CN108453619A - 蓝宝石衬底用减薄砂轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓝宝石衬底用减薄砂轮，包括基体；所述基体设有中心孔；所述基体设有第一圈砂轮齿、第二圈砂轮齿、第三圈砂轮齿；所述第一圈砂轮齿位于基体边缘处；所述第二圈砂轮齿位于第一圈砂轮齿与第三圈砂轮齿之间。本发明设计三圈砂轮齿结构，利用空隙作为排屑槽，同时对砂轮齿进行配方设计，提升了磨削产品表面质量，提高良率。

Description

蓝宝石衬底用减薄砂轮
技术领域
本发明属于切割刀设备领域，具体涉及一种蓝宝石衬底用减薄砂轮。
背景技术
蓝宝石晶体硬度极高，不仅具有优异的光学、机械以及良好的热传导性，而且其耐磨和抗风蚀性能好，因而成为一种理想的LED衬底材料。蓝宝石衬底目前生产加工技术成熟，质量稳定，可运用到高温生长的过程中；另外蓝宝石衬底机械强度高，利于处理和清洗。因此，衬底材料以蓝宝石为主。近年来，以蓝宝石为衬底的LED技术发展迅速，占领LED衬底超过90%市场份额；蓝宝石衬底绝大多数产能投入到外延片生产中。从LED发展史看，LED背光和LED照明的规模扩展和应用，推动LED行业的蓬勃发展。从产业链看，LED背光和LED照明的需求暴涨也刺激了LED封装厂及其上游需求，旺盛的需求推动了LED市场发展，并带动蓝宝石外延片的需求。
在LED制作过程中需要对蓝宝石做切片、研磨、倒角和抛光(从0.4mm减到约0.1mm)等工序，越多工序后期，加工精度和难度逐渐增加。抛光的工序对蓝宝石衬底的质量起到关键作用；但蓝宝石莫士硬度为9，仅次于金刚石，因此对它进行减薄与表面平坦化加工非常困难。蓝宝石减薄工艺的难点在于砂轮研磨时应力过大造成蓝宝石衬底破损或表面留下刮痕，刮痕较深的片子在lapping过程也会破裂，而深度刮痕的主要原因是砂轮在加工过程中磨损脱落划伤砂轮表面，这样的产线良率低、效率低而且成本高昂。同时陶瓷减薄砂轮是现有技术工序中应用的重要工具，因此需要设计新的砂轮，用于有效降低蓝宝石衬底的应力和表面刮痕深度。
发明内容
本发明公开了一种蓝宝石衬底用减薄砂轮，设计三圈砂轮齿结构，利用空隙作为排屑槽，同时对砂轮齿进行配方设计，提升了磨削产品表面质量，提高良率。
采用如下技术方案：
一种蓝宝石衬底用减薄砂轮，包括基体；所述基体设有中心孔；所述基体设有第一圈砂轮齿、第二圈砂轮齿、第三圈砂轮齿；所述第一圈砂轮齿位于基体边缘处；所述第二圈砂轮齿位于第一圈砂轮齿与第三圈砂轮齿之间；所述砂轮齿的制备方法包括以下步骤：
（1）将二氧化钛晶须加入氰酸酯单体中，然后于150℃搅拌30分钟，再加入磷酸铝，再搅拌2小时，自然冷却后粉碎得到改性剂；
（2）将金刚石、环氧树脂粉、碳化硅、氧化铝、金属钴、4-甲基苯甲醇、改性剂的混合物过300目筛，得到成型料；将所述成型料热压得到热压坯体；
（3）将所述热压坯体固化后得到砂轮齿。
本发明还公开了一种砂轮齿及其制备方法，包括以下步骤：
（1）将二氧化钛晶须加入氰酸酯单体中，然后于150℃搅拌30分钟，再加入磷酸铝，再搅拌2小时，自然冷却后粉碎得到改性剂；
（2）将金刚石、环氧树脂粉、碳化硅、氧化铝、金属钴、4-甲基苯甲醇、改性剂的混合物过300目筛，得到成型料；将所述成型料热压得到热压坯体；
（3）将所述热压坯体固化后得到砂轮齿。
本发明中，砂轮齿通过粘接的方式与基体结合，基体属于现有常规部件，一般为圆形，设有中心孔用于安装。
本发明中，所述砂轮齿的高度为12mm，宽度为7mm，相邻砂轮齿之间的距离为0.8～1mm，长度根据基体大小设计；大小合适的砂轮齿可以稳定在基体上，同时在高速摩擦下避免掉渣。
本发明中，第一圈砂轮齿、第二圈砂轮齿之间的间隙为0.5～0.6mm，第二圈砂轮齿、第三圈砂轮齿之间的间隙为0.5～0.6mm；可以符合蓝宝石减薄面积需求，又不影响排屑，解决了现有一圈砂轮齿排屑困难的问题。
本发明中，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 35～40%
碳化硅 6～12%
氧化铝 8～12%
金属钴 8～15%
4-甲基苯甲醇 1～1.2%
改性剂 6～8%
制备改性剂时，二氧化钛晶须、氰酸酯单体、磷酸铝的质量比为12∶100∶19。
现有蓝宝石衬底减薄砂轮为陶瓷砂轮，可以提供耐热锋利性，但是存在掉屑，极大影响产品质量；本发明首次公开了树脂砂轮，并在配方中引入了氧化铝和碳化硅，可使强度大幅度提高，同时辅以适量改性剂，可增加砂轮的自锐能力、粘接能力以及耐磨能力，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，保持砂轮良好的摩擦质量和稳定性。
本发明中，金刚石的粒径为34～40μm；金刚石粒度小，加工中有利于平滑摩擦面，避免蓝宝石材料产生崩角了裂纹缺陷；同时又提供良好的分散性。
本发明中，氧化钛晶须的尺寸为纳米尺寸，直径50nm，长度600nm；可增加砂轮齿的强度，避免过长对体系致密性的影响；磷酸铝的粒径为20～28μm，其可以提供优异的粘接力以及一定的阻燃能力。
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200℃，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，尤其是发挥氰酸酯的改性功效，可提供良好的耐热与强度，得到的产品性能优异。
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，原料分散均匀的砂轮摩擦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，粘结度适合制作砂轮齿且成型效果优异。
本发明的树脂基金刚石砂轮摩擦性好，在同等加工条件下，与陶瓷砂轮相比，可保证加工件所受应力降到最低，因而避免因加工造成的弯曲和微裂纹的缺陷。现有砂轮加工产品参数：粗糙度Rz≤6μm，平行度≤5μm、加工节拍19s、寿命1400P；本发明蓝宝石衬底用减薄砂轮加工产品参数：粗糙度Rz≤1.6μm，平行度≤2.1μm、加工节拍11s、寿命3000P。
附图说明
图1为实施例一蓝宝石衬底用减薄砂轮结构示意图；
其中，1、基体，2、中心孔，3、第一圈砂轮齿，4、第二圈砂轮齿，5、第三圈砂轮齿。
具体实施方式
本实施例中，所述金刚石的粒径为34～40μm；所述氧化钛晶须的直径为50nm，长度为600nm；所述磷酸铝的粒径为20～28μm，其他原料不做限定。
实施例一
参见图1；一种蓝宝石衬底用减薄砂轮，包括基体1；所述基体设有中心孔2；所述基体设有第一圈砂轮齿3、第二圈砂轮齿4、第三圈砂轮齿5；所述第一圈砂轮齿位于基体边缘处；所述第二圈砂轮齿位于第一圈砂轮齿与第三圈砂轮齿之间；所述砂轮齿的高度为12mm，宽度为7mm，相邻砂轮齿之间的距离为1mm；第一圈砂轮齿、第二圈砂轮齿之间的间隙为0.6mm，第二圈砂轮齿、第三圈砂轮齿之间的间隙为0.5mm；
所述砂轮齿的制备方法包括以下步骤：
（1）将1.2公斤二氧化钛晶须加入10公斤氰酸酯单体中，然后于150℃搅拌30分钟，再加入1.9公斤磷酸铝，再搅拌2小时，自然冷却后粉碎得到改性剂；
（2）将金刚石、环氧树脂粉、碳化硅、氧化铝、金属钴、4-甲基苯甲醇、改性剂的混合物球磨（120rpm/min、3.5小时）后过300目筛，得到成型料；将所述成型料热压得到热压坯体；
所述混合物中，各原料的体积百分数如下：
金刚石 18%
环氧树脂粉 40%
碳化硅 12%
氧化铝 12%
金属钴 10%
4-甲基苯甲醇 1%
改性剂 7%
（3）将所述热压坯体固化后得到砂轮齿；
将所述砂轮齿通过胶粘的方式粘接在基体上，即可得到蓝宝石衬底用减薄砂轮，20℃耐磨系数为0.04。
加工蓝宝石衬底参数：粗糙度Rz≤1.6μm，平行度≤2.1μm、加工节拍11s、寿命3000P。
实施例二
一种蓝宝石衬底用减薄砂轮，结构与实施例一一致，制备方法包括以下步骤：
（1）将1.2公斤二氧化钛晶须加入10公斤氰酸酯单体中，然后于150℃搅拌30分钟，再加入1.9公斤磷酸铝，再搅拌2小时，自然冷却后粉碎得到改性剂；
（2）将金刚石、环氧树脂粉、碳化硅、氧化铝、金属钴、4-甲基苯甲醇、改性剂的混合物球磨（120rpm/min、3.5小时）后过300目筛，得到成型料；将所述成型料热压得到热压坯体；
所述混合物中，各原料的体积百分数如下：
金刚石 19%
环氧树脂粉 36%
碳化硅 11%
氧化铝 10%
金属钴 15%
4-甲基苯甲醇 1%
改性剂 8%
（3）将所述热压坯体固化后得到砂轮齿；
将所述砂轮齿通过胶粘的方式粘接在基体上，即可得到蓝宝石衬底用减薄砂轮，20℃耐磨系数为0.04。
加工蓝宝石衬底参数：粗糙度Rz≤1.6μm，平行度≤2.2μm、加工节拍11s、寿命3000P。
对比例一
一种蓝宝石衬底用减薄砂轮，结构与实施例一一致，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、金属钴、4-甲基苯甲醇的混合物球磨（120rpm/min、3.5小时）后过300目筛，得到成型料；将所述成型料热压得到热压坯体；
所述混合物中，各原料的体积百分数如下：
金刚石 23%
环氧树脂粉 40%
碳化硅 11%
氧化铝 10%
金属钴 15%
4-甲基苯甲醇 1%
（3）将所述热压坯体固化后得到砂轮齿；
将所述砂轮齿通过胶粘的方式粘接在基体上，即可得到蓝宝石衬底用减薄砂轮，20℃耐磨系数为0.09。
加工蓝宝石衬底参数：粗糙度Rz≤4.5μm，平行度≤3.2μm、加工节拍16s、寿命1900P。
对比例二
一种蓝宝石衬底用减薄砂轮，结构与实施例一一致，制备方法包括以下步骤：
（1）将1.2公斤二氧化钛晶须加入10公斤氰酸酯单体中，然后于150℃搅拌30分钟，再加入1.9公斤磷酸铝，再搅拌2小时，自然冷却后粉碎得到改性剂；
（2）将金刚石、环氧树脂粉、碳化硅、氧化铝、金属钴、改性剂的混合物球磨（120rpm/min、3.5小时）后过300目筛，得到成型料；将所述成型料热压得到热压坯体；
所述混合物中，各原料的体积百分数如下：
金刚石 19%
环氧树脂粉 36%
碳化硅 11%
氧化铝 10%
金属钴 15%
改性剂 9%
（3）将所述热压坯体固化后得到砂轮齿；
将所述砂轮齿通过胶粘的方式粘接在基体上，即可得到蓝宝石衬底用减薄砂轮，20℃耐磨系数为0.08。
加工蓝宝石衬底参数：粗糙度Rz≤3.2μm，平行度≤2.5μm、加工节拍13s、寿命2100P。
现有陶瓷砂轮加工蓝宝石衬底参数：粗糙度Rz≤6μm，平行度≤5μm、加工节拍19s、寿命1400P。

Claims (10)

1.一种蓝宝石衬底减薄用砂轮齿的制备方法，包括以下步骤：
（1）将二氧化钛晶须加入氰酸酯单体中，然后于150℃搅拌30分钟，再加入磷酸铝，再搅拌2小时，自然冷却后粉碎得到改性剂；
（2）将金刚石、环氧树脂粉、碳化硅、氧化铝、金属钴、4-甲基苯甲醇、改性剂的混合物过300目筛，得到成型料；将所述成型料热压得到热压坯体；
（3）将所述热压坯体固化后得到蓝宝石衬底减薄用砂轮齿。
2.根据权利要求1所述蓝宝石衬底减薄用砂轮齿的制备方法，其特征在于，制备改性剂时，二氧化钛晶须、氰酸酯单体、磷酸铝的质量比为12∶100∶19；
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 35～40%
碳化硅 6～12%
氧化铝 8～12%
金属钴 8～15%
4-甲基苯甲醇 1～1.2%
改性剂 6～8%
所述金刚石的粒径为34～40μm；所述氧化钛晶须的直径为50nm，长度为600nm；所述磷酸铝的粒径为20～28μm；所述热压的温度为180℃，压力为66KN，时间为15min；所述固化的温度为200℃，时间为2小时。
3.根据权利要求1所述蓝宝石衬底减薄用砂轮齿的制备方法制备的蓝宝石衬底减薄用砂轮齿。
4.权利要求3所述蓝宝石衬底减薄用砂轮齿制备的在制备蓝宝石衬底用减薄砂轮中的应用。
5.一种蓝宝石衬底用减薄砂轮，包括基体；所述基体设有中心孔；所述基体设有第一圈砂轮齿、第二圈砂轮齿、第三圈砂轮齿；所述第一圈砂轮齿位于基体边缘处；所述第二圈砂轮齿位于第一圈砂轮齿与第三圈砂轮齿之间；所述砂轮齿的制备方法包括以下步骤：
（1）将二氧化钛晶须加入氰酸酯单体中，然后于150℃搅拌30分钟，再加入磷酸铝，再搅拌2小时，自然冷却后粉碎得到改性剂；
（2）将金刚石、环氧树脂粉、碳化硅、氧化铝、金属钴、4-甲基苯甲醇、改性剂的混合物过300目筛，得到成型料；将所述成型料热压得到热压坯体；
（3）将所述热压坯体固化后得到砂轮齿。
6.根据权利要求5所述蓝宝石衬底用减薄砂轮，其特征在于，砂轮齿通过粘接的方式与基体结合；所述砂轮齿的高度为12mm，宽度为7mm，相邻砂轮齿之间的距离为0.8～1mm；第一圈砂轮齿、第二圈砂轮齿之间的间隙为0.5～0.6mm，第二圈砂轮齿、第三圈砂轮齿之间的间隙为0.5～0.6mm。
7.根据权利要求5所述蓝宝石衬底用减薄砂轮，其特征在于，制备改性剂时，二氧化钛晶须、氰酸酯单体、磷酸铝的质量比为12∶100∶19；
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 35～40%
碳化硅 6～12%
氧化铝 8～12%
金属钴 8～15%
4-甲基苯甲醇 1～1.2%
改性剂 6～8%。
8.根据权利要求5所述蓝宝石衬底用减薄砂轮，其特征在于，所述金刚石的粒径为34～40μm；所述氧化钛晶须的直径为50nm，长度为600nm；所述磷酸铝的粒径为20～28μm；所述热压的温度为180℃，压力为66KN，时间为15min；所述固化的温度为200℃，时间为2小时。
9.权利要求5所述蓝宝石衬底用减薄砂轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将二氧化钛晶须加入氰酸酯单体中，然后于150℃搅拌30分钟，再加入磷酸铝，再搅拌2小时，自然冷却后粉碎得到改性剂；
（2）将金刚石、环氧树脂粉、碳化硅、氧化铝、金属钴、4-甲基苯甲醇、改性剂的混合物过300目筛，得到成型料；将所述成型料热压得到热压坯体；
（3）将所述热压坯体固化后得到蓝宝石衬底减薄用砂轮齿；
（4）将所述砂轮齿通过胶粘的方式粘接在基体上，即可得到蓝宝石衬底用减薄砂轮。
10.根据权利要求9所述蓝宝石衬底用减薄砂轮的制备方法，其特征在于，制备改性剂时，二氧化钛晶须、氰酸酯单体、磷酸铝的质量比为12∶100∶19；
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 35～40%
碳化硅 6～12%
氧化铝 8～12%
金属钴 8～15%
4-甲基苯甲醇 1～1.2%
改性剂 6～8%
所述金刚石的粒径为34～40μm；所述氧化钛晶须的直径为50nm，长度为600nm；所述磷酸铝的粒径为20～28μm；所述热压的温度为180℃，压力为66KN，时间为15min；所述固化的温度为200℃，时间为2小时；
所述砂轮齿的高度为12mm，宽度为7mm，相邻砂轮齿之间的距离为0.8～1mm；第一圈砂轮齿、第二圈砂轮齿之间的间隙为0.5～0.6mm，第二圈砂轮齿、第三圈砂轮齿之间的间隙为0.5～0.6mm。
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