[发明专利]一种用于SiC晶片减薄的陶瓷金刚石砂轮及其制造方法

说明书

本发明提出一种用于SiC晶片减薄的陶瓷金刚石砂轮及其制造方法。陶瓷金刚石刀头由陶瓷结合剂、金刚石磨料、填料组成，其制造方法为凝胶注模‑发泡法，具体流程为将有机单体溶液与各原料通过球磨混合成均匀的浆料，再加入分散剂、引发剂和发泡剂，经过脱模、干燥、排胶、焙烧、表面处理得到高气孔率的陶瓷金刚石刀头。然后将刀头和铝基体进行粘接、固化、修整、检测，制备出多孔陶瓷结合剂金刚石砂轮。该方法较传统砂轮工艺简单、步骤少，其制得的砂轮组织均匀、气孔分布均匀、孔径均匀，气孔率高，因此该砂轮自锐性非常好，磨屑排出及时，砂轮锋利度好，且加工工件表面质量好、加工效率高且研磨过程中无需修整。

技术领域

本发明属于材料领域，特别涉及一种用于SiC晶片减薄的陶瓷金刚石砂轮及其制造方法。

背景技术

近年来，半导体材料飞速发展，第三代半导体材料以其优异的性能粉墨登场。第三代半导体材料是以碳化硅、氮化镓、氮化铟、氮化铝等为基础的III-V族化合物半导体，在电和光的转化方面性能突出，在微波信号传输方面的效率更高，可被广泛应用到照明、显示、通讯等各个领域。目前市场应用比较广泛的蓝绿光LED是基于碳化硅(SiC)材料，也是特殊的第三代半导体。SiC作为最具代表性的第三代宽禁带半导体材料，具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和迁移速度、低相对介电常数和耐高温等特点，被认为是用作高温和高频光电子器件的理想材料，成为当前最受关注的半导体材料之一，其在新能源汽车、轨道交通、智能电网和电压转换等领域都具有潜在的应用前景。

SiC作为一种多相陶瓷，具有很高的硬度(Mohs硬度9.5)和脆性，化学稳定性好，是一种典型难加工的硬脆材料，但是在其应用中均要求sic表面超光滑、无缺陷、无损伤，表面粗糙度值达纳米级以下。目前，SiC在经过研磨工序后，其表面粗糙度、缺陷损伤以及平整度都还不能达到使用要求，最后工序是使用游离磨料进行化学机械抛光，来提高其表面质量。但是，采用传统游离磨料加工，也会出现晶片表面损伤大、加工精度低、不易自动化控制、污染环境等一系列问题，因此，如何实现对SiC表面的精密高效加工是一个亟待解决的难题，为此国内外开展了一系列研究。目前，半导体晶圆的精密加工多采用具有低损伤、高精度和高效率的精密金刚石砂轮的自旋转磨削工艺，该技术对砂轮的自锐性要求极高，磨削后的晶圆表面可达到纳米级表面粗糙度和微米级亚表面损伤层厚度，从而获得表面高度平整光洁的晶圆。近年来，由于陶瓷结合剂金刚石砂轮以其多气孔、良好的自锐性、加工精度高等优异的性能，广泛用于金刚石复合片、硬质合金、工程陶瓷、光学玻璃及宝石等硬脆性材料的表面加工及精密加工中。但是，作为SiC晶片磨抛的最后工序，该砂轮所用金刚石为微纳米级，粒度为2000#及以细，金刚石表面活性较高，极易团聚，并且传统熔融法制备的陶瓷粉颗粒比较大，和微纳米金刚石的机械混合会形成以陶瓷粉颗粒为中心的非均匀微观结构，导致砂轮自锐性差，且磨削时易在硅片表面产生划痕等。

针对以上技术问题，本发明提出制备采用凝胶注模-发泡法制备一种多孔陶瓷金刚石砂轮，以其提高砂轮自锐性和锋利度。凝胶注模-发泡法是一种新型泡沫陶瓷成型技术，此工艺适用范围广，坯体收缩小，可制备形状复杂的多孔陶瓷材料，但是并未有用该方法制备陶瓷金刚石砂轮的相关报道。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种用于SiC晶片减薄的陶瓷金刚石砂轮及其制造方法，所述刀头包括陶瓷结合剂20-30份、金刚石磨料40-60份、填料10-20份；其中，所述陶瓷结合剂包括二氧化硅45-60wt％，氧化铝5-15wt％，氧化硼10-20wt％，氧化钠8-10wt％，氧化钙5-10wt％，氧化锂2-5wt％，wt％表示为重量百分比。

进一步的，所述填料为碳化硅或刚玉。

进一步的，所述刀头气孔率为60-90Vol％，气孔孔径为100-500μm，其中，Vol％表示为体积分数。

进一步的，所述砂轮外径为200-300mm，内径为150-200mm；所述刀头设置30-80个并间距排列形成圆弧状。