MXPA01012335A - Herramientas abrasivas para esmerilar componentes electronicos. - Google Patents

Abstract

Herramientas abrasivas que contienen altas concentraciones de materiales llenadores huecos en una union mediante resina que son adecuadas para pulir y esmerilar materiales duros, tales como discos de ceramica y componentes que requieren una cantidad controlada de defectos de superficie; estas herramientas abrasivas altamente porosas comprenden grano abrasivo de arenilla fina, tal como abrasivo de diamante, junto con el material llenador hueco y la resina de union; que comprenden un respaldo y un borde abrasivo que contiene un maximo de 2 a 15 por ciento en volumen de grano abrasivo, el grano abrasivo tiene un tamano de arenilla maximo de 60 micras, en la cual el borde abrasivo comprende union mediante resina y al menos 40% en volumen de materiales llenadores huecos, y el grano abrasivo y la union mediante resina estan presentes en el borde abrasivo en una relacion de 1.51.0 a 0.31.0 de grano a union.

Description

HERRAMIENTAS ABRASIVAS PARA ESMERILAR COMPONENTES ELECTRÓNICOS MEMORIA DESCRIPTIVA Esta invención se refiere a herramientas abrasivas porosas, unidas mediante resina adecuadas para esmerilar y pulir la superficie de materiales duros, tales como cerámicas, metales y materiales mixtos que comprenden cerámicas o metales. Las herramientas abrasivas son útiles para esmerilar discos de silicio y de carburo de alúmina titanio (AITiC) que se utilizan en la fabricación de componentes electrónicos. Estas herramientas abrasivas esmerilan cerámicas y semiconductores a velocidades de remoción de material y velocidades de desgaste de rueda aceptables comercialmente con menos daño a la pieza de trabajo que las herramientas superabrasivas convencionales. Una herramienta abrasiva diseñada para producir acción de corte más rápida y más fría durante el esmerilado se describe en U.S.-A-2,806,772. La herramienta contiene aproximadamente 25 a 54 por ciento en volumen de grano abrasivo en aproximadamente 15 a 45 por ciento en volumen de resina de unión. La herramienta también contiene aproximadamente 1-30 por ciento en volumen de granulos de soporte de poro, tales como esferas huecas de pared delgada de arcilla vitrificada (por ejemplo globos de canamita) o perlita expandida al calor (intumecente) (vidrio de sílice volcánica) para separar las partículas de grano abrasivo para un mejor corte y menos carga de la cara de esmerilado con polvo de la pieza de trabajo. Los granulos de soporte de poro se seleccionan para ser de aproximadamente 0.25 a 4 veces el tamaño del grano abrasivo. Una herramienta abrasiva que contiene únicamente burbujas de alúmina fusionadas y ningún grano abrasivo se describe en U.S.-A-2,986,455. La herramienta tiene una estructura porosa, abierta y características de corte libre. Las ruedas unidas mediante resina hechas de acuerdo con la patente se utilizan para esmerilar hule, cartón de fibra de papel y plásticos. Los aglomerados erosionables útiles para elaborar herramientas abrasivas se describen en U.S.-A-4,799,939. Estos materiales contienen grano abrasivo en materiales unidos por resina y hasta 8 por ciento en peso de material de burbuja hueca. Los aglomerados se describen como que son particularmente útiles en abrasivos recubiertos. Una herramienta abrasiva adecuada para esmerilar superficies de zafiro y otros materiales cerámicos se describe en U.S.-A-5,607,489 a L¡. La herramienta contiene diamante revestido de metal unido en una matriz vitrificada que comprende de 2 a 20% en volumen de lubricante sólido y al menos 10% en volumen de porosidad. Las herramientas abrasivas conocidas en la técnica no se han mostrado completamente satisfactorias para esmerilado de superficie de precisión fina o pulido de componentes de cerámica. Estas herramientas fallan para satisfacer las especificaciones rigurosas para formación de parte, tamaño ja Í JL _t Si j- i& iuk y calidad de superficie en procedimientos de esmerilado y pulido comerciales. La mayoría de las herramientas abrasivas comerciales recomendadas para utilizarse en dichas operaciones son ruedas superabrasivas unidas mediante resina diseñadas para operar a eficacias de esmerilado relativamente bajas como para evitar daño a la superficie y a la sub-superficie de los componentes de cerámica. Estas herramientas comerciales contienen típicamente más de 15 por ciento en volumen de grano abrasivo de diamante que tiene un tamaño de grano máximo de aproximadamente 8 mieras. Las eficacias de esmerilado se reducen adicionalmente debido a la tendencia de las piezas de trabajo de cerámica para obstruir la cara de la rueda, requiriendo revestimiento de rueda frecuente y rectificación para mantener formas de precisión. Conforme ha crecido la demanda en el mercado para componentes de cerámica y semiconductores de precisión en productos tales como dispositivos electrónicos (por ejemplo, discos, cabezas magnéticas y ventanas de despliegue), ha crecido la necesidad para herramientas abrasivas mejoradas para esmerilado y pulido de precisión fina de cerámicas y otros materiales duros, quebradizos. La invención es una herramienta abrasiva que comprende un respaldo y un borde abrasivo que contiene un máximo de 2 a 15 por ciento en volumen de grano abrasivo, el grano abrasivo tiene un tamaño de arenilla máximo de 60 mieras, en la cual el borde abrasivo comprende unión por resina y al menos 40 por ciento en volumen de materiales llenadores huecos, tk s?-?^?^ i.^'i, y el grano abrasivo y la unión mediante resina están presentes en el borde abrasivo en una relación de grano a unión de 1.5:1.0 a 0.3:1.0. Las herramientas abrasivas de la invención son ruedas de esmerilado que comprenden un respaldo que tiene un agujero central para montar la rueda sobre una máquina esmeriladora, el respaldo está diseñado para soportar un borde abrasivo unido mediante resina a lo largo de una cara de esmerilado periférica de la rueda. El respaldo puede ser un disco o anillo de núcleo formado en una forma plana o en una forma de copa, o un husillo alargado o alguna otra forma rígida, preformada, del tipo que se utiliza para elaborar herramientas abrasivas. El respaldo está construido preferiblemente de un metal, tal como aluminio o acero, pero se puede construir de materiales poliméricos, cerámicos u otros, y puede ser un material mixto o laminado o combinación de estos materiales. El respaldo puede contener partículas o fibras para reforzar la matriz, o materiales llenadores huecos tales como vidrio, sílice, mulita, alúmina y esferas de Zeolita® para reducir la densidad del respaldo y reducir el peso de la herramienta. Las herramientas preferidas son ruedas de esmerilado de superficie, tales como las ruedas superabrasivas tipo 2A2T. Estas herramientas tienen un borde abrasivo continuo o segmentado montado a lo largo del labio estrecho de un respaldo en forma de anillo o de copa. Otras herramientas abrasivas útiles en la presente incluyen ruedas superabrasivas tipo 1A que tienen un respaldo de núcleo plano con un borde abrasivo alrededor de la circunferencia exterior del núcleo, herramientas abrasivas de íjj^¿¿g^^^^ ^^¿^^^!^ esmerilado de diámetro interior (I.D.) con un borde abrasivo montado sobre un respaldo de espiga, ruedas de acabado de esmerilado cilindricas de diámetro exterior (O.D.), herramientas de esmerilado de superficie con "botones" abrasivos montados sobre una cara de una placa de respaldo, y otras configuraciones de herramientas que se utilizan para llevar a cabo operaciones de esmerilado fino y de pulido sobre materiales duros. El respaldo se adhiere a un borde abrasivo en una variedad de formas. Se puede utilizar cualquier cemento conocido en la técnica para adherir componentes abrasivos a núcleos de metal, o a otros tipos de respaldos. Un cemento adhesivo adecuado, adhesivo Araldite™ 2014 Epoxy está disponible de Ciba Specialty Chemicals Corporation, East Lansing, Michigan. Otros medios de adhesión ¡ncluyen adhesión mecánica (por ejemplo, borde abrasivo se puede atornillar mecánicamente a la placa de respaldo a través de agujeros colocados alrededor del borde y en la placa de respaldo, o mediante construcción amilanada). Se pueden cavar ranuras en el elemento de respaldo y el borde abrasivo, o segmentos del borde abrasivo, si el borde no es continuo, se puede insertar en las ranuras y asegurarse en su lugar mediante un adhesivo. Si el borde abrasivo se utiliza en la forma de botones pequeños para esmerilado de superficie, los botones también se pueden montar sobre el respaldo con un adhesivo o por medios mecánicos. El grano abrasivo que se utiliza en el borde abrasivo es preferiblemente un superabrasivo seleccionado de abrasivos de diamante, naturales y sintéticos, CBN, y combinaciones de estos. También son útiles en |^^^^^^ íá presente los granos abrasivos convencionales, incluyendo, pero no limitados a óxido de alúmina, sol gel de alfa alúmina concrecionado, carburo de silicio, mulita, dióxido de silicio, alúmina circonio, óxido de cerio, combinaciones de los mismos, y mezclas de los mismos con granos 5 superabrasivos. Los granos abrasivos de arenilla más fina, es decir, un tamaño de grano máximo de aproximadamente 120 mieras, son útiles. Un tamaño máximo de aproximadamente 60 mieras se indica para operaciones de esmerilado y pulido fino. Los abrasivos de diamante se utilizan para esmerilar discos de 10 cerámica. Los tipos de diamante unido mediante resina se prefieren (por ejemplo, diamante Amplex disponible de Saint-Gobain Industrial Ceramics, Bloomfield, CT; abrasivo de diamante CDAM o CDA disponible de DeBeeres Industrial Diamond División, Berkshire, Inglaterra; y abrasivo de diamante IRV disponible de Tomei Diamond Co., Ltd., Tokio, Japón). 15 El diamante recubierto de metal (por ejemplo, níquel, cobre o titanio) se puede utilizar (por ejemplo abrasivo de diamante IRM-NP o abrasivo de diamante IRM-CPS disponible de Tomei Diamond Co., Ltd., Tokyo, Japón; y abrasivo de diamante CDA55N disponible de DeBeeres Industrial Diamond División, Berkshire, Inglaterra). 20 La selección de tamaño y tipo de grano variará dependiendo de la naturaleza de la pieza de trabajo, el tipo de procedimiento de esmerilado y la aplicación final para la pieza de trabajo (es decir, la importancia relativa de la velocidad de remoción de material, especificaciones de acabado de ^a&*aa^rTmílff^ -? - xt a - - superficie, planicie de superficie y daño de superficie que dictan los parámetros de procedimiento de esmerilado). Por ejemplo, en el esmerilado y pulido de discos de silicio o AITiC, es adecuado un tamaño de grano superabrasivo en la escala de 0/1 a 60 mieras (es decir, más pequeños de arenilla 400 en la escala de arenilla de diamante Norton Company), de 0/1 a 20/40 mieras se prefiere, y 3/6 mieras se prefiere más. Se pueden utilizar los tipos de abrasivo de unión de metal, o "de bloque pequeño" de diamante (por ejemplo, abrasivo de diamante MDA disponible de DeBeers Industrial Diamond División, Berkshire, Inglaterra). Se prefieren tamaños de arenilla más finos para acabado y pulido de superficie de la cara posterior de un disco de cerámica o de semi-conductor después de que los componentes electrónicos han sido adheridos a la cara frontal del disco. En esta escala de tamaños de arenilla de diamante, las herramientas abrasivas remueven material de discos de silicio y pulen la superficie del disco, pero las herramientas abrasivas no remueven mucho material de discos AITiC debido a la dureza de los discos AITiC. Las herramientas de la invención han logrado un pulido de acabado de superficie tan uniforme como 14 angstroms sobre discos AITiC. En las herramientas de la invención, el material llenador hueco está preferiblemente en forma de esferas huecas desmenuzables tales como esferas o microesferas de sílice. Otros materiales llenadores huecos útiles en la presente ¡ncluyen esferas de vidrio, alúmina en burbujas, esferas de mulita y mezclas de los mismos. Para aplicaciones tales como esmerilado de discos de silicio, se prefieren las esferas de silicio y las esferas son preferiblemente fai -« * __U*¿_-.»~« » . > >.>., , ^ -..„_,..... ¿ , . .. ^ >^. ^>»^. más grandes en diámetro que el tamaño del grano abrasivo. En otras aplicaciones, se pueden utilizar materiales llenadores huecos en tamaños de diámetro más grande que, equivalentes a, o más pequeños que el tamaño de diámetro del grano abrasivo. Se puede obtener un tamaño de diámetro uniforme tamizando llenadores disponibles comercialmente, o se puede utilizar una mezcla de tamaños. Los materiales llenadores huecos preferidos para esmerilado de disco de silicio pueden estar en la escala de 4 a 130 mieras de diámetro. Los materiales adecuados están disponibles de Emerson & Cuming Composite Materials, Inc., Cantón MA (esferas de sílice Eccosphere™ SID-311Z-S2, esferas de 44 µ de diámetro en promedio). La arenilla abrasiva y el material llenador hueco se unen juntos con una unión mediante resina. Varios materiales llenadores en polvo conocidos en la técnica se pueden añadir a los materiales unidos mediante resina en cantidades menores para ayudar a fabricar las herramientas o para mejorar las operaciones de esmerilado. Las resinas preferidas para utilizarse en estas herramientas incluyen resinas fenólicas, resinas alkídicas, resinas de poliimida, resinas epoxicas, resinas de éster de cianato y mezclas de las mismas. Las resinas adecuadas incluyen resina en polvo fenólica Durez™ 33-334 disponible de Occidental Chemical Corp., North Tonawanda, New York; resina fenólica Vacum™ 29345 en polvo de fluido corto de Occidental Chemical Corp., North Tonawanda, New York. Las resinas preferidas para herramientas que contienen un alto porcentaje en volumen de materiales llenadores huecos (por ejemplo, de 55 a ü a í ^sí í -? .,^-^ ..- ? ^ i-. j&úí ñ. 70 por ciento en volumen de esferas) son aquellas que tienen la capacidad de humedecer la superficie del sílice y abrasivo y se dispersan fácilmente sobre la superficie de las esferas de sílice como para adherir el abrasivo de diamante a la superficie de las esferas. Esta característica es particularmente importante en ruedas que comprenden porcentajes en volumen muy bajos de resinas, tales como 5-10 por ciento en volumen. Como un porcentaje en volumen del borde abrasivo, las herramientas comprenden de 2 a 15% en volumen de grano abrasivo, preferiblemente de 4 a 11% en volumen. Las herramientas comprenden de 5 a 20% en volumen de unión mediante resina, preferiblemente de 6 a 10% en volumen, y de 40 a 75% en volumen de material llenador hueco, preferiblemente de 50 a 65% en volumen, con el resto de la matriz de unión por resina comprendiendo porosidad residual que sigue del moldeo y curación (es decir, de 12 a 30% en volumen de porosidad). La relación de grano de diamante a resina de unión puede estar en la escala de 1.5:1.0 a 0.3:1.0, y preferiblemente es de 1.2:1.0 a 0.6:1.0. El borde abrasivo de las herramientas de la invención se fabrica mezclando de manera uniforme el grano abrasivo, el material llenador hueco y la resina de unión, y moldeando y curando la mezcla. Los bordes abrasivos se pueden fabricar mediante combinación en seco de los componentes, con la adición opcional de agentes humectantes, tales como resinas de resola líquida, con o sin un solvente, tal como agua o benzaldehído, para formar una mezcla abrasiva, prensando en caliente la mezcla en un molde seleccionado y » -a.... ¿ -j dc?^mÁéás calentando el borde abrasivo moldeado para curar la resina y crear un borde abrasivo efectivo para esmerilado mediante abrasivo. La mezcla se tamiza típicamente antes de moldeo. El molde se construye preferiblemente de acero inoxidable o acero de alto carbón o alto cromo. Para ruedas que tienen 50-75% en volumen de material llenador hueco, se debe tener cuidado durante el moldeo y curación para evitar triturar los materiales llenadores huecos. El borde abrasivo preferiblemente se calienta a una temperatura máxima de aproximadamente 150 a 190°C durante un período de tiempo suficiente para entrelazar y curar la unión mediante resina. Otros ciclos de curación similares también se pueden utilizar. La herramienta curada se desprende entonces del molde y se enfría al aire. El borde abrasivo (o botones o segmentos) se adhiere a un respaldo para ensamblar la herramienta abrasiva final. Los pasos de acabado o de formación de borde y las operaciones de rectificación para lograr el equilibrio se pueden llevar a cabo sobre la herramienta terminada. Por medio de las selecciones de resina y llenador y las condiciones de curación, la unión mediante resina se puede volver relativamente quebradiza o desmenuzable, y se romperá o se formará en trozos más rápidamente y la herramienta abrasiva tendrá menos tendencia a cargarse con polvo de esmerilado. Las herramientas abrasivas comerciales para acabado de discos de cerámica o semi-conductores con frecuencia necesitan recubrirse con herramientas de recubrimiento para limpiar el polvo de esmerilado acumulado de la cara de esmerilado. En ruedas de grano ? » «. l *? fe-t-S . microabrasivo, tales como las ruedas de la invención, la operación de revestimiento con frecuencia desgasta la rueda más rápidamente que la operación de esmerilado. Debido a que se necesitan operaciones de revestimiento con menos frecuencia con las herramientas unidas mediante 5 resina de la invención, las herramientas se consumen más lentamente y tienen una vida más larga que las herramientas unidas mediante resina utilizadas en el pasado, incluyendo ruedas que tienen un contenido de diamante más alto o una unión más fuerte, menos desmenuzable. Las herramientas más preferidas de la invención tienen propiedades de unión 10 curadas que proporcionan un equilibrio óptimo de vida de herramienta con capacidad de ser quebradiza o tendencia de la unión fracturarse durante esmerilado. Las herramientas hechas con porcentajes en volumen más altos de material llenador hueco (por ejemplo de 55 a 70 por ciento en volumen) se 15 auto-revisten durante operaciones de esmerilado y pulido de superficie sobre discos de cerámica o semi-conductores. Se cree que el disco de cerámica o semi-conductor áspero que entra actúa en la manera de una herramienta de revestimiento para abrir la cara de la herramienta de esmerilado y liberar polvo cargado sobre la cara. Por lo tanto, en operaciones comerciales típicas, cada 20 nueva pieza de trabajo presenta inicialmente una superficie áspera para revestir la herramienta y entonces, conforme el procedimiento de esmerilado avanza, el polvo empieza a cargar la cara y la herramienta empieza a pulir la superficie de la pieza de trabajo y el consumo de energía empieza a J?ÁáSátib?itikk?* . ,. , ... Í íg^ .i *.* **. „*. _, *^m*^ • «*-** - '- «- - - '•- incrementarse. Con las herramientas de la invención, este ciclo ocurre dentro de las tolerancias de energía de las máquinas esmeriladoras y sin provocar quemadura de la pieza de trabajo. Al completar el ciclo con una pieza de trabajo, se presenta una nueva superficie áspera sobre la siguiente pieza de trabajo para vestir la cara de la herramienta y el ciclo se repite. Esta capacidad de las herramientas de la invención para esmerilar la superficie de discos de cerámica o semiconductores sin una operación de revestimiento ofrece un beneficio significante en la fabricación de discos de cerámica o semiconductores. Con contenidos más bajos de material llenador hueco (es decir, menos de 55% en volumen), las herramientas de la invención requieren una operación de revestimiento conforme los discos de cerámica se esmerilan a un acabado de superficie más fino, debido a que el disco tiende a cargar la cara de la herramienta abrasiva y el consumo de energía se incrementa. Las herramientas de la invención se prefieren para esmerilar materiales de cerámica incluyendo, pero no limitado a, óxidos, carburos, siliciuros tales como nitruro de silicio, oxinitruro de silicio, circonia estabilizada, óxido de aluminio (por ejemplo, zafiro), carburo de boro, nitruro de boro, diboruro de titanio, y nitruro de aluminio y materiales compuestos de estas cerámicas, así como ciertos materiales mixtos de matriz de metal tales como carburos cementados, nitruro de boro de diamante policristalino y policristalino cúbico. Se pueden esmerilar cerámicas de cristal único o policristalinas con estas herramientas abrasivas mejoradas. i -i i? tJ Í . .....i ...MA...

Entre las partes de cerámica y semiconductoras mejoradas utilizando las herramientas abrasivas de la invención están componentes electrónicos, incluyendo, pero no limitado a, discos de silicio, cabezas magnéticas y substratos. Las herramientas de la invención se pueden utilizar para pulido o esmerilado de acabado de componentes hechos de metales u otros materiales duros. A menos que se indique de otra manera, todas las partes y porcentajes en los siguientes ejemplos son en peso. Los ejemplos ilustran únicamente la invención y no están diseñados para limitar la invención.

EJEMPLO 1 Se prepararon ruedas abrasivas de la invención en forma de ruedas de diamante unidas mediante resina de 27.9 x 2.86 x 22.9 cm utilizando los materiales y procedimientos que se describen enseguida. Para hacer el borde abrasivo, se preparó una combinación de 4.17% en peso de polvo de resina alkídica (resina Bendix 1358, obtenida de AlliedSignal Automotive Braking Systems Corp. Troy, NY) y 11.71% en peso de polvo de resina fenólica de flujo corto (resina Varcum 29345, obtenida de Occidental Chemical Corp, North Yonawanda, NY). El material llenador hueco en forma de esferas de sílice de 33.14% en peso (sílice Eccosphere SID-311Z-S2 de 44 µ de diámetro promedio, obtenida de Emerson & Cuming Composite Materials, Inc., Cantón MA) y 50.98% en peso de grano de diamante (D3/6µ, Amplex lote #5-683 obtenido de Saint-Gobain Industrial Ceramics, Bloomfield CT) se mezclaron con la combinación de polvo de resina. Una vez que se obtuvo una combinación uniforme, se tamizó a través de un tamiz de malla US#170 en preparación para moldeo sobre un respaldo para formar la porción de borde abrasivo de la rueda abrasiva. El respaldo del borde abrasivo fue un anillo de aluminio (28.11 cm de diámetro exterior) diseñado para construcción de una rueda esmerilado superabrasiva tipo 2A2T. La base del anillo contuvo agujeros de perno para adherir la rueda abrasiva a una máquina esmeriladora de superficie que se utiliza en el acabado de discos de cerámica. En la preparación para moldeo del borde abrasivo, la superficie que lleva el abrasivo del anillo de aluminio se sometió a chorreo de arena y entonces se recubrió con un adhesivo fenólico a base de solvente para adherir la combinación de abrasivo y unir al anillo. El anillo de aluminio se colocó en un molde de acero construido de manera que el anillo de aluminio se vuelve la placa de fondo del molde. La combinación de abrasivo se colocó en el molde y sobre la superficie recubierta de adhesivo del anillo de aluminio a temperatura ambiente, se colocaron elementos de molde lateral y superior sobre el molde de acero, y el ensamble se colocó en una prensa de vapor precalentada (162-167°C). No se ejerció presión contra el borde abrasivo durante la etapa de calentamiento inicial. Cuando la temperatura alcanzó 75°C, se aplicó presión inicial. La presión se incrementó a 18,144 kg con el fin de alcanzar la densidad í^^l^j?^ i r*> *?A » , ** »rfniL» «. Mba ???*. * ... » .. - ^, fc , * *. - * ' objetivo (por ejemplo, 0J485 g/cm3), la temperatura del molde se incrementó a 160°C, y un tiempo de remojo de 10 minutos se llevó acabo a 160°C. La rueda se desprendió entonces del molde mientras está caliente. Los diámetros interior y exterior del respaldo de aluminio y del borde abrasivo se maquinaron a las dimensiones de rueda terminada. Se esmerilaron un total de 36 ranuras (cada una de aproximadamente 0.159 cm de ancho) en la superficie del borde para hacer un borde abrasivo ranurado. Los porcentajes en volumen de los componentes de estas ruedas y de otras ruedas de la invención y de una rueda comercial, comparativa, se muestran en el cuadro 1 enseguida.

EJEMPLO 2 Se prepararon ruedas abrasivas de la invención en forma de ruedas de diamante unidos mediante resina de 27.9 x 2.86 x 22.9 cm utilizando los materiales y procedimientos que se describen enseguida para la rueda 2-A. Para elaborar el borde abrasivo, se mezclaron juntos 16.59 % en peso de polvo de resina fenólica (resina Durez 33-334 obtenida de Occidental Chemical Corp, North Tonawanda, NY) y 55.34% en peso de esferas de sílice (esferas de sílice Eccophere SID-311Z-S2 de 44 mieras de diámetro promedio, obtenidas de Emerson & Composite Materiales, Inc. Cantón MA) y 30.07% en peso de grano de diamante (D3/6 mieras, Amplex lote #5-683 -i. . .t tn -í.? .*¿~* , . ¿-jxJüít, **.á¡í¿ ~— . .«. - . obtenido de Saint-Gobain Industrial Ceramics, Bloomfield CT). Una vez que se obtuvo una combinación uniforme, se tamizó a través de un tamiz de malla US#170 en preparación para moldeo sobre un respaldo para formar la porción de borde abrasivo de la rueda abrasiva. El elemento de respaldo del anillo de aluminio y el procedimiento de moldeo y curación del ejemplo 1 se utilizaron para hacer la rueda abrasiva utilizando esta combinación abrasiva. En otras versiones de estas ruedas, se sustituyeron los contenidos de diamante y de unión más altos para aquellos de la rueda 2-A para hacer la rueda 2-B; y un contenido de esfera de sílice alto se sustituyó por aquel de la rueda 2-A para hacer la rueda 2-C. Los porcentajes en volumen de los componentes de estas ruedas se muestran en el cuadro 1 enseguida.

CUADRO 1 % en volumen de la composición de ruedas ¿¿üt (a) Resina fenólica utilizada en esta unión fue una resina de resol catalizada por cinc. (b) La composición de rueda se estimó a partir del análisis de un producto comercial obtenido de Fujimi, Inc., Elmhurst, Illinois. (c) El análisis indica resina fenólica. (d) El llenador utilizado en esta rueda comprende partículas de cuarzo cristalinas. El llenador no estuvo hueco. Las partículas de llenador y el grano abrasivo fueron aproximadamente iguales en diámetro (cada uno de aproximadamente 3 mieras).

EJEMPLO 3 Ruedas abrasivas hechas de acuerdo con el ejemplo 1 (2 ruedas con bordes ranurados) y el ejemplo 2 (2 ruedas 2-A con bordes ranurados; y 1 rueda 2-A con borde no ranurado) se terminaron a tamaño de 27.9 x 2.9 x 22.9 cm y se compararon con una rueda de diamante unida mediante resina disponible comercialmente (FPW-AF-4/6-279ST-RT 3.5H obtenida de Fujimi, Inc., Elmhurst, Illinois) en un procedimiento de esmerilado de disco de silicio. Las condiciones de prueba de esmerilado fueron: Condiciones de prueba de esmerilado: Máquina: Strasbaugh Modelo 7AF. Especificaciones de rueda: Tipo 2A2TS; 27.9 x 2.9 x 22.9 cm. Í -? .A « ws¿a».t . >. ... . a-A.». _, . Aa. .*,.-. „»..• a , . ., ...i. . _. » a___¡_____aaá? Procedimiento de esmerilado fino: Especificación de rueda: Consultar cuadro 1. Velocidad de rueda: 4,350 rpm. Congelante: Agua desionizada. Velocidad de flujo de congelante: 11.4-18.9 litros/minuto. Material removido: Paso 1 : 10 µ, paso 2: 5 µ, paso 3: 5 µ, elevación: 2 µ. Velocidad de alimentación: paso 1 : 1 µ/s, paso 2: 0.7 µ/s, paso 3: 0.5 µ/s, elevación: 0.5 µ/s. Intervalo: 100 rev (antes de elevación). Material de trabajo: Discos de silicio, tipo N orientación 100 (diámetro de superficie15.2 cm, con borde plano); acabado de superficie Ra aproximadamente 4,000 angstroms. Velocidad de trabajo: 699 rpm, constante. Procedimiento de esmerilado en bruto: Velocidad de rueda: 3,400 rpm. Congelante: Agua desionizada. Velocidad de flujo de congelante: 11.4-18.9 litros/minuto. Material removido: Paso 1 : 10 µ, paso 2: 5 µ, paso 3: 5 µ, elevación: 10 µ. Velocidad de alimentación: paso 1 : 3 µ/s, paso 2: 2 µ/s, paso 3: 1 µ/s, elevación: 5 µ/s. Intervalo: 50 rev (antes de elevación). k¿*- h=ü. ^^^^^^^^^^^^^^t^|d»^.^ ^ Material de trabajo: Discos de silicio, tipo N, orientación 100 (diámetro de superficie15.2 cm, con borde plano). Velocidad de trabajo: 590 rpm, constante. En donde las herramientas abrasivas necesitaron ser rectificadas y revestidas, las condiciones de revestimiento y rectificación establecidas para esta prueba fueron de la siguiente manera.

Operación de rectificación: Disco: 38A240-HVS (obtenido de Norton Company). Tamaño de disco: 15.2 cm de diámetro. Velocidad de rueda: 1200 rpm. Material removido: paso 1 : 150 µ, paso 2: 10 µ, elevación: 20 µ. Velocidad de alimentación: paso 1 : 5 µ/s, paso 2: 0.2 µ/s, elevación: 2 µ/s. Intervalo: 25 rev (antes de elevación). Revestimiento de disco de rectificación: varilla manejada a mano (varilla 38A150-HVBE obtenida de Norton Company). Se realizaron las pruebas en el modo de esmerilado de émbolo de husillo vertical sobre discos de silicio para medir el rendimiento de rueda después de alcanzar una condición de esmerilado de estado fijo. Un mínimo de 200 discos, de 15.2 cm de tamaño de diámetro, que tienen un acabado de superficie inicial de aproximadamente 4,000 angstroms, tuvieron que ser esmerilados con cada rueda para alcanzar una operación de estado fijo para medición del rendimiento de esmerilado fino. Cada rueda se utilizó para remover un total de 20 µ de material del disco en el paso de esmerilado fino descrito anteriormente. El cuadro 1 muestra el rendimiento de las ruedas, como se indica mediante punto máximo de fuerza de esmerilado, velocidad de desgaste de rueda (un número de mediciones hechas después de esmerilar 25 discos), número de discos esmerilados, relación G y quemadura de disco, para los tres tipos diferentes de discos, con cada parámetro siendo registrado o medido después de alcanzar una condición de esmerilado de estado fijo. En el esmerilado de disco de silicio, cuando la cara de esmerilado de la rueda se carga con desechos que se remueven de la superficie del disco, la rueda se vuelve desafilada, la fuerza necesaria para esmerilar se incrementa y la rueda puede empezar a quemar el disco. Para evitar el daño al disco, la máquina esmeriladora Strasbaugh utilizada en esta prueba detiene automáticamente el procedimiento de esmerilado cuando la fuerza extraída mediante el procedimiento excede un máximo predeterminado (es decir, 244 Newtons). Para todas las ruedas la energía extraída (es decir, un punto máximo de corriente de motor en amperes) estuvo dentro de los límites de la máquina Strasbaugh para todos los discos esmerilados. El acabado de superficie de disco se midió con un interferómetro de luz blanca Zygo™, (NewView Modelo 100 Id 0 SN 6046 SB 0; ajustes: % Min Mod = 5, tamaño de área mínima = 20, Restauración de fase = alta, longitud de barrido = 10 µ bipolar (9 segundos), y FDA Res = alta). la» t uf? ? i. - ?. s »A « tsitt CUADRO 1 Fuerza en Velocidad de Acabado de Número de Quemadura Muestra Newtons desgaste de Relación G superficie'3' discos de disco (kg) rueda µ/disco Ra angstroms Ejemplo 1 con 24-14.06 ~ (b) 75 __ Ninguna ranuras Ejemplo 1 con 25-14.96 0.49 200 292 57.7 Ninguna ranuras Ejemplo 2-A con 17-11.79 0.47 200 306 „ Ninguna ranuras Ejemplo 2-A con 25-14.96 0.38 200 380 Ninguna ranuras Ejemplo 2-A sin 24-13.60 0.40 300 334 69.2 Ninguna ranuras Rueda 24-13.60 0.60 200 261 77.1 comercial Ninguna (a) Los números de acabado de superficie representan un promedio de 9 mediciones/disco y un promedio de 8 discos/prueba. La medición de acabado de superficie de la rueda del ejemplo 1 se hizo durante una prueba de esmerilado anterior bajo condiciones de esmerilado idénticas con una rueda diferente hecha de acuerdo con la formulación y procedimiento del ejemplo 1. (b) Demasiados discos se esmerilaron con esta rueda para hacer una medición exacta de velocidad de desgaste de rueda. Los datos muestran que las ruedas de la invención funcionan mejor que la rueda comercial. Las ruedas de la invención fueron aproximadamente ¡guales a la rueda comercial en punto máximo de fuerza de esmerilado, pero fueron mejores que las ruedas comerciales en velocidad de desgaste de rueda y en la relación G y en obtener un acabado de espejo sobre el disco durante operaciones de esmerilado finas. Las pruebas de esmerilado fino corridas bajo las mismas condiciones de esmerilado con la versión de rueda 2-B del ejemplo 2 demostraron una velocidad de desgaste de rueda aceptable, relación G y obtención de un acabado de superficie de 50-70 angstrom sobre discos de silicio. Debido a los contenidos de esfera de silicio más bajos y unión más alta y contenido de grano de diamante de esta rueda, la rueda 2-B no se auto-revistió y se volvió desafilada más rápidamente que 2-A, 2-C y las ruedas del ejemplo 1. Otra prueba bajo las mismas condiciones de esmerilado fino demostró que la rueda 2-C, con un contenido de esfera de sílice más alto (71 vs. 63.4 % en volumen) que la rueda 2-A, mostró rendimiento comparable a la rueda 2-A. Estos datos sugieren que las ruedas de alto contenido de esfera de sílice de los ejemplos 2-A y 2-C no se desafilaron, es decir, se auto-afilaron o auto-recubrieron. Se cree que las esferas de sílice en las ruedas se fracturan para mantener la cara de la rueda abierta y el alto porcentaje de esferas de sílice en las ruedas evita la carga de la cara de la rueda al llevar desechos lejos del disco. Además, a partir de operaciones hechas durante el esmerilado de discos con una superficie áspera (es decir, Ra aproximadamente 4,000 angstroms), se cree que la superficie áspera de la pieza de trabajo de disco entrante reviste de manera efectiva la cara de las ' •» »-» «---«- -i-* - -« .e M?t. ruedas de estos ejemplos 1 , 2-A y 2-C de manera que una operación de revestimiento por separado no se requiere. Aunque las ruedas del ejemplo 2-A se identificaron como las ruedas que tienen el mejor rendimiento total de esmerilado, todas las ruedas de la invención fueron aceptables. El rendimiento de las herramientas de la invención que contienen significativamente menos grano de diamante (es decir, de 4 a 14% en volumen) fue inesperado en relación al rendimiento de ruedas comerciales que contienen más grano de diamante (por ejemplo, aproximadamente 19% en volumen de grano de diamante) utilizadas típicamente para esmerilar discos de cerámica o semiconductores.

EJEMPLO 4 En una prueba de esmerilado subsecuente de las ruedas de la invención (rueda 2-A), bajo las mismas condiciones operativas como aquellas que se utilizaron en el ejemplo 3 previo, aproximadamente 20 µ de material se removió de un disco de silicio, y se generó un acabado de superficie de 50 a 70 angstroms mientras se utiliza un nivel aceptable de energía (es decir, sin quemadura de disco, y dentro de los límites de energía de la máquina Strasbaugh). Se hizo una rueda comparativa como se describe en el ejemplo 2 para la rueda 2-A, excepto que la rueda comparativa contuvo 10.1 % en volumen de resina y 71.3 % en volumen de esferas de sílice (es decir, sin -MM. .. .A ? ? * , »-*„&.. > iS» jk?±.... . tfOMa a*»-s s i . grano abrasivo). Esta rueda que no contuvo grano abrasivo de diamante en el borde abrasivo removió únicamente una cantidad insignificante de material de la superficie de los discos de sílice incluso después de alcanzar el máximo de máquina de 244 Newtons de fuerza. Esta rueda comparativa mejoró el acabado de superficie de un disco de silicio de superficie áspera (Ra de aproximadamente 4,000 angstroms) a un acabado de superficie de aproximadamente 188 angstroms, sin ningún signo de quemadura de disco. Sin embargo, la rueda libre de abrasivo, comparativa, no proveyó rendimiento de esmerilado fino aceptable (material removido, desgaste de rueda y relación G) y su rendimiento de acabado de superficie fue significativamente inferior al de la herramienta comercial y al de las herramientas de la invención. Por lo tanto, el rendimiento observado (remoción de material y pulido de superficie sin daño de superficie de la pieza de trabajo de cerámica) de las herramientas abrasivas de la invención no se observó en una herramienta que contiene únicamente esferas de sílice sin grano abrasivo.

Claims (7)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Una herramienta abrasiva que comprende un respaldo y un borde abrasivo que contiene de 2 a 15 por ciento en volumen de grano abrasivo, el grano abrasivo tiene un tamaño de arenilla máximo de 120 mieras, en la cual el borde abrasivo comprende unión mediante resina y al menos 40% en volumen de materiales llenadores huecos, y el grano abrasivo y la unión mediante resina están presentes en el borde abrasivo en una relación de 1.5:1.0 a 0.3:1.0 de grano a unión.

2.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque los materiales llenadores huecos se seleccionan del grupo consistente de esferas de sílice, esferas de mulita, alumina en burbujas, esferas de vidrio y combinaciones de los mismos.

3.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada además porque los materiales llenadores huecos son esferas de sílice.

4.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque las esferas de sílice están en la escala de 4 a 130 mieras de diámetro.

5.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el grano abrasivo es un grano super abrasivo, seleccionado del grupo consistente de nitruro de boro cúbico y diamante y combinaciones de los mismos, que tienen un tamaño de arenilla máximo de 60 mieras.

6.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada además porque el grano super abrasivo es grano de diamante que tiene un tamaño de arenilla en la escala de 0/1 a 20/40 mieras. 7 '.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la porosidad del borde abrasivo es de 12 a 30 por ciento en volumen. 8.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el borde abrasivo comprende de 5 a 20 por ciento en volumen de unión mediante resina. 9.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el borde abrasivo comprende de 5 a 10 por ciento en volumen de unión mediante resina. 10.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la unión mediante resina se selecciona del grupo consistente de resinas fenolicas, resinas alkídicas, resinas epóxicas, resinas de poliimida, resinas de éster de cianato y combinaciones de las mismas. 11.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada además porque la unión mediante resina comprende una resina fenolica. tl&.? ? íí ?-? .M? ? ít 4. «ßá??... ,*. *ii» . : < . ... , . ..A,. . ». . _ .. j_. - .. ?..J. . i .i *ÜA 12.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el borde abrasivo comprende de 50 a 75 por ciento en volumen de material llenador hueco. 13.- La herramienta abrasiva de conformidad con la 5 reivindicación 1 , caracterizada además porque los materiales llenadores huecos son partículas que tienen un diámetro promedio de 44 mieras. 14.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la herramienta abrasiva es una rueda esmeriladora tipo 2A2T, y en la cual el borde abrasivo comprende al 10 menos un segmento abrasivo y el segmento abrasivo tiene una forma alargada, arqueda y una curvatura interior seleccionada para coincidir con una cara circular elevada del respaldo. 15.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada además porque en el borde abrasivo una 15 pluralidad de segmentos está adherido a ranuras en el respaldo. 16.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada además porque el borde abrasivo es un w segmento abrasivo continuo que tiene una cara esmeriladora, y la cara 's V esmeriladora tiene una pluralidad de ranuras axiales esmeriladas en el borde 20 abrasivo. 1

7.- La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque la herramienta se selecciona de un grupo de ruedas esmeriladoras abrasivas que consisten de ruedas tipo i ?4 t« 4ftt ? Hr-tt ^ -¿J-*-*»- -.-t-Á» -A 2A2 , ruedas tipo 1A1 , ruedas de acabado de diámetro interior, ruedas de acabado de diámetro exterior, ruedas de acabado de ranura y ruedas de pulido. a