基于准LIGA工艺的超薄型金刚石砂轮片的制造方法

摘要

基于准LIGA工艺的超薄型金刚石砂轮片的制造方法，先进行阴极基板的制作，通过匀胶在基板上旋涂一层光刻胶薄膜，经过UV光刻显影坚膜工艺在光刻胶薄膜上形成微孔阵列薄膜，然后在微孔阵列薄膜表面镀一层导电薄膜，通过UV光刻工艺在微孔阵列薄膜上形成掩蔽层，微孔阵列薄膜上未被掩蔽层掩蔽的区域为砂轮片形状；再进行复合电铸工艺，电铸溶液中的金刚石磨料及金属离子在阴极基板的砂轮片图案位置均匀共析，得到复合电铸层；最后进行复合电铸层与阴极基板分离，得到砂轮片；本发明实现了金刚石砂轮片的一体化成型制造，砂轮片两面裸露金刚石颗粒，两面的切割能力基本均匀对称，可直接使用；所制造的砂轮片断面跳动小，成本低且切割精度与效率高。

说明书

技术领域

本发明涉及金刚石砂轮片的制造技术领域，具体涉及基于准LIGA工艺的超薄型金刚石砂轮片的制造方法。

背景技术

准LIGA技术是使用紫外光光刻与电铸法相结合，该工艺分为两个主要的部分：厚胶的深层UV光刻和图形中结构材料的电铸。目前,金刚石砂轮片的研制主要有两种方法，即压制法和电铸法。压制法采用粉末冶金原理，厚度大于0.08mm，因此对于超薄金刚石砂轮片的制造并不合适。常规的电铸法也存在许多的不足，电铸法是通过在光滑的基板上沉积金刚石-金属基复合镀层，再通过机械脱膜的方法把砂轮片从基板上脱离，然后冲压成所需要规格的砂轮片。该种方法生产的砂轮片有以下问题：紧靠基体的镀层比较光亮，金刚石含量较少，镀层金属含量高，在其表面上基本看不到裸露的金刚石颗粒，这不符合砂轮片应两面裸露金刚石颗粒，使其两面的切割能力基本均匀对称的要求；机械脱膜的过程中容易损坏砂轮片，增加生产成本；电镀层脱膜分离以后，要冲压成型才能形成所需规格的砂轮片，这样浪费材料，增加生产成本。

为了解决砂轮片只有单面裸露金刚石颗粒，其两面的切割能力不均匀对称的问题，美国专利US 7527050B2提出了多层金刚石镀层的砂轮片制作方法，先在基体上电沉积一层金刚石-金属基，脱模后对金刚石-金属基两面再进行电沉积金刚石颗粒，这样工序复杂，难以实现自动化生产。为了实现金刚石砂轮片的一体化成型制造，美国专利(公开号为4547998)提出了把基体切割成所需规格的砂轮片的形状，但由于在电铸过程中的边缘效应，内外圆边缘处会出现毛边和毛刺，这样的复合膜如果直接用做砂轮片，在使用过程中势必会造成被切工件切缝宽，有可能毁坏被切工件，甚至在极高的旋转速度下造成刀片和工件碎裂，产生危险。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了基于准LIGA工艺的超薄型金刚石砂轮片的制造方法，实现了金刚石砂轮片的一体化成型制造，砂轮片两面裸露金刚石颗粒，两面的切割能力基本均匀对称，无需后续加工，可直接使用；与基板分离简单，可以实现基板的重复使用；所制造的砂轮片断面跳动小，成本低且切割精度与效率高。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于准LIGA工艺的超薄型金刚石砂轮片的制造方法，包括以下步骤：

1)阴极基板的制作：首先通过匀胶在基板上旋涂一层光刻胶薄膜，经过UV光刻显影坚膜工艺在光刻胶薄膜上形成微孔阵列薄膜，然后再在微孔阵列薄膜表面镀一层导电薄膜；最后通过UV光刻工艺在微孔阵列薄膜上形成掩蔽层，微孔阵列薄膜上未被掩蔽层掩蔽的区域为所需规格砂轮片形状；

2)复合电铸工艺：将步骤1)所制作的阴极基板作为阴极，镍板作为阳极放入氨基磺酸镍-金刚石复合电铸溶液中，并将阴极基板接直流电源负极，将镍板接直流电源正极，接通电源，则电铸溶液中的金刚石磨料及金属离子在阴极基板未被掩蔽层掩蔽的砂轮片图案位置均匀共析，得到复合电铸层，控制电铸时间能够控制复合电铸层的厚度；

3)复合电铸层与阴极基板分离：将电铸有复合电铸层的阴极基板清洗烘干后使用相应的光刻胶腐蚀液腐蚀光刻胶，待光刻胶被腐蚀后，复合电铸层与阴极基板自动分离，从而直接得到所需尺寸规格的砂轮片。

所述的步骤1)中光刻胶薄膜的厚度为5～10um。

所述的步骤1)中微孔阵列薄膜9微孔的直径与金刚石颗粒直径大小相当，微孔的深度为2～3um，微孔中心距为微孔直径的1.5倍。

所述的步骤1)中导电薄膜的厚度为20～100nm。

所述的步骤1)中掩蔽层的厚度为50～100um。

本发明的有益效果为：

本发明制造的砂轮片避开了以往制作方法中只有单面裸露金刚石颗粒，两面的切割能力不均匀对称的，容易产生边缘毛刺，制作工艺复杂的弊端，通过在基板上制备微孔阵列薄膜和光刻胶掩蔽层，达到了使砂轮片两面的切割能力基本均匀对称的要求，不产生边缘毛刺，提高切割精度与效率高；无需后续加工，可直接使用，与基片分离简单，基片可重复使用，从而简化制作工艺，能够提高生产效率，降低制作成本。

附图说明

图1为本发明阴极基板的结构示意图。

图2为本发明微孔阵列薄膜的示意图。

图3为本发明复合电铸工艺的示意图。

图4为采用本发明方法制造的金刚石砂轮片的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。

基于准LIGA工艺的超薄型金刚石砂轮片的制造方法，包括以下步骤：

1)阴极基板的制作：参照图1和图2，基板3选择单面抛光的硅片或玻璃片等平整光滑的材料；用匀胶机将光刻胶旋涂在基板3上，形成5～10um厚的光刻胶薄膜7，通过UV光刻显影坚膜工艺在光刻胶薄膜7表面制备微孔阵列薄膜9，微孔的直径与金刚石颗粒直径大小相当，微孔的深度为2～3um，微孔中心距为微孔直径的1.5倍；采用溅射或是蒸镀的方法在微孔阵列薄膜9表面沉积一层厚20～100nm的导电薄膜；通过UV光刻显影坚膜工艺在微孔阵列薄膜9上形成50～100um厚的掩蔽层8，微孔阵列薄膜9上未被掩蔽层8所掩蔽的区域为所需规格砂轮片形状；

2)复合电铸工艺：参照图3，在电铸槽1中将镍板5作为阳极，阴极基板作为阴极，将两极板放入氨基磺酸镍-金刚石复合电铸溶液4中，并由固定杆2将其固定，同时，将阴极基板接直流电源6的负极，镍板5接直流电源6的正极；当接通电源后，电铸溶液4中的金刚石在悬浮状态下与金属离子在微孔阵列薄膜9上未被光刻胶8掩蔽的区域均匀共析，金刚石颗粒进入阴极基板上的光刻胶薄膜7的微孔阵列薄膜9的微孔中，以获得金属与金刚石磨料均匀混合的复合电铸层，当复合电铸层厚度达到50～100um后将阴极基板取出电铸溶液4；控制电铸时间能够控制复合电铸层的厚度；

3)复合电铸层与阴极基板分离：将电铸有复合电铸层的阴极基板清洗烘干后使用相应的光刻胶腐蚀液腐蚀光刻胶，待光刻胶被腐蚀后，复合电铸层与阴极基板自动分离，从而直接得到两面裸露金刚石颗粒的砂轮片产品10，如图4所示。

所述的步骤2)中电铸溶液4的配方为：

氨基磺酸镍:100-600g/l；

添加剂N-500W:1-3ml/L；

硼酸:30-60g/L；

氯化镍:5-15g/L。

所述的步骤2)中电铸工艺的参数为：

温度：45-55℃；

PH：3.3-5；

电流密度：0.5-2A/dm2；

金刚石密度为5-20g/l。

本实施例的有益效果为：

本实施例制造的砂轮片两面的切割能力基本均匀对称，不产生边缘毛刺，提高切割精度与效率高；无需后续加工，可直接使用，与基片分离简单，基片可重复使用，从而简化制作工艺，能够提高生产效率，降低制作成本。