CN111360708B - 砷化镓晶体减薄用砂轮、制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种砷化镓晶体减薄用砂轮、制备方法及应用，砂轮具有多孔结构，由以下重量百分比的原料制成：金刚石磨料10‑35%、聚酰亚胺树脂粉15‑42%、发泡剂5‑20%、氟化钙5‑20%、二硫化钼3‑15%、白刚玉8‑30%、氧化锌5‑12%。本发明砂轮为有多孔结构，多孔结构建立的结合剂桥，在磨削时产生有效断裂，砂轮自锐性好，减少修整频次。降低砷化镓晶片表面损伤层，为后续抛光工序减轻压力，提高周期生产效率。砂轮体系中添加二硫化钼固体润滑剂材料，可以降低砂轮摩擦系数，从而有效降低磨削热，减小工件烧伤的概率，提高砷化镓晶片表面质量。

Description

砷化镓晶体减薄用砂轮、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及超硬磨料磨具领域，具体涉及一种砷化镓晶体减薄用砂轮、制备方法及应用。
背景技术
砷化镓单晶是继单晶硅之后发展起来的第二代半导体材料，具有禁带宽度宽、电子迁移率高、光电特性好、抗辐射、高频性能好等优点，是国防军工、航空航天、节能环保等领域不可或缺的微电子和光电子基础材料。与传统的硅半导体材料相比，砷化镓材料较硅材料硬度更低，而且由于其结构关系其为典型的脆性材料，在材料及其制品的加工过程中极易损坏，加工难度大，成品率低。
砷化镓晶体磨削时产生较多磨屑，容易堵塞砂轮，造成工件砂轮不锋利，磨削阻力大等问题，而砷化镓本身属于脆性材料，产生磨削碎片，成品率低。同时，普通砂轮磨削砷化镓刚性接触造成砷化镓晶片表面层亚损伤和残余表面应力，增加后续抛光工序时间降低生产效率。
发明内容
本发明提出了一种砷化镓晶体减薄用砂轮、制备方法及应用，该方法制备的树脂结合砂轮具有多孔结构，孔隙率高，磨削时可以起到容屑作用，增加砂轮锋利性，降低磨削碎片率提高砷化镓磨削成品率。
实现本发明的技术方案是：
一种砷化镓晶体减薄用砂轮，砂轮具有多孔结构，由以下重量百分比的原料制成：金刚石磨料10-35%、聚酰亚胺树脂粉15-42%、发泡剂5-20%、氟化钙5-20%、二硫化钼3-15%、白刚玉8-30%、氧化锌5-12%。
金刚石磨料晶型要求为多晶磨料，磨削时可以持续出刃，砂轮锋利性好，金刚石粒度为500-1500#。
所述结合剂中的氟化钙为砂轮配方中不可缺少的组分，氟化钙起到提高砂轮自锐性和锋利性的作用。氟化钙还有在磨削过程中起到润滑作用，可以降低磨削阻力，减小磨削热，提高工件表面质量。
所述结合剂中的氧化锌为砂轮配方中不可缺少的组分，在磨削过程中对工件起到抛光作用，可以提高工件表面质量。
所述砂轮多孔结构为连续多孔结构，孔径大小为100-120μm，孔隙率分布在10-80%。
所述发泡剂为偶氮类发泡剂，粒度分布均匀，可以保证砂轮在成型温度下，形成所需的120μm大小的多孔结构；偶氮类发泡剂经过以下处理：将偶氮类发泡剂溶于二甲基甲酰胺溶剂中，然后放入真空干燥箱中80℃烘箱2h，粉碎机粉碎2h，经液氮冷却，用行星式球磨机球磨细化处理4h，最后用300#和400#标准筛过筛，得到50-60μm粒度分布的发泡剂。
所述偶氮类发泡剂为偶氮二甲酰胺。
所述的砷化镓晶体减薄用砂轮的制备方法，步骤如下：
（1）将处理后的发泡剂和聚酰亚胺树脂粉放入行星式混料机中球混1h，然后过200目标准筛3遍得到粘接剂；
（2）将金刚石磨料放入研钵中，加入润湿剂和偶联剂，润湿剂和偶联剂为硅烷偶联剂，加入量小于0.5%，研磨20min，将研磨后的金刚石倒入步骤（1）粘接剂中采用200目筛网筛5遍；
（3）将氟化钙、二硫化钼、白刚玉和氧化锌过筛300目标准筛4遍，然后加入到步骤（2）过筛后的金刚石混合料中，过200目筛网5遍得到成型料；
（4）将步骤（3）成型料和基体放入组装好的专用模具中，置于热压机中预压，预压后升温压制成型，热压机卸除压力，取出模具，模具冷却至室温，卸模取出压制砂轮块，将砂轮放于200℃的烘箱中保温12h，冷却后的半成品经过专用的车、磨等精加工，加工到要求精度，即得本发明所述的砷化镓晶体减薄用砂轮。
所述步骤（4）中预压温度为140-180℃，预压压力为400 KN，时间为5min，预压后按5℃/min的速度升温到180-230℃，过程中放气10次，压力按200KN/min的速度增加到1600KN，热压机上保温2h后卸除压力。
所述砂轮的基体为铝基体，且基体上有均布16个水孔。
所述的树脂结合剂砂轮在砷化镓晶体减薄中的应用。
本发明的有益效果是：本发明砂轮为有多孔结构，多孔结构建立的结合剂桥，在磨削时产生有效断裂，砂轮自锐性好，减少修整频次。降低砷化镓晶片表面损伤层，为后续抛光工序减轻压力，提高周期生产效率。砂轮体系中添加二硫化钼固体润滑剂材料，可以降低砂轮摩擦系数，从而有效降低磨削热，减小工件烧伤的概率，提高砷化镓晶片表面质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例2的砂轮层断面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种砷化镓晶体减薄用砂轮，其组分按重量百分比包括：金刚石磨料10%、聚酰亚胺树脂粉42%、偶氮类发泡剂10%、氟化钙10%、二硫化钼10%、氧化锌10%、白刚玉8%。
偶氮类发泡剂经过处理，处理方法为：将偶氮类发泡剂溶于二甲基甲酰胺溶剂中，然后放入真空干燥箱中80℃烘箱2h，粉碎机粉碎2h，经液氮冷却处理，用行星式球磨机球磨细化处理4h，最后用300#和400#标准筛过筛，得到处理后的50-60μm粒度分布的发泡剂。
砷化镓晶体减薄用砂轮的制备方法，步骤为：
（1）将所述的处理过的发泡剂、聚酰亚胺树脂粉放入行星式混料机中球混1h，然后过200目标准筛3遍。将金刚石磨料放入研钵中，加入润湿剂和偶联剂，研磨20min，然后将研磨好的金刚石倒入筛好的粘接剂中采用200目筛网筛5遍。将氟化钙、固体润滑剂二硫化钼、白刚玉、氧化锌过筛300目标准筛4遍。然后将辅料倒入筛好的金刚石和粘接剂料中，过200目筛网5遍，可得到混合均匀的成型料；
（2）将混合均匀的成型料和基体放入组装好的专用模具中，置于170℃热压机上预压5min，预压压力为400KN，之后压机按照5℃/min的速度升温到200℃，过程中放气10次，压力按200KN/min的速度增加到1600KN，热压机上保温2h，压机卸除压力，取出模具。模具冷却至室温，卸模，取出压制砂轮块。将砂轮放于200℃的烘箱中保温12h，取出冷却。
（3）冷却后的半成品经过专用的车、磨等精加工，加工到要求精度，即得本发明所述的砷化镓晶体减薄用砂轮。
将实施例1中的砂轮进行砷化镓减薄试验。实验项目：在DISCO减薄机上磨削砷化镓晶片，磨削余量450μm，砂轮转速4000rpm，进给速度1.0μm/s时，磨削500片不修整，无碎片现象，说明本发明具有较好的锋利性。
实施例2
一种砷化镓晶体减薄用砂轮，其组分按重量百分比包括：金刚石磨料25%、聚酰亚胺树脂粉25%、偶氮类发泡剂8%、氟化钙20%、二硫化钼4%、氧化锌6%、白刚玉12%。
所述偶氮类发泡剂经过处理，处理方法为：将偶氮类发泡剂溶于二甲基甲酰胺溶剂中，然后放入真空干燥箱中80℃烘箱2h，粉碎机粉碎2h，经液氮冷却处理，用行星式球磨机球磨细化处理4h，最后用300#和400#标准筛过筛，得到处理后的50-60μm粒度分布的发泡剂。
砷化镓晶体减薄用砂轮的制备方法，步骤为：
（1）将所述的处理过的发泡剂、聚酰亚胺树脂粉放入行星式混料机中球混1h，然后过200目标准筛3遍。将金刚石磨料放入研钵中，加入润湿剂和偶联剂，研磨20min，然后将研磨好的金刚石倒入筛好的粘接剂中采用200目筛网筛5遍。将氟化钙、固体润滑剂二硫化钼、白刚玉、氧化锌过筛300目标准筛4遍。然后将辅料倒入筛好的金刚石和粘接剂料中，过200目筛网5遍，可得到混合均匀的成型料；
（2）将混合均匀的成型料和基体放入组装好的专用模具中，置于170℃热压机上预压5min，预压压力为400KN，之后压机按照5℃/min的速度升温到200℃，过程中放气10次，压力按200KN/min的速度增加到1600KN，热压机上保温2h，压机卸除压力，取出模具。模具冷却至室温，卸模，取出压制砂轮块。将砂轮放于200℃的烘箱中保温12h，取出冷却；
（3）冷却后的半成品经过专用的车、磨等精加工，加工到要求精度，即得本发明所述的砷化镓晶体减薄用砂轮。
将实施例2中的砂轮进行砷化镓减薄试验。实验项目：在DISCO减薄机上磨削砷化镓晶片，磨削余量300μm，砂轮转速3800rpm，进给速度1.5μm/s时，磨削800片不修整，无碎片现象，说明本发明具有较好的锋利性。
如图1所示，实施例2制备的砂轮层断面图，砂轮层存在多孔结构，孔尺寸在100微米左右。
实施例3
一种砷化镓晶体减薄用砂轮，其组分按重量百分比包括：金刚石磨料35%、聚酰亚胺树脂粉15%、偶氮类发泡剂20%、氟化钙5%、二硫化钼3%、氧化锌12%、白刚玉10%。
所述偶氮类发泡剂经过处理，处理方法为：将偶氮类发泡剂溶于二甲基甲酰胺溶剂中，然后放入真空干燥箱中80度烘箱2h，粉碎机粉碎2h，经液氮冷却处理，用行星式球磨机球磨细化处理4h，最后用300#和400#标准筛过筛，得到处理后的50-60μm粒度分布的发泡剂。
砷化镓晶体减薄用砂轮的制备方法，步骤为：
（1）将处理过的发泡剂、聚酰亚胺树脂粉放入行星式混料机中球混1h，然后过200目标准筛3遍。将金刚石磨料放入研钵中，加入润湿剂和偶联剂，研磨20min，然后将研磨好的金刚石倒入筛好的粘接剂中采用200目筛网筛5遍。将氟化钙、固体润滑剂二硫化钼、白刚玉、氧化锌过筛300目标准筛4遍。然后将辅料倒入筛好的金刚石和粘接剂料中，过200目筛网5遍，可得到混合均匀的成型料；
（2）将混合均匀的成型料和基体放入组装好的专用模具中，置于140℃热压机上预压5min，预压压力为400KN，之后压机按照5℃/min的速度升温到180℃，过程中放气10次，压力按200KN/min的速度增加到1600KN，热压机上保温2h，压机卸除压力，取出模具。模具冷却至室温，卸模，取出压制砂轮块。将砂轮放于200℃的烘箱中保温12h，取出冷却；
（3）冷却后的半成品经过专用的车、磨等精加工，加工到要求精度，即得本发明所述的砷化镓晶体减薄用砂轮。
将实施例3中的砂轮进行砷化镓减薄试验。实验项目：在DISCO减薄机上磨削砷化镓晶片，磨削余量400μm，砂轮转速4500rpm，进给速度1.2μm/s时，磨削600片不修整，无碎片现象，说明本发明具有较好的锋利性。
实施例4
一种砷化镓晶体减薄用砂轮，其组分按重量百分比包括：金刚石磨料15%、聚酰亚胺树脂粉25%、偶氮类发泡剂5%、氟化钙5%、二硫化钼15%、氧化锌5%、白刚玉30%。
所述偶氮类发泡剂经过处理，处理方法为：将偶氮类发泡剂溶于二甲基甲酰胺溶剂中，然后放入真空干燥箱中80度烘箱2h，粉碎机粉碎2h，经液氮冷却处理，用行星式球磨机球磨细化处理4h，最后用300#和400#标准筛过筛，得到处理后的50-60μm粒度分布的发泡剂。
砷化镓晶体减薄用砂轮的制备方法，步骤为：
（1）将权利要求1中所述的处理过的发泡剂、聚酰亚胺树脂粉放入行星式混料机中球混1h，然后过200目标准筛3遍。将金刚石磨料放入研钵中，加入润湿剂和偶联剂，研磨20min，然后将研磨好的金刚石倒入筛好的粘接剂中采用200目筛网筛5遍。将氟化钙、固体润滑剂二硫化钼、白刚玉、氧化锌过筛300目标准筛4遍。然后将辅料倒入筛好的金刚石和粘接剂料中，过200目筛网5遍，可得到混合均匀的成型料；
（2）将混合均匀的成型料和基体放入组装好的专用模具中，置于180℃热压机上预压5min，预压压力为400KN，之后压机按照5℃/min的速度升温到230℃，过程中放气10次，压力按200KN/min的速度增加到1600KN，热压机上保温2h，压机卸除压力，取出模具。模具冷却至室温，卸模，取出压制砂轮块。将砂轮放于200℃的烘箱中保温12h，取出冷却；
（3）冷却后的半成品经过专用的车、磨等精加工，加工到要求精度，即得本发明所述的砷化镓晶体减薄用砂轮。
将实施例4中的砂轮进行砷化镓减薄试验。实验项目：在DISCO减薄机上磨削砷化镓晶片，磨削余量500μm，砂轮转速3000rpm，进给速度1.8μm/s时，磨削700片不修整，无碎片现象，说明本发明具有较好的锋利性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种砷化镓晶体减薄用砂轮，其特征在于：砂轮具有多孔结构，由以下重量百分比的原料制成：金刚石磨料10-35%、聚酰亚胺树脂粉15-42%、发泡剂5-20%、氟化钙5-20%、二硫化钼3-15%、白刚玉8-30%、氧化锌5-12%；
所述砂轮多孔结构为连续多孔结构，孔径大小为100-120μm，孔隙率分布在10-80%；
所述发泡剂为偶氮类发泡剂，偶氮类发泡剂经过以下处理：将偶氮类发泡剂溶于二甲基甲酰胺溶剂中，然后放入真空干燥箱中80℃烘箱2h，粉碎机粉碎2h，经液氮冷却，球磨细化处理后过筛，得到50-60μm粒度分布的发泡剂。
2.根据权利要求1所述的砷化镓晶体减薄用砂轮，其特征在于：所述偶氮类发泡剂为偶氮二甲酰胺。
3.权利要求1-2任一项所述的砷化镓晶体减薄用砂轮的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）将处理后的发泡剂和聚酰亚胺树脂粉放入行星式混料机中球混1h，然后过筛得到粘接剂；
（2）将金刚石磨料放入研钵中，加入润湿剂和偶联剂，研磨20min，将研磨后的金刚石倒入步骤（1）粘接剂中混合过筛；
（3）将氟化钙、二硫化钼、白刚玉和氧化锌混合过筛，然后加入到步骤（2）过筛后的金刚石混合料中，过筛后得到成型料；
（4）将步骤（3）成型料和基体放入组装好的专用模具中，置于热压机中预压，预压后升温压制成型，热压机卸除压力，取出模具，模具冷却至室温，卸模取出压制砂轮块，将砂轮放于200℃的烘箱中保温12h，冷却后经精加工得到树脂结合剂砂轮。
4.根据权利要求3所述的砷化镓晶体减薄用砂轮的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中球混后过200目标准筛3遍得到粘接剂；步骤（2）中采用200目筛网混合过筛5遍；（3）步骤（3）中氟化钙、二硫化钼、白刚玉和氧化锌过300目标准筛4遍，与金刚石混合料混合后过200目筛网5遍。
5.根据权利要求3所述的砷化镓晶体减薄用砂轮的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中预压温度为140-180℃，预压压力为400 KN，时间为5min，预压后按5℃/min的速度升温到180-230℃，过程中放气10次，压力按200KN/min的速度增加到1600KN，热压机上保温2h后卸除压力。
6.根据权利要求3所述的砷化镓晶体减薄用砂轮的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中发泡剂经过以下处理：将偶氮类发泡剂溶于二甲基甲酰胺溶剂中，然后放入真空干燥箱中80℃烘箱2h，粉碎机粉碎2h，经液氮冷却，球磨细化处理后过筛，得到50-60μm粒度分布的发泡剂。
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