專利名稱：鉆石磨料及電鍍鉆石工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆石磨料，特別指一種具有微導電特性的鉆石磨料及電鍍鉆石工具。
背景技術(shù)：
目前鉆石工具不論是在3C制造工業(yè)、傳統(tǒng)制造工業(yè)、航鈦工業(yè)或一般研磨使用的領(lǐng)域上均被廣泛地利用，如金屬的切割，工件研磨或鏡面拋光等；而這些鉆石研磨工具大多是通過電鍍方式制造。隨著科技的發(fā)展，精密的鉆石磨料研磨工具被大量的應(yīng)用于高科技產(chǎn)業(yè)中，例如半導體科技產(chǎn)業(yè)中的化學機械研磨制程(Chemical Mechanical Polishing,CMP)所使用的拋光墊修整器(Pad Conditioner),即是將鉆石磨料固定、結(jié)合于一金屬基盤之上,其結(jié)合方式除了已知的硬焊方式外，還有使用電鍍方式進行的技術(shù)，若能使鉆石磨料表面帶有適當?shù)膶щ姸?，在電鍍過程，金屬鍍層可包覆于鉆石磨料，使得鉆石磨料在研磨的過程中大幅減少掉落的機率。 又如，LED產(chǎn)業(yè)中眾所周知的主要材料藍寶石晶圓，在其晶棒長成后需進行切片制程，傳統(tǒng)上是利用鉆石漿配合裸鋼線材來切割，鉆石漿的使用量相當大，故不環(huán)保、費時且成本高，所以目前已逐漸由電鍍鉆石線鋸(Precision Diamond wire saw, PffS)所取代；電鍍鉆石線鋸是利用電鍍方式，將鉆石磨料附著一裸鋼在線，利用電鍍鉆石線鋸來切割藍寶石晶圓，可將切割時間由數(shù)天縮短到數(shù)小時。在已知的電鍍鉆石工具中，不論是使用埋鍍或是懸浮的方式進行電鍍鉆石工具，其鉆石磨料大多是未經(jīng)處理，在電鍍的過程中直接將裸料投入，使其逐漸埋入金屬鍍層之中，進而把鉆石磨料固定于研磨工具表面。然而，這種方式無法將鉆石磨料有效地固定于研磨工具表面，故在研磨過程中極有可造成鉆石磨料的脫落，若發(fā)生在CMP制程中，會造成晶圓的刮傷；而為了防止鉆石磨料脫落，必須增加電鍍層厚度，提升鍍層對鉆石磨料的包覆程度，則使得鉆石磨料露出鍍層的高度減少，影響到整體的切削能力。目前市面上雖已有商業(yè)化的鉆石磨料表面有金屬鍍層，如鍍鈦或鍍鎳，但這些純金屬鍍層導電度過高，若使用這類表面鍍有金屬的鉆石磨料在電鍍鉆石工具上，由于導電鍍過高，容易造成在施鍍過程中，鉆石磨料結(jié)成團，進而影響到鉆石工具的表面精度或外觀
坐寸ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于提供一種鉆石磨料，其表面具有微導電性的導電層，使鉆石磨料在經(jīng)過電鍍制程時可被電鍍層所包覆，進而提高鉆石磨料與工具表面的附著力。本發(fā)明在于提供一種鉆石磨料，其表面的導電層的導電度會因化學組成濃度梯度而有漸增的特性變化。本發(fā)明實施例提供一種鉆石磨料，其表面具有一導電層，該導電層具有微導電性，其中該導電層由該鉆石磨料的表面的朝外部方向具有一漸增的導電率。本發(fā)明實施例提供一種電鍍鉆石工具，包括:一工具基座，該工具基座的表面利用一電鍍層將多個鉆石磨料固定于其上，其中每一該鉆石磨料的表面具有一導電層，該導電層具有微導電性，其中該導電層由該鉆石磨料的表面的朝外部方向具有一漸增的導電率。本發(fā)明具有以下有益的效果:本發(fā)明的鉆石磨料的表面具有微導電特性，且其導電性具有漸增的變化，故電鍍層可延伸至鉆石磨料的表面而部分地或全部地包覆鉆石磨料，使鉆石磨料與工具基座之間具有較佳的附著力，故可大幅減少鉆石磨料在研磨/切削的過程中掉落的機率；另一方面，鉆石磨料可以散布的型態(tài)固定于工具基座的表面，故對電鍍鉆石工具而言，其表面精度可被有效地掌握，進而提高研磨/切削的作業(yè)精度。為使能更進一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制者。


圖1顯示本發(fā)明的鉆石磨料的示意圖。圖2顯示本發(fā)明的電鍍鉆石工具的示意圖，其中電鍍層系部分地包覆鉆石磨料。圖3顯示本發(fā)明的另一種電鍍鉆石工具的示意圖，其中電鍍層全部地包覆鉆石磨料。圖4顯示乙炔流量與導電層的電阻率的實驗曲線。圖5顯示本發(fā)明利用等離子體輔助化學氣相沉積方法在鉆石磨料的表面上成型導電層的示意圖。圖6顯示本發(fā)明利用電弧離子鍍方法在鉆石磨料的表面上成型導電層的示意圖。主要元件符號說明11 鉆石磨料12 導電層12A 低導電區(qū)域12B 高導電區(qū)域21 工具基座22 電鍍層31 腔體32 抽氣裝置33 真空計34 等離子體產(chǎn)生器41 電源供應(yīng)器42 偏壓電源產(chǎn)生器43 抽氣裝置44 金屬靶材
具體實施例方式本發(fā)明在于提供一種鉆石磨料， 其表面經(jīng)過改質(zhì)后，使鉆石磨料的表面具有微導電性，使得鉆石磨料在電鍍附著于工具表面的過程中，電鍍金屬可以沿著鉆石磨料表面生長，提升鉆石磨料在工具表面的附著力，且同時保持鉆石工具的表面精度。本發(fā)明提供一種鉆石磨料的表面改質(zhì)方式，其步驟如下:步驟一:如圖1，提供鉆石磨料11。在本具體實施例中，鉆石磨料11為微米(micro)等級或納米(nano)等級的天然鉆石微?；蛉斯ゃ@石微粒,但不以此為限,優(yōu)選地，所選用的鉆石磨料11的平均粒徑范圍介于約I微米(μ m)至200微米(μ m)。步驟二:一種鍍膜(coating)方式，使得鉆石磨料11的表面覆蓋一層導電層12，且在導電層12中具有成分梯度的金屬成分或金屬原子的碳化物/氮化物，使鉆石磨料11的表面具有微導電性，以使導電層12的導電率由鉆石磨料11的表面朝外部方向具有一漸增的特性。在一具體實施例中，本步驟可利用等離子體輔助化學氣相沉積(PECVD)方式，如圖5，將鉆石磨料11置入一可旋轉(zhuǎn)的腔體31，并以抽氣裝置32配合真空計33將腔體31抽真空，再通入乙炔(C2H2)、惰氣及飽和金屬化合物，利用等離子體產(chǎn)生器34產(chǎn)生等離子體以在鉆石磨料11的表面鍍上一層導電層12，且其中具有至少一種的金屬成分。前述的金屬成分如硼(B)、鎢(W)等、或過渡金屬元素，如鈦(Ti)、鉻(Cr)、釩(V)、鋯(Zr)等，藉此導電層12可因金屬成分的能隙結(jié)構(gòu)而形成具有微導電性的導電殼(shell)，且可通過改變金屬成分的濃度使該導電層12由該鉆石磨料11的表面朝外部方向具有一漸增的導電率；舉例來說，可利用四氯化鈦(TiCl4)使導電層12中具有鈦原子，而其濃度具有由鉆石磨料11的表面朝外部方向具有一漸增的碳或氮的化學成分梯度(compositional gradient)的控制,進而使導電層12的電阻率沿著導電層12遠離鉆石磨料11的方向上具有漸減的特性(即導電率漸增)，例如根據(jù)本文的實施例，電阻率在80m Ω.cm(毫歐姆.厘米)與20πιΩ.cm (毫歐姆 厘米)之間以漸減的方式呈現(xiàn)。因此，本發(fā)明并不限制導電層12中的金屬成分的種類或含量，僅需考慮的是所形成的導電層12的電阻率由內(nèi)向外具有介于80至20πιΩ.cm之間的漸減特性，以避免后續(xù)電鍍制程中鉆石磨料產(chǎn)生堆棧成團的問題。而在一變化實施例中，此步驟可利用電弧離子鍍(Arc ion plating, AIP)的方式達成，如圖6。例如選用金屬靶材44，如鉻(Cr)靶材利用抽氣裝置43在真空條件下通入乙炔(C2H2)、惰氣(如Ar)，并利用電源供應(yīng)器41產(chǎn)生電弧放電等離子體，將金屬靶材44形成離子化蒸氣，而鉆石磨料11利用偏壓電源產(chǎn)生器42以負偏壓吸引離子加速撞擊并還原沉積于鉆石磨料11的表面，其具體結(jié)果如圖4所示，隨著乙炔通入流量的變化(200降至40sccm)，所制作的具有微導電性的導電層12的電阻率約介在80至20mΩ.αιι(毫歐姆 厘米)之間，換言之，通過前述具體的乙炔流量與制程時間的變化配合適當?shù)睦碚撏蒲?，導電?2在最接近鉆石磨料11的表面的低導電區(qū)域12Α的電阻率約為70至IOOm Ω.αιι，而導電層12在最遠離鉆石磨料11的表面的高導電區(qū)域12Β的電阻率約為5至20m Ω.cm。值得說明的是，在上述實施例中，當沉積開始時通入較高的乙炔通入量，導電層12中的金屬成分會成為金屬的碳化物，如碳鉻化合物，其化學式為CrxCY,例如Cr23C6、Cr7C3>Cr3C2等。乙炔通入流量逐漸降低時，導電層12中所具有的金屬(如鉻)含量也隨之提高，因而具有較低的電阻率(即較高的導電度)。同樣地，導電層12中的鎢(W)元素在特定的條件下，可成為碳鎢(WC)化合物 ；而導電層12中的釩(V)元素在特定的條件下，會成為碳釩(VC)化合物。因此，步驟二中的金屬成分在特定的制程條件下會成為碳-金屬化合物(即金屬碳化物)，如上述碳鉻化合物、碳鎢化合物、碳釩化合物、碳硼化合物等，其均由鉆石磨料11的表面朝外部方向具有一化學成分梯度，使導電層12具有一漸增的導電率，以利后續(xù)電鍍制程的進行；另一方面，在一變化實施例中，在特定的條件下，導電層12中的金屬成分也可能轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘俚?。藉此，?jīng)過上述步驟所制作的鉆石磨料11可利用電鍍制程，例如電鍍鎳(Ni)固定于一工具基座21的表面，所述的工具基座21可為不銹鋼材質(zhì)、鋁合金、鈦合金或合金鋼等金屬材質(zhì)所制成的研磨墊、切割鋼線等等。如圖2所示，由于本發(fā)明的鉆石磨料11的表面具有微導電特性，且具有漸增的導電率特性，故金屬電鍍層22除了與工具基座21的表面直接接觸部分的包覆之外，尚可沿著鉆石磨料11上的具有微導電性的導電層12進行延伸成長而包覆鉆石磨料11，在本實施例中，金屬電鍍層22部分地包覆鉆石磨料11，而利用鉆石磨料11的表面的微導電特性，使得鉆石磨料11可被金屬電鍍層22 “抓牢”而緊密地固定于工具基座21上，以形成一種電鍍鉆石工具，如電鍍鉆石研磨工具、電鍍鉆石切削工具；再者，由于金屬電鍍層22部分包覆鉆石磨料11，使鉆石磨料11裸露于金屬電鍍層22的部位較多，可有效提升切削能力。另外，如圖3所示，金屬電鍍層22全部地包覆鉆石磨料11，使鉆石磨料11更加緊密地固定于工具基座21上。綜上所述，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點:1、相較于未經(jīng)處理的鉆石磨料，本發(fā)明的經(jīng)表面改質(zhì)鉆石磨料在電鍍時，可以利用較薄的鍍層厚度即可得到良好的附著力，而較薄的鍍層厚度可讓鉆石磨料具有更大的裸露面積，進行有效提升工具的切削、研磨能力及速度。2、本發(fā)明可以用較薄的電鍍層厚度即可達到高附著力，因此可節(jié)省電鍍的時間，提高電鍍工具(即上述的電鍍研磨工具、電鍍切削工具)的制作產(chǎn)能。3、由于本發(fā)明的鉆石磨料的表面僅具有微導電特性，故金屬電鍍層不會將鉆石磨料以堆疊成團、成塊的方式附著于工具的表面，而是以一種分散度高、類似于單顆固定的態(tài)樣固接于工具的表面，故不影響工具的表面精度。4、本發(fā)明的鉆石磨料的表面具有漸增的導電率，故可更有效地改善后續(xù)電鍍的特性。然而以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，非意欲局限本發(fā)明的專利保護范圍，故舉凡運用本發(fā)明說明書及圖式內(nèi)容 所為的等效變化，均同理皆包含于本發(fā)明的權(quán)利保護范圍內(nèi)，合予陳明。
權(quán)利要求
1.一種鉆石磨料,其特征在于，所述鉆石磨料的表面具有一導電層，所述導電層具有微導電性，其中所述導電層由所述鉆石磨料的表面朝外部方向具有漸增的導電率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆石磨料，其特征在于，所述導電層中的金屬成分具有化學成分梯度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆石磨料，其特征在于，所述金屬成分為硼、鎢或過渡金屬元素，其中所述過渡金屬元素為鈦、鉻、fL或錯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆石磨料，其特征在于，所述導電層中具有金屬碳化物或金屬氮化物，所述金屬碳化物或金屬氮化物由所述鉆石磨料的表面朝外部方向具有成分梯度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆石磨料，其特征在于，所述導電層在最接近所述鉆石磨料的表面的電阻率為70至IOOm Ω *cm,所述導電層在最遠離所述鉆石磨料的表面的電阻率為5 至 20m Ω.cm。
6.一種電鍍鉆石工具，其特征在于，所述電鍍鉆石工具包括:一工具基座，所述工具基座的表面利用一電鍍層將多個鉆石磨料固定于所述工具基座上，其中每一所述鉆石磨料的表面具有一導電層，所述導電層具有微導電性，其中所述導電層由所述鉆石磨料的表面朝外部方向具有一漸增的導電率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電鍍鉆石工具，其特征在于，所述導電層的金屬成分由所述鉆石磨料的表面朝外部方向具有成分梯度，所述金屬成分為硼、鎢或過渡金屬元素，所述過渡金屬元素為鈦、鉻、fL或錯。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電鍍鉆石工具，其特征在于，所述導電層中具有金屬碳化物或金屬氮化物，所述金屬碳化物或金屬氮化物由所述鉆石磨料的表面朝外部方向具有成分梯度。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電鍍鉆石工具，其特征在于，所述導電層在最接近所述鉆石磨料的表面的電阻率為70至IOOm Ω 所述導電層在最遠離所述鉆石磨料的表面的電阻率為5至20m Ω.cm。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電鍍鉆石工具，其特征在于，所述電鍍層部分地或全部地包覆于所述鉆石磨料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鉆石磨料及電鍍鉆石工具。本發(fā)明通過鍍膜方式，在鉆石磨料表面進行改質(zhì)，鉆石磨料的表面覆蓋一層導電層，其中具有成分梯度的金屬成分使鉆石磨料表面具微導電性，且導電層沿著該鉆石磨料的表面朝外部方向具有漸增的導電率，使電鍍時讓電鍍層可更有效包覆鉆石磨料，以提升鉆石磨料與工具基座的附著力。
文檔編號C25D15/00GK103215011SQ201210019570
公開日2013年7月24日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月20日
發(fā)明者陳文東, 何主亮 申請人:奇翼創(chuàng)新科技股份有限公司