CN110125822A - 用于蓝宝石衬底晶片磨削的固着磨具及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于蓝宝石衬底晶片磨削的固着磨具，包括三氧化二铬磨粒99‑99.875％、聚乙烯醇树脂结合剂0.125‑1％，以上原料组份含量百分数之和为100％，经预压后，加温固化而成。本发明提供的固着磨具能够提高有效磨粒数，增大磨粒和蓝宝石衬底晶片的接触面积，有效改善磨具磨损稳定性和自锐性，从而提高加工效率及加工质量。另外本发明还公开一种固着磨具的制备方法，该制备方法成本较低，工艺简单，容易控制，应用前景广阔。

Description

用于蓝宝石衬底晶片磨削的固着磨具及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种磨削磨具的技术领域，尤其涉及一种用于蓝宝石衬底晶片化学机械磨削的固着磨具及其制备方法。
背景技术
蓝宝石衬底晶片是超大规模集成电路、光电原件、大功率开关等先进半导体器件的核心部件。蓝宝石的表面质量和面型精度直接影响半导体器件的工作效率和使用寿命。
目前商用化学机械磨削固着磨具是通过磨粒、树脂结合剂(酚醛树脂或环氧树脂)、固化剂、添加剂等原料在混合后热压固化而成。但是商用固着磨具的磨粒含量较低，树脂结合剂的含量较高，工作时，易造成磨粒和蓝宝石的接触区域较小、有效磨粒数较少、磨具磨损稳定性和自锐性较差等问题，进而影响蓝宝石衬底晶片的加工效率和加工质量。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出一种用于蓝宝石衬底晶片化学机械磨削的固着磨具，提高蓝宝石化学机械磨削的加工效率和加工质量。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种用于蓝宝石衬底晶片磨削的固着磨具，包括三氧化二铬磨粒99-99.875％、树脂结合剂0.125-1％，以上原料组份含量百分数之和为100％，经预压后，加温固化而成。
优选的，所述三氧化二铬磨粒的平均粒径为1-5μm。
优选的，所述树脂结合剂为聚乙烯醇。
优选的，所述聚乙烯醇的聚合度为1000，醇解度为88。
另外，本发明还公开一种固着磨具的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，称取聚乙烯醇树脂结合剂，加入80℃的蒸馏水中，搅拌均匀后放置12小时；
步骤二，称取三氧化二铬磨粒，加入到第一步的聚乙烯醇树脂结合剂溶液中；
步骤三，对第二步的溶液进行喷雾干燥处理；
步骤四，将第三步后的固体粉末倒入模具中，在液等静压机中压实；
步骤五，将第四步的预压胚体脱模后，放入烘箱中固化；
步骤六，将第五步后固化成型的磨具粘贴到砂轮基台上，对砂轮进行修整。
优选的，所述步骤三中的喷雾干燥处理的入口温度为120-140℃、出口温度为60℃；喷雾空气压为0.15-0.2MPa；溶液流速为10-15ml/min，所述步骤三中喷雾干燥后固体粉末平均粒径为10-20μm。
优选的，所述步骤四中所用的模具为橡胶模具，腔体尺寸为Ф15×10mm2，硬度为60A。
优选的，所述步骤四中液等静压机的压强为300-400MPa，保压时间为5-20min。
优选的，所述步骤五中的预压胚体放入烘箱，升温至100℃，然后缓慢降温至20℃，其降温速率为1-2℃/min。
本发明用于蓝宝石衬底晶片磨削的固着磨具中三氧化二铬磨粒和聚乙烯醇树脂结合剂的混合较为均匀，可提高有效磨粒数，增大磨粒和蓝宝石衬底晶片的接触面积，有效改善磨具磨损稳定性和自锐性，从而提高加工效率及加工质量。本发明固着磨具的制备方法所需的原料较少，成本较低，工艺简单，容易控制，应用前景广阔。
附图说明
图1是本发明中固着磨具砂轮的主视图；
图2是图1的侧视图；
图3是磨削加工装置的结构示意图；
图4是磨削加工前蓝宝石衬底晶片的表面形貌图；
图5是磨削加工后蓝宝石衬底晶片的表面形貌图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
请结合参阅图1-5所示，实施例1，一种用于蓝宝石衬底晶片磨削的固着磨具，包括以下原料，且质量分数配比为：平均粒径3.5μm的三氧化二铬磨粒99.25％和聚合度1000、醇解度88的聚乙烯醇树脂结合剂0.75％。
本发明所述固着磨具的制备方法，由以下步骤制成：
第一步：称取聚乙烯醇树脂，加入80℃的蒸馏水中，搅拌均匀后放置12小时。
第二步：称取三氧化二铬磨粒，加入到第一步的聚乙烯醇溶液中。
第三步：将第二步的溶液进行喷雾干燥处理。本实施例中，喷雾干燥处理的入口温度为130℃、出口温度为60℃；喷雾空气压为0.15MPa；溶液流速为15ml/min。喷雾干燥后固体粉末平均粒径为10-20μm。
第四步：将第三步后的固体粉末倒入模具中，在液等静压机中压实；其特征在于：所用的模具为橡胶模具，腔体尺寸为Ф15×10mm2，硬度为60A。液等静压机的压强为350MPa，保压时间为5min。
第五步：将第四步的预压胚体脱模后，放入烘箱中固化；其特征在于：预压胚体放入烘箱，升温至100℃，然后缓慢降温至20℃，降温速率为1-2℃/min。
第六步：将第五步的磨具粘贴到砂轮基台上，对砂轮进行修整。
将本发明所制备的固着磨具1粘贴到砂轮基台2上对蓝宝石衬底晶片3进行磨削加工实验，并与商用三氧化二铬环氧树脂结合剂固着磨具砂轮的加工效果进行对比实验。所述的商用三氧化二铬环氧树脂结合剂固着磨具砂轮由质量分数配比为磨粒80-85％，环氧树脂5-10％，固化剂5-10％，添加剂5-10％混合后热压固化成型，其相关性能与现有技术中的固着磨具相当。加工条件如下：砂轮转速为600rpm，蓝宝石晶片转速为100rpm，加工压强为62.5kPa。
本发明制备的固着磨具比商用三氧化二铬环氧树脂结合剂固着磨具砂轮的加工效率高12.5％，加工质量有小幅度提高。加工后蓝宝石衬底晶片的表面粗糙度为1-2nm，且表面无明显损伤。
实施例2，一种蓝宝石衬底晶片的化学机械磨削固着磨具，与实施例1不同之处如下：平均粒径3.5μm的三氧化二铬磨粒99.5％和聚合度1000、醇解度88的聚乙烯醇树脂结合剂0.5％。固着磨具的制备方法和加工条件与实施例1相同。
本发明制备的固着磨具比商用三氧化二铬环氧树脂结合剂固着磨具砂轮的加工效率高25％，加工质量有小幅度提高。加工后蓝宝石衬底晶片的表面粗糙度为1-2nm，且表面无明显损伤。
实施例3，一种用于蓝宝石衬底晶片磨削的固着磨具，与以上实施例的不同之处如下：平均粒径3.5μm的三氧化二铬磨粒99.75％和聚合度1000、醇解度88的聚乙烯醇树脂结合剂0.25％。固着磨具的制备方法和加工条件与以上实施例相同。
本发明制备的固着磨具比商用三氧化二铬环氧树脂结合剂固着磨具砂轮的加工效率高37.5％，加工质量有小幅度提高。加工后蓝宝石衬底晶片的表面粗糙度为1-2nm，且表面无明显损伤。
表1中总结了本发明所制备固着磨具的性能，如加工效率，加工前/后表面粗糙度，磨具磨损率。
表1
可见，本发明所制备的固着磨具能够有效提高蓝宝石衬底晶片的加工效率，保证加工质量，且磨具的磨损稳定性较好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于蓝宝石衬底晶片磨削的固着磨具，其特征在于：包括三氧化二铬磨粒99-99.875％、树脂结合剂0.125-1％，以上原料组份含量百分数之和为100％，经预压后，加温固化而成。
2.根据权利要求1所述的用于蓝宝石衬底晶片磨削的固着磨具，其特征在于，所述的三氧化二铬磨粒的平均粒径为1-5μm。
3.根据权利要求1所述的用于蓝宝石衬底晶片磨削的固着磨具，其特征在于，所述的树脂结合剂为聚乙烯醇。
4.根据权利要求3所述的用于蓝宝石衬底晶片磨削的固着磨具，其特征在于，所述聚乙烯醇的聚合度为1000，醇解度为88。
5.一种权利要求1-4任一项所述的固着磨具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，称取聚乙烯醇树脂结合剂，加入80℃的蒸馏水中，搅拌均匀后放置12小时；
步骤二，称取三氧化二铬磨粒，加入到第一步的聚乙烯醇树脂结合剂溶液中；
步骤三，对第二步的溶液进行喷雾干燥处理；
步骤四，将第三步后的固体粉末倒入模具中，在液等静压机中压实；
步骤五，将第四步的预压胚体脱模后，放入烘箱中固化；
步骤六，将第五步后固化成型的磨具粘贴到砂轮基台上，对砂轮进行修整。
6.根据权利要求5所述固着磨具的制备方法，其特征在于，所述步骤三中喷雾干燥处理的入口温度为120-140℃、出口温度为60℃；喷雾空气压为0.15-0.2MPa；溶液流速为10-15ml/min；所述喷雾干燥处理后固体粉末平均粒径为10-20μm。
7.根据权利要求5所述固着磨具的制备方法，其特征在于，所述步骤四中所用的模具为橡胶模具，腔体尺寸为Ф15×10mm2，硬度为60A。
8.根据权利要求5所述的制备固着磨具的方法，其特征在于，所述步骤四中液等静压机的压强为300-400MPa，保压时间为5-20min。
9.根据权利要求5所述固着磨具的制备方法，其特征在于，所述步骤五中的预压胚体放入烘箱，升温至100℃，然后缓慢降温至20℃，其降温速率为1-2℃/min。
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