CN108129067A - 一种陶瓷基板分割用金刚石划片刀及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷基板分割用金刚石划片刀及其制备方法，将金刚石、环氧树脂粉、碳化硅、氧化铝、氧化钛纤维、4‑甲基苯甲醇的混合物过300目筛，得到成型料；将所述成型料热压得到热压坯体；将所述热压坯体固化后得到成型体；加工所述成型体，得到陶瓷基板分割用金刚石划片刀。本发明公开的金刚石划片刀可用于陶瓷基板切割，尺寸精度只有4μm，不仅具有树脂结合剂金刚石划片刀锋利的共性，还具有加工精度高、加工崩边小和避免微裂纹等的特性，有效的解决了陶瓷基板高精密分割的技术难题。

Description

一种陶瓷基板分割用金刚石划片刀及其制备方法
技术领域
本发明属于切割刀技术领域，具体涉及一种陶瓷基板分割用金刚石划片刀及其制备方法。
背景技术
陶瓷基板是指铜箔在高温下直接键合到氧化铝(AL2O3)或氮化铝(ALN)陶瓷基片表面( 单面或双面)上的特殊工艺板。所制成的超薄复合基板具有优良电绝缘性能，高导热特性，优异的软钎焊性和高的附着强度，并可像PCB板一样能刻蚀出各种图形，具有很大的载流能力。因此，陶瓷基板已成为大功率电力电子电路结构技术和互连技术的基础材料。陶瓷基本需要有足够高的机械强度，除搭载元件外，也能作为支持构件使用，另外要求陶瓷基板加工性好，尺寸精度高，表面光滑，无翘曲，弯曲，微裂纹等。树脂划片刀的尺寸精度对被陶瓷基板尺寸精度和表面光洁度有重要的影响作用。常规树脂划片刀尺寸精度多为10μm，而陶瓷基本的崩边要求较高，多在20μm以内。常规刀片的尺寸精度严重限制了切割的尺寸精度，并且刀片精度越低，其崩边和微裂纹的尺寸就越大。
发明内容
本发明公开了一种陶瓷基板分割用金刚石划片刀及其制备方法，可用于陶瓷基板切割，尺寸精度只有4μm，不仅具有树脂结合剂金刚石划片刀锋利的共性，还具有加工精度高、加工崩边小和避免微裂纹等的特性，有效的解决了陶瓷基板高精密分割的技术难题。
采用如下技术方案：
一种陶瓷基板分割用金刚石划片刀的制备方法，包括以下步骤：
（1）将金刚石、环氧树脂粉、碳化硅、氧化铝、氧化钛纤维、4-甲基苯甲醇的混合物过300目筛，得到成型料；
（2）将所述成型料热压得到热压坯体；
（3）将所述热压坯体固化后得到成型体；
（4）加工所述成型体，得到陶瓷基板分割用金刚石划片刀。
一种金刚石划片刀成型体的制备方法，包括以下步骤：
（1）将金刚石、环氧树脂粉、碳化硅、氧化铝、氧化钛纤维、4-甲基苯甲醇的混合物过300目筛，得到成型料；
（2）将所述成型料热压得到热压坯体；
（3）将所述热压坯体固化后得到成型体。
一种金刚石划片刀热压坯体的制备方法，包括以下步骤：
（1）将金刚石、环氧树脂粉、碳化硅、氧化铝、氧化钛纤维、4-甲基苯甲醇的混合物过300目筛，得到成型料；
（2）将所述成型料热压得到热压坯体。
一种陶瓷基板分割用金刚石划片刀成型料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将金刚石、环氧树脂粉、碳化硅、氧化铝、氧化钛纤维、4-甲基苯甲醇的混合物后过300目筛，得到成型料。
上述技术方案中，所述混合物中，各原料的体积百分数如下：
金刚石 18～19%
环氧树脂粉 45～52%
碳化硅 6～12%
氧化铝 8～12%
氧化钛纤维 8～15%
4-甲基苯甲醇 1～1.2%
本发明树脂划片刀的配方中引入了氧化铝和碳化硅，可使划片刀的强度大幅度提高，同时参与切割可使划片刀寿命提高；再辅以适量氧化钛纤维，可增加刀片的自锐能力，尤其是4-甲基苯甲醇的加入使得有机无机界面缺陷大为减少，保持刀片良好的切割质量和稳定性。
上述技术方案中，金刚石的粒径为34～40μm；金刚石粒度小，加工中有利于平滑切割道，避免陶瓷基板材料产生崩角了裂纹缺陷；同时又提供良好的分散性。
上述技术方案中，氧化钛纤维的尺寸为纳米尺寸纤维，直径200nm，长度800nm；可增加刀片的强度，避免过长对体系致密性的影响；保证刀片良好的切割质量和稳定性。
上述技术方案中，热压的温度为180℃，压力为66KN，时间为15min，可以形成稳定的坯体，同时使得体系具有一定的固化程度，为后续固化提供良好基础，同时热压过程中，4-甲基苯甲醇可以起到相容剂、扩充剂的作用，解决了粒子与环氧之间界面缺陷的问题。
上述技术方案中，固化的温度为180℃，时间为2小时。经过热压后的固化既可以避免单独固化时的收缩缺陷，又可以满足树脂固化的要求，得到的产品性能优异。
上述技术方案中，加工为磨内外径。
上述技术方案中，所述混合物球磨后过300目筛，得到成型料；现有技术，一般使用的混料方法为八字混料法，这种方法操作简单，可以将多数成分分散均匀，但该方法耗时长且不能将软团聚体打散，尤其不适用与树脂粉，本发明中使用球磨法，不仅使全部原料分散均匀，还可以破碎软团聚体，使原料按照单体形式混合，原料分散均匀的划片刀切割品质和寿命稳定性好，尤其是在120rpm/min、3.5小时参数下可保证原料实现均匀分散，粘结度适合制作划片刀且成型效果优异。
本发明通过树脂、金刚石和结合剂的合理搭配比例，使其容易成型，使树脂基金刚石划片刀的尺寸精度只依赖于压制强度和本身的流动能力；尤其是成型压力在66kN时，刀片的尺寸精度达到4μm以内。
本发明的树脂基金刚石划片刀因其结合剂的锋利性，在同等加工条件下，与镍基软刀和金属刀相比，可保证加工件所受应力降到最低，因而避免因加工造成的崩边，翘曲，弯曲和微裂纹的缺陷，因此树脂金刚石划片刀是陶瓷基板分割加工的首选工具，不仅具有树脂结合剂金刚石划片刀锋利的共性，还具有加工精度高、加工崩边小和避免微裂纹等的特性，有效的解决了陶瓷基板高精密分割的技术难题。
具体实施方式
本发明中，金刚石的粒径为34～40μm，氧化钛纤维的尺寸为纳米尺寸纤维，直径200nm，长度800nm，其余原料无需特殊处理。
实施例一
按体积比，准确称量18.75%金刚石、52%环氧树脂粉、6%碳化硅、11%氧化铝、11.25%氧化钛纤维、1%4-甲基苯甲醇，将几种原料球磨（120rpm/min、3.5小时）混合后使用300目筛网过筛1次完成成型料配制。将成型料投入模腔中，用刮刀抚平，盖上模具，将模具转移到热压机工作台上，以66KN压力，180℃温度，空气条件下热压15min，水冷模具并脱模获得划片刀热压坯体，再经过180℃固化12h的二次固化后进入机械加工磨内外径，刀片的尺寸精度达到4μm，切割4*3mm Al2O3陶瓷基板，刀片切割寿命可达150m，产品良率98.5%。
实施例二
按体积比，准确称量18.75%金刚石、48%环氧树脂粉、12%碳化硅、10%氧化铝、11.05%氧化钛纤维、1.2%4-甲基苯甲醇，将几种原料球磨（120rpm/min、3.5小时）混合后使用300目筛网过筛1次完成成型料配制。将成型料投入模腔中，用刮刀抚平，盖上模具，将模具转移到热压机工作台上，以66KN压力，180℃温度，空气条件下热压15min，水冷模具并脱模获得划片刀热压坯体，再经过180℃固化12h的二次固化后进入机械加工磨内外径，刀片的尺寸精度达到4μm，切割3*3mm AlN陶瓷基板，刀片切割寿命可达147m，产品良率98.5%。
实施例三
按体积比，准确称量18.75%金刚石、45%环氧树脂粉、10%碳化硅、10.25%氧化铝、15%氧化钛纤维、1%4-甲基苯甲醇，将几种原料球磨（120rpm/min、3.5小时）混合后使用300目筛网过筛1次完成成型料配制。将成型料投入模腔中，用刮刀抚平，盖上模具，将模具转移到热压机工作台上，以66KN压力，180℃温度，空气条件下热压15min，水冷模具并脱模获得划片刀热压坯体，再经过180℃固化12h的二次固化后进入机械加工磨内外径，刀片的尺寸精度达到4μm，切割4*3mm AlN陶瓷基板，刀片切割寿命可达143m，产品良率98.5%。
对比例一
按体积比，准确称量19%金刚石、52%环氧树脂粉、12%碳化硅、14%氧化铝、2%氧化钛纤维、1%4-甲基苯甲醇，将几种原料球磨（120rpm/min、3.5小时）混合后使用300目筛网过筛1次完成成型料配制。将成型料投入模腔中，用刮刀抚平，盖上模具，将模具转移到热压机工作台上，以66KN压力，180℃温度，空气条件下热压15min，水冷模具并脱模获得划片刀热压坯体，再经过180℃固化12h的二次固化后进入机械加工磨内外径，刀片的尺寸精度达到4μm，切割4*3mm Al2O3陶瓷基板，刀片切割寿命为80m，产品良率92%。
对比例二
按体积比，准确称量21%金刚石、60%环氧树脂粉、1%碳化硅、2%氧化铝、15%氧化钛纤维、1%4-甲基苯甲醇，将几种原料球磨（120rpm/min、3.5小时）混合后使用300目筛网过筛1次完成成型料配制。将成型料投入模腔中，用刮刀抚平，盖上模具，将模具转移到热压机工作台上，以66KN压力，180℃温度，空气条件下热压15min，水冷模具并脱模获得划片刀热压坯体，再经过180℃固化12h的二次固化后进入机械加工磨内外径，刀片的尺寸精度达到4μm，切割4*3mm Al2O3陶瓷基板，刀片切割寿命可达76m，产品良率91.2%。
对比例三
按体积比，准确称量18.75%金刚石、52%环氧树脂粉、6%碳化硅、11%氧化铝、12.25%氧化钛纤维，将几种原料球磨（120rpm/min、3.5小时）混合后使用300目筛网过筛1次完成成型料配制。将成型料投入模腔中，用刮刀抚平，盖上模具，将模具转移到热压机工作台上，以66KN压力，180℃温度，空气条件下热压15min，水冷模具并脱模获得划片刀热压坯体，再经过180℃固化12h的二次固化后进入机械加工磨内外径，刀片的尺寸精度达到4μm，切割4*3mmAl2O3陶瓷基板，刀片切割寿命可达104m，产品良率93%。
对比例四
按体积比，准确称量18.75%金刚石、48%环氧树脂粉、12%碳化硅、10%氧化铝、11.05%氧化钛纤维、1.2%4-甲基苯甲醇，将几种原料八字混料法混合后使用300目筛网过筛1次完成成型料配制。将成型料投入模腔中，用刮刀抚平，盖上模具，将模具转移到热压机工作台上，以66KN压力，180℃温度，空气条件下热压15min，水冷模具并脱模获得划片刀热压坯体，再经过180℃固化12h的二次固化后进入机械加工磨内外径，刀片的尺寸精度达到4μm，切割3*3mm AlN陶瓷基板，刀片切割寿命87m，产品良率90.6%。
本发明陶瓷基本分割用树脂基金刚石划片刀，以环氧树脂作为结合剂，金刚石作为磨粒，无机非金属材料作为填料，经过热压成型而成所需形状和尺寸的树脂划片刀；可以看出，本发明设计的配方以及配合的制备工艺可以获得加工性能优异的划片刀，对切割有贡献的金刚石之间的相互距离正好，使得可以去除基本上所有的划片碎屑，同时可以防止金刚石从划片刀片脱离。本发明处理工艺下，颗粒间不易团聚、粉料流动性更好，混合更加均匀，其制备获得的刀片组织均匀、性能稳定，刀片切割时不易产生崩口，此外刀片批次间质量也更容易通过这种制备方法加以控制；工作效率提高了近3倍，批量使用品质稳定，无断刀、打火现象出现。

Claims (10)

1.一种陶瓷基板分割用金刚石划片刀的制备方法，包括以下步骤：
（1）将金刚石、环氧树脂粉、碳化硅、氧化铝、氧化钛纤维、4-甲基苯甲醇的混合物过300目筛，得到成型料；
（2）将所述成型料热压得到热压坯体；
（3）将所述热压坯体固化后得到成型体；
（4）加工所述成型体，得到陶瓷基板分割用金刚石划片刀。
2.一种金刚石划片刀成型体的制备方法，包括以下步骤：
（1）将金刚石、环氧树脂粉、碳化硅、氧化铝、氧化钛纤维、4-甲基苯甲醇的混合物过300目筛，得到成型料；
（2）将所述成型料热压得到热压坯体；
（3）将所述热压坯体固化后得到成型体。
3.一种金刚石划片刀热压坯体的制备方法，包括以下步骤：
（1）将金刚石、环氧树脂粉、碳化硅、氧化铝、氧化钛纤维、4-甲基苯甲醇的混合物过300目筛，得到成型料；
（2）将所述成型料热压得到热压坯体。
4.一种陶瓷基板分割用金刚石划片刀成型料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将金刚石、环氧树脂粉、碳化硅、氧化铝、氧化钛纤维、4-甲基苯甲醇的混合物后过300目筛，得到成型料。
5. 根据权利要求1、2、3或者4所述的制备方法，其特征在于，所述混合物中，各原料的体积百分数如下：
金刚石 18～19%
环氧树脂粉 45～52%
碳化硅 6～12%
氧化铝 8～12%
氧化钛纤维 8～15%
4-甲基苯甲醇 1～1.2%。
6.根据权利要求1、2、3或者4所述的制备方法，其特征在于，金刚石的粒径为34～40μm；氧化钛纤维的直径为200nm，长度为800nm；所述混合物球磨后过300目筛，得到成型料。
7.根据权利要求1、2或者3所述的制备方法，其特征在于，热压的温度为180℃，压力为66KN，时间为15min。
8.根据权利要求1或者2所述的制备方法，其特征在于，固化的温度为180℃，时间为2小时。
9.根据权利要求1、2、3或者4所述的制备方法制备的产品。
10.权利要求9所述产品在制备陶瓷基板分割材料中的应用。
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