CN104625945A - 抛光垫及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抛光垫及其制造方法。该抛光垫具有一研磨层，该研磨层包括多条纤维及一本体。该多条纤维的细度为0.001丹尼至6丹尼。该本体为一发泡体，且包覆该多条纤维，该本体具有多个第一孔洞及多个第二孔洞，该多个第一孔洞彼此连通，该多个第二孔洞彼此独立，该多个第一孔洞的尺寸大于该多个第二孔洞的尺寸至少5倍，其中该研磨层的硬度为30至90Shore D，且压缩率为1%至10%。

Description

抛光垫及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种抛光垫及其制造方法，特别是涉及一种具有纤维基材的抛光垫及其制造方法。
背景技术
现有抛光垫大致上可分为二种：不织布型抛光垫及独立发泡型抛光垫。现有不织布型抛光垫包括多条纤维及一树脂，其制造方法为使用丝绒或仿麂皮等的纤维与该树脂的复合材料，或是将该等纤维所形成的不织布含浸于热可塑性聚胺基甲酸酯树脂并使其湿式凝固而成的压缩变形性大且较柔软的薄片。此种抛光垫的缺点为因为其柔软性容易导致研磨面平坦化性能不好，而且该树脂无法均匀地包覆该等纤维，亦即会有部分纤维未被该树脂包覆，导致整体强度不足及使用寿命较短。
现有独立发泡型抛光垫包括多个孔洞及一树脂，其制造方法为将该树脂(通常为热塑性聚胺基甲酸酯的高分子发泡体)灌入一圆形铸模筒中，待冷却凝固后再予以切片制得。此种抛光垫的刚性比第一种现有不织布型抛光垫高，且具有独立气泡结构，常被用在高平坦化抛光。然而，此种抛光垫最大的问题在于因该树脂浓度在该圆形铸模筒中的分布较不易均匀，成型时该圆形铸模筒各位置温度分布的差异性会造成该等孔洞大小及分布不一，且不易控制，再经切片制作工艺后，会使该抛光垫的切片面的孔洞大小不一更为明显。此外，该等孔洞彼此不连通，在使用时会使研磨液不易流通，而容易刮伤工件。
因此，有必要提供一创新且富进步性的抛光垫及其制造方法，以解决上述问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种抛光垫，具有一研磨层，该研磨层包括多条纤维及一本体。该等纤维交错排列成一纤维基材，该等纤维的细度为0.001丹尼至6丹尼。该本体为一发泡体，且包覆该等纤维，该本体具有多个第一孔洞及多个第二孔洞，该等第一孔洞彼此连通，该等第二孔洞彼此独立，该等第一孔洞的尺寸大于该等第二孔洞的尺寸至少5倍，其中该研磨层的硬度为30至90Shore D，且压缩率为1%至10%。
本发明另提供一种抛光垫的制造方法，其包括以下步骤：(a)将一纤维基材置放于一模具内，其中该纤维基材包含多条纤维，且该等纤维的细度为0.001丹尼至6丹尼；(b)将一发泡树脂注入该模具中以渗入该纤维基材中而包覆该等纤维，其中该发泡树脂的粘度为2000cps至5000cps；及(c)加热以固化该发泡树脂，以形成一研磨层，该研磨层包括该纤维基材及一本体，其中该本体由该发泡树脂固化而成的发泡体，且包覆该等纤维，该本体具有多个第一孔洞及多个第二孔洞，该等第一孔洞彼此连通，该等第二孔洞彼此独立，该等第一孔洞的尺寸大于该等第二孔洞的尺寸至少5倍，其中该研磨层的硬度为30至90Shore D，且压缩率为1%至10%。
在本发明中，该抛光垫不仅有较佳的刚性及提供高平坦化的效能，不易刮伤被抛光/研磨的工件，使得被抛光/研磨的工件具有较佳表面品质，且使用寿命较长。此外，该抛光垫在生产方法上也有较佳的稳定性与再现性。
附图说明
图1显示本发明研磨设备的示意图；
图2显示本发明抛光垫的一实施例的局部放大剖视示意图；
图3显示本发明抛光垫的另一实施例的局部放大剖视示意图；及
图4至图8显示本发明抛光垫的制造方法的一实施例的示意图。
主要元件符号说明
1    本发明研磨设备
2    研磨层
3    模具
11   下平台
12   吸附垫片
13   待抛光基材
14   上平台
15   抛光垫
16   研磨浆液
17   背胶层
18   背胶层
20   纤维基材
21   纤维
22   本体
32   注射头
34   发泡树脂
36   切割线
221  第一孔洞
222  第二孔洞
223  研磨表面
具体实施方式
参考图1，显示本发明研磨设备的示意图。该研磨设备1包括一下平台(Lower Base Plate)11、一吸附垫片(Sheet)12、一待抛光基材(PolishingWorkpiece)13、一上平台(Upper Base Plate)14、一抛光垫(Polishing Pad)15及一研磨浆液(Slurry)16。该下平台11相对于该上平台14。该吸附垫片12利用一背胶层17粘附于该下平台11上，且该吸附垫片12用以承载及固定该待抛光基材13。该待抛光基材13选自由半导体、存储媒体基材、集成电路、LCD平板玻璃、光学玻璃及光电面板所组成之群。该抛光垫15固定于该上平台14，例如：利用一背胶层18以粘附该上平台14上。该抛光垫15面向该下平台11，用以对该待抛光基材13进行抛光。
该研磨设备1的作动方式如下。首先将该待抛光基材13置于该吸附垫片12上，且该待抛光基材13被该吸附垫片12吸住。接着，该上平台14及该下平台11以相反方向旋转，且同时将该上平台14向下移动，使该抛光垫15的研磨表面223接触到该待抛光基材13的表面，通过不断补充该研磨浆液16以及该抛光垫15的作用，可对该待抛光基材13进行抛光作业。
参考图2，显示本发明抛光垫的一实施例的局部放大剖视示意图。该抛光垫15可以是单层结构或多层结构。在本实施例中，该抛光垫15为单层结构，且具有一研磨层2。该研磨层2包括多条纤维21及一本体22。该等纤维21交错排列成一纤维基材20，该等纤维21的细度为0.001丹尼(denier)至6丹尼。该等纤维21的材质选自由聚酰胺树脂(Polyamide Resin)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate,PET)、尼龙(Nylon)、聚丙烯(Polyproylene,PP)、聚酯树脂(Polyester Resin)、丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、聚丙烯腈树脂(Polyacrylonitrile Resin)及其复合物所组成之群。较佳地，该等纤维21为短纤维其长度为30至100mm，且该纤维基材20为不织布。该纤维基材20的密度较佳为0.05至0.30g/cm3。
该本体22为一发泡体，且包覆该等纤维21。在本实施例中，该本体22为独立发泡体，其为树脂组合物或共聚物，且其材质包括一第一成分及一第二成分。该第一成分为多异氰酸盐（polyuisocyanate），较佳地，该多异氰酸盐为二异氰酸甲苯（TDI）或二异氰酸二苯甲烷（MDI）。该第二成分为发泡剂，较佳地，该发泡剂为多元醇类（polyol）。较佳地，该本体22的材质还包括一交联硬化剂，用以加速该本体22的硬化。该交联硬化剂可以是脂肪族胺、脂环族胺、酰胺基胺或双氰双胺。该本体22具有多个第一孔洞221及多个第二孔洞222。该等第一孔洞221彼此连通，该等第二孔洞222彼此独立，该等第一孔洞221的尺寸大于该等第二孔洞222的尺寸至少5倍，较佳为至少10倍。在本实施例中，该等第一孔洞221的尺寸为1至3mm，该等第二孔洞222的尺寸为100至300μm。该等第一孔洞221为物理性孔洞，其为该本体22的原料包覆该等纤维21后，所自然形成位于该等纤维21间的空间，而且该等纤维21未显露于该等第一孔洞221中。亦即，该等第一孔洞221并非经由发泡或含浸或其他化学加工手段所形成的孔洞。该等第二孔洞222为发泡孔洞，其由该本体22的原料经由发泡制作工艺所形成。
该研磨层2的硬度为30至90Shore D（邵氏D），较佳为40至70ShoreD。该研磨层2的压缩率为1%至10%，较佳为2%至5%。如图2所示，该本体22具有一研磨表面223，部分该等纤维21突出于该研磨表面223。
参考图3，显示本发明抛光垫的另一实施例的局部放大剖视示意图。在本实施例中，该等纤维21完全被该本体22包覆，亦即，每一该等纤维21的二端完全被该本体22包覆，使得该等纤维21未显露于该等第一孔洞221中。
在本发明中，该研磨层2的硬度及强度（刚性）适中，因此该研磨表面223平坦化性能较佳，不易刮伤该待抛光基材13，且使用寿命较长。
参考图4至图8，显示本发明抛光垫的制造方法的一实施例的示意图。该抛光垫的制造方法包括以下步骤。首先，参考图4，提供一纤维基材20，其由多条纤维21交错排列而成。该等纤维21的细度为0.001丹尼至6丹尼。该等纤维21的材质选自由聚酰胺树脂(Polyamide Resin)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate,PET)、尼龙(Nylon)、聚丙烯(Polyproylene,PP)、聚酯树脂(Polyester Resin)、丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、聚丙烯腈树脂(Polyacrylonitrile Resin)及其复合物所组成之群。较佳地，该等纤维21为短纤维，其长度为30至100mm，且该纤维基材20为不织布。该纤维基材20的重量为350g/m2至1000g/m2，且密度较佳为0.05至0.30g/cm3。
接着，将该纤维基材20置放于一模具3内。在本实施例中，该模具3为盒状，其具有一长度、一宽度及一深度。
接着，提供一发泡树脂。在本实施例中，该发泡树脂为树脂组合物或共聚物，其材质包括一第一成分及一第二成分。该第一成分为多异氰酸盐（polyuisocyanate），较佳地，该多异氰酸盐为二异氰酸甲苯（TDI）或二异氰酸二苯甲烷（MDI）。该第二成分为发泡剂，较佳地，该发泡剂为多元醇类（polyol）。较佳地，该发泡树脂的材质还包括一交联硬化剂，用以加速该发泡树脂的硬化。该交联硬化剂可以是脂肪族胺、脂环族胺、酰胺基胺或双氰双胺。同时，将该发泡树脂的原料（即该第一成分及该第二成分）混合搅拌后形成适当粘度，较佳地，该发泡树脂的粘度为2000cps至5000cps。
参考图5，将该发泡树脂34注入该模具3中以渗入该纤维基材20中而包覆该等纤维21，直到该纤维基材20完全浸在该发泡树脂34中为止。此时，该发泡树脂34渗入该纤维基材20后形成多个第一孔洞221（图2及图3）。该等第一孔洞221为物理性孔洞，其为该发泡树脂包覆该等纤维21后，所自然形成位于该等纤维21间的空间，而且该等纤维21未显露于该等第一孔洞221中。亦即，该等第一孔洞221并非经由发泡或含浸或其他化学加工手段所形成的孔洞。在本实施例中，该发泡树脂34经由一注射头32以注射或滴射方式进入该纤维基材20，亦即该发泡树脂34从该纤维基材20上方因重力作用而向下渗入该纤维基材20，其与现有含浸制作工艺并不相同。较佳地，该注射头32在此过程中会移动，以使该发泡树脂34更均匀地分布于该纤维基材20中。
参考图6，加热以固化该发泡树脂，以形成一研磨层2，该研磨层2包括该纤维基材20及一本体22（图2），其中该本体22由该发泡树脂34固化而成的发泡体，且包覆该等纤维21。此时，该发泡树脂34被加热后，其内的氮(N2)或二氧化碳(CO2)逸出而形成多个第二孔洞222。亦即，该等第二孔洞为发泡孔洞，其由该本体22的原料（该发泡树脂34）经由发泡制作工艺所形成。因此，该本体22具有该等第一孔洞221及该等第二孔洞222，该等第一孔洞221彼此连通，该等第二孔洞222彼此独立，该等第一孔洞221的尺寸大于该等第二孔洞222的尺寸至少5倍，其中该研磨层2的硬度为30至90Shore D，且压缩率为1%至10%。
在本实施例中，此加热固化制作工艺包含二个阶段：第一阶段是预熟成步骤，第二阶段是硬化熟成步骤。该预熟成步骤直接加热位于该模具3内的该发泡树脂34及该纤维基材20，以形成该研磨层2。接着，硬化熟成步骤将该研磨层2从该模具3取出后置放于一烘箱或一熟成室中一段较长时间，以使该本体22（该发泡树脂34）的性质更为稳定。
参考图7及图8，进行切片步骤，以使部分该等纤维21突出于该本体22的一表面，而制得图1至图3所示的该抛光垫15。在本实施例中，此切片步骤包含二个阶段：第一阶段是横切，第二阶段是纵切。参考图7，显示横切步骤，在此步骤中，刀具（图中未示）沿着水平方向（如切割线36所示）去除该研磨层2的上部，以减小该研磨层2的厚度而显露部分该等纤维21且形成该研磨表面223（图2）。可以理解的是，也可以利用其他修整装置去除该研磨层2的上部。参考图8，显示纵切步骤，在此步骤中，刀具（图中未示）沿着垂直方向将该研磨层2切割成多个所需的尺寸。
较佳地，接着，在该研磨层2的背面贴上一背胶层18，以利粘附该上平台14（图1）上。
兹以下列实例予以详细说明本发明，唯并不意谓本发明仅局限于此等实例所揭示的内容。
实例1：
首先，提供厚度5.0mm的不织布纤维基材，其重量为950g/m2，且密度为0.19g/cm3。该不织布基材的纤维的材质为100%的聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate,PET)，且细度为1.50丹尼。
接着，将该纤维基材置放于模具内，在本实施例中，该模具的长度、宽度及深度分别为100cm、100cm及1cm。
接着，以78.00重量%且当量数为200～450的二异氰酸酯(TDI成分)与22.00重量%且当量数为50～250的多元醇充分混合形成一发泡树脂。同时，将该发泡树脂混合搅拌后形成粘度2250cps的高分子溶液。
接着，将该发泡树脂的高分子溶液注入该模具中以渗入该纤维基材中而包覆该等纤维。
接着，进行预熟成步骤，直接加热位于该模具内的该发泡树脂及该纤维基材至70℃，且维持60分钟，以形成该研磨层。接着，进行硬化熟成步骤，将该研磨层从该模具取出后置放于一熟成室中12小时，其中该熟成室的温度为70℃。此实例的研磨层的硬度为40Shore D、压缩率为5.33%。
接着，进行切片步骤，以露出部分纤维，且将该研磨层切割成多个所需的尺寸。之后，在该研磨层的背面贴上一背胶层。
实例2：
首先，提供厚度4.5mm的不织布纤维基材，其重量为675g/m2，且密度为0.19g/cm3。该不织布基材的纤维的材质为60%的聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate,PET)及40%的尼龙(Nylon)，且细度为3.0丹尼。
接着，将该纤维基材置放于模具内，在本实施例中，该模具的长度、宽度及深度分别为90cm、170cm及5cm。
接着，以74.20重量%且当量数为200～450的二异氰酸酯(TDI成分)、20.81重量%且当量数为50～250的交联硬化剂以及4.99重量%且当量数为50～150的多元醇充分混合形成一发泡树脂。同时，将该发泡树脂混合搅拌后形成粘度3600cps的高分子溶液。
接着，将该发泡树脂的高分子溶液注入该模具中以渗入该纤维基材中而包覆该等纤维。
接着，进行预熟成步骤，直接加热位于该模具内的该发泡树脂及该纤维基材至80℃，且维持75分钟，以形成该研磨层。接着，进行硬化熟成步骤，将该研磨层从该模具取出后置放于一熟成室中14小时，其中该熟成室的温度为80℃。此实例的研磨层的硬度为45Shore D、压缩率为2.42%。
接着，进行切片步骤，以露出部分纤维，且将该研磨层切割成多个所需的尺寸。之后，在该研磨层的背面贴上一背胶层。
实例3：
首先，提供厚度3.0mm的不织布纤维基材，其重量为390g/m2，且密度为0.13g/cm3。该不织布基材的纤维的材质为50%的聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate,PET)及50%的聚丙烯(Polyproylene,PP)，且细度为2.5丹尼。
接着，将该纤维基材置放于模具内，在本实施例中，该模具的长度、宽度及深度分别为110cm、110cm及5cm。
接着，以68.90重量%且当量数为200～450的二异氰酸酯(TDI成分)、28.57重量%且当量数为50～250的脂肪族胺以及2.53重量%且当量数为50～150的多元醇充分混合形成一发泡树脂。同时，将该发泡树脂混合搅拌后形成粘度4400cps的高分子溶液。
接着，将该发泡树脂的高分子溶液注入该模具中以渗入该纤维基材中而包覆该等纤维。
接着，进行预熟成步骤，直接加热位于该模具内的该发泡树脂及该纤维基材至70℃，且维持80分钟，以形成该研磨层。接着，进行硬化熟成步骤，将该研磨层从该模具取出后置放于一熟成室中16小时，其中该熟成室的温度为70℃。此实例的研磨层的硬度为50Shore D、压缩率为1.36%。
接着，进行切片步骤，以露出部分纤维，且将该研磨层切割成多个所需的尺寸。之后，在该研磨层的背面贴上一背胶层。
上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，并非限制本发明，因此习于此技术的人士对上述实施例进行修改及变化仍不脱本发明的精神。本发明的权利范围应如上述的权利要求所列。

Claims (11)

1.一种抛光垫，具有一研磨层，该研磨层包括：
多条纤维，交错排列成一纤维基材，该多条纤维的细度为0.001丹尼至6丹尼；及
本体，为一发泡体，且包覆该多条纤维，该本体具有多个第一孔洞及多个第二孔洞，该多个第一孔洞彼此连通，该多个第二孔洞彼此独立，该多个第一孔洞的尺寸大于该多个第二孔洞的尺寸至少5倍，其中该研磨层的硬度为30至90Shore D，且压缩率为1%至10%。
2.如权利要求1的抛光垫，其中该纤维基材的密度为0.05至0.30g/cm3，且该本体的材质包括一第一成分及一第二成分，该第一成分为多异氰酸盐，且该第二成分为发泡剂。
3.如权利要求1的抛光垫，其中该本体具有一研磨表面，部分该多条纤维突出于该研磨表面。
4.如权利要求1的抛光垫，其中该多个第一孔洞为物理性孔洞，且该多个第二孔洞为发泡孔洞。
5.如权利要求1的抛光垫，其中该多个第一孔洞的尺寸大于该多个第二孔洞的尺寸至少10倍，其中该研磨层的硬度为40至70Shore D，且压缩率为2%至5%。
6.如权利要求1的抛光垫，其中该多条纤维的材质选自由聚酰胺树脂(Polyamide Resin)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate,PET)、尼龙(Nylon)、聚丙烯(Polyproylene,PP)、聚酯树脂(Polyester Resin)、丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、聚丙烯腈树脂(Polyacrylonitrile Resin)及其复合物所组成之群。
7.如权利要求1的抛光垫，其中该多条纤维完全被该本体包覆，且未显露于该多个第一孔洞中。
8.一种抛光垫的制造方法，包括以下步骤：
(a)将一纤维基材置放于一模具内，其中该纤维基材包含多条纤维，且该多条纤维的细度为0.001丹尼至6丹尼；
(b)将一发泡树脂注入该模具中以渗入该纤维基材中而包覆该多条纤维，其中该发泡树脂的粘度为2000cps至5000cps；及
(c)加热以固化该发泡树脂，以形成一研磨层，该研磨层包括该纤维基材及一本体，其中该本体由该发泡树脂固化而成的发泡体，且包覆该多条纤维，该本体具有多个第一孔洞及多个第二孔洞，该多个第一孔洞彼此连通，该多个第二孔洞彼此独立，该多个第一孔洞的尺寸大于该多个第二孔洞的尺寸至少5倍，其中该研磨层的硬度为30至90Shore D，且压缩率为1%至10%。
9.如权利要求8所述的制造方法，其中该步骤(a)中，该纤维基材的密度为0.05至0.30g/cm3，且该步骤(b)中，该发泡树脂的材质包括一第一成分及一第二成分，该第一成分为多异氰酸盐，且该第二成分为发泡剂。
10.如权利要求8所述的制造方法，其中该步骤(c)之后还包括一切片步骤，以使部分该多条纤维突出于该本体的一表面。
11.如权利要求8所述的制造方法，其中该步骤(b)中，该发泡树脂渗入该纤维基材后形成该多个第一孔洞，其中该多个第一孔洞为物理性孔洞，且该步骤(c)中，加热该发泡树脂后形成该多个第二孔洞，其中该多个第二孔洞为发泡孔洞。
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