一种自定心的内冷金刚石微型钻及其加工方法与流程
本发明属于pcd刀具领域，具体涉及一种自定心的内冷金刚石微型钻及其加工方法。
背景技术：
1、直径小于3.175mm的钻头，通常称为微型钻头，简称微钻，微钻主要用于微小孔的加工。金刚石由于具有硬度高、耐磨性好、热导率高、线膨胀系数小等优点，广泛应用于各种材料的加工中，金刚石制成的微钻具有极高的硬度和耐磨性，适用于加工硬质和耐磨材料，如石材、陶瓷等。
2、微钻的设计和制造是一个复杂的过程，需要考虑许多因素，如根据不同的被加工材料需使用的钻尖结构、钻柄设计、冷却液的供应等，以保证微钻的加工精度和使用寿命。
3、现有的微钻设计主要包括钻尖结构设计、钻柄设计和冷却液的供应设计。整体金刚石微钻钻尖结构通常采用锥形或圆柱形设计，钻柄设计主要考虑握力和稳定性，冷却液的供应设计主要采用外部辅助冷却的方式，使冷却液流入切削区域；冷却液通过钻柄和钻径中心通孔设计，使冷却液流到孔内。
4、晶圆是制作硅半导体电路所用的硅晶片，在半导体的制造过程中，需要对晶圆进行打孔，以用于连接不同金属层之间的电路。一般晶圆的厚度有10毫米至20多毫米之间，需要钻孔的直径在0.3至0.5毫米之间，微钻的钻头直径为0.3毫米左右。由于晶圆较厚且钻孔较小，钻孔的过程中微钻的钻头因为长度较长且直径较小，钻头会因受力会出现抖动并发生偏移。因此现有的钻尖结构设计可能无法实现精确的定位，并导致加工孔的垂直度和位置精度不高。此外，现有的单刃单背微钻，采用刃背单沟槽设计可能无法有效提高钻孔效率和精度，也无法保证孔径的尺寸稳定性和接触孔壁磨削面积，影响孔壁光洁度和钻头的寿命。
技术实现思路
1、我们期望通过提高微钻的定位精度，来提供加工孔的垂直度和位置精度，同时保证孔壁的光洁度。
2、第一方面，本技术提供的一种自定心的内冷金刚石微型钻，采用如下的技术方案：
3、一种自定心的内冷金刚石微型钻，包括钻头，
4、所述钻头包括：
5、顺次连接的第一定心面、第二定心面、第三定心面和第四定心面，四个定心面的拼接中心形成钻尖微观圆弧；所述第一定心面和所述第三定心面的夹角范围为100度至130度，所述第二定心面和所述第四定心面的夹角范围为100度至130度；
6、四个主刃，主刃和主刃连接一体，主刃和主刃连接一体，主刃位于所述第一定心面的一侧边上，主刃位于所述第三定心面的一侧边上；
7、第一支撑面，其与所述第一定心面和第二定心面均连接，主刃位于所述第一支撑面的一侧边上；
8、第二支撑面，其与所述第三定心面和第四定心面均连接，主刃位于所述第二支撑面的一侧边上。
9、通过采用上述技术方案，四面定心存在一定的夹角使钻尖结构呈无横刃的金字塔尖状定心钻结构，金字塔尖状的小尖和两个支撑面连接成一个整体，定心的同时形成了六面支撑，通过六面支撑提高了打孔位置度的准确性和孔的垂直度。另外，不需要先用定心钻定位再用钻头打孔，也提升了打孔效率。使用本技术的一种钻头不仅解决打孔歪和孔垂直度不够的问题；同时没有横刃使得本技术的钻头的定位精度相比有横刃钻头的定位精度更高，而且角度得限制使得钻削受到的轴向阻力明显较小。
10、可选的，还包括与所述钻头固定连接的钻径、和所述钻径固定连接的钻柄；
11、沿所述钻柄和钻径长度方向形成有阶梯孔，位于所述钻柄上的柄孔直径大于所述钻径上的径孔直径；
12、所述钻头的长度方向上形成有两个螺旋槽，所述径孔上连通有双钻背倾斜孔，所述双钻背倾斜孔的出口连通所述螺旋槽。
13、通过采用上述技术方案，冷却液从柄孔流入径孔后，又从径孔流入双钻背倾斜孔，顺着螺旋槽流到第一支撑面上和第二支撑面上，又从第一支撑面上和第二支撑面上流到四个定心面上，能够对整体钻头进行冷却。同时没有在四个定心面和支撑面上钻孔，不会对钻尖的强度和刚度产生破坏。
14、可选的，所述第一支撑面和所述第二支撑面均形成有后刀面，且两者均连接有第一刃背刃口和第二刃背刃口，主刃的端部或者主刃的端部均连接有所述第一刃背刃口。
15、通过采用上述技术方案，第一刃背刃口靠近主刃，不仅具有导向性，而且用于初步形成孔壁，第二刃背刃口能够对初步成形的孔壁进行精磨，可以提升孔壁的光洁度。
16、可选的，所述第一支撑面和所述第二支撑面为带后角的后刀面，且后角的角度范围为8度至10度，所述第一支撑面和所述第二支撑面之间的夹角在70度至90度之间。
17、通过采用上述技术方案，第一支撑面和所述第二支撑面呈夹角，不仅能够和四个定心面形成一体支撑达到定位和钻孔一体式，而且能够保证钻孔的垂直度，设置后角使后刀面自身具有一定的倾斜角度，便于切削。
18、可选的，所述第一支撑面和所述第二支撑面的后角角度为8度。
19、可选的，第一定心面的夹角、第二定心面的夹角、第三定心面的夹角和第四定心面的夹角均为90度。
20、通过采用上述技术方案，使得整个金字塔钻尖形成圆锥面，能够有效钻孔。
21、可选的，所述第一定心面和所述第三定心面的夹角为130度，所述第二定心面和所述第四定心面的夹角为130度。
22、通过采用上述技术方案，钻削时受到的轴向阻力会比带横刃且夹角150-175°的明显小，更利于钻尖下行。
23、第二方面，本技术提供金刚石微型钻头加工方法，用于前述的自定心的内冷金刚石微型钻，采用如下的技术方案：
24、一种金刚石微型钻头加工方法，用于上述的自定心的内冷金刚石微型钻，包括步骤：
25、选取一块金刚石复合材料，通过精密切割技术将其切割成直径为0.5-2mm的圆柱形钻坯；
26、将圆柱形钻坯焊接至用于形成钻径和钻柄的合金棒上，焊接过程中焊料的攀爬不堵塞阶梯孔；
27、将焊接成型的毛坯放入磨床进行磨削，形成双螺旋槽和及沟槽；
28、在钻径上成形双钻背倾斜孔并连通阶梯孔；
29、进行钻尖结构的磨削，形成钻尖横刃由四面四棱组成，钻尖微观圆弧设定为≤0.01mm，之后再加工出第一支撑面和第二支撑面；
30、对金刚石微型钻进行检验。
31、通过采用上述技术方案，本技术的四面定心配合两面支撑，同时限制角度的结构设计，在接触工件时能更精准地定位并支撑。对晶圆打孔时，不会因为孔小且深度深而受力发生抖动导致偏移，能够提高加工孔的垂直度和位置精度，同时本技术的定心结构的刚性会更好，磨损的更慢，断裂的几率更小。
32、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：现有的设计忽视钻孔过程中产生的碎屑对钻孔质量的影响，这些碎屑可能会堵塞冷却液的流动通道，而影响冷却效果和钻孔效率的技术问题得以有效解决。本技术可以有效地解决冷却液无法有效分配，导致冷却效果不佳，影响金刚石微钻的使用寿命和加工质量的技术问题；也可以有效地解决钻尖结构设计无法实现精确定位，导致加工孔的垂直度和位置精度不高的技术问题，还可以效提高钻孔效率和精度，保证孔径的尺寸稳定性和接触孔壁的有效磨削面积。
技术特征：
1.一种自定心的内冷金刚石微型钻，其特征在于：包括钻头（10），所述钻头（10）包括：
2.根据权利要求1所述的一种自定心的内冷金刚石微型钻，其特征在于：还包括与所述钻头（10）固定连接的钻径（20）、和所述钻径（20）固定连接的钻柄（30）；
3.根据权利要求2所述的一种自定心的内冷金刚石微型钻，其特征在于：所述第一支撑面（5）和所述第二支撑面（6）均形成有后刀面，且两者均连接有第一刃背刃口（51）和第二刃背刃口（52），主刃（a2）的端部或者主刃（b2）的端部均连接有所述第一刃背刃口（51）。
4.根据权利要求3所述的一种自定心的内冷金刚石微型钻，其特征在于：所述第一支撑面（5）和所述第二支撑面（6）为带后角的后刀面，且后角的角度范围为8度至10度，所述第一支撑面（5）和所述第二支撑面（6）之间的夹角在70度至90度之间。
5.根据权利要求4所述的一种自定心的内冷金刚石微型钻，其特征在于：所述第一支撑面（5）和所述第二支撑面（6）的后角角度为8度。
6.根据权利要求2至5任一项所述的一种自定心的内冷金刚石微型钻，其特征在于：第一定心面（1）的夹角、第二定心面（2）的夹角、第三定心面（3）的夹角和第四定心面（4）的夹角均为90度。
7.根据权利要求2所述的一种自定心的内冷金刚石微型钻，其特征在于：所述第一定心面（1）和所述第三定心面（3）的夹角为130度，所述第二定心面（2）和所述第四定心面（4）的夹角为130度。
8.一种金刚石微型钻头加工方法，用于权利要求2至7任一项所述的自定心的内冷金刚石微型钻，其特征在于：包括步骤：
技术总结
本申请涉及一种自定心的内冷金刚石微型钻及其加工方法，涉及PCD刀具的技术领域。自定心的内冷金刚石微型钻，包括钻头，钻头包括：顺次连接并拼接形成钻尖微观圆弧的第一定心面、第二定心面、第三定心面和第四定心面；第一定和第三定心面的夹角范围为130度，第二和第四定心面的夹角范围为130度；四个主刃，其中两个主刃连接一体，另两个主刃连接一体；与第一定心面和第二定心面均连接的第一支撑面，主刃位于第一支撑面的一侧边上；与第三定心面和第四定心面均连接的第二支撑面，主刃位于第二支撑面的一侧边上。金刚石微型钻头加工方法，用于上述的微型钻。本申请的自定心的内冷金刚石微型钻及加工方法能够提高加工孔的垂直度和位置精度。
技术研发人员：刘连东,方国锋,袁建材
受保护的技术使用者：嘉兴沃尔德金刚石工具有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23