TW201501870A - 高硬度脆性材料之硏削用硏磨石 - Google Patents

高硬度脆性材料之硏削用硏磨石 Download PDF

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Abstract

本發明之課題係提供一種高硬度脆性材料之研削用研磨石，其係藉由控制加工時作用於研磨粒的力與研磨粒脫落，而可以穩定的研削能力，適於高精度、高效率地研磨如藍寶石或SiC之高硬度脆性材料。 本發明之解決手段為一種高硬度脆性材料之研削用研磨石，其特徵在於具有經調整過研磨粒集中度之研磨粒層，其係調整成使存在於與高硬度脆性材料的被削材接觸之研磨粒層表面的金剛石研磨粒數量為1~5000個/cm2；並且，用以保持前述金剛石研磨粒之接著劑的強度為100~200MPa。

Description

高硬度脆性材料之研削用研磨石 發明領域
本發明係有關於一種用於LED基板等之藍寶石或SiC等的高硬度脆性材料之研削用研磨石。
發明背景
隨著近年來LED照明需求大增，而謀求具高效率、高精度之藍寶石或SiC研削用研磨石。例如，於專利文獻1中提案有一種輪型旋轉研磨石，其可以穩定的研削能力，高精度且壽命長地對藍寶石或碳化矽等基板外周部進行去角加工。該旋轉研磨石其金剛石研磨粒層為分段件構造，且當令各分段件長度的合計長為A，設於該分段件間之間隙部長度合計為B時，係使B/A大於0。
又，於專利文獻2中提案了一種杯型研磨石，其可以穩定的研削能力，高精度且高效率地對藍寶石或碳化矽等基板外周部進行鑽孔。該杯型研磨石係令所安裝的分段件數量為14以上，且相對於分段件面積，使分段件與分段件間的間隙面積為40%以上，並且使分段件的金剛石研磨粒的集中度為20以下。於實施例中，記載有集中度為12.5~30.0者。
並且，專利文獻3中記載了一種藍寶石基板的研削方法，其包含下述步驟：使用第1固定研磨粒研削藍寶石基板的第1面之步驟；及，使用第2固定研磨粒研削藍寶石基板的第一面之步驟；並且第2固定研磨粒具有比第1固定研磨粒更小的平均粒徑。而該研磨粒之一態樣，係記載有設於約0.5vol%以上且約25vol%以下、約1.0vol%與約15vol%、約2.0vol%與約10vol%之間(參照段落[0033])。
若使金剛石研磨石及CBN研磨石等超研磨粒研磨石高速旋轉來研削工作件，則不僅研磨粒前端會慢慢磨耗，藉由切屑而固定研磨粒的接著劑亦會一點一點被削除。則結果研磨粒及其周邊的接著劑會被削除而後退，而壽命結束的研磨粒會脫落，而從下面冒出新的研磨粒頭。藉由所述的自生作用，則可藉由研磨石來削除物品。
另一方面，研磨粒雖然係被接著劑基質穩固地保持住，但對於所施加的力，若接著劑的保持力不夠充分，則會有研磨粒在壽命盡前就會脫落的情況。若將金剛石作為研磨粒，則在研削中的研磨石與工作件之間，研磨粒的前端會一直維持在尖銳的狀態，但若研磨粒保持力差的話，則會有研磨粒不管是否還在可使用的狀態下，各個粒即會脫落的情況。為切刀的研磨粒，若發生研磨粒脫落、分離，則不僅不具經濟性，突出研磨石表面的「刃」還會消失，而無法發揮研磨石的性能。
又，雖然研磨石的前端會因使用而磨耗，但若接著劑後退的不夠的話，則會產生已到壽命的研磨粒不會脫 落而平坦化之「消光」現象。該消光會發生於下述情況：起因於接著劑後退之不良情況時；以及，以藍寶石或SiC等維氏硬度HV1(荷重=9.807N)時為20GPa以上、楊氏模數400GPa以上、破壞韌性值為10MPa√m以下之高硬度脆性材料來說，因欲加工的工作件硬度過高，而研磨粒不敵時。
為了不要發生超研磨粒研磨石以上之不良情況，則係因應工作件或所要求之機能來分別控制會影響銳度的研磨粒、銳度的維持、會影響研磨粒的固著之接著劑、及會影響切屑去向之氣孔而設計。習知，如同公知文獻所示，為了加工如藍寶石般高硬度脆性材料，一般係適用使用金剛石研磨粒之加工法。研磨石係組合金剛石研磨粒、研磨粒粒度、用以保持研磨粒之接合劑種類、接合強度、研磨粒集中度等多項要素來決定，故在研磨如藍寶石般高硬度脆性材料時，則需要具有適於所欲材料表面狀態之性能的研磨石。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2008-36771號公報
專利文獻2：日本特開2008-12606號公報
專利文獻3：日本特表2010-514580號公報
發明概要
然而，將藍寶石等的高硬度脆性材料作為被削材 來進行研削的機制尚未明暸。因此，實際上為研削性能不穩定且缺乏再現性，並且研削性能不夠而完成的性狀亦差之情況。又，習知如藍寶石或SiC之高硬度脆性材料的研削需求並不多，因此花時間來進行即可，但伴隨著現在LED之急遽的普及，則要求該基板所用之藍寶石的高效率、高精度之研削。
因此，本發明之目的在於提供一種藉由控制加工時作用於研磨粒的力與研磨粒脫落，而可以穩定的研削能力，適於高精度、高效率地研磨如藍寶石或SiC之高硬度脆性材料的研削用研磨石。
習知，一般的金剛石研磨石其粒度#230(平均粒徑約74μm)且研磨粒集中度為40~100。其因研磨粒作使用而會脫落並且外觀會變而出現新的研磨粒，故係憑經驗來決定。本發明人等將該發想從根本更改，而想到習知從未檢討過之調整研磨粒集中度，使存在於與被削材接觸之研磨粒層表面之研磨粒的數量為1~5000個/cm2，並考慮控制其與用以保持研磨粒之接著劑的強度，藉此是否可用於藍寶石等之高硬度脆性材料之研削，而達成本發明。
亦即，本發明之高硬度脆性材料之研削用研磨石之特徵在於具有經調整過研磨粒集中度之研磨粒層，其係調整成使存在於與高硬度脆性材料的被削材接觸之研磨粒層表面的金剛石研磨粒數量為1~5000個/cm2；並且，用以保持前述金剛石研磨粒之接著劑的強度為100~200MPa。 此外，研磨粒集中度係表示研磨粒的體積含有率(集中度200為50%，集中度100為25%)，當為習知之粒度#230(平均粒徑約74μm)且研磨粒集中度為40~100之金剛石研磨石時，研磨粒層表面之金剛石研磨粒數量為6000~12000個/cm2左右。依據本發明，金剛石研磨粒會深深地侵入高硬度脆性材料的被削材，則即使高速運轉亦可低負載地進行研削，且可有效發揮自生作用，而可以穩定的負載進行連續研削。
此外，研磨粒層表面的金剛石研磨粒數量若超過 5000個/cm2的話，於加工時施予1粒研磨粒的粒會分散而變低，而無法侵入高硬度脆性材料的被削材，故研磨粒會被磨滅而無法進行研削。當為研削高硬度脆性材料的被削材時，金剛石研磨粒會在被削材表面打滑，但以本發明之高硬度脆性材料的研削用研磨石來說，使存在於與該被削材接觸之研磨粒層表面的金剛石研磨粒數量減少至1~5000個/cm2，則可確保金剛石研磨粒切口深度。
又，即使金剛石研磨粒的數量為1~5000個 /cm2，但若接著劑強度超過200MPa的話，因保持金剛石研磨粒的力大，而研磨粒無法發揮自生作用，則因加工漸漸磨滅的研磨粒會一直被保持著，而結果無法研削。而若接著劑強度低於100MPa的話，因保持研磨粒的力過小，而無法發揮研磨石的性能。
依據本發明，可製得一種高硬度脆性材料之研削 用研磨石，其可以穩定的研削能力，適於高精度、高效率地研磨如藍寶石或SiC之高硬度脆性材料。
1‧‧‧研削用研磨石
2‧‧‧母材
3‧‧‧分段件研磨石
4‧‧‧研削平面
10‧‧‧研磨粒層
10a‧‧‧研磨粒層表面
11‧‧‧金剛石研磨石
12‧‧‧接著劑
圖1係表示本發明實施形態中高硬度脆性材料之研削用研磨石的圖。
用以實施發明之形態
圖1係顯示本發明實施形態中高硬度脆性材料之研削用研磨石1。該研削用研磨石1具備金屬製之圓板狀母材2與多個沿著母材2外周緣固著之分段件研磨石3。分段件研磨石3係構成有朝其中一面側(與旋轉軸心平行之方向(圖上方))突出的環狀研削平面4。
分段件研磨石3具有經調整過研磨粒集中度之研磨粒層10，其係調整成使存在於與高硬度脆性材料的被削材接觸之研磨粒層表面10a的金剛石研磨粒11的數量為1~5000個/cm2。此外，各分段件研磨石3的研磨粒層表面10a為1cm2左右之略長方形，且宜最少各4個角存在有1個並且中心存在有1個金剛石研磨粒11，此時則為最少5個/cm2以上。又，對於加工負載之耐久性方面來說，宜設為100個/cm2以上，且以500個/cm2以上更佳。另一方面，雖上限為5000個/cm2以下，但宜設為4500個/cm2以下，且以4000個/cm2以下更佳。又，用以保持金剛石研磨粒11之接著劑12的強度係設為100~200MPa。此外，本實施形態之接著劑12雖為金屬接著劑，但若可得到相同強度的話亦可使用其他接 著劑。
該研削用研磨石1，其金剛石研磨粒11會深深地侵入高硬度脆性材料的被削材，則即使高速運轉亦可低負載地進行研削，且可有效發揮自生作用，而可以穩定的負載進行連續研削，故可以穩定的研削能力，適於高精度、高效率地研磨如藍寶石或SiC之高硬度脆性材料。
實施例
將上述本發明實施形態之研削用研磨石1與習知之研削用研磨石做比較。本實施例之研削用研磨石1係將平均粒徑約74μm(#230)的金剛石研磨粒11與分別集中度為20(實施例1)、30(實施例2)之作為接著劑12的金屬接著劑混合，並燒結。又，比較例係將平均粒徑約74μm(#230)的金剛石研磨粒與集中度為40之金屬接著劑混合，並燒結。將燒結過的分段件研磨石接著於母材並研磨表面，而製得表面研磨粒數分別為3800個/cm2(實施例1)、5000個/cm2(實施例2)、5500個/cm2(比較例1)、6000個/cm2(比較例2)之研削用研磨石。
將該研削用研磨石安裝於縱軸平面研削盤上，研削在工作台上以圓周狀配列了4片厚度900μm的4吋藍寶石晶圓。以實施例1、2之研削用研磨石來說，即使將加工速度提升至400μm/min，加工負載亦可穩定地移動，而可不致使晶圓燒傷研削薄至厚度為300μm。
另一方面，比較例1之研削用研磨石，其加工負載不穩定而上下移動，故導致幾片晶圓燒傷。又，比較例2 之研削用研磨石，當以加工速度100μm/min進行研削時，在加工途中負載會上昇，而無法進行連續研削。此時，研削用研磨石表面的研磨粒會呈磨滅的狀態，而晶圓會燒傷並呈變色之狀態。
產業上之可利用性
本發明的高硬度脆性材料之研削用研磨石可以穩定的研削能力，適於高精度、高效率地研磨如藍寶石或SiC之高硬度脆性材料。
1‧‧‧研削用研磨石
2‧‧‧母材
3‧‧‧分段件研磨石
4‧‧‧研削平面
10‧‧‧研磨粒層
10a‧‧‧研磨粒層表面
11‧‧‧金剛石研磨石
12‧‧‧接著劑

Claims (1)

  1. 一種高硬度脆性材料之研削用研磨石，具有經調整過研磨粒集中度之研磨粒層，其係調整成使存在於與高硬度脆性材料的被削材接觸之研磨粒層表面的金剛石研磨粒數量為1~5000個/cm2；並且，用以保持前述金剛石研磨粒之接著劑的強度為100~200MPa。
TW103111456A 2013-04-15 2014-03-27 高硬度脆性材料之硏削用硏磨石 TW201501870A (zh)

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