CN101176983A

CN101176983A - 铜片衬底的半固着磨粒抛光方法

Info

Publication number: CN101176983A
Application number: CNA2007101567279A
Authority: CN
Inventors: 袁巨龙; 陶黎; 陈锋; 邓乾发; 王志伟; 杨翊; 俞冬强; 钱苗; 杨帆
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT; Hunan University
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT; Hunan University
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2008-05-14

Abstract

一种铜片衬底的半固着磨粒抛光方法，采用半固着磨粒磨具，铜基材料的平面与所述半固着磨粒磨具以面面接触形式相互作用，加工载荷在20～50kPa之间，磨具转速在20～120rpm之间，由驱动装置带动半固着磨粒磨具在铜基材料的平面上转动。本发明提供一种降低磨粒粒度分布均匀程度对加工精度的影响、加工效率高、降低成本的铜片衬底的半固着磨粒抛光方法。

Description

铜片衬底的半固着磨粒抛光方法

技术领域

本发明属于精密与超精密加工领域，尤其涉及到一种铜片衬底的抛光方法。

背景技术

非晶态合金的活性高于相应的晶态合金，有特殊的选择性，且成本较低，不会造成污染，是一种新型绿色催化材料。另外，它具有一般晶态合金所没有的特性，如较高的电阻率，半导及超导的特性，良好的抗辐射性能及抗腐蚀能力，作为防护镀层有着十分广阔的应用前景。

铜是非晶态合金薄膜常采用的衬底材料之一，为了获得薄的、无缺陷的以及良好粘附性的合金薄膜，对铜衬底的粗糙度要求10nm以内，平面度要求1μm以内，表面无可见划痕，抛光表面均匀性好。由于铜表面活性高，室温下极其容易被氧化，采用常规的CMP方法加工的铜表面光泽度和划痕都很难满足技术要求，因此铜衬底表面的加工主要通过半固着磨粒磨具抛光方法来实现。前期薄膜生长试验结果表明，铜衬底表面的加工质量对合金薄膜的均匀性具有重要的影响。同时，在高电压开关中，能达到镜面效果的铜片是这类开关触片最理想的选择材料。因此有必要深入研究铜片的研磨与抛光对其不均匀性、平面度、粗糙度的影响。

发明内容

为了克服已有的对铜片的粗研和精研工序中受到磨粒粒度分布均匀程度影响大、加工精度低、加工效率低、磨料损耗大的不足，本发明提供一种降低磨粒粒度分布均匀程度对加工精度的影响、加工效率高、降低成本的铜片衬底的半固着磨粒抛光方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种铜片衬底的半固着磨粒抛光方法，采用半固着磨粒磨具，铜基材料的平面与所述半固着磨粒磨具以面面接触形式相互作用.

作为优选的一种方案：加工载荷在5～50kPa之间，磨具转速在20～120rpm之间，由驱动装置带动半固着磨粒磨具在铜基材料的平面上转动。

作为优选的另一种方案：控制加工温度的方式：在铜基材料的平面与所述半固着磨粒磨具的接触面供给雾状冷却液，供给量可以根据要求进行调节。

进一步，所述的雾状冷却液为结合剂、纯水或碱性溶液。

作为优选的再一种方案：所述的半固着磨粒磨具中的磨粒之间以半固着方式粘结，所述的磨具中的各个组分的质量百分比为：磨粒80％～94％，结合剂6％～20％。

再进一步，所述的磨粒为以下之一：①氧化铝磨粒、②金刚石、③刚玉、④金刚砂、⑤石榴石、⑥人造金刚砂、⑦碳化硅、⑧碳化硼。

所述铜基材料为99.9％的冷轧电解铜，呈多晶结构。

本发明的技术构思为：磨削后的铜片表层，经过一道半固着磨粒加工工序即可使工件表面粗糙度达到粗机械抛光后的水平，从而达到减少工序、提高加工效率、降低成本的效果。

磨粒通过胶粘剂以半固着的方式粘结在一起，粘结强度介于游离与固着之间。在精密超精密加工过程中，较高的粘结强度与良好的自锐性使半固着磨粒磨具能长时间保持较高的材料去除率。又由于半固着磨粒磨具对硬质大颗粒具有的“陷阱”效应——侵入加工区域的硬质大颗粒陷入磨具表层且所分担载荷与磨粒相同，有效缓解甚至消除了硬质大颗粒多工件造成的损伤，保证了加工质量和一致性，降低返工率及废品率，从而在保证高加工精度的同时获得较高的加工效率。

按照本发明的工艺加工10～20分钟后的铜基材料表面粗糙度可达Ra 0.03～0.05μm，Rmax0.04～0.08μm，材料去除率达0.5～1.2μm/min，加工后表面有肉眼可辨的浅细划痕。之后再在法绒布上用W0.5金刚石抛光膏经10～20分钟的精机械抛光，转速为30rpm，工件表面划痕去除，少许的工件呈现出细微凹凸不平是有些铜基材料的不规则晶向所致，但大多数的铜片衬底达到镜面效果。经上述工序铜片衬底的镜面加工一次成品率能达到90％以上。

本发明的有益效果主要表现在：1、降低磨粒粒度分布均匀程度对加工精度的影响；2、加工效率高；3、降低成本；4、减少加工工序、提高一次成品率。

具体实施方式：

下面对本发明作进一步描述。

一种铜片衬底的半固着磨粒抛光方法，采用半固着磨粒磨具，铜基材料的平面与所述半固着磨粒磨具以面面接触形式相互作用。

加工载荷在5～50kPa之间，磨具转速在20～120rpm之间，由驱动装置带动半固着磨粒磨具在铜基材料的平面上转动。

控制加工温度的方式：在铜基材料的平面与所述半固着磨粒磨具的接触面供给雾状冷却液，供给量可以根据要求进行调节。所述的雾状冷却液为结合剂、纯水或碱性溶液。

所述的半固着磨粒磨具中的磨粒之间以半固着方式粘结，所述的磨具中的各个组分的质量百分比为：磨粒80％～94％，结合剂6％～20％。再进一步，所述的磨粒为以下之一：①氧化铝、②金刚石、③刚玉、④金刚砂、⑤石榴石、⑥人造金刚砂、⑦碳化硅、⑧碳化硼。优选为氧化铝磨粒。

所述铜基材料为99.9％的冷轧电解铜，呈多晶结构。所述非晶态合金为Pd-Ni-P、Ni-P或Pd-P，其结构以非晶态为主。

该铜片衬底用于非晶态合金薄膜的生长，或者用于高压开关设备的开关触片等场合。

按照本发明的工艺加工10～20分钟后的铜片平面表面粗糙度可达Ra 0.03～0.05μm，Rmax0.04～0.08μm，材料去除率达0.5～1.2μm/min，加工后表面有肉眼可辨的浅细划痕。之后再在法绒布上用W0.5金刚石抛光膏经10～20分钟的精机械抛光，转速为30rpm，工件表面划痕去除，少许的工件呈现出细微凹凸不平是有些铜基材料的不规则晶向所致，但大多数的铜片衬底达到镜面效果。经上述工序铜片衬底的镜面加工一次成品率能达到90％以上。

磨粒可以使用金刚石、刚玉、金刚砂、石榴石、人造金刚砂、碳化硅、碳化硼等。所使用的磨粒的粒径大约是3.0-20μm，合适的粒径范围是1～20μm。所述结合剂包括胶粘剂1％～10％，添加剂5％～15％。所述的胶粘剂可为以下一种或几种混合：①淀粉类胶粘剂、②植物胶类胶粘剂、③天然高分子类胶粘剂、④纤维素类胶粘剂、⑤半合成物类胶粘剂、⑥合成物类胶粘剂、⑦树脂类胶粘剂。所述的磨具添加剂包括以下一种或几种混合：①防水剂、②填充剂、③消泡剂。所述的防水剂为硅油或硅乳胶，其质量百分比为5％～10％。所述的消泡剂为磷酸三丁脂类消泡剂，其质量百分比为0.01％～1％。所述的填充剂为石墨、铜粉或两者的混合物，其质量百分比为3％～8％。

本实施例的半固着磨粒磨具的加工方法，包括以下步骤：

(1)将磨粒、胶粘剂、添加剂混合，各自的质量百分比为：磨粒80％～94％，胶粘剂1％～10％，添加剂5％～10％，搅拌均匀，过筛并加水混合；

(2)将混合料倒入模具内，浇注成型；

(3)将浇注好的磨具进行消除气泡处理；

(4)消除气泡后，将磨具放入烘箱内烘干固化，脱模后制得半固着磨粒磨具。

所述的(4)中，烘箱内30～90℃温度下烘烤24～96小时。

实例1：使用1000#氧化铝磨粒的PVA(聚乙烯醇)为结合剂的半固着磨粒磨具，工件为磨削后长方体冷轧铜片，尺寸为30mm×10mm×1mm，工件表面Ra值为0.31μm，加工载荷为5kPa，磨具转速为20rpm，冷却液为纯水，加工时间20分钟后，表面粗糙度达Ra 0.03μm，Rmax0.06μm，材料去除率为0.2μm/min。

实例2：使用1000#氧化铝磨粒的CMC(羧甲基纤维素钠)为结合剂的半固着磨粒磨具，工件为磨削后长方体冷轧铜片，尺寸为30mm×10mm×1mm，工件表面Ra值为0.32μm，加工载荷为20kPa，磨具转速为80rpm，冷却液为纯水，加工时间15分钟后，表面粗糙度达Ra 0.025μm，Rmax0.05μm，材料去除率为0.6μm/min。

实例3：使用3000#氧化铝磨粒的PVA(聚乙烯醇)为结合剂的半固着磨粒磨具，工件为磨削后长方体冷轧铜片，尺寸30mm×10mm×1mm，工件表面Ra值为0.32μm，加工载荷为50kPa，磨具转速为120rpm，冷却液为KOH溶液，加工时间10分钟后，表面粗糙度达Ra 0.02μm，Rmax0.04μm，材料去除率为0.2μm/min。

实例4：使用2000#CBN磨粒的PVA(聚乙烯醇)为结合剂的半固着磨粒磨具，工件为磨削后长方体冷轧，尺寸为530mm×10mm×1mm，工件表面Ra值为0.35μm，加工载荷为40kPa，磨具转速为100rpm，冷却液为NaOH溶液，加工时间10分钟后，表面粗糙度达Ra 0.02μm，Rmax0.035μm，材料去除率为0.8μm/min。

实例5：使用600#人造金刚砂磨粒的阿拉伯胶为结合剂的半固着磨粒磨具，工件为磨削后长方体冷轧铜片，尺寸为30mm×10mm×1mm，工件表面Ra值为0.32μm，加工载荷为30kPa，磨具转速为80rpm，冷却液为水溶液，加工时间15分钟后，表面粗糙度达Ra 0.025μm，Rmax0.05μm，材料去除率为0.8μm/min。

实例6：使用3000#CBN磨粒的PVA(聚乙烯醇)为结合剂的半固着磨粒磨具，工件为磨削后长方体冷轧铜片，尺寸为30mm×10mm×1mm，工件表面Ra值为0.33μm，加工载荷为50kPa，磨具转速为120rpm，冷却液为NaOH溶液，加工时间10分钟后，表面粗糙度达Ra 0.02μm，Rmax0.04μm，材料去除率为0.7μm/min。

实例7：使用1000#刚玉磨粒的阿拉伯胶为结合剂的半固着磨粒磨具，工件为磨削后长方体冷轧铜片，尺寸为30mm×10mm×1mm，工件表面Ra值为0.32μm，加工载荷为30kPa，磨具转速为60rpm，冷却液为水溶液，加工时间15分钟后，表面粗糙度达Ra 0.03μm，Rmax0.05μm，材料去除率为0.5μm/min。

Claims

1.一种铜片衬底的半固着磨粒抛光方法，其特征在于：所述抛光方法采用半固着磨粒磨具，铜基材料的平面与所述半固着磨粒磨具以面面接触形式相互作用。

2.如权利要求1所述的铜片衬底的半固着磨粒抛光方法，其特征在于：加工载荷在20～50kPa之间，磨具转速在20～120rpm之间，由驱动装置带动半固着磨粒磨具在铜基材料的平面上转动。

3.如权利要求1或2所述的铜片衬底的半固着磨粒抛光方法，其特征在于：控制加工温度的方式：在铜基材料的平面与所述半固着磨粒磨具的接触面供给雾状冷却液。

4.如权利要求3所述的铜片衬底的半固着磨粒抛光方法，其特征在于：所述的雾状冷却液为结合剂、纯水或碱性溶液。

5.如权利要求4所述的铜片衬底的半固着磨粒抛光方法，其特征在于：所述的半固着磨粒磨具中的磨粒之间以半固着方式粘结，所述的磨具中的各个组分的质量百分比为：磨粒80％～94％，结合剂6％～20％。

6.如权利要求5所述的铜片衬底的半固着磨粒抛光方法，其特征在于：所述的磨粒为以下之一：①氧化铝磨粒、②金刚石、③刚玉、④金刚砂、⑤石榴石、⑥人造金刚砂、⑦碳化硅、⑧碳化硼。

7.如权利要求1所述的铜基材料的半固着磨粒抛光方法，其特征在于：所述铜基材料为99.9％的冷轧电解铜，呈多晶结构。