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树脂粘结的磨料

阅读:940发布:2020-05-13

IPRDB可以提供树脂粘结的磨料专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种超级磨料树脂产品包括:一种超级磨料颗粒组分、一种氧化物组分、以及限定了连通孔的网络的一种连续相。该氧化物组分由一种镧系元素的氧化物组成,并且该连续相包括一种热塑性聚合物组分。该超级磨料颗粒组分和该氧化物组分被分布在该连续相之中。,下面是树脂粘结的磨料专利的具体信息内容。

1.一种超级磨料树脂产品,包括:

一种超级磨料颗粒组分;

由一种镧系元素的氧化物组成的一种氧化物组分;以及包括一种热塑性聚合物组分和一种热固性树脂组分的一种连续相,该连续相限定了一个连通孔的网络,其中该超级磨料颗粒组分和该氧化物组分被分布在该连续相之中。

2.一种超级磨料树脂产品,包括:

一种超级磨料颗粒组分;

由一种镧系元素的氧化物组成的一种氧化物组分;以及包括一种聚合物粘结剂组分的一种连续相,该连续相限定了一个连通孔的网络,其中这些孔具有一种带有至少两个模态的多模态尺寸分布,其中该超级磨料颗粒组分和该氧化物组分被分布在该连续相之中。

3.如权利要求1和2中任一项所述的超级磨料树脂产品,其中这些孔具有的平均尺寸在约8微米与约420微米之间、或在约125微米与约150微米之间、或在约20微米与约50微米之间、或在约85微米与约105微米之间。

4.如权利要求1和2中任一项所述的超级磨料树脂产品,其中这些孔的尺寸分布是具有至少两个模态或至少三个模态的一种多模态分布。

5.如权利要求4所述的超级磨料树脂产品,其中该多模态分布具有一个模态在约125微米与约150微米之间、或在约85微米与约105微米之间、或在约30微米与约50微米之间的模态。

6.如权利要求1和2中任一项所述的超级磨料树脂产品,其中该镧系元素包括一种具有的原子序数至少为57并且最大为60的元素。

7.如权利要求1和2中任一项所述的超级磨料树脂产品,其中该镧系元素是选自下组的至少一个成员,该组由以下各项组成:镧、铈、镨、以及钕。

8.如权利要求7所述的超级磨料树脂产品,其中该镧系元素包括铈。

9.如权利要求8所述的超级磨料树脂产品,其中该镧系元素实质上由铈组成。

10.如权利要求1和2中任一项所述的超级磨料树脂产品,其中该氧化物组分存在的量值是在该超级磨料产品的约0.05与约10.0体积百分比之间的范围内。

11.如权利要求1和2中任一项所述的超级磨料树脂产品,其中该氧化物组分具有的平均粒径是在约0.1μm与约30μm之间的范围内。

12.如权利要求1和2中任一项所述的超级磨料树脂产品,其中该连续相进一步包括一种热固性聚合物组分。

13.如权利要求12所述的超级磨料产品,其中该热固性聚合物组分包括选自下组的至少一个成员,该组由以下各项组成:酚醛树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、以及环氧改性的酚醛树脂。

14.如权利要求13所述的超级磨料产品,其中该热固性树脂组分包括多酚-甲醛树脂。

15.如权利要求12所述的超级磨料产品,其中在该连续相中热固性树脂与热塑性聚合物组分的比率是在按体积计约80:15与约80:10之间的范围内。

16.如权利要求15所述的超级磨料产品,其中连续相与超级磨料组分的比率是在按体积计约2:1与约1:2之间的范围内。

17.如权利要求1和2中任一项所述的超级磨料产品,其中该连续相是一种是实质性地开放式的连续相。

18.如权利要求1和2中的任一项所述的超级磨料产品,其中该超级磨料包括选自下组的至少一个成员,该组由以下各项组成:金刚石、立方氮化硼、氧化锆、以及氧化铝。

19.如权利要求18所述的超级磨料产品,其中该超级磨料包括金刚石。

20.如权利要求18所述的超级磨料产品,其中该超级磨料具有的中值粒径是在约

0.25μm与约30μm之间或在0.5μm与约1.0μm之间或在1.0μm与约3.0μm之间或在约3μm与约6μm之间或在约20μm与约25μm之间的范围内。

21.如权利要求20所述的超级磨料产品,其中该超级磨料具有的中值粒径的范围是在约…之间。

22.如权利要求20所述的超级磨料产品,其中该超级磨料具有的中值粒径的范围是在约…之间。

23.如权利要求20所述的超级磨料产品,其中该超级磨料具有的中值粒径的范围是…。

24.如权利要求1和2中任一项所述的超级磨料产品,其中该热塑性聚合物组分包括选自下组的至少一个成员,该组由以下各项组成:聚丙烯腈、聚偏乙烯、聚苯乙烯、尼龙、聚乙烯、聚丙烯、以及聚甲基丙烯酸甲酯。

25.如权利要求25所述的超级磨料产品,其中该热塑性聚合物组分包括聚丙烯腈。

26.如权利要求25所述的超级磨料产品,其中该热塑性聚合物包括聚偏乙烯。

27.如权利要求27所述的超级磨料产品,其中该聚偏乙烯包括聚偏二氯乙烯。

28.如权利要求25所述的超级磨料产品,其中该热塑性聚合物组分包括聚丙烯腈和聚偏二氯乙烯。

29.如权利要求29所述的超级磨料产品,其中聚丙烯腈与聚偏二氯乙烯的比率是在按重量计约1:1与约98:2之间的范围内。

30.如权利要求1和2中任一项所述的超级磨料产品,其中该超级磨料产品具有的孔隙率是在按体积计约30%与约80%之间的范围内。

31.如权利要求1和2中任一项所述的超级磨料产品,其中该产品是一种轮。

32.一种超级磨料产品前体,包括:

一种超级磨料颗粒组分;

由一种镧系元素的氧化物组成的一种氧化物组分;

一种粘结剂组分;以及

一种具有包封的气体的聚合物发泡剂。

33.如权利要求32所述的超级磨料产品前体,其中该镧系元素包括一种具有的原子序数至少为57并且最大为60的元素。

34.如权利要求33所述的超级磨料产品前体,其中该镧系元素是选自下组的至少一个成员,该组由以下各项组成:镧、铈、镨、以及钕。

35.如权利要求34所述的超级磨料产品前体,其中该镧系元素包括铈。

36.如权利要求35所述的超级磨料产品前体,其中,该镧系元素实质上由铈组成。

37.如权利要求32所述的超级磨料产品前体,其中,该氧化物组分存在的量值是在该超级磨料产品的约0.05与约10.0体积百分比之间的范围内。

38.如权利要求32所述的超级磨料产品前体,其中,该氧化物组分具有的平均粒径是在约0.1微米与约30微米之间的范围内。

39.如权利要求32所述的超级磨料产品前体,其中,该发泡剂包括多个离散颗粒,这些颗粒的至少一部分具有一种包封了气体的壳。

40.如权利要求39所述的超级磨料产品前体,其中,这些壳的至少一部分包括一种热塑性聚合物。

41.如权利要求40所述的超级磨料产品前体,其中该热塑性聚合物是选自下组的至少一个成员,该组由以下各项组成:聚丙烯腈、聚偏乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、以及聚甲基丙烯酸甲酯。

42.如权利要求39所述的超级磨料产品前体,其中,这些离散颗粒具有至少两种不同的类型,每种类型包括一种不同组成的热塑性壳。

43.如权利要求42所述的超级磨料产品前体,其中一种类型的离散颗粒具有的平均粒径是在约125微米与约150微米之间。

44.如权利要求42所述的超级磨料产品前体,其中一种类型的离散颗粒具有的平均粒径是在约85微米与约105微米之间。

45.如权利要求42所述的超级磨料产品前体,其中一种类型的离散颗粒具有的平均粒径是在约20微米与约50微米之间。

46.如权利要求42所述的超级磨料产品前体,其中这些离散颗粒具有至少三种不同的类型。

47.如权利要求42所述的超级磨料产品前体,其中至少一种类型的离散颗粒具有包括聚丙烯腈的一种热塑性壳。

48.如权利要求42所述的超级磨料产品前体,其中至少一种类型的离散颗粒具有一种包括聚偏二氯乙烯的热塑性壳。

49.如权利要求42所述的超级磨料产品前体,其中至少一种类型的离散颗粒具有一种实质性地包括聚丙烯腈的热塑性壳,并且该发泡剂的另一种类型的离散颗粒具有一种实质性地包括聚偏二氯乙烯的热塑性壳。

50.如权利要求39所述的超级磨料产品前体,其中该发泡剂的壳包括聚丙烯腈和聚偏二氯乙烯的一种共聚物。

51.如权利要求50所述的超级磨料产品前体,其中聚丙烯腈与聚偏二氯乙烯的按重量计的比率是在约40:60与约99:1之间的范围内。

52.如权利要求51所述的超级磨料产品前体,其中该发泡剂的平均粒径是在约8与约

420微米之间、或在约20与约50微米之间、或约85与约105微米之间的范围内。

53.如权利要求50所述的超级磨料产品前体,其中聚丙烯腈与聚偏二氯乙烯的重量比是在约40:60与约60:40之间的范围内。

54.如权利要求51所述的超级磨料产品前体,其中聚丙烯腈与聚偏二氯乙烯的重量比是约50:50。

55.如权利要求50所述的超级磨料产品前体,其中聚丙烯腈和聚偏二氯乙烯的重量比是在约60:40与约80:20之间的范围内。

56.如权利要求55所述的超级磨料产品前体,其中聚丙烯腈和聚偏二氯乙烯的重量比是约70:30。

57.如权利要求50所述的超级磨料产品前体,其中该发泡剂的平均粒径是大于约125微米。

58.如权利要求57所述的超级磨料产品前体,其中该聚丙烯腈与聚偏二氯乙烯的重量比是在约92:8与约98:2之间的范围内。

59.如权利要求58所述的超级磨料产品前体,其中聚丙烯腈与聚偏乙烯的重量比是约

95:5。

60.如权利要求39所述的超级磨料产品前体,其中该离散颗粒的被包封的气体包括至少一个选自异丁烷和异戊烷组成的组中的成员。

61.如权利要求39所述的超级磨料产品前体,其中该离散颗粒具有的壁厚度是在约

0.01微米与约0.08微米之间的范围内。

62.如权利要求32所述的超级磨料产品前体,其中该粘结剂组分包括一种热固性树脂。

63.如权利要求62所述的超级磨料产品前体,其中该热固性树脂是下组的至少一个成员,该组由以下各项组成:酚醛树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、以及环氧改性的酚醛树脂。

64.如权利要求63所述的超级磨料产品前体,其中该热固性树脂包括酚醛树脂。

65.如权利要求32所述的超级磨料产品前体,其中离散体与粘结剂组分的比率是在按体积计约2:1与约30:35之间的范围内。

66.如权利要求65所述的超级磨料产品前体,其中离散体与粘结剂组分的比率是按体积计约80:15。

67.如权利要求65所述的超级磨料产品前体,其中离散体与粘结剂组分的比率是按体积计约70:25。

68.如权利要求32所述的超级磨料产品前体,其中该超级磨料颗粒组分包括选自下组的至少一个成员,该组由以下各项组成:金刚石、立方氮化硼、氧化锆和氧化铝。

69.如权利要求68所述的超级磨料产品前体,其中该超级磨料颗粒组分包括金刚石。

70.如权利要求32所述的超级磨料产品前体,其中该超级磨料颗粒组分的量比上该超级磨料产品的其余部分是在按体积计约3%与约25%之间的一个比率。

71.如权利要求32所述的超级磨料产品前体,其中该超级磨料颗粒组分具有的平均粒径是在约3μm与约6μm之间的范围内。

72.如权利要求32所述的超级磨料产品前体,其中该超级磨料颗粒组分具有的粒径分布是在约1μm与约10μm之间。

73.一种形成超级磨料产品的方法,该方法包括以下步骤:a)将一种超级磨料、一种氧化物组分、一种粘结剂组分以及一种具有包封的气体的聚合物发泡剂进行组合,该氧化物组分是由一种镧系元素的氧化物组成;并且b)将所组合的超级磨料、粘合组分和聚合物发泡剂加热到一个温度并且持续一段时间,这段时间段使得至少一部分的该气体从该发泡剂内的包封中释放。

74.如权利要求73所述的方法,其中该镧系元素包括一种具有的原子序数至少为57并且最大为60的元素。

75.如权利要求73所述的方法,其中该镧系元素是选自下组的至少一个成员,该组由以下各项组成:镧、铈、镨、以及钕。

76.如权利要求75所述的方法,其中该镧系元素包括铈。

77.如权利要求76所述的方法,其中该镧系元素实质上由铈组成。

78.如权利要求73所述的方法,其中该氧化物组分存在的量值是在该超级磨料产品的约0.05与约10.0体积百分比之间的范围内。

79.如权利要求73所述的方法,其中该氧化物组分具有的平均粒径是在约0.1微米与约30微米之间的范围内。

80.如权利要求73所述的方法,其中该聚合物发泡剂的聚合物包括一种热塑性聚合物。

81.如权利要求73所述的方法,其中该粘结剂组分包括一种热固性聚合物。

82.如权利要求73所述的方法,其中所组合的超级磨料、粘结剂以及聚合物发泡剂是一种超级磨料产品前体。

83.如权利要求82所述的方法,其中该超级磨料产品前体进一步包括该超级磨料颗粒组分以及该氧化物组分。

84.如权利要求83所述的方法,其中超级磨料颗粒组分的比率是在该超级磨料产品前体的按体积计约3%与约25%之间的一个比率。

85.如权利要求82所述的方法,其中将该超级磨料产品前体加热到一个温度并且持续一段时间,该温度和时间使得至少一个实质性部分的被包封的气体从该超级磨料产品前体中被释放,由此所形成的超级磨料产品具有一种孔隙率,该孔隙率实质性地是一种开放的孔隙率。

86.如权利要求85所述的方法,其中在该超级磨料产品前体处于一个正的表压力下时通过将该超级磨料5产品前体的温度升高而加热该超级磨料产品前体。

87.如权利要求85所述的方法,将该超级磨料产品前体在至少两吨的压力下预加热到至少约100°C的一个第一温度。

88.如权利要求87所述的方法,其中将该超级磨料产品前体从该第一温度加热到至少约180°C的一个第二均热温度。

89.如权利要求88所述的方法,其中将该超级磨料产品前体在该均热温度下保持至少约十五分钟以便由此形成该超级磨料物品。

90.如权利要求88所述的方法,其中将该超级磨料物品在约10分钟与约40分钟之间的范围内的一段时间内从该均热温度冷却到在约100°C与约170°C之间的范围内的一个降低的第一温度。

91.如权利要求90所述的方法,其中,通过空气冷却将该超级磨料物品冷却到该降低的第一温度。

92.如权利要求90所述的方法,其中将该超级磨料物品在约10分钟与约30分钟之间的一段时间内从该降低的第一温度冷却到在约30°C与约100°C之间的范围内的一个降低的第二温度。

93.如权利要求92所述的方法,其中,通过液体冷却将该超级磨料物品从该降低的第一温度冷却到该降低的第二温度。

94.如权利要求92所述的方法,其中,将该超级磨料产品前体加热以便在一个模具中形成该超级磨料物品。

95.如权利要求94所述的方法,其中,在冷却到该降低的第二温度之后将该超级磨料5物品从该模具中移出。

96.如权利要求73所述的方法,其中该发泡剂包括多个离散颗粒,这些颗粒的至少一部分具有一种包封了气体的壳。

97.如权利要求96所述的方法,其中这些壳的至少一部分包括一种热塑性聚合物。

98.如权利要求97所述的方法,其中该热塑性聚合物组分是选自下组的至少一个成员,该组由以下各项组成:聚丙烯腈、聚偏乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、尼龙、以及聚甲基丙烯酸甲酯。

99.如权利要求98所述的方法,其中该发泡剂的壳包括聚丙烯腈和聚偏二氯乙烯的一种共聚物。

100.如权利要求99所述的方法,其中聚丙烯腈与聚偏二氯乙烯的按重量计的比率是在约40:60与约99:1之间的范围内。

101.如权利要求100所述的方法,其中,该发泡剂的平均粒径是在约8微米与约420微米之间的范围内。

102.如权利要求101所述的方法,其中,该发泡剂的平均粒径是在约20微米与约50微米之间的范围内。

103.如权利要求102所述的方法,其中聚丙烯腈与聚偏二氯乙烯的重量比是在约40:

60与约60:40的范围内。

104.如权利要求103所述的方法,其中聚丙烯腈与聚偏二氯乙烯的重量比是约50:50。

105.如权利要求101所述的方法,其中,该发泡剂的平均粒径5是在约85微米与约105微米之间的范围内。

106.如权利要求105所述的方法,其中聚丙烯腈与聚偏二氯乙烯的重量比是在约60:

40与约80:20之间的范围内。

107.如权利要求106所述的方法,其中聚丙烯腈与聚偏二氯乙烯的重量比是约70:30。

108.如权利要求101所述的方法,其中该发泡剂的平均粒径是大于约125微米。

109.如权利要求108所述的方法,其中该聚丙烯腈与聚偏二氯乙烯的重量比是在约

92:8与约98:2之间的范围内。

110.如权利要求109所述的方法,其中聚丙烯腈与聚偏乙烯的重量比是约95:5。

111.如权利要求96所述的方法,其中该离散颗粒的被包封的气体包括至少一个选自异丁烯和异戊烷组成的组中的成员。

112.如权利要求96所述的方法,其中该离散颗粒具有的壁厚度是在约0.01微米与约

0.08微米之间的范围内。

113.如权利要求96所述的方法,其中离散体与粘结剂组分的比率是在按体积计约2:

1与约30:35之间的范围内。

114.如权利要求73所述的方法,其中该粘结剂组分包括一种热固性树脂。

115.如权利要求114所述的方法,其中该热固性树脂是下组的至少一个成员,该组由以下各项组成:酚醛树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、以及环氧改性的酚醛树脂。

116.如权利要求115所述的方法,其中该热固性树脂组分包括酚醛树脂。

117.如权利要求73所述的方法,其中该超级磨料颗粒组分包括选自下组的至少一个成员,该组由以下各项组成:金刚石、立方氮化硼、氧化锆、以及氧化铝。

118.如权利要求117所述的方法,其中该超级磨料颗粒组分包括金刚石。

119.如权利要求73所述的方法,其中该超级磨料颗粒组分具有的平均粒径是在约3微米与约6微米之间的范围内。

120.如权利要求119所述的方法,其中该超级磨料颗粒组分具有的粒径分布是在约

1μm与约10μm之间。

121.如权利要求73所述的方法,其中该具有包封的气体的聚合物发泡剂包括未膨胀的球体。

122.如权利要求73所述的方法,其中该具有包封的气体的聚合物发泡剂包括膨胀的球体。

123.一种对晶片进行背面研磨的方法,包括:

提供一个晶片;并且

使用一种超级磨料树脂产品将该晶片背面研磨至不大于25埃的平均表面粗糙度(Ra),该超级磨料树脂产品包括:一种超级磨料颗粒组分;

由一种镧系元素的氧化物组成的一种氧化物组分;以及包括一种热塑性聚合物组分和一种热固性树脂组分的一种连续相,该连续相限定了一个连通孔的网络,其中该超级磨料颗粒组分和该氧化物组分被分布在该连续相之中。

124.如权利要求123所述的方法,其中该Ra是不大于约23埃或不大于约21埃。

125.一种超级磨料树脂产品,包括:

一种超级磨料颗粒组分;

由一种镧系元素的氧化物组成的一种氧化物组分;以及包括一种粘结剂组分的一种连续相,该连续相限定了一个连通孔的网络,这些孔包括:具有的尺寸在约125微米与约150微米之间的大孔、具有的尺寸在约20微米与约50微米之间的小孔、以及具有的尺寸在约85微米与约105微米之间的中间孔,其中该超级磨料颗粒组分和该氧化物组分被分布在该连续相之中。

126.如权利要求125所述的超级磨料树脂产品,其中该多模态尺寸分布具有一个在约

125微米与约150微米之间、或在约85微米与约105微米之间、或在约30微米与约50微米之间的模态。

127.一种超级磨料产品前体,包括:

一种超级磨料颗粒组分;

由一种镧系元素的氧化物组成的一种氧化物组分;

一种粘结剂组分;以及

一种具有包封的气体的聚合物发泡剂,该聚合物发泡剂包括至少两种类型的不同颗粒。

128.如权利要求127所述的超级磨料产品前体,其中一种类型的离散颗粒具有的平均粒径是在约125微米与约150微米之间或在约85微米与约105微米之间或在约20微米与约50微米之间。

129.如权利要求127所述的超级磨料产品前体,其中这些聚合物发泡剂包括至少三种类型的不同颗粒。

130.一种超级磨料产品前体,包括:

一种超级磨料颗粒组分;

由一种镧系元素的氧化物组成的一种氧化物组分;

一种粘结剂组分;以及

一种具有包封的气体的聚合物发泡剂,该发泡剂包括多个具有多模态尺寸分布的离散颗粒。

131.如权利要求130所述的超级磨料树脂产品,其中该多模态尺寸分布具有一个在约

125微米与约150微米之间、或在约85微米与约105微米之间、或在约30微米与约50微米之间的模态。

说明书全文

树脂粘结的磨料

技术领域

[0001] 本发明总体上涉及一种超级磨料产品、一种超级磨料产品的超级磨料产品前体,并且涉及制造超级磨料产品的一种方法。

背景技术

[0002] 在小型化的全球趋势下,电子装置正在变得越来越小。对于在高功率水平下工作的半导体装置,晶片减薄改进了散热能力。由于最终厚度被减小,晶片对于支撑它自身重量并且抵抗由后面的背面研磨过程产生的应力而言变得更弱。因此,减少由背面研磨造成的损伤并且提高品质是重要的。
[0003] 在芯片制造期间硅晶片的原始厚度对于8英寸的晶片是725-680μm。为了得到更快速且更小的电子装置,在切成单独的芯片之前需要将这些晶片减薄。该研磨过程由两个步骤组成。首先,一个粗磨轮将该表面研磨至约270-280μm,但是留下一个损伤的Si表面,即该Si晶片的(背侧)表面。然后,一个细磨轮将该损伤表面的一部分磨光滑并且将该晶片研磨至250μm。具有低至100-50μm厚度的晶片对于一些IC芯片应用几乎是一项标准的要求。现在很长一段时间,最常见的智能卡厚度已是约180μm。然而,更薄的IC芯片在智能卡中正变得更加常见。因此,对于能够粗加工或精加工硬质工件的改进型研磨工具连同对于制造这类工具的方法存在一种需要。

发明内容

[0004] 在一个实施方案中,一种超级磨料树脂产品可以包括一种超级磨料颗粒组分、一种氧化物组分、以及一种连续相。该氧化物组分可以包括一种镧系元素的氧化物,并且该连续相可以包括一种热塑性聚合物组分以及一种热固性聚合物组分。该连续相可以限定一个连通孔的网络。该超级磨料颗粒组分和该氧化物组分可以分布在该连续相之中。
[0005] 在一个具体实施方案中,该镧系元素可以包括具有的原子序数不小于57并且不大于60的一种元素,如镧、铈、镨、以及钕。更具体地说,该镧系元素可以包括铈,并且甚至可以实质上由铈组成。该镧系元素的氧化物存在的量值可以处于该超级磨料树脂产品的约0.05与约10体积百分比之间的范围内。在另一个实施方案中,一种超级磨料产品前体可以包括一种超级磨料颗粒组分、一种氧化物组分、一种粘结剂组分、以及一种具有包封的气体的聚合物发泡剂。该氧化物组分可以包括一种镧系元素的氧化物。
[0006] 在又另一个实施方案中,一种形成超级磨料产品的方法可以包括:将一种超级磨料、一种由镧系元素的氧化物组成的氧化物组分、一种粘结剂组分、以及一种具有包封的气体的聚合物发泡剂进行组合,并且将这些组合的超级磨料、粘结剂组分、氧化物组分、以及聚合物发泡剂加热到一个温度并且持续一段时间,该温度和时间使得至少一部分的气体从在该发泡剂内的包封中释放出来。
[0007] 在再另一个示例性实施方案中,一种背面研磨晶片的方法可以包括:提供一个晶片;并且将该晶片背面研磨至不大于25埃的平均表面粗糙度(Ra)。可以使用一种超级磨料树脂产品来进行研磨。该超级磨料树脂产品可以包括一种超级磨料颗粒组分、一种由镧系元素的氧化物组成的氧化物组分、以及一种连续相。该连续相可以包括一种热塑性聚合物组分以及一种热固性聚合物组分,并且该超级磨料颗粒组分和该氧化物组分可以分布在该连续相之中。

附图说明

[0008] 通过参见附图可以更好地理解本披露,并且使其许多特征和优点对于本领域的普通技术人员变得清楚。
[0009] 图1是一种超级磨料树脂工具的一个实施方案的截面;
[0010] 图2和图3是一种示例性超级磨料产品的扫描电子显微照片;
[0011] 在不同的图中使用相同的参考符号表示相似的或相同的事项。

具体实施方式

[0012] 在一个实施方案中,该超级磨料产品可以包括一种超级磨料颗粒组分、一种氧化物组分、以及一种连续相,该连续相包括一种热塑性聚合物组分以及一种热固性树脂组分,其中该超级磨料颗粒组分和该氧化物组分分布在该连续相之中。该超级磨料颗粒组分可以是例如:金刚石、立方氮化硼、氧化锆、或氧化铝。该热固性树脂组分可以包括例如酚醛树脂。该热塑性聚合物组分可以包括例如:聚丙烯腈和聚偏乙烯。优选地,一种超级磨料产品可以具有一种开放式多孔的结构,由此该产品的一个实质性部分的孔是互连的并且与该超级磨料产品的一个表面是流体连通的。
[0013] 如在此使用的术语,“超级磨料”是指具有的硬度至少为立方氮化硼(CBN)的硬度的一种磨料,即,K100为至少4,700,如基于努氏硬度标度(Knoop Hardness Scale)所测量的。除了立方氮化硼之外,超级磨料材料的其他实例包括天然的以及合成的金刚石、氧化锆、以及氧化铝。适合的金刚石或立方氮化硼材料可以是晶体或多晶的。优选地,该超级磨料材料是金刚石。
[0014] 该超级磨料材料可以是处于颗粒的形式,也称为“砂砾”。超级磨料颗粒组分可以商购或可以定制来生产。总体上,该超级磨料具有的平均粒径可以在约0.25微米与50微米之间的范围内。优选地,这些粒径可以是在约0.5微米与30微米之间的范围内。在具体的实施方案中,该砂砾的平均粒径可以是在约0.5微米与1微米之间、约3微米与约6微米之间、如约20微米与25微米之间的范围内。
[0015] 在一个实施方案中,该超级磨料颗粒组分存在的量值可以为该超级磨料工具的按体积计至少20%。在另一个实施方案中,该超级磨料颗粒组分存在的量值可以是在该超级磨料工具的按体积计约3%与约25%之间的范围内,更优选地在该超级磨料工具的按体积计约6%与约20%之间。在又一个实施方案中,该超级磨料产品的超级磨料颗粒组分与连续相的比率可以是在按体积计约4:96与约30:70之间的范围内、或更优选地在按体积计约15:85与约22:78之间的范围内。
[0016] 在一个实施方案中,该超级磨料产品可以包括一种镧系元素的氧化物。该镧系元素的氧化物可以是一种化合物或者由一种镧系元素与氧形成的复合物。该镧系元素可以包括周期表中具有的原子序数不小于57并且不大于60的一种元素,如镧、铈、镨、以及钕。优选地,该镧系元素可以包括铈、并且可以甚至实质上由铈组成。该镧系元素氧化物的量值可以是在该超级磨料产品的约0.05与约10体积百分比之间的范围内,如在约1.0与约4体积百分比之间。
[0017] 该氧化物组分具有的平均粒径可以是不大于约30微米,如不大于约25微米,不大于约20微米,不大于约18微米,或者甚至不大于约15微米。在某些情况下,该氧化物组分具有的平均粒径可以是处于约0.1μm与约30μm之间的范围内,如处于约0.1微米与约25微米之间的范围内,处于约0.1微米与约20微米之间的范围内,处于约0.1微米与约18微米之间的范围内,或者甚至处于约1微米与约15微米之间的范围内。
[0018] 在一个实施方案中,该超级磨料产品可以包括一个连通孔的网络。这些孔可以包括具有的尺寸在约125微米与约150微米之间的大孔、具有的尺寸在约20微米与约50微米之间的小孔、具有的尺寸在约85微米与约105微米之间的中间孔,或者它们的任何组合。这些孔可以具有带有至少两种模态(mode)、如至少三种模态的多模态尺寸分布。如在此使用的,一种多模态尺寸分布是包括两种或更多种模态的粒径或孔径的一种连续的概率分布函数。每种模态在该概率分布函数中作为一种不同的局部最大值出现。这种多模态分布可以具有一个在约125微米与约150微米之间的模态、一个具有的平均尺寸在约85微米与约
105微米之间的模态、一个具有的平均尺寸在约30微米与约50微米之间的模态、或者它们的任何组合。
[0019] 孔隙率在研磨中起重要作用。孔隙率控制了工件与该复合物微结构之间的接触面积。孔隙率促进了冷却剂在该微结构的周围移动从而将该研磨表面的温度保持为尽可能的低。重要的是要理解通过使用多种不同尺寸的孔诱导物所产生的不同结构。
[0020] 较大的(例如120-420μm)直径的物理发泡剂总体上可以产生具有较少的强桥接的大孔。另一方面,尺寸在10-80μm之间的较小的物理发泡剂可以产生更大数目的更小桥接。较小的与较大的孔诱导物的一种良好平衡产生了一种显微结构,这种显微结构具有在只有用更大的孔诱导物产生的显微结构以及只有更小的孔诱导物产生的显微结构二者中发现的多种有利的特性。
[0021] 在一个实施方案中,一种超级磨料产品可以包括一种超级磨料颗粒组分、一种氧化物组分、以及一种连续相。该超级磨料颗粒组分和该氧化物组分可以分布在其中的该连续相可以包括一种热塑性聚合物组分。总体上,该超级磨料工具可以是一种粘结的研磨工具,例如与一种涂覆的研磨工具相对。
[0022] 适合的热塑性聚合物组分的实例可以包括选自下组的至少一个成员,该组由以下各项组成:聚丙烯腈、聚偏乙烯、聚苯乙烯以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。优选的热塑性聚合物组分的实例可以包括聚丙烯腈和聚偏二氯乙烯。在一个特别优选的实施方案中,该超级磨料产品的连续相可以包括聚丙烯腈和聚偏二氯乙烯的一个组合。在一个实施方案中,聚丙烯腈和聚偏二氯乙烯的重量比可以是在约60:40与约98:2之间的范围内。在一个特别优选的实施方案中,聚丙烯腈与聚偏二氯乙烯之间的比率可以是在约50:50与约90:10之间的比率。
[0023] 该超级磨料产品的连续相还包括一种热固性聚合物组分。用于超级磨料产品的连续相中的适合的热固性聚合物组分的实例可以包括多酚甲醛树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、以及环氧改性的酚醛树脂。在一个优选的实施方案中,该热固性聚合物组分可以是多酚-甲醛树脂。
[0024] 该连续相中热塑性聚合物组分与热固性聚合物组分之间的体积比典型地可以是处于约80:15与约80:10之间的范围内。在一个特别优选的实施方案中,该连续相的热塑性聚合物组分与热固性聚合物组分之间的体积比可以是处于约70:25与约70:20之间的范围内。在另一个优选的实施方案中,该连续相中的热塑性与热固性聚合物的体积比可以是处于约50:30与约50:40之间的范围内。
[0025] 该超级磨料产品的其他组分可以包括例如无机填充剂,像硅石、硅胶,它们是在约0.5体积百分比与约3体积百分比之间的范围内。
[0026] 在另一个实施方案中,一种超级磨料产品的超级磨料产品前体可以包括:一种超级磨料颗粒组分、一种氧化物组分、一种粘结剂组分、以及一种聚合物发泡剂,其中该聚合物发泡剂包封了气体。该超级磨料产品前体的一种优选的超级磨料颗粒组分是金刚石。该氧化物组分可以是镧系元素的氧化物。该粘结剂组分可以是一种热固性树脂组分,它在该超级磨料产品前体转化为一种超级磨料产品的过程中将进行聚合。适合的粘结剂组分的实例可以包括本领域中已知的那些,例如酚醛树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、和环氧改性的酚醛树脂。
[0027] 在一个实施方案中,该发泡剂可以包括离散颗粒,其中这些颗粒的至少一部分具有一种包封了气体的壳。总体上,这些壳中的至少一部分包括一种热塑性聚合物。适合的塑料聚合物的实例包括:聚丙烯腈、聚偏乙烯如聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、尼龙、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及甲基丙烯酸甲酯的其他聚合物。在一个实施方案中,这些离散颗粒可以具有至少两种不同的类型,其中每种类型包括一种不同组成的热塑性壳。例如,在一个实施方案中,至少一种类型的离散颗粒具有一种实质性地包括聚丙烯腈的热塑性壳。在另一个实施方案中,至少一种类型的离散颗粒具有一种实质性地包括聚偏二氯乙烯的热塑性壳。在又一个实施方案中,该发泡剂的至少一种类型的离散颗粒具有一种实质性地包括聚丙烯腈的热塑性壳,并且该发泡剂的另一种类型的离散颗粒具有一种实质性地包括聚偏二氯乙烯的热塑性壳。在又另一个实施方案中,可以存在至少三种不同类型的离散颗粒,每种不同类型的离散颗粒具有的热塑性壳包括不同重量比的聚丙烯腈和聚偏二氯乙烯。
[0028] 典型地,包封了气体的聚合物球体,例如包括聚丙烯腈、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、尼龙和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、以及甲基丙烯酸甲酯(MMA)的其他聚合物中的至少一种、并且包封了异丁烷和异戊烷中的至少一种的那些聚合物球体,是以“膨胀的”和“未膨胀的”形式可商购的。这些球体的“膨胀的”形式在加热到一个使得球体的聚合物壳破裂并且释放出被包封的气体的温度的过程中一般不显著地膨胀。另一方面,“未膨胀的”形式在加热到使得些聚合物壳破裂的温度的过程中发生膨胀。任一种类型的聚合物球体都适合用作一种发泡剂,但膨胀的聚合物球体是优选的。除非另外说明,在此对聚合物球体的大小的引述是关于膨胀的球体。
[0029] 经常地,用碳酸钙(CaCO3)或二氧化硅(SiO2)来对可商购的适合的聚合物球体进行处理。适合的可商购的聚合物球体的实例包括膨胀的DE 40、DE 80和950DET 120,全部来自阿克苏诺贝尔公司(Akzo Nobel)。其他实例包括Dualite E135-040D、E130-095D和E030,全部来自亨克尔公司(Henkel)。
[0030] 在另一个实施方案中,该超级磨料产品前体的发泡剂包括多个带有一种壳的离散颗粒,该壳包括聚丙烯腈与聚偏二氯乙烯的一种共聚物。聚丙烯腈与聚偏二氯乙烯的按重量计的比率可以是例如处于约40:60与约99:1之间的范围内。该发泡剂的平均粒径可以是例如处于约10微米与约420微米之间的范围内。在一个特定实施方案中,一种发泡剂的平均粒径可以是在约20微米与50微米之间的范围内。在这个实施方案中,聚丙烯腈与聚偏乙烯的重量比可以是例如处于约40:60与约60:40之间的范围内。优选地,聚丙烯腈与聚偏二氯乙烯的重量比在这个实施方案中可以是约50:50。
[0031] 在另一个实施方案中,该发泡剂的平均粒径是在85微米与约105微米之间的范围内。在这个实施方案中,聚丙烯腈与聚偏二氯乙烯的重量比优选地是在约60:40与约80:20之间的范围内,其中特别优选的比率是约70:30。
[0032] 在又一个实施方案中,该发泡剂的平均粒径是大于约125微米。在这个实施方案中,聚丙烯腈与聚偏二氯乙烯的重量比优选地是在约92:8与约98:2之间的范围内,其中特别优选的比率是约95:5。
[0033] 在一个实施方案中,该发泡剂可以包括具有一种多模态尺寸分布的离散颗粒。这种多模态尺寸分布可以包括一个在约125微米与约150微米之间的模态、一个在约85微米与约105微米之间的模态、一个在约30微米与约50微米之间的模态、或者它们的任何组合。
[0034] 这些离散颗粒的被包封气体的实例包括选自下组的至少一个成员,该组由以下各项组成:异丁烷和异戊烷。在适合的气体包括异丁烷和异戊烷中的至少一种的实施方案中,这些离散颗粒的大小优选地是在约8微米与约420微米之间的范围内,并且包封该气体的离散颗粒的壁厚是在约0.01微米与约0.08微米之间的范围内。
[0035] 在该超级磨料产品前体中该发泡剂的离散体与粘结剂组分的比率通常是在按体积计约2:1与约30:35之间的范围内。在一个特定实施方案中,该体积比是80:15,并且在另一个实施方案中,该体积比为70:25。
[0036] 在再另一个实施方案中,一种用于形成超级磨料产品的方法可以包括将一种超级磨料、一种粘结剂组分、一种氧化物组分、以及一种具有包封的气体的聚合物发泡剂进行组合。将这些组合的超级磨料、粘结剂组分、氧化物组分、和聚合物发泡剂加热到一个温度并且持续一段时间,该温度和时间使得至少一部分的气体从该发泡剂内的包封中释放出来。典型地,该超级磨料是金刚石,该粘结剂包括一种热固性物质如酚醛树脂,该氧化物组分是一种镧系元素的氧化物,并且该具有包封气体的发泡剂包括由至少聚丙烯腈和聚偏二氯乙烯构成的、包封了异丁烷和异戊烷中至少一种气体的一种热塑性壳。
[0037] 将所组合的超级磨料、粘结剂组分、氧化物组分、和聚合物发泡剂加热到一个温度并且持续一段时间,该温度和时间使得至少一个实质性的部分的该包封的气体从该超级磨料产品前体中被释放,由此所形成的超级磨料产品具有一种孔隙率,该孔隙率基本上是一种开放的孔隙率。如在此定义的,“开放的孔隙率”是指这些孔的至少一部分或一个实质性部分与彼此并且与该超级磨料产品的表面是流体连通的。在该超级磨料产品的约70%与约90%之间的体积被孔隙所占据的一个实施方案中,该产品将基本上是完全开放式多孔的。在该超级磨料产品具有在约40%与约70%之间的范围内的孔隙率时,则这些孔的一部分将是封闭的并且剩余的是开放的。在孔隙率位于约20%与约40%之间的范围内的又一个实施方案中,基本上所有的孔都将是封闭的。
[0038] 在一个实施方案中,在该超级磨料产品前体处于正的表压力下时,将处于一种超级磨料产品前体形式的所组合的超级磨料、粘结剂组分、氧化物组分、以及聚合物发泡剂加热。典型地,该聚合物发泡剂包括一种热塑性聚合物,而该粘结剂组分包括一种热固性聚合物。在一个实施方案中,将该超级磨料产品前体在至少两吨的压力下预加热到至少约100°C的一个第一温度。然后将该超级磨料产品前体从该第一温度加热到至少约180°C的一个第二均热温度(soak temperature)。然后将该超级磨料产品前体在该均热温度下保持至少约15分钟以便由此形成该超级磨料物品。典型地,在该超级磨料产品前体处于一个模具(例如本领域中已知的)中时将该超级磨料产品前体加热到该第一温度、该第二均热温度并且保持在该均热温度下。
[0039] 将该超级磨料产品前体于该均热温度下保持一个足以形成该超级磨料产品的时间段之后,将该超级磨料产品在约10分钟与约45分钟之间的范围内的一个时间段内从该均热温度冷却到一个降低的第一温度(在约100°C与约170°C之间的范围内)。然后典型地将超级磨料产品在约10分钟与约30分钟之间的范围内的一个时间段内从该降低的第一温度冷却到一个降低的第二温度(在约30°C与约100°C之间的范围内)。
[0040] 典型地,通过空气冷却将该超级磨料产品冷却到该降低的第一温度并且然后通过液体冷却从该降低的第一温度冷却到该降低的第二温度。然后在冷却到该降低的第二温度后,将该超级磨料物品从该模具中移除。
[0041] 在一个实施方案中,该超级磨料物品可以在冷却后经受一个任选的后烘焙过程。例如,可以将该超级磨料物品加热到至少约180°C的一个温度而持续几个小时的一段时间,如至少约5小时,甚至至少约10小时。
[0042] 在一个实施方案中,该超级磨料产品显示出强度特征,即热固性和热塑性聚合物的共混物的特征。此外,该超级磨料树脂产品可以非常有效地粘合多个超级磨料颗粒组分,例如金刚石,从而能够制造出具有更宽范围的颗粒组分粒径的工具。此外,这些工具可以拥有相对高的孔隙率,由此能够更有效地冷却这些工具。因此,对一个工件的研磨可以得到更好控制并且该研磨工具的磨损被显著地降低。与制造其他类型的超级磨料工具(例如使用玻璃质粘结剂的工具)所要求的多种方法中的通常情况相比,该超级磨料工具可以在更低的温度下持续更短的周期并且在更加环境友好的条件下相对容易地进行制造。这些超级磨料工具的实例可以包括固定磨料垂直转轴型(FAVS)工具、砂轮、磨盘、砂轮区段、磨石、和珩磨石。在一个实施方案中,可以将该超级磨料产品用于这些固定磨料垂直转轴(FAVS)型应用中。
[0043] 在一个优选的实施方案中,该超级磨料树脂产品是一个固定磨料垂直转轴(FAVS)。FAVS的一个实例在图1中示出。如图1中所示,工具10被配置为一个轮,该轮具有围绕一条轴线14的底座12。轮的凸起的周边16支撑了围绕基底12的周边的磨料区段
18。磨料区段是超级磨料产品的一个实施方案。典型地,基底将具有的直径是在约六英寸与约十二英寸之间的范围内;该磨料区段的高度将是在约2毫米(mm)与约10毫米之间的范围内,如在约5毫米与约8毫米之间的范围内,并且具有的宽度是在约2毫米与约4.5毫米之间。如关于图1所描述的轮适合于通过围绕它们的轴线进行旋转而进行晶片研磨。在与晶片的轴线的旋转逆时针的方向上被该工具研磨。
[0044] 通过背面研磨一系列的硅晶片可以测定表面粗糙度指数。在背面研磨的过程中,该超级磨料能以5500rpm的速度来旋转,而同时该晶片的表面与在80rpm的速度下旋转的卡盘台面相接触。可以将该晶片从450微米的起始厚度研磨到430微米的最终厚度。该超级磨料的给进速率可以是0.80微米/秒,直至该晶片的厚度减少到约434微米。然后可以将该给进速率减少到0.50微米/秒,直到晶片厚度为约430微米。在达到约430微米的厚度后,可以将该给进速率减少到0.10微米/秒,直到达到430.0的最终厚度。
[0045] 该晶片表面的Ra(粗糙度轮廓的算数平均值)可以在该晶片上的五个点处进行测定,包括中心点和距离其边缘约1cm并且大致间隔90°的四个位置。每个点的Ra能以40X的放大倍率光学地测定。可以将每个晶片的这些读数进行平均以确定每个晶片的平均Ra。可以将这些晶片的平均Ra进行平均以确定表面粗糙度指数,这是可以与在此的这些实施方案的研磨工具相关联的一个数。
[0046] 实例
[0047] 样品1是由超级磨料颗粒、二氧化铈、树脂组分、以及一种聚合物发泡剂的混合物所制成的一种高孔隙率的树脂粘结的金刚石超级磨料结构。用于该显微结构中的树脂是酚醛树脂。这些物理发泡剂是来自汉高(Henkel)的得力公司(Dualite)的PAN与PVDC的共聚物球体。这些超级磨料颗粒是具有1-3微米尺寸的金刚石。该二氧化铈具有的尺寸为3-6微米。在加热前该混合物的组成以体积百分比计是:22.5%的金刚石、2%的二氧化铈、
29%的粘结剂组分、以及46.5%的聚合物发泡剂。
[0048] 为了制造这些复合物微结构,将该材料进行称重并且通过在一个不锈钢钵中搅拌而进行混合,直到获得一种视觉上均匀的混合。将该混合物通过165目的筛子筛选三次(美国标准尺寸)。将它放入一个具有适当设计的钢模具中来生产测试样品,这些样品具有以下尺寸:5.020英寸×1.25英寸×0.300英寸。
[0049] 用药匙将每个混合物填入该模具中并且使用一个抹平桨在该模具中抹平。将该完全加载的模具套装运送到电动压机中。一旦将该模具套装放置于该压机中,就施加两吨的压力,以确保顶板平坦地进入该模具套装中。将温度升高至100°C持续15分钟,并且然后升高是150°C持续10分钟。将施加至该模具套装上的压力压紧。将该模具套装的温度升高到180°C,并且然后均热20分钟。一旦该均热周期完成,则允许通过空气冷却将该压机冷却到100°C、随后水冷却到室温。从该压机中移除该模具套装并且将其运送到“剥离”心轴压机装置上。将该模具套装(顶板和底板加上条带)置于该剥离心轴上,剥去条带。将该模具和样品的这些板取出并且备用。
[0050] 将这些轮在具有两个转轴的垂直转轴机器上进行测试。该第一转轴使用了一个粗磨轮,而该第二转轴使用了一个所测试的细磨轮。用一个粗轮将这些硅晶片进行粗研磨接着使用细轮进行精加工。使用一个特细的垫对该轮进行修整。使用这些轮来研磨8英寸的硅晶片。测得这些样品的平均Ra是21埃。
[0051] 表1
[0052]
[0053] 图2和图3示出了超级磨料产品20的扫描电子显微照片。如图2中可见,该超级磨料产品包括尺寸的范围从约125微米到约150微米的大孔22、尺寸的范围从约85微米到约105微米的中间孔24、以及尺寸的范围从约20微米到约50微米的小孔26。如图3中可见,这些孔22、24、以及26具有一种弧形的内表面,该表面与该这些孔外部的连续相的表面相比是相对光滑的。此外,可以在这些孔的表面上看到这些小颗粒28。这些颗粒可以包括超级磨料颗粒以及氧化物颗粒。
[0054] 应注意,并非要求在以上的一般性说明或这些实例中所说明的所有这些活动,可以不要求一项特定活动的一个部分、并且除了所描述的那些之外可以进行一项或多项另外的活动。仍进一步地,列出这些活动的顺序并不必须是进行它们的顺序。
[0055] 在以上的说明书中,参照多个具体的实施方案对这些概念进行了说明。然而,本领域的普通技术人员应理解,在不脱离如在以下的权利要求中所给出的本发明范围的情况下,可以做出不同的修改和改变。因此,应该在一种解说性的而非限制性的意义上看待本说明书和附图,并且所有此类修改均旨在被包括于本发明的范围之内。
[0056] 如在此所用的,术语“包括(comprises)”、“包括了(comprising)”、“包含(includes)”、“包含了(including)”、“具有(has)”、“具有的(having)”或它们的任何其他变形旨在覆盖一种非排他性的包含。例如,包括一系列特征的一种工艺、方法、物品、或装置并非必须仅限于那些特征,而是可以包括未明确列出的或这种工艺、方法、物品、或装置所固有的其他特征。另外,除非在相反意义上明确陈述,“或者”指的是一种包含性的或者而不是一种排他性的或者。例如,条件A或B是通过以下的任一项而得到满足:A是真(或者存在)且B是假(或者不存在),A是假(或者不存在)且B是真(或者存在),并且A和B均为真(或者存在)。
[0057] 同样,使用“一种/一个(a/an)”来描述在此所述的要素和组成部分。这样做仅是为了方便并且为了给出本发明范围的一般性意义。这种说法应该被解读为包括一个或至少一个,并且单数还包括复数,除非它明显是另有所指。
[0058] 以上已经对于多个具体的实施方案说明了多种益处、其他的优点、以及问题的解决方案。然而,这些益处、优点、问题的解决方案、以及可以致使任何益处、优点、或者解决方案发生或变得更突出的任何一项或多项特征不得被解释为是任何或所有权利要求中的一个关键性的、所要求的、或者必不可少的特征。
[0059] 在阅读本说明书之后,熟练的技术人员将理解,为了清楚起见,在此在多个分离的实施方案的背景下描述的某些特征也可以在单一的实施方案中以组合方式来提供。与此相反,为了简洁起见,在单一的实施方案的背景中描述的多个不同特征也可以分别地或以任何子组合的方式来提供。另外,所提及的以范围来说明的数值包括了在该范围之内的所有以及每一个值。
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