TW201513970A - 拋光墊及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種拋光墊及其製造方法。該拋光墊具有一研磨層，該研磨層包括複數條纖維及一本體。該等纖維之細度係為0.001丹尼至6丹尼。該本體係為一發泡體，且包覆該等纖維，該本體具有複數個第一孔洞及複數個第二孔洞，該等第一孔洞係彼此連通，該等第二孔洞係彼此獨立，該等第一孔洞之尺寸係大於該等第二孔洞之尺寸至少5倍，其中該研磨層之硬度係為30至90 Shore D，且壓縮率為1%至10%。

Description

拋光墊及其製造方法
本發明係關於一種拋光墊及其製造方法，特別是一種具有纖維基材之拋光墊及其製造方法。
習知拋光墊大致上可分為二種：不織布型拋光墊及獨立發泡型拋光墊。習知不織布型拋光墊包括複數條纖維及一樹脂，其製造方法為使用絲絨或仿麂皮等的纖維與該樹脂之複合材料，或是將該等纖維所形成之不織布含浸於熱可塑性聚胺基甲酸酯樹脂並使其濕式凝固而成之壓縮變形性大且較柔軟的薄片。此種拋光墊之缺點為因為其柔軟性容易導致研磨面平坦化性能不好，而且該樹脂無法均勻地包覆該等纖維，亦即會有部分纖維未被該樹脂包覆，導致整體強度不足及使用壽命較短。
習知獨立發泡型拋光墊包括複數孔洞及一樹脂，其製造方法為將該樹脂(通常為熱塑性聚胺基甲酸酯之高分子發泡體)灌入一圓形鑄模筒中，待冷卻凝固後再予以切片製得。此種拋光墊之剛性比第一種習知不織布型拋光墊高，且具有獨立氣泡結構，常被用在高平坦化拋光。然而，此種拋光墊最大的問題在於因該樹脂濃度在該圓形鑄模筒中的分佈較不易均勻，成型時該圓形鑄模筒各位置溫度分佈的差異性會造成該等孔洞大小及分佈不一，且不易控制，再經切片製程後，會使該拋光墊之切片面的孔洞大小不一更為明顯。此外，該等孔洞彼此 不連通，在使用時會使研磨液不易流通，而容易刮傷工件。
因此，有必要提供一創新且富進步性的拋光墊及其製造方法，以解決上述問題。
本發明係提供一種拋光墊，具有一研磨層，該研磨層包括複數條纖維及一本體。該等纖維係交錯排列成一纖維基材，該等纖維之細度係為0.001丹尼至6丹尼。該本體係為一發泡體，且包覆該等纖維，該本體具有複數個第一孔洞及複數個第二孔洞，該等第一孔洞係彼此連通，該等第二孔洞係彼此獨立，該等第一孔洞之尺寸係大於該等第二孔洞之尺寸至少5倍，其中該研磨層之硬度係為30至90 Shore D，且壓縮率為1%至10%。
本發明另提供一種拋光墊之製造方法，其包括以下步驟：(a)將一纖維基材置放於一模具內，其中該纖維基材包含複數條纖維，且該等纖維之細度係為0.001丹尼至6丹尼；(b)將一發泡樹脂注入該模具中以滲入該纖維基材中而包覆該等纖維，其中該發泡樹脂之黏度係為2000cps至5000cps；及(c)加熱以固化該發泡樹脂，以形成一研磨層，該研磨層包括該纖維基材及一本體，其中該本體係由該發泡樹脂固化而成之發泡體，且包覆該等纖維，該本體具有複數個第一孔洞及複數個第二孔洞，該等第一孔洞係彼此連通，該等第二孔洞係彼此獨立，該等第一孔洞之尺寸係大於該等第二孔洞之尺寸至少5倍，其中該研磨層之硬度係為30至90 Shore D，且壓縮率為1%至10%。
在本發明中，該拋光墊不僅有較佳的剛性及提供高平坦化的效能，不易刮傷被拋光/研磨之工件，使得被拋光/研磨之工件具有較佳表面品質，且使用壽命較長。此外，該拋光墊在生產方法上也有較佳的穩定性與再現性。
1‧‧‧本發明研磨設備
2‧‧‧研磨層
3‧‧‧模具
11‧‧‧下平台
12‧‧‧吸附墊片
13‧‧‧待拋光基材
14‧‧‧上平台
15‧‧‧拋光墊
16‧‧‧研磨漿液
17‧‧‧背膠層
18‧‧‧背膠層
20‧‧‧纖維基材
21‧‧‧纖維
22‧‧‧本體
32‧‧‧注射頭
34‧‧‧發泡樹脂
36‧‧‧切割線
221‧‧‧第一孔洞
222‧‧‧第二孔洞
223‧‧‧研磨表面
圖1顯示本發明研磨設備之示意圖；圖2顯示本發明拋光墊之一實施例之局部放大剖視示意圖；圖3顯示本發明拋光墊之另一實施例之局部放大剖視示意圖；及圖4至圖8顯示本發明拋光墊之製造方法之一實施例之示意圖。
參考圖1，顯示本發明研磨設備之示意圖。該研磨設備1包括一下平台(Lower Base Plate)11、一吸附墊片(Sheet)12、一待拋光基材(Polishing Workpiece)13、一上平台(Upper Base Plate)14、一拋光墊(Polishing Pad)15及一研磨漿液(Slurry)16。該下平台11係相對於該上平台14。該吸附墊片12係利用一背膠層17黏附於該下平台11上，且該吸附墊片12係用以承載及固定該待拋光基材13。該待拋光基材13係選自由半導體、儲存媒體基材、積體電路、LCD平板玻璃、光學玻璃及光電面板所組成之群。該拋光墊15係固定於該上平台14，例如：利用一背膠層18以黏附該上平台14上。該拋光墊15面向該下平台11，用以對該待拋光基材13進行拋光。
該研磨設備1之作動方式如下。首先將該待拋光基材13置於該吸附墊片12上，且該待拋光基材13被該吸附墊片12吸住。接著，該上平台14及該下平台11係以相反方向旋轉，且同時將該上平台14向下移動，使該拋光墊15之研磨表面223接觸到該待拋光基材13之表面，藉由不斷補充該研磨漿液16以及該拋光墊15的作用，可對該待拋光基材13進行拋光作業。
參考圖2，顯示本發明拋光墊之一實施例之局部放大剖視示意圖。該拋光墊15可以是單層結構或多層結構。在本實施例中，該拋光墊15係為單層結構，且具有一研磨層2。該研磨層2包括複數條纖維21及一本體22。該等纖維21係交錯排列成一纖維基材20，該等纖維21之細度係為0.001丹尼至6丹尼。該等纖維21之材質係選自由聚醯胺樹脂 (Polyamide Resin)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate,PET)、尼龍(Nylon)、聚丙烯(Polyproylene,PP)、聚酯樹脂(Polyester Resin)、丙烯酸樹脂(Acrylic Resin)、聚丙烯腈樹脂(Polyacrylonitrile Resin)及其複合物所組成之群。較佳地，該等纖維21係為短纖維其長度為30至100mm，且該纖維基材20係為不織布。該纖維基材20的密度較佳係為0.05至0.30g/cm3。
該本體22係為一發泡體，且包覆該等纖維21。在本實施例中，該本體22係為獨立發泡體，其係為樹脂組合物或共聚物，且其材質包括一第一成份及一第二成份。該第一成份係為多異氰酸鹽(polyuisocyanate)，較佳地，該多異氰酸鹽係為二異氰酸甲苯(TDI)或二異氰酸二苯甲烷(MDI)。該第二成份係為發泡劑，較佳地，該發泡劑係為多元醇類(polyol)。較佳地，該本體22之材質更包括一交聯硬化劑，用以加速該本體22之硬化。該交聯硬化劑可以是脂肪族胺、脂環族胺、醯胺基胺或雙氰雙胺。該本體22具有複數個第一孔洞221及複數個第二孔洞222。該等第一孔洞221係彼此連通，該等第二孔洞222係彼此獨立，該等第一孔洞221之尺寸係大於該等第二孔洞222之尺寸至少5倍，較佳為至少10倍。在本實施例中，該等第一孔洞221之尺寸係為1至3mm，該等第二孔洞222之尺寸係為100至300μm。該等第一孔洞221係為物理性孔洞，其係為該本體22之原料包覆該等纖維21後，所自然形成位於該等纖維21間之空間，而且該等纖維21未顯露於該等第一孔洞221中。亦即，該等第一孔洞221並非經由發泡或含浸或其他化學加工手段所形成之孔洞。該等第二孔洞222係為發泡孔洞，其係由該本體22之原料經由發泡製程所形成。
該研磨層2之硬度係為30至90 Shore D，較佳為40至70 Shore D。該研磨層2之壓縮率為1%至10%，較佳為2%至5%。如圖2所示，該本體22具有一研磨表面223，部分該等纖維21係突出於該研磨表面223。
參考圖3，顯示本發明拋光墊之另一實施例之局部放大剖視示意圖。在本實施例中，該等纖維21係完全被該本體22包覆，亦即，每一該等纖維21之二端係完全被該本體22包覆，使得該等纖維21未顯露於該等第一孔洞221中。
在本發明中，該研磨層2之硬度及強度(剛性)適中，因此該研磨表面223平坦化性能較佳，不易刮傷該待拋光基材13，且使用壽命較長。
參考圖4至圖8，顯示本發明拋光墊之製造方法之一實施例之示意圖。該拋光墊之製造方法包括以下步驟。首先，參考圖4，提供一纖維基材20，其係由複數條纖維21交錯排列而成。該等纖維21之細度係為0.001丹尼至6丹尼。該等纖維21之材質係選自由聚醯胺樹脂(Polyamide Resin)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate,PET)、尼龍(Nylon)、聚丙烯(Polyproylene,PP)、聚酯樹脂(Polyester Resin)、丙烯酸樹脂(Acrylic Resin)、聚丙烯腈樹脂(Polyacrylonitrile Resin)及其複合物所組成之群。較佳地，該等纖維21係為短纖維，其長度為30至100mm，且該纖維基材20係為不織布。該纖維基材20的重量為350g/m2至1000g/m2，且密度較佳係為0.05至0.30g/cm3。
接著，將該纖維基材20置放於一模具3內。在本實施例中，該模具3係為盒狀，其具有一長度、一寬度及一深度。
接著，提供一發泡樹脂。在本實施例中，該發泡樹脂係為樹脂組合物或共聚物，其材質包括一第一成份及一第二成份。該第一成份係為多異氰酸鹽(polyuisocyanate)，較佳地，該多異氰酸鹽係為二異氰酸甲苯(TDI)或二異氰酸二苯甲烷(MDI)。該第二成份係為發泡劑，較佳地，該發泡劑係為多元醇類(polyol)。較佳地，該發泡樹脂之材質更包括一交聯硬化劑，用以加速該發泡樹脂之硬化。該交聯 硬化劑可以是脂肪族胺、脂環族胺、醯胺基胺或雙氰雙胺。同時，將該發泡樹脂之原料(即該第一成份及該第二成份)混合攪拌後形成適當黏度，較佳地，該發泡樹脂之黏度係為2000cps至5000cps。
參考圖5，將該發泡樹脂34注入該模具3中以滲入該纖維基材20中而包覆該等纖維21，直到該纖維基材20完全浸在該發泡樹脂34中為止。此時，該發泡樹脂34滲入該纖維基材20後形成複數個第一孔洞221(圖2及圖3)。該等第一孔洞221係為物理性孔洞，其係為該發泡樹脂包覆該等纖維21後，所自然形成位於該等纖維21間之空間，而且該等纖維21未顯露於該等第一孔洞221中。亦即，該等第一孔洞221並非經由發泡或含浸或其他化學加工手段所形成之孔洞。在本實施例中，該發泡樹脂34係經由一注射頭32以注射或滴射方式進入該纖維基材20，亦即該發泡樹脂34係從該纖維基材20上方因重力作用而向下滲入該纖維基材20，其與習知含浸製程並不相同。較佳地，該注射頭32在此過程中會移動，以使該發泡樹脂34更均勻地分佈於該纖維基材20中。
參考圖6，加熱以固化該發泡樹脂，以形成一研磨層2，該研磨層2包括該纖維基材20及一本體22(圖2)，其中該本體22係由該發泡樹脂34固化而成之發泡體，且包覆該等纖維21。此時，該發泡樹脂34被加熱後，其內之氮(N2)或二氧化碳(CO2)逸出而形成複數個第二孔洞222。亦即，該等第二孔洞係為發泡孔洞，其係由該本體22之原料(該發泡樹脂34)經由發泡製程所形成。因此，該本體22具有該等第一孔洞221及該等第二孔洞222，該等第一孔洞221係彼此連通，該等第二孔洞222係彼此獨立，該等第一孔洞221之尺寸係大於該等第二孔洞222之尺寸至少5倍，其中該研磨層2之硬度係為30至90 Shore D，且壓縮率為1%至10%。
在本實施例中，此加熱固化製程包含二個階段：第一階段是預 熟成步驟，第二階段是硬化熟成步驟。該預熟成步驟係直接加熱位於該模具3內之該發泡樹脂34及該纖維基材20，以形成該研磨層2。接著，硬化熟成步驟係將該研磨層2從該模具3取出後置放於一烘箱或一熟成室中一段較長時間，以使該本體22(該發泡樹脂34)之性質更為穩定。
參考圖7及圖8，進行切片步驟，以使部分該等纖維21突出於該本體22之一表面，而製得圖1至圖3所示之該拋光墊15。在本實施例中，此切片步驟包含二個階段：第一階段是橫切，第二階段是縱切。參考圖7，顯示橫切步驟，在此步驟中，刀具(圖中未示)係沿著水平方向(如切割線36所示)去除該研磨層2之上部，以減小該研磨層2之厚度而顯露部分該等纖維21且形成該研磨表面223(圖2)。可以理解的是，也可以利用其他修整裝置去除該研磨層2之上部。參考圖8，顯示縱切步驟，在此步驟中，刀具(圖中未示)係沿著垂直方向將該研磨層2切割成複數個所需之尺寸。
較佳地，接著，在該研磨層2的背面貼上一背膠層18，以利黏附該上平台14(圖1)上。
茲以下列實例予以詳細說明本發明，唯並不意謂本發明僅侷限於此等實例所揭示之內容。
實例1：
首先，提供厚度5.0mm的不織布纖維基材，其重量為950g/m2，且密度為0.19g/cm3。該不織布基材之纖維之材質為100%之聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate,PET)，且細度為1.50丹尼。
接著，將該纖維基材置放於模具內，在本實施例中，該模具之長度、寬度及深度分別為100cm、100cm及1cm。
接著，以78.00重量%且當量數為200~450的二異氰酸酯(TDI成份)與22.00重量%且當量數為50~250的多元醇充分混合形成一發泡樹脂。 同時，將該發泡樹脂混合攪拌後形成黏度2250cps的高分子溶液。
接著，將該發泡樹脂之高分子溶液注入該模具中以滲入該纖維基材中而包覆該等纖維。
接著，進行預熟成步驟，直接加熱位於該模具內之該發泡樹脂及該纖維基材至70℃，且維持60分鐘，以形成該研磨層。接著，進行硬化熟成步驟，將該研磨層從該模具取出後置放於一熟成室中12小時，其中該熟成室之溫度為70℃。此實例之研磨層之硬度為40 Shore D、壓縮率為5.33%。
接著，進行切片步驟，以露出部分纖維，且將該研磨層切割成複數個所需之尺寸。之後，在該研磨層的背面貼上一背膠層。
實例2：
首先，提供厚度4.5mm的不織布纖維基材，其重量為675g/m2，且密度為0.19g/cm3。該不織布基材之纖維之材質為60%之聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate,PET)及40%之尼龍(Nylon)，且細度為3.0丹尼。
接著，將該纖維基材置放於模具內，在本實施例中，該模具之長度、寬度及深度分別為90cm、170cm及5cm。
接著，以74.20重量%且當量數為200~450的二異氰酸酯(TDI成份)、20.81重量%且當量數為50~250的交聯硬化劑以及4.99重量%且當量數為50~150的多元醇充分混合形成一發泡樹脂。同時，將該發泡樹脂混合攪拌後形成黏度3600cps的高分子溶液。
接著，將該發泡樹脂之高分子溶液注入該模具中以滲入該纖維基材中而包覆該等纖維。
接著，進行預熟成步驟，直接加熱位於該模具內之該發泡樹脂及該纖維基材至80℃，且維持75分鐘，以形成該研磨層。接著，進行硬化熟成步驟，將該研磨層從該模具取出後置放於一熟成室中14小 時，其中該熟成室之溫度為80℃。此實例之研磨層之硬度為45 Shore D、壓縮率為2.42%。
接著，進行切片步驟，以露出部分纖維，且將該研磨層切割成複數個所需之尺寸。之後，在該研磨層的背面貼上一背膠層。
實例3：
首先，提供厚度3.0mm的不織布纖維基材，其重量為390g/m2，且密度為0.13g/cm3。該不織布基材之纖維之材質為50%之聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate,PET)及50%之聚丙烯(Polyproylene,PP)，且細度為2.5丹尼。
接著，將該纖維基材置放於模具內，在本實施例中，該模具之長度、寬度及深度分別為110cm、110cm及5cm。
接著，以68.90重量%且當量數為200~450的二異氰酸酯(TDI成份)、28.57重量%且當量數為50~250的脂肪族胺以及2.53重量%且當量數為50~150的多元醇充分混合形成一發泡樹脂。同時，將該發泡樹脂混合攪拌後形成黏度4400cps的高分子溶液。
接著，將該發泡樹脂之高分子溶液注入該模具中以滲入該纖維基材中而包覆該等纖維。
接著，進行預熟成步驟，直接加熱位於該模具內之該發泡樹脂及該纖維基材至70℃，且維持80分鐘，以形成該研磨層。接著，進行硬化熟成步驟，將該研磨層從該模具取出後置放於一熟成室中16小時，其中該熟成室之溫度為70℃。此實例之研磨層之硬度為50 Shore D、壓縮率為1.36%。
接著，進行切片步驟，以露出部分纖維，且將該研磨層切割成複數個所需之尺寸。之後，在該研磨層的背面貼上一背膠層。
上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明，因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發 明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。
2‧‧‧研磨層
15‧‧‧拋光墊
20‧‧‧纖維基材
21‧‧‧纖維
22‧‧‧本體
221‧‧‧第一孔洞
222‧‧‧第二孔洞
223‧‧‧研磨表面

Claims (11)

  1. 一種拋光墊，具有一研磨層，該研磨層包括：複數條纖維，係交錯排列成一纖維基材，該等纖維之細度係為0.001丹尼至6丹尼；及一本體，係為一發泡體，且包覆該等纖維，該本體具有複數個第一孔洞及複數個第二孔洞，該等第一孔洞係彼此連通，該等第二孔洞係彼此獨立，該等第一孔洞之尺寸係大於該等第二孔洞之尺寸至少5倍，其中該研磨層之硬度係為30至90 Shore D，且壓縮率為1%至10%。
  2. 如請求項1之拋光墊，其中該纖維基材的密度係為0.05至0.30g/cm3，且該本體之材質包括一第一成份及一第二成份，該第一成份係為多異氰酸鹽，且該第二成份係為發泡劑。
  3. 如請求項1之拋光墊，其中該本體具有一研磨表面，部分該等纖維係突出於該研磨表面。
  4. 如請求項1之拋光墊，其中該等第一孔洞係為物理性孔洞，且該等第二孔洞係為發泡孔洞。
  5. 如請求項1之拋光墊，其中該等第一孔洞之尺寸係大於該等第二孔洞之尺寸至少10倍，其中該研磨層之硬度係為40至70 Shore D，且壓縮率為2%至5%。
  6. 如請求項1之拋光墊，其中該等纖維之材質係選自由聚醯胺樹脂(Polyamide Resin)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate,PET)、尼龍(Nylon)、聚丙烯(Polyproylene,PP)、聚酯樹脂(Polyester Resin)、丙烯酸樹脂(Acrylic Resin)、聚丙烯腈樹脂(Polyacrylonitrile Resin)及其複合物所組成之群。
  7. 如請求項1之拋光墊，其中該等纖維係完全被該本體包覆，且未顯露於該等第一孔洞中。
  8. 一種拋光墊之製造方法，包括以下步驟：(a)將一纖維基材置放於一模具內，其中該纖維基材包含複數條纖維，且該等纖維之細度係為0.001丹尼至6丹尼；(b)將一發泡樹脂注入該模具中以滲入該纖維基材中而包覆該等纖維，其中該發泡樹脂之黏度係為2000cps至5000cps；及(c)加熱以固化該發泡樹脂，以形成一研磨層，該研磨層包括該纖維基材及一本體，其中該本體係由該發泡樹脂固化而成之發泡體，且包覆該等纖維，該本體具有複數個第一孔洞及複數個第二孔洞，該等第一孔洞係彼此連通，該等第二孔洞係彼此獨立，該等第一孔洞之尺寸係大於該等第二孔洞之尺寸至少5倍，其中該研磨層之硬度係為30至90 Shore D，且壓縮率為1%至10%。
  9. 如請求項8之方法，其中該步驟(a)中，該纖維基材的密度係為0.05至0.30g/cm3，且該步驟(b)中，該發泡樹脂之材質包括一第一成份及一第二成份，該第一成份係為多異氰酸鹽，且該第二成份係為發泡劑。
  10. 如請求項8之方法，其中該步驟(c)之後更包括一切片步驟，以使部分該等纖維突出於該本體之一表面。
  11. 如請求項8之方法，其中該步驟(b)中，該發泡樹脂滲入該纖維基材後形成該等第一孔洞，其中該等第一孔洞係為物理性孔洞，且該步驟(c)中，加熱該發泡樹脂後形成該等第二孔洞，其中該等第二孔洞係為發泡孔洞。
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