CN202753029U - 钻石磨料微粒及电镀钻石工具 - Google Patents
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Abstract
一种钻石磨料微粒及电镀钻石工具，钻石磨料微粒表面覆有一改质层，该改质层具有微导电性，其中该改质层中掺杂有导电颗粒或半导电颗粒，或者该改质层由碳-金属化合物颗粒所构成。本实用新型的钻石磨料微粒的表面具有微导电特性，故电镀层可延伸至钻石磨料微粒的表面而部分地或全部地包覆钻石磨料微粒，使钻石磨料微粒与工具基座之间具有较佳的附着力，故可大幅减少钻石磨料微粒在研磨/切削的过程中掉落的机率，另一方面，钻石磨料微粒可以散布的型态固定于工具基座的表面，故对电镀钻石工具而言，其表面精度可被有效地掌握，进而提高研磨/切削的作业精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种钻石磨料微粒，特别指一种具有微导电特性的钻石磨料微粒及电镀钻石工具。
背景技术
目前钻石工具不论是在3C制造工业、传统制造工业、航钛工业或一般研磨使用的领域上均被广泛地利用，如金属的切割，工件研磨或镜面抛光等；而这些钻石研磨工具大多是以电镀方式制造。
随着科技的发展，精密的钻石磨料研磨工具被大量的应用于高科技产业中，例如半导体科技产业中的化学机械研磨制程(Chemical MechanicalPolishing，CMP)所使用的抛光垫修整器(Pad Conditioner)，即是将钻石磨料固定、结合于一金属基盘之上，其结合方式除了已知的硬焊方式外，还有使用电镀方式进行的技术，若能使钻石磨料表面带有适当的导电度，在电镀过程，金属镀层可包覆于钻石磨料，使得钻石磨料在研磨的过程中大幅减少掉落的机率。
又如，LED产业中众所周知的主要材料蓝宝石晶圆，在其晶圆棒长成后需进行切片制程，传统上是利用钻石浆配合裸钢线材来切割，钻石浆的使用量相当大，故不环保、费时且成本高，所以目前已逐渐由电镀钻石线锯(Diamond wire saw)所取代；电镀钻石线锯是利用电镀方式，将钻石磨料附着一裸钢线上，利用电镀钻石线锯来切割蓝宝石晶圆，可将切割时间由数天缩短到数小时。
在已知的电镀钻石工具中，不论是使用埋镀或是悬浮的方式进行电镀钻石工具，其钻石磨料大多是未经处理，在电镀的过程中直接将裸料投入，使其逐渐埋入金属镀层之中，进而把钻石磨料固定于研磨工具表面。然而，这种方式无法将钻石磨料有效地固定于研磨工具表面，故在研磨过程中极有可造成钻石磨料的脱落，若发生在CMP制程中，会造成晶圆的刮伤；而为了防止钻石磨料脱落，必須增加電镀层厚度，提升镀层对钻石磨料的包覆程度，则使得钻石磨料露出镀层的高度减少，影响到整体的切削能力。
目前世面上虽已有商业化的钻石磨料表面有金属镀层，如镀钛或镀镍，但这些纯金属镀层导电度过高，若使用这类表面镀有金属的钻石磨料在电镀钻石工具上，由于导电镀过高，容易造成在施镀过程中，钻石磨料结成團，进而影响到钻石工具的表面精度或外观等。
实用新型内容
本实用新型在于提供一种钻石磨料微粒，其表面具有植入导电颗粒或半导电颗粒的改质层或是具有微导电性的碳化物颗粒所形成的外层，使钻石磨料微粒在经过电镀制程时可被电镀层所包覆，进而提高钻石磨料微粒与工具表面的附着力。
本实用新型的实施例提供一种钻石磨料微粒，其表面覆有一改质层，该改质层具有微导电性，其中该改质层中掺杂有导电颗粒或半导电颗粒，或者该改质层由碳-金属化合物颗粒所构成。
进一步地，改质层为类钻镀层或钻石镀层，半导电颗粒为硼颗粒或硅颗粒。
进一步地，改质层为类钻镀层或钻石镀层，导电颗粒为钛颗粒、铬颗粒、钒颗粒、锆颗粒或钨颗粒。
进一步地，碳-金属化合物颗粒为碳铬化合物颗粒、碳钨化合物颗粒或碳钒化合物颗粒。
进一步地，改质层的电阻率在100mΩ·cm以下。
本实用新型的实施例提供一种电镀钻石工具，包括：一工具基座，该工具基座的表面具有一电镀层，该电镀层将多个钻石磨料微粒固定于该工具基座上，其中每一该钻石磨料微粒的表面覆有一改质层，该改质层具有微导电性，该改质层中掺杂有导电颗粒或半导电颗粒，或者该改质层由碳-金属化合物颗粒所构成。
进一步地，改质层为类钻镀层或钻石镀层，半导电颗粒为硼颗粒或硅颗粒，导电颗粒为钛颗粒、铬颗粒、钒颗粒、锆颗粒或钨颗粒。
进一步地，碳-金属化合物颗粒为碳铬化合物颗粒、碳钨化合物颗粒或碳钒化合物颗粒。
进一步地，改质层的电阻率在100mΩ·cm以下。
进一步地，电镀层部分地或全部地包覆钻石磨料微粒。
本实用新型具有以下有益的效果：本实用新型的钻石磨料微粒的表面具有微导电特性，故电镀层可延伸至钻石磨料微粒的表面而部分地或全部地包覆钻石磨料微粒，使钻石磨料微粒与工具基座之间具有较佳的附着力，故可大幅减少钻石磨料微粒在研磨/切削的过程中掉落的机率，另一方面，钻石磨料微粒可以散布的型态固定于工具基座的表面，故对电镀钻石工具而言，其表面精度可被有效地掌握，进而提高研磨/切削的作业精度。
附图说明
图1是显示本实用新型的钻石磨料微粒的示意图。
图2是显示本实用新型的电镀钻石工具的示意图，其中电镀层部分地包覆钻石磨料微粒。
图3是显示实用新型的另一种电镀钻石工具的示意图，其中电镀层全部地包覆钻石磨料微粒。
图4是显示乙炔流量与改质层(导电层)的电阻率的实验曲线。
【主要元件符号说明】
11钻石磨料微粒
12改质层
21工具基座
22电镀层
具体实施方式
本实用新型在于提供一种钻石磨料微粒，其表面经过改质后，使钻石磨料微粒的表面具有微导电性，使得钻石磨料微粒在电镀附着于工具表面的过程中，电镀金属可以沿着钻石磨料微粒表面生长，提升钻石磨料微粒在工具表面的附着力，且同时保持钻石工具的表面精度。
本实用新型提供一种钻石磨料微粒的表面改质方式，其步驟如下：
步骤一：如图1，提供钻石磨料微粒11。在本具体实施例中，钻石磨料微粒11为微米(micro)等级或纳米(nano)等级的天然钻石微粒或人工钻石微粒，但不以此为限，优选地，所选用的钻石磨料微粒11的平均粒径范围介于约1微米(μm)至100微米(μm)。
步骤二：一种镀膜(coating)方式，使得钻石磨料微粒11的表面覆有一层改质层12，且在改质层12中掺杂特定含量的金属元素颗粒或半导体元素颗粒，使钻石磨料微粒11的表面具有微导电性。在一具体实施例中，本步骤可利用电浆辅助化学气相沉积(PECVD)方式，在钻石磨料微粒11的表面镀上一层类钻镀层(Diamond like carbon，DLC)或钻石镀层(即为前述的改质层12)，并以植入(doping，掺杂)的方式使至少一种的导电颗粒或半导电颗粒掺杂于类钻镀层或钻石镀层之中，前述的金属元素颗粒如钛(Ti)颗粒、铬(Cr)颗粒、钒(V)颗粒、锆(Zr)颗粒、钨(W)颗粒等，非金属元素如硼(B)颗粒、硅(Si)颗粒等，藉此，掺杂有导电颗粒或半导电颗粒的改质层12可因植入的颗粒的作用而形成具有微导电性的导电层，举例来说，可利用四氯化钛(TiCl4)将钛原子颗粒植入改质层12中，而植入导电颗粒或半导电颗粒的改质层12的电阻率可约在100mΩ·cm(毫欧姆·厘米)以下，优选地，所述的电阻率约在80mΩ·cm(毫欧姆·厘米)以下。因此，本实用新型并不限制植入颗粒的种类或含量，仅需考虑的是所形成的导电层的电阻率约在100mΩ·cm(毫欧姆·厘米)以下，例如介于20至80mΩ·cm之间，以避免后续电镀制程中钻石磨料微粒产生堆叠成团的问题。
而在一变化实施例中，此步骤可利用溅镀(sputtering)的方式达成。例如选用铬(Cr)靶材，并在工作压力：1.2Pa的条件下利用乙炔(C2H2)电浆将铬(Cr)颗粒植入上述类钻镀层或钻石镀层之中，其结果如图4所示，随着乙炔通入流量的变化(40至200sccm)，所制造的具有微导电性的导电层的电阻率介在1至80mΩ·cm(毫欧姆·厘米)之间。值得说明的是，当乙炔通入流量降低时，改质层12中所植入的铬颗粒含量也随之提高，而所植入的导电颗粒或半导电颗粒可与改质层12中的碳颗粒形成为碳铬化合物颗粒，其化学式为CrXCY，例如Cr23C6、Cr7C3、Cr3C2等等。同样地，将钨(W)颗粒植入上述类钻镀层或钻石镀层之中，在特定的条件下，所植入的钨(W)颗粒会与改质层12中的碳颗粒形成为碳钨(WC)化合物颗粒；而将钒(V)颗粒植入上述类钻镀层或钻石镀层之中，在特定的条件下，所植入之钒(V)颗粒会与改质层12的碳颗粒形成为碳钒(VC)化合物颗粒。换言之，步骤二中所形成的掺杂有导电颗粒或半导电颗粒的改质层12为碳-金属化合物颗粒，如上述碳铬化合物颗粒、碳钨化合物颗粒、碳钒化合物颗粒等所构成，其均可具有前述的微导电特性，以利后续电镀制程的进行。
藉此，经过上述步骤所制作的钻石磨料微粒11可利用电镀制程，例如电镀镍(Ni)固定于一工具基座21的表面，所述的工具基座21可为不绣钢材质、铝合金、钛合金或合金钢等金属材质所制成的研磨垫、切割钢线等等。如图2所示，由于本实用新型的钻石磨料微粒11的表面具有微导电特性，故金属的电镀层22除了与工具基座21的表面直接接触部分的包覆之外，尚可沿着钻石磨料微粒11上的具有微导电性的导电层进行延伸成长而包覆钻石磨料微粒11，在本实施例中，金属电镀层22部分地包覆钻石磨料微粒11，而利用钻石磨料微粒11的表面的微导电特性，使得钻石磨料微粒11可被金属电镀层22“抓牢”而紧密地固定于工具基座21上，以形成一种电镀钻石工具，如电镀钻石研磨工具、电镀钻石切削工具；再者，由于金属电镀层22部分包覆钻石磨料微粒11，使钻石磨料微粒11裸露于金属电镀层22的部位较多，可有效提升切削能力。
另外，如图3所示，金属电镀层22全部地包覆钻石磨料微粒11，使钻石磨料微粒11更加紧密地固定于工具基座21上。
综上所述，本实用新型至少具有以下优点：
1、相较于未经处理的钻石磨料微粒，本实用新型的经表面改质钻石磨料微粒在电镀时，可以利用较薄的镀层厚度即可得到良好的附着力，而较薄的镀层厚度可使钻石磨料微粒具有更大的裸露面积，进行有效提升工具的切削、研磨能力及速度。
2、本实用新型可以用较薄的电镀层厚度即可达到高附着力，因此可节省电镀的时间，提高电镀工具(即上述的电镀研磨工具、电镀切削工具)的制作产能。
3、由于本实用新型的钻石磨料微粒的表面仅具有微导电特性，故金属电镀层不会将钻石磨料微粒以堆叠成团、成块的方式附着于工具的表面，而是以一种分散度高、类似于单颗固定的方式固接于工具的表面，故不影响工具的表面精度。
然而以上所述仅为本实用新型的优选实施例，非意欲局限本实用新型的专利保护范围，故举凡运用本实用新型说明书及图式內容所为的等效变化，均同理皆包含于本实用新型的权利保护范围內，合予陈明。
Claims (9)
1.一种钻石磨料微粒，其特征在于，所述钻石磨料微粒的表面覆有一改质层，所述改质层具有微导电性。
2.根据权利要求1所述的钻石磨料微粒，其特征在于，所述改质层具有导电颗粒、半导电颗粒或碳-金属化合物颗粒。
3.根据权利要求2所述的钻石磨料微粒，其特征在于，所述改质层为类钻镀层或钻石镀层，所述半导电颗粒为硼颗粒或硅颗粒。
4.根据权利要求2所述的钻石磨料微粒，其特征在于，所述改质层为类钻镀层或钻石镀层，所述导电颗粒为钛颗粒、铬颗粒、钒颗粒、锆颗粒或钨颗粒。
5.根据权利要求2所述的钻石磨料微粒，其特征在于，所述碳-金属化合物颗粒为碳铬化合物颗粒、碳钨化合物颗粒或碳钒化合物颗粒。
6.一种电镀钻石工具，其特征在于，所述电镀钻石工具包括：一工具基座，所述工具基座的表面具有一电镀层，所述电镀层将多个钻石磨料微粒固定于所述工具基座上，其中每一所述钻石磨料微粒的表面覆有一改质层，所述改质层具有微导电性。
7.根据权利要求6所述的钻石磨料微粒，其特征在于，所述改质层具有导电颗粒、半导电颗粒或碳-金属化合物颗粒。
8.根据权利要求7所述的电镀钻石工具，其特征在于，所述改质层为类钻镀层或钻石镀层，所述半导电颗粒为硼颗粒或硅颗粒，所述导电颗粒为钛颗粒、铬颗粒、钒颗粒、锆颗粒或钨颗粒。
9.根据权利要求7所述的电镀钻石工具，其特征在于，所述碳-金属化合物颗粒为碳铬化合物颗粒、碳钨化合物颗粒或碳钒化合物颗粒。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130227 Termination date: 20131121 |