专利名称：铜片衬底的半固着磨粒抛光方法
技术领域：
本发明属于精密与超精密加工领域，尤其涉及到一种铜片衬底的 抛光方法。
背景技术：
非晶态合金的活性高于相应的晶态合金，有特殊的选择性，且成 本较低，不会造成污染，是一种新型绿色催化材料。另外，它具有一 般晶态合金所没有的特性，如较高的电阻率，半导及超导的特性，良 好的抗辐射性能及抗腐蚀能力，作为防护镀层有着十分广阔的应用前
铜是非晶态合金薄膜常采用的衬底材料之一，为了获得薄的、无
缺陷的以及良好粘附性的合金薄膜，对铜衬底的粗糙度要求10"m以 内，平面度要求l/^以内，表面无可见划痕，抛光表面均匀性好。由 于铜表面活性高，室温下极其容易被氧化，采用常规的CMP方法加 工的铜表面光泽度和划痕都很难满足技术要求，因此铜衬底表面的加 工主要通过半固着磨粒磨具抛光方法来实现。前期薄膜生长试验结果 表明，铜衬底表面的加工质量对合金薄膜的均匀性具有重要的影响。 同时，在高电压开关中，能达到镜面效果的铜片是这类开关触片最理 想的选择材料。因此有必要深入研究铜片的研磨与抛光对其不均匀性、 平面度、粗糙度的影响。
发明内容
为了克服已有的对铜片的粗研和精研工序中受到磨粒粒度分布均
匀程度影响大、加工精度低、加工效率低、磨料损耗大的不足，本发 明提供一种降低磨粒粒度分布均匀程度对加工精度的影响、加工效率 高、降低成本的铜片衬底的半固着磨粒抛光方法。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
一种铜片衬底的半固着磨粒抛光方法，采用半固着磨粒磨具，铜 基材料的平面与所述半固着磨粒磨具以面面接触形式相互作用.
作为优选的一种方案加工载荷在5 50kPa之间，磨具转速在
20 120rpm之间，由驱动装置带动半固着磨粒磨具在铜基材料的平面 上转动。
作为优选的另一种方案控制加工温度的方式在铜基材料的平 面与所述半固着磨粒磨具的接触面供给雾状冷却液，供给量可以根据 要求进行调节。
进一步，所述的雾状冷却液为结合剂、纯水或碱性溶液。 作为优选的再一种方案所述的半固着磨粒磨具中的磨粒之间以 半固着方式粘结，所述的磨具中的各个组分的质量百分比为磨粒
80% 94%，结合剂6% 20%。
再进一步，所述的磨粒为以下之一①氧化铝磨粒、②金刚石、 ③刚玉、④金刚砂、(D石榴石、⑥人造金刚砂、⑦碳化硅、⑧碳化硼。
所述铜基材料为99.9。％的冷轧电解铜，呈多晶结构。
本发明的技术构思为磨削后的铜片表层，经过一道半固着磨粒 加工工序即可使工件表面粗糙度达到粗机械抛光后的水平，从而达到 减少工序、提高加工效率、降低成本的效果。
磨粒通过胶粘剂以半固着的方式粘结在一起，粘结强度介于游离 与固着之间。在精密超精密加工过程中，较高的粘结强度与良好的自 锐性使半固着磨粒磨具能长时间保持较高的材料去除率。又由于半固 着磨粒磨具对硬质大颗粒具有的"陷阱"效应——侵入加工区域的硬质 大颗粒陷入磨具表层且所分担载荷与磨粒相同，有效缓解甚至消除了 硬质大颗粒多工件造成的损伤，保证了加工质量和一致性，降低返工 率及废品率，从而在保证高加工精度的同时获得较高的加工效率。
按照本发明的工艺加工10 20分钟后的铜基材料表面粗糙度可达
Ra 0.03 0.05(im ， Rmax0.04 0.08fim ，材料去除率达0.5~1.2jxm/min，
加工后表面有肉眼可辨的浅细划痕。之后再在法绒布上用W0.5金刚 石抛光膏经10~20分钟的精机械抛光，转速为30rpm，工件表面划痕 去除，少许的工件呈现出细微凹凸不平是有些铜基材料的不规则晶向 所致，但大多数的铜片衬底达到镜面效果。经上述工序铜片衬底的镜 面加工一次成品率能达到90%以上。
本发明的有益效果主要表现在1、降低磨粒粒度分布均匀程度对 加工精度的影响；2、加工效率高；3、降低成本；4、减少加工工序、 提高一次成品率。
具体实施例方式
下面对本发明作进一步描述。
一种铜片衬底的半固着磨粒抛光方法，采用半固着磨粒磨具，铜 基材料的平面与所述半固着磨粒磨具以面面接触形式相互作用。
加工载荷在5 50kPa之间，磨具转速在20 120rpm之间，由驱 动装置带动半固着磨粒磨具在铜基材料的平面上转动。
控制加工温度的方式在铜基材料的平面与所述半固着磨粒磨具 的接触面供给雾状冷却液，供给量可以根据要求进行调节。所述的雾 状冷却液为结合剂、纯水或碱性溶液。
所述的半固着磨粒磨具中的磨粒之间以半固着方式粘结，所述的 磨具中的各个组分的质量百分比为磨粒80% 94%，结合剂6% 20°/。。再进一步，所述的磨粒为以下之一①氧化铝、②金刚石、③ 刚玉、④金刚砂、(D石榴石、⑥人造金刚砂、⑦碳化硅、⑧碳化硼。 优选为氧化铝磨粒。
所述铜基材料为99.9%的冷轧电解铜，呈多晶结构。所述非晶态 合金为Pd-Ni-P、 Ni-P或Pd-P，其结构以非晶态为主。
该铜片衬底用于非晶态合金薄膜的生长，或者用于高压开关设备 的开关触片等场合。
按照本发明的工艺加工10~20分钟后的铜片平面表面粗糙度可达 Ra0.03 0.05iim，Rmax0.04 0.08iim，材料去除率达0.5 1.2fim/min， 加工后表面有肉眼可辨的浅细划痕。之后再在法绒布上用W0.5金刚 石抛光膏经10~20分钟的精机械抛光，转速为30rpm，工件表面划痕 去除，少许的工件呈现出细微凹凸不平是有些铜基材料的不规则晶向 所致，但大多数的铜片衬底达到镜面效果。经上述工序铜片衬底的镜 面加工一次成品率能达到90%以上。
磨粒可以使用金刚石、刚玉、金刚砂、石榴石、人造金刚砂、碳 化硅、碳化硼等。所使用的磨粒的粒径大约是3.0—20(im，合适的粒 径范屈是l 20jim。所述结合剂包括胶粘剂1% 10%，添加剂5% 15%。所述的胶粘剂可为以下一种或几种混合①淀粉类胶粘剂、② 植物胶类胶粘剂、(D天然高分子类胶粘剂、④纤维素类胶粘剂、⑤半 合成物类胶粘剂、⑥合成物类胶粘剂、⑦树脂类胶粘剂。所述的磨具 添加剂包括以下一种或几种混合①防水剂、②填充剂、③消泡剂。 所述的防水剂为硅油或硅乳胶，其质量百分比为5% 10%。所述的消
泡剂为磷酸三丁脂类消泡剂，其质量百分比为0.01% 1%。所述的填
充剂为石墨、铜粉或两者的混合物，其质量百分比为3% 8%。
本实施例的半固着磨粒磨具的加工方法，包括以下步骤
(1) 将磨粒、胶粘剂、添加剂混合，各自的质量百分比为磨粒80%
94%，胶粘剂1% 10%，添加剂5% 10%，搅拌均匀，过筛并加水 混合；
(2) 将混合料倒入模具内，浇注成型；
(3) 将浇注好的磨具进行消除气泡处理；
(4) 消除气泡后，将磨具放入烘箱内烘干固化，脱模后制得半固着磨 粒磨具。
所述的(4)中，烘箱内30 9(TC温度下烘烤24 96小时。
实例l:使用100(^氧化铝磨粒的PVA (聚乙烯醇)为结合剂的半固 着磨粒磨具，工件为磨削后长方体冷轧铜片，尺寸为 30mmxlOmmxlmm，工件表面Ra值为0.31(im，加工载荷为5kPa，磨 具转速为20rpm，冷却液为纯水，加工时间20分钟后，表面粗糙度达 Ra0.03,， Rmax0.06,，材料去除率为0.2拜/min。
实例2:使用100(^氧化铝磨粒的CMC (羧甲基纤维素钠)为结合 剂的半固着磨粒磨具，工件为磨削后长方体冷轧铜片，尺寸为 30mmxl0mmxlmm，工件表面Ra值为0.32(im，力Q工载荷为20kPa，磨 具转速为80rpm，冷却液为纯水，加工时间15分钟后，表面粗糙度达 Ra0.025(am， Rmax0.05,，材料去除率为0.6)im/min。
实例3:使用300(^氧化铝磨粒的PVA (聚乙烯醇)为结合剂的半固 着磨粒磨具，工件为磨削后长方体冷轧铜片，尺寸30mmxlOmmxlmm， 工件表面Ra值为0.32(im，加工载荷为50kPa，磨具转速为120rpm，冷
却液为KOH溶液，加工时间10分钟后，表面粗糙度达Ra0.02)im， Rmax0.04拜，材料去除率为0.2拜/min。
实例4:使用200(^CBN磨粒的PVA (聚乙烯醇)为结合剂的半固着 磨粒磨具，工件为磨削后长方体冷轧，尺寸为530mmxl0mmxlmm， 工件表面Ra值为0.35pm，加工载荷为40kPa，磨具转速为100rpm，冷 却液为NaOH溶液，加工时间10分钟后，表面粗糙度达Ra0.02pm， Rmax0.035[xm，材料去除率为0.8jim/min。
实例5:使用600#人造金刚砂磨粒的阿拉伯胶为结合剂的半固着磨 粒磨具，工件为磨削后长方体冷轧铜片，尺寸为30mmxl0mmxlmm， 工件表面Ra值为0.32fxm，加工载荷为30kPa，磨具转速为80rpm，冷却 液为水溶液，加工时间15分钟后，表面粗糙度达Ra0.025pm， Rmax0.05fim，材料去除率为0.8^im/min。
实例6:使用300(^CBN磨粒的PVA (聚乙烯醇)为结合剂的半固着 磨粒磨具，工件为磨削后长方体冷轧铜片，尺寸为30mmxl0mmxlmm， 工件表面Ra值为0.33pm，加工载荷为50kPa，磨具转速为120rpm，冷 却液为NaOH溶液，加工时间10分钟后，表面粗糙度达Ra0.02iam， Rmax0.04jim，材料去除率为0.7iim/min。
实例7:使用1000#刚玉磨粒的阿拉伯胶为结合剂的半固着磨粒磨 具，工件为磨削后长方体冷轧铜片，尺寸为30mmxlOmmxlmm，工件 表面Ra值为0.32pm，加工载荷为30kPa，磨具转速为60rpm，冷却液为 水溶液，加工时间15分钟后，表面粗糙度达Ra0.03pm， Rmax0.05p m，材料去除率为0.5(im/min。
权利要求
1、一种铜片衬底的半固着磨粒抛光方法，其特征在于所述抛光方法采用半固着磨粒磨具，铜基材料的平面与所述半固着磨粒磨具以面面接触形式相互作用。
2、 如权利要求1所述的铜片衬底的半固着磨粒抛光方法，其特征在 于加工载荷在20 50kPa之间，磨具转速在20 120rpm之间，由 驱动装置带动半固着磨粒磨具在铜基材料的平面上转动。
3、 如权利要求1或2所述的铜片衬底的半固着磨粒抛光方法，其特征 在于控制加工温度的方式在铜基材料的平面与所述半固着磨粒磨具的接触面供给雾状冷却液。
4、 如权利要求3所述的铜片衬底的半固着磨粒抛光方法，其特征在 于所述的雾状冷却液为结合剂、纯水或碱性溶液。
5、 如权利要求4所述的铜片衬底的半固着磨粒抛光方法，其特征在 于所述的半固着磨粒磨具中的磨粒之间以半固着方式粘结，所述的 磨具中的各个组分的质量百分比为磨粒80% 94%，结合剂6% 20%。
6、 如权利要求5所述的铜片衬底的半固着磨粒抛光方法，其特征在于所述的磨粒为以下之一①氧化铝磨粒、②金刚石、③刚玉、④ 金刚砂、⑤石榴石、(D人造金刚砂、⑦碳化硅、⑧碳化硼。
7、 如权利要求1所述的铜基材料的半固着磨粒抛光方法，其特征在 于所述铜基材料为99.9%的冷轧电解铜，呈多晶结构。
全文摘要
一种铜片衬底的半固着磨粒抛光方法，采用半固着磨粒磨具，铜基材料的平面与所述半固着磨粒磨具以面面接触形式相互作用，加工载荷在20～50kPa之间，磨具转速在20～120rpm之间，由驱动装置带动半固着磨粒磨具在铜基材料的平面上转动。本发明提供一种降低磨粒粒度分布均匀程度对加工精度的影响、加工效率高、降低成本的铜片衬底的半固着磨粒抛光方法。
文档编号B24B29/00GK101176983SQ20071015672
公开日2008年5月14日 申请日期2007年11月28日 优先权日2007年11月28日
发明者俞冬强, 帆 杨, 翊 杨, 王志伟, 袁巨龙, 邓乾发, 苗 钱, 锋 陈, 黎 陶 申请人:浙江工业大学;湖南大学