高孔隙率的超级磨料树脂产品以及制造方法
【专利说明】
[00011 本申请是申请日为2009年5月7日，申请号为200980131091.X，发明名称为"高孔隙 率的超级磨料树脂产品以及制造方法"的申请的分案申请。
[0002] 相关申请的交叉引用
[0003] 本申请要求于2008年6月23日提交的美国临时专利申请序列号61/132,867的优先 权，该申请通过引用结合在此。
技术领域
[0004] 本发明总体上涉及一种超级磨料产品、对于一种超级磨料产品的一种超级磨料产 品如体，并且涉及制造超级磨料广品的一种方法。
【背景技术】
[0005] 在小型化的全球趋势下，电子装置正在变得越来越小。对于要求在高功率水平下 操作的半导体装置，晶片减薄改进了散热能力。由于最终厚度被减小，晶片对于支撑它自身 重量并且抵抗由后面的背面研磨过程产生的应力而言变得更弱。因此，减少由背面研磨造 成的损伤并且提高它的品质是重要的。
[0006] 在芯片制造期间硅晶片的原始厚度对于8英寸的晶片是725-680μπι。为了得到更快 速且更小的电子装置，在切成单独的芯片之前需要将这些晶片减薄。该研磨过程包括两个 步骤。首先，一个粗磨轮将该表面研磨至约270-280μπι，但是留下一个损伤的Si表面，该Si晶 片的（背侧)表面。然后，一个细磨轮将该损伤表面的一部分磨光滑并且将该晶片研磨至250 μπι。具有低至100_50μπι厚度的晶片对于一些1C芯片应用几乎是一项标准的要求。在很长一 段时间，现在智能卡中最常用的约180μπι的厚度正在被越来越薄的1C芯片代替。
[0007] 由于污染的问题，用一个金属粘合的超级磨料轮进行背面研磨通常是不可取的。 该晶片的正面上的电路可能造成来自这些砂轮的金属干扰。因此，金属粘合的超级磨料轮 将不能被用于背面研磨应用。另一方面，具有相同尺寸颗粒的玻璃粘合的超级磨料轮将招 致更多的次表面损伤并且将对完成的硅晶片的表面粗糙度产生不利影响。
[0008] 在这类情况下，树脂粘合的超级磨料产品是优选的。由于这种粘合剂的顺应性质， 它将改进表面粗糙度并引起更少的次表面损伤。典型地这种粘合剂将不干扰这些电路。因 此树脂粘合的产品是最适合用于背面研磨应用的。
[0009] 此外，超级磨料工具典型地必须具有一种开放的多孔结构以便将研磨期间产生的 切肩的积累最小化、并且在该研磨工具正被施加其上的工件处冷却、或至少是维持一个一 致的表面温度。制造一种具有足够的强度和磨损特性、并且还具有足够的孔隙率的工具是 一项持久的挑战，特别是考虑到将这类工具置于其上的这些应用不断增长的数量时。
[0010]因此，对于能够粗加工或精制硬质工件的研磨工具、并且对于制造这类工具的方 法存在一种需要，这类工具减少或消除了上述问题。
【发明内容】
[0011] 该超级磨料产品包括一个超级磨料颗粒组分以及一个多孔的连续相，该多孔的连 续相包括一个热塑性聚合物组分，其中该超级磨料颗粒组分被分布在该多孔的连续相之 中。该超级磨料颗粒组分可以是例如：金刚石、立方氮化硼、氧化锆、或氧化铝。该连续相可 以包括一个热固性树脂组分，例如酚醛树脂。该热塑性聚合物组分可以包括例如:聚丙烯腈 和聚偏乙烯。优选地，一种超级磨料产品具有一种开放的多孔的结构，由此该产品的大部分 的孔是相互连接的并且与该超级磨料产品的一个表面是流体连通的。
[0012] 在另一个实施方案中，本发明是对于一个超级磨料产品的一个超级磨料产品前 体。该超级磨料产品前体包括一个超级磨料颗粒组分，一个粘合组分和一个聚合物发泡剂， 其中该聚合物发泡剂包封了气体。该超级磨料产品前体的一种优选的超级磨料颗粒组分是 金刚石。该粘合组分是，例如一个热固性物质，例如酚醛树脂。该聚合物发泡剂包括离散的 颗粒，其中这些颗粒的至少一部分具有一个包封气体的壳。优选地，该热塑性聚合物是聚丙 烯腈和聚偏二氯乙烯的一个组合。典型地，被包封的气体是异丁烷和异戊烷中的至少一种。
[0013] 在又一个实施方案中，本发明是用于形成超级磨料产品的一种方法。该方法包括 将一种超级磨料、一种粘合组分和一种具有被包封气体的聚合物发泡剂。将该组合的超级 磨料、粘合组分和聚合物发泡剂加热到一个温度并且持续一个时间段，这个时间段会引起 该气体的至少一部分从该发泡剂内的包封中释放。典型地，该超级磨料是金刚石，该粘合剂 包括一种热固性物质如酚醛树脂，并且一种具有被包封气体的发泡剂包括由至少聚丙烯腈 和聚偏二氯乙烯构成的、包封了异丁烷和异戊烷中至少一种气体的一个热塑性的壳。
[0014] 本发明具有许多优点。例如，本发明的超级磨料产品显示了强度特性、热固性和热 塑性聚合物的共混物的特性，例如硬度，通常超过了使用玻璃质粘合剂的超级磨料工具，但 是没有经常与使用玻璃质粘合剂的工具相关联的脆性。此外，本发明的这些超级磨料产品 可以非常有效地粘合多个超级磨料颗粒组分，例如金刚石，从而能够制造出具有更宽范围 的颗粒组分粒度的工具。此外，本方面的这些工具拥有相对高的孔隙率，由此能够更有效地 冷却这些工具。结果，对一个工件的研磨可以得到更好控制并且该研磨工具的磨损被显著 地降低。与制造其他类型的超级磨料工具(例如使用玻璃质粘合剂的工具)所要求的多种方 法中的通常情况相比，本发明的超级磨料工具可以在更低的温度下持续更短的周期并且在 更环境友好的条件下相对容易地进行制造。本发明的这些超级磨料工具可以包括固定磨料 垂直转轴型(FAVS)工具、砂轮、磨盘、砂轮区段、磨石和珩磨石。在一个实施方案中，可以将 本发明的超级磨料产品用于这些固定磨料垂直转轴(FAVS)型应用中。
【附图说明】
[0015] 图1是采用了本发明的玻璃化超级磨料产品的一种工具的一个实施方案的截面。
【具体实施方式】
[0016] 从以下对本发明的示例性实施方案的更详细的说明中上述内容将是清楚的，这些 实施方案是如在附图中所展示的，其中贯穿这些不同的视图类似的参考符号指代相同的部 分。这些图不必是按比例的，而是将重点放在展示本发明的多个实施方案上。
[0017] 本发明总体上涉及多种超级磨料产品，包括超级磨料工具。本发明也针对超级磨 料产品前体，它们是这些超级磨料产品的前体，并且本发明还针对制造本发明的超级磨料 产品的方法。
[0018] 本方面的超级磨料产品包括一种超级磨料颗粒组分和一个多孔的连续相。该连续 相包括一种热塑性聚合物组分，该超级磨料颗粒组分被分布在其中。总体上，该超级磨料工 具是一种粘合的磨料工具，例如与一种涂覆的研磨工具相对。
[0019] 如在此使用的术语"超级磨料"是指具有的在努氏硬度标度上测量的硬度至少为 立方氮化硼(CBN)的硬度（即至少4,700的K 1Q())的磨料。除了立方氮化硼之外，超级磨料材料 的其他实例包括天然的和合成的金刚石、氧化锆和氧化铝。适合的金刚石或立方氮化硼材 料可以是晶体或多晶的。优选地，该超级磨料材料是金刚石。
[0020] 该超级磨料材料是处于颗粒的形式，也称为"砂砾"。本发明的超级磨料颗粒组分 可以商购或可以定制生产。总体上，本发明中使用的超级磨料具有的平均粒度是在约0.25 微米与50微米之间的范围内。优选地，这些粒度是在0.5微米与30微米之间的范围内。在具 体的实施方案中，该砂砾的平均粒度可以是在约0.5微米与1微米之间、约3微米与约6微米 之间、或约20微米与25微米之间的范围内。
[0021 ]在一个实施方案中，该超级磨料颗粒组分存在的量值按体积计为该超级磨料工具 的至少35%。在另一个实施方案中，该超级磨料颗粒组分存在的量值是在该超级磨料工具 的按体积计约3%与约25 %之间的范围内、更优选地在该超级磨料工具的按体积计约6 %与 约20%之间。在又一个实施方案中，该超级磨料产品的超级磨料颗粒组分与连续相的比率 是按体积计约4:96与约30:70之间的范围内、或更优选地在按体积计约15:85与约22:78之 间的范围内。
[0022]孔隙率在研磨中起重要作用。孔隙率控制了工件与复合物微结构之间的接触面 积。孔隙率促进冷却剂在该微结构的周围移动从而将该研磨表面的温度保持