МАТЕРИАЛ Российский патент 1994 года по МПК B24D17/00 

Изобретение относится к материалам, закрепляемых на полировальнике, и может быть использовано в электронной технике и оптике для полирования поверхности стеклянных и кварцевых пластин, используемых при изготовлении прецизионных изделий, а также в легкой промышленности при изготовлении обуви и изделий кожгалантереи.

В последние годы требования микроминиатюризации и увеличения плотности интегральных схем делают более критичными требования к поверхности подложек ИС по качеству поверхности и по ее плоскостности. В настоящее время процесс полирования включает использование водной суспензии, состоящей из механических абразивов в комбинации с химическими реактивами. Эта суспензия растирается на поверхности обрабатываемых пластин с помощью материала, закрепленного на полировальнике. В связи с этим к вышеуказанному материалу предъявляются особые требования. Он должен быть достаточно жестким, чтобы обеспечить необходимое усилие полирования (400-500 г/см²), достаточно пористым, чтобы удерживать суспензию и вместе с этим достаточно износостойким. В настоящее время широкое распространение получили материалы, пропитанные составами на основе уретанов или подобными покрытиями, например поливинилхлоридными, содержащие много мелких углублений каплевидной формы.

Известен материал, предназначенный для закрепления на полировальнике, включающий нетканый материал из синтетических волокон и нанесенный на него слой связующего на основе термопластичной смолы с включениями полимерного связующего, содержащего абразивные частицы.

Однако этот материал имеет низкое качество поверхности обрабатываемых пластин - наличие на ней натиров, ласин, рисок, выколов и даже мелких царапин, вызванных неравномерностью распределения абразива по поверхности материала, закрепленного на полировальнике, а также наличием жестких уплотнений, возникающих вследствие того, что абразив под воздействием поверхностного натяжения агрегируется в каплях связующего на основе термопластичной смолы, которым обрызгивают нетканый материал из синтетических волокон с целью его стабилизации в процессе изготовления материала, закрепляемого на полировальнике. Кроме того, наличие в последнем самого застывшего связующего на основе термопластичной смолы приводит к образованию на поверхности обрабатываемых пластин вышеуказанных дефектов. Материал имеет также низкую плоскостность поверхности пластин, вызванную неравномерностью распределения абразива по поверхности материала, закрепленного на полировальнике. Низкая износостойкость материала, закрепленного на полировальнике, вызвана тем, что связующее на основе термопластичной смолы проникает в нетканый материал на сравнительно небольшую глубину, что приводит к неравномерному его распределению по объему материала, в результате чего материал, закрепленный на полировальнике в процессе полирования расслаивается, сваливается и комкается.

Известен также материал, предназначенный для закрепления на полировальнике, включающий подложку и сформированный на ней пористый полимерный слой с углублениями перевернутой каплевидной формы, ориентированными в сторону полирующей поверхности, отверстия которых занимают большую часть площади вышеупомянутой поверхности.

Недостатками этого материала, закрепленного на полировальнике являются низкое качество отполированной поверхности пластин - наличие на ней ласин, выколов, натиров, возникающих вследствие низкой полирующей способности материала, обусловленной тем, что свободный абразив, используемый при полировании, плохо закрепляется в сравнительно тонких стенках углублений перевернутой каплевидной формы, в то время как в самих углублениях, имеющих расширяющуюся по направлению к полирующей поверхности коническую форму, он распределяется в несколько монослоев, которые в процессе полирования даже при значительных удельных давлениях скользят относительно друг друга, не оказывая желаемого воздействия на обрабатываемую поверхность. Низкая плоскостность отполированных пластин вызвана тем, что тончайшие микропористые стенки между углублениями перевернутой каплевидной формы, особенно на собственно полирующей поверхности материала, соизмеримы с размерами рабочей фракции полировальной суспензии (2-4 мкм). Это приводит к тому, что в процессе полирования стенки углублений быстро изнашиваются и обрываются, вследствие чего поверхность материала, закрепленного на полировальнике становится неровной, что и вызывает появление вышеуказанного дефекта. Низкая износостойкость материала, закрепленного на полировальнике, характеризуется тем, что под воздействием значительных удельных давлений и рН среды адгезия подложки и пористого полимерного слоя с углублениями повернутой каплевидной формы в процессе полирования местами ухудшается, в результате чего этот слой отслаивается, обрывается и материал становится непригодным для полирования. Кроме того дороговизна материала вызвана большой трубоемкостью и материалоемкостью способа его получения, а именно необходимостью проведения дополнительной операции - замены первичной подложки на вторичную.

Наиболее близким техническим решением является материал, предназначенный для закрепления на полировальнике, содержащий пористую волокнистую подложку и пористый полимерный слой с углублениями каплевидной формы, ориентированными перпендикулярно рабочей поверхности.

Этот материал также обладает низким качеством отполированной поверхности пластин - наличие на ней ласин, выколов, натиров, рисок, вызванных тем, что под воздействием значительных удельных давлений в процессе полирования тонкие микропористые стенки между углублениями каплевидной формы (особенно тонкие в нижней части пористого полимерного слоя и заканчивающиеся очень тонким базовым слоем вследствие самой природы коагуляционного процесса) испытывают значительные пульсирующие сминающие усилия. Под воздействием этих усилий стенки сгибаются, материал заминается и закрывает узкие входы в углубления, препятствуя направленной работе закрепившихся в стенках абразивных зерен свободного абразива и вымыванию шлама из углублений, что приводит к образованию микронеровностей на поверхности материала, закрепленного на полировальнике. Низкая плоскостность поверхности, обработанной материалом, закрепленным на полировальнике, вызвана тем, что при полировании, даже при незначительных удельных давлениях, возникают значительные сдвиговые усилия (особенно в верхней части пористого полимерного слоя с углублениями каплевидной формы), которые приводят к разрыву стенок между углублениями каплевидной формы и отрыву мелких частичек сравнительно непрочного пористого полимерного слоя, вследствие чего поверхность материала, закрепленного на полировальнике становится неровной, что способствует появлению вышеуказанного дефекта. Низкая износостойкость материала характеризуется тем, что под воздействием значительных сдвиговых усилий, возникающих в процессе полирования, и водной среды уменьшается адгезия пористого полимерного слоя с углублениями капилярной формы к гладкой поверхности подложки. Пористый полимерный слой начинает отслаиваться от подложки, отрываться, образуя так называемые "лысые пятна", ухудшающие свойства материала, закрепленного на полировальнике, а отслаивание значительных площадей (> 100 кв.мм) требует замены материала.

Целью изобретения является повышение качества и плоскостности поверхности обрабатываемых пластин, а также повышение износостойкости материала, предназначенного для закрепления на полировальнике.

Это достигается тем, что в известном материале, предназначенном для закрепления на полировальнике, содержащем пористую волокнистую подложку и пористый полимерный слой с углублениями каплевидной формы, ориентированными перпендикулярно рабочей поверхности, поверхность подложки, обращенная в сторону пористого полимерного слоя, выполнена с равномерно чередующимися выступами и впадинами, а на подложке расположен эквидистантно последней введенный в материал дополнительный слой толщиной 0,1-0,3 максимальной толщины подложки и жесткостью, в 1,5-2 раза превышающей жесткость последней, при этом глубина впадин выбрана 0,2-04, максимальной толщины подложки, а отношение площадей впадин и выступов выбрано (1-3):1.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема поперечного сечения прилагаемого материала.

На пористой волокнистой подложке 1, поверхность которой выполнена с равномерно чередующимися выступами и впадинами 2 расположен эквивалентно последней дополнительный слой 3 толщиной 0,1-0,3 максимальной толщины подложки, впадины которого заполнены микропористым полимером 4, а на дополнительном слое 3 расположен пористый полимерный слой с углублениями каплевидной формы 5.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Наличие на поверхности подложки, обращенной в сторону пористого полимерного слоя и выполненной с равномерно чередующимися выступами и впадинами, эквидистантно ей расположенного дополнительного слоя толщиной 0,1-0,3 максимальной толщины подложки и жесткостью, в 1,5-2 раза превышающей жесткость последней, глубина впадин которого выбрана 0,2-0,4 максимальной толщины подложки, а площадь их относится к площади выступов как (1-3):1, значительно повышает качество и плоскостность поверхности обрабатываемых пластин, а также износостойкость самого материала. Объемная форма дополнительного слоя выполняет роль довольно жесткого объемного каркаса. А микропористый полимер, заполняющий впадины дополнительного слоя и образовавшийся в процессе формирования пористого полимерного слоя с углублениями каплевидной формы при коагуляции раствора полимера до выступов дополнительного слоя, образует некий микропористый подслой в пористом полимерном слое.

Дополнительный слой с жесткостью, в 1,5-2 раза превышающей жесткость подложки, за счет своей объемности, где вертикальные части его играют роль ребер жесткости, препятствует воздействию сдвиговых усилий, стремящихся оторвать верхний пористый полимерный слой с углублениями каплевидной формы от подложки. Благодаря этому увеличивается адгезия этого слоя к подложке, а следовательно, и износостойкость материала.

При полировании пластин предлагаемым материалом микропористый подслой выполняет роль амортизирующей подушки, которая способствует гашению вибрирующих сминающих усилий, а также значительных сдвиговых усилий, возникающих под действием ударных нагрузок в процессе полирования. В результате этого в процессе полирования, даже при значительном удельном давлении, воздействие этих усилий на микропористые стенки между углублениями каплевидной формы становится более плавным и мягким, в результате чего не отрываются мелкие частицы микропористых стенок между углублениями, в которых закрепляются абразивные зерна рабочей фракции (≈ 2-4 мкм) свободного абразива, выполняющие основную направленную работу по удалению частиц обрабатываемого материала, стенки между углублениями не сминаются, сама форма углублений сохраняется в исходном виде, остаются открытыми входы в углубления, что способствует беспрепятственной циркуляции абразива в углублениях, его замене и вымыванию шлама из углублений в процессе полирования. Все это приводит к улучшению качества и плоскостности поверхности пластин, обрабатываемых предлагаемым материалом. На ней практически отсутствуют такие дефекты как ласины, царапины, выколы, натиры, риски. Кроме того, предлагаемый материал обладает высокой износостойкостью, что позволяет использовать его не только в оптике и электронной технике при полировании стеклянных и кварцевых пластин, но также и в легкой промышленности при изготовлении изделий кожгалантереи и обуви.

При толщине дополнительного слоя менее 0,1 максимальной толщины подложки не сохраняется его форма его впадины становятся недостаточными для формирования требуемого амортизирующего подслоя из микропористого полимера, что приводит к ухудшению качества и плоскостности поверхности полируемых пластин, а также к снижению износостойкости материала. При толщине дополнительного слоя более 0,3 максимальной толщины подложки значительно увеличивается его жесткость, в результате чего выступы слоя препятствуют нормальному функционированию амортизирующего подслоя из микропористого полимера, что ухудшает качество и плоскостность поверхности обрабатываемых пластин.

При жесткости дополнительного слоя, менее чем в 1,5 раза превышающей жесткость подложки, он становится неспособным противостоять воздействию сдвиговых условий, стремящихся оторвать пористый полимерный слой с углублениями каплевидной формы от подложки, в результате чего снижается износостойкость материала. При жесткости дополнительного слоя более чем в 2 раза превышающей жесткость подложки, выступы его препятствуют нормальному функционированию амортизирующего подслоя из микропористого полимера, заполняющего его впадины, что ухудшает качество и плоскостность поверхности обрабатываемых пластин. При глубине впадин менее 0,2 максимальной толщины подложки подслой из микропористого полимера имеет недостаточную толщину, что ухудшает качество и плоскостность поверхности обрабатываемых пластин, снижает износостойкость материала. При глубине впадин более 0,4 максимальной толщины подложки качество материала не улучшается, но технологически осложняется процесс формования этих впадин. При отношении площади впадин к площади выступов менее 1:1 уменьшается общая площадь амортизирующего подслоя из микропористого полимера, заполняющего впадины дополнительного слоя, что приводит к ухудшению качества и плоскостности поверхности обрабатываемых пластин. Кроме того, уменьшается адгезия пористого полимерного слоя с углублениями каплевидной формы к подложке, а следовательно, снижается и износостойкость материала.

При отношении площади впадин к площади выступов более 3:1 уменьшается жесткость дополнительного слоя за счет уменьшения вертикальных его участков, что ведет к уменьшению износостойкости материала.

Предлагаемый материал получают следующим образом.

П р и м е р 1. Берут известную пористую волокнистую подложку, изготовленную иглопробивным методом, усаженную, пропитанную эластомером и отшпальтованную до толщины 1,0 мм. Затем готовят раствор полимера в растворителе, содержащем 10,5% полиуретанового эластомера, 5,7% поливинилхлорида, 83,8% диметилформамида (растворитель) путем смешивания 12% раствора полвинилхлорида в диметилформамиде с соответствующим количеством 20% раствора полиуретана. Далее непрерывно двигающуюся ленту подложки пропитывают этим раствором на глубину 0,20 мм, что составляет 0,20 часть толщины подложки путем нанесения на ее поверхность указанного раствора в количестве 40 г/м² (0,000042 г/мм²). Подложку с нанесенным на нее слоем просушивают в течение 5 мин при 90^оС и подвергают ее тиснению при 120^оС, удельном давлении 180 г/см² с помощью двух валков, один из которых с пропитанной стороны имеет рельеф, необходимый для формирования на поверхности подложки рельефа с впадинами, равными 0,3 мм, площадь которых относится к площади выступов как 2: 1. Полученный дополнительный слой имеет толщину 0,165 мм и жесткость 2,1 (210) н/гс. Далее с помощью экструдера на полученную подложку наносят тот же раствор полимера при комнатной температуре с высокой влажностью (до 80% ). Полученную подложку с нанесенным на нее слоем опускают в ванну с водой при 50^оС, в которой выдерживают в течение 3,5 мин. Этого времени достаточно для коагуляции его на заданную глубину, т.е. до выступов рельефной поверхности. Для полного завершения коагуляции полученный материал опускают в другую ванну с водой с температурой 80^оС и выдерживают здесь тоже в течение 3,5 мин. Далее материал обрабатывают в водяной бане при 95^оС в течение 40 мин для удаления практически полностью диметилформамида (растворителя), который не был удален ранее в предыдущих ваннах. Полученный материал, освобожденный от растворителя, выдерживают в печи при 120^оС в течение 15 мин до удаления нерастворителя. Материал практически становится сухим. Высушенный материал подвергают абразивной обработке со стороны пористого полимерного слоя до вскрытия углублений каплевидной формы. Полученный материал наклеивают на полировальники двусторонних полировальных станков (марки ШЦМЗ. 105.036 и ШЦМЗ.105.055) и полируют ими кварцевые пластины для ФШЗ толщиной 3,0 мм размером 127х127 мм.

Рабочее давление 200 кгс. В качестве полировального состава используют водную суспензию на основе СеО₂. Время полирования 20 мин. Величину неплоскостности поверхности пластин после обработки определяют с помощью автоматизированного измерителя плоскостности ЭМ-6049 и пневматического прибора для измерения неплоскостности ЭМ-699, а качество поверхности - после пятнадцатиступенчатой ультразвуковой отмывки и сушки в парах изопропилового спирта визуальным контролем в проходящем и отраженном свете УФ-источника. Дефекты маскирующего слоя контролируют при 50-кратном увеличении под микроскопом МБС-2. Результаты обработки кварцевых и стеклянных пластин с использованием предлагаемого материала приведены в таблице. Примеры 1-6 показывают достижение поставленной цели, примеры 7-14 - выход за пределы соотношений, указанных в формуле, примеры 15-17 - по прототипу.

Из приведенных примеров видно, что использование предлагаемого материала, предназначенного для закрепления на полировальнике в процессе полирования стеклянных и кварцевых пластин, позволяет получать поверхность высокого качества практически без ласин, натиров, выколов, рисок, царапин (от 11,3 до 18,9% ), с высокой плоскостностью поверхности (градиент неплоскостности от 0,015 до 0,038) пластин. Кроме того, предлагаемый материал имеет высокую износостойкость, в 4 раза превышающую износостойкость материала по прототипу. Последнее качество позволяет использовать его также в легкой промышленности при изготовлении изделий кожгалантерии и обуви.

Область использования: ячеистые полимерные материалы, способы их получения и применение в электронной технике и оптике при полировании стеклянных и кварцевых пластин, а также в легкой промышленности при изготовлении обуви и изделий кожгалантереи. Сущность изобретения: перед нанесением на пористую волокнистую подложку слоя полимера в растворителе ее дополнительно пропитывают упрочняющим раствором этого же полимера на глубину 0,1 - 0,35 толщины подложки и сушат при 70 - 110°С в течение 4 - 6 мин, затем подвергают тиснению при 110 - 130°С до формирования рельефной поверхности и только после этого наносят на нее слой полимера в растворителе, проводят коагуляцию его в ячеистый слой до выступов рельефной поверхности обработкой в нерастворителе полимера, частично или полностью смешивающемся с растворителем, последовательно удаляют растворитель и нерастворитель и производят вскрытие ячеек полученного ячеистого слоя. 1 ил. 1 табл.

МАТЕРИАЛ, предназначенный для закрепления на полировальнике, содержащий пористую волокнистую подложку и пористый полимерный слой с углублениями каплевидной формы, ориентированными перпендикулярно к рабочей поверхности, отличающийся тем, что поверхность подложки, обращенная в сторону пористого полимерного слоя, выполнена с равномерно чередующимися выступами и впадинами, а на подложке расположен эквидистантно последней введенный в материал дополнительный слой толщиной 0,1 - 0,3 максимальной толщины подложки и жесткостью, в 1,5 - 2,0 раза превышающей жесткость последней, при этом глубина впадин выбрана равной 0,2 - 0,4 максимальной толщины подложки, а отношение площадей впадин и выступов выбрано равным (1 - 3) : 1.