專利名稱：金剛石線鋸的制作方法
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剛石線鋸。
背景技術(shù)：
在制造各種半導(dǎo)體器件時(shí)，通過切片加工將包含單晶、多晶或非晶的硅、藍(lán)寶石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)用越來越廣泛，晶片加工技術(shù)也越來越受到重視，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?，F(xiàn)在可用于硅晶體等硬脆材料的線鋸切割方法主要有使用游離磨料的切割和使用固結(jié)磨料的切割兩種。硅晶體等半導(dǎo)體材料的切割加工中，主要采用游離磨粒的線鋸切割技術(shù)，其利用鋼絲快速運(yùn)動(dòng)將含磨料的液體帶入工件切縫，產(chǎn)生切削作用。其主要特點(diǎn)為切縫窄、多線切割時(shí)切片量大、切片成本低，但切割速度較慢，切割效率低。由于磨料難于回收，考慮到成本問題，目前還無法使用金剛石粉末作為游離的磨料。針對(duì)這些問題，近幾年固結(jié)磨料金剛石線鋸逐步開始進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用，即切割用的鋸絲表面已經(jīng)固結(jié)有金剛石磨粒，從而使切割效率大大提高，與游離磨料相比，切割效率提升到原來的3倍以上。由于電鍍金剛石線鋸具有金屬鍍層對(duì)磨粒的把持力高、鍍層的耐熱性和耐磨性高、鋸絲壽命長等優(yōu)點(diǎn)，電鍍金剛石線鋸正逐漸得到廣泛應(yīng)用。為了保證生產(chǎn)效率并生產(chǎn)長度為數(shù)公里或者數(shù)十公里的金剛石線鋸，需要在鋼線移動(dòng)過程中完成金剛石微粒沉積到鋼線表面并被金屬鍍層固結(jié)在鋼線表面，這一過程也被稱作上砂。常規(guī)的電鍍金剛石線鋸?fù)ǔ７譃閮煞N，一種對(duì)金剛石表面進(jìn)行預(yù)處理(例如金屬化處理或通過陽離子表面活性劑進(jìn)行改性)使其能夠在電鍍槽的液體環(huán)境中荷電從而使其沉積到鋼線表面，另一種方法是用金剛石磨料將鋼線全部埋住并在通電的情況下使與鋼線接觸的磨料在電沉積的作用下粘附在鋼線表面以實(shí)現(xiàn)上砂。然而，上述兩種方法中，均存在金剛石的初期把持力的問題，這決定了必須采用很低的鋼線移動(dòng)速度，從而造成生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)。

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)問題之一。為此，本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于提出一種切割效率高、使用壽命長的金剛石線鋸。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的金剛石線鋸，由金屬基線體和金剛石顆粒構(gòu)成，所述金屬基線體包括芯體，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. 03mm，所述保護(hù)層由軟質(zhì)銅構(gòu)成；植砂層，所述植砂層覆蓋于所述保護(hù)層表面且厚度為0. 01 0. 04mm，所述植砂層表面形成有用于植入所述金剛石顆粒的龜甲狀裂紋，所述植砂層由鋅、鋅合金、鎳或鎳合金構(gòu)成；以及鎳基層，所述鎳基層覆蓋于所述植砂層的表面且厚度為0. 001 0. 05mm，所述鎳基層由鎳或鎳合金構(gòu)成。[0010]利用本實(shí)用新型上述實(shí)施例的金剛石線鋸，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，而且可以阻止裂紋擴(kuò)展進(jìn)入芯體而防止鋼線斷裂；而龜甲狀裂紋的存在，一方面可以在拔絲加工過程中促進(jìn)潤滑液進(jìn)入模具與鋼線的加工界面，提高拔絲成品率，另一方面在電鍍金剛石顆粒以及鎳基層的過程中通過金屬復(fù)合線的表面所形成的龜甲狀裂紋嵌含金剛石顆粒，可以顯著提高電鍍初期金剛石顆粒在鋼線表面的附著力，改善電鍍的加工效率，進(jìn)一步嵌含于該龜甲狀裂紋的金剛石顆粒的把持力得到顯著提高，從而有利于提高金剛石線鋸的使用壽命。另外，根據(jù)本實(shí)用新型上述實(shí)施例的金剛石線鋸，還可以具有如下附加的技術(shù)特征所述金剛石顆粒的粒徑可以根據(jù)所加工的產(chǎn)品等而設(shè)定，例如可以為1 60 μ m。根據(jù)本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，所述金剛石顆粒經(jīng)過陽離子表面活性劑處理。經(jīng)過陽離子表面活性劑處理后的金剛石顆粒在鋼線表面的初期把持力更強(qiáng)，可以加快電鍍時(shí)鋼線的移動(dòng)速度，提高金剛石在鋼線表面的覆蓋率，更有利于降低金剛石線鋸的生產(chǎn)成本。根據(jù)本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，所述金剛石顆粒表面形成有金屬層。由此，可以提高金剛石顆粒與鋼線的把持力，可以加快電鍍時(shí)鋼線的移動(dòng)速度，提高金剛石在鋼線表面的覆蓋率，從而有利于進(jìn)一步提高線鋸的切削效率以及使用壽命，也更有利于降低金剛石線鋸的生產(chǎn)成本。需要說明的是，當(dāng)硬質(zhì)層與鎳基層均由鎳合金構(gòu)成時(shí)，硬質(zhì)層中所含有的合金元素和鎳基層中的合金元素之間沒有相互制約關(guān)系，即各自所含的合金元素可以相同也可以不同。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)用新型一個(gè)實(shí)施例的金剛石線鋸的流程示意圖；圖加是根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的金剛石線鋸的截面示意圖；圖2b是根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的金剛石線鋸中植砂層表面的結(jié)構(gòu)示意圖； 以及圖2c是根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的金剛石線鋸的主視示意圖。
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。下面，為了更好地理解根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的金剛石線鋸的結(jié)構(gòu)，首先結(jié)合圖1 描述制備本實(shí)用新型實(shí)施例的金剛石線鋸的過程。
4[0024]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，通過電鍍銅在芯線的表面形成軟質(zhì)銅層。具體地，以芯線為陰極，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)，以純銅板為犧牲陽極，鋼線的牽引速度為2m/min，形成厚度為0. 02mm的軟質(zhì)銅層。在本實(shí)用新型的另一些具體示例中，在惰性氣氛下進(jìn)行，使用1100-1250°C的紫銅熔體以在芯線表面實(shí)施熱浸鍍銅。通過控制鋼線的牽引速度以及熱浸時(shí)間，形成厚度為 0.02mm的軟質(zhì)銅層。熱浸銅的其他具體操作可以采用熱浸法的常規(guī)操作，在此省略其說明。C)在所述軟質(zhì)銅層表面形成由鋅、鋅合金、鎳或鎳合金構(gòu)成的硬質(zhì)層，得到金屬線材。在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，在惰性氣氛下使鍍覆有軟質(zhì)銅層的鋼線經(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)銅層周圍均勻鍍覆上由鋅銅合金構(gòu)成的硬質(zhì)層，通過調(diào)節(jié)線材的牽引速度，控制硬質(zhì)層的厚度為0. 03mm。此后經(jīng)過冷卻收線。純鋅的延展性較差，其延展性比純銅差很多，且超過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。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，故而優(yōu)選所述鋅合金為鋅銅合金。但是，當(dāng)銅加入量超過60wt%時(shí)變成Cu-Si完全互溶的相，其塑性和延展性又開始增強(qiáng)。因此鋅銅合金中的銅含量優(yōu)選為1 60wt%。在熱浸工藝中，所述鋅銅合金熔體的溫度可以根據(jù)銅含量而適當(dāng)選擇。并且，通過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。另外，除了使用熱浸鍍鋅或鋅合金形成所述硬質(zhì)層之外，還可以通過電鍍鋅或鋅合金形成所述硬質(zhì)層，具體的電鍍鋅或鋅合金工藝及參數(shù)可以采用現(xiàn)有的電鍍工藝及參數(shù)，在此省略其說明。另外，形成硬質(zhì)層的材料并不僅限于鋅銅合金，從延展性、與銅層以及后述的鎳基層的相容性考慮，還可以選用含有Sn、Pb、Sb、Al、Mg、TiJe中的一種或多種的鋅合金、鋅、 鎳、或含有CckW、！^、Al、Mo、Nb、Si、Ti、V、Y、Zr中的一種或多種的鎳合金。這是因?yàn)?，鎳的延展性也較差，且在鎳中加入少量合金元素Co、W、Fe、Al、Mo、Nb、 si、Ti、v、Y、a 等之后，其塑性和延展性也將顯著下降。在進(jìn)行拔絲加工時(shí)由于硬質(zhì)層的塑性變形量大也可以在應(yīng)力作用下產(chǎn)生龜甲狀裂紋。當(dāng)形成硬質(zhì)層的材料為鎳或上述鎳合金時(shí)，考慮到鎳以及鎳合金的熔點(diǎn)較高，優(yōu)選使用電鍍鎳或鎳合金的方法在軟質(zhì)銅層表面形成所述硬質(zhì)層。D)牽引所述金屬線材通過拔絲加工模的通孔進(jìn)行拔絲加工，得到表面形成有龜甲狀裂紋的金屬復(fù)合線。[0039]最后，牽引所述金屬線材通過拔絲加工模的通孔進(jìn)行拔絲加工。在拔絲過程中，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程中傳入到芯體內(nèi)部。由于在軟質(zhì)銅層之上形成有硬質(zhì)層，因此如上所述，在經(jīng)拔絲加工后金屬復(fù)合線的表面形成有龜甲狀裂紋。該龜甲狀裂紋一方面可以在拔絲加工時(shí)通過含浸潤滑劑而降低模具的損耗，另一方面，龜甲狀裂紋的存在也可以含嵌金剛石顆粒，從而有助于提高金剛石顆粒的覆蓋率，并有利于提高金剛石線鋸的使用壽命。E)電鍍金剛石顆粒以及鎳基層，得到金剛石線鋸。最后，使所述金屬復(fù)合線通過容納有金剛石顆粒和鎳基電解質(zhì)溶液，得到金剛石線鋸。具體地，以金屬復(fù)合線為陰極，以含硫酸鎳及硫酸鈷的水溶液為電解質(zhì)溶液(硫酸鎳濃度300g/l，硼酸40g/l，pH 2. 5，液溫50攝氏度，電流密度20A/dm2)，且所述電解質(zhì)溶液中分散有平均粒徑為10 μ m且由十六烷基三甲基氯化銨進(jìn)行表面修飾的金剛石顆粒， 以鎳或鎳合金板為犧牲陽極。在上述條件下，電解質(zhì)溶液中的鎳離子、鈷離子向著陰極移動(dòng)，即沉積到金屬復(fù)合線上，同時(shí)，金剛石顆粒在電流作用下也沉積于芯線表面，而由于金屬復(fù)合線表面存在有龜甲狀裂紋，在電鍍過程中隨著金屬復(fù)合線的移動(dòng)，這部分龜甲狀裂紋對(duì)含嵌于其中的金剛石顆粒施加有物理作用的夾持力，因此這部分金剛石顆粒與金屬復(fù)合線之間的把持力包括化學(xué)吸附力和物理作用的夾持力，其把持力相比于光滑的金屬線體表面有顯著提高，因此鋼線的牽引速度可以提高到lO-lOOm/min。通過控制電鍍時(shí)間，最終在金屬復(fù)合線表面電鍍金剛石的同時(shí)形成厚度為 0. 008mm的鎳基層。此外，為了提高金剛石顆粒在鋼線表面的沉積速率以及金剛石顆粒在金屬復(fù)合線表面的初期把持力，選用經(jīng)過陽離子表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨表面處理的金剛石顆粒。所述陽離子表面活性劑不限于此，還可以選自十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基氯化銨中的一種或多種。另外，為了提高金剛石顆粒在鋼線表面的沉積速率以及金剛石顆粒在金屬復(fù)合線表面的初期把持力，還可以選用表面鍍覆有鎢、鈷或鎳金屬層的金剛石顆粒。鍍覆有上述金屬層的金剛石顆粒，一方面可以提高電鍍金剛石顆粒的加工效率，另一方面還有助于提高金剛石線鋸的排屑能力。下面參考圖加 圖2c描述根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的金剛石線鋸。如圖加 圖2c所示，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的金剛石線鋸包括芯體10、保護(hù)層 20、植砂層30、鎳基層40和金剛石顆粒50。其中，由芯線經(jīng)拔絲加工后形成的芯體10的直徑為0. 12mm。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. 003mm。由硬質(zhì)層經(jīng)拔絲加工后形成的植砂層的厚度為0. 007mm。鎳基層的厚度為0.008mm。如圖2b所示，在電鍍前，在所述植砂層表面遍布有龜甲狀裂紋31。如圖加所示， 在電鍍過程中，由于該部分龜甲狀裂紋31的存在，金剛石顆粒50可以通過嵌含于龜甲狀裂紋31的方式而吸附于植砂層30的表面。如圖2c所示，經(jīng)過電鍍后，植砂層30的表面幾乎全部覆蓋有鎳基層40，也即龜甲狀裂紋31均被覆有鎳基層40，由此將金剛石顆粒50固定于線鋸表面。龜甲狀裂紋31，一方面可以在拔絲加工過程中促進(jìn)潤滑液進(jìn)入模具與鋼線的加工界面，加強(qiáng)潤滑，提高拔絲精度和拔絲成品率，另一方面，在電鍍過程中也可以嵌含金剛石顆粒，從而有利于提高金剛石線鋸的加工速率以及金剛石線鋸的使用壽命。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“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。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語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1.一種金剛石線鋸，其特征在于，由金屬基線體和金剛石顆粒構(gòu)成，所述金屬基線體包括芯體，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. 03mm，所述保護(hù)層由軟質(zhì)銅構(gòu)成；植砂層，所述植砂層覆蓋于所述保護(hù)層表面且厚度為0. 01 0. 04mm，所述植砂層表面形成有用于植入所述金剛石顆粒的龜甲狀裂紋，所述植砂層由鋅、鋅合金、鎳或鎳合金構(gòu)成；以及鎳基層，所述鎳基層覆蓋于所述植砂層的表面且厚度為0. 001 0. 05mm，所述鎳基層由鎳或鎳合金構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石線鋸，其特征在于，所述金剛石的粒徑為1 60μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石線鋸，其特征在于，所述金剛石顆粒經(jīng)過陽離子表面活性劑處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石線鋸，其特征在于，所述金剛石顆粒表面形成有金屬層。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種金剛石線鋸。金剛石線鋸由金屬基線體和金剛石顆粒構(gòu)成，金屬基線體包括芯體，由碳鋼構(gòu)成且直徑為0.1～0.4mm；保護(hù)層，覆蓋于芯體的表面且厚度為0.001～0.03mm，保護(hù)層由軟質(zhì)銅構(gòu)成；植砂層，覆蓋于保護(hù)層表面且厚度為0.01～0.04mm，植砂層表面形成有用于植入金剛石顆粒的龜甲狀裂紋，植砂層由鋅、鋅合金、鎳或第一鎳合金構(gòu)成；以及鎳基層，所述鎳基層覆蓋于所述植砂層的表面且厚度為0.001～0.05mm，所述鎳基層由鎳或第二鎳合金構(gòu)成。利用本實(shí)用新型上述實(shí)施例的金剛石線鋸，由于在鋼線外覆蓋有由軟質(zhì)銅構(gòu)成的保護(hù)層，因此耐腐蝕且阻止裂紋擴(kuò)展；而龜甲狀裂紋的存在一方面可以提高拔絲成品率，另一方面可以顯著提高電鍍的加工效率，并有利于提高金剛石線鋸的使用壽命。
文檔編號(hào)B28D5/04GK202137859SQ201120029300
公開日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