[發明專利]一種用于SiC晶片減薄的陶瓷金剛石砂輪及其制造方法

有效

• 申請號: 202011106772.5
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN113997213B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 徐燕軍;李亞朋;尹翔;劉偉;曹彩婷;劉一波
• 申請（專利權）人: 安泰科技股份有限公司;北京安泰鋼研超硬材料制品有限責任公司
• 主分類號: B24D3/18
• 分類號: B24D3/18;B24D18/00;B24D7/06;B28B1/50;B28B11/24
• 代理公司: 北京知聯天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11594
• 代理人: 張陸軍;張迎新

本發明提出一種用于SiC晶片減薄的陶瓷金剛石砂輪及其制造方法。陶瓷金剛石刀頭由陶瓷結合劑、金剛石磨料、填料組成，其制造方法為凝膠注模?發泡法，具體流程為將有機單體溶液與各原料通過球磨混合成均勻的漿料，再加入分散劑、引發劑和發泡劑，經過脫模、干燥、排膠、焙燒、表面處理得到高氣孔率的陶瓷金剛石刀頭。然后將刀頭和鋁基體進行粘接、固化、修整、檢測，制備出多孔陶瓷結合劑金剛石砂輪。該方法較傳統砂輪工藝簡單、步驟少，其制得的砂輪組織均勻、氣孔分布均勻、孔徑均勻，氣孔率高，因此該砂輪自銳性非常好，磨屑排出及時，砂輪鋒利度好，且加工工件表面質量好、加工效率高且研磨過程中無需修整。

技術領域

本發明屬于材料領域，特別涉及一種用于SiC晶片減薄的陶瓷金剛石砂輪及其制造方法。

背景技術

近年來，半導體材料飛速發展，第三代半導體材料以其優異的性能粉墨登場。第三代半導體材料是以碳化硅、氮化鎵、氮化銦、氮化鋁等為基礎的III-V族化合物半導體，在電和光的轉化方面性能突出，在微波信號傳輸方面的效率更高，可被廣泛應用到照明、顯示、通訊等各個領域。目前市場應用比較廣泛的藍綠光LED是基于碳化硅(SiC)材料，也是特殊的第三代半導體。SiC作為最具代表性的第三代寬禁帶半導體材料，具有寬帶隙、高臨界擊穿電場、高熱導率、高載流子飽和遷移速度、低相對介電常數和耐高溫等特點，被認為是用作高溫和高頻光電子器件的理想材料，成為當前最受關注的半導體材料之一，其在新能源汽車、軌道交通、智能電網和電壓轉換等領域都具有潛在的應用前景。

SiC作為一種多相陶瓷，具有很高的硬度(Mohs硬度9.5)和脆性，化學穩定性好，是一種典型難加工的硬脆材料，但是在其應用中均要求sic表面超光滑、無缺陷、無損傷，表面粗糙度值達納米級以下。目前，SiC在經過研磨工序后，其表面粗糙度、缺陷損傷以及平整度都還不能達到使用要求，最后工序是使用游離磨料進行化學機械拋光，來提高其表面質量。但是，采用傳統游離磨料加工，也會出現晶片表面損傷大、加工精度低、不易自動化控制、污染環境等一系列問題，因此，如何實現對SiC表面的精密高效加工是一個亟待解決的難題，為此國內外開展了一系列研究。目前，半導體晶圓的精密加工多采用具有低損傷、高精度和高效率的精密金剛石砂輪的自旋轉磨削工藝，該技術對砂輪的自銳性要求極高，磨削后的晶圓表面可達到納米級表面粗糙度和微米級亞表面損傷層厚度，從而獲得表面高度平整光潔的晶圓。近年來，由于陶瓷結合劑金剛石砂輪以其多氣孔、良好的自銳性、加工精度高等優異的性能，廣泛用于金剛石復合片、硬質合金、工程陶瓷、光學玻璃及寶石等硬脆性材料的表面加工及精密加工中。但是，作為SiC晶片磨拋的最后工序，該砂輪所用金剛石為微納米級，粒度為2000#及以細，金剛石表面活性較高，極易團聚，并且傳統熔融法制備的陶瓷粉顆粒比較大，和微納米金剛石的機械混合會形成以陶瓷粉顆粒為中心的非均勻微觀結構，導致砂輪自銳性差，且磨削時易在硅片表面產生劃痕等。

針對以上技術問題，本發明提出制備采用凝膠注模-發泡法制備一種多孔陶瓷金剛石砂輪，以其提高砂輪自銳性和鋒利度。凝膠注模-發泡法是一種新型泡沫陶瓷成型技術，此工藝適用范圍廣，坯體收縮小，可制備形狀復雜的多孔陶瓷材料，但是并未有用該方法制備陶瓷金剛石砂輪的相關報道。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種用于SiC晶片減薄的陶瓷金剛石砂輪及其制造方法，所述刀頭包括陶瓷結合劑20-30份、金剛石磨料40-60份、填料10-20份；其中，所述陶瓷結合劑包括二氧化硅45-60wt％，氧化鋁5-15wt％，氧化硼10-20wt％，氧化鈉8-10wt％，氧化鈣5-10wt％，氧化鋰2-5wt％，wt％表示為重量百分比。

進一步的，所述填料為碳化硅或剛玉。

進一步的，所述刀頭氣孔率為60-90Vol％，氣孔孔徑為100-500μm，其中，Vol％表示為體積分數。

進一步的，所述砂輪外徑為200-300mm，內徑為150-200mm；所述刀頭設置30-80個并間距排列形成圓弧狀。