一種采用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的固定磨料拋光布的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的固定磨料拋光布，其特征在于：由拋光布基材及均勻分布于拋光布基材中的磨料構(gòu)成，該固定磨料為納米聚集結(jié)構(gòu)磨料，該納米聚集結(jié)構(gòu)磨料為由納米子粒子聚集而成的微米級(jí)球形磨料。本發(fā)明采用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料，其為由納米粒子聚集的微米級(jí)球形磨料，微米級(jí)球形磨料可以使納米粒子不易陷入粘彈性材料的拋光布基材中，在保證良好的表面光潔度的同時(shí)，充分發(fā)揮加工作用。
【專利說明】一種采用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的固定磨料拋光布

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及硬脆性材料表面精密加工用拋光工具，特別是一種采用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的固定磨料拋光布及其加工方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，各種微電子基板材料(如S1、SiC、玻璃等材料的基板)，S12絕緣膜及微電子元器件的超精密加工普遍采用納米磨料拋光液，最常用的為納米氧化硅拋光液。但由于拋光液(游離磨料)的使用所帶來一系列的環(huán)境問題，固定磨料的加工日益得到重視。在固定磨料工具中，固定磨料拋光布最容易實(shí)現(xiàn)超精密表面的加工。固定磨料拋光布主要由拋光布基材及固定于基材中的磨料構(gòu)成，但目前的固定磨料拋光布的加工效率和表面加工質(zhì)量，都不如現(xiàn)行的游離磨料加工。究其原因，與拋光布所采用的磨料有著直接的關(guān)系。由于納米級(jí)磨料很難均勻添加到拋光布中，而且易陷入拋光布基材，加工效率低。目前采用的大多是由粉粹法制成的不規(guī)則形狀的硬質(zhì)的傳統(tǒng)磨料。粒徑通常在亞微米，與現(xiàn)行納米拋光液的加工表面相比，容易劃傷加工表面，影響表面加工質(zhì)量。此外，為了提高化學(xué)去除作用，固定磨料拋光布通常需要與化學(xué)溶液并用，比如Si基板通常采用PHlO的堿性水溶液，加工中容易與空氣中的CO2反應(yīng)，pH值不易控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的固定磨料拋光布，其采用納米聚集結(jié)構(gòu)的微米級(jí)球形粒子作為固定磨料拋光布的磨料，納米子粒子可以保證表面加工質(zhì)量，微米級(jí)粒徑既可以避免納米子粒子陷入拋光布基材，保證加工效率，又有利于均勻拋光布的制備，功能性添加材料可以提高不同的被加工工件的材料的加工性能。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種采用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的固定磨料拋光布，其特征在于:由拋光布基材及均勻分布于拋光布基材中的磨料構(gòu)成，該固定磨料為納米聚集結(jié)構(gòu)磨料，該納米聚集結(jié)構(gòu)磨料為由納米子粒子聚集而成的微米級(jí)球形磨料。
[0006]而且，所述的拋光布基材為聚氨酯等粘彈性材料。
[0007]而且，所述的拋光布的固定磨料添加率為6voL % -50vol %,氣孔率1vol % _50vol%o
[0008]而且，所述的納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的納米子粒子的粒徑為l_80nm，以細(xì)孔容積為
0.l-5cm3/g的聚集密度聚集成粒徑為l_20um左右的微米級(jí)球形磨料。
[0009]而且，所述的納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的超微細(xì)孔的孔徑為l_80nm。
[0010]而且，所述的納米聚集結(jié)構(gòu)磨料為納米聚集氧化硅、納米聚集氧化鋁、納米聚集氧化鋪或多晶金剛石等。
[0011]而且，所述的納米聚集氧化硅磨料中還含有堿性納米材料。
[0012]而且，所述的堿性納米材料為KOH等無機(jī)堿，或?qū)Χ涵h(huán)或胺類化合物等的有機(jī)堿。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為:
[0014]1、本發(fā)明的固定磨料拋光布，采用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料，其為由納米粒子聚集的微米級(jí)球形磨料，微米級(jí)球形磨料可以使納米粒子不易陷入粘彈性材料的拋光布基材中，在保證良好的表面光潔度的同時(shí)，充分發(fā)揮加工作用，此外微米粒子附近的空間一容屑槽，可以保證磨屑的排除，有利于實(shí)現(xiàn)高效去除。
[0015]2、本發(fā)明的固定磨料拋光布，其納米聚集結(jié)構(gòu)磨料為含有l(wèi)_80nm超微細(xì)孔結(jié)構(gòu)的粒子，比同粒徑的傳統(tǒng)的實(shí)心結(jié)構(gòu)的磨料的機(jī)械強(qiáng)度低，硬度小，所以通常機(jī)械去除作用低，有利于減小對(duì)被加工表面的劃傷，和亞表面的機(jī)械損傷。
[0016]3、本發(fā)明的固定磨料拋光布，其納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的粒子通常比傳統(tǒng)磨料的比表面積大，表面活性強(qiáng)，具有較強(qiáng)的化學(xué)去除作用，有效的提高了加工效率。
[0017]4、本發(fā)明的固定磨料拋光布，還可向納米聚集結(jié)構(gòu)氧化硅磨料中加入納米堿性材料，如KOH等無機(jī)堿或胺類化合物等有機(jī)堿，在Si基板的加工中，用去離子水代替堿性水溶液的拋光溶液，不僅可以提高Si基板的去除率，和表面光潔度，還能提高KOH的使用效率。減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)。能提高氧化硅磨料的化學(xué)去除作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明固定磨料拋光布的結(jié)構(gòu)和加工原理示意圖；
[0019]圖2為本圖1中納米聚集磨料的放大圖(結(jié)合工作原理示意圖)；
[0020]圖3為現(xiàn)行納米氧化硅拋光液與納米聚集氧化硅拋光液加工特性對(duì)比；
[0021]圖4為現(xiàn)行天然氧化硅磨料和納米聚集氧化硅的固定磨料拋光布的加工性能比較。
[0022]附圖標(biāo)記說明:
[0023]1-固定磨料拋光布、2-研磨機(jī)工作臺(tái)、3-去離子水溶液、4-被加工工件、5-拋光布基材、6-納米聚集結(jié)構(gòu)磨料、7-納米子粒子、8-容屑槽、9-超微細(xì)孔、10-功能性添加材料(如 Κ0Η)。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0025]一種采用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的固定磨料拋光布，其由拋光布基材5及均勻添加于拋光布基材中的固定磨料構(gòu)成，該固定磨料為納米聚集結(jié)構(gòu)磨料6，該納米聚集結(jié)構(gòu)磨料為由納米子粒子7聚集的微米級(jí)球形磨料。
[0026]拋光布基材為聚氨酯等粘彈性材料。納米聚集結(jié)構(gòu)磨料添加于拋光布基材中的添加率為6voL% -50vol%，氣孔率1vol% _50vol%。納米子粒子粒徑為l_80nm，以細(xì)孔容積為0.lcm3/g-5cm3/g的聚集密度聚集成粒徑為l_20um的微米級(jí)球形磨料。微米級(jí)球形磨料的細(xì)孔孔徑為l_80nm。納米聚集粒子為納米聚集氧化硅、納米聚集氧化鋁、納米聚集氧化鈰和多晶金剛石。
[0027]納米聚集氧化硅磨料中還含有堿性等功能性納米材料。堿性納米材料為KOH等無機(jī)堿，和對(duì)二氮己環(huán)及胺類化合物等的有機(jī)堿。
[0028]本發(fā)明的固定磨料拋光布，采用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料，其為由納米子粒子聚集的微米級(jí)球形磨料，微米級(jí)球形磨料可以使納米子粒子不易陷入粘彈性材料的拋光布基材中，在保證良好的表面光潔度的同時(shí)，充分發(fā)揮加工作用，此外微米粒子附近的空間一容屑槽8，可以保證磨屑的排除，有利于實(shí)現(xiàn)高效去除。
[0029]一種采用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的固定磨料拋光布的加工方法，其特征在于:該加工方法的步驟為:
[0030](I).納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的制備方法:
[0031]先采用溶膠凝膠法等制備納米子粒子，再采用濕式或干式制粉將納米子粒子聚集成微米級(jí)粒子，成為納米聚集結(jié)構(gòu)磨料。
[0032](2).堿性等功能性材料的添加:
[0033]可利用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的超微細(xì)孔的強(qiáng)吸附性，用浸潤法等將堿性KOH等材料吸入納米聚集材料，也可以采用納米復(fù)合材料制備法。
[0034](3).納米聚集結(jié)構(gòu)磨料添加至拋光布中的方法為:
[0035]將納米聚集結(jié)構(gòu)磨料添加到聚氨酯的預(yù)聚物，混合攪拌均勻，注入模型。
[0036](4).再經(jīng)硬化，樹脂成熟。
[0037](5)脫模后制成固定磨料拋光布成品。
[0038]本發(fā)明的固定磨料拋光布的實(shí)驗(yàn)過程為:
[0039]將固定磨料拋光布I平貼于研磨機(jī)工作臺(tái)面2上，一起繞中心以Ii1做勻速回轉(zhuǎn)。將去離子水溶液3，勻速滴向拋光布上，均勻分布拋光布表面。被加工工件(基板)4的被加工面朝下置于拋光布上，在研磨壓力P作用下，繞工件中心以112勻速回轉(zhuǎn)，進(jìn)行固定磨料的拋光加工。
[0040]加工條件:被加工工件3” Si基板，加工前表面粗糙度0.25 μ m Ra, 1.8ym Rz ；拋光液濃度5wt%，ρΗΙΟ.5;研磨壓力50kPa，回轉(zhuǎn)速度(工作臺(tái)，工件)60rpm，拋光時(shí)間15min。
[0041]實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明:
[0042]1.如圖3中所示，采用平均粒徑為5um的納米聚集結(jié)構(gòu)氧化硅拋光液，其納米子粒子粒徑為10-20nm，與現(xiàn)行的粒徑為10_20nm的氧化硅拋光液相比，能迅速實(shí)現(xiàn)平滑表面的加工，可以減少Si基板的拋光工序數(shù)目，并能得到約0.8nmRa的表面粗糙度，與納米氧化硅拋光液的加工表面粗糙度(0.75nmRa)相近。
[0043]2.石英凸球端面的加工工藝，由通常為9um-3um-lum-拋光的4道工序，可以減為9um-3um-拋光3道工序。此外，圖3所示的加工時(shí)研磨機(jī)工作臺(tái)消耗的電流可降低10%以上。
[0044]3.如圖4中所示，2種氧化硅的固定磨料拋光布(氧化硅的添加率25vol%，氣孔率26vol % )的加工性能比較，與ρΗΙΟ.5的水溶液并用。采用平均粒徑約5um的納米聚集結(jié)構(gòu)氧化硅的固定磨料拋光布，與平均粒徑3.5um的傳統(tǒng)的氧化硅的固定磨料研磨布相比，不易劃傷加工表面，加工表面光潔度明顯提高，可達(dá)0.6-0.9nmRa.加工效率也明顯提高。
[0045]4.采用添加堿性材料的納米聚集氧化硅的固定磨料拋光布，可以不采用ρΗΙΟ.5的堿性化學(xué)溶液，只用去離子水加工Si基板，達(dá)到與現(xiàn)行納米拋光液相同的拋光效果。
[0046]盡管為說明目的公開了本發(fā)明的實(shí)施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本發(fā)明的范圍不局限于實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種采用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的固定磨料拋光布，其特征在于:由拋光布基材及均勻分布于拋光布基材中的磨料構(gòu)成，該固定磨料為納米聚集結(jié)構(gòu)磨料，該納米聚集結(jié)構(gòu)磨料為由納米子粒子聚集而成的微米級(jí)球形磨料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的固定磨料拋光布，其特征在于:所述的拋光布基材為聚氨酯等粘彈性材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的固定磨料拋光布，其特征在于:所述的拋光布的固定磨料添加率為6voL% -50vol%，氣孔率1vol% _50vol%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的固定磨料拋光布，其特征在于:所述的納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的納米子粒子的粒徑為l_80nm,以細(xì)孔容積為0.l_5cm3/g的聚集密度聚集成粒徑為l_20um左右的微米級(jí)球形磨料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的固定磨料拋光布，其特征在于:所述的納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的超微細(xì)孔的孔徑為l_80nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的固定磨料拋光布，其特征在于:所述的納米聚集結(jié)構(gòu)磨料為納米聚集氧化硅磨料、納米聚集氧化鋁磨料、納米聚集氧化鈰磨料或多晶金剛石磨料等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的固定磨料拋光布，其特征在于:所述的納米聚集氧化硅磨料中還含有堿性納米材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7采用納米聚集結(jié)構(gòu)磨料的固定磨料拋光布，其特征在于:所述的堿性納米材料為KOH等無機(jī)堿，或?qū)Χ涵h(huán)或胺類化合物等的有機(jī)堿。
【文檔編號(hào)】B24D11/00GK104308760SQ201410539722
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】高綺, 谷泰弘 申請(qǐng)人:天津市職業(yè)大學(xué)