?

服务热线: 13538166858

当前位置:主页> > 新闻中心 > 行业新闻

新闻中心

联系我们


佛山市南海区西樵宏荣竹木店


联系电话:13538166858
地址:深圳市宝安区福永街道白石厦社区东区新塘工业区安全路2号204

行业新闻

金刚石超薄切割砂轮减薄研磨工艺的研究

日期:2018-01-21



高精度超薄切割砂轮具有切割槽宽小,切割精度高,切断口平滑均匀,废品率低,切割效率高等优点,被广泛应用于对硅片、玻璃、蓝宝石等电子信息产业领域各种贵重材料及元器件的精密微细切割和开槽加工等。

目前,使用的超薄切割砂轮大致可分为三大类: 电镀、树脂及金属烧结。常规电镀超薄切割砂轮厚度为0.015-0.1 mm,能获得较薄的厚度,但切割寿命短;常规树脂结合剂超薄切割砂轮的厚度为 0.1- 0.5mm,但生产成本较高,而且由于其本身硬度较低等原因,使其在切割时容易出现偏摆和大槽宽的现象; 而烧结型金属结合剂金刚石超薄切割砂轮( 下文简称金刚石超薄切割砂轮)常规厚度约为0.1 mm,具有结合强度高、成型性好、使用寿命长等显著优点,成为硅晶圆划片的重要加工工具。

但由于热压烧结条件的限制,金刚石超薄切割砂轮并不能直接烧结到预期的尺寸,烧结后毛坯件的厚度不均匀,一般大于使用尺寸。这样的金刚石超薄切割砂轮如果直接用来划切,对被划切材料的划切宽度、崩边大小、裂片效果有直接的影响,甚至在极高的转速条件下会使得自身碎裂,产生危险。

随着光电材料切割技术的发展,超薄切割砂轮的厚度要求越来越小,其厚度越薄,被切材料消耗越少,有着非常明显的经济和社会效益。因此,对真空热压烧结后的金刚石超薄切割砂轮的减薄修整的要求也就越来越迫切。

目前,国内外对金刚石超薄切割砂轮减薄方式的研究报道非常少。虽然对普通的金刚石烧结砂轮有多种修整方式,但是对于金刚石超薄切割砂轮的减薄修整,由于其砂轮厚度薄,平面度要求高等特殊要求,传统的修整方法很难直接应用。针对烧结型金属基金刚石超薄切割砂轮减薄修整的要求,提出使用平面研磨的方法进行修整,并利用厚度尺寸均匀性和相对翘曲度两个指标重点分析了砂轮的装夹以及研磨工艺对减薄修整效果的影响。

1 实验条件与方案

金刚石超薄切割砂轮是由M22 /36 的金刚石微粉和300目的铜锡合金粉末均匀混合烧结而成。首先是通过真空热压烧结制成毛坯,然后用金刚石锉刀去除其毛刺,最后筛选符合尺寸规格的工件作为实验试样。试样尺寸规格为: 外径Φ58mm,内径Φ40mm,厚度0.5mm( ± 0.05 mm) ,相对翘曲度在 0.140 ~ 0.160mm 的试样工件,如图 1 所示。

图 1 金刚石超薄切割砂轮毛坯

实验是在 Nanopoli-100 抛光机上进行,将试样工件固定在不锈钢工具盘上,工具盘在导轮和铸铁盘的带动下做自转运动,此时磨料相对于超薄切割砂轮做滚轧和微量切削运动,使后者变薄,实验加工示意图如图 2 所示。加工前用 M10 /20 的金刚石微粉( 质量浓度 2% ) 对带四方槽的灰铸铁盘进行修整。实验过程中研磨液循环使用,在研磨过程中使用 SKZD - 2 型自动滴料器防止磨料出现团聚沉淀现象。

图 2 研磨实验加工示意图

厚度尺寸均匀性和相对翘曲度对超薄切割砂轮的安装精度、切割过程中的切缝宽度、崩边大小等都有很大的影响,因此将这两个几何参数作为金刚石超薄切割砂轮减薄研磨工艺的评价指标。对厚度尺寸均匀性采用 SKCH - IA 精密测厚仪( 数显式) 检测,仪器测量精度 1 μm,将其放在 00 级测量平台上,顶针式触头沿其周向连续随机测量 30 次,取最大值与最小值的差值表示厚度尺寸的均匀性; 相对翘曲度则采用基恩士激光位移传感器( LK-G150) ,仪器测量精度 1 μm,将金刚石超薄切割砂轮置于光滑的大理石平面上处于自由状态,采用无接触式并沿其圆周方向连续随机进行测量 30 次,最高点和最低点的差值即为相对翘曲度。本实验中采用双面胶、固体蜡、镶嵌( 在工具盘上加工一个环形槽,尺寸精度为 ± 0.005 mm,形位误差0.012 mm,如图 3 所示) 三种方式将金刚石超薄切割砂轮固定在工具盘上,然后将其置于抛光机上进行研磨。

图 3 镶嵌固定

对于磨料的进料方式,实验采取了两种进料方式:一种是传统的进料方式,磨粒从工具盘外围进入磨削区; 另一种是对工具盘的结构进行了改进,在其中间部分,环镶嵌槽内径周围均布 8 个直径为 6 mm 的通孔,如图 4 所示,使得磨料内外同时进入磨削区。实验采用单因素比较法,加工参数如表 1。通过对研磨参数的优化控制,实现对金刚石超薄切割砂轮的精密加工。

图 4 改进后的工具盘结构

2 实验结果与分析

2. 1 试样工件固定方式的影响

图 5 是不同工件固定方式所得到的加工效果图。由图 5 可知,在相同的研磨工艺条件下,采用双面胶和固体蜡黏结金刚石超薄切割砂轮时,相对翘曲度为0.500 mm 以上,比镶嵌方式高出了近 42% ; 厚度均匀性为 0.090 mm 以上,而镶嵌方式为 0.060 mm。

图 5 不同固定方式对加工效果的影响

采用双面胶或固体蜡黏结时产生的误差大于镶嵌固定,并且在研磨后均需要通过溶解或加热的方式将其去除,才能将工件与工具盘分离。此过程还会使工件的翘曲变形加剧,且操作过程繁琐,而镶嵌固定则可使工件快速放入或取出。通过实验结果分析,采用镶嵌方式可有效控制工件厚度尺寸的均匀性和相对翘曲度,还可提高工作效率。

2. 2 磨料进料方式的影响

采用传统的进料方式,获得的金刚石超薄切割砂轮在径向上的尺寸会有较大的差异,外圈较薄而内圈较厚,尺寸偏差在 0.01 ~ 0.03 mm。而采用新的进料方式后,金刚石超薄切割砂轮径向厚度尺寸偏差小于0.005 mm。使用传统的进料方式,磨料运动主要是通过铸铁盘的运转带动,因此,使磨料具有一定的离心力,磨料在离心力的作用下,由外向内对超薄切割砂轮进行滚扎或切削,见图 6 所示。而改进后的工具盘结构下,磨料在离心力的作用下,可以同时从超薄切割砂轮的内圈和外圈进入砂轮端面进行研磨减薄,如图 7 所示。

图6.磨粒运动示意图

砂轮端面受力更加均匀,避免了超薄切割砂轮因受力不均引起的翘曲变形。另一方面,改进后的工具盘,将使得更多的磨粒参与到研磨中,提高了研磨的效率。通过实验结果分析,说明该进料方式能提高超薄切割砂轮的尺寸精度。

2. 3 研磨工艺参数的影响

在确定了试样固定方式及磨料进料方式后,实验中将厚度为 0.5 mm 的金刚石超薄切割砂轮烧结毛坯减薄到 0.38 mm,并研究了各研磨参数的影响规律。

2. 3. 1 单面研磨时间的影响

图 8 是单面研磨时间对加工效果的影响图。由图8 可看出,其他研磨工艺参数相同的条件下,在给定的单面研磨时间范围内,随着单面研磨时间的增加,对超薄切割砂轮的厚度尺寸均匀性的改善效果变差,相对翘曲度也变大。

图 8 单面研磨时间对加工效果的影响

随着研磨时间的延长,磨料与工件接触的时间增加,去除率增加。在相同去除余量的情况下,厚度尺寸被修正次数变少,则其厚度尺寸均匀性变差。由于磨粒在研磨超薄切割砂轮端面时分布的并不十分均匀,最大磨粒之间存在一定间隔,在研磨压力下,金刚石超薄切割砂轮就会产生形变。随着研磨时间的增加,其研磨形变就会不断的累积,则相对翘曲度变大。

2. 3. 2 铸铁盘转速

图 9 是铸铁盘转速对加工效果的影响图。由图 9可知,随着铸铁盘转速的增加,超薄切割砂轮的厚度尺寸均匀性和相对翘曲度都得到了一定程度的改善。当铸铁盘转速从 60 r/min 提高到 120 r/min 时,厚度尺寸均匀性提高了 38.46%,而相对翘曲度降低了 7.27%。因为随着铸铁盘转速的增加,磨料所获得的速度增加,磨料所受到的离心力也增大,从而改变了磨料在径向和切向方向上的流向以及与工件的接触时间。当离心力较小时,由于工具盘和铸铁盘之间空间的限制,磨料易积聚在一起,造成工件某些部位不受磨粒的切削作用。随着离心力的增加,磨料分布的更加均匀,磨料对工件的研磨更加充分。

图 9 铸铁盘转速对加工效果的影响

2. 3. 3 磨料粒度的影响

图 10 是金刚石磨料粒度对加工效果的影响图。由图 10 可以看出,随着金刚石颗粒的减小,金刚石超薄切割砂轮厚度尺寸的均匀性和相对翘曲度都有一定的改善,特别是在 200 /230 到 M22 /36 之间,改善尤为明显。

图 10 金刚石磨料粒度对加工效果的影响

实验中可以发现,当磨料粒度较大时,磨料在研磨液中极易沉降,使得研磨过程中,研磨液浓度变化较大,磨料在铸铁盘上分布不均匀,研磨时压力分布不均匀,导致切削深度不同。同时,在研磨过程中,不可能所有的磨料都参与材料的去除过程,只有与工件表面接触的那一些磨料中最粗的磨粒参与这个过程。相同的研磨液浓度下,参与研磨的实际研磨磨粒随着磨料粒度增大而减少,研磨压力会随着磨料粒度减小而减小。随着磨料粒度的减小,更多的磨料与工件接触,对工件的研磨压力更小且受力更均匀,磨粒对工件的刻划深度更浅,则磨??朔俗枇λ璧睦胄牧Ω?,所以材料去除均匀性更好,能获得较好的厚度尺寸均匀性和较低的相对翘曲度。

2. 3. 4 研磨压力的影响

图 11 是研磨压力对加工效果的影响图。由图 11可知,随着作用在超薄切割砂轮上研磨压力的变大,超薄切割砂轮的厚度尺寸均匀性变差,相对翘曲度变大。特别是当研磨压力在 1.13 × 104~1.65 × 104Pa 时,厚度尺寸均匀性和相对翘曲度变化很大。

图 11 研磨压力对加工效果的影响

随着压力的增大,金刚石磨粒对超薄切割砂轮的切削深度变大,参与切削的磨料颗粒变多,切削深度有着明显的差别,去除材料不一致性被凸显出来,形成的应力也会增加,从而使厚度尺寸均匀性和相对翘曲度变大。在研磨过程中,磨料颗粒做复杂的运动,通过磨料和被加工件之间的碰撞和摩擦,磨粒对工件表面进行滚轧和微量刻划去除材料。随着研磨压力变大,磨粒对工件表面刻划深度也增加,磨粒对工件的作用力变大,从而给工件引入了一定变形量,使得相对翘曲度变大。

3 结论

( 1) 采用镶嵌方式固定超薄切割砂轮,减少了装卸工序,提高了工作效率,加工效果得到一定程度的提高。

( 2) 采用内外同时进料的研磨方式减薄金刚石超薄切割砂轮,提高了研磨效率和径向厚度尺寸均匀性,其尺寸精度小于 0.005 mm。

( 3) 在给定的工艺参数下,随着单面研磨时间的减少,铸铁盘转速的增加,磨料粒度的减小、研磨压力的降低,可提高金刚石超薄切割砂轮的厚度尺寸均匀性和降低相对翘曲度增幅。


亚洲一区二区三区无码中文字幕