硬质和／或脆性材料的研磨加工制造技术

在此披露了具有高度开放的（有孔的）结构以及均匀的磨料砂砾分布的磨料物品。这些磨料物品是使用一种金属基质来制造的并且该开放的结构是用一种孔隙性方案来控制的，该方案包括连通孔隙性（例如，通过沥滤弥散体形成的）、封闭的孔隙性（例如，通过加入空心的微球体和／或牺牲性造孔添加剂而诱导的）、和／或固有的孔隙性（例如，通过选择基质组分来提供所希望的致密度而控制的）。在一些情况下，为了用填充剂和磨料实现接近全密度的金属粘合剂，制造过程的温度是低于所使用的填充剂的熔点，尽管同样可以使用牺牲性填充剂。这些磨料物品在高性能的切削及研磨操作中是有用的，诸如将硅、氧化铝碳化钛、以及碳化硅的晶片背面研磨至非常细的表面光洁度值。在此还披露了使用以及制造的技术。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及磨料技术，并且更具体地及研磨工具以及用于加工硬质的和/或脆性 材料诸如用于电子工业中的半导体晶片的技术。
技术介绍
使用有孔隙的研磨工具来改进机械的研磨过程是普遍熟知的。研磨工具的孔隙典 型地提供了研磨流体诸如冷却剂和润滑剂的方法，它们倾向于促进更有效的切割、将冶金 学的损伤(例如，表面烧痕)最小化、并且将工具寿命最大化。孔隙还允许清除从研磨的工 件上所去除的材料(例如，碎片或切屑)，这是重要的，尤其当被研磨的工件是相对柔软的 或当要求表面光洁度需求时(例如像当背面研磨碳化硅晶片的情况)。制造具有孔隙性的研磨工具的技术总体上可以归为以下两个类别中的一个。在 第一类别中，孔隙结构是通过向该磨料物品中加入包括介质的有机的孔隙而产生的，这些 介质是诸如适当尺度的被磨碎的核桃壳或塑料小球。这些介质是牺牲性的，因为它们一 旦烧制即热分解，在固化的研磨工具中留下空隙或“孔隙”。这个分类的实例在us专利号 5，221，294以及5，429，648中进行了讨论。在第二个分类中，孔隙结构可以通过向磨料物品 中加入闭孔材料而产生，诸如空心氧化铝(bubble alumina)。不像牺牲性介质，这种类型的 介质幸免于烧制过程，并且保留在被固化的研磨工具中以形成孔隙。这个类别的实例在US 专利号5，203，886中进行了讨论。US专利号5，221，294,5, 429，648、以及5，203，886的每 个通过引用以其整体结合在此。在一个可替代的方法中，孔隙性可以通过使用具有例如5 1或更大的长比直 径的长径比的似纤维的磨料颗粒而在磨料物品之中得到。这个方法的实例在us专利号 5，738，696和5，738，697中讨论，它们中的每个通过引用以其整体结合在此。这些延长的磨 料颗粒的差的填充特征产生了包括提高的孔隙性以及渗透性并且适合用于相对高性能的 研磨的一种磨料物品。在另一个可替代的方法中，孔隙性可以通过一种填充剂(例如食盐) 的浙滤而在磨料物品之中产生。这个方法的实例在US专利号6，685，755和6，755，729中 讨论，它们中的每个通过引用以其整体结合在此。随着对产品中的部件诸如发动机、耐火设备、以及电子器件(例如，硅和碳化硅晶 片、磁头、以及显示窗口)精度的市场要求的增长，对改进的研磨工具用于陶瓷以及其他相 对硬质和/脆性材料的细微精度的研磨以及抛光的需要也已经增长了。因此，存在着对于 改进的磨料物品以及研磨工具并且特别是包括一个相对高的程度的孔隙性的那些的一种需要。
技术实现思路
本专利技术的一个实施方案提供了一种复合物，它可以用于将一个工件(例如像碳化 硅晶片、蓝宝石、或其他如此硬质材料)研磨加工至希望的表面光洁度。该复合物包括多个 磨料颗粒以及一种金属粘合剂，该金属粘合剂与磨料颗粒一起热加工以形成一种复合物。 该金属粘合剂包括至少一种起始粉末组分，该组分具有与这些磨料颗粒的平均粒径相比最 多大15倍的平均颗粒。在其他构型中，该金属粘合剂中的至少一种起始粉末组分具有更小 的平均粒径(例如，其中起始粉末的尺寸比上磨料尺寸的范围从10 1至2 1，或甚至更 小，诸如其中起始粉末尺寸比磨料尺寸更小的情况)。该复合物具有从大约0. 25至40体积 百分比的磨料颗粒、从大约10至60百分比的金属粘合剂、以及从大约40至90体积百分比 的总的孔隙性。该总的孔隙性包括固有孔隙、封闭孔隙、以及连通孔隙。希望的工件的表面 光洁度为500埃或更小，Ra(例如，对于一个碳化硅工件30埃或更小，Ra，或对于一个蓝宝 石工件200埃或更小，Ra)。该金属粘合剂可包括，例如，镍、钴、银、铁、锡、锌、钨、钼、铝、铜、 以及钛中的一种或多种。该金属粘合剂可以进一步包括硼、硅、磷、石墨、六方氮化硼、二硫 化钼、二硫化钨、以及氧化铝中的一种或多种。在一个特别的实施方案中，该金属粘合剂是 一种镍-锡-青铜系统，该系统包括从大约25至60重量百分比的镍、从大约20至60重量 百分比的锡、以及从大约20至60重量百分比的青铜。在一种这样的情况下，该青铜具有按 重量百分比计从大约95 5至40 60的铜-锡比。该复合物可以例如形成磨料轮缘的至 少一部分，该轮缘被操作性地连接至一个内芯上(例如，通过一种热稳定的粘合剂)。在一 种具体的这样的情况下，该内芯具有一个圆周长和2. 4MPa-cm3/g的最小比强度以及0. 5g/ cm3至8. Og/cm3的内芯密度。本专利技术的另一个实施方案提供了一种用于将一个坚硬材料的工件研磨加工至希 望的表面光洁度的方法。该方法包括将工件安装在能够协助研磨加工的一台机器上，并且 将一个研磨工具操作性地连接在该机器上。该工具包括一种复合物，该复合物具有与多个 磨料颗粒热加工在一起的一种金属粘合剂，这些磨料颗粒具有在0. 01至100微米范围内的 平均粒径。该金属粘合剂包括至少一种起始粉末组分，该组分具有与这些磨料颗粒的平均 粒径相比大最多15倍的平均颗粒。该复合物包括从大约0. 25至40体积百分比的磨料颗 粒、从大约10至60百分比的金属粘合剂、以及从大约40至90体积百分比的总的孔隙性。 该总的孔隙性包括固有孔隙、封闭孔隙、以及连通孔隙。该方法继续使该研磨工具与该工件 的一个表面相接触直到获得工件的希望的表面光洁度，其中所希望的表面光洁度为500埃 或更小，Ra。注意，使研磨工具与工件的一个表面相接触可以包括使该研磨工具朝该工件移 动和/或使该工件朝该磨料移动。在一种具体情况下，该工件包括一种半导体晶片(例如， 碳化硅)并且研磨加工包括抛光和/或背面研磨该晶片。在另一种具体的情况下，该工件 是一种单晶碳化硅晶片并且所希望的表面光洁度是在15至25埃范围内，Ra。本专利技术的另一个实施方案提供了 一种用于制造一种复合物的方法，该组合物可以 用于将一个工件研磨加工至希望的表面光洁度。该方法包括提供多个磨料颗粒、并且将一 种金属粘合剂与这些磨料颗粒一起热加工以形成一种复合物。该金属粘合剂包括至少一种 起始粉末组分，该组分具有与这些磨料颗粒的平均粒径相比最多大15倍的平均粒径。该复 合物具有从大约0. 25至40体积百分比的磨料颗粒、从大约10至60百分比的金属粘合剂、 以及从大约40至90体积百分比的总的孔隙性。该总的孔隙性包括固有孔隙、封闭孔隙、以及连通孔隙。这些颗粒具有在0.01至100微米范围内的平均粒径。在一种具体情况下，该 金属粘合剂是一种镍-锡-青铜系统，该系统包括从大约25至60重量百分比的镍、从大约 20至60重量百分比的锡、以及从大约20至60重量百分比的青铜，其中该青铜具有按重量 百分比计从大约95 5至40 60的铜-锡比。在一种这样的情况下，该方法包括使镍粉 与多个磨料共混以形成一种混合物，将锌粉共混进该混合物之中；并且将青铜粉共混进包 括该锌粉末的混合物之中。将该青铜粉共混进该混合物之中可以进一步包括以下各项中的 至少一项将空心玻璃球共混进该混合物之中，将牺牲性孔_诱导物材料共混进该混合物 之中，以及将一种弥散体共混进该混合物之中。在一种这样的情况下，该弥散体包括多个 立方体型的颗粒(尽管同样可以使用或者规则的或者不规则的其他形状)。在另一种这样 的情况下，将一种金属粘合剂与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将坚硬材料的工件研磨加工至希望的表面光洁度的复合物，该复合物包括：多个磨料颗粒，这些颗粒具有在０．０１至１００微米范围内的平均粒径；以及一种金属粘合剂，该金属粘合剂包括具有与这些磨料颗粒的平均粒径相比大最多１５倍的平均颗粒的至少一种起始组分，并且已经与这些磨料颗粒一起进行了热加工以形成一种复合物，该复合物具有从０．２５至４０体积百分比的磨料颗粒、从１０至６０百分比的金属粘合剂、以及从４０至９０体积百分比的总的孔隙性，并且该总的孔隙性包括固有孔隙、封闭孔隙、以及连通孔隙；其中该工件的希望的表面光洁度为５００埃或更小，Ｒａ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-10-1 11/906,263一种用于将坚硬材料的工件研磨加工至希望的表面光洁度的复合物，该复合物包括多个磨料颗粒，这些颗粒具有在0.01至100微米范围内的平均粒径；以及一种金属粘合剂，该金属粘合剂包括具有与这些磨料颗粒的平均粒径相比大最多15倍的平均颗粒的至少一种起始组分，并且已经与这些磨料颗粒一起进行了热加工以形成一种复合物，该复合物具有从0.25至40体积百分比的磨料颗粒、从10至60百分比的金属粘合剂、以及从40至90体积百分比的总的孔隙性，并且该总的孔隙性包括固有孔隙、封闭孔隙、以及连通孔隙；其中该工件的希望的表面光洁度为500埃或更小，Ra。2.如权利要求1所述的复合物，其中，该工件是一种单晶碳化硅晶片并且希望的表面 光洁度为30埃或更少，Ra。3.如权利要求1所述的复合物，其中，该工件是蓝宝石并且希望的表面光洁度为200埃 或更少，Ra。4.如权利要求1所述的复合物，其中，这些磨料颗粒包括金刚石、立方氮化硼、氧化铝、 碳化硅、碳化硼、以及氧化锆中的至少一种。5.如权利要求1所述的复合物，其中，该金属粘合剂具有在IMPa.m1/2至6MPa. m1/2范围 内的平面应变断裂韧性、在200至600范围内的维氏硬度数、在30GPa至300GPa范围内的 杨氏模量、以及在2克/cc至7克/cc范围内的密度。6.如权利要求1所述的复合物，其中，当使用5牛顿的负荷时，该金属粘合剂具有在 5mm3至400mm3范围内的磨损体积。7.如权利要求1所述的复合物，其中，该金属粘合剂中的至少一种起始粉末组分具有 与这些磨料颗粒的平均颗粒相比最多大10倍的平均粒径。8.如权利要求1所述的复合物，其中，该金属粘合剂中的至少一种起始粉末组分具有 与这些磨料颗粒的平均粒径相比最多大2倍的平均粒径。9.如权利要求1所述的复合物，其中，该金属粘合剂中的至少一种起始粉末组分具有 比这些磨料颗粒的平均颗粒更小的一个平均粒径。10.如权利要求1所述的复合物，其中，连通孔隙的体积百分比是在50至80的范围内， 封闭孔隙的体积百分比是在0. 01至90的范围内，并且固有孔隙的体积百分比是在0. 01至 20的范围内。11.如权利要求1所述的复合物，其中，这些连通孔隙具有在40至400微米范围内的 平均孔径，这些封闭孔隙具有在5至400微米范围内的平均孔径，并且这些固有孔隙具有40 微米以下的平均孔径。12.如权利要求1所述的复合物，其中，该金属粘合剂包括镍、钴、银、铁、锡、锌、钨、钼、 铝、铜、以及钛中的一种或多种。13.如权利要求12所述的复合物，其中，该金属粘合剂进一步包括硼、硅、磷、石墨、六 方氮化硼、二硫化钼、二硫化钨、以及氧化铝中的一种或多种。14.如权利要求1所述的复合物，其中，该金属粘合剂是一种镍-锡-青铜系统，该系统 包括从大约25至60重量百分比的镍、从大约20至60重量百分比的锡、以及从大约20至 60重量百分比的青铜，其中该青铜具有按重量百分比计从大约95 5至40 60的铜-锡比。15.如权利要求1所述的复合物，其中，该复合物形成了一个磨料轮缘的至少一部分， 该轮缘通过一种热稳定的粘合剂被被操作性地连接至一个内芯上。16.如权利要求15所述的复合物，其中，该内芯具有一个圆周长和2.4MPa-cm3/g的一 个最小比强度以及0. 5g/cm3至8. Og/cm3的一个内芯密度。17.如权利要求1所述的复合物，其中，该工件是一种半导体晶片。18.用于将一个工件研磨加工至希望的表面光洁度的一种方法，该方法包括将...

【专利技术属性】
技术研发人员：S拉曼斯，P瓦利亚，
申请(专利权)人：圣戈班磨料磨具有限公司，法国圣戈班磨料磨具公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]