TW201508056A - 研磨物件及形成方法 - Google Patents
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Abstract
本發明是關於一種研磨物件，其包含經結合之研磨體，所述經結合之磨體包含具有金屬之結合材料、結合材料內所含之研磨粒子以及填充劑摻合物，所述填充劑摻合物包含精細填充劑粒子及粗糙填充劑粒子且規定填充劑粒徑比率(Ff/Fc)不超過約0.97，其中Ff表示精細填充劑粒子之平均粒徑且Fc表示粗糙填充劑粒子之平均粒徑。
Description
下文是關於形成研磨物件且特定言之，經結合之研磨物件之方法。
上世紀已研發多種研磨工具以用於不同工業以大體實現自工件移除物質，包含例如鋸割、鑽孔、拋光、清洗、雕刻以及研磨。在電子裝置之製造中，具有多個電路(諸如IC及LSI)之半導體晶圓之背面經研磨機械研磨達到預定厚度，之後分成個別晶片。為了有效研磨半導體晶圓之背面，通常使用配備有粗糙研磨單元及精整研磨單元之研磨機械。通常，用於進行粗糙研磨過程之物件為經結合之研磨體或研磨石，其是藉由將具有相對較大尺寸之鑽石研磨顆粒與玻璃化結合或金屬結合材料結合在一起而獲得。典型地使用具有鑽石研磨顆粒之樹脂結合研磨石完成研磨操作，所述鑽石研磨顆粒含於樹脂結合劑中且中值粒徑為2微米或大於2微米。較小尺寸之鑽石通常無法用於樹脂結合之物件中。
在一些情況下，無機結合劑之含量降低且孔隙度之量提高，認為這樣會降低玻璃化研磨石之表面的磨光或阻
塞、研磨結構之剝落、研磨石之不良打磨能力以及其他缺陷。通常，藉由在形成期間使用發泡劑來獲得高孔隙度研磨石體，所述發泡劑產生氣泡且因此在最終形成之研磨產物中產生孔隙度。
又，工業上仍需要能夠實現改良之研磨效能的經改良之研磨石材料。
根據第一態樣，研磨物件包含經結合之研磨體，其包含包括金屬之結合材料、結合材料內所含之研磨粒子以及填充劑摻合物，所述填充劑摻合物包含精細填充劑粒子及粗糙填充劑粒子且規定填充劑粒徑比率(Ff/Fc)不超過約0.97，其中Ff表示精細填充劑粒子之平均粒徑且Fc表示粗糙填充劑粒子之平均粒徑。
在另一態樣中，研磨物件包含經結合之研磨體，其具有包括金屬之結合材料、結合材料內所含之研磨粒子、填充劑摻合物，所述填充劑摻合物包含結合材料中所含之莫氏硬度(Mohs hardness)不超過約4之精細填充劑粒子及結合材料中所含之莫氏硬度不超過約6之粗糙填充劑粒子。經結合之研磨體進一步包含不超過約15體積%之孔隙度。
藉由參考附圖，本發明可得到更充分地理解，且其大量特徵及優點對熟習此項技術者而言變得顯而易見。
圖1包含經結合之研磨體之累積滾輪磨損(以微米計)對自工件移除之累積材料(以微米計)之圖。
圖2包含最大功率百分比對背磨操作時間之圖。
以下是關於固定研磨物件，且更特定言之，經結合之研磨物件，其包含結合材料之三維矩陣內所含之多個研磨粒子。經結合之研磨物件可適用於研磨工件及材料移除操作。在某些情況下，經結合之研磨物件可尤其適用於研磨硬材料，且更特定言之，硬單晶材料，諸如藍寶石晶圓。
根據一實施例，形成經結合之研磨物件之方法可包含形成混合物。混合物可呈濕潤或乾燥形式。此外，混合物可包含某些組分，包括(但不限於)結合材料、研磨粒子以及填充劑摻合物。應瞭解，可向混合物中添加其他組分以促進組分適當分散於彼此內且進一步加工以形成最終成形經結合之研磨物件。
在適當地形成混合物之後，形成經結合之研磨體之方法可包含形成生坯，其可為未燒結體，其可經進一步處理以形成最終成形研磨物件。形成生坯之合適方法可包含模製、擠壓、鑄造、衝壓以及其組合。生坯之形成可視情況包含將生坯乾燥以促進揮發物之移除及製造用於進一步加工之物體。
在形成生坯之後，藉由加熱生坯以形成最終成形經結合之研磨體來繼續進行形成經結合之研磨物件之方法。
加熱生坯可促進物體中之一或多種組分(包含例如結合材料)之相轉變。在某些情況下，加熱物體可在至少約375℃至約700℃之溫度下進行。在更特定之情況下，形成方法可包含熱擠壓，其可包含對生坯施加熱及壓力，所述熱及壓力可分開或同時施加。根據一個實施例，施加之壓力可為至少約0.5噸/平方吋且不超過約3噸/平方吋。
在加工之後，最終成形研磨物件可包含經結合之研磨體，其包含一定量之結合材料、結合材料內所含之一定量之研磨粒子、結合材料內所含之填充劑摻合物以及經結合之研磨體之整個體積內發生一定程度的孔隙度擴展。根據一實施例，填充劑摻合物可包含精細填充劑粒子及粗糙填充劑粒子，該兩種粒子可彼此不同。
根據一實施例，精細填充劑粒子可包含合併入最終成形研磨體中之材料。舉例而言，在某些情況下，精細填充劑粒子可為永久性材料，其可以粒狀材料形式存在於最終成形研磨物件中。此外，在某些情況下，在加工期間可能無需移除精細填充劑粒子，諸如成孔材料。根據一個實施例，精細填充劑粒子可包含無機材料。更特定言之，精細填充劑粒子可包含含碳材料。舉例而言，精細填充劑粒子可包含碳類材料，其中至少約51%之精細填充劑粒子材料包含碳。根據一個特定實施例，精細填充劑粒子可包含石墨，且更特定言之，可基本上由石墨組成。
在某些情況下，精細填充劑粒子之平均粒徑可不超過約120微米。舉例而言，精細填充劑粒子之平均粒徑可
不超過約110微米、不超過約100微米、不超過約90微米、不超過約80微米、不超過約70微米、不超過約60微米、不超過約50微米、不超過約40微米、不超過約30微米、不超過約20微米或甚至不超過約10微米。又，精細填充劑粒子之任何平均粒徑可為至少約0.1微米，諸如至少約1微米、至少約5微米或甚至至少約10微米。應瞭解，精細填充劑粒子之平均粒徑可在任一上述最小值與最大值之間的範圍內。
根據一實施例，精細填充劑粒子可具有特定莫氏硬度以促進經結合之研磨體之形成及效能。舉例而言，結合材料內所含之精細填充劑粒子之莫氏硬度可不超過約4。在其他實施例中，結合材料內所含之精細填充劑粒子之莫氏硬度可不超過約3.5，或甚至不超過約3。又，結合材料內所含之精細填充劑粒子之莫氏硬度可為至少約1，諸如至少約1.5，或甚至至少約2。應瞭解，精細填充劑粒子之莫氏硬度可在任一上述最小值與最大值之間的範圍內。
精細填充劑粒子可具有促進經結合之研磨物件之效能的某一形態。舉例而言，精細填充劑粒子可具有由以下所構成的族群中選出的形狀：圓形、橢圓形、針狀、不規則形狀以及薄片狀。在一個特定實施例中，精細填充劑粒子可具有薄片形狀。更特定言之，精細填充劑粒子之長度(l)與厚度(t)之縱橫比(l：t)可為至少約1：2，諸如至少約1：3，或甚至至少約1：4，其中長度為粒子之最大維度且厚度為粒子之最小維度。
根據另一實施例，粗糙填充劑粒子可包含合併入
最終成形研磨體中之材料。在某些情況下，粗糙填充劑粒子可為永久性材料，其可以粒狀材料形式存在於最終成形研磨物件中。此外，在加工期間可能無需移除粗糙填充劑粒子，諸如成孔材料。根據一個實施例，粗糙填充劑粒子可包含無機材料。在至少一個態樣中，粗糙填充劑粒子可包含含碳材料。舉例而言，粗糙填充劑粒子可包含碳類材料，其中至少約51%之粗糙填充劑粒子材料包含碳。根據一個特定實施例，粗糙填充劑粒子可包含石墨，且更特定言之，可基本上由石墨組成。
在某些情況下，精細填充劑粒子及粗糙填充劑粒子可包含相同元素、組成或材料。舉例而言，精細填充劑粒子及粗糙填充劑粒子可包含相同含碳材料，其中精細填充劑粒子包含至少51%碳且粗糙填充劑粒子包含至少約51%碳。在一個態樣中，精細填充劑粒子及粗糙填充劑粒子可包含相同的碳類材料。舉例而言，在一個實施例中，精細填充劑粒子及粗糙填充劑粒子可包含石墨，且更特定言之，精細填充劑粒子可基本上由石墨組成且粗糙填充劑粒子可基本上由石墨組成。
在某些情況下，粗糙填充劑粒子可具有特定平均粒徑。舉例而言，粗糙填充劑粒子之平均粒徑可不超過約200微米，諸如不超過約190微米、不超過約180微米、不超過約170微米、不超過約160微米、不超過約150微米、不超過約140微米、不超過約130微米。在又一非限制性實施例中，粗糙填充劑粒子之平均粒徑可為至少約15微米，諸如至
少約20微米、至少約30微米、至少約40微米、至少約50微米、至少約60微米、至少約70微米、至少約80微米、至少約90微米或甚至至少約100微米。應瞭解，粗糙填充劑粒子之平均粒徑可在任一上述最小值與最大值之間的範圍內。
根據一實施例，粗糙填充劑粒子可具有特定莫氏硬度以促進經結合之研磨體之形成及效能。舉例而言，粗糙填充劑粒子之莫氏硬度可不超過約6，諸如不超過約5.5、不超過約5，或甚至不超過約4、不超過約3.5。又，在至少一個非限制性實施例中，結合材料中所含之粗糙填充劑粒子之莫氏硬度可為至少約1，諸如至少約1.5，或甚至至少約2。應瞭解，結合材料中所含之粗糙填充劑粒子之莫氏硬度可在任一上述最小值與最大值之間的範圍內。
粗糙填充劑粒子可具有促進經結合之研磨物件之效能的某一形態。舉例而言，粗糙填充劑粒子可具有由以下所構成的族群中選出的形狀：圓形、橢圓形、針狀、不規則形狀以及薄片狀。在一個特定實施例中，粗糙填充劑粒子可具有薄片形狀。更特定言之，粗糙填充劑粒子之長度(l)與厚度(t)之縱橫比(l：t)可為至少約1：2，諸如至少約1：3，或甚至至少約1：4，其中長度為粒子之最大維度且厚度為粒子之最小維度。
在一個態樣中，精細填充劑粒子可具有與粗糙填充劑之平均粒徑(Fc)不同的平均粒徑(Ff)。更特定言之，填充劑摻合物可包含特定填充劑粒徑比率(Ff/Fc)，其可不超過約0.97。舉例而言，在一個實施例中，填充劑粒徑比率
(Ff/Fc)可不超過約0.95，諸如不超過0.93、不超過0.9、不超過0.88、不超過0.85、不超過0.83、不超過0.8、不超過0.78、不超過0.75、不超過0.73、不超過0.7、不超過0.68、不超過0.65、不超過0.63、不超過0.6、不超過0.58、不超過0.55、不超過0.53、不超過0.5、不超過0.48、不超過0.45、不超過0.43、不超過0.4、不超過0.3、不超過0.2或甚至不超過0.1。又，在另一非限制性實施例中，填充劑粒徑比率(Ff/Fc)可為至少約0.3，諸如至少約0.5、至少約0.8、至少約0.1、至少約0.13、至少約0.15、至少約0.18、至少約0.2、至少約0.23、至少約0.25、至少約0.28、至少約0.3、至少約0.33、至少約0.35、至少約0.38、至少約0.4、至少約0.43、至少約0.45、至少約0.48、至少約0.5、至少約0.53、至少約0.55、至少約0.58、至少約0.6、至少約0.63、至少約0.65、至少約0.68、至少約0.7、至少約0.73、至少約0.75、至少約0.78、至少約0.8或甚至至少約0.9。應瞭解，填充劑粒徑比率可在任一上述最小值與最大值之間的範圍內。
在其他情況下，填充劑摻合物可包含至少約0.1之特定填充劑含量比率(Cf/Cc)，其中Cf表示以經結合之研磨體之總體積計精細填充劑粒子之體積百分比且Cc表示以經結合之研磨體之總體積計粗糙填充劑粒子之體積百分比。在一個實施例中，填充劑含量比率可為至少約0.05，諸如至少約0.1、至少約0.2、至少約0.3、至少約0.4、至少約0.5、至少約0.6、至少約0.7、至少約0.8、至少約0.9、至少約1、至少約1.1、至少約1.2、至少約1.3、至少約1.4或甚至至少
約1.5。在又一非限制性實施例中，經結合之研磨體中之填充劑含量比率可不超過約10，諸如不超過約9、不超過約8、不超過約7、不超過約6、不超過約5、不超過約4、不超過約3、不超過約2、不超過約1、不超過約0.95、不超過約0.9、不超過約0.8、不超過約0.7、不超過約0.6、不超過約0.5、不超過約0.4、不超過約0.3、不超過約0.2、不超過約0.1。應瞭解，經結合之研磨體可具有在任一上述最小值與最大值之間的範圍內的填充劑含量比率。
在更特定情況下，經結合之研磨體可包含特定含量之填充劑摻合物以有助於本文中實施例之特徵。舉例而言，在一個實施例中，以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體可包含至少1體積%填充劑摻合物。在其他情況下，以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體內填充劑摻合物之含量可大於諸如至少約3體積%、至少約5體積%、至少約8體積%、至少約10體積%、至少約13體積%、至少約15體積%或甚至至少約18體積%。又，在其他非限制性實施例中，以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體可包含不超過約50體積%之填充劑摻合物，諸如不超過約45體積%、不超過約40體積%、不超過約35體積%、不超過約30體積%、不超過約28體積%、不超過約25體積%或甚至不超過約22體積%。應瞭解，經結合之研磨體可包含在任一上述最小百分比與最大百分比之間的範圍內的含量的填充劑摻合物。
在又一實施例中，以經結合之研磨體之總體積
計，經結合之研磨體可包含某一含量之精細填充劑。舉例而言，以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體可包含至少約1體積%，諸如至少約2體積%、至少約3體積%、至少約4體積%、至少約5體積%、至少約6體積%、至少約7體積%或甚至至少約8體積%之精細填充劑粒子。在另一非限制性實施例中，以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體可包含不超過約25體積%，諸如不超過約22體積%、不超過約20體積%、不超過約18體積%、不超過約16體積%、不超過約13體積%或甚至不超過約10體積%之精細填充劑粒子。應瞭解，以經結合之研磨體之總體積計，精細填充劑粒子之總含量可在任一上述最小百分比與最大百分比之間的範圍內。
在另一態樣中，以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體可包含特定含量之粗糙的填充劑粒子。舉例而言，以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體可包含至少1體積%，諸如至少約2體積%、至少約3體積%、至少約4體積%、至少約5體積%、至少約6體積%、至少約7體積%或甚至至少約8體積%之粗糙填充劑粒子。在其他情況下，以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體可包含不超過約25體積%、不超過約22體積%、不超過約20體積%、不超過約18體積%、不超過約16體積%、不超過約13體積%或甚至不超過約10體積%之粗糙填充劑粒子。應瞭解，以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體可包含在任一上述最小百分比與最大百分比之間的範圍內之含量的粗糙填充
劑粒子。
在另一個實施例中，以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體可包含特定含量之研磨粒子。舉例而言，在某些實例中，以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體可包含不超過約85體積%，諸如不超過約82體積%、不超過約80體積%、不超過約75體積%、不超過約70體積%、不超過約65體積%或甚至不超過約60體積%之研磨粒子。在另一非限制性實施例中，以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體可包含至少約10體積%，諸如至少約15體積%、至少約20體積%、至少約25體積%、至少約30體積%、至少約35體積%、至少約40體積%或甚至至少約45體積%之研磨粒子。應瞭解，以經結合之研磨體之總體積計，研磨粒子之含量可在任一上述最小百分比與最大百分比之間的範圍內。
根據一實施例，經結合之研磨體可由特定尺寸之研磨粒子形成。舉例而言，研磨粒子之平均粒徑可不超過約200微米。在其他實施例中。研磨粒子之平均粒徑可不超過約180微米，諸如不超過約150微米、不超過約130微米、不超過約110微米、不超過約100微米、不超過約80微米、不超過約70微米、不超過約65微米、不超過約60微米、不超過約55微米、不超過約50微米或甚至不超過約45微米。在其他實施例中，研磨粒子之平均粒徑可為至少約0.5微米，諸如至少約1微米、至少約2微米、至少約5微米、至少約8微米、至少約10微米、至少約15微米、至少約20微米、至少
約25微米或甚至至少約30微米。應瞭解，研磨粒子之平均粒徑可在任一上述最小值與最大值之間的範圍內。
此外，研磨粒子可相對於精細填充劑粒子具有特定硬度。舉例而言，研磨粒子可具有超過精細填充劑粒子之硬度。在某些情況下，以莫氏硬度計，研磨粒子之硬度可為至少約7。在其他實施例中，研磨粒子可具有約7.5，諸如至少約8、至少約8.5或甚至至少約9之莫氏硬度。
研磨物件可使用研磨粒子硬度與精細填充劑粒子硬度之比率(Hap/Hff)，其中Hap表示研磨粒子之莫氏硬度且Hff表示精細填充劑粒子之莫氏硬度。在至少一個實施例中，研磨粒子硬度與精細填充劑粒子硬度之比率(Hap/Hff)可為至少約1，諸如至少約1.05、至少約1.1、至少約1.2、至少約1.3、至少約1.4、至少約1.5、至少約1.6、至少約1.7、至少約1.8、至少約1.9、至少約2、至少約2.1、至少約2.2、至少約2.5、至少約2.7、至少約3。又，在一個非限制性實施例中，研磨粒子硬度與精細填充劑粒子硬度之比率(Hap/Hff)可不超過約10，諸如不超過約9、不超過約8、不超過約7、不超過約6、不超過約5、不超過約4或甚至不超過約3。應瞭解，研磨粒子硬度與精細填充劑粒子硬度之比率(Hap/Hff)可在任一上述最小值與最大值之間的範圍內。
此外，研磨粒子可相對於粗糙填充劑粒子具有特定硬度。舉例而言，研磨粒子可具有超過粗糙填充劑粒子之硬度。在一個特定實施例中，研磨物件可合併有特定研磨粒子硬度與粗糙填充劑粒子硬度之比率(Hap/Hcf)，其中Hap
表示研磨粒子之莫氏硬度且Hcf表示粗糙填充劑粒子之莫氏硬度。在至少一個實施例中，研磨粒子硬度與粗糙填充劑粒子硬度之比率(Hap/Hff)可為至少約1，諸如至少約1.05、至少約1.1、至少約1.2、至少約1.3、至少約1.4、至少約1.5、至少約1.6、至少約1.7、至少約1.8、至少約1.9、至少約2、至少約2.1、至少約2.2、至少約2.5、至少約2.7、至少約3。又，在一個非限制性實施例中，研磨粒子硬度與粗糙填充劑粒子硬度之比率(Hap/Hff)可不超過約10，諸如不超過約9、不超過約8、不超過約7、不超過約6、不超過約5、不超過約4或甚至不超過約3。應瞭解，研磨粒子硬度與粗糙填充劑粒子硬度之比率(Hap/Hff)可在任一上述最小值與最大值之間的範圍內。
在某些情況下，經結合之研磨體可包含由無機材料形成之研磨粒子。更特定言之，研磨粒子可包含天然存在之材料或礦物質。在另一實施例中，研磨粒子可包含合成材料。根據至少一個實施例，研磨粒子可包含諸如以下之材料：氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、碳氧化物、氮氧化物、硼氧化物、含碳材料、鑽石、立方氮化硼以及其組合。舉例而言，在一個特定實例中，研磨粒子可包含超級研磨材料，諸如鑽石或立方氮化硼。更特定言之，在至少一個態樣中，研磨粒子可基本上由鑽石組成。
對於利用包含鑽石之研磨粒子的實施例，研磨粒子可具有特定含量之多晶鑽石。舉例而言，以研磨粒子之總含量計，多晶鑽石之含量可為至少約20%，諸如至少約25%、
至少約30%、至少約40%、至少約50%、至少約60%、至少約70%、至少約80%或甚至至少約90%。在至少一個實施例中，本質上，研磨粒子之基本上所有鑽石均為多晶鑽石材料。
在某些情況下，經結合之研磨體可包含結合材料，其包含金屬或金屬合金。在特定實施例中，結合材料可包含過渡金屬元素，且更特定言之，可包含諸如銅、錫、銀、鎳以及其組合之過渡金屬元素。在至少一個實施例中，結合材料可包含青銅，其包含銅與錫之組合。舉例而言，包含青銅之結合材料可包含含量不低於錫含量之銅。在其他替代性實施例中，青銅可包含含量超過錫含量之銅。
在一個態樣中，經結合之研磨體可包含結合材料，其包含具有至少約0.2之銅與錫之比率(Cu/An)的青銅。在其他實施例中，青銅可包含至少約0.23之銅與錫之比率，諸如至少約0.25、至少約0.28、至少約0.3、至少約0.33、至少約0.35、至少約0.38、至少約0.4、至少約0.43、至少約0.45、至少約0.48、至少約0.5、至少約0.53、至少約0.55、至少約0.58、至少約0.6、至少約0.63、至少約0.65、至少約0.68、至少約0.7、至少約0.73、至少約0.75、至少約0.78、至少約0.8或甚至至少約0.9。在另一非限制性實施例中，結合材料可包含具有以下銅與錫之比率的青銅：不超過約0.93、不超過約0.9、不超過約0.88、不超過約0.85、不超過約0.83、不超過約0.8、不超過約0.78、不超過約0.75、不超過約0.73、不超過約0.7、不超過約0.68、不超過約0.65、不超過約0.63、不超過約0.6、不超過約0.58、不超過約0.55、
不超過約0.53、不超過約0.5、不超過約0.48、不超過約0.45、不超過約0.43、不超過約0.4、不超過約0.3、不超過約0.2。應瞭解，結合材料可包含具有在任一上述最小值與最大值之間的範圍內之銅與錫之比率的青銅。
在至少一個態樣中，以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體可包含特定含量之結合材料。舉例而言，以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體可包含至少約10體積%之結合材料，諸如至少約15體積%、至少約20體積%、至少約25體積%、至少約30體積%、至少約35體積%、至少約40體積%或甚至至少約45體積%。又，在另一非限制性實施例中，以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體可包含不超過約85體積%之結合材料，諸如不超過約82體積%、不超過約80體積%、不超過約75體積%、不超過約70體積%或甚至不超過約65體積%。應瞭解，經結合之研磨體可包含在任一上述最小百分比與最大百分比之間的範圍內之含量的結合材料。
經結合之研磨體可包含有限含量之某些材料，包含例如磷、鋅、銻、鉻、鈷、矽以及其組合。舉例而言，在一個實施例中，以結合材料之總體積計，磷含量可不超過約1體積%，諸如不超過約0.08體積%，諸如不超過約0.05體積%，或甚至不超過約0.01體積%。又，在某些非限制性實施例中，以結合材料之總體積計，結合材料可包含痕量物質，諸如至少約0.001體積%。
根據一實施例，經結合之研磨體可具有某一量之
孔隙度以促進效能特徵。舉例而言，以研磨體之總體積計，研磨體之孔隙度可不超過約15體積%。在其他情況下，研磨體可包含不超過約14體積%之孔隙度，諸如不超過約13體積%、不超過約12體積%、不超過約11體積%、不超過約10體積%、不超過約9體積%、不超過約8體積%、不超過約7體積%、不超過約6體積%、不超過約5體積%、不超過約4體積%、不超過約3體積%。又，在至少一個非限制性實施例中，研磨體之孔隙度可為至少約0.1體積%，諸如至少約0.5體積%、至少約1體積%或甚至至少約1.5體積%。應瞭解，研磨體可具有在任一上述最小百分比與最大百分比之間的範圍內之量的孔隙度。
可能存在多種不同態樣及實施例。那些態樣及實施例中之一些描述於下文中。在閱讀本說明書之後，熟練從業者將瞭解，那些態樣及實施例僅為例示性且不限制本發明之範疇。實施例可根據如下所列項目中之任何一或多者。
項目1. 一種研磨物件，包含：經結合之研磨體，包含：包括金屬之結合材料；結合材料內所含之研磨顆粒；填充劑摻合物，所述填充劑摻合物包含精細填充劑粒子及粗糙填充劑粒子且規定填充劑粒徑比率(Ff/Fc)不超過約0.97，其中Ff表示精細填充劑粒子之平均粒徑且Fc表示粗糙填充劑粒子之平均粒徑。
項目2. 一種研磨物件，包括：經結合之研磨體，包含：包括金屬之結合材料；結合材料內所含之研磨粒子；填充劑摻合物，所述填充劑摻合物包括：結合材料中所含之
莫氏硬度不超過約4之精細填充劑粒子；結合材料中所含之莫氏硬度不超過約6之粗糙填充劑粒子；及不超過約15體積%之孔隙度。
項目3. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中以經結合之研磨體之總體積計，研磨體包含不超過約14體積%、不超過約13體積%、不超過約12體積%、不超過約11體積%、不超過約10體積%、不超過約9體積%、不超過約8體積%、不超過約7體積%、不超過約6體積%、不超過約5體積%、不超過約4體積%、不超過約3體積%、以及至少約0.1體積%之孔隙度。
項目4. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中精細填充劑粒子包括無機材料，其中精細填充劑粒子包括含碳材料，其中精細填充劑粒子包括碳類材料，其中精細填充劑粒子包括石墨，其中精細填充劑粒子基本上由石墨組成。
項目5. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中粗糙填充劑粒子包括無機材料，其中粗糙填充劑粒子包括含碳材料，其中粗糙填充劑粒子包括碳類材料，其中粗糙填充劑粒子包括石墨，其中粗糙填充劑粒子基本上由石墨組成。
項目6. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中精細填充劑粒子及粗糙填充劑粒子包括相同元素，其中精細填充劑粒子及粗糙填充劑粒子包括相同含碳材料，其中精細填充劑粒子及粗糙填充劑粒子包括相同碳類材
料，其中精細填充劑粒子及粗糙填充劑粒子包括石墨，其中精細填充劑粒子及粗糙填充劑粒子基本上由相同材料組成。
項目7. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中精細填充劑粒子之平均粒徑不超過約120微米且為至少約5微米。
項目8. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中粗糙填充劑粒子之平均粒徑不超過約200微米且為至少約15微米。
項目9. 如項目2所述之研磨物件，進一步包括不超過約0.97之填充劑粒徑比率(Ff/Fc)，其中Ff表示精細填充劑粒子之平均粒徑且Fc表示粗糙填充劑粒子之平均粒徑。
項目10. 如項目1及項目29中任一項所述之研磨物件，其中填充劑粒徑比率(Ff/Fc)不超過約0.95、不超過約0.93、不超過約0.9、不超過約0.88、不超過約0.85、不超過約0.83、不超過約0.8、不超過約0.78、不超過約0.75、不超過約0.73、不超過約0.7、不超過約0.68、不超過約0.65、不超過約0.63、不超過約0.6、不超過約0.58、不超過約0.55、不超過約0.53、不超過約0.5、不超過約0.48、不超過約0.45、不超過約0.43、不超過約0.4、不超過約0.3、不超過約0.2、不超過約0.1。
項目11. 如項目1及項目9中任一項所述之研磨物件，其中填充劑粒徑比率(Ff/Fc)為至少約0.03、至少約0.05、至少約0.08、至少約0.1、至少約0.13、至少約0.15、
至少約0.18、至少約0.2、至少約0.23、至少約0.25、至少約0.28、至少約0.3、至少約0.33、至少約0.35、至少約0.38、至少約0.4、至少約0.43、至少約0.45、至少約0.48、至少約0.5、至少約0.53、至少約0.55、至少約0.58、至少約0.6、至少約0.63、至少約0.65、至少約0.68、至少約0.7、至少約0.73、至少約0.75、至少約0.78、至少約0.8、至少約0.9。
項目12. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中填充劑摻合物包括至少約0.05之填充劑含量比率(Cf/Cc)，其中Cf表示以經結合之研磨體之總體積計精細填充劑粒子之體積百分比且Cc表示以經結合之研磨體之總體積計粗糙填充劑粒子之體積百分比，其中填充劑含量比率為至少約0.1、至少約0.2、至少約0.3、至少約0.4、至少約0.5、至少約0.6、至少約0.7、至少約0.8、至少約0.9、至少約1、至少約1.1、至少約1.2、至少約1.3、至少約1.4、至少約1.5。
項目13. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中填充劑摻合物包括不超過約10之填充劑含量比率(Cf/Cc)，其中Cf表示以經結合之研磨體之總體積計精細填充劑粒子之體積百分比且Cc表示以經結合之研磨體之總體積計粗糙填充劑粒子之體積百分比，其中填充劑含量比率不超過約9、不超過約8、不超過約7、不超過約6、不超過約5、不超過約4、不超過約3、不超過約2、不超過約1、不超過約0.95、不超過約0.9、不超過約0.8、不超過約0.7、不超過約0.6、不超過約0.5、不超過約0.4、不超過約0.3、不超過約0.2、不超過約0.1。
項目14. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體包括至少約1體積%、至少約3體積%、至少約5體積%、至少約8體積%、至少約10體積%、至少約13體積%、至少約15體積%、至少約18體積%之填充劑摻合物。
項自15. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨
物件，其中以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體包括不超過約50體積%、不超過約45體積%、不超過約40體積%、不超過約35體積%、不超過約30體積%、不超過約28體積%、不超過約25體積%、不超過約22體積%之填充劑摻合物。
項目16. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體包括至少約1體積%、至少約2體積%、至少約3體積%、至少約4體積%、至少約5體積%、至少約6體積%、至少約7體積%、至少約8體積%之精細填充劑粒子。
項目17. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體包括不超過約25體積%、不超過約22體積%、不超過約20體積%、不超過約18體積%、不超過約16體積%、不超過約13體積%、不超過約10體積%之精細填充劑粒子。
項目18. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體包括至少約1體積%、至少約2體積%、至少約3體積%、至
少約4體積%、至少約5體積%、至少約6體積%、至少約7體積%、至少約8體積%之粗糙填充劑粒子。
項目19. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體包括不超過約25體積%、不超過約22體積%、不超過約20體積%、不超過約18體積%、不超過約16體積%、不超過約13體積%、不超過約10體積%之粗糙填充劑粒子。
項目20. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體包括不超過約85體積%、不超過約82體積%、不超過約80體積%、不超過約75體積%、不超過約70體積%、不超過約65體積%、不超過約60體積%之研磨粒子。
項目21. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體包括至少約10體積%、至少約15體積%、至少約20體積%、至少約25體積%、至少約30體積%、至少約35體積%、至少約40體積%、至少約45體積%之研磨粒子。
項目22. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中研磨粒子包括不超過約200微米、不超過約180微米、不超過約150微米、不超過約130微米、不超過約110微米、不超過約100微米、不超過約80微米、不超過約70微米、不超過約65微米、不超過約60微米、不超過約55微米、不超過約50微米、不超過約45微米之平均粒徑。
項目23. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨
物件，其中研磨粒子包括至少約0.5微米、至少約1微米、至少約2微米、至少約5微米、至少約8微米、至少約10微米、至少約15微米、至少約20微米、至少約25微米、至少約30微米之平均粒徑。
項目24. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中研磨粒子具有超過精細填充劑粒子之硬度，其中研磨粒子具有超過粗糙填充劑粒子之硬度，其中研磨粒子之莫氏硬度為至少約7、至少約8、至少約9。
項目25. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中研磨粒子包括無機材料，其中研磨粒子包括天然存在之材料，其中研磨粒子包括合成材料，其中研磨粒子包括由以下所構成的族群中選出的材料：氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、碳氧化物、氮氧化物、硼氧化物、含碳材料、鑽石以及其組合。
項目26. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中研磨粒子包括超級研磨材料，其中研磨粒子包括鑽石，其中研磨粒子包括立方氮化硼，其中研磨粒子基本上由鑽石組成，其中研磨粒子具有某一含量之多晶鑽石。
項目27. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中結合材料包括過渡金屬元素，其中結合材料包括由以下所構成的族群中選出的過渡金屬元素：銅、錫、銀、鎳以及其組合。
項目28. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中結合材料包括包含銅(Cu)及錫(Sn)之青銅，
其中青銅包括一定含量之銅，所述含量不低於錫含量，其中青銅包括含量超過錫含量之銅，其中青銅包括至少約0.2、至少約0.23、至少約0.25、至少約0.28、至少約0.3、至少約0.33、至少約0.35、至少約0.38、至少約0.4、至少約0.43、至少約0.45、至少約0.48、至少約0.5、至少約0.53、至少約0.55、至少約0.58、至少約0.6、至少約0.63、至少約0.65、至少約0.68、至少約0.7、至少約0.73、至少約0.75、至少約0.78、至少約0.8、至少約0.9之銅/錫比率(Cu/Sn)。
項目29. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中結合材料包括包含銅(Cu)及錫(Sn)之青銅，其中青銅包括不超過約0.93、不超過約0.9、不超過約0.88、不超過約0.85、不超過約0.83、不超過約0.8、不超過約0.78、不超過約0.75、不超過約0.73、不超過約0.7、不超過約0.68、不超過約0.65、不超過約0.63、不超過約0.6、不超過約0.58、不超過約0.55、不超過約0.53、不超過約0.5、不超過約0.48、不超過約0.45、不超過約0.43、不超過約0.4、不超過約0.3、不超過約0.2之銅/錫比率(Cu/Sn)。
項目30. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體包括至少約10體積%、至少約15體積%、至少約20體積%、至少約25體積%、至少約30體積%、至少約35體積%、至少約40體積%、至少約45體積%之結合材料[目標在50-80之間]。
項目31. 如項目1及項目2中任一項所述之研磨物件，其中以經結合之研磨體之總體積計，經結合之研磨體
包括不超過約85體積%、不超過約82體積%、不超過約80體積%、不超過約75體積%、不超過約70體積%、不超過約65體積%之結合材料。
形成兩種樣品以用於比較性測試。第一樣品CS1表示習知樣品，其由包含4.8重量%鑽石研磨粒子、89.4重量%預先合金化青銅(銅/錫比率為1)金屬結合材料以及5.8重量%具有約125微米之平均粒徑的石墨填充劑材料之混合物形成。將樣品CS1模型化成生坯，在約375℃至約700℃之溫度及約0.5噸/平方吋至4噸/平方吋之壓力下熱壓以形成經結合之研磨體，其具有約5體積%研磨粒子、20體積%石墨填充劑材料及約75體積%青銅結合材料。
第二樣品S2表示實施例之樣品，且是由包含19.5重量%鑽石研磨粒子、75.6重量%預先合金化青銅(銅/錫比率為1)金屬結合材料以及4.8重量%填充劑摻合物之混合物形成，所述填充劑摻合物包含2.4重量%具有約15微米之平均粒徑的石墨精細填充劑粒子及2.4重量%具有約125微米之平均粒徑的石墨粗糙填充劑粒子。使用與用於形成樣品CS1基本上相同之方法使樣品S2形成為經結合之研磨體。樣品S2具有19體積%鑽石研磨粒子、20體積%石墨填充劑摻合物以及約51體積%青銅結合材料，所述石墨填充劑摻合物包含10體積%精細填充劑粒子及10體積%粗糙填充劑粒子。
根據以下條件將樣品CS1及樣品S2用於c-平面
藍寶石基材之背磨操作。
圖1包含經結合之研磨體之累積滾輪磨損(以微米計)與自工件移除之累積材料(以微米計)相比較之圖。如所說明，與樣品CS1相比，對於移除更大範圍之累積材料樣品S2顯示顯著較低之滾輪磨損。亦即，與樣品S2相比，樣品CS1顯示顯著較少之總材料移除量，且對於限定之材料移除量亦顯著更大之磨損。
圖2包含最大功率百分比對背磨操作時間之圖。如圖2中說明，樣品CS2之最大使用功率百分比顯示規則尖峰，表明在背磨操作期間發生研磨效率低且對經結合之研磨體施加較大力之狀態。相比之下，樣品S2在背磨操作期間顯示無顯著之定位尖峰，且因此表明與樣品CS1相比，在經結合之研磨體之整個使用期間研磨顯著更均勻且有效。
上文所揭露主題應視為說明性的而非限制性的，且隨附申請專利範圍意欲覆蓋屬於本發明之真實範疇內之所有此類修改、增強以及其他實施例。因此，為達到法律允許之最大範圍，本發明之範疇由以下申請專利範圍及其等效物的最廣泛容許之解釋來界定，而不應受前述實施方式之約束或限制。
提供本發明之摘要以遵守專利法，且提交的同時應理解其不會用於解釋或限制申請專利範圍之範疇或意義。此外，在前述圖示詳細說明中，出於使本發明合理化之目的，可將各種特徵分組在一起或描述於單個實施例中。本發明不應解釋為反映所主張之實施例意欲需要比各申請專利範圍中
明確所述更多之特徵。相反地，如以下申請專利範圍所反映，本發明之主題可關於少於所揭露實施例中之任一者的全部特徵。因此，將以下申請專利範圍併入圖示詳細說明中，其中各申請專利範圍項就其自身而言如同單獨界定所主張之主題一般。
Claims (10)
- 一種研磨物件，包括：一經結合之研磨體，包含：一包括金屬之結合材料；包含於所述結合材料內之研磨粒子；一填充劑摻合物，包含精細填充劑粒子及粗糙填充劑粒子且限定其填充劑粒徑比率(Ff/Fc)不超過約0.97，其中所述Ff表示所述精細填充劑粒子之平均粒徑且所述Fc表示所述粗糙填充劑粒子之平均粒徑。
- 一種研磨物件，包括：一經結合之研磨體，包含：一包括金屬之結合材料；所述結合材料內所含之研磨粒子；一填充劑摻合物，包括：所述結合材料中所含之莫氏硬度(Mohs hardness)不超過約4之精細填充劑粒子；所述結合材料中所含之莫氏硬度不超過約6之粗糙填充劑粒子；以及不超過約15體積%之孔隙度。
- 如申請專利範圍第1項及第2項中任一項所述之研磨物件，其中以所述經結合之研磨體之總體積計，所述研磨體包括不超過約14體積%之孔隙度。
- 如申請專利範圍第1項及第2項中任一項所述之研磨物件，其中所述精細填充劑粒子及所述粗糙填充劑粒子包括相同元素。
- 如申請專利範圍第1項及第2項中任一項所述之研磨物件，其中所述精細填充劑粒子包括至少約5微米且不超過約120微米之平均粒徑，且其中所述粗糙填充劑粒子包括至少約15微米且不超過約200微米之平均粒徑。
- 如申請專利範圍第1項及第2項中任一項所述之研磨物件，其中所述填充劑摻合物包括至少約0.05且不超過約10之填充劑含量比率(Cf/Cc)，其中Cf表示以所述經結合之研磨體之總體積計所述精細填充劑粒子之體積百分比且Cc表示以所述經結合之研磨體之總體積計所述粗糙填充劑粒子之體積百分比。
- 如申請專利範圍第1項及第2項中任一項所述之研磨物件，其中以所述經結合之研磨體之總體積計，所述經結合之研磨體包括至少約1體積%且不超過約50體積%之所述填充劑摻合物。
- 如申請專利範圍第1項及第2項中任一項所述之研磨物件，其中以所述經結合之研磨體之總體積計，所述經結合之研磨體包括至少約1體積%且不超過約25體積%之所述 精細填充劑粒子，且其中以所述經結合之研磨體之總體積計，所述經結合之研磨體包括至少約1體積%且不超過約25體積%之所述粗糙填充劑粒子。
- 如申請專利範圍第1項及第2項中任一項所述之研磨物件，其中所述結合材料包括包含銅(Cu)及錫(Sn)之青銅，且其中所述青銅包括含量不低於錫含量之銅。
- 如申請專利範圍第1項及第2項中任一項所述之研磨物件，其中以所述經結合之研磨體之總體積計，所述經結合之研磨體包括至少約10體積%且不超過約80體積%之所述結合材料。
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