CN103692562A - 一种金刚石超薄切割片及其制作工艺 - Google Patents

一种金刚石超薄切割片及其制作工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金刚石超薄切割片及其制作工艺，所述制作工艺包括如下步骤：（1）制作吸附金刚石的模板；（2）将金刚石有序排列于模板上；（3）将有序排列于模板上的金刚石粘接在合金箔上，形成一层金刚石有序排列的薄坯；（4）将多层薄坯叠加在一起，并保证两相邻薄坯的金刚石在径向方向错位排列；（5）将叠加的多层薄坯放入石墨模具中进行真空热压烧结，形成超薄切割片毛坯；（6）研磨减薄和内、外圆剪圆，得到金刚石有序排列的超薄切割片。本发明的金刚石有序排列，使得同一切割面上的金刚石受力均匀，避免了局部受力过大产生的崩齿现象；有序排列金刚石超薄切割片较普通超薄切割片在被切割材料崩边问题上也有了很大的改进。

Description

一种金刚石超薄切割片及其制作工艺
技术领域
本发明涉及硬脆材料加工领域，具体涉及一种金刚石超薄切割片及其制作工艺。
背景技术
金刚石超薄切割片广泛应用于半导体材料、硅晶圆、玻璃、陶瓷、电子封装材料等硬脆材料的精密精细加工，诸如划片、开槽和切断等。由于超薄切割片在20000～60000r/min的超高速环境下工作，因此对超薄片的加工精度要求非常高，稍有偏差就会造成被加工材料的碎裂或大的崩边，对于这些昂贵的硬脆材料来说，大大增加了加工成本。目前市场上广泛应用的金刚石超薄切割片主要包括电镀片和热压烧结片，电镀法制作的切割片只是电镀金属膜对金刚石起到包裹作用，两者之间的结合为机械结合，相对于热压法来说，把持力较差，磨料容易过早脱落，使用寿命短。但电镀片可以非常薄，一般厚度在0.015mm～0.1mm之间，一般用于比较昂贵的硬脆材料切割，因其切缝窄而大大减少了被加工材料的消耗。热压法制造的超薄片，采用金属粉末和金刚石混合热压烧结而成，因其较好的金刚石结合强度和长寿命，被广泛应用于各种硬脆材料的加工，其厚度一般在0.1mm～0.5mm之间。但热压法烧结的超薄片，存在金刚石与胎体粉混合不均匀的问题，造成超薄片中的金刚石出现偏析现象，在高速切割的环境下，严重影响了超薄片对材料的加工质量，诸如超薄片抖动断齿、被加工材料崩边严重等。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种金刚石超薄切割片，由多片薄坯真空热压烧结成型，每一所述薄坯由合金箔、有序排列于该合金箔上的多颗金刚石组成，两相邻所述薄坯的金刚石在切割片的径向方向错位排列。
进一步，所述金刚石粘接于所述合金箔上。
进一步，所述合金箔为锡青铜箔。
本发明还提供一种上述的金刚石超薄切割片的制作工艺，包括如下步骤：
（1）制作吸附金刚石的模板；
（2）将金刚石有序排列于步骤（1）所得模板上；
（3）将有序排列于模板上的金刚石粘接在锡青铜箔上，形成一层金刚石有序排列的薄坯；
（4）按照超薄切割片的厚度，将多层薄坯叠加在一起，并保证两相邻薄坯的金刚石在切割片径向方向错位排列；
（5）将步骤（4）中叠加的多层薄坯放入真空烧结炉中进行真空热压烧结，形成超薄切割片毛坯；
（6）对所述超薄切割片毛坯进行研磨减薄和内、外圆剪圆，得到金刚石有序排列的超薄切割片。
其中，步骤（3）中的所述锡青铜箔为超薄切割片的结合剂，锡青铜箔中锡的重量百分比为3～14%。
其中，步骤（2）中的所述模板安装于真空泵上，所述金刚石通过真空吸附有序排列于所述模板上。
其中，步骤（3）中的所述锡青铜箔上涂抹有用于粘接金刚石的胶水，将吸附有金刚石的上述模板轻放于锡青铜箔上，撤掉真空使金刚石落入锡青铜箔的胶水上（也即通过真空吸附和释放来定位金刚石的排列顺序）。
其中，步骤（1）中制作多块所述模板，每一所述模板上有序排列着占据模板表面积30%～60%、容纳金刚石的多个孔，且多个所述模板叠放后，两相邻模板上的孔在径向方向错位排列。
其中，步骤（5）中，真空热压烧结的烧结温度为550～750℃（优选650～700℃），烧结压力为10～20MPa（优选10～15MPa），保温保压时间为30～60min。
上述的制作工艺还包括设于所述步骤（2）之前的锡青铜箔剪环和压平处理步骤：将锡青铜箔剪成环形结构，其外径较之超薄切割片的外径大2～5mm，内径较之超薄切割片的内径小2～5mm，然后进行压平处理使之平整。
上述的制作工艺还包括设于所述步骤（5）之前的脱蜡处理步骤：将所述步骤（4）中叠加的多层薄坯放入脱蜡炉内，在300～400℃（优选350～380℃）的温度下放置30～60min（优选30～40min），将薄坯中的胶水去除，完成脱蜡处理。
本发明提供的技术方法带来的有益效果如下：
本发明将传统的粉末与金刚石混合烧结超薄切割片的工艺转变为用锡青铜箔来代替粉末，从而达到在超薄产品中实现金刚石有序排列的目的；由于金刚石的有序排列，使得同一切割面上的金刚石受力均匀，避免了局部受力过大产生的崩齿现象；有序排列金刚石超薄切割片较普通超薄切割片在被切割材料崩边问题上也有了很大的改进。
附图说明
图1是本发明实施例中一片薄坯的金刚石在锡青铜箔上的排列示意图；
图2是与图1所示薄坯相邻的一片薄坯的金刚石在锡青铜箔上的排列示意图；
图中，符号说明如下：
1金刚石、2锡青铜箔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
一种金刚石超薄切割片，由多片薄坯真空热压烧结成型，每一所述薄坯由锡青铜箔2、有序排列并粘接于该锡青铜箔2上的多颗金刚石1组成，两相邻所述薄坯的金刚石1在径向方向错位排列。
本发明实施例还提供一种金刚石超薄切割片的制作工艺，以厚度0.3mm、外径54mm、内径40mm的金刚石超薄切割片为例，其制作工艺包括如下步骤：
S01制作吸附金刚石的模板：制作多块所述模板，每一所述模板上有序排列着占据模板表面积50%的、用于容纳金刚石的多个孔，且多个所述模板叠放后，两相邻模板上的孔在径向方向错位排列；
S02锡青铜箔剪环和压平处理：将厚度为0.05mm的锡青铜箔剪成环形结构，其外径为58mm，内径为36mm，然后进行压平处理使之平整；
S03有序排列金刚石处理，将38～45μm的金刚石有序排列于步骤S01所得模板上；
其中，所述模板安装于真空泵上，所述金刚石通过真空吸附有序排列于所述模板上。
S04金刚石贴箔处理：将吸附有金刚石的上述模板轻放于锡青铜箔上，撤掉真空使金刚石落入锡青铜箔的胶水上，从而将有序排列于模板上的金刚石转移粘接在锡青铜箔上，形成一层金刚石有序排列的薄坯；
其中，所述锡青铜箔预先涂抹有用于粘接金刚石的胶水（比如在平整工序之后涂胶），锡青铜箔中锡的重量百分比为14%，锡青铜箔中锡的含量为14%时做出的超薄片脆性较大，利于金刚石出刃，超薄片的切割效率高。
S05薄坯组合装模处理：按照超薄切割片的厚度为0.3mm，将7层薄坯组合装模叠加在一起（实际上是通过组装多层薄坯的石墨模具进行组装），组合时保证两相邻薄坯的金刚石在径向方向错位排列；
S06脱蜡处理：将步骤S05中叠加的多层薄坯（即薄坯组合后的石墨模具）放入脱蜡炉内，在300～400℃的温度下放置30～60min，将薄坯中的胶水去除，完成脱蜡处理；
S07热压烧结处理：将步骤S06中脱蜡处理后的多层薄坯（实际为脱蜡处理后的薄坯组装模具）放入真空热压烧结炉内进行加温加压烧结，烧结温度为650～750℃，烧结压力为10～15MPa，保温保压时间为30min，制成厚度为0.35mm左右的超薄切割片毛坯（将该毛坯进行脱模处理后进入下一步，所谓脱模处理就是从石墨模具内取出烧制好的超薄切割片毛坯）；
S08研磨减薄和电火花剪圆处理：对所述超薄切割片毛坯去除毛刺后，放入研磨机内进行研磨减薄，使之达到所需的厚度尺寸，然后将研磨过后的超薄片使用中走丝线切割机进行内、外圆剪圆，得到厚度0.3mm、外径54mm、内径40mm的金刚石有序排列的超薄切割片。
本发明将传统的粉末与金刚石混合烧结超薄切割片的工艺转变为用锡青铜箔来代替粉末，从而达到在超薄产品中实现金刚石有序排列的目的；由于金刚石的有序排列，使得同一切割面上的金刚石受力均匀，避免了局部受力过大产生的崩齿现象；有序排列金刚石超薄切割片较普通超薄切割片在被切割材料崩边问题上也有了很大的改进。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金刚石超薄切割片，其特征在于，由多片薄坯真空热压烧结成型，每一所述薄坯由合金箔、有序排列于该合金箔上的多颗金刚石组成，两相邻所述薄坯的金刚石在切割片的径向方向错位排列。
2.根据权利要求1所述的金刚石超薄切割片，其特征在于，
所述金刚石粘接于所述合金箔上，优选所述所述合金箔为锡青铜箔。
3.一种如权利要求1或2所述的金刚石超薄切割片的制作工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）制作吸附金刚石的模板；
（2）将金刚石有序排列于步骤（1）所得模板上；
（3）将有序排列于模板上的金刚石粘接在合金箔上，形成一层金刚石有序排列的薄坯；
（4）按照超薄切割片的厚度，将多层薄坯叠加在一起，并保证两相邻薄坯的金刚石在径向方向错位排列；
（5）将步骤（4）中叠加的多层薄坯放入真空烧结炉中进行真空热压烧结，形成超薄切割片毛坯；
（6）对所述超薄切割片毛坯进行研磨减薄和内、外圆剪圆，得到金刚石有序排列的超薄切割片。
4.根据权利要求3所述的制作工艺，其特征在于，步骤（3）中的所述锡青铜箔为超薄切割片的结合剂，其中，锡青铜箔中锡的重量百分比为3～14%。
5.根据权利要求3所述的制作工艺，其特征在于，步骤（2）中的所述模板安装于真空泵上，所述金刚石通过真空吸附有序排列于所述模板上。
6.根据权利要求3所述的制作工艺，其特征在于，步骤（3）中的所述锡青铜箔上涂抹有用于粘接金刚石的胶水，将吸附有金刚石的所述模板放于锡青铜箔上，撤掉真空使金刚石落入锡青铜箔的胶水上。
7.根据权利要求3所述的制作工艺，其特征在于，步骤（1）中制作多块所述模板，每一所述模板上有序排列着占据模板表面积30%～60%、容纳金刚石的多个孔，且多个所述模板叠放后，两相邻模板上的孔在径向方向错位排列。
8.根据权利要求3所述的制作工艺，其特征在于，步骤（5）中，真空热压烧结的烧结温度为550～750℃，烧结压力为10～20MPa，保温保压时间为30～60min。
9.根据权利要求3所述的制作工艺，其特征在于，还包括设于所述步骤（2）之前的锡青铜箔剪环和压平处理步骤：将锡青铜箔剪成环形结构，其外径较之超薄切割片的外径大2～5mm，内径较之超薄切割片的内径小2～5mm，然后进行压平处理使之平整。
10.根据权利要求3所述的制作工艺，其特征在于，还包括设于所述步骤（5）之前的脱蜡处理步骤：将所述步骤（4）中叠加的多层薄坯放入脱蜡炉内，在300～400℃的温度下放置30～60min，将薄坯中的胶水去除，完成脱蜡处理，优选步骤（4）中使用石墨模具将多层薄坯叠加在一起。
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