CN101602231B - 电镀钻石线锯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电镀钻石线锯的制备方法，包括以下工艺过程：一、预先对微米金刚石颗粒进行粗糙化处理，以1∶3的质量比将纳米金刚石粉加入阳离子表面活性剂中，制成均匀稳定的纳米金刚石粉悬浮液，将镀液置于电镀槽中，再将以1∶3质量比称量好的纳米金刚石粉悬浮液与微米金刚石颗粒混合后，添加到镀液中，镀液不断循环，镀液选择氨基磺酸镍为主料，另加硼酸和氯化镍，电镀槽中有磁力搅拌装置，二、钢线连续均匀的通过电镀槽，在电流的作用下，镍离子由阳极向阴极移动，带动纳米金刚石粉和微米金刚石颗粒向钢线移动，使钢线在化学镀镍的同时镀上纳米金刚石粉和微米金刚石颗粒；三、在钢线离开电镀槽后，经清洗和烘干后收线。本发明方法能连续快速生产电镀钻石线锯，生产效率高。

Description

电镀钻石线锯的制备方法
(一)技术领域
本发明涉及一种电镀钻石线锯的制备方法。电镀钻石线锯主要用于将单晶硅等晶棒(Ingot)切割成晶片(Wafer)。
(二)背景技术
在过去的5年内，电子、新能源以及光学行业迅猛发展，将单晶硅等晶棒(Ingot)切割成晶片(Wafer)的制造厂商不断增加。市场上的主流切割工艺为“裸钢线+磨料浆液”。这种采用游离磨料的切割方式与以往的内圆锯相比，具有可切割大直径晶棒和多组线同时切割等优势，但也存在以下明显不足：
1)晶棒及其加工区域被脂基研磨液污染；
2)泥浆状的研磨液在使用后需经处理才能排放，易造成环境污染；
3)切割工艺为游离磨粒的材料去除机理，切削效率低；
4)砷化镓、碳化硅等第二、三代半导体材料硬度高，难以切削，晶圆表面粗糙度高。
钻石线锯切割工艺，切割速度是“裸钢线+磨料浆液”的5倍。在切割相同材料时，前者所需要的磨粒线只有后者的10％。自从改用乳化水冷却后，生产相同数量产品的废水量减少到以往的1/50，符合国家“节能减排”的倡导。
电镀钻石线锯是将高硬度、高耐磨性的金刚石微粉固结在金属丝上。运用于晶体切割，切割速度快，废水量少，晶片弯曲度(BOW)、翘曲度(WARP)小，平行度(TAPER)好，总厚度公差(TTV)离散性小，刀口切割损耗小，表面损伤层浅，晶片表面粗糙度小。被切割材料覆盖各种半导体材料，如硅、锗、钽酸锂，银酸锂，砷化镓、磷化铟，人造宝石、碳化硅及石英玻璃、氧化铝片等材料的精密切割。
目前生产电镀钻石线锯的方法主要存在以下不足：
1、目前生产电镀钻石线锯主要采用单个电镀槽缠绕式生产，因局限于电镀槽的大小，钻石线长度受到限制，只能在3000米内。
2、在生产过程中，因钻石线为缠绕式排列，为使钻石线基材上各角度度均能镀覆到钻石，需不断调正缠绕线圈的角度，多次重复此过程，大大影响了钻石线锯的生产效率，一般1000米钻石线锯所用生产时间为24小时。
3、因生产条件的局限与固定，往往易出现钻石粉镀覆不均的现象，导致线径粗细不一。
4、采用单一规格的钻石微粉，在使用过程中一旦钻石磨损破裂之后，没有后续的磨料参与工作，导致钻石线使用寿命较短，失效快。
(三)发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种能连续快速生产、钻石粉镀覆均匀、使用寿命长的电镀钻石线锯的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：一种电镀钻石线锯的制备方法，其特征在于所述方法包括以下工艺过程：
步骤一、镀前预处理
a、预先对微米金刚石颗粒进行粗糙化处理，以增加微米金刚石颗粒的耐磨性以及与镀层的结合牢度，微米金刚石颗粒10～80μm，
b、以1∶3的质量比将纳米金刚石粉加入的阳离子表面活性剂(十六烷基三甲基氯化铵)中，制成均匀稳定的纳米金刚石粉悬浮液，纳米金刚石粉的粒径为20～30nm，
c、将镀液置于电镀槽中，再将以1∶3质量比称量好的纳米金刚石粉悬浮液与微米金刚石颗粒混合后，添加到镀液中备用，控制镀液温度40～70℃，镀液不断循环，
d、在钢线进入电镀槽前，采用超声波清洗机对钢线进行去油污和去氧化物处理，镀液选择氨基磺酸镍为主料，另加硼酸和氯化镍，三者的配比为：氨基磺酸镍400～1300克/升，硼酸10～50克/升，氯化镍5～25克/升，同时电镀槽中增加有磁力搅拌装置；
步骤二、复合电镀
钢线连续均匀的通过电镀槽，在电流的作用下，镍离子由阳极向阴极移动，带动纳米金刚石粉和微米金刚石颗粒向钢线移动，使钢线在化学镀镍的同时镀上纳米金刚石粉和微米金刚石颗粒，在钢线上形成弱吸附。纳米金刚石粉和微米金刚石颗粒一开始通过化学反应吸附在钢线表面，随着镍离子不断沉积，纳米金刚石粉和微米金刚石颗粒被牢牢的固定在钢线上。在相邻微米金刚石颗粒之间，有更细的直径在20～30nm的纳米金刚石粉沉积在钢线表面。
步骤三、镀后处理
在钢线离开电镀槽后，经清洗和烘干后收线。
电镀钻石线锯的工艺参数主要影响是镀层的耐磨性和沉积速度，从而决定了钻石线锯的质量和产量。
本发明具有如下有益效果：
1、为了减少纳米金刚石粉和微米金刚石颗粒的沉积和团聚现象，镀液的镀槽中增加了磁力搅拌装置。实验表明，搅拌后，一方向镀液流动速度加快，采用此工艺生产速度可达3～7m/min。另一方面加入的阳离子表面活性剂使纳米金刚石粉和微米金刚石颗粒在镀液中均匀悬浮，使钢线镀层中的纳米金刚石粉和微米金刚石颗粒量随而增大。
2、镀层的沉积速度主要影响是镀液的种类、温度及阴极表面镀液的流速。镀液选择氨基磺酸镍，它不仅极限电流密度较高，而且镀层扭曲度较好，符合线锯实际使用要求。镀液不断循环，大大提高了镀层的沉积速度。从而提高了钻石线锯的产量，降低了生产成本。
3、在电镀的过程中，纳米金刚石粉的加入不仅能增大阴极极化，有利于新晶核的生成，而且能抑制晶粒的聚集和长大，起到细化基质金属晶粒的作用。同时纳米金刚石粉本身所具有的高强度、高硬度以及其均匀分布在镍层中，大大提高了镀层的耐磨性。
通过上述技术措施，本发明能连续快速生产，生产效率高，每分钟能生产3～7米，钻石粉镀覆均匀，使用过程中粗的钻石磨损破裂之后，还有后续的细的磨料参与工作，耐磨性好，使用寿命长。
(四)具体实施方式
本发明电镀钻石线锯的制备方法包括以下工艺过程：
步骤一、镀前预处理
a、预先对微米金刚石颗粒进行粗糙化处理，以增加微米金刚石颗粒的耐磨性以及与镀层的结合牢度，微米金刚石颗粒10～80μm，
b、以1∶3的质量比将纳米金刚石粉加入的阳离子表面活性剂(十六烷基三甲基氯化铵)中，制成均匀稳定的纳米金刚石粉悬浮液，纳米金刚石粉的粒径为20～30nm，
c、将镀液置于电镀槽中，再将以1∶3质量比称量好的纳米金刚石粉悬浮液与微米金刚石颗粒混合后，添加到镀液中备用，控制镀液温度40～70℃，并不断循环，
d、在钢线进入电镀槽前，采用超声波清洗机对钢线进行去油污和去氧化物处理，镀液选择氨基磺酸镍为主料，另加硼酸和氯化镍，三者的配比为：氨基磺酸镍400～1300克/升，硼酸10～50克/升，氯化镍5～25克/升，同时电镀槽中增加有磁力搅拌装置。
步骤二、复合电镀
钢线连续均匀的通过电镀槽，在电流的作用下，镍离子由阳极向阴极移动，带动纳米金刚石粉和微米金刚石颗粒向钢线移动，使钢线在化学镀镍的同时镀上纳米金刚石粉和微米金刚石颗粒，在钢线上形成弱吸附。纳米金刚石粉和微米金刚石颗粒一开始通过化学反应吸附在钢线表面，随着镍离子不断沉积，纳米金刚石粉和微米金刚石颗粒被牢牢的固定在钢线上。在相邻微米金刚石颗粒之间，有更细的直径在20～30nm的纳米金刚石粉沉积在钢线表面。
步骤三、镀后处理
在钢线离开电镀槽后，经清洗和烘干后收线。

Claims (1)

1.一种电镀钻石线锯的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
步骤一、镀前预处理
a、预先对微米金刚石颗粒进行粗糙化处理，微米金刚石颗粒的粒径为10～80μm，
b、以1∶3的质量比将纳米金刚石粉加入阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵中，制成均匀稳定的纳米金刚石粉悬浮液，纳米金刚石粉的粒径为20～30nm，
c、将镀液置于电镀槽中，再将以1∶3质量比称量好的纳米金刚石粉悬浮液与微米金刚石颗粒混合后，添加到镀液中，控制镀液温度40～70℃，镀液不断循环，
d、在钢线进入电镀槽前，采用超声波清洗机对钢线进行去油污和去氧化物处理，镀液选择氨基磺酸镍为主料，另加硼酸和氯化镍，三者的配比为：氨基磺酸镍400～1300克/升，硼酸10～50克/升，氯化镍5～25克/升，同时电镀槽中增加有磁力搅拌装置；
步骤二、复合电镀
钢线连续均匀的通过电镀槽，在电流的作用下，镍离子由阳极向阴极移动，带动纳米金刚石粉和微米金刚石颗粒向钢线移动，使钢线在化学镀镍的同时镀上纳米金刚石粉和微米金刚石颗粒；
步骤三、镀后处理
在钢线离开电镀槽后，经清洗和烘干后收线。
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