專利名稱：金屬?gòu)?fù)合線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及晶片的加工領(lǐng)域，尤其是涉及用于切割晶片的金屬?gòu)?fù)合線。
背景技術(shù)：
在制造各種半導(dǎo)體器件時(shí)，通過(guò)切片加工將包含單晶、多晶或非晶的硅、水晶等原料錠切割加工為預(yù)定厚度尺寸的薄板或晶片。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，晶片的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，晶片加工技術(shù)也越來(lái)越受到重視，其中晶片切割是制約后續(xù)工序中成品率高低的重要工序。傳統(tǒng)的硅單晶線切割工藝中采用鋼線進(jìn)行切割。鋼線一般是碳鋼材質(zhì)，碳含量大約0. 8-1 %，其耐蝕性差。由于銅具有良好的耐腐蝕性能，提出了在鋼線表面包覆一層軟質(zhì)純銅的復(fù)合線材結(jié)構(gòu)。在鋼線的制備過(guò)程中，首先將鋼線粗拉到一定尺寸，然后電鍍一層銅，再細(xì)拉到目標(biāo)直徑即制得具有銅覆蓋層的鋼線。軟質(zhì)的銅覆蓋層在拔絲過(guò)程中可以起到保護(hù)鋼線不被加工模具刮傷的作用，尤其到直徑非常細(xì)的鋼絲，比如直徑0. 1-0. 4mm，軟質(zhì)銅覆蓋層可以有效保護(hù)鋼絲，提高成品率。然而，由于銅的延展性高，在拔絲過(guò)程中銅沿著鋼線表面延展并形成光滑的表面， 一方面導(dǎo)致在拔絲加工過(guò)程中潤(rùn)滑液難以進(jìn)入模具與鋼線的加工界面，造成拔絲困難，另一方面在切割加工時(shí)光滑鋼線表面難以與切割液相配合，切削液不易粘附在鋼線表面，即切削液不易被鋼線帶到切削界面，造成切割效率低等問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于提出一種耐腐蝕、切割效率高的金屬?gòu)?fù)合線。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的金屬?gòu)?fù)合線，包括芯體，所述芯體由碳鋼構(gòu)成且直徑為0. 1 0. 4mm ；保護(hù)層，所述保護(hù)層覆蓋于所述芯體的表面且厚度為0. 001 0. Olmm, 所述保護(hù)層由軟質(zhì)銅構(gòu)成；以及龜裂層，所述龜裂層覆蓋于所述保護(hù)層的表面且厚度為 0. 001 0. 02mm，所述龜裂層由鋅或鋅合金構(gòu)成，其中所述金屬?gòu)?fù)合線的表面形成有龜甲狀裂紋以及用于粘附切割砂漿的凹槽。利用本實(shí)用新型上述實(shí)施例的金屬?gòu)?fù)合線，由于在鋼線外覆蓋有由軟質(zhì)銅構(gòu)成的保護(hù)層，因此耐腐蝕；而金屬?gòu)?fù)合線的表面所形成的龜裂以及凹槽一方面可以在拔絲加工過(guò)程中促進(jìn)潤(rùn)滑液進(jìn)入模具與鋼線的加工界面，提高拔絲成品率，另一方面在切割過(guò)程中通過(guò)金屬?gòu)?fù)合線的表面所形成的龜裂以及凹槽與切割液配合，可以顯著提高鋼線攜帶切削液的能力，從而有利于提高切割效率，改善晶片幾何參數(shù)。尤其是對(duì)直徑只有0. 1 0. 4mm 的微細(xì)鋼線來(lái)說(shuō)，這種特征帶來(lái)的益處是非常明顯的，可以顯著提高鋼線成品率和切割質(zhì)量。另外，根據(jù)本實(shí)用新型上述實(shí)施例的金屬?gòu)?fù)合線，還可以具有如下附加的技術(shù)特征
3[0011]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述鋅合金中含有Cu、Sn、mKSb、Al、Mg、Ti、i^中的一種或多種。優(yōu)選為鋅銅合金。其中，在鋅中加入銅可以提高強(qiáng)度、硬度和沖擊韌性，但降低塑性和延展性。當(dāng)加入量超過(guò)60wt%時(shí)變成Cu-Si完全互溶的相，其塑性和延展性又開(kāi)始增強(qiáng)。鋅銅合金中的銅的含量?jī)?yōu)選為1 60wt%。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述凹槽在所述金屬?gòu)?fù)合線的表面螺旋延伸。在此情況下，在切割晶片的過(guò)程中通過(guò)所述凹槽粘附并攜帶切割砂漿的能力更強(qiáng)，從而可以進(jìn)一步提高切割效率與切割品質(zhì)。關(guān)于所述凹槽的深度和寬度沒(méi)有特殊的限制，只要所述凹槽的深度不深及芯體表面即可。例如，可以根據(jù)所使用的切割砂漿的粘度、顆粒尺寸等具體情況適當(dāng)調(diào)節(jié)。關(guān)于所述凹槽的形狀沒(méi)有特殊的限制，只要適于粘附切割砂漿即可。例如，所述凹槽可以是U形槽、梯形槽等。根據(jù)本實(shí)用新型第二方面的實(shí)施例的制備金屬?gòu)?fù)合線的方法，包括以下步驟 1)1)提供芯線，所述芯線由碳鋼構(gòu)成；2)在所述芯線表面形成軟質(zhì)銅層；3)在所述軟質(zhì)銅層表面形成由鋅或鋅合金構(gòu)成的表面層，所述表面層的厚度不小于所述軟質(zhì)銅層的厚度， 得到金屬線材；4)牽引所述金屬線材通過(guò)拔絲加工模的通孔以進(jìn)行拔絲加工，所述通孔內(nèi)設(shè)有向內(nèi)側(cè)突出的加工刃，得到表面形成有龜甲狀裂紋以及用于粘附切割砂漿的凹槽的金屬?gòu)?fù)合線，其中由所述芯線經(jīng)拔絲加工后形成的芯體的直徑為0. 1 0. 4mm,由所述軟質(zhì)銅層經(jīng)拔絲加工后形成的保護(hù)層的厚度為0. 001 0. Olmm,由所述表面層經(jīng)拔絲加工后形成的龜裂層的厚度為0. 001 0. 02mm。純鋅的延展性較差，其延展性比純銅差很多，且超過(guò)200攝氏度后易變脆。此外， 在純鋅加入少量合金元素如Cu、Sn、Pb、Sb、Al、Mg、Ti、Fe等之后，其塑性和延展性顯著下降。常見(jiàn)的鋅合金中，鋅銅合金的延展性遠(yuǎn)小于純銅。因此在進(jìn)行拔絲加工時(shí)，表面層的塑性變形量大，鋅或鋅合金層在應(yīng)力作用下產(chǎn)生龜裂，而內(nèi)部軟質(zhì)銅層具有極好的延展性，可以阻止裂紋向鋼線內(nèi)部延伸，從而有效地保護(hù)鋼線的拉伸強(qiáng)度不受表面的龜裂層的破壞。為了提高軟質(zhì)銅層與芯線之間的結(jié)合力，可以在步驟1)中進(jìn)行去除芯體表面的鈍化層的處理。所述軟質(zhì)銅層的形成方法不受特殊限制。在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，通過(guò)熱浸鍍銅形成所述軟質(zhì)銅層，具體地，在惰性氣氛下進(jìn)行，使用的熱浸熔體為1100-1250攝氏度的紫銅熔體。在本實(shí)用新型的另一些實(shí)施例中，通過(guò)電鍍銅形成所述軟質(zhì)銅層。具體地，以芯線為陰極，以酸化硫酸銅溶液或酸化焦磷酸銅溶液為電解質(zhì)溶液，以純銅板為陽(yáng)極。在電鍍成型工藝中，通過(guò)控制電解質(zhì)濃度、加在陰極和陽(yáng)極上的電壓、線材牽引速度、電鍍時(shí)間等可以控制所形成的保護(hù)層的厚度。所謂酸化硫酸銅溶液或酸化焦磷酸銅溶液是指對(duì)硫酸銅溶液或焦磷酸銅溶液的PH進(jìn)行調(diào)整，使其pH值處于酸性范圍。所述表面層的成型方法不受特殊限制。在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，所述形成表面層通過(guò)電鍍鋅或鋅合金來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本實(shí)用新型的另一些實(shí)施例中，所述形成表面層通過(guò)熱浸鍍鋅或鋅合金來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，所述鋅合金中可以含有Cu、Sn、inKSb、Al、Mg、Ti、i^中的一種或多種。優(yōu)選地，所述鋅合金為鋅銅合金，其中所述鋅銅合金中的銅含量為1 60wt%。在本實(shí)用新型的一些具體示例中，在惰性氣氛下使鍍覆有軟質(zhì)銅層的鋼線通過(guò)430-1000攝氏度的鋅或鋅銅合金熔體。由于鋅的熔點(diǎn)為約420攝氏度，含有60wt%銅的鋅銅合金的熔點(diǎn)大約為900攝氏度，而純銅的熔點(diǎn)為約1050攝氏度，因此在430-1000攝氏度條件下進(jìn)行熱浸鍍鋅或鍍鋅銅合金不會(huì)對(duì)軟質(zhì)銅層造成顯著的影響。在熱浸工藝中，通過(guò)控制線材的牽引速度、線材在熔體中的移動(dòng)距離等可以控制所生成的表面層的厚度。在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，在步驟4)中，在牽引所述金屬線材通過(guò)所述加工模的通孔的同時(shí)使所述加工模相對(duì)于所述金屬線材旋轉(zhuǎn)以使所述凹槽在所述龜裂層表面螺旋延伸。例如，可以使所述加工模旋轉(zhuǎn)，或者在牽引所述金屬線材的同時(shí)在其周向上施加一個(gè)力矩使其旋轉(zhuǎn)。在本實(shí)用新型的另一些實(shí)施例中，在牽引所述金屬線材通過(guò)所述加工模的通孔后進(jìn)行捻絲加工以使所述凹槽在所述龜裂層表面螺旋延伸。本實(shí)用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。

本實(shí)用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是制備根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的金屬?gòu)?fù)合線的流程示意圖；圖加是根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的金屬?gòu)?fù)合線的截面示意圖；以及圖2b是根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的金屬?gòu)?fù)合線的主視示意圖。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。為了更好地理解本實(shí)用新型實(shí)施例的金屬?gòu)?fù)合線的結(jié)構(gòu)，下面結(jié)合圖1描述制備本實(shí)用新型實(shí)施例的金屬?gòu)?fù)合線的過(guò)程。A)提供芯線。作為芯線的材料可以選用高碳鋼材料形成，例如77號(hào)鋼、82號(hào)鋼、92號(hào)鋼等。其中，芯線的直徑為0. 7mm。在本實(shí)用新型的一個(gè)具體示例中，對(duì)作為芯線的碳鋼線進(jìn)行表面除鈍化層處理， 由此，可以提高芯線和軟質(zhì)銅層的結(jié)合強(qiáng)度。B)在芯線表面形成軟質(zhì)銅層。在本實(shí)用新型的一個(gè)具體示例中，通過(guò)電鍍銅在芯線1的表面形成軟質(zhì)銅層2。具體地，以芯線1為陰極，以酸化硫酸銅或酸化焦磷酸銅為電解質(zhì)溶液(硫酸銅濃度300g/l， 硼酸40g/l，pH 2. 5，液溫50攝氏度，電流密度20A/dm2)，以純銅板為犧牲陽(yáng)極，鋼線的牽引速度為2m/min，形成厚度為0. 025mm的軟質(zhì)銅層2。[0039]所述軟質(zhì)銅層的形成方法不受特殊限制。在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，通過(guò)熱浸鍍銅形成所述軟質(zhì)銅層，具體地，在惰性氣氛下進(jìn)行，使用的熱浸熔體為1100-1250攝氏度的紫銅熔體。 在本實(shí)用新型的另一些實(shí)施例中，通過(guò)電鍍銅形成所述軟質(zhì)銅層。在電鍍成型工藝中，通過(guò)控制電解質(zhì)濃度、加在陰極和陽(yáng)極上的電壓、線材牽引速度、電鍍時(shí)間等可以控制所形成的保護(hù)層的厚度。所謂酸化硫酸銅溶液或酸化焦磷酸銅溶液是指對(duì)硫酸銅溶液或焦磷酸銅溶液的PH進(jìn)行調(diào)整，使其pH值處于酸性范圍。C)在所述軟質(zhì)銅層表面形成由鋅或鋅合金構(gòu)成的表面層，且所述表面層的厚度不小于所述軟質(zhì)銅層的厚度。繼而，在惰性氣氛下使鍍覆有軟質(zhì)銅層2的鋼線經(jīng)放線機(jī)、校直機(jī)、酸洗表面并烘干處理后穿過(guò)工作爐(工作爐中設(shè)置有800攝氏度的鋅銅(銅含量10wt% )合金熔體)， 使軟質(zhì)銅層2周圍均勻鍍覆上由鋅銅合金構(gòu)成的表面層3，通過(guò)調(diào)節(jié)線材的牽引速度，控制表面層3的厚度為0. 05mm。此后經(jīng)過(guò)冷卻收線。在本實(shí)用新型的另一個(gè)具體示例中，工作爐中設(shè)置有600攝氏度的鋅熔體，以在軟質(zhì)銅層2周圍均勻鍍覆上由鋅構(gòu)成的表面層3。所述表面層的成型方法不受特殊限制。在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，所述形成表面層通過(guò)電鍍鋅或鋅合金來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本實(shí)用新型的另一些實(shí)施例中，所述形成表面層通過(guò)熱浸鍍鋅或鋅合金來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，所述鋅合金中可以含有Cu、Sn、inKSb、Al、Mg、Ti、i^中的一種或多種。優(yōu)選地， 所述鋅合金為鋅銅合金，其中所述鋅銅合金中的銅含量為1 60wt%。在本實(shí)用新型的一些具體示例中，在惰性氣氛下使鍍覆有軟質(zhì)銅層的鋼線通過(guò)430-1000攝氏度的鋅或鋅銅合金熔體。由于鋅的熔點(diǎn)為約420攝氏度，含有60wt%銅的鋅銅合金的熔點(diǎn)大約為900攝氏度，而純銅的熔點(diǎn)為約1050攝氏度，因此在430-1000攝氏度條件下進(jìn)行熱浸鍍鋅或鍍鋅銅合金不會(huì)對(duì)軟質(zhì)銅層造成顯著的影響。在熱浸工藝中，通過(guò)控制線材的牽引速度、線材在熔體中的移動(dòng)距離等可以控制所生成的表面層的厚度。D)對(duì)形成有軟質(zhì)銅層和表面層的芯線進(jìn)行拔絲加工。最后，牽引所述金屬線材通過(guò)拔絲加工模的通孔進(jìn)行拔絲加工，所述通孔內(nèi)設(shè)有向內(nèi)側(cè)突出的加工刃，得到表面形成有龜甲狀裂紋以及用于粘附切割砂漿的凹槽的金屬?gòu)?fù)合線。在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，在牽引所述金屬線材通過(guò)所述加工模的通孔的同時(shí)使所述加工模相對(duì)于所述金屬線材旋轉(zhuǎn)以使所述凹槽在所述龜裂層表面螺旋延伸。例如，可以使所述加工模旋轉(zhuǎn)，或者在牽引所述金屬線材的同時(shí)在其周向上施加一個(gè)力矩使其旋轉(zhuǎn)。在本實(shí)用新型的另一些實(shí)施例中，在牽引所述金屬線材通過(guò)所述加工模的通孔后進(jìn)行捻絲加工以使所述凹槽在所述龜裂層表面螺旋延伸。下面參考圖加 圖2c描述根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的金屬?gòu)?fù)合線。如圖加和圖2b所示，根據(jù)本實(shí)用新型的金屬?gòu)?fù)合線包括芯體10、保護(hù)層20和龜裂層30。其中，由芯線經(jīng)拔絲加工后形成的芯體10的直徑為0. 22mm。
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說(shuō)明書(shū)
5/5頁(yè) 由軟質(zhì)銅層經(jīng)拔絲加工后形成的保護(hù)層20的厚度為0. 005mm。由表面層經(jīng)拔絲加工后形成的龜裂層30的厚度為0. 01mm。其中，在所述金屬?gòu)?fù)合線的表面形成有龜甲狀裂紋31以及用于粘附切割砂漿的凹槽32。圖加中示出了凹槽32為梯形凹槽的情況，但凹槽的形狀并不限于此，例如，可以為U形凹槽、異形凹槽等。需要說(shuō)明的是，圖加只是示意性地給出了金屬?gòu)?fù)合線的截面，由于凹槽32是在拔絲加工中伴隨著金屬線材的移動(dòng)通過(guò)加工刃對(duì)金屬線材表面進(jìn)行擠壓而形成的，因此凹槽32的整個(gè)內(nèi)表面均覆蓋有龜裂層。在拔絲過(guò)程中，由于銅具有良好的延展性，因此隨著拔絲的進(jìn)行作為保護(hù)層的銅均勻地延伸并覆蓋于芯體(即鋼線)表面，由此防止作為芯體的鋼線在潮濕的環(huán)境下發(fā)生腐蝕，同時(shí)也阻止表面裂紋在拔絲過(guò)程中傳入到芯體內(nèi)部。而由于鋅或鋅銅合金的延展性遠(yuǎn)小于銅，因此在進(jìn)行拔絲加工時(shí)，在應(yīng)力作用下表面層產(chǎn)生龜裂31形成龜裂層，一方面可以在拔絲加工過(guò)程中促進(jìn)潤(rùn)滑液進(jìn)入模具與鋼線的加工界面，加強(qiáng)潤(rùn)滑，提高拔絲精度和拔絲成品率，另一方面，在切割過(guò)程中龜裂31和凹槽32與切割液可以良好地配合(具體地，包括在該龜裂中含浸切割液、磨粒等)，從而可以顯著地提高切割效率和切削晶片的質(zhì)量。此外，由于在牽引所述金屬線材通過(guò)所述加工模的通孔的同時(shí)使所述加工模旋轉(zhuǎn)，從而由所述加工刃加工形成的凹槽32在龜裂層表面螺旋延伸。關(guān)于凹槽32的深度和寬度可以根據(jù)所使用的切割砂漿的粘度、顆粒尺寸等具體情況通過(guò)調(diào)節(jié)加工模的通孔內(nèi)的加工刃的寬度和高度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。例如，針對(duì)使用含有平均粒徑為10 μ m的磨粒的切割砂漿，可以通過(guò)調(diào)節(jié)加工刃的寬度，使得凹槽32的深度大致為3 μ m 7 μ m，寬度約為5_30 μ m。具有該尺寸范圍的凹槽32的金屬?gòu)?fù)合線，在切割加工過(guò)程中不僅可以通過(guò)浸潤(rùn)而粘附切割砂漿，切割砂漿中的磨粒也可以嵌含于該凹槽，因此能進(jìn)一步地提高切割效率和切割品質(zhì)。在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解 在不脫離本實(shí)用新型的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求1.一種金屬?gòu)?fù)合線，其特征在于，包括芯體，所述芯體由碳鋼構(gòu)成且直徑為0. 1 0. 4mm ；保護(hù)層，所述保護(hù)層覆蓋于所述芯體的表面且厚度為0. 001 0. 01mm，所述保護(hù)層由軟質(zhì)銅構(gòu)成；以及龜裂層，所述龜裂層覆蓋于所述保護(hù)層的表面且厚度為0. 001 0. 02mm，所述龜裂層由鋅或鋅合金構(gòu)成，其中所述金屬?gòu)?fù)合線的表面形成有龜甲狀裂紋以及用于粘附切割砂漿的凹槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬?gòu)?fù)合線，其特征在于，所述凹槽在所述金屬?gòu)?fù)合線的表面螺旋延伸。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種金屬?gòu)?fù)合線，包括芯體，所述芯體由碳鋼構(gòu)成且直徑為0.1～0.4mm；保護(hù)層，所述保護(hù)層覆蓋于所述芯體的表面且厚度為0.001～0.01mm，所述保護(hù)層由軟質(zhì)銅構(gòu)成；以及龜裂層，所述龜裂層覆蓋于所述保護(hù)層的表面且厚度為0.001～0.02mm，所述龜裂層由鋅或鋅合金構(gòu)成，其中所述金屬?gòu)?fù)合線的表面形成有龜甲狀裂紋以及用于粘附切割砂漿的凹槽。利用本實(shí)用新型實(shí)施例的金屬?gòu)?fù)合線，由于在鋼線外覆蓋有由軟質(zhì)銅構(gòu)成的保護(hù)層，因此耐腐蝕；而金屬?gòu)?fù)合線的表面所形成的龜裂以及凹槽一方面可以提高拔絲成品率，另一方面可以顯著提高鋼線攜帶切削液的能力，從而有利于提高切割效率，改善晶片幾何參數(shù)。
文檔編號(hào)B28D5/04GK202137858SQ20112002928
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者李園 申請(qǐng)人:王楚雯