CN111300288A

CN111300288A - 一种电子封装基板材料磨削用砂轮及其制备方法

Info

Publication number: CN111300288A
Application number: CN202010315889.8A
Authority: CN
Inventors: 熊华军; 赵延军; 丁玉龙; 惠珍; 吴武山; 苗卫朋
Original assignee: Zhengzhou Research Institute for Abrasives and Grinding Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Research Institute for Abrasives and Grinding Co Ltd
Priority date: 2020-04-21
Filing date: 2020-04-21
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2040-04-21
Also published as: CN111300288B

Abstract

本发明涉及一种电子封装基板材料磨削用砂轮，所述砂轮由基体和磨料层两部分组成，所述基体端面沿周向间隔均布若干个弧形节块，弧形节块形成磨料层。所述弧形节块的两端为弧形结构。所述磨料层由下述重量百分比的原料组成：结合剂10～16.2%、碳化硅12～22%、硼酸铝晶须3～5%、钴蓝10～15%、临时湿润剂6～9%，余量为磨料。该砂轮可有效降低砂轮进刀时切入磨削瞬间产生深划痕的概率，具有磨削效率高，修整次数少和工件表面质量好等优点，所加工工件的磨痕率可降至5%以内，极大的提高了加工效率。

Description

一种电子封装基板材料磨削用砂轮及其制备方法

技术领域

本发明属于机械制造与加工技术领域，具体涉及一种电子封装基板材料磨削用砂轮及其制备方法。

背景技术

随着现代电子信息技术的提高，电子产品已向小型化、便携化、多功能化方向发展，电子封装基板材料在新一代电子封装材料中发挥着越来越重要的作用。常见的电子封装基板材料包括陶瓷基、金属基和聚合基等复合材料，由于电子识别模块的穿透力和基板的翘曲度有不同的要求，故而需要对电子封装基板进行磨削减薄加工。现用砂轮在磨削加工过程中存在易黏屑、工件深划痕多、磨痕率高（10%～20%）等工件表面质量不合格问题以及砂轮难修整等缺陷，因此，急需研发一种新型适合电子封装基板材料磨削用砂轮来适应市场需求。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种新型适合电子封装基板材料磨削用砂轮，该砂轮可有效降低砂轮进刀时切入磨削瞬间产生深划痕的概率，具有磨削效率高，修整次数少和工件表面质量好等优点，所加工工件的磨痕率可降至5%以内，极大的提高了加工效率。

本发明还提供了上述电子封装基板材料磨削用砂轮的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电子封装基板材料磨削用砂轮，所述砂轮由基体和磨料层两部分组成，所述基体端面沿周向间隔均布若干个弧形节块，弧形节块形成磨料层。

进一步优选，所述弧形节块的两端部为弧形结构。本发明砂轮选择在基体端面将若干个弧形节块沿周向间隔均布，这样可以起到方便排放磨削液，减少砂轮磨削过程中的磨削阻力，从而间接提高磨削锋利度的作用。

上述的电子封装基板材料磨削用砂轮，所述磨料层具体由下述重量百分比的原料组成：结合剂10～16.2%、碳化硅12～22%、硼酸铝晶须3～5%、钴蓝10～15%、临时湿润剂6～9%，余量为磨料。

进一步的，所述结合剂由下述重量百分比的原料组成：粘土粉5～25%、长石粉5～25%、硼玻璃粉39～60%、Li₂O₂1～5%，SiO₂9～18%。

进一步的，所述砂轮的基体为铝基体；所述磨料为单晶金刚石、多晶金刚石和镀覆金属金刚石中的一种或两种以上，镀覆金刚石包括镀镍金刚石、镀铜金刚石或镀钛金刚石等。磨料均为可以直接购买的普通市售产品。

进一步的，所述碳化硅为粒径3.5～20μm的黑色碳化硅；所述硼酸铝晶须直径1～10μm，长径比5～10。

进一步的，所述钴蓝的粒径为5～20μm；所述临时湿润剂为酚醛树脂液或糊精液。

进一步的，所述结合剂粒径尺寸2.5～10μm，通过球磨方式获得。

本发明还提供了上述电子封装基板材料磨削用砂轮的制备方法，其具体包括如下步骤：

1）将结合剂球磨24～120小时，获得2.5～10μm尺寸的颗粒备用；

2）将磨料、碳化硅与部分临时湿润剂混合，再与硼酸铝晶须、钴蓝混合，过筛，得混合料；

3）将步骤2）得到的混合料与步骤1）得到的结合剂和余量的临时湿润剂混合，过筛，得成型料；

4）将步骤3）得到的成型料冷压成型，获得砂轮块毛坯；

5）将步骤4）得到的砂轮块毛坯，于80～100℃低温烘焙2～4小时，然后按设定的烧结曲线埋砂烧结16～20小时，待炉温降至50℃以下时取出，冷却至室温后备用；

6）将步骤5）得到的砂轮块毛坯，经常规磨弧、粘接、粗车、精车、精磨工序得到砂轮成品。

具体的，步骤5）中，埋砂烧结的砂子为20目的白刚玉砂。烧结曲线为：室温经30min升至100～150℃，保温120 min，经60min升至300～400℃，保温150～210 min，经60 min升温至450℃，保温100～150 min，经120 min升温至650℃，保温180～240min，30 min升至650～700℃，保温210～270min。

本发明针对目前电子封装基板材料磨削用砂轮存在的问题，提供了一种新型电子封装基板材料磨削用砂轮及其制备方法，制备的砂轮磨料层齿设计为双侧面和两端部均为圆弧结构，具有锋利度高和耐用度高的优点。本发明的创新和关键点在于砂轮磨料层的弧形设计、砂轮的物料配比设计以及砂轮的制备方法。磨料层中结合剂经过球磨处理后尺寸2.5～10μm，在烧结时有利于晶相细化，提高整体砂轮的强度；添加的硼酸铝晶须成分，具有高熔点、极高的强度和弹性且温度膨胀系数低，与结合剂可以较好的相融，在烧结过程中起到类似纤维组织化的增强作用，可提高砂轮的强度和抛光性能。和现有技术相比，本发明的有益效果：

1）本发明的砂轮磨料层齿设计圆弧结构，该结构无锋利锐角边缘，可有效降低砂轮进刀时切入磨削瞬间产生深划痕的概率，具有磨削效率高，修整次数少和工件表面质量好等优点；

2）所加工工件磨痕率低且表面质量好，工件的磨痕率可降至5%以内，极大的提高了生产加工效率和成品率。

附图说明

图1为本发明所述电子封装基板材料磨削用砂轮的结构示意图；

图2为图1中的B-B向剖视图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。

除非另有特别说明，本发明下述实施例中用到的各种原料如金刚石磨料、结合剂、黑色碳化硅、钴蓝和临时润湿剂等均可市售获得或者通过现有方法制备得到。硼酸铝晶须的采购厂家为上海峰竺复合新材料科技有限公司。

如图1和2所示，一种电子封装基板材料磨削用砂轮，所述砂轮由铝基体1和磨料层两部分组成，所述铝基体1端面沿周向间隔均布16个弧形节块2，16个弧形节块形成磨料层。所述弧形节块2的两个端部均为弧形结构。本发明中以碗形砂轮为例进行图示。下述实施例1至5所述砂轮的结构参见图1和2。

实施例1

上述的电子封装基板材料磨削用砂轮，所述磨料层具体由下述重量百分比的原料组成：10～16μm金刚石磨料44%、结合剂16.2%、20μm黑色碳化硅19%、10μm硼酸铝晶须3%（长径比5）、20μm钴蓝11.8%、临时湿润剂酚醛树脂液6%。所述结合剂由下述重量百分比的原料组成：粘土粉15%、长石粉25%、硼玻璃粉40%、Li₂O₂ 5%，SiO₂ 15%。

上述电子封装基板材料磨削用砂轮的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）按比例取结合剂各原料，将结合剂球磨24小时，获得8～10μm尺寸的颗粒，备用；

（2）将金刚石磨料、碳化硅与2%临时湿润剂混合，再与硼酸铝晶须、钴蓝混合，过120目筛，得混合料；

（3）将步骤（2）得到的混合料与步骤（1）得到的结合剂和余量的4%临时湿润剂混合，过150目筛，得成型料；按砂轮块所需单重称取备用；

（4）清洗砂轮块模具组件，擦干后喷涂聚硅氧烷脱模剂，组装模具腔体，将步骤（3）得到的成型料投入模具腔体并封盖压头，在50T冷压机上，施压20MPa压力冷压成型，保压3秒钟，卸压卸模，得到砂轮块毛坯，备用；

（5）将步骤（4）得到的砂轮块毛坯，按序排列放置在毛玻璃板上，放置电热烘箱中，室温升至85℃后低温烘焙2小时，取出，凉至室温备用；

（6）将无封盖的350mm*500mm*24mm的长方体铁质盒体中铺上10mm厚的砂子（20目的白刚玉砂，下同），将步骤（5）得到的砂轮块毛坯按左右10mm间隔、前后15mm间隔有序排放，投放散砂子至完全淹没砂轮块毛坯，推至烧结烘箱中按设定的S1烧结曲线埋砂烧结，待炉温降至50℃以下时取出，冷却至室温后备用；

S1烧结曲线：室温经30 min升至100℃，保温120 min，经60min升至300℃，保温150min，经60 min升温至450℃，保温100 min，经120 min升温至650℃，保温180min，30 min升至650℃，保温210min；

（7）将步骤（6）得到的砂轮块毛坯，经常规磨弧、粘接、粗车、精车、精磨工序得到砂轮成品。砂轮规格尺寸为12A2T/C 180mm*30mm*104mm*5mm*5mm。

实施例2

一种电子封装基板材料磨削用砂轮，所述磨料层具体由下述重量百分比的原料组成：8～12μm镀钛金刚石磨料60%、结合剂10%、10μm黑色碳化硅12%、6μm硼酸铝晶须3%（长径比7）、5μm钴蓝10%、临时湿润剂糊精液5%。所述结合剂由下述重量百分比的原料组成：粘土粉25%、长石粉15%、硼玻璃粉39%、Li₂O₂3%、SiO₂18%。

（1）按比例取结合剂各原料，将结合剂球磨48小时，所得颗粒粒径尺寸为5～8μm，备用；

（2）～（5）步骤参照实施例1；

（6）将无封盖的350mm*500mm*24mm的长方体铁质盒体中铺上10mm厚的砂子（20目的白刚玉砂，下同），将步骤（5）得到的砂轮块毛坯按左右10mm间隔、前后15mm间隔有序排放，投放散砂子至完全淹没砂轮块毛坯，推至烧结烘箱中按设定的S2烧结曲线埋砂烧结，待炉温降至50℃以下时取出，冷却至室温后备用；

S2烧结曲线：室温经30 min升至120℃，保温120 min，经60min升至350℃，保温180min，经60 min升温至450℃，保温120 min，经120 min升温至650℃，保温200min，30 min升至670℃，保温240min；

（7）将步骤（6）得到的砂轮块毛坯，经常规磨弧、粘接、粗车、精车、精磨工序得到砂轮成品。砂轮规格尺寸为12A2T/C 180mm*35mm*104mm*6mm*10mm。

实施例3

一种电子封装基板材料磨削用砂轮，所述磨料层具体由下述重量百分比的原料组成：6～8μm金刚石磨料24%，6～8μm镀镍金刚石磨料20%、结合剂10%、5μm黑色碳化硅22%、3μm硼酸铝晶须5%（长径比10）、12μm钴蓝10%、临时湿润剂酚醛树脂液9%。所述结合剂由下述重量百分比的原料组成：粘土粉5%、长石粉25%、硼玻璃粉60%、Li₂O₂1%、SiO₂9%。

（1）按比例取结合剂各原料，将结合剂球磨72小时，所得颗粒粒径尺寸为2.5～5μm，备用；

（2）～（5）步骤参照实施例1；

（6）将无封盖的350mm*500mm*24mm的长方体铁质盒体中铺上10mm厚的砂子，将步骤（5）得到的砂轮块毛坯按左右10mm间隔、前后15mm间隔有序排放，投放散砂子至完全淹没砂轮块毛坯，推至烧结烘箱中按设定的S3烧结曲线埋砂烧结，待炉温降至50℃后取出，冷却至室温后备用；

S3烧结曲线：室温经30 min升至150℃，保温120 min，经60min升至400℃，保温210min，经60 min升温至450℃，保温150min，经120 min升温至650℃，保温240min，30 min升至690℃，保温270min。

（7）将步骤（6）得到的砂轮块毛坯，经常规磨弧、粘接、粗车、精车、精磨工序得到砂轮成品。砂轮规格尺寸为12A2T/C 185mm*35mm*104mm*6mm*8mm。

实施例4

一种电子封装基板材料磨削用砂轮，所述磨料层具体由下述重量百分比的原料组成：：4～6μm金刚石磨料15%、4～6μm镀铜金刚石磨料15%、4～6μm镀钛金刚石磨料20%、结合剂12%、3.5μm黑色碳化硅16%、1μm硼酸铝晶须3%（长径比8）、10μm钴蓝11%、临时湿润剂酚醛树脂液8%。所述结合剂由下述重量百分比的原料组成：粘土粉5%、长石粉25%、硼玻璃粉60%、Li₂O₂1%、SiO₂9%。

（2）将金刚石磨料、碳化硅与2%临时湿润剂混合，再与硼酸铝晶须、钴蓝混合，过150目筛，得混合料；

（3）将步骤（2）得到的混合料与步骤（1）得到的结合剂和余量的6%临时湿润剂混合，过150目筛，得成型料；按砂轮块所需单重称取重量备用；

（4）清洗砂轮块模具组件，擦干后喷涂聚硅氧烷脱模剂，组装模具腔体，将步骤（3）得到的成型料投入模具腔体并封盖压头，在50T冷压机上，施压20MPa压力冷压成型，保压5秒钟，卸压卸模，得到砂轮块毛坯，备用；

（5）将步骤（4）得到的砂轮块毛坯，按序排列放置在毛玻璃板上，放置电热烘箱中，室温升至90℃后低温烘焙4小时，然后取出，凉至室温备用；

（6）将无封盖的350mm*500mm*24mm的长方体铁质盒体中铺上10mm厚的砂子（20目的白刚玉砂，下同），将步骤（5）得到的砂轮块毛坯按左右10mm间隔、前后15mm间隔有序排放，投放散砂子至完全淹没砂轮块毛坯，推至烧结烘箱中按设定的S3烧结曲线埋砂烧结，待炉温降至50℃以下时取出，冷却至室温后备用；

（7）将步骤（6）得到的砂轮块毛坯，经常规磨弧、粘接、粗车、精车、精磨工序得到砂轮成品。砂轮规格尺寸为12A2T/C 180mm*35mm*104mm*10mm*5mm。

实施例5

一种电子封装基板材料磨削用砂轮，所述磨料层具体由下述重量百分比的原料组成：4～6μm多晶金刚石磨料25%、6～8μm镀钛金刚石磨料30%、结合剂11%、5μm黑色碳化硅15%、3μm硼酸铝晶须3%（长径比6）、6μm钴蓝8%、临时湿润剂酚醛树脂液8%。所述结合剂由下述重量百分比的原料组成：粘土粉5%、长石粉25%、硼玻璃粉60%、Li₂O₂1%、SiO₂9%。

（2）～（7）步骤如参照上述实施例4，获得砂轮成品。砂轮规格尺寸为12A2T/C 180mm*35mm*104mm*5mm*4mm。

树脂金刚石砂轮对比实施例1

一种树脂金刚石砂轮，磨料层各组分的重量百分比组成为：4～6μm金刚石磨料35%、3.5μm绿色碳化硅29.5%、酚醛树脂粉20%、20μm铜粉6%、氧化铬5%、氧化钙3%、甲酚湿润剂1.5%。按本领域现有常规树脂结合剂金刚石砂轮的制备方法制作。

陶瓷金刚石砂轮对比实施例1

一种陶瓷金刚石砂轮，其磨料层和结合剂配比参照实施例5，其不同之处在于磨料层未采用与本申请相同的弧形节块设计。

陶瓷金刚石砂轮对比实施例2

一种陶瓷金刚石砂轮，其磨料层具体由下述重量百分比的原料组成：4～6μm金刚石磨料24%、4～6μm镀铜金刚石磨料24%、结合剂16%、3.5μm黑色碳化硅14%、氧化锌6%、碳酸钡8%、临时湿润剂酚醛树脂液8%。所述结合剂粒径尺寸为20μm，由下述重量百分比的原料组成：粘土粉10%、长石粉40%、硼玻璃粉47%、Li₂O₂ 3%。

陶瓷金刚石砂轮的制备方法参考实施例5，并且其磨料层采用与本申请相同的弧形节块设计。

性能对比实验1

用结构不同（无弧形设计结构）、磨料层配比相同的的陶瓷金刚石砂轮做对比试验，磨削75mm*241mm*2.5mm陶瓷基复合材料封装基板工件，加工余量0.65mm，砂轮转速3600rpm，单次进刀量0.01～0.03mm。磨削试验结果如下表1。

表1 磨削数据与结果对比

性能对比实验2

用本发明实施例制作的砂轮与对比实施例砂轮（无弧形节块结构设计的树脂金刚石砂轮和相同弧形节块结构设计、不同磨料层配比的陶瓷金刚石砂轮）磨削75mm*241mm*2.5mm陶瓷基复合材料封装基板工件，加工余量0.65mm，砂轮转速3600rpm，单次进刀量0.01～0.03mm。磨削试验结果如下表2。

表2 磨削数据与结果对比

上述表1和表2的试验结果表明：无弧形节块结构设计的树脂金刚石砂轮对比例和陶瓷结合剂金刚石砂轮对比例磨削工件的划痕率和深划痕均有不同程度的存在，表面粗糙度值也较高，表面质量差。相对于对比实施例，本发明的实施例1～5砂轮耐用度高、磨痕率均在5%以内，工件表面粗糙度值≤Ra0.20μm，加工效率和加工质量明显提高。

Claims

1.一种电子封装基板材料磨削用砂轮，其特征在于，所述砂轮由基体和磨料层两部分组成，所述基体端面沿周向间隔均布若干个弧形节块，弧形节块形成磨料层。

2.如权利要求1所述的电子封装基板材料磨削用砂轮，其特征在于，所述弧形节块的两端为弧形结构。

3.如权利要求1或2所述的电子封装基板材料磨削用砂轮，其特征在于，所述磨料层由下述重量百分比的原料组成：结合剂10～16.2%、碳化硅12～22%、硼酸铝晶须3～5%、钴蓝10～15%、临时湿润剂6～9%，余量为磨料。

4.如权利要求3所述的电子封装基板材料磨削用砂轮，其特征在于，所述结合剂由下述重量百分比的原料组成：粘土粉5～25%、长石粉5～25%、硼玻璃粉39～60%、Li₂O₂1～5%，SiO₂9～18%。

5.如权利要求3所述的电子封装基板材料磨削用砂轮，其特征在于，所述砂轮的基体为铝基体；所述磨料为单晶金刚石、多晶金刚石和镀覆金属金刚石中的一种或两种以上，镀覆金刚石包括镀镍金刚石、镀铜金刚石或镀钛金刚石。

6.如权利要求3所述的电子封装基板材料磨削用砂轮，其特征在于，所述碳化硅为粒径3.5～20μm的黑色碳化硅；所述硼酸铝晶须直径1～10μm，长径比5～10。

7.如权利要求3所述的电子封装基板材料磨削用砂轮，其特征在于，所述钴蓝的粒径为5～20μm；所述临时湿润剂为酚醛树脂液或糊精液。

8.如权利要求3所述的电子封装基板材料磨削用砂轮，其特征在于，所述结合剂粒径尺寸2.5～10μm，通过球磨方式获得。

9.一种权利要求1至8任一所述电子封装基板材料磨削用砂轮的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4）将步骤3）得到的成型料冷压成型，获得砂轮块毛坯；

10.如权利要求9所述电子封装基板材料磨削用砂轮的制备方法，其特征在于，步骤5）中，埋砂烧结的砂子为20目的白刚玉砂；烧结曲线为：室温经30 min升至100～150℃，保温120 min，经60min升至300～400℃，保温150～210 min，经60 min升温至450℃，保温100～150 min，经120 min升温至650℃，保温180～240min，30 min升至650～700℃，保温210～270min。