[发明专利]用于电子工业中的磨料切片工具

说明书

相关申请

本申请对2008年7月2日提交的美国临时申请号61/077,604要求优先权，该申请通过引用以其整体结合在此。

发明领域

本发明涉及磨料技术，并且更具体地涉及用于对电子工业中所使用的材料如芯片规模的包装(包括球栅阵列)进行切片、以及用于对硬质陶瓷材料如氧化铝、玻璃、铁氧体、硅、碳化硅和石英进行切片的研磨工具以及技术。

发明背景

含磨料的基于铜-锡的金属粘结剂在电子设备的切片和切粒工业中是普遍已知的。正如进一步所知，可以向粘结剂混合物中添加合金化元素，如镍、铁、钛、以及钼，来改进此类铜-锡系统的耐磨性以便得到更长的磨轮寿命。除了改进磨轮寿命之外，这些合金化元素还可以改进磨料结构的硬度和钢度。

作为铜-锡粘结剂系统的一种替代物，已经使用镍基磨料结构用于改进的耐久性和刚度。例如，美国专利号3,886,925披露了一种切削磨轮，它带有一个由镍溶液静电沉积得到的高纯度镍所形成的磨料层，这些镍溶液具有悬浮于其中的精细分开的磨料。

美国专利号6,056,795和6,200,208描述了多个磨轮，其中一种烧结的金属粘结剂包括一种金属组分，如钼、铼和钨(该‘795专利)；或一种活性金属如钛、锆、铪、铬、和钽(该‘208专利)，在烧结时它与这些磨料颗粒形成了一种化学结合从而改善了该磨轮的弹性模量值。归功于活性金属的合金化，金刚石的保留得到增强，从而导致了磨轮寿命的改进。

在电子设备切片工业中令人希望的其他特征包括切削轮自修饰(self-dressing)以及在较低功率下运行的能力。概括地，一种磨料结构的自修饰能力可以通过将磨料的磨损率与粘结剂的磨损率相匹配而实现。这有时候可以通过添加元素如银、或者通过掺入软性填充剂如石墨和六方氮化硼而完成。另一种技术是通过添加填充剂如碳化硅和氧化铝、和/或通过在粘结剂中诱导孔隙性来使该微结构变脆。虽然此类改性可以改进磨轮的自修饰能力，但是可能有损该磨轮的其他特性。在此情况下，在研磨工具的设计中必须考虑许多非轻微的对抗性因素。

因此，对于用于研磨工具的着手解决了此类因素的基于金属的粘结剂系统存在一种需要。

发明概述

本发明总体上涉及金属粘结的磨料工具如切片轮以及用于生产它们的方法。本发明的多方面涉及一种粘结剂，它导致了工具和物品是硬质的、耐久的并且自修饰的。

在一个实施方案中，本发明是针对一种金属粘结的研磨工具，它包括多个磨料颗粒、一种金属粘结剂组合物，该组合物包括镍、锡以及一种预合金的青铜，该青铜存在于在结构上基本上连续的一个相中。该工具拥有小于约20体积总％的孔隙性。任选地，该工具可以包括一种填充剂。

在另一个实施方案中，本发明是针对用于生产一种金属粘结的研磨工具的方法，该方法包括将多个磨料颗粒与一种金属粘结剂组合物(包括镍、锡和一种预合金的青铜)进行组合、将该组合的磨料颗粒与金属粘结剂组合物形成为一个成型本体、将该成型本体进行烧结以产生该金属粘结的研磨工具，其中该金属粘结的研磨工具拥有小于约20％的总孔隙性。可以任选加入一种填充剂，例如在形成该成型本体之前。

在一个另外的实施方案中，本发明是针对一种金属粘结的磨料物品，该物品包括一种粘结剂基体，该粘结剂基体具有基于该工具的总体积而言小于约20体积％的孔隙性。在该粘结剂基体中存在的一种金属粘结剂系统或组合物包括、基本上由之组成、或者由之组成的是三种组分：(i)具有的熔点在从约1100摄氏度(℃)至约1600℃范围内的一种金属或合金；(ii)具有的熔点为小于约700℃的一种组分，所述组分能够形成一个全部或部分溶于(i)中的金属或合金中的瞬时液相；以及(iii)具有的熔点小于约800℃的一种预合金的组分，它形成了一个具有基本上连续的微结构的相。该粘结剂基体可进一步包括一种填充剂。在优选的实现方式中，该粘结剂基体包括在该磨料物品中存在的所有孔隙性。

在又一个实施方案中，本发明是针对生产一种磨料物品例如像切片轮的方法。该方法包括：形成一种成型本体，该成型本体包括多个磨料颗粒、以及如上所述的金属粘结剂组合物；并且将该成型本体致密化(例如通过烧结)以生产出该磨料物品。优选地，该磨料物品具有小于约20体积百分比的孔隙性。在一些实施方案中，将这些磨料颗粒、金属粘结剂组合物或组合的磨料颗粒与粘结剂组合物进一步与一种填充剂进行组合。