ES2306591B1

ES2306591B1 - Herramientas abrasivas fabricadas con una matriz de granos abrasivos auto-elusiva.

Info

Publication number: ES2306591B1
Application number: ES200650030A
Authority: ES
Inventors: Richard W. J. Hall; Jens M. Molter; Charles A. Bateman
Original assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2009-10-02
Anticipated expiration: 2024-09-07
Also published as: CA2540733A1; IL174805A; TW200522188A; KR100796184B1; HUP0600297A2; BE1016293A4; KR20060085656A; AT502328A2; ITMI20041858A1; US20090202781A1; IE20040623A1; GB0609169D0; TWI278928B; FR2860744B1; AT502328A5; RU2006111358A; NL1027081A1; SK50362006A3; PL204960B1; GB2423491B

Abstract

Herramientas abrasivas fabricadas con una matriz de granos abrasivos auto-elusiva.

Las herramientas abrasivas contienen granos abrasivos ubicados en una matriz de acuerdo con una configuración no uniforme que tiene una zona de exclusión en torno a cada grano abrasivo, y la zona de exclusión tiene una dimensión mínima que supera el diámetro máximo del intervalo de tamaños de gránulo deseado para el grano abrasivo. Se describen métodos para diseñar dicha matriz auto-elusiva de grano abrasivo y para transferir dicha matriz a un cuerpo de herramienta abrasivo.

Description

Se ha desarrollado un método para diseñar y fabricar herramientas abrasivas y se han desarrollado herramientas abrasivas singulares fabricadas con este método. En este método, los granos abrasivos individuales se colocan en una matriz o disposición espacial aleatoria y controlada, de tal manera que los granos individuales no son contiguos. El hecho de tener una matriz aleatoria, pero controlada, de granos abrasivos sobre la superficie abrasiva de una herramienta abrasiva puede dar lugar a una acción abrasiva óptima, con lo que se mejora la eficacia y se generan de forma consistente superficies planas de las piezas de trabajo.

Antecedentes de la invención

Se ha encontrado que la colocación uniforme de granos abrasivos según una cierta configuración en diversas categorías de herramientas abrasivas mejora el comportamiento de la herramienta abrasiva. Una de tales categorías de herramientas, las herramientas abrasivas revestidas de forma "preconcebida" o "estructurada", diseñadas para operaciones de amolado de calidad y precisión, se ha puesto a disposición del mercado a lo largo de la pasada década. Diseños típicos para estas herramientas abrasivas revestidas se describen en las Patentes norteamericanas Nos. A-5.014.468, A-5.304.223, A-5.833.724, A-5.863.306 y A-6.293.980B. En estas herramientas, se reproducen o repiten estructuras compuestas, con una cierta forma y de pequeño tamaño, por ejemplo, pirámides tridimensionales, rombos, líneas y crestas hexagonales, que contienen una pluralidad de granos abrasivos que se sujetan en el seno de un material de unión, componiendo una única capa con una configuración regular sobre la superficie de una lámina de respaldo flexible. Se ha encontrado que estas herramientas favorecen un corte más libre o suelto, y los espacios abiertos entre los compuestos de granos permiten un amolado más frío y mejoran la eliminación de los residuos. Herramientas similares de la categoría de las herramientas súper-abrasivas, que tienen un disco o núcleo rígido de respaldo dotado de cierta forma, se describen en la Patente norteamericana Nº 6.096.107.

Se han diseñado herramientas abrasivas que tienen una única capa de granos abrasivos que se han dispuesto en una configuración reticular uniforme de cuadrados, círculos, rectángulos, hexágonos o en otras configuraciones geométricas repetidas, y se han venido utilizando estas herramientas en una variedad de aplicaciones de acabado de precisión. Una configuración puede comprender granos individuales o paquetes de granos abrasivos en una única capa, separados por espacios abiertos entre los paquetes. Particularmente entre las herramientas súper-abrasivas, se piensa que las configuraciones uniformes de granos abrasivos procuran acabados superficiales más planos y lisos que los que se pueden obtener con la colocación aleatoria de los granos abrasivos sobre la herramienta abrasiva. Dichas herramientas se describen, por ejemplo, en las Patentes norteamericanas Nos. 6.537.140 B1, A-5.669.943, A-4.925.457, A-5.980.678, A-5.049.165, 6.368.198 B1 y A-6.159.087.

Así pues, se han diseñado y fabricado diversas herramientas abrasivas de acuerdo con las especificaciones altamente precisas requeridas para la abrasión uniforme de piezas de trabajo semiacabadas costosas. Como ejemplo de tales piezas de trabajo en la industria de la electrónica, los circuitos integrados semiacabados han de ser esmerilados o pulidos con el fin de eliminar el exceso de materiales cerámicos o metálicos que han sido depositados selectivamente en múltiples capas superficiales, con o sin ataque químico superficial, sobre las obleas (por ejemplo, sílice u otro material de sustrato cerámico o vítreo). El aplanamiento o alisamiento de las capas superficiales de nueva formación sobre los circuitos integrados semiacabados se realiza por medio de procedimientos de alisamiento químico-mecánicos (CMP - "chemical mechanical planarization"), con el uso de lodos abrasivos y placas poliméricas. Las placas de CMP han de ser continua o periódicamente "acondicionadas" por medio de una herramienta abrasiva. El acondicionamiento suprime el endurecimiento o vitrificación provocada por la compresión de los residuos y partículas de lodo abrasivo acumulados en el seno de la superficie de pulido de las placas. La acción de acondicionamiento ha de ser uniforme a través de la superficie de la placa, de tal manera que la placa acondicionada sea capaz una vez más de aplanar las obleas semiacabadas en toda la superficie de las obleas.

La posición de los granos abrasivos sobre la herramienta de acondicionamiento se controla de manera que lleve a cabo configuraciones de arañado uniformes sobre la superficie de pulido de la placa. La colocación totalmente aleatoria del grano abrasivo sobre un plano bidimensional de la herramienta se considera generalmente inadecuada para el acondicionamiento de la placa de CMP. Se ha sugerido controlar la posición de los granos abrasivos sobre las herramientas de acondicionamiento de CMP ubicando cada grano a lo largo de alguna retícula uniforme definida sobre la superficie abrasiva de la herramienta. (Véase, por ejemplo, la Patente norteamericana Nº 6.368.198 B1.) Sin embargo, las herramientas de retícula uniforme tienen ciertas limitaciones. Por ejemplo, una retícula uniforme da lugar a una periodicidad en la vibración ocasionada por el movimiento de la herramienta, que, a su vez, puede provocar ondulaciones o acanaladuras periódicas en la placa o un desgaste irregular de la herramienta abrasiva o de la placa de pulido, lo que se traslada en último término a las superficies inferiores situadas sobre la pieza de trabajo semiacabada.

En la Patente japonesa Nº 2002-178264 se describe un método para crear una configuración de retícula no uniforme de granos abrasivos en una única capa dispuesta sobre un sustrato de herramienta abrasiva. A la hora de fabricar estas herramientas, se comienza por definir una retícula virtual que tenga una configuración bidimensional uniforme, tal como una serie de cuadrados, de tal manera que los granos se han de situar en las intersecciones de las líneas de la retícula. A continuación, se seleccionan de forma aleatoria algunas intersecciones a través de la retícula y se desplazan los granos desde estas intersecciones, moviendo los granos una distancia menor que tres veces el promedio del diámetro de los granos. El método no dispone nada para cerciorarse de la colocación de los granos individuales según una secuencia numérica a lo largo del eje x o y, por lo que no consigue garantizar que la superficie de la herramienta resultante pueda ofrecer una acción abrasiva consistente sin que haya espacios de separación o inconsistencias significativos en el área de contacto cuando la herramienta describe una trayectoria lineal sobre una pieza de trabajo. El método no consigue tampoco garantizar una zona de exclusión definida en torno a cada grano abrasivo, por lo que hace posible que tanto las zonas de granos concentrados como las zonas con espacios de separación entre los granos puedan provocar calidades superficiales no uniformes en la pieza de trabajo acabada.

Al no tener ninguna de estas deficiencias de la Patente japonesa Nº 2002-178264, la presente invención permite fabricar herramientas abrasivas que tienen una zona de exclusión definida en torno a cada grano abrasivo dispuesto en una distribución espacial o matriz bidimensional aleatoria, pero controlada. Además, pueden fabricarse herramientas que tienen una secuencia numérica de posiciones de los granos abrasivos que se ha hecho aleatoria a lo largo de los ejes x e/o y de la superficie de amolado de la herramienta, con el fin de crear una acción de amolado consistente, sin que haya espacios de separación ni inconsistencias significativos en el área de contacto conforme la herramienta describe una trayectoria lineal sobre la pieza de trabajo.

Las herramientas abrasivas de la técnica anterior fabricadas con una matriz o distribución espacial reticular uniforme de granos dispuestos al colocar granos abrasivos individuales dentro de los huecos intersticiales de una pantalla de alambres de plantilla o de una lámina perforada (tal como, por ejemplo, en la Patente norteamericana Nº A-5.620.489) están limitadas a las dimensiones estructurales estáticas y uniformes de tal retícula. Estas pantallas de alambre y láminas uniformemente perforadas tan solo pueden producir un diseño de herramienta que tenga una retícula de dimensiones regulares (a menudo una retícula cuadrada o en rombo). En contraste con ello, las herramientas de la invención pueden emplear distancias no uniformes, de una variedad de longitudes, entre los gránulos abrasivos. Puede evitarse de esta forma la periodicidad de las vibraciones. Liberada de las dimensiones de la pantalla de plantilla, la superficie de corte de la herramienta puede contener una concentración más elevada de grano abrasivo y puede emplear dimensiones de gránulo abrasivo mucho más finas al tiempo que se sigue controlando la colocación de los gránulos. Para el acondicionamiento de la placa de CMP, se cree que cuando más alta sea la concentración de granos abrasivos en la herramienta abrasiva, mayor será el número de puntos abrasivos en contacto con las placas y mayor será la eficacia de la eliminación de los residuos óxidos y otros materiales vitrificantes acumulados de las superficies de pulido de las placas. Debido a que las placas de CMP son relativamente blandas, los tamaños de gránulo abrasivo pequeños resultan adecuados para su uso en esta aplicación y es posible utilizar concentraciones relativamente más altas de un grano abrasivo de tamaño de grano más pequeño.

Por otra parte, en las operaciones de amolado periférico que se llevan a cabo con las herramientas de la invención, cada grano de la matriz aleatoria y controlada de granos abrasivos no contiguos describirá trayectorias o líneas diferentes que se eluden entre sí, o auto-elusivas, a través de la superficie de la pieza de trabajo a medida que se desplaza de una forma lineal. Esto contrasta favorablemente con las herramientas de la técnica anterior que tienen una matriz reticular uniforme de granos abrasivos. En una retícula uniforme, cada grano que comparte la misma dimensión x o y en la retícula seguirá a lo largo de la superficie de la pieza de trabajo la misma trayectoria o línea trazada por todos los otros granos que se encuentran en la misma dimensión x o y, y que también cruzan la placa. De esta forma, las herramientas de retícula uniforme de la técnica anterior tienden a crear "surcos" sobre la superficie de la pieza de trabajo. Las herramientas de la invención minimizan estos problemas. Las herramientas accionadas de una forma rotativa en lugar de una forma lineal presentan una situación diferente. Con una herramienta de amolado de "cara" o superficie, las matrices regulares de granos tienen una simetría rotacional de múltiples orientaciones (por ejemplo, una retícula uniforme cuadrada tiene una simetría rotacional según cuatro orientaciones o giros, una hexagonal la tiene de seis giros, etc.), en tanto que las herramientas de la invención tienen tan solo una simetría de rotación en una única orientación. Así pues, el ciclo de repetición de las herramientas de la invención es mucho más largo (por ejemplo, 4 veces más largo que una retícula cuadrada uniforme), con el efecto neto de que las herramientas de la invención minimizan la creación de configuraciones o patrones regulares sobre la pieza de trabajo, con respecto a las herramientas que tienen una matriz regular y uniforme de grano abrasivo.

Además de los beneficios aportados en el amolado periférico y en el acondicionamiento de las placas de CMP, las herramientas abrasivas de la invención ofrecen beneficios en diversos procedimientos de fabricación. Estos procedimientos incluyen, por ejemplo, el amolado de otros componentes electrónicos, por ejemplo, el amolado posterior de obleas cerámicas, el acabado de componentes ópticos, el acabo de materiales caracterizados por su deformación plástica, y el amolado de materiales con "viruteado grande" o que forman grandes virutas, por ejemplo, el titanio, las aleaciones Inconel, el acero de alta resistencia a la tracción, el latón y el cobre.

Si bien la invención resulta particularmente adecuada para la fabricación de herramientas que tienen una única capa de grano abrasivo sobre una superficie de trabajo plana, una matriz bidimensional de granos puede doblarse o conformarse como un cilindro tridimensional hueco, y destinarse, con ello, al uso en herramientas construidas como una matriz tridimensional cilíndrica de grano abrasivo soportada sobre la superficie de la herramienta (por ejemplo, herramientas de desbaste rotativas). La matriz de granos abrasivos puede transformarse de una lámina o estructura bidimensional en una estructura tridimensional maciza enrollando la lámina que incorpora la matriz de granos abrasivos a ella unida, hasta obtener un rollo concéntrico, con lo que se crea una estructura espiral en la que cada grano está desplazado o descentrado aleatoriamente con respecto a cada grano adyacente según la dirección y todos los granos son no contiguos en según las direcciones x, y y z. La invención es también de utilidad para la fabricación de muchas otras clases de herramientas abrasivas. Estas herramientas incluyen, por ejemplo, discos de amolado superficial, herramientas de amolado de borde que comprenden un reborde de grano abrasivo situado en torno al perímetro de un núcleo o rodete rígido de la herramienta, así como herramientas que comprenden una única capa de grano abrasivo o de grano abrasivo/compuesto de unión, dispuesta sobre una lámina o película de respaldo flexible.

Sumario de la invención

La invención se refiere a un método para fabricar herramientas abrasivas que tienen una zona de exclusión seleccionada en torno a cada grano abrasivo, el cual comprende las etapas de:

(a) seleccionar un área bidimensional plana que tiene un tamaño y forma definidos;

(b) seleccionar un tamaño de gránulo y concentración deseados de los granos abrasivos para el área plana;

(c) generar aleatoriamente una serie de valores de coordenadas bidimensionales;

(d) restringir o limitar cada par de valores de coordenadas generado aleatoriamente a valores de coordenadas que difieran de cualquier par de valores de coordenadas vecinos por un valor mínimo (k);

(e) generar una distribución espacial o matriz de los valores de coordenadas generados aleatoriamente y restringidos, de manera que se tengan los suficientes pares, representados como puntos sobre un gráfico, como para procurar la deseada concentración de granos abrasivos para el área plana bidimensional seleccionada, así como el tamaño de gránulo seleccionado para los granos abrasivos; y

(f) situar un grano abrasivo centrado en cada punto de la matriz.

La invención se refiere a un segundo método para fabricar herramientas abrasivas que tienen una zona de exclusión seleccionada en torno a cada grano abrasivo, el cual comprende las etapas de:

(c) seleccionar una serie de pares de valores de coordenadas (x_{1}, y_{1}), de tal manera que los valores de coordenadas a lo largo de al menos uno de los ejes se restringen a una secuencia numérica en la que cada valor difiere del siguiente valor por una cantidad constante;

(d) desemparejar cada par de valores de coordenadas seleccionados (x_{1}, y_{1}) para dar lugar a un conjunto de valores x seleccionados y a un conjunto de valores y seleccionados;

(e) seleccionar aleatoriamente de entre los conjuntos de valores x e y una serie de pares de valores de coordenadas aleatorios (x, y), de tal modo que cada par tiene valores de coordenadas que difieren de los valores de coordenadas de cualquier par de valores de coordenadas vecino por un valor mínimo (k);

(f) generar una distribución espacial o matriz de pares de valores de coordenadas seleccionados aleatoriamente, que tenga los suficientes pares, representados como puntos en un gráfico, como para procurar la deseada concentración de granos abrasivos para el área bidimensional plana seleccionada, así como el tamaño de gránulo seleccionado para los granos abrasivos; y

(g) situar un grano abrasivo centrado en cada punto de la matriz.

La invención se refiere también a una herramienta abrasiva que comprende granos abrasivos, un agente de unión y un sustrato, de tal manera que los granos abrasivos tienen un diámetro máximo seleccionado y un intervalo de tamaños seleccionado, y los granos abrasivos son adheridos, en una distribución espacial o matriz de una única capa, al sustrato por el agente de unión, caracterizada porque:

(a) los granos abrasivos están ubicados en la matriz de acuerdo con una configuración no uniforme que tiene una zona de exclusión en torno a cada grano abrasivo, y

(b) cada zona de exclusión tiene un radio mínimo que supera el radio máximo del tamaño de gránulo deseado para los granos abrasivos.

Descripción de los dibujos

La Figura 1 es una ilustración de un gráfico de una distribución de granos de una herramienta de la técnica anterior correspondiente a valores de coordenadas x, y generados aleatoriamente y que muestra una distribución irregular a lo largo de los ejes x e y.

La Figura 2 es una ilustración de un gráfico de una distribución de granos de una herramienta de la técnica anterior correspondiente a una retícula uniforme de valores de coordenadas x, y, y que muestra espacios de separación regulares entre los valores de coordenadas consecutivos a lo largo de los ejes x e y.

La Figura 3 es una ilustración de un gráfico de una matriz de granos abrasivos de la invención, que muestra una matriz aleatoria de valores de coordenadas x, y que han sido restringidos de forma tal, que cada par de valores de coordenadas generados aleatoriamente difiere del par de valores de coordenadas más cercano por una cantidad mínima definida (k), a fin de crear una zona de exclusión en torno a cada punto del gráfico.

La Figura 4 es una ilustración de un gráfico de una matriz de granos abrasivos de la invención, que muestra una matriz que ha sido restringida a lo largo de los ejes x e y a secuencias numéricas en las que cada valor de coordenadas sobre un eje difiere del siguiente valor de coordenadas en una cantidad constante. La matriz se ha restringido adicionalmente desemparejando los pares de valores de coordenadas y volviendo a emparejar aleatoriamente los pares de tal manera que cada par aleatoriamente reemparejado de valores de coordenadas se encuentra separado del par más cercano de valores de coordenadas por una cantidad mínima definida.

La Figura 5 es una ilustración de un gráfico de una matriz de granos abrasivos de la invención, representada en coordenadas polares r, \theta en un área plana con forma de anillo.

Descripción de las realizaciones preferidas

A la hora de fabricar las herramientas de la invención, se comienza generando una representación gráfica o diagrama de puntos bidimensional con el fin de dirigir la colocación del centro de la dimensión más larga de cada grano abrasivo en uno de los puntos de una matriz o distribución espacial aleatoria y controlada que consiste en puntos no contiguos. La dimensión de la matriz y el número de puntos seleccionados para la matriz vienen determinados por el tamaño de gránulo y la concentración de granos seleccionados para los granos abrasivos sobre el área bidimensional plana de una cara de amolado o pulido de la herramienta abrasiva que se está fabricando. La representación gráfica puede generarse por cualesquiera medios conocidos para la generación de un diagrama de puntos bidimensional, incluyendo, por ejemplo, cálculos matemáticos manuales, dibujos de CAD y algoritmos informáticos (o "macros"). En una realización preferida, se emplea una macro que se hace funcionar o ejecuta en un programa de software Microsoft® Excel®, para generar el diagrama de puntos.

Generación de un gráfico de una matriz auto-elusiva de grano abrasivo

En una realización de la invención, se utilizó la siguiente macro creada en software Microsoft Excel (versión 2000) para generar puntos sobre una retícula bidimensional, con lo que se formó la matriz de puntos destinada a situar los granos abrasivos individuales sobre una superficie de herramienta, que se ilustra en la Figura 3.

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(Esquema pasa a página siguiente)

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En otra realización de la invención, se utilizó la siguiente macro creada en software Microsoft Excel (versión 2000) para generar puntos sobre una retícula bidimensional, con lo que se formó la matriz de puntos destinada a situar los granos abrasivos individuales sobre una superficie de herramienta, que se ilustra en la Figura 4. En esta ilustración, los valores de coordenadas fueron seleccionados en una secuencia numérica a lo largo tanto del eje x como del y.

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La Figura 1 ilustra una distribución aleatoria de la técnica anterior de 100 puntos sobre una retícula plana de 10 x 10 generada con una función numérica aleatoria de un programa de software Microsoft® Excel®. A lo largo de los ejes x e y (ilustrados como formas de rombo) existen posiciones en las que los puntos de coordenadas (ilustrados como formas circulares) interceptan o cortan el eje. Por ejemplo, el punto (x, y) (3,4, 8,6) se representará sobre el eje x en (3,4, 0,0) y sobre el eje y en (0,0, 8,6). Se observa que existen regiones en las que estos puntos se encuentran agrupados y regiones vacías de puntos. Tal es la naturaleza de una distribución aleatoria.

La Figura 2 muestra una matriz de puntos completamente ordenada de la técnica anterior, con los puntos situados a intervalos iguales a lo largo tanto del eje x como del y, a fin de generar una matriz de retícula cuadrada. En este caso, si bien los puntos con forma de rombo situados a lo largo de los ejes x e y están separados entre sí uniformemente, éstos se encuentran a una gran distancia unos de otros. Puede realizarse una mejora significativa desplazando o descentrando ligeramente la matriz de partículas a lo largo de una dirección diagonal con respecto a los ejes x e y. En tal caso, cada partícula de grano se encuentra descentrada, de tal modo que, en la matriz cuadrada, el punto (x, y) se convierte ahora en el (x + 0,1y, y + 0,1x). Esto mejora la "densidad de puntos" a lo largo de ambos ejes en un factor de 10, de modo que los puntos se encuentran ahora 10 veces más cerca unos de otros. Sin embargo, la matriz se encuentra aún ordenada y como tal, producirá las vibraciones periódicas que son indeseables cuando se ponen en funcionamiento herramientas abrasivas.

La Figura 3, que ilustra una realización de la invención y se ha generado con la macro anteriormente detallada, muestra una distribución de 100 puntos de coordenadas seleccionados aleatoriamente, sobre una retícula de 10 x 10 que tiene aplicada una restricción consistente en que no puede haber dos puntos más cerca de 0,5. El número de puntos aleatorios que pueden situarse en una retícula de 10 x 10, como función de la separación mínima permitida entre los puntos, se muestra en la Tabla 1.

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TABLA 1

El número de puntos colocados, como función de la separación mínima entre puntos. Si hubiesen fallado 1.000 tentativas sucesivas de colocar un punto, los cálculos hubieran sido detenidos.

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Nótese que el espacio de la Figura 3 no está lleno y ésta sólo muestra 100 puntos, si bien el espacio puede soportar (en promedio) otros 157 puntos con una separación mínima entre puntos de 0,5. Una vez que se ha seleccionado el diámetro más grande del grano abrasivo, puede determinarse fácilmente la concentración máxima de granos para un área plana dada.

La Figura 4 ilustra otra realización de la invención, que muestra una matriz representada como diagrama de puntos con la macro anteriormente detallada. La retícula de puntos de coordenadas cartesianas que se muestra en la Figura 4 produce una densidad de puntos uniforme a lo largo de los ejes x e y. Los puntos se escogen aleatoriamente de entre dos conjuntos de valores de punto coordenado desemparejados (x) e (y), en los que los valores del eje x siguen una secuencia numerada regular, y los valores del eje y siguen una secuencia numerada regular. Al haber sido creada a partir de pares de valores x, y desemparejados y vueltos a emparejar aleatoriamente, esta matriz espacial representa un cambio significativo con respecto tanto a una matriz de red ordenada como a una matriz aleatoria. El gráfico de la Figura 4 incluye la restricción adicional de un requisito de zona de exclusión, en virtud del cual no puede haber dos puntos dentro de una cierta distancia uno de otro, en este caso, 0,7.

La distribución de puntos que se muestra en la Figura 4 se consiguió como sigue:

a) Se preparó una lista de puntos x y una lista de puntos y. En este caso, ambas eran 0,0, 0,1, 0,2, 0,3, ... 9,9.

b) Se asignó un número aleatorio al valor de cada x y cada y. Los números aleatorios se clasificaron en orden ascendente junto con sus valores x o y asociados. Esta etapa convirtió en aleatorios de forma sencilla los puntos x y los puntos y.

c) Se tomó el primer punto (x, y) y se situó en la retícula Se seleccionó un segundo punto (x_{i}, y_{i}).

f) Se añadió el punto (x_{i}, y_{i}) a la retícula únicamente si éste se encontraba más lejos que una cierta distancia especificada de cualquier punto ya existente en la retícula.

g) Si el punto (x_{i}, y_{i}) no cumplía los criterios de distancia, se rechazaba y se intentaba con el punto (x_{i}, y_{i}). Se consideraba aceptable una retícula únicamente si podían colocarse todos los puntos.

Siendo la distancia del salto en x e y 0,1, se encontró que una retícula era aceptada en el primer intento si la separación mínima entre los puntos era de 0,4 ó menor. Cuando la separación mínima entre los puntos era 0,5 ó 0,6, eran necesarios un cierto número de intentos para situar todos los puntos. La separación máxima que permitía la colocación de todos los puntos era 0,7 y con frecuencia eran necesarios algunos cientos de intentos antes de colocar todos los puntos.

La Figura 5 ilustra otra realización de la invención, generada con una macro similar a la macro utilizada para generar la Figura 4; sin embargo, la distribución de los puntos en la Figura 5 se generó con coordenadas polares r, \theta. Se escogió un anillo como área plana, y se colocaron los puntos sobre la matriz de tal manera que cualquier recta radial trazada desde el punto central (0, 0) interceptaba una distribución uniforme de puntos.

Debido a que la dimensión radial determina la colocación de más puntos cerca del centro del anillo y de menos puntos cerca del perímetro del anillo, y el perímetro engloba un área mayor que el centro, la densidad de puntos por unidad de área no es uniforme. En una herramienta fabricada con semejante matriz, los granos abrasivos situados más cerca del perímetro tendrán que amolar un área mayor y se desgastarán más rápidamente. Con el fin de eludir dicha desventaja y para crear una distribución de granos abrasivos uniformemente densa, puede generarse una segunda matriz cartesiana y superponerse a la matriz de coordenadas polares. Puede utilizarse para este propósito una macro y una matriz del tipo que se ilustra en la Figura 3. Con la restricción de la zona de exclusión, la matriz cartesiana superpuesta evitará colocar los puntos en el área central densamente poblada del anillo, pero llenará uniformemente las áreas abiertas más próximas al perímetro.

Pueden compararse las distribuciones relativas de los valores de intersección o corte que se muestran como formas de rombo en los diversos gráficos mostrados en las Figuras, a fin de predecir el comportamiento de la herramienta para herramientas abrasivas que son desplazadas según una trayectoria lineal durante el amolado. Una herramienta abrasiva que tiene múltiples granos situados en uno un valor de intersección idéntico (o más) describirá una trayectoria de una cobertura irregular (por ejemplo, la herramienta de la técnica anterior mostrada en la Figura 2). Habrá espacios muertos en la acción de esmerilado o abrasiva, intercalados con trayectorias de amolado que se habrán convertido en profundos surcos como resultado del paso de múltiples granos por la misma posición. De esta forma, los puntos con forma de rombo situados a lo largo de los ejes de las Figuras 1-4 sugieren el modo como se comportarán las herramientas abrasivas cuando se desplacen una dirección lineal a través del plano de una pieza de trabajo. Las Figuras 1 y 2, que ilustran herramientas de la técnica anterior, presentan agrupaciones y espacios vacíos entre los valores de intersección con forma de rombo. Las Figuras 3-4, que ilustran la invención, tienen relativamente pocas agrupaciones y espacios vacíos, si es que tienen alguno, entre los valores de intersección con forma de rombo. Por esta razón, las herramientas hechas con las matrices de grano abrasivo que se muestran en las Figuras 3-5 son capaces de amolar superficies hasta obtener un acabo liso, uniforme y relativamente carente de defectos.

El tamaño de la zona de exclusión en torno a cada grano puede variar de un grano a otro y no tiene que ser el mismo valor (es decir, el valor mínimo (k) que define la distante entre los puntos centrales de granos adyacentes puede ser una constante o una variable). Con el fin de crear una zona de exclusión, el valor mínimo (k) ha de exceder el diámetro máximo del intervalo de tamaños deseado de los granos abrasivos. En una realización preferida, el valor mínimo (k) es al menos 1,5 veces el diámetro máximo del grano abrasivo. El valor mínimo (k) ha de evitar cualquier contacto superficial de un grano con otro, así como proporcionar pasos entre los granos de dimensiones 10 suficientemente grandes como para permitir la retirada de los residuos del amolado de los granos y de la superficie de la herramienta. La dimensión de la zona de exclusión vendrá determinada por la naturaleza de la operación de amolado, de tal manera que los materiales de trabajo. que generen virutas de gran tamaño necesitan herramientas que tengan pasos mayores entre los granos abrasivos adyacentes y dimensiones mayores de la zona de exclusión que los materiales de trabajo que generan virutas pequeñas.

Fabricación de una herramienta abrasiva utilizando un gráfico de una matriz auto-elusiva

La matriz bidimensional de puntos aleatorios controlados puede ser transferida a un sustrato de herramienta o a una plantilla para la colocación de los granos abrasivos, por medio de una variedad de técnicas y equipos. Éstos incluyen, por ejemplo, sistemas robóticos automatizados para ubicar y colocar objetos, dispositivos de transferencia de imágenes gráficas (por ejemplo, "CAD blueprint") a un equipo de corte por láser o de ataque químico superficial de fotorresistencia para la realización de plantillas o moldes hembra, equipos de láser o de fotorresistencia para dirigir la aplicación de la matriz sobre un sustrato de la herramienta, equipos de dispensación automatizada de puntos adhesivos, equipos de punción mecánica y similares.

Tal como se utiliza aquí, "sustrato de la herramienta" se refiere a un respaldo, núcleo o reborde mecánico sobre el que se adhiere la matriz de granos abrasivos. Puede seleccionarse un sustrato de herramienta de entre diversas formas previas de herramienta rígidas y respaldos flexibles. Los sustratos que consisten en formas previas de herramienta rígidas tienen, preferiblemente, una forma geométrica que tiene un solo eje de simetría de rotación. La forma geométrica puede ser simple o puede ser compleja por cuanto puede incluir una variedad de formas geométricas ensambladas a lo largo del eje de rotación. En estas categorías de herramientas abrasivas, las formas o conformaciones geométricas preferidas para las formas previas de herramienta rígidas. incluyen formas de disco, de reborde, de anillo, de cilindro y troncocónicas, conjuntamente con combinaciones de estas formas. Estas formas previas de herramienta rígidas pueden estar construidas de acero, aluminio, tungsteno u otros materiales, así como de aleaciones metálicas y compuestos de estos materiales con, por ejemplo, materiales cerámicos o poliméricos y otros materiales que tengan la suficiente estabilidad dimensional para ser utilizados en la construcción de herramientas
abrasivas.

Los sustratos de respaldo flexibles incluyen películas, hojas metálicas, telas, láminas no tejidas, bandas, pantallas, láminas perforadas y estratificados, así como combinaciones de los mismos, conjuntamente con cualesquiera otros tipos de respaldos conocidos en la técnica para la fabricación de herramientas abrasivas. Los respaldos flexibles pueden adoptar la forma de correas, discos, láminas, placas, rollos, cintas o tiras u otras formas, tales como las que se utilizan, por ejemplo, en herramientas abrasivas revestidas (papel de lija). Estos respaldos flexibles pueden estar confeccionados a partir de papel flexible, láminas poliméricas o metálicas, hojas metálicas o estratificados.

Las matrices de granos abrasivos pueden adherirse al sustrato de la herramienta por medio de una variedad de materiales de unión abrasivos, tales como los que se conocen en la fabricación de herramientas abrasivas revestidas o cohesionadas. Los materiales de unión abrasivos preferidos incluyen materiales adhesivos, materiales de soldadura de capa intermedia, materiales de electro-recubrimiento, materiales electromagnéticos, materiales electrostáticos, materiales vitrificados, materiales de unión de polvo metálico, materiales poliméricos y materiales resinosos, así como combinaciones de los mismos.

En una realización preferida, la matriz de puntos no contiguos puede ser aplicada o impresa sobre el sustrato de la herramienta, de tal manera que los granos abrasivos quedan unidos directamente al sustrato. La transferencia directa de la matriz al sustrato puede llevarse a cabo colocando sobre el sustrato una matriz de gotitas adhesivas o gotitas de pasta de soldadura de capa intermedia metálica, y situando a continuación un grano abrasivo sobre cada gotita. En una técnica alternativa, puede utilizarse un brazo de robot para recoger una matriz o distribución espacial de granos abrasivos, de tal manera que se sostenga en cada punto de la matriz un solo grano, y puede entonces el brazo de robot colocar la matriz de granos sobre la superficie de una herramienta, que ha sido previamente revestida con una capa superficial de adhesivo o de pasta de soldadura de capa intermedia metálica. El adhesivo o la pasta de soldadura de capa intermedia metálica se fija temporalmente en la posición de los granos abrasivos hasta que el conjunto se haya tratado adicionalmente para fijar permanentemente el centro de cada grano abrasivo a cada punto de la
matriz.

Adhesivos adecuados para este propósito incluyen, por ejemplo, resina epoxídica, poliuretano, poliimida y composiciones de acrilato, así como modificaciones y combinaciones de los mismos. Los adhesivos preferidos tienen propiedades no newtonianas (adelgazamiento por cizalladura) con el fin de permitir un flujo suficiente durante la colocación de las gotitas o de los revestimientos, y, con todo, inhiben el flujo de manera que se conserve la precisión en la colocación de la matriz de granos abrasivos. Es posible seleccionar características de adherencia abiertas en cuanto al tiempo, a fin de hacer coincidir la secuencia temporal de las restantes etapas de fabricación. Se prefieren los adhesivos de curación rápida (por ejemplo, con una curación por rayos ultravioleta) para la mayor parte de las operaciones de fabricación.

En una realización preferida, puede utilizarse el equipo Microdrop®, disponible en la Microdrop GmbH, de Norderstedt, Alemania, para depositar una matriz de gotitas adhesivas sobre la superficie del sustrato de la herramienta.

La superficie del sustrato de la herramienta puede haberse dotado de incisiones o marcado con el fin de ayudar a la colocación directa del grano abrasivo sobre los puntos de la matriz.

En una alternativa para dirigir la colocación de la matriz sobre el sustrato de la herramienta, la matriz puede ser transferida o impresa sobre una plantilla, y los granos abrasivos adheridos a la matriz de puntos de la plantilla. Los granos pueden ser adheridos a la plantilla por medios permanentes o temporales. La plantilla funciona, bien como un soporte para los granos ubicados sobre la matriz o bien como unos medios para la ubicación permanente de los granos en el conjunto de la herramienta abrasiva final.

En un método preferido, se inscribe en la plantilla una matriz de incisiones o perforaciones correspondientes a la matriz que se desea, y se fijan temporalmente los granos abrasivos a la plantilla por medio de un adhesivo temporal o por la aplicación de un vacío o por medio de una fuerza electromagnética o por una fuerza electrostática o por otros medios, o bien por una combinación o una serie de medios. La matriz de granos abrasivos puede soltarse de la plantilla sobre lar superficie del sustrato de la herramienta, a continuación de lo cual se retira la plantilla mientras se garantiza que los granos permanecen centrados en los puntos seleccionados de la matriz, de tal manera que se crea la configuración de granos deseada sobre el sustrato.

En una segunda realización, puede crearse una matriz deseada de puntos de adhesivo de colocación (por ejemplo, un adhesivo soluble en agua) sobre una plantilla (por medio de una máscara o mediante una matriz de gotitas microscópicas), y puede disponerse a continuación un grano abrasivo en cada punto del adhesivo de colocación. La plantilla se coloca a continuación sobre un sustrato de herramienta revestido de material de unión (por ejemplo, un adhesivo insoluble en agua) y se libera el grano desde la plantilla. En el caso de una plantilla hecha de un material orgánico, el conjunto puede tratarse térmicamente (por ejemplo, a entre 700 y 950ºC) para soldar, como capa intermedia, o sinterizar la unión metálica utilizada para adherir los granos al sustrato, con lo que la plantilla y el adhesivo de colocación se retiran por degradación mecánica.

En otra realización preferida, la matriz de granos que están siendo adheridos a la plantilla puede ser presionada contra la plantilla con el fin de alinear uniformemente la matriz de granos de acuerdo con su altura, y entonces la matriz puede ser unida al sustrato de la herramienta de tal manera que las puntas de los granos unidos queden a una altura sustancialmente uniforme con respecto al sustrato de la herramienta. Técnicas adecuadas para llevar a cabo este procedimiento se conocen en la técnica y se describen, por ejemplo, en las Patentes norteamericanas Nos. A-6.159.087, A-6.159.286 y 6.368.198 B1, cuyo contenido se incorpora aquí como referencia.

En una realización alternativa, los granos abrasivos se fijan de forma permanente en la plantilla y el conjunto de granos/platilla se monta sobre el sustrato de la herramienta con una unión adhesiva, una unión por soldadura de capa intermedia, una unión de electro-recubrimiento o por otros medios. Técnicas adecuadas para llevar a cabo este procedimiento son conocidas en la técnica y se describen, por ejemplo, en las Patentes norteamericanas Nos. A-4.925.457, A-5.131.924, A-5.817.204, A-5.980.678, A-6.159.286, 6.286.498 B1 y 6.368.198 B1, cuyo contenido se incorpora aquí como referencia.

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Otras técnicas adecuadas para el ensamblaje de herramientas abrasivas fabricadas con las matrices de granos abrasivos auto-elusivas de la invención, se describen en las Patentes norteamericanas Nos. A-5.380.390 y A-5.620.489, cuyos contenidos se incorporan aquí como referencia.

Las técnicas anteriormente descritas para la fabricación de herramientas abrasivas que incorporan granos abrasivos no contiguos dispuestos en matrices espaciales aleatorias y controladas, pueden ser empleadas en la fabricación de muchas categorías de herramientas abrasivas. Entre estas herramientas se encuentran herramientas de desbaste o acondicionamiento para las placas de CMP, herramientas para el amolado trasero de componentes electrónicos, herramientas de amolado y pulido para procedimientos oftálmicos tales como el acabado de superficies y bordes de lentes, desbastadores rotativos y desbastadores de palas para la renovación de la cara de trabajo de ruedas de amolado, herramientas fresadoras abrasivas, herramientas súper-abrasivas de geometría compleja (por ejemplo, ruedas de grano de CBN electro-recubiertas para amolado con alimentación de arrastre a alta velocidad), herramientas de amolado para el amolado basto de materiales con "viruteado corto" o que forman virutas cortas, tales como el Si_{3}N_{4}, que presentan la tendencia a generar partículas de desecho finas que se aglomeran fácilmente, las cuales atascan las herramientas de amolado, y herramientas de amolado utilizadas para el acabado de materiales con "viruteado largo", tales como el titanio, las aleaciones Inconel, el acero de alta resistencia a la tracción, el latón y el cobre, que tienen la tendencia a formar virutas untuosas que manchan la cara de la herramienta de amolado.

Dichas herramientas pueden fabricarse con cualquier grano abrasivo que se conozca en la técnica, incluyendo, por ejemplo, diamante, nitruro de boro cúbico (CBN -"cubic boron nitride"), subóxido de boro, diversos granos de alúmina, tales como alúmina fundida, alúmina sinterizada, alúmina de sol-gel sinterizada, con crecimiento del grano en núcleos o semillas o sin él, con o sin modificadores añadidos, grano de alúmina-zirconia, granos de alúmina de oxi-nitruro, carburo de silicio, carburo de tungsteno, así como modificaciones y combinaciones de los mismos.

Tal y como se utiliza aquí, "grano abrasivo" se refiere a gránulos abrasivos individuales, puntas cortantes y composiciones que comprenden una pluralidad de gránulos abrasivos, así como combinaciones de los mismos. Es posible emplear cualquier unión utilizada en la fabricación de herramientas abrasivas con el fin unir la matriz de granos abrasivos al sustrato de la herramienta o a la plantilla. Por ejemplo, uniones de metal adecuadas incluyen bronce, níquel, tungsteno, cobalto, hierro, cobre, planta y aleaciones y combinaciones de los mismos. Las uniones metálicas pueden darse en la forma de una soldadura con capa metálica intermedia, una capa depositada por electro-recubrimiento, un conglomerado o matriz de polvo metálico sinterizado, o bien una combinación de los mismos, conjuntamente con aditivos opcionales tales como un agente de infiltración secundario, partículas de filtro duro y otros aditivos, con el fin de mejorar la fabricación o el comportamiento. Agentes de unión resinosos u orgánicos adecuados incluyen resinas epoxídicas, fenol, poliimida y otros materiales, así como combinaciones de los materiales que se emplean en la técnica de los granos abrasivos unidos y revestidos para la fabricación de herramientas abrasivas. Pueden utilizarse, en combinación con un material de ligadura adhesivo, materiales de unión vitrificados, tales como mezclas precursoras del vidrio, fundente de vidrio en polvo, polvos cerámicos y combinaciones de los mismos. Esta mezcla puede ser aplicada como revestimiento sobre un sustrato de la herramienta o impresa a modo de matriz de gotitas sobre el sustrato, por ejemplo, de la manera que se describe en el documento JP 99201524, cuyo contenido se incorpora aquí como referencia.

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Ejemplo 1

Se fabricó una herramienta de acondicionamiento de placa de CMP con colocación de granos abrasivos auto-elusiva, revistiendo primeramente un sustrato de acero conformado con forma de disco (diámetro de 10,16 cm (4 pulgadas); espesor de 0,76 cm (0,3 pulgadas)) con una pasta de soldadura de capa intermedia. La pasta de soldadura de capa intermedia contiene un polvo de aleación metálica de relleno para soldadura de capa intermedia (LM Nicrobraz®, obtenido de la Wall Colmonoy Corporation), y un agente de ligadura orgánico fugitivo, con base de agua, (agente de ligadura Vitta Braze-Gel, obtenido de la Vitta Corporation) que consiste en el 85% en peso del agente de ligadura y el 15% en peso de propilen-glicol. La pasta de soldadura de capa intermedia se dispone revistiendo el disco en un espesor uniforme de 0,020 cm (0,008 pulgadas), por medio de una pala maestra.

Se dispone a modo de pantalla un grano abrasivo de diamante (diamante de malla 100/200, tamaño FEPA D151, MGB 660, obtenido de la GE Corporation, Worthington, Ohio), con un diámetro promedio de 151/139 micras. Se aplica un vacío en un brazo de recogida equipado con una plantilla de acero con forma de disco de 10,16 cm (4 pulgadas), que porta la configuración de matriz auto-elusiva que se ilustra en la Figura 4. La configuración se presenta como una matriz de perforaciones con unas dimensiones entre el 40 y el 50% más pequeñas que el diámetro promedio del grano abrasivo. La plantilla montada en el brazo de recogida se sitúa por encima de los granos de diamante, se aplica un vacío para adherir un grano de diamante a cada perforación, se eliminan por cepillado de la superficie de la placa los granos sobrantes, dejando únicamente un diamante en cada perforación, y la plantilla que porta los diamantes se coloca por encima del sustrato de herramienta revestido con la capa intermedia de soldadura. Se libera el vacío una vez que cada diamante se ha puesto en contacto con la superficie de la pasta de soldadura de capa intermedia, mientras la pasta está aún mojada, con lo que se transfiere la matriz de diamantes sobre la pasta de soldadura de capa intermedia. La pasta une temporalmente la matriz de diamantes, fijando los granos en su lugar para un tratamiento adicional. La herramienta ya ensamblada se seca entonces a la temperatura de la sala y se suelda por capa intermedia en un horno de vacío durante 30 minutos, a una temperatura entre aproximadamente 980 y 1.060ºC, a fin de unir permanentemente la matriz de diamantes al sustrato.

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Ejemplo 2

Se fabrica una rueda de diamante (del tipo de rueda 1A1, de 100 mm de diámetro, 20 mm de espesor y con un ánima de 25 mm) para operaciones de amolado oftálmico basto, la cual presenta una, distribución pseudo-aleatoria de una única capa de granos abrasivos de diamante de acuerdo con la configuración de matriz auto-elusiva que se ilustra en la Figura 3, de la siguiente manera. Se utiliza uno de dos métodos para la transferencia de la matriz sobre el sustrato de la herramienta (forma previa).

Método A

Utilizando la impresión de la matriz de granos abrasivos de la Figura 3, se forman orificios de un diámetro hasta 1,5 veces mayor que el diámetro promedio de los granos, en una cinta de enmascaramiento adhesiva (soluble en agua), por medio de tecnología de fotorresistencia, y, a continuación, la cinta se fija a la superficie de trabajo de una forma previa de herramienta de acero inoxidable con forma de disco que ha sido revestida con un adhesivo (insoluble en agua), de tal manera que el adhesivo insoluble en agua queda expuesto o al descubierto a través de los orificios de la máscara. Se colocan granos abrasivos de diamante (FEPA D251; tamaño de gránulo de malla 60/70 US; diámetro promedio de 250 micras; diamante obtenido de la GE Corporation, Worthington, Ohio) en los orificios de la cinta de enmascaramiento, y son adheridos por medio del revestimiento adhesivo insoluble en agua que queda al descubierto sobre la forma previa. La cinta de enmascaramiento se elimina entonces de la forma previa por lavado.

El núcleo se monta sobre un árbol de acero inoxidable y se establece un contacto eléctrico con él. Después de un desbaste catódico, el conjunto se sumerge en un baño de recubrimiento de electrolito (un electrolito de Watt que contiene sulfato de níquel). Se deposita electrolíticamente una capa metálica hasta un espesor promedio de entre el 10 y el 15% del diámetro del grano abrasivo fijado. El conjunto se retira entonces del tanque y, en una segunda etapa de electro-recubrimiento, se aplica un espesor de depósito total de níquel de entre el 50 y el 60% del tamaño de grano promedio. El conjunto se enjuaga, y la herramienta recubierta con una única capa de una distribución pseudo-aleatoria de grano abrasivo se retira del árbol de acero inoxidable.

Método B

Los valores del conjunto de coordenadas que se ilustran en la Figura 3 se transfieren directamente sobre una forma previa de herramienta con forma de disco, que tiene la forma de una matriz de micro-gotas adhesivas. La forma previa de la herramienta se sitúa sobra una tabla de colocación equipada con un eje de rotación (equipo Microdrop, obtenido de la Microdrop GmbH, de Norderstedt, Alemania) que se ha diseñado para situar con precisión gotitas adhesivas (una composición de curado por ultravioleta, de acrilato modificado) por medio de un sistema de dosificación microscópica, según se ha descrito en el documento EP 1208945 Al. Cada gota adhesiva es más pequeña en diámetro que el diámetro promedio (250 micras) del grano abrasivo de diamante. Tras colocar el centro de un grano de diamante en cada gota del adhesivo y permitir que el adhesivo se endurezca y fije la matriz de granos a la forma previa, la forma previa de la herramienta se monta sobre un árbol de acero inoxidable y se establece contacto eléctrico con ella. Después de un desbastado catódico, el conjunto se sumerge en un baño de recubrimiento electrolítico (un electrolito de Watt que contiene sulfato de níquel) y se deposita una capa metálica con un espesor promedio del 60% del diámetro del grano abrasivo fijado. El conjunto de herramienta se retira entonces del tanque, se enjuaga, y se retira del árbol de acero inoxidable una herramienta electro-recubierta con una única capa de grano abrasivo situada en la matriz que se muestra en la Figura 3.

Claims

1. Un método para la fabricación de herramientas abrasivas que tienen una zona de exclusión seleccionada en torno a cada grano abrasivo, de manera que el método comprende las etapas de:

(c) generar aleatoriamente una serie de valores de coordenadas bidimensionales;

(f) situar un grano abrasivo centrado en cada punto de la matriz.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente la etapa de unir la matriz de granos abrasivos con un material de unión abrasivo, con el fin de asegurar un grano abrasivo en cada punto de la matriz.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente la etapa de unir la matriz de granos abrasivos a un sustrato para formar una herramienta abrasiva.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que sustrato se selecciona de entre el grupo que consiste en una forma previa de herramienta rígida y un respaldo flexible, así como combinaciones de los mismos.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en el cual la forma previa de herramienta rígida tiene una forma geométrica que presenta un eje de simetría de rotación.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en el cual la forma geométrica de la forma previa de herramienta rígida se selecciona de entre el grupo consistente en formas de disco, de reborde, de anillo, de cilindro y troncocónica, así como combinaciones de las mismas.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en el cual el respaldo flexible se selecciona de entre el grupo consistente en películas, hojas metálicas, telas, láminas no tejidas, bandas, pantallas, láminas perforadas, estratificados y combinaciones de los mismos.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 7, en el cual el respaldo flexible se transforma en una forma seleccionada de entre el grupo consistente en correas, discos, láminas, placas, rollos y cintas o tiras.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende las etapas de:

a) imprimir la matriz de los valores de coordenadas generados aleatoriamente y restringidos, representados como puntos sobre un gráfico, sobre un sustrato de herramienta; y

b) asegurar un grano abrasivo en cada punto de la matriz, sobre el sustrato de herramienta, con un material de unión abrasivo

10. El método de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende las etapas de:

a) imprimir la matriz de los valores de coordenadas generados aleatoriamente y restringidos, representados gráficamente como puntos sobre un gráfico, sobre una plantilla;

b) asegurar un grano abrasivo en cada punto de la matriz sobre la plantilla, para formar una matriz de granos abrasivos;

c) transferir la matriz de granos abrasivos sobre un sustrato de herramienta; y

d) adherir la matriz de granos abrasivos al sustrato de herramienta con un material de unión abrasivo.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende adicionalmente la etapa de retirar la plantilla del sustrato de herramienta.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende adicionalmente la etapa de unir la plantilla que porta o incorpora la matriz de granos abrasivos, sobre el sustrato de herramienta, a fin de formar la herramienta abrasiva.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el material de unión abrasivo se selecciona de entre el grupo consistente en materiales adhesivos, materiales de soldadura con capa intermedia, materiales de electro-recubrimiento, materiales electromagnéticos, materiales electrostáticos, materiales vitrificados, materiales de unión de polvo metálico, materiales poliméricos y materiales resinosos, así como combinaciones de los mismos.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la matriz se define por un conjunto de coordenadas cartesianas (x, y).

15. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la matriz se define por un conjunto de coordenadas polares (r, \theta).

16. El método de acuerdo con la reivindicación 15, en el cual la matriz se define adicionalmente por un conjunto de coordenadas cartesianas (x, y).

17. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el valor mínimo (k) supera el diámetro máximo del grano abrasivo.

18. El método de acuerdo con la reivindicación 17, en el cual el valor mínimo (k) es al menos 1,5 veces el diámetro máximo del grano abrasivo.

19. El método de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende adicionalmente la etapa de transformar la matriz de granos abrasivos de una estructura bidimensional en una estructuró tridimensional al enrollar la matriz de granos abrasivos hasta formar un rollo concéntrico.

20. Un método para la fabricación de herramientas abrasivas que tienen una zona de exclusión seleccionada en torno a cada grano abrasivo, de manera que el método comprende las etapas de:

(g) situar un grano abrasivo centrado en cada punto de la matriz.

21. El método de acuerdo con la reivindicación 20, que comprende adicionalmente la etapa de unir la matriz de granos abrasivos con un material de unión abrasivo con el fin de asegurar un grano abrasivo en cada punto de la matriz.

22. El método de acuerdo con la reivindicación 20, que comprende adicionalmente la etapa de unir la matriz de granos abrasivos a un sustrato para formar la herramienta abrasiva.

23. El método de acuerdo con la reivindicación 22, en el cual el sustrato se selecciona de entre el grupo consistente en una forma previa de herramienta rígida y un respaldo flexible, así como combinaciones de los mismos.

24. El método de acuerdo con la reivindicación 23, en el cual la forma previa de herramienta rígida tiene una forma geométrica que presenta un eje de simetría de rotación.

25. El método de acuerdo con la reivindicación 23, en el cual la forma geométrica de la forma previa de herramienta rígida se selecciona de entre el grupo consistente en formas de disco, de reborde, de anillo, de cilindro y troncocónica, así como combinaciones de las mismas.

26. El método de acuerdo con la reivindicación 23, en el cual el respaldo flexible se selecciona de entre el grupo consistente en películas, hojas metálicas, telas, láminas no tejidas, bandas, pantallas, láminas perforadas, estratificados y combinaciones de los mismos.

27. El método de acuerdo con la reivindicación 23, en el cual el respaldo flexible se transforma en una forma seleccionada de entre el grupo consistente en correas, discos, láminas, placas, rollos y cintas o tiras.

28. El método de acuerdo con la reivindicación 21, que comprende las etapas de:

b) asegurar un grano abrasivo en cada punto de la matriz, sobre el sustrato de herramienta, con un material de unión abrasivo.

29. El método de acuerdo con la reivindicación 21, que comprende las etapas de:

a): imprimir la matriz de los valores de coordenadas generados aleatoriamente y restringidos, representados gráficamente como puntos sobre un gráfico, sobre una plantilla;

b): asegurar un grano abrasivo en cada punto de la matriz sobre la plantilla, para formar una matriz de granos abrasivos;

c): transferir la matriz de granos abrasivos sobre un sustrato de herramienta; y

d): adherir la matriz de granos abrasivos al sustrato de herramienta con un material de unión abrasivo.

30. El método de acuerdo con la reivindicación 29, que comprende adicionalmente la etapa de retirar la plantilla del sustrato de herramienta.

31. El método de acuerdo con la reivindicación 29, que comprende adicionalmente la etapa de unir la plantilla que porta o incorpora la matriz de granos abrasivos, sobre el sustrato de herramienta, a fin de formar la herramienta abrasiva.

32. El método de acuerdo con la reivindicación 21, en el que el material de unión abrasivo se selecciona de entre el grupo consistente en materiales adhesivos, materiales de soldadura con capa intermedia, materiales de electro-recubrimiento, materiales electromagnéticos, materiales electrostáticos, materiales vitrificados, materiales de unión de polvo metálico, materiales poliméricos y materiales resinosos, así como combinaciones de los mismos.

33. El método de acuerdo con la reivindicación 20, en el cual la matriz se define por un conjunto de coordenadas cartesianas (x, y).

34. El método de acuerdo con la reivindicación 20, en el cual la matriz se define por un conjunto de coordenadas polares (r, \theta).

35. El método de acuerdo con la reivindicación 34, en el cual la matriz se define adicionalmente por un conjunto de coordenadas cartesianas (x, y).

36. El método de acuerdo con la reivindicación 20, en el cual el valor mínimo (k) supera el diámetro máximo del grano abrasivo.

37. El método de acuerdo con la reivindicación 36, en el cual el valor mínimo (k) es al menos 1,5 veces el diámetro máximo del grano abrasivo.

38. El método de acuerdo con la reivindicación 21, que comprende adicionalmente la etapa de transformar la matriz de granos abrasivos de una estructura bidimensional a una estructura tridimensional al enrollar la matriz de granos abrasivos hasta formar un rollo concéntrico.

39. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el grano abrasivo se selecciona de entre el grupo consistente en gránulos abrasivos individuales, puntas cortantes y compuestos que comprenden una pluralidad de gránulos abrasivos, así como combinaciones de los mismos.

40. El método de acuerdo con la reivindicación 20, en el cual el grano abrasivo se selecciona de entre el grupo consistente en gránulos abrasivos individuales, puntas cortantes y compuestos que comprenden una pluralidad de gránulos abrasivos, así como combinaciones de los mismos.

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41. Una herramienta abrasiva que comprende granos abrasivos unidos a un sustrato, de tal manera que los granos abrasivos tienen un diámetro máximo seleccionado y un intervalo de tamaños seleccionado, y los granos abrasivos están adheridos, en una matriz de una única capa, al sustrato por la unión, caracterizada porque:

42. La herramienta abrasiva de acuerdo con la reivindicación 41, en la cual cada grano abrasivo está situado en un punto sobre la matriz que ha sido definido restringiendo una serie de puntos seleccionada aleatoriamente sobre un plano bidimensional, de tal manera que cada punto está separado de cada otro punto por un valor mínimo (k) que es al menos 1,5 veces el diámetro máximo del grano abrasivo.

43. La herramienta abrasiva de acuerdo con la reivindicación 41, en la cual cada grano abrasivo está situado en un punto sobre la matriz que ha sido definido al:

(a) restringir o limitar una serie de pares de valores de coordenadas (x, y) de tal manera que los valores de coordenadas a lo largo de al menos uno de los ejes queden restringidos a una secuencia numérica en la que cada valor difiere del siguiente valor por una cantidad constante;

(b) desemparejar cada par de valores de coordenadas seleccionado (x_{1}, y_{1}), a fin de dar lugar a un conjunto de valores x seleccionados y un conjunto de valores y seleccionados;

(c) seleccionar aleatoriamente, de entre los conjuntos de valores x e y, una serie de pares de valores de coordenadas aleatorios (x, y), de manera que cada par tiene valores de coordenadas que difieren de los valores de coordenadas de cualquier par de valores de coordenadas vecino por un valor mínimo (k); y

(d) generar una matriz de los pares de valores de coordenadas seleccionados aleatoriamente que tenga los suficientes pares, representados como puntos sobre un gráfico, como para procurar la zona de exclusión en torno a cada grano abrasivo.

44. El método de acuerdo con la reivindicación 41, en el cual el sustrato se selecciona de entre el grupo consistente en una forma previa de herramienta rígida y un respaldo flexible, así como combinaciones de los mismos.

45. El método de acuerdo con la reivindicación 44, en el cual la forma previa de herramienta rígida tiene una forma geométrica que presenta un eje de simetría de rotación.

46. El método de acuerdo con la reivindicación 45, en el cual la forma geométrica de la forma previa de herramienta rígida se selecciona de entre el grupo consistente en formas de disco, de reborde, de anillo, de cilindro y troncocónica, así como combinaciones de las mismas.

47. El método de acuerdo con la reivindicación 44, en el cual el respaldo flexible se selecciona de entre el grupo consistente en películas, hojas metálicas, telas, láminas no tejidas, bandas, pantallas, láminas perforadas, estratificados y combinaciones de los mismos.

48. El método de acuerdo con la reivindicación 47, en el cual el respaldo flexible se transforma en una forma seleccionada de entre el grupo consistente en correas, discos, láminas, placas, rollos y cintas o tiras.

49. El método de acuerdo con la reivindicación 41, en el cual la unión se selecciona de entre el grupo consistente en materiales adhesivos, materiales de soldadura con capa intermedia, materiales de electro-recubrimiento, materiales electromagnéticos, materiales electrostáticos, materiales vitrificados, materiales de unión de polvo metálico, materiales poliméricos y materiales resinosos, así como combinaciones de los mismos.

50. El método de acuerdo con la reivindicación 42, que comprende adicionalmente la etapa de transformar la matriz de granos abrasivos de una estructura bidimensional en una estructura tridimensional al enrollar la matriz de granos abrasivos hasta formar un rollo concéntrico.

51. El método de acuerdo con la reivindicación 41, en el cual el grano abrasivo se selecciona de entre el grupo consistente en gránulos abrasivos individuales, puntas cortantes y compuestos que comprenden una pluralidad de gránulos abrasivos, así como combinaciones de los mismos.