CN108044500A - 一种基于仿生植物脉络的研磨盘及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于仿生植物脉络的研磨盘，包括层叠设置的基体层和工作层；所述工作层仿生于各种不同的植物叶片脉络分布设置有沟槽结构，并且所述沟槽结构根据植物叶片的主脉络和分支脉络分为主沟槽和副沟槽；所述主沟槽由工作层的中心向边缘延伸，并且各个主沟槽绕着研磨盘的轴心呈旋转螺旋对称分布；所述副沟槽位于相邻两个主沟槽之间，并且所述副沟槽具有多个连接主沟槽或工作层边缘的分支末端，并且具有多个分支脉络交汇端，本发明还提供了上述研磨盘的制作方法。上述的研磨盘由于根据植物脉络传输的原理使得沟槽分布的均匀性好，在研磨过程中研磨液分布更加均匀，利于研屑的及时排出，防止研磨盘堵塞磨损，从而提高研磨加工的质量和效率。

Description

一种基于仿生植物脉络的研磨盘及制备方法

技术领域

本发明涉及一种固结磨料研磨盘，特别是涉及一种基于仿生植物脉络槽型的金刚石微粉固结研磨盘。

背景技术

研磨抛光加工技术作为一种重要的精密超精密加工技术方法，它被广泛应用于半导体基片材料加工领域。而固结磨料研磨抛光技术无疑是该技术中的一项热门技术，固结磨料研磨盘的研发推动着固结磨料研磨抛光技术不断革新，越来越受到各界的重视。代替金属结合剂的树脂结合剂研磨盘由于其加工性能更加突出，制备也更加容易而被广泛使用。

在研磨抛光过程中，为了使加工工件表面获得更好的表面质量，需要考虑的一个重要问题就是研磨工具随加工的进行而逐渐堵塞。针对这一问题，研磨盘上会设计一些简单的沟槽以利于研屑的排出，例如网格槽型、螺旋槽型、同心圆槽型等。然而，这些沟槽结构主要是解决了研磨工具在全局上研磨液供给问题，在研磨工具表面未设置沟槽结构的局部区域仍存在研磨液供给不均，易造成研屑在研磨工具局部区域不能及时的排出，进而造成研磨工具的局部堵塞磨损问题，这将严重影响研磨加工的材料去除效率和研磨加工表面质量。为了更有效的解决上述问题，需要设计更复杂有效的沟槽以达到更好的研磨液输送和研屑排出效果，保证研磨工具良好的加工性能。

发明内容

本发明的目的是为了使研磨过程研磨液分布更均匀，研屑顺畅的排出，提供一种基于仿生植物脉络的研磨盘。

本发明所要解决的次要技术问题是提供上述基于仿生植物脉络的研磨盘的制作方法。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种基于仿生植物脉络的研磨盘，包括层叠设置的基体层和工作层；所述工作层仿生于各种不同的植物叶片脉络分布设置有沟槽结构，并且所述沟槽结构根据植物叶片的主脉络和分支脉络分为主沟槽和副沟槽；

所述主沟槽由工作层的中心向边缘延伸，并且各个主沟槽绕着研磨盘的轴心呈旋转螺旋对称分布；所述副沟槽位于相邻两个主沟槽之间，并且所述副沟槽具有多个连接主沟槽或工作层边缘的分支末端，并且具有多个分支脉络交汇端。

在一较佳实施例中：所述基体层的材质为树脂，其厚度为20～30mm。

在一较佳实施例中：所述工作层由树脂与金刚石微粉结合而成，其厚度为2～3mm。

在一较佳实施例中：主沟槽和副沟槽的槽型横截面为方形或三角形或梯形；主沟槽的深度为4～6mm，副沟槽的深度为2～3mm。

在一较佳实施例中：所述的金刚石微粉的粒度为0.1～40μm。

本发明还提供了上述的基于仿生植物脉络的研磨盘的制备方法，包括以下步骤：

1)提供有与研磨盘直径配套的圆环挡圈、支撑板、相应的主沟槽压板和副沟槽压板；所述支撑板设置在圆环挡圈内，使得底板和圆环挡圈共同包围形成一半封闭腔体；所述主沟槽压板包括一中心片，以及从中心片的外周向外延伸的多个主沟槽压条；所述多个主沟槽压条以中心片为圆心呈旋转螺旋对称分布；所述副沟槽压板的数量比主沟槽压条的数量少1，每一个副沟槽压板分别包括一底板、以及设置在底板上的副沟槽压条；所述副沟槽压条具有多个连接至底板四周的压条末端，并且具有多个压条交汇端；

2)将一定量树脂混合液倒入由圆环挡圈和底板配合的半封闭腔体内中，于60～80℃温度加热固化3～5min左右，形成半固化的树脂基体层；

3)将主沟槽压板在半固化树脂基体层上压出部分深度的主沟槽；

4)再将树脂与金刚石微粉混合液均匀铺在主沟槽之间的区域，于60～80℃温度加热固化3～5min左右，形成半固化的树脂-金刚石微粉的工作层；

5)在工作层上位于相邻两个主沟槽之间的区域中，用副沟槽压板在半固化工作层上压出副沟槽；

6)完成后将副沟槽压板和主沟槽压板依次取出，将基体层和工作层继续加热5～10min使其完全固化；取下圆环挡圈、支撑板，清除多余的树脂，修整后就制备出基于仿生植物脉络的研磨盘。

在一较佳实施例中：所述树脂-金刚石微粉混合液是树脂混合液与金刚石微粉混合而成，其中金刚石微粉的质量分数占比为30％。

在一较佳实施例中：所述主沟槽的深度由基体层和工作层两部分组成，深度为4～6mm。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

1.本发明提供的一种基于仿生植物脉络的研磨盘，该研磨盘的槽型采用主沟槽和副沟槽设计，主沟槽采用螺旋设计，主要担负研磨液在磨盘表面的全局均匀供给输送和研屑排出；副沟槽采用仿生植物脉络设计，主要担负研磨在磨盘表面局部区域的及时排送。

2.本发明提供的一种基于仿生植物脉络的研磨盘，更有利于研磨液在研磨过程中分布均匀，研屑排出更加顺畅，且保证加工工件表面质量和加工效率。

3.本发明提供的一种基于仿生植物脉络的研磨盘，所用的树脂结合剂加工性能良好，且便于加工出复杂的沟槽结构，成本低。

附图说明

图1为本发明基于仿生植物脉络槽型的研磨盘平面示意图；

图2为本发明基于仿生植物脉络槽型的研磨盘剖视图；

图3为本发明圆环挡圈和底板的立体示意图；

图4为本发明主沟槽压板的立体示意图；

图5为本发明副沟槽压板的立体示意图；

图6本发明部分主沟槽形成的剖视图；

图7本发明研磨盘加工原理示意图。

具体实施方法

下文结合附图和具体实施方式对发明的技术方案做进一步说明。

参照图1和图2所示，本实施例提供了一种基于仿生植物脉络的研磨盘，包括层叠设置的树脂基体层1和树脂-金刚石微粉工作层2。作为本实施例的其它替换，基体层1和工作层2也可以由其它的材料制成，属于本实施例的简单替换，不再赘述。

所述树脂-金刚石微粉工作层2仿生于各种不同的植物叶片脉络分布设置有沟槽结构，并且所述沟槽结构根据植物叶片的主脉络和分支脉络分为主沟槽21和副沟槽22；

所述主沟槽21由工作层2的中心向边缘延伸，并且各个主沟槽21绕着研磨盘的轴心呈旋转螺旋对称分布；所述副沟槽22位于相邻两个主沟槽21之间，并且所述副沟槽22具有多个连接主沟槽21或工作层2边缘的分支末端，并且具有多个分支脉络交汇端。

所述的树脂-金刚石微粉工作层2由树脂和金刚石微粉混合而成，其中金刚石微粉的粒度为0.1～40μm。所述树脂基体层1的厚度范围为20～30mm，所述树脂-金刚石微粉工作层2的厚度范围为2～3mm。所述主沟槽21的深度范围为4～6mm，副沟槽22的深度范围为2～3mm。具体到本实施例中，金刚石微粉粒度为1μm，所述树脂基体层1的厚度为20mm，所述树脂-金刚石微粉工作层2的厚度为3mm，主沟槽21、副沟槽22的横截面选用方形，主沟槽21深度为5mm，宽为5mm，副沟槽22的深度为3mm，宽为2mm。主沟槽21、副沟槽22的横截面还可以为三角形或者梯形，同样属于简单替换。

上述的一种基于仿生植物脉络的研磨盘，该研磨盘的槽型采用主沟槽21和副沟槽22设计，主沟槽21采用螺旋设计，主要担负研磨液在磨盘表面的全局均匀供给输送和研屑排出；副沟槽22采用仿生植物脉络设计，主要担负研磨在磨盘表面局部区域的及时排送。因此，更有利于研磨液在研磨过程中分布均匀，研屑排出更加顺畅，且保证加工工件表面质量和加工效率。

上述的基于仿生植物脉络的研磨盘，的制备方法，包括以下步骤：

1)提供有与研磨盘直径配套的圆环挡圈4、支撑板3、相应的主沟槽压板5和副沟槽压板6；如图3，所述支撑板3设置在圆环挡圈4内，所述圆环挡圈4和底板3通过PVAL胶水配合形成半封闭的腔体；圆环挡圈4、底板3和主沟槽压板5通过数控铣床加工方式加工成型，副沟槽压板6通过3D打印而成。

参考图4、5，所述主沟槽压板5包括一中心片51，以及从中心片51的外周向外延伸的多个主沟槽压条52；所述多个主沟槽压条52以中心片为圆心呈旋转螺旋对称分布；所述副沟槽压板6的数量比主沟槽压条的数量少1，每一个副沟槽压板6分别包括一底板61、以及设置在底板61上的副沟槽压条62；所述副沟槽压条62具有多个连接至底板四周的压条末端，并且具有多个压条交汇端；

2)将一定量树脂混合液倒入均匀涂有喷雾式脱模剂MMR的型腔内。本实施例中，树脂混合液为冷镶嵌树脂与固化剂体积比为1:1配比而成。于60～80℃温度加热固化3～5min左右，形成半固化的树脂基体层1。本实施例中，加热温度为60℃，固化时间为5min。

3)然后将喷有脱模剂的主沟槽压板5在半固化树脂基体层1上以合适的力度压出深度为2mm的部分主沟槽21，主沟槽压板5部分露出树脂基体层1，如图6所示。

4)再将树脂与金刚石微粉混合液，其中金刚石微粉的质量占比30％，均匀铺在主沟槽21之间的区域，于60～100℃温度加热固化3～5分钟左右，形成半固化的树脂-金刚石微粉的工作层2。本实施例中，加热温度为60℃，固化时间为5min。

5)将副沟槽压板6在半固化工作层2上以适当的力度压出副沟槽22，依次通过此方法将所有主沟槽21外的区域压出副沟槽22，完成后将副沟槽压板6和主沟槽压板5依次取出，将基体层1和工作层2继续加热10min使其完全固化。取下腔体，清除多余的树脂，修整后就制备出所述的基于仿生植物脉络的研磨盘。如图7。

以上所述仅为本发明较佳实施例，故不能依此限定本发明的技术范围，故凡依本发明的技术实质及说明书内容所作的等效变化与修饰，均应属本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种基于仿生植物脉络的研磨盘，其特征在于：包括层叠设置的基体层和工作层；所述工作层仿生于各种不同的植物叶片脉络分布设置有沟槽结构，并且所述沟槽结构根据植物叶片的主脉络和分支脉络分为主沟槽和副沟槽；

所述主沟槽由工作层的中心向边缘延伸，并且各个主沟槽绕着研磨盘的轴心呈旋转螺旋对称分布；所述副沟槽位于相邻两个主沟槽之间，并且所述副沟槽具有多个连接主沟槽或工作层边缘的分支末端，并且具有多个分支脉络交汇端。

2.根据权利要求1所述的一种基于仿生植物脉络的研磨盘，其特征在于：所述基体层的材质为树脂，其厚度为20～30mm。

3.根据权利要求2所述的一种基于仿生植物脉络的研磨盘，其特征在于：所述工作层由树脂与金刚石微粉结合而成，其厚度为2～3mm。

4.根据权利要求1所述的基于仿生植物脉络的研磨盘，其特征在于：主沟槽和副沟槽的槽型横截面为方形或三角形或梯形；主沟槽的深度为4～6mm，副沟槽的深度为2～3mm。

5.根据权利要求2所述的基于仿生植物脉络的研磨盘，其特征在于：所述的金刚石微粉的粒度为0.1～40μm。

6.一种权利要求1-5中任一项所述的基于仿生植物脉络的研磨盘的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)提供有与研磨盘直径配套的圆环挡圈、支撑板、相应的主沟槽压板和副沟槽压板；所述支撑板设置在圆环挡圈内，使得底板和圆环挡圈共同包围形成一半封闭腔体；所述主沟槽压板包括一中心片，以及从中心片的外周向外延伸的多个主沟槽压条；所述多个主沟槽压条以中心片为圆心呈旋转螺旋对称分布；所述副沟槽压板的数量比主沟槽压条的数量少1，每一个副沟槽压板分别包括一底板、以及设置在底板上的副沟槽压条；所述副沟槽压条具有多个连接至底板四周的压条末端，并且具有多个压条交汇端；

2)将一定量树脂混合液倒入由圆环挡圈和底板配合的半封闭腔体内中，于60～80℃温度加热固化3～5min左右，形成半固化的树脂基体层；

3)将主沟槽压板在半固化树脂基体层上压出部分深度的主沟槽；

4)再将树脂与金刚石微粉混合液均匀铺在主沟槽之间的区域，于60～80℃温度加热固化3～5min左右，形成半固化的树脂-金刚石微粉的工作层；

5)在工作层上位于相邻两个主沟槽之间的区域中，用副沟槽压板在半固化工作层上压出副沟槽；

6)完成后将副沟槽压板和主沟槽压板依次取出，将基体层和工作层继续加热5～10min使其完全固化；取下圆环挡圈、支撑板，清除多余的树脂，修整后就制备出基于仿生植物脉络的研磨盘。

7.根据权利要求6所述的基于仿生植物脉络的研磨盘的制备方法，其特征在于：所述树脂-金刚石微粉混合液是树脂混合液与金刚石微粉混合而成，其中金刚石微粉的质量分数占比为30％。

8.根据权利要求6所述的基于仿生植物脉络的研磨盘的制备方法，其特征在于：所述主沟槽的深度由基体层和工作层两部分组成，深度为4～6mm。