作為研磨面。制造磨具的該背襯可以是平面形狀或杯狀的芯盤或環(huán)，也可以是拉長的軸或一些其他剛性的預(yù)成形形狀。背襯優(yōu)選由金屬制成，例如鋁或鋼，但是也可以由聚合物、陶瓷或其他材料制成，也可以是這些材料的復(fù)合物或疊層物或混合物。所述背襯可以含有對基質(zhì)起增強作用的顆?；蚶w維，或空心填料例如空心的玻璃、二氧化硅、莫來石、氧化鋁和Zeolite 球，以便降低背襯密度和磨具重量。
優(yōu)選的磨具是表面研磨式磨輪，例如2A2T型超硬磨輪。這些磨具具有一條連續(xù)或分段的磨邊，在環(huán)狀或杯狀背襯的窄邊上固定著。用于這里的其他磨具包括1A型超硬磨輪，它具有平面芯型背襯，環(huán)繞芯的周邊上是磨邊；內(nèi)徑(I.D.)磨具，它具有固定在脛背襯上的磨邊；外徑(O.D.)圓柱狀精磨磨輪；具有固定在背襯板面上的研磨“鈕”的表面磨具；以及用來在硬質(zhì)材料上進(jìn)行精磨和拋光的其他構(gòu)型的磨具。
背襯可以以多種方式與磨邊連接。本行業(yè)內(nèi)已知的用來將研磨部件結(jié)合到金屬芯或其他類型背襯的任何粘結(jié)劑，都可以使用。一種合適的粘結(jié)劑即AralditeTM2014 Epoxy粘結(jié)劑購自密歇根州East Lansing的Ciba SpecialtyChemicals Corporation。其他的連接方式包括機械連接(例如磨邊可以用螺栓穿過排列在磨邊和背襯片上的洞或者以楔形榫頭結(jié)構(gòu)機械連接到背襯片上)。背襯部件上，磨邊或多段的磨邊(如果磨邊不連續(xù)的話)可以插入那些凹槽內(nèi)，并用粘結(jié)劑固定在位。如果使用的磨邊形式是用于表面研磨的一個個鈕，那么這些鈕也可以用粘結(jié)劑或機械方式固定到背襯上。
用在磨邊中的磨粒優(yōu)選是超硬磨粒，選自天然或人造的金剛石、立方氮化硼(CBN)及它們的組合。常規(guī)磨粒也可使用，包括而不局限于氧化鋁、燒結(jié)的溶膠凝膠法α氧化鋁、碳化硅、莫來石、二氧化硅、氧化鋁氧化鋯、氧化鈰及它們的組合和它們與超硬磨粒的混合物。粒度較細(xì)的磨粒，即最大粒度約120微米的磨粒，是適用的。最大粒度優(yōu)選約為60微米。
金剛石磨具用來研磨陶瓷片。優(yōu)選采用樹脂粘合的金剛石類型(例如Amplex金剛石，購自康涅狄格州Bloomfield的Saint-Gobain IndustrialCeramics；CDAM或CDA金剛石磨料，購自英國Berkshire的DeBeers IndustrialDiamond Division；IRV金剛石磨料，購自日本Tokyo的Tomei Diamond Co.，Ltd.，)。
能夠使用有金屬覆層(例如鎳、銅或鈦)的金剛石(例如IRM-NP或IRM-CPS金剛石磨料，購自日本Tokyo的Tomei Diamond Co.，Ltd.；CDA55N金剛石磨料，購自英國Berkshire的DeBeers Industrial Diamond Division)。
磨粒粒度和類型的選擇隨工件的性質(zhì)、研磨方法類型和工件的最終用途而異(即材料的磨削速率、表面光潔度、表面平坦度和表面下的損傷情況這些技術(shù)要求的相對重要性決定著研磨參數(shù))。例如，在硅片或AlTiC片的背磨和拋光時，0/1-60微米的超硬顆粒粒度(根據(jù)Norton Company金剛石粒度級，即小于400)是合適的，優(yōu)選0/1-20/40微米，最優(yōu)選3/6微米?？梢允褂媒饘僬澈匣颉皦K狀”的金剛石磨料類型(例如MDA金剛石磨料，購自英國Berkshire的DeBeers Industrial Diamond Division)。當(dāng)電子元件裝接到陶瓷片或半導(dǎo)體片的前表面以后，優(yōu)選采用較細(xì)粒度的磨具來對其背面進(jìn)行表面精加工和拋光。金剛石粒度在此范圍時，磨具對從硅片上磨掉材料，從而拋光硅片的表面，但是由于AlTiC片的硬度更高，磨具從AlTiC片上磨掉的材料就較少。本發(fā)明的磨具可在AlTiC片上獲得14埃的表面光潔度。
在本發(fā)明的磨具中，空心填料的形式優(yōu)選為脆的空心球，例如空心的二氧化硅球或微球?？墒褂玫钠渌招奶盍习招牡牟Ａ?、氧化鋁球、莫來石球及其混合物。對于一些用途，例如硅片的背磨，優(yōu)選用二氧化硅球，球的直徑優(yōu)選大于磨粒粒度。在其他的用途中，空心填料球的直徑可以以大于、等于或小于磨粒直徑。將購來的填料過篩，就可獲得均勻的直徑尺寸，也可以使用混合尺寸。硅片研磨用的空心填料的直徑優(yōu)選4-130微米。合適的材料購自馬薩諸塞州Canton的Emerson & Cuming Composite Materials Inc.(EccosphereTMSID-311Z-S2二氧化硅球，其平均直徑為44μ)。
磨粒與空心填料用樹脂粘結(jié)劑粘合起來?？梢詫⒈拘袠I(yè)內(nèi)已知的各種粉末填料少量加入到樹脂粘結(jié)劑材料中，用來幫助磨具的制造或改善磨具的研磨性能。用于這些磨具的優(yōu)選樹脂包括酚醛樹脂、醇酸樹脂、聚酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂、氰酸酯樹脂和它們的混合物。合適的樹脂包括DurezTM33-344酚醛樹脂粉末，購自紐約州North Tonawanda的Occidental Chemical Corp.；VarcumTM29345短暫流變(short flow)酚醛樹脂粉末，購自紐約州NorthTonawanda的Occidental Chemical Corp.。
用于含高體積百分率空心填料(例如55-70％(體積)球)的磨具的優(yōu)選樹脂是能夠潤濕二氧化硅填料球和磨粒表面，并易于在填料球表面上鋪展，從而將金剛石磨粒粘結(jié)到填料球表面上的樹脂。這個特性在含有很低體積百分率例如5-10％(體積)樹脂的磨輪中尤其重要。
以磨邊中的體積百分率計，磨具含有2-15％(體積)磨粒，優(yōu)選4-11％(體積)磨粒。磨具含有5-20％(體積)，優(yōu)選6-10％(體積)的樹脂粘結(jié)劑，40-75％(體積)，優(yōu)選50-65％(體積)的空心填料，樹脂粘合基質(zhì)的體積余量是成型和固化后的殘留孔隙(即12-30％(體積)孔隙)。金剛石磨粒與樹脂粘結(jié)劑之比可以為1.5∶1.0-0.3∶1.0，優(yōu)選1.2∶1.0-0.6∶1.0。
本發(fā)明磨具的磨邊由下述方式制造混合磨粒、空心填料和樹脂粘結(jié)劑，將混合物成型然后固化。磨邊可以這樣制造在有溶劑(例如水或苯甲醛)或沒有溶劑存在條件下，將磨邊各組分與或可加入的潤濕劑例如液態(tài)甲階酚醛樹脂混合，形成磨料混合物，在選用的模具中熱壓該混合物，并加熱成形好的磨邊，使樹脂固化，形成可有效地進(jìn)行研磨的磨邊。所述混合物一般在模壓之前過篩。模具優(yōu)選由不銹鋼或者高碳或高鉻鋼制成。對于含有50-75％(體積)空心填料的磨輪，在成形和固化期間必須小心操作，避免將空心填料壓碎。
磨邊優(yōu)選最高加熱至約150-190℃溫度，時間應(yīng)足以使樹脂粘結(jié)劑交聯(lián)和固化。也可以采用其他相似的固化溫度和時間。接著，將固化的磨邊從模具中取出，空氣冷卻之。將磨邊(或鈕或段)裝接到背襯上，組裝成最終的磨具。在完成的磨具上進(jìn)行整飾或邊飾和修整，制成成品。
通過選擇樹脂和填料以及固化條件，可以使樹脂粘結(jié)劑較脆，可以更快地破碎，磨具就不太會帶上研磨碎屑。用于精加工陶瓷或半導(dǎo)體的商品磨具常常需要用修整工具進(jìn)行修整，從研磨面上清除累積的研磨碎屑。在微磨輪例如本發(fā)明磨輪中，修整操作對磨輪的磨損常常比研磨操作還快。由于本發(fā)明樹脂粘合的磨具，不太經(jīng)常需要修整操作，所以與過去使用的樹脂粘合磨具包括金剛石含量較高或者粘合較牢固不太脆的磨具相比，其消耗較慢，使用壽命較大。本發(fā)明最優(yōu)選的磨具，其固化的粘合性能能在磨具使用壽命與脆性或研磨時粘合斷裂這兩方面產(chǎn)生最佳的綜合效果。
用較高體積百分率空心填料(例如55-70％(體積))制成的磨具在陶瓷或半導(dǎo)體片上進(jìn)行表面研磨和拋光時是自修整性的。可以認(rèn)為，與磨具接觸的粗糙的陶瓷或半導(dǎo)體片起著修整工具的作用，能將磨具面上粘附的碎屑掘出除去。這樣，在一般的研磨操作中，每個新工件起始都呈現(xiàn)出其粗糙表面，對磨具起修整作用，接著隨著研磨的進(jìn)行，碎屑就開始附著在磨具在表面上，而磨具開始研磨工件表面，功率消耗開始增大。用本發(fā)明的磨具，在不引起工件灼傷的情形下，在研磨機的功率容許范圍內(nèi)，就會出現(xiàn)這種循環(huán)。一個工件的這個循環(huán)結(jié)束后，下一個工件就會以其新的粗糙表面修整磨具表面，重復(fù)之個循環(huán)。在制造陶瓷或半導(dǎo)體片過程中，本發(fā)明的磨具不需要單獨的修整操作就能夠研磨陶瓷或半導(dǎo)體片的表面，這樣就提供了很大的益處。
在空心填料含量較低的情形下(即低于55％(體積))，當(dāng)陶瓷片要研磨成更高的表面光潔度時，使用本發(fā)明的磨具還是需要修整操作的，因為陶瓷片的研磨碎屑仍會附著在磨具面上，功率消耗也會增大。
本發(fā)明的磨具優(yōu)選用于研磨陶瓷材料，這些陶瓷材料包括但不局限于氧化物、碳化物、硅化物例如氮化硅、氧氮化硅、穩(wěn)定型氧化鋯、氧化鋁(例如藍(lán)寶石)、碳化硼、氮化硼、二硼化鈦以及氮化鋁和這些陶瓷的復(fù)合物，還有一些金屬基質(zhì)復(fù)合材料例如膠結(jié)的碳化物、多晶金剛石和多晶立方氮化硼。單晶陶瓷或多晶陶瓷都能夠用這些改進(jìn)的磨具研磨。
經(jīng)本發(fā)明的磨具而改善性能的陶瓷或半導(dǎo)體部件中，有電子元件，包括但不局限于硅片、磁頭和基片。
本發(fā)明的磨具也可以用于由金屬或其他硬質(zhì)材料制成的元件的拋光或精磨。
除非另有說明，下述實施例中所有的份數(shù)和百分率都是指重量。這些實施例僅用于說明本發(fā)明，而不限制本發(fā)明。
實施例1采用下述材料和方法制成11×1.125×9.002英寸(27.9×2.86×22.9cm)的樹脂粘合金剛石磨輪作為本發(fā)明的磨輪。
為了制成磨邊，先制備重量比為醇酸樹脂粉末(Bendix 1358樹脂，從紐約州Troy的Allied Signal Automotive Braking Systems Corp.，獲得)4.17％和短暫流變酚醛樹脂粉末(Varcum 29345，從紐約州North Tonawanda的Occidental Chemical Corp.獲得)11.71％的混合物。再將33.14重量％二氧化硅球形式的中空填料(Eccosphere SID-311Z-S2二氧化硅，平均直徑44μ，從馬薩諸塞州Canton的Emerson & Cuming Composite Materials Inc.得到)和50.98重量％金剛石磨粒(D3/6μ，Amplex lot #5-683，從康涅狄格州Bloomfield的Saint-Gobain Industrial Ceramics得到)與所得樹脂粉末混合物混合。得到均勻的混合物后，將其通過US#170篩網(wǎng)過篩，以備成形到背襯上，構(gòu)成磨輪的磨邊部分。
支撐磨邊用的背襯是個鋁環(huán)(外徑11.067英寸)，設(shè)計成構(gòu)造2A2T型超硬磨輪之用。環(huán)底有一個螺栓孔可用來，將磨輪裝接到用于研磨陶瓷片用的表面研磨機上。
在成形磨邊之前，將鋁環(huán)要承載磨邊的表面進(jìn)行噴砂處理，接著用溶劑基酚醛粘結(jié)劑涂布，以便將樹脂粘結(jié)劑和磨粒的混合物粘合到鋁環(huán)上。鋁環(huán)放入鋼模具內(nèi)，該模具的結(jié)構(gòu)使得鋁環(huán)作為模具的底板。室溫下將磨料混合物置入模具內(nèi)涂有粘結(jié)劑的環(huán)的表面上，將側(cè)部和頂部的模件裝接到鋼模具上，將整個模具放入預(yù)先加熱的蒸汽壓機(162-167℃)中。在起始加熱階段，不對磨邊施加壓力。當(dāng)溫度達(dá)到75℃后，施加初始壓力。然后將壓力增大至20噸以便達(dá)到設(shè)定的密度(例如0.7485g/cm3)，將模具溫度升高至160℃，保溫10分鐘。然后從磨具中將趨熱取出。
將鋁背襯和磨邊的內(nèi)徑和外徑加工成磨輪成品的尺寸。在磨邊表面上磨出總共36個凹槽(每個約0.159cm(1/16英寸)寬)，制成帶凹槽的磨邊。
本發(fā)明這些磨輪和其他磨輪以及一些商品對比磨輪各組分的體積百分率如下面的表1所示。
實施例2采用下述2-A磨輪的材料和方法制成11×1.125×9.002英寸(27.9×2.86×22.9cm)的樹脂粘合金剛石磨輪作為本發(fā)明的磨輪。
為了制成磨邊，將16.59重量％酚醛樹脂粉末(Durez 33-344樹脂，從紐約州North Tonawanda的Occidental Chemical Corp.獲得)和53.34重量％二氧化硅球(Eccosphere SID-311Z-S2二氧化硅球，平均直徑44微米，從馬薩諸塞州Canton的Emerson & Cuming Composite Materials Inc.得到)和30.07重量％金剛石磨粒(D3/6μ，Amplex lot #5-683，從康涅狄格州Bloomfield的Saint-Gobain Industrial Ceramics得到)一同混合。得到均勻的混合物后，通過US#170篩網(wǎng)過篩，以備成形到背襯上構(gòu)成磨輪的磨邊部分。
用該磨料混合物，使用實施例1的鋁環(huán)背襯與成形和固化方法制備磨輪。作為磨輪2-A的其他類型，還使用比磨輪2-A較高的金剛石和粘結(jié)劑含量制造2-B磨輪；使用比2-A磨輪較高的二氧化硅球含量以制造2-C磨輪。這些磨輪的組分的體積百分率如下面表1所示。
表1 磨輪組分的體積百分率
(a)用作粘結(jié)劑的酚醛樹脂是鋅催化的甲階酚醛樹脂；(b)由伊利諾斯州Elmhurst的Fujimi Inc.商品的分析估算的磨輪組成；(c)分析表明是酚醛樹脂；(d)用于該磨輪中的填料是晶態(tài)石英顆粒，該填料顆粒不是空心的。填料顆粒和磨粒的直徑大約相等(各約為3微米)。
實施例3將根據(jù)實施例1制成的磨輪(2個帶有凹槽磨邊的磨輪)和根據(jù)實施例2制成的磨輪(2個帶有凹槽磨邊的2-A磨輪，和1個帶有無凹槽磨邊的2-A)磨輪修整成27.9×2.9×22.9cm(11×1.125×9英寸)尺寸，在硅片背磨過程中，與購買的樹脂粘合金剛石磨輪(FPW-AF-4/6-279ST-RT 3.5H磨輪，購自伊利諾斯州Elmhurst的Fujimi Inc.)進(jìn)行對比。
研磨試驗的條件是研磨試驗條件機器Strasbaugh 7AF Model磨輪的規(guī)格2A2TS型，27.9×2.9×22.9cm(11×1.125×9英寸)精磨磨輪說明見表1磨輪速度4350rpm冷卻劑去離子水冷卻劑流量3-5加侖/分鐘磨削除去的材料步驟110μ，步驟25μ，步驟35μ，提升2μ進(jìn)給速率步驟11μ/s，步驟20.7μ/s，步驟30.5μ/s，提升0.5μ/s保持100轉(zhuǎn)/分鐘(提升前)工件材料硅片，N型100取向，(15.2cm(6英寸)直徑的表面，邊緣平坦)；表面光潔度Ra約為4000埃工件速率699rpm，恒定粗磨磨輪速度3400rpm冷卻劑去離子水冷卻劑流量3-5加侖/分鐘磨削除去的材料步驟110μ，步驟25μ，步驟35μ，提升10μ進(jìn)給速率步驟13μ/s，步驟22μ/s，步驟31μ/s，提升5μ/s保持50轉(zhuǎn)/分鐘(提升前)工件材料硅片，N型100取向，(15.2cm(6英寸)直徑的表面，邊緣平坦)工件速率590rpm，恒定當(dāng)磨具需要修整時，研磨試驗所要求的修整條件如下所述修整操作修整盤38A240-HVS(從Norton Company獲得)修整盤尺寸15.2cm直徑(6英寸)磨輪速度1200rpm磨削除去的材料步驟1150μ，步驟210μ，提升20μ進(jìn)給速率步驟15μ/s，步驟20.2μ/s，提升2μ/s；保持25轉(zhuǎn)/分鐘(提升高)修整盤的整飾用手持棒(38A150-HVBE棒，從Norton Company獲得)在硅片上以立軸全面進(jìn)磨方式進(jìn)行試驗，測量達(dá)到穩(wěn)態(tài)研磨條件后的磨輪工作性能。必須用每個磨輪研磨至少200個15.2cm(6英寸)直徑、起始表面光潔度約4000埃的硅片，以達(dá)到測量細(xì)磨性能所需的穩(wěn)態(tài)操作。在上述精磨步驟中，用每個磨輪從片上磨掉共20μ的材料。
表12示出了各磨輪的性能，對于三種不同類型的磨輪都由研磨峰值力、磨輪磨損率(研磨25片后測得的平均值)、研磨片數(shù)、G-比率和片的灼傷表示，每個參數(shù)都是達(dá)到穩(wěn)態(tài)研磨條件后進(jìn)行記錄或測得的。在硅片背磨過程中，當(dāng)磨輪的研磨面附著了從片的表面磨焉的碎屑時，磨輪就變鈍，研磨所需的力增大，而且磨輪還會開始使片灼傷。為了防止對片的損傷，當(dāng)研磨過程中引發(fā)的力超過預(yù)定的最大值(244牛頓55磅)時，試驗用的Strasbaugh磨機就自動停車。對于所有磨輪以及被磨的片，所需功率(即最高的馬達(dá)電流，安培)均在Strasbaugh研磨機的限度內(nèi)。
用ZygoTM白光干涉儀(NewView 100ld 0 SN6046 SB O型；設(shè)置Min Mod％＝5，Min Area Size＝20，Phase Res.＝高，掃描長度＝10μ雙極性(9秒)，F(xiàn)DA Res＝高)測量片的表面光潔度。
表2
(a)表面光潔度的值是每片測量9次和每項試驗8片的平均值，實施例1磨輪表面光潔度是用根據(jù)實施例1所述配方和方法制成的另一個磨輪，在相同的研磨條件下進(jìn)行預(yù)先的研磨試驗測量的。
(b)用該磨輪研磨的片太少，以致不能得到磨輪磨損率的準(zhǔn)確值。
表中數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明的磨輪的性能比商品磨輪好。本發(fā)明磨輪的研磨峰值力大約與商品磨輪相等，但是其磨輪磨損率、G-比率和精磨操作所得到的片上鏡面光潔度都比商品磨輪好。
在同樣的研磨條件下，用實施例2的2-B磨輪進(jìn)行的精磨試驗結(jié)果，顯示了合格的磨輪磨損率、G-比率，并能在硅片上獲得50-70埃的表面光潔度。由于該磨輪的二氧化硅球含量較低、粘結(jié)劑和金剛石磨粒的含量較高，所以2-B磨輪不能自修整，所以比2-A、2-C磨輪和實施例1的磨輪變鈍較快。在同樣精磨條件下進(jìn)行的另一試驗結(jié)果表明，二氧化硅球含量比2-A磨輪高(71相對于63.4％(體積))的2-C磨輪，其硬度性能與2-A磨輪差不多。
這些數(shù)據(jù)表明，二氧化硅球含量高的實施例1磨輪、2-A和2-C磨輪不會變鈍，即它們是會自磨銳或自修整的。可以認(rèn)為，磨輪中的二氧化硅球會在研磨過程中破裂，使磨輪表面敞開，而磨輪中高百分率的這些二氧化硅球可通過從被磨的片上帶走碎屑，以免磨輪表面帶上碎屑。此外，在粗糙表面(即Ra約為4000埃)的片的研磨操作中，可以認(rèn)為送上的工件片的粗糙表面可有效地修整這些實施例1、2-A和2-C的磨輪的表面，所以也不需要另外的修整操作。
雖然實施例2-A磨輪被認(rèn)為是總體研磨性能最好的磨輪，但是本發(fā)明的所有磨輪都是合格的。本發(fā)明含有非常少的金剛石磨粒(即4-14％(體積))的磨具，其性能與含有較多金剛石磨粒(例如約19％(體積))一般用于背磨陶瓷或半導(dǎo)體片的商品磨輪相比，是出乎意外好的。
實施例4在本發(fā)明磨輪(2-A磨輪)隨后的研磨試驗中，在與上述實施例3同樣的操作條件下，從硅片上磨掉約20μ材料，達(dá)到50-70埃的表面光潔度，而所用的功率也是可接受的(即沒有片的灼傷，在Strasbaugh研磨機的功率限度范圍內(nèi))。
如實施例2中的磨輪2-A所述，制成一個對比磨輪，只是該對比磨輪含有10.1％(體積)樹脂和71.3％(體積)二氧化硅球(即無磨粒)。該磨輪的磨邊內(nèi)不含金剛石磨粒，即使達(dá)到機器的最大力244牛頓(55lbs)，從二氧化硅片的表面上磨掉的材料極少。該對比磨輪能將硅片的粗糙表面的表面光潔度(Ra約為4000埃)提高到約188埃，沒有任何片灼傷的痕跡。但是，這種不含磨粒的對比磨輪卻不能提供合格的精磨性能(磨掉的材料量，磨輪磨損率和G-比率)，其表面拋光性能顯著差于商品磨具和本發(fā)明的磨具。
因此，所觀察到的本發(fā)明磨具性能(磨掉的材料量以及能不損傷陶瓷工件表面而進(jìn)行表面拋光)，僅含二氧化硅球而不含磨粒的磨具是觀察不到的。
權(quán)利要求
1.一種磨具，它包括背襯和磨邊，所述磨邊含有最多約2-15％(體積)的磨粒，所述磨粒的最大粒度為60微米，磨邊包含樹脂粘結(jié)劑和至少40體積％空心填料，磨邊內(nèi)磨粒與樹脂粘結(jié)劑之比為1.5∶1.0-0.3∶1.0。
2.如權(quán)利要求1所述的磨具，其中所述的空心填料選自二氧化硅球、莫來石球、氧化鋁球、玻璃球及它們的組合。
3.如權(quán)利要求2所述的磨具，其中所述的空心填料是二氧化硅球。
4.如權(quán)利要求3所述的磨具，其中所述的二氧化硅球的直徑約為4-130微米。
5.如權(quán)利要求1所述的磨具，其中所述的磨粒是超硬磨粒，選自金剛石和立方氮化硼及它們的組合。
6.如權(quán)利要求5所述的磨具，其中所述的超硬磨粒是金剛石磨粒，其粒度為0/1-20/40微米。
7.如權(quán)利要求1所述的磨具，其中所述的磨邊的空隙度為12-30％(體積)。
8.如權(quán)利要求1所述的磨具，其中所述的磨邊含有5-20％(體積)樹脂粘結(jié)劑。
9.如權(quán)利要求1所述的磨具，其中所述的磨邊含有5-10％(體積)樹脂粘結(jié)劑。
10.如權(quán)利要求1所述的磨具，其中所述的樹脂粘結(jié)劑基本選自酚醛樹脂、醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、氰酸酯樹脂和它們的混合物。
11.如權(quán)利要求10所述的磨具，其中所述的樹脂粘結(jié)劑包括酚醛樹脂。
12.如權(quán)利要求1所述的磨具，其中所述的磨邊含有50-75％(體積)空心填料。
13.如權(quán)利要求1所述的磨具，其中所述的空心填料是平均直徑約為44微米的顆粒。
14.如權(quán)利要求1所述的磨具，其中所述的磨邊包括至少一條磨段，所述磨段呈狹長的弧形，其內(nèi)曲率與背襯拱起的圓周面相配。
15.如權(quán)利要求14所述的磨具，其中所述的磨邊結(jié)合在背襯的凹槽內(nèi)。
16.如權(quán)利要求14所述的磨具，其中所述的磨邊是具有研磨面的一條連續(xù)磨段，所述研磨面上有許多軸向凹槽。
17.如權(quán)利要求1所述的磨具，其中所述的磨具是個磨輪，所述磨輪的類型基本上包括2A2型磨輪、1A1型磨輪、內(nèi)徑磨輪、外徑精磨磨輪、凹槽精磨磨輪和拋光磨輪。
全文摘要
在樹脂粘結(jié)劑中含有高濃度空心填料的磨具適用于硬質(zhì)材料的拋光和背磨,例如陶瓷片和需要控制表面缺陷數(shù)量的元件的拋光和背磨。這些多孔磨具包含細(xì)粒度的磨粒例如金剛石磨粒、空心填料和樹脂粘結(jié)劑,它包括背襯和磨邊,所述磨邊最多含有約2－15體積%磨粒,磨粒的最大粒度為60微米,磨邊包含樹脂粘結(jié)劑和至少40體積%空心填料,磨邊內(nèi)磨粒對樹脂粘結(jié)劑之比為1.5∶1.0－0.3∶1.0。
文檔編號B24D3/02GK1368912SQ00811305
公開日2002年9月11日 申請日期2000年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月28日
發(fā)明者D·S·馬楚默托, W·F·瓦斯拉克, B·L·薩勒 申請人:圣戈本磨料股份有限公司