聚晶金刚石减薄方法

主权利要求:1.一种基于纳米金刚石颗粒的大规模芯片减薄方法,包括以下步骤:1)根据芯片的尺寸及形状在芯片托盘上加工出芯片槽,然后将待减薄的芯片粘结到芯片槽中2)将芯片托盘的底面黏附于陶瓷盘上3)制备聚晶、类球状纳米金刚石颗粒,并通过输送管道输送金刚石颗粒到薄盘上,并使其均匀布满在减薄盘4)将黏附了芯片托盘的陶瓷盘安放到减薄盘上,其中芯片朝下与金刚石颗粒接触,然后在陶瓷盘上施加均布载荷,并调整减薄盘和陶瓷盘的旋转速度,通过金刚石颗粒研磨芯片来进行减薄,具体采用等级递进流水线式减薄方式:即根据对减薄速度和减薄后芯片质量的要求,依次选择从大到小不同粒径的金刚石颗粒进行渐进式减薄5)除去陶瓷盘和芯片托盘之间的粘结剂,将芯片托盘加热,使芯片与托盘分离,再用中性有机溶剂清洗芯片,并将芯片转移。 2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤4)利用粒径分布在2000nm至1nm范围内的多种不同粒径的金刚石颗粒,按颗粒粒径从大到小的顺序依次对芯片进行减薄,最后减薄采用的金刚石颗粒的粒径为40-200nm和/或1-40nm。 3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤4)选择如下a至f中的两个或更多个步骤按金刚石颗粒粒径从大到小的顺序进行渐进式芯片减薄:a:将陶瓷盘安放在一号减薄盘上并施加均布载荷,一号减薄盘上的金刚石颗粒的粒径在1250-2000nm,减薄芯片厚度至一定厚度b:将陶瓷盘移动至二号减薄盘上并施加均布载荷,二号减薄盘上的金刚石颗粒的粒径为1000-1250nm,减薄芯片厚度至一定厚度c:将陶瓷盘移动至三号减薄盘上并施加均布载荷,三号减薄盘上的金刚石颗粒的粒径为800-1000nm,减薄芯片厚度至一定厚度d:将陶瓷盘移动至四号减薄盘上并施加均布载荷,四号减薄盘上的金刚石颗粒的粒径为500-800nm,减薄芯片厚度至一定厚度e:将陶瓷盘移动至五号减薄盘上并施加均布载荷,五号减薄盘上的金刚石颗粒的粒径为40-200nm,减薄芯片厚度至一定厚度f:将陶瓷盘移动至六号减薄盘上并施加均布载荷,六号减薄盘上的金刚石颗粒的粒径为1-40nm,减薄芯片厚度至一定厚度。

金刚石微粉是指颗粒度细于36/54微米的金刚石颗粒，有单晶金刚石微粉和多晶金刚石微粉。单晶金刚石微粉是由人造金刚石单晶磨粒，经过粉碎、整形处理，采用特殊的工艺方法生产。 金刚石微粉硬度高、耐磨性好，可广泛用于切削、磨削、钻探等。是研磨抛光硬质合金、陶瓷、宝石、光学玻璃等高硬度材料的理想原料。金刚石微粉制品是利用金刚石微粉加工制成的工具和构件。

纳米金刚石抛光液[以其优异的性能广泛应用于半导体硅片抛光、计算机硬盘基片、计算机顶头抛光、精密陶瓷、人造晶体、硬质合金、宝石抛光等领域。俄罗斯用纳米金刚石抛光石英、光学玻璃等，其抛光表面粗糙度达到1nm。 纳米金刚石的应用显示出很多优点。由于超细、超硬，使得光学抛光中的难题迎刃而解。精细抛光是光学抛光中的难题，原工艺方法是把磨料反复使用，需要几十小时，效率很低。现在使用了纳米金刚石，使抛光速度大大提高。抛光相同的工件所需的时间仅需十几小时至几十分钟，效率提高数十倍至数百倍。

金刚石是自然界中最硬的晶体材料，近几十年来，人们一直在为进一步提高金刚石材料的硬度而不断努力。研究表明，晶粒尺寸为10-30 nm的纳米金刚石努氏硬度高达110-140 GPa，明显高于单晶金刚石。平均孪晶厚度为5-8 nm的纳米孪晶金刚石的维氏硬度可达175-200 GPa，是单晶金刚石硬度的两倍，打破了已知超硬材料的硬度极限。能否进一步提高金刚石材料的硬度就成为新型超硬材料设计和制备的一个重要科学问题。

来自燕山大学田永君院士团队的温斌教授等，与美国芝加哥大学的王雁宾教授合作，提出了一种新型的交织纳米孪晶金刚石结构。通过分析交织纳米孪晶界对位错滑移临界分切应力的影响，利用Sachs模型，计算了交织纳米孪晶金刚石的硬度。结果表明，交织纳米孪晶界比一般纳米孪晶更能提高金刚石的硬度。其硬化机理是由于交织孪晶界阻碍了更多滑移面上的位错移动，进而增加了位错滑移的临界分切应力。直接的分子动力学模拟进一步验证了这一结果。这项研究工作将为新型超硬材料的实验合成提供一条新思路。

该文近期发表于 npj Computational Materials 6 : 119 (2020)，英文标题与摘要如下，点击https://www.nature.com/articles/s41524-020-00387-3可以自由获取论文PDF。

Intersectional nanotwinneddiamond-the hardest polycrystalline diamond by design

Jianwei Xiao, Bin Wen, Bo Xu, Xiangyi Zhang, Yanbin Wang &Yongjun Tian

The hardness of nanotwinned diamond (nt-diamond) is reported to be more than twice that of the natural diamond, thanks to the fine spaces between twin boundaries (TBs), which block dislocation propagation during deformation. In this work, we explore the effects of additional TBs in nt-diamond using molecular dynamics (MD) calculations and introduce a novel intersectional nanotwinned diamond (int-diamond) template for future laboratory synthesis. The hardness of this int-diamond is predicted by first analyzing inpidual dislocation slip modes in twinned grains and then calculating the bulk properties based on the Sachs model. Here we show that the hardness of the int-diamond is much higher than that of nt-diamond. The hardening mechanism of int-diamond is attributed to the increased critical resolved shear stress due to the presence of intersectional TBs in nt-diamondthis result is further verified by MD simulations. This work provides a new strategy for designing new super-hard materials in experiments.

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