TW201318049A - 鑽石磨料及其電鍍鑽石工具 - Google Patents

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Wen-Tung Chen
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本發明透過鍍膜方式，在鑽石磨料表面進行改質，鑽石磨料之表面被覆一層類鑽薄膜或鑽石薄膜，並植入導電原子或半導電原子元素讓鑽石磨料表面具微導電性，使電鍍時讓鍍層可包覆於鑽石磨料，以提升鑽石磨料與工具基座的附著力。

Description

鑽石磨料及其電鍍鑽石工具
本發明係有關一種鑽石磨料，特別指一種具有微導電特性之鑽石磨料及其電鍍鑽石工具。
目前鑽石工具不論是在3C製造工業、傳統製造工業、航鈦工業或一般研磨使用的領域上均被廣泛地利用，如金屬的切割，工件研磨或鏡面拋光等；而這些鑽石研磨工具大多是以電鍍方式製造。
隨著科技的發展，精密的鑽石磨料研磨工具被大量的應用於高科技產業中，例如半導體科技產業中的化學機械研磨製程(Chemical Mechanical Polishing，CMP)所使用之拋光墊修整器(Pad Conditioner)，即是將鑽石磨料固定、結合於一金屬基盤之上，其結合方式除了習知的硬銲方式外，更有使用電鍍方式進行的技術，若能使鑽石磨料表面帶有適當的導電度，在電鍍過程，金屬鍍層可包覆於鑽石磨料，使得鑽石磨料在研磨的過程中大幅減少掉落的機率。
又如，LED產業中眾所週知的主要材料藍寶石晶圓，在其晶棒長成後需進行切片製程，傳統上是利用鑽石漿配合裸鋼線材來切割，鑽石漿的使用量相當大，故不環保、費時且成本高，所以目前已逐漸由電鍍鑽石線鋸(Diamond wire saw)所取代；電鍍鑽石線鋸是利用電鍍方式，將鑽石磨料附著一裸鋼線上，利用電鍍鑽石線鋸來切割藍寶石晶圓，可將切割時間由數天縮短到數小時。
在習知的電鍍鑽石工具中，不論是使用埋鍍或是懸浮的方式進行電鍍鑽石工具，其鑽石磨料大多是未經處理，在電鍍的過程中直接將裸料投入，使其逐漸埋入金屬鍍層之中，進而把鑽石磨料固定於研磨工具表面。然而，這種方式無法將鑽石磨料有效地固定於研磨工具表面，故在研磨過程中極有可造成鑽石磨料的脫落，若發生在CMP製程中，會造成晶圓的刮傷；而為了防止鑽石磨料脫落，必須增加電鍍層厚度，提升鍍層對鑽石磨料的包覆程度，則使得鑽石磨料露出鍍層的高度減少，影響到整體的切削能力。
目前世面上雖已有商業化之鑽石磨料表面有金屬鍍層，如鍍鈦或鍍鎳，但這些純金屬鍍層導電度過高，若使用這類表面鍍有金屬的鑽石磨料在電鍍鑽石工具上，由於導電鍍過高，容易造成在施鍍過程中，鑽石磨料結成團，進而影響到鑽石工具的表面精度或外觀等。
本發明在於提供一種鑽石磨料，其表面具有植入導電原子或半導電原子之改質層或是具有微導電性之碳化物層，使鑽石磨料在經過電鍍製程時可被電鍍層所包覆，進而提高鑽石磨料與工具表面之附著力。
本發明實施例提供一種鑽石磨料，其表面具有一導電層，該導電層具有微導電性，其中該導電層係為一植入導電原子或半導電原子之改質層，或者該導電層係為一碳-金屬化合物層。
本發明實施例提供一種電鍍鑽石工具，包括：一工具基座，該工具基座之表面利用一電鍍層將多個鑽石磨料固定於其上，其中每一該鑽石磨料之表面具有一導電層，該導電層具有微導電性，其中該導電層係為一植入導電原子或半導電原子之改質層，或者該導電層係為一碳-金屬化合物層。
本發明具有以下有益的效果：本發明之鑽石磨料的表面具有微導電特性，故電鍍層可延伸至鑽石磨料的表面而部分地或全部地包覆鑽石磨料，使鑽石磨料與工具基座之間具有較佳的附著力，故可大幅減少鑽石磨料在研磨/切削的過程中掉落的機率，另一方面，鑽石磨料可以散佈的型態固定於工具基座之表面，故對電鍍鑽石工具而言，其表面精度可被有效地掌握，進而提高研磨/切削的作業精度。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
本發明在於提供一種鑽石磨料，其表面經過改質後，使鑽石磨料的表面具有微導電性，使得鑽石磨料在電鍍附著於工具表面的過程中，電鍍金屬可以沿著鑽石磨料表面生長，提升鑽石磨料在工具表面的附著力，且同時保持鑽石工具的表面精度。
本發明提供一種鑽石磨料之表面改質方式，其步驟如下：
步驟一：如圖1，提供鑽石磨料11。在本具體實施例中，鑽石磨料11係為微米(micro)等級或奈米(nano)等級之天然鑽石微粒或人工鑽石微粒，但不以此為限，較佳地，所選用之鑽石磨料11的平均粒徑範圍係介於約1微米(μm)至100微米(μm)。
步驟二：一種鍍膜(coating)方式，使得鑽石磨料11之表面被覆一層改質層12，且在改質層12中植入特定含量之金屬元素或半導體元素，使鑽石磨料11之表面具有微導電性。在一具體實施例中，本步驟可利用電漿輔助化學氣相沈積(PECVD)方式，在鑽石磨料11之表面鍍上一層類鑽鍍層(Diamond like carbon，DLC)或鑽石鍍層(即為前述之改質層12)，並植入(doping)至少一種之導電原子或半導電原子於類鑽鍍層或鑽石鍍層之中，前述的金屬元素如鈦(Ti)、鉻(Cr)、釩(V)、鋯(Zr)、鎢(W)等，非金屬元素如硼(B)、矽(Si)等，藉此，植入導電原子或半導電原子之改質層12可因植入元素的作用而形成具有微導電性之導電層，舉例來說，可利用四氯化鈦(TiCl4)將鈦原子植入改質層12中，而植入導電原子或半導電原子之改質層12的電阻率可約在100 mΩ-cm(亳歐姆-公分)以下，較佳地，所述的電阻率約在80 mΩ-cm(亳歐姆-公分)以下。因此，本發明並不限制植入元素的種類或含量，僅需考慮的是所形成之導電層的電阻率約在100 mΩ-cm(亳歐姆-公分)以下，例如介於20至80 mΩ-cm之間，以避免後續電鍍製程中鑽石磨料產生堆疊成團的問題。
而在一變化實施例中，此步驟可利用濺鍍(sputtering)的方式達成。例如選用鉻(Cr)靶材，並在工作壓力：1.2 Pa的條件下利用乙炔(C2H2)電漿將鉻(Cr)植入上述類鑽鍍層或鑽石鍍層之中，其結果如圖4所示，隨著乙炔通入流量的變化(40至200sccm)，所製作之具有微導電性之導電層的電阻率係介在1至80 mΩ-cm(亳歐姆-公分)之間。值得說明的是，當乙炔通入流量降低時，改質層12中所植入之鉻含量也隨之提高，而所形成之植入導電原子或半導電原子之改質層12會成為碳鉻化合物層，其化學式為CrXCY，例如Cr23C6、Cr7C3、Cr3C2等等。同樣地，將鎢(W)元素植入上述類鑽鍍層或鑽石鍍層之中，在特定的條件下，所形成之植入導電原子或半導電原子之改質層12會成為碳鎢(WC)化合物層；而將釩(V)元素植入上述類鑽鍍層或鑽石鍍層之中，在特定的條件下，所形成之植入導電原子或半導電原子之改質層12會成為碳釩(VC)化合物層。換言之，步驟二中所形成之植入導電原子或半導電原子之改質層12在特定的製程條件下會成為碳-金屬化合物層，如上述碳鉻化合物層、碳鎢化合物層、碳釩化合物層等，其均可具有前述之微導電特性，以利後續電鍍製程的進行。
藉此，經過上述步驟所製作之鑽石磨料11可利用電鍍製程，例如電鍍鎳(Ni)固定於一工具基座21之表面，所述之工具基座21可為不銹鋼材質、鋁合金、鈦合金或合金鋼等金屬材質所製成之研磨墊、切割鋼線等等。如圖2所示，由於本發明之鑽石磨料11之表面具有微導電特性，故金屬電鍍層22除了與工具基座21之表面直接接觸部份的包覆之外，尚可沿著鑽石磨料11上的具有微導電性之導電層進行延伸成長而包覆鑽石磨料11，在本實施例中，金屬電鍍層22係部分地包覆鑽石磨料11，而利用鑽石磨料11之表面的微導電特性，使得鑽石磨料11可被金屬電鍍層22”抓牢”而緊密地固定於工具基座21上，以形成一種電鍍鑽石工具，如電鍍鑽石研磨工具、電鍍鑽石切削工具；再者，由於金屬電鍍層22係部分包覆鑽石磨料11，使鑽石磨料11裸露於金屬電鍍層22的部位較多，可有效提升切削能力。
另外，如圖3所示，金屬電鍍層22係全部地包覆鑽石磨料11，使鑽石磨料11更加緊密地固定於工具基座21上。
綜上所述，本發明至少具有以下優點：
1、相較於未經處理之鑽石磨料，本發明之經表面改質鑽石磨料在電鍍時，可以利用較薄的鍍層厚度即可得到良好的附著力，而較薄的鍍層厚度可讓鑽石磨料具有更大的裸露面積，進行有效提升工具的切削、研磨能力及速度。
2、本發明可以用較薄的電鍍層厚度即可達到高附著力，因此可節省電鍍的時間，提高電鍍工具(即上述之電鍍研磨工具、電鍍切削工具)之製作產能。
3、由於本發明之鑽石磨料的表面僅具有微導電特性，故金屬電鍍層不會將鑽石磨料以堆疊成團、成塊的方式附著於工具之表面，而是以一種分散度高、類似於單顆固定的態樣固接於工具之表面，故不影響工具的表面精度。
惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明之專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效變化，均同理皆包含於本發明之權利保護範圍內，合予陳明。
11．．．鑽石磨料
12．．．改質層
21．．．工具基座
22．．．電鍍層
圖1係顯示本發明之鑽石磨料的示意圖。
圖2係顯示本發明之電鍍鑽石工具的示意圖，其中電鍍層係部分地包覆鑽石磨料。
圖3係顯示本發明之另一種電鍍鑽石工具的示意圖，其中電鍍層係全部地包覆鑽石磨料。
圖4係顯示乙炔流量與導電層的電阻率之實驗曲線。
11．．．鑽石磨料
12．．．改質層

Claims (10)

  1. 一種鑽石磨料，其表面具有一導電層，該導電層具有微導電性，其中該導電層係為一植入導電原子或半導電原子之改質層，或者該導電層係為一碳-金屬化合物層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之鑽石磨料，其中該改質層係為類鑽鍍層或鑽石鍍層，所述之半導電原子係為硼或矽。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之鑽石磨料，其中該改質層係為類鑽鍍層或鑽石鍍層，所述之導電原子係為鈦、鉻、釩、鋯或鎢。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之鑽石磨料，其中該碳-金屬化合物層係為碳鉻化合物層、碳鎢化合物層或碳釩化合物層。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之鑽石磨料，其中該導電層的電阻率係在100 mΩ-cm以下。
  6. 一種電鍍鑽石工具，包括：一工具基座，該工具基座之表面利用一電鍍層將多個鑽石磨料固定於其上，其中每一該鑽石磨料之表面具有一導電層，該導電層具有微導電性，其中該導電層係為一植入導電原子或半導電原子之改質層，或者該導電層係為一碳-金屬化合物層。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電鍍鑽石工具，其中該改質層係為類鑽鍍層或鑽石鍍層，所述之半導電原子係為硼或矽，所述之導電原子係為鈦、鉻、釩、鋯或鎢。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之電鍍鑽石工具，其中該碳-金屬化合物層係為碳鉻化合物層、碳鎢化合物層或碳釩化合物層。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之電鍍鑽石工具，其中該導電層的電阻率係在100 mΩ-cm以下。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之電鍍鑽石工具，其中該電鍍層係部分地或全部地包覆於該些鑽石磨料。
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