專利名稱：連結(jié)法蘭的環(huán)狀金剛石切割片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及切割工具及其制造方法，特別涉及連結(jié)法蘭的環(huán)狀金剛石切割片及其制造方法。主要用于制造連結(jié)法蘭的環(huán)狀金剛石切割片，用來切割集成電路(IC)、晶體管(TR)、片式電阻、片式電感、片式電容等電子元器件，精密切割光學(xué)材料、寶玉石、陶瓷、鐵氧體及太陽能硅片等。
背景技術(shù)：
在集成電路(IC)、晶體管(TR)劃片工序中，需將大晶片分割成具有獨(dú)立單元的小晶片，而所用的加工工具為金剛石切割片。隨著電子元器件和精密材料的發(fā)展，對切割精度的要求越來越高，晶片的分割必須使用更薄的切割片才能達(dá)到微加工的高準(zhǔn)精度要求。常規(guī)的金剛石切割片是采用熱壓法或電鍍法制造的。而熱壓法對于制造這種厚度極薄(100μm以下)的切割片很不適宜。常規(guī)的電鍍法制造的切割片存在許多不足之處，尤其是組成切割片的基體與胎體兩部分是連結(jié)而成的，這種連結(jié)的方式由電鍍沉積來完成。因此種結(jié)構(gòu)，當(dāng)胎體與基體受到強(qiáng)沖擊載荷時(shí)兩者的分離脫落是不可避免的。國外技術(shù)為了解決常規(guī)電鍍法制造的超薄金剛石切割片所帶來的不足，有采用化學(xué)氣相沉積法首先制得金剛石多晶薄膜環(huán)，而后再焊接于基體上，此方法一定程度上改善了切割片的性能，但化學(xué)氣相沉積法所需設(shè)備價(jià)格昂貴，制造工藝復(fù)雜。為了解決上述的問題，本申請人曾于1996年08月30日申請?zhí)枮?6109559.8的中國發(fā)明專利《超薄金剛石切割片及其制造方法》(公開號為CN1146945A)，其是通過化學(xué)鍍和電鍍兩種方法相結(jié)合，在底襯材料上形成厚度在20-100μm的金剛石復(fù)合薄層，然后將兩者分離，再經(jīng)沖壓成型達(dá)到規(guī)定的幾何尺寸，制造出的一種無基體式金剛石切割片。如圖4所示，該切割片呈自由的環(huán)狀，切割用時(shí)，該環(huán)狀切割片裝配在一根主軸上，切割片2的兩端面由法蘭盤1夾持，法蘭間用螺栓緊固。它既解決了常規(guī)電鍍法制造工藝所造成的切割片的基體與胎體易分離及工藝較復(fù)雜的問題，又避免了采用CVD(化學(xué)汽相沉積)法帶來的價(jià)格昂貴的問題。但是申請人在在實(shí)際使用中又發(fā)現(xiàn)了存在以下的技術(shù)問題一是在IC晶片切割時(shí)，環(huán)狀金剛石切割片時(shí)常有被因粘接不牢的、已切割掉的IC小塊晶片飛出而擊壞金剛石切割片，致使金剛石切割片報(bào)廢；二是切割片在切割前需修磨校準(zhǔn)出刃量；三是切割片所用材料多且在裝刀時(shí)易損壞。綜上三種情況，刀片所用材料費(fèi)且使用壽命短，因此影響了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供連結(jié)法蘭的環(huán)狀金剛石切割片及其制造方法，使金剛石刀體和法蘭成為一個(gè)冶金連結(jié)的整體，且可有效避免所切割的碎片碰撞金剛石刀體。
本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供高強(qiáng)度、省材料，可選擇超薄金剛石刀體厚度以提高切割精度的連結(jié)法蘭的環(huán)狀金剛石切割片及其制造方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為連結(jié)金屬法蘭的環(huán)狀金剛石切割片，包括金屬法蘭和環(huán)狀金剛石刀體，所述的金屬法蘭具有上、下兩端面及可置放旋轉(zhuǎn)軸的中孔，所述的環(huán)狀金剛石刀體為有中孔的復(fù)合薄層金剛石刀體，采取的技術(shù)措施包括有所述的環(huán)狀金剛石刀體內(nèi)側(cè)環(huán)上端面經(jīng)真空擴(kuò)散焊接在所述的金屬法蘭外側(cè)環(huán)下端面上，所述的金屬法蘭外側(cè)環(huán)上端面具有經(jīng)一凹口沿外徑向下延伸的斜面。
上述連結(jié)金屬法蘭的環(huán)狀金剛石切割片的制造方法，包括焊件清洗步驟取待焊接的金屬法蘭和環(huán)狀金剛石刀體清洗；焊件組裝入爐步驟將上述兩種預(yù)處理物經(jīng)夾具組裝入焊接爐；冷卻步驟；出爐步驟；采取的技術(shù)措施包括有所述的焊件組裝入爐步驟與冷卻步驟之間還包括有真空擴(kuò)散焊接步驟爐內(nèi)抽真空，控制真空度范圍為1×10-2～1×10-3Pa；爐內(nèi)加壓，控制壓力范圍為1～30Mpa；爐內(nèi)加熱，控制溫度范圍為350～600℃；擴(kuò)散時(shí)間控制范圍為10～90分鐘；所述的冷卻步驟使用惰性冷卻氣體。
為優(yōu)化上述技術(shù)方案，所采取的技術(shù)措施還包括根據(jù)所切割對象的不同，需要有不同材料制作的刀體，上述的環(huán)狀金剛石刀體可由Mn、Fe、Co、Ni、Cu、P、稀土分別與金剛石組成的復(fù)合體，以及可以由其中的至少兩種元素與金剛石組成的復(fù)合體。
根據(jù)具體的切割要求，上述的環(huán)狀金剛石刀體的厚度為15～100μm。上述的環(huán)狀金剛石刀體的厚度還可為20～40μm。
為使金剛石刀體和法蘭可靠連結(jié)，上述的環(huán)狀金剛石刀體內(nèi)側(cè)環(huán)與所述的金屬法蘭外側(cè)環(huán)接觸面徑向距離為1～20mm。上述的環(huán)狀金剛石刀體內(nèi)側(cè)環(huán)與所述的金屬法蘭外側(cè)環(huán)接觸面徑向距離為3mm。
為減輕重量，上述的金屬法蘭由Al-合金或工業(yè)純鋁制成。
根據(jù)切割設(shè)備與本切割片的裝配精度要求和切割精度要求，上述的金屬法蘭，其中孔的精度為H5；其上下端面表面粗糙度范圍為6.3～0.1μm；其平行度和垂直度的形位公差為0.002～0.01mm。
為提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，上述的冷卻步驟使用惰性冷卻氣體為H2或N2或Ar2。
為保證焊接精度，所述夾具材料為不銹鋼、球墨鑄鐵、石墨、陶瓷、鋁合金、可伐合金、鎳及鎳合金制成。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用擴(kuò)散焊接的原理，在一定的真空、溫度和壓力環(huán)境下，使分子、原子相互擴(kuò)散、再結(jié)晶，將環(huán)狀金剛石刀體焊接在在金屬法蘭上，使金剛石刀體和金屬法蘭成為一個(gè)冶金連結(jié)的整體，其具有真空密封、熱穩(wěn)定、高機(jī)械強(qiáng)度的特性；刀具裝配后精度高，可不修磨校準(zhǔn)出刃量而直接進(jìn)行切割；金屬法蘭盤的斜面設(shè)計(jì)，可大大減少因已切割的IC小塊飛出而擊壞金剛石刀體的情況發(fā)生；刀具裝卸方便、安全，刀具因裝配引起的損壞減少?？裳b配在相應(yīng)的設(shè)備上，完成多種所需的切割任務(wù)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例縱剖面示意圖；圖2為圖1中的金剛石刀體的放大示意圖；圖3為圖1中的法蘭盤放大示意圖；圖4為對比技術(shù)申請?zhí)?6109559.8的刀片裝卡結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明焊接工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖1～圖3所示，為一個(gè)連結(jié)法蘭的環(huán)狀金剛石切割片實(shí)施例，包括金屬法蘭和環(huán)狀金剛石刀體。金屬法蘭具有上、下兩端面及可置放旋轉(zhuǎn)軸的中孔，為減輕重量，金屬法蘭由Al-合金或工業(yè)純鋁制成；根據(jù)切割設(shè)備與本切割片的裝配精度要求和切割精度要求，上述的金屬法蘭，其中孔的精度為H5；其上下端面表面粗糙度范圍為6.3～0.1μm；其平行度和垂直度的形位公差為0.002～0.01mm。環(huán)狀金剛石刀體為有中孔的復(fù)合薄層金剛石刀體，根據(jù)所切割對象的不同，需要有不同材料制作的刀體，環(huán)狀金剛石刀體可由Mn、Fe、Co、Ni、Cu、P、稀土分別與金剛石組成的復(fù)合體，以及可以由其中的至少兩種元素與金剛石組成的復(fù)合體；根據(jù)具體的切割要求，環(huán)狀金剛石刀體的厚度為15～100μm，本實(shí)施例中所采用的環(huán)狀金剛石刀體的厚度還可為20～40μm中選擇。
前述的環(huán)狀金剛石刀體內(nèi)側(cè)環(huán)上端面經(jīng)真空擴(kuò)散焊接在金屬法蘭外側(cè)環(huán)下端面上，利用擴(kuò)散焊接的原理，在特定的真空、溫度和壓力環(huán)境下，使分子、原子相互擴(kuò)散再結(jié)晶，將環(huán)狀金剛石刀體經(jīng)真空擴(kuò)散焊接在在金屬法蘭上，使金剛石切割片和金屬法蘭成為一個(gè)冶金連結(jié)的整體，具有真空密封、熱穩(wěn)定、高機(jī)械強(qiáng)度的特性，使刀具裝配后精度高，可不修磨校準(zhǔn)出刃量而直接進(jìn)行切割。前述的金屬法蘭外側(cè)環(huán)上端面具有經(jīng)一凹口沿外徑向下延伸的斜面；金屬法蘭盤斜面的設(shè)計(jì)，可大大減少因已切割的IC小塊飛出而擊壞金剛石切割片的情況發(fā)生。刀具裝卸方便、安全，刀具因裝配引起的損壞減少；刀具裝配在相應(yīng)的設(shè)備上，完成多種所需的切割任務(wù)。
圖5所示為焊接工藝流程圖，圖示連結(jié)金屬法蘭的環(huán)狀金剛石切割片的制造方法包括焊件清洗步驟，取待焊接的金屬法蘭和環(huán)狀金剛石刀體清洗。還包括焊件組裝入爐步驟，將上述兩種預(yù)處理物經(jīng)夾具組裝入焊接爐，為保證焊接精度，夾具材料為不銹鋼、球墨鑄鐵、石墨、陶瓷、鋁合金、可伐合金、鎳及鎳合金制成。還包括冷卻步驟，為提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，冷卻步驟使用的惰性冷卻氣體為H2或N2或Ar2。
還包括出爐步驟。并在焊件組裝入爐步驟與冷卻步驟之間還包括有真空擴(kuò)散焊接步驟，爐內(nèi)抽真空，控制真空度范圍為1×10-2～1×10-3Pa；爐內(nèi)加壓，控制壓力范圍為1～30Mpa；爐內(nèi)加熱，控制溫度范圍為350～600℃；擴(kuò)散時(shí)間控制范圍為10～90分鐘；所述的冷卻步驟使用惰性冷卻氣體。真空擴(kuò)散焊接的工藝技術(shù)參數(shù)主要有溫度、壓力、時(shí)間、真空度等，溫度的意義主要是為金屬間原子相互擴(kuò)散提供能量；壓力的意義主要是為使金屬間原子的距離盡可能的接近，以形成擴(kuò)散的可能；時(shí)間的意義主要是使金屬間原子的擴(kuò)散在整個(gè)界面充分完成；真空度的意義主要是使金屬間原子相互擴(kuò)散阻力減小。這四個(gè)參數(shù)之間又有著相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系，較高的溫度、壓力可縮短擴(kuò)散時(shí)間，反之則要較長的時(shí)間；較高的真空度亦可縮短擴(kuò)散時(shí)間、降低溫度和壓力，但高的真空度要求要付出高的經(jīng)濟(jì)代價(jià)。
本發(fā)明主要用于制造環(huán)狀金剛石切割片，用來切割集成電路(IC)、晶體管(TR)、片式電阻、片式電感、片式電容等電子元器件，精密切割光學(xué)材料、寶玉石、陶瓷、鐵氧體及太陽能硅片等。
在集成電路工業(yè)后道封裝工序中，本產(chǎn)品作是一種消耗性材料。集成電路大園片上有很多相同的單元體，為獲得這些獨(dú)立單元的集成電路塊，須將上述大園片進(jìn)行切割，所用的切割分離工具就是本發(fā)明所述的超薄金剛石切割片。這種金剛石切割片是安裝在空氣軸承架上，以30000-50000rpm的轉(zhuǎn)速，由全電腦控制的劃片機(jī)來完成芯片切割的，切深一般為500-800μm。此切割片的主要特點(diǎn)是，刀體厚度極薄，通常為20-40μm，大園片上允許進(jìn)行切割的“街區(qū)”僅60-100μm，金剛石刀片的切割縫只允許在40-60μm之間，切縫誤差允許為±5μm，其制造裝配精度要求極高。
權(quán)利要求
1.連結(jié)金屬法蘭的環(huán)狀金剛石切割片，包括金屬法蘭(1)和環(huán)狀金剛石刀體(2)，所述的金屬法蘭(1)具有上、下兩端面(1a、1b)及可置放旋轉(zhuǎn)軸的中孔(1c)，所述的環(huán)狀金剛石刀體(2)為有中孔(2c)的復(fù)合薄層金剛石切割片，其特征在于所述的環(huán)狀金剛石刀體(2)內(nèi)側(cè)環(huán)(2a)上端面經(jīng)真空擴(kuò)散焊接在所述的金屬法蘭(1)外側(cè)環(huán)下端面(1b)上，所述的金屬法蘭(1)外側(cè)環(huán)上端面(1a)具有經(jīng)一凹口(1d)沿外徑向下延伸的斜面(1e)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連結(jié)金屬法蘭的環(huán)狀金剛石切割片，其特征在于所述的環(huán)狀金剛石刀體(2)可由Mn、Fe、Co、Ni、Cu、P、稀土分別與金剛石組成的復(fù)合體，以及可以由其中的至少兩種元素與金剛石組成的復(fù)合體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連結(jié)金屬法蘭的環(huán)狀金剛石切割片，其特征在于所述的環(huán)狀金剛石刀體(2)的厚度為15～100μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連結(jié)金屬法蘭的環(huán)狀金剛石切割片，其特征在于所述的環(huán)狀金剛石刀體(2)的厚度為20～40μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的連結(jié)金屬法蘭的環(huán)狀金剛石切割片，其特征在于所述的環(huán)狀金剛石刀體(2)內(nèi)側(cè)環(huán)與所述的金屬法蘭(1)外側(cè)環(huán)接觸面徑向距離為1～20mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的連結(jié)金屬法蘭的環(huán)狀金剛石切割片，其特征在于所述的環(huán)狀金剛石刀體(2)內(nèi)側(cè)環(huán)與所述的金屬法蘭(1)外側(cè)環(huán)接觸面徑向距離為3mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的連結(jié)金屬法蘭的環(huán)狀金剛石切割片，其特征在于所述的金屬法蘭(1)由Al-合金或工業(yè)純鋁制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的連結(jié)金屬法蘭的環(huán)狀金剛石切割片，其特征在于所述的金屬法蘭(1)，其中孔的精度為H5；其上下端面表面粗糙度范圍為6.3～0.1μm；其平行度和垂直度的形位公差為0.002～0.01mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連結(jié)金屬法蘭的環(huán)狀金剛石切割片的制造方法，包括焊件清洗步驟取待焊接的金屬法蘭(1)和環(huán)狀金剛石刀體(2)清洗；焊件組裝入爐步驟將上述兩種預(yù)處理物經(jīng)夾具組裝入焊接爐；冷卻步驟；出爐步驟；其特征在于所述的焊件組裝入爐步驟與冷卻步驟之間還包括有真空擴(kuò)散焊接步驟爐內(nèi)抽真空，控制真空度范圍為1×10-2～1×10-3Pa；爐內(nèi)加壓，控制壓力范圍為1～30Mpa；爐內(nèi)加熱，控制溫度范圍為350～600℃；擴(kuò)散時(shí)間控制范圍為10～90分鐘；所述的冷卻步驟使用惰性冷卻氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的連結(jié)金屬法蘭的環(huán)狀金剛石切割片的制造方法，其特征在于所述的冷卻步驟使用惰性冷卻氣體為H2或N2或Ar2，所述夾具材料為不銹鋼、球墨鑄鐵、石墨、陶瓷、鋁合金、可伐合金、鎳及鎳合金制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了連結(jié)金屬法蘭的環(huán)狀金剛石切割片，包括金屬法蘭和環(huán)狀金剛石刀體，該環(huán)狀金剛石刀體內(nèi)側(cè)環(huán)上端面經(jīng)真空擴(kuò)散焊接在所述的金屬法蘭外側(cè)環(huán)下端面上，所述的金屬法蘭外側(cè)環(huán)上端面具有經(jīng)一凹口沿外徑向下延伸的斜面。其制造方法包括焊件清洗步驟取待焊接的金屬法蘭和環(huán)狀金剛石刀體清洗；焊件組裝入爐步驟將上述兩種預(yù)處理物經(jīng)夾具組裝入焊接爐；冷卻步驟；出爐步驟；在焊件組裝入爐步驟與冷卻步驟之間還包括有真空擴(kuò)散焊接步驟爐內(nèi)抽真空，爐內(nèi)加壓，爐內(nèi)加熱，擴(kuò)散，冷卻步驟使用惰性冷卻氣體。本發(fā)明利用擴(kuò)散焊接的原理，使金剛石刀體和金屬法蘭成為一個(gè)冶金連結(jié)的整體，刀具裝卸方便、安全。
文檔編號B23D61/00GK1526501SQ0315114
公開日2004年9月8日 申請日期2003年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月23日
發(fā)明者楊燕軍, 段莉萍, 熊朝陽, 郭鐵峰 申請人:楊燕軍