一种碳化硅晶圆减薄用陶瓷结合剂金刚石砂轮及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化硅晶圆减薄用陶瓷结合剂金刚石砂轮，由以下原料组成：金刚石磨料、陶瓷结合剂、造孔剂、酚醛树脂粉的质量比为（50～70）∶（10～30）∶（10～25）∶（10～15），陶瓷结合剂为低强度高流动性陶瓷结合剂，砂轮层为整环开槽切割分段型结构，并保留1～1.5mm厚度的非切割层。本发明专利技术的碳化硅晶圆减薄用陶瓷结合剂金刚石砂轮，可以实现对碳化硅晶圆高效率、高表面质量的减薄加工。高表面质量的减薄加工。高表面质量的减薄加工。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅晶圆减薄用陶瓷结合剂金刚石砂轮及制备方法


[0001]本专利技术涉及超硬磨料工具及其制备
，特别涉及一种碳化硅晶圆减薄用陶瓷结合剂金刚石砂轮。

技术介绍

[0002]碳化硅材料具有禁带宽度大、导热性好、载流子迁移率高等优点，是第三代半导体材料的代表之一，尤其适合大功率、高温、高频和抗辐照等应用场合。随着5G、光伏发电、新能源汽车需求的持续驱动，加速了碳化硅晶圆市场的快速发展。虽然碳化硅作为晶圆材料具有优良的性能，但是相比第一代半导体硅材料，其莫氏硬度可达9.5，仅次于金刚石，大幅度增加了减薄加工中的难度，除常见的效率低、加工质量不稳定外，还容易飞片和碎片，影响了碳化硅晶圆的推广应用。
[0003]硅晶圆的减薄加工目前已经是成熟阶段，金刚石为磨料的树脂结合剂、陶瓷结合剂、金属结合剂砂轮都有相应的产品。而碳化硅晶圆的减薄加工还处于探索发展阶段，三种结合剂的金刚石砂轮都在性能提升当中，当前最优的解决方案是日本进口陶瓷结合剂金刚石砂轮。国内的相关产品，不论是树脂结合剂，陶瓷结合剂，还是金属结合剂的金刚石砂轮，都无法满足性能要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种碳化硅晶圆减薄用陶瓷结合剂金刚石砂轮，实现对碳化硅晶圆高效率、高表面质量的减薄加工。
[0005]为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种碳化硅晶圆减薄用陶瓷结合剂金刚石砂轮，其制备方法包括以下步骤：（1）将金刚石磨料、陶瓷结合剂、造孔剂、酚醛树脂粉混合得到磨料层混合料；将磨料层混合料热压得到磨料层坯体；（2）将磨料层坯体烧结，得到陶瓷结合剂金刚石砂轮层；（3）将陶瓷结合剂金刚石砂轮层常规粘接在铝基体上，再经过常规机械加工，得到碳化硅晶圆减薄用陶瓷结合剂金刚石砂轮。
[0006]上述技术方案中，所述金刚石磨料、陶瓷结合剂、造孔剂、酚醛树脂粉的质量比为（50～70）∶（10～30）∶（10～25）∶（5～15），优选为（50～58）∶（18～24）∶（11～18）∶（8～13）。
[0007]上述技术方案中，所述陶瓷结合剂包括二氧化硅、硼酸、碳酸钠、碳酸锂、氧化锰；优选的，陶瓷结合剂由二氧化硅、硼酸、碳酸钠、碳酸锂、氧化锰制备，进一步优选的，按质量百分数，二氧化硅35%～50%，硼酸30～40%，碳酸钠2.5～5%，碳酸锂8～15%，余量氧化锰，优选的，二氧化硅40%～50%，硼酸33～38%，碳酸钠2.5～4%，碳酸锂11～15%，余量氧化锰。
[0008]上述技术方案中，所述陶瓷结合剂的制备流程如下：（1）将原料按照以下质量百分数混合均匀：二氧化硅35%～50%，硼酸30～40%，碳酸钠2.5～5%，碳酸锂8～15%，氧化锰1～3%；
（2）将所得混合料在熔块炉中1350℃～1500℃熔炼，冷却后球磨成粉体，通过325目标准筛，即为陶瓷结合剂。
[0009]上述技术方案中，所述造孔剂为PS（聚苯乙烯）树脂球，粒径50～100μm。
[0010]上述技术方案中，步骤（1）中，混合在研磨混料机中进行，混合的时间为1～3小时；热压的压力为10～20吨，压机上下板温度为170～200℃，热压的时间为15～30分钟。
[0011]上述技术方案中，步骤（1）中，磨料层坯体为砂轮磨削层整环结构；本专利技术磨削层整体成型，最后在开槽，提高了砂轮加工效果。
[0012]上述技术方案中，步骤（2）中，烧结的工艺为从室温经1.5～3小时升至280～320℃，保温1.5～2.5小时，然后经2.5～3.5小时升温至480～520℃，保温4.5～5.5小时，再经1.5～2.5小时升温至750～800℃，保温2.5～3.5小时，之后经1～3小时降温至400～550℃，保温0.5～1.5小时，最后随炉自然冷却。
[0013]上述技术方案中，步骤（3）中，机械加工为常规机械加工，比如车加工等；砂轮层的加工顺序为：砂轮层外圈磨加工、砂轮层内圈磨加工、砂轮层端面磨加工、砂轮层按角度均分开槽为32份，槽宽2mm（作为具体示例）。
[0014]申请人在生产试验中发现，碳化硅晶圆加工与硅晶圆加工不同，硅晶圆减薄砂轮可以通过大量的造孔并降低砂轮硬度的方法提高自锐性，实现树脂、陶瓷、金属三种结合剂对硅晶圆的加工，而这种办法在碳化硅晶圆的加工中，由于碳化硅硬度高，导致砂轮消耗太快，根本无法去除碳化硅晶圆的余量。国内常见的解决办法就是提高砂轮硬度或者提高结合剂的强度，此种办法虽然起初可以对碳化硅进行减薄加工，但是随着晶圆厚度减小，很容易导致晶圆碎片和飞片。本专利技术重新设计了砂轮思路，采用高浓度低强度金刚石磨料结合低强度高流动性的陶瓷结合剂，以及聚合物微球造孔，得到的砂轮出乎意料的实现对碳化硅晶圆的高效率加工，且加工品质好，符合客户要求。
[0015]由于上述技术方案的应用，本专利技术与现有碳化硅晶圆减薄砂轮技术相比具有下列优点：1.本专利技术砂轮在碳化硅晶圆减薄过程中，能有效去除余量；实践证明，树脂和金属结合剂由于本身特性，无法制造高浓度的金刚石砂轮，尤其是不能用于去除碳化硅晶圆的余量。
[0016]2.本专利技术的技术方案改变了现有结合剂设计思路，结合剂对金刚石的润湿性好，在融化后的冷却过程中，完整包裹住金刚石颗粒，与通常的金刚石镶嵌于结合剂中不同，金刚石颗粒和颗粒之间的接触点通过少量结合剂粘接在一起，颗粒之间存在大量空迹，砂轮在微观结构可呈现“撒豆成兵”状态；而且金刚石颗粒磨钝后脱落快速，同时因为高浓度配方（指成型后的体积浓度），金刚石颗粒较多，周边金刚石开始参与磨削，不影响砂轮锋利性。
[0017]3.本专利技术的碳化硅晶圆减薄用陶瓷结合剂金刚石砂轮，砂轮层采用整环开槽切割分段型结构，并保留1
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1.5mm厚度的非切割层，相比现有减薄砂轮结块式镶嵌粘接结构，整环结构在制备时候可以采用模具自转的刮料模式，整个砂轮硬度均匀性更好，而结块式只能手动刮平，结块硬度不均匀；采用开槽切割分段型结构，保留了容易排屑的优点，同时整环开槽切割分段型结构砂轮在加工过程中动不平衡量更小，加工更稳定。
[0018]总之，本专利技术针对碳化硅晶圆减薄开发新的砂轮，避免现有砂轮导致晶圆的碎片
和飞片问题；保留一定厚的非切割层，可以增加整个砂轮层的强度，砂轮在机加工和使用过程中，砂轮层不容易碎裂；出乎意料的实现对碳化硅晶圆的高效率加工，且加工品质好，符合客户要求。
附图说明
[0019]图1是实施例中本专利技术砂轮的实物图；图2是实施例中本专利技术的整环开槽切割分段型结构砂轮层示意图；其中：1、砂轮层；2、基体；图3是实施例中本专利技术砂轮磨削层的微观结构图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：本专利技术制备的碳化硅晶圆减薄用陶瓷结合剂金刚石砂轮为整环开槽切割分段型结构的砂轮层，保留1～1.5mm厚度的非切割层，整体为环形。本专利技术的原料都为市售产品，具体制备方法以及加工方法为现有技术。机械加工为常规机械加工，比如：车加工等；作为示例，砂轮层的加工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅晶圆减薄用陶瓷结合剂金刚石砂轮，其特征在于，制备方法包括以下步骤：（1）将金刚石磨料、陶瓷结合剂、造孔剂、酚醛树脂粉混合得到磨料层混合料；将磨料层混合料热压得到磨料层坯体；（2）将磨料层坯体烧结，得到陶瓷结合剂金刚石砂轮层；（3）将陶瓷结合剂金刚石砂轮层常规粘接在铝基体上，再经过常规机械加工，得到碳化硅晶圆减薄用陶瓷结合剂金刚石砂轮。2.根据权利要求1所述碳化硅晶圆减薄用陶瓷结合剂金刚石砂轮，其特征在于，所述金刚石磨料、陶瓷结合剂、造孔剂、酚醛树脂粉的质量比为（50～70）∶（10～30）∶（10～25）∶（5～15）。3.根据权利要求1所述碳化硅晶圆减薄用陶瓷结合剂金刚石砂轮，其特征在于，所述造孔剂为PS树脂球，粒径50～100μm；所述磨料层坯体为砂轮磨削层整环结构。4.根据权利要求1所述碳化硅晶圆减薄用陶瓷结合剂金刚石砂轮，其特征在于，所述陶瓷结合剂包括二氧化硅、硼酸、碳酸钠、碳酸锂、氧化锰；所述金刚石磨料为低强度金刚石磨料。5.根据权利要求4所述碳化硅晶圆减薄用陶瓷结合剂金刚石砂轮，其特征在于，按质量百分数，二氧化硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟超，王清涛，
申请(专利权)人：江苏赛扬精工科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：