CN101633158B - 用于切割硅晶圆的金刚石砂轮及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于切割硅晶圆的金刚石砂轮及其制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)铝合金基体预处理；(2)电铸液的配置：按照硫酸镍、硫酸钴、去离子水、金刚石磨料、悬浮剂的重量比为38～43∶15～20∶43～57∶50～180∶4～8配置电铸液；充分搅拌均匀，获得电铸液；(3)将步骤(1)所得铝合金基体进行绝缘处理，放入上述电铸液中，在超声场中进行电铸，电铸液中的金刚石磨料和金属在基体上均匀共析，得到具有复合电铸层的砂轮坯体；(4)将电铸完成的砂轮坯体取出，按照所需的基体和刃口的精度要求，分别在数控磨床和数控车床上进行精确加工。本发明所得金刚石砂轮在满足超薄和超精的技术条件的同时，具有良好的强度和刚性。
Description
技术领域
本发明涉及硅晶圆切割工具及其制备方法，具体涉及一种用于切割硅晶圆的金刚石砂轮及其制备方法。
背景技术
晶圆(如硅片)切割隶属于高技术加工领域，市场巨大，对切割工具的要求为：厚度薄、强度好、精度高。超硬材料领域的专家早就把晶圆切割砂轮作为超硬材料工具发展的主要发展方向之一。但传统的平型式切割砂轮存在着致命的缺点：在砂轮达到一定的薄度(如0.015mm)和精度(厚度公差±0.002mm)时，砂轮保证不了高效切割所要求的强度和刚度，从而在切割时产生摆动、崩口、甚至断裂，严重影响了切割质量和切割效率。
发明内容
本发明目的是提供一种制备用于切割硅晶圆的金刚石砂轮的方法。
为达到上述目的，本发明具体技术方案是，一种制备用于切割硅晶圆的金刚石砂轮的方法，包括以下步骤：
(1)铝合金基体预处理：
按照需要的尺寸和精度对铝合金基体进行加工，然后进行预处理；所述处理过程与传统电镀工艺中基体的处理方法相同，依次包括：除油、碱蚀、酸蚀、浸锌和预镀步骤；
铝合金基体的型号为7050。
(2)电铸液的配置：
按照硫酸镍、硫酸钴、去离子水、金刚石磨料、悬浮剂的重量比为38～43∶15～20∶43～57∶50～180∶4～8配置电铸液充分搅拌均匀，获得电铸液；
所述电铸液的技术条件为：
温度：50～53℃；pH值：4.0～4.5；此两参数在整个电铸过程中应保持稳定。温度由自动温控装置保证；pH值由重量百分数10％硫酸和重量百分数10％氢氧化钠调整。
(3)将步骤(1)所得铝合金基体进行绝缘处理，放入上述电铸液中，以铝合金基体为阴极，以重量百分数为99.5％以上的镍板为阳极，在超声场中进行电铸，电铸液中的金刚石磨料和金属在基体上均匀共析，得到具有复合电铸层的砂轮坯体；
(4)将电铸完成的砂轮坯体取出，按照所需的基体和刃口的精度要求，分别在数控磨床和数控车床上进行精确加工。
上述技术方案中，步骤(2)中，金刚石磨料的粒度为320#～4800#，在使用前需进行预处理，所述预处理过程包括以下步骤：
①将选用的金刚石微粉用体积百分数50％硝酸80℃处理2小时，用以去磁去污；
②用去离子水清洗3遍，用以去酸；
③用体积百分数4％悬浮剂水溶液浸泡24小时，用以纯化净化颗粒均匀；
④用去离子水清洗3遍，用以保洁。
上述技术方案中，所述悬浮剂为：壬基酚聚氧乙烯基醚(OP-10)。
上述技术方案中，步骤(3)中，电铸工艺条件为：电流密度：1～2A/dm2；pH值：4.0～4.5；温度：50～53℃；金刚石密度：重量百分数10～18％；通过控制电镀时间可以控制复合电铸层的厚度。
上述技术方案中，电镀时间和复合电铸层厚度的关系如下表所示：
| 砂轮厚度(μm) | 15-20 | 30-40 | 50-60 | 70-80 | 90-100 | 110-120 | 130-140 |
| 电铸时间(min) | 90-100 | 200-210 | 300-310 | 400-410 | 500-510 | 600-610 | 700-710 |
上述技术方案中，超声波场的功率为150W/dm3，超声波频率、功率及电铸液中金刚石磨料密度应根据所需要的砂轮的金刚石浓度进行调整，调整的方法如下表所示：
| 砂轮金刚石浓度 | 铸液金刚石密度 | 超声波工作频率 | 超声波功率 |
| 低(50-70％) | 质量百分数10％ | 30KHZ | 80％ |
| 中(70-90％) | 质量百分数15％ | 25KHZ | 50％ |
| 高(90-110％) | 质量百分数18％ | 20KHZ | 30％ |
其中，所述的砂轮金刚石浓度的含义为行业内的定义，具体定义为：每1立方厘米中含有4.4克拉金刚石时，所述砂轮金刚石浓度为100％。
本发明同时要求保护使用上述方法制备得到的金刚石砂轮。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、使用金刚石电铸工艺技术可以将不同粒度的金刚石微粉(颗粒最细可达4800#，即1.5μm)沉积在经高精度加工后的轮盘型铝合金基体的边缘，使之在达到超薄(如0.015mm)超精(如±0.002mm)的同时，具有良好的强度和刚性，弥补了平型切割砂轮的缺点；与普通平型切割砂轮相比，轮盘型砂轮大大降低了产品的崩口和蛇形切割，减少了破损、断裂等现象的发生，从而提高了切割精度，缩短了加工时间，提高了生产效率。
2、本产品使用的金刚石磨料经过特殊处理及筛选，采用电铸技术，保证基体与磨料能够完美结合；并采用超声波悬浮技术，通过调整超声波震动频率，从而达到控制金刚石浓度的目的，以满足客户不同加工对象的需要。
附图说明
1、实施例一中金刚石砂轮的加工工艺流程图；
2、实施例一中金刚石砂轮的结构示意图；
3、实施例一中金刚石砂轮的俯视图；
其中，1、铝合金基体；2、金刚石切刃。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
(1)选择原材料及其技术条件：
硫酸镍：化学纯，六水硫酸镍含量99.5％以上；
硫酸钴：化学纯，七水硫酸钴含量99.5％以上；
金刚石微粉：粒度从320#至4800#，质量达到国家标准；
去离子水：pH值：6.5～7.5；电导率：5.0μs/cm以下；
铝合金基体：牌号7050；
悬浮剂：壬基酚聚氧乙烯基醚(OP-10)。
上述原材料都是本领域常用的组分材料，是本领域技术人员熟知的已知物质；
原料预处理：
金刚石微粉预处理：
①将选用的金刚石微粉用50％(体积百分比)硝酸80℃处理2小时，用以去磁去污；
②用去离子水清洗3遍，用以去酸；
③用4％(体积百分比)悬浮剂水溶液浸泡24小时，用以纯化净化颗粒均匀；
④用去离子水清洗3遍，用以保洁。
铝合金基体预处理：
将铝合金基体按图纸加工至需要的尺寸和精度，加工成轮盘型，并作严格的去污清洗(除油去污)。清洗方式与传统电镀工艺的清洗方式相同，顺序为：除油、碱蚀、酸蚀、浸锌、预镀。
(2)配置电铸液及其控制：
按照硫酸镍、硫酸钴、去离子水、金刚石磨料、悬浮剂等五种原料的重量比为38～43∶15～20∶43～57∶50～180∶4～8配置后，充分搅拌均匀，获得电铸液；
电铸液技术条件如下表所示：
| 温度 | PH值 |
| 50-53℃ | 4.0-4.5 |
(3)电铸加工过程
①将各种电铸液原材料按比例精确称重，分别加入PP材料制作的电镀槽内，给予充分搅拌，测温度、比重、PH值合格后，电铸液配制完成并做好记录。
②将已精确加工好的铝合金基体按工艺要求进行绝缘处理后轻轻置入电铸槽内，按工艺规程通电电铸，所述电铸过程在超声场中进行，电铸液中的金刚石磨料和金属在基体上均匀共析，得到具有复合电铸层的砂轮坯体。电铸时间视产品种类按工艺规定执行。
电铸工艺规范：
| 砂轮厚度(μm) | 15-20 | 30-40 | 50-60 | 70-80 | 90-100 | 110-120 | 130-140 |
| 电铸时间(min) | 90-100 | 200-210 | 300-310 | 400-410 | 500-510 | 600-610 | 700-710 |
电铸工艺进行期间，应密切监控超声波频率与功率(150W/dm3)，以确保其运行的正常和稳定，超声波频率与功率应根据电铸液中金刚石磨料浓度调整，调整的方法如下表所示：
砂轮浓度控制规范：
| 砂轮金刚石浓度 | 铸液金刚石密度 | 超声波工作频率 | 超声波功率 |
| 低(50-70％) | 10％(重量％) | 30KHZ | 80％ |
| 中(70-90％) | 15％(重量％) | 25KHZ | 50％ |
| 高(90-110) | 18％(重量％) | 20KHZ | 30％ |
(4)将电铸完成的砂轮坯体取出，分别在数控磨床和数控车床上进行精确加工，以达到基体和刃口的精度要求。
(5)使用上述轮盘型金刚石砂轮进行切割试验，检测合格的入库备用。
实施例二：
利用实施例一的方法制备得超薄，0.015mm，超精，±0.002mm，轮盘型金刚石砂轮。
取普通超薄，0.015mm，超精，±0.002mm，平型切割砂轮。
使用上述两种砂轮分别对硅晶圆进行切割，实施例一所得轮盘型砂轮大大降低了产品的崩口和蛇形切割，减少了破损、断裂等现象的发生，从而提高了切割精度，缩短了加工时间，提高了生产效率约15％。
Claims (4)
1.一种制备用于切割硅晶圆的金刚石砂轮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)铝合金基体预处理：
按照需要的尺寸和精度对铝合金基体进行加工，然后进行预处理；所述对铝合金基体进行加工后进行的预处理与传统电镀工艺中基体的处理方法相同，依次包括：除油、碱蚀、酸蚀、浸锌和预镀步骤；
(2)电铸液的配置：
按照硫酸镍、硫酸钴、去离子水、金刚石磨料、悬浮剂的重量比为38～43∶15～20∶43～57∶50～180∶4～8配置电铸液；充分搅拌均匀，获得电铸液；
金刚石磨料的粒度为320#～4800#，在使用前需进行预处理，所述金刚石磨料的预处理过程包括以下步骤：
①将选用的金刚石微粉用体积百分数为50％的硝酸在80℃下处理2小时，用以去磁去污；
②用去离子水清洗3遍，用以去酸；
③用体积百分数4％的悬浮剂水溶液浸泡24小时，用以纯化净化使颗粒均匀；
④用去离子水清洗3遍，用以保洁；
(3)将步骤(1)所得铝合金基体进行绝缘处理，放入上述电铸液中，以铝合金基体为阴极，以重量百分数为99.5％以上的镍板为阳极，在超声场中进行电铸，电铸液中的金刚石磨料和金属在基体上均匀共析，得到具有复合电铸层的砂轮坯体；
电铸工艺条件为：
电流密度：1～2A/dm2；电铸液pH值：4.0～4.5；电铸液温度：50～53℃；通过控制电镀时间可以控制复合电铸层的厚度；
(4)将电铸完成的砂轮坯体取出，按照所需的基体和刃口的精度要求，分别在数控磨床和数控车床上进行精确加工。
2.根据权利要求1所述的制备用于切割硅晶圆的金刚石砂轮的方法，其特征在于，所述悬浮剂为：壬基酚聚氧乙烯基醚。
3.根据权利要求1所述的制备用于切割硅晶圆的金刚石砂轮的方法，其特征在于，电镀时间和复合电铸层厚度的关系如下表所示：
4.如权利要求1、2或3所述的制备用于切割硅晶圆的金刚石砂轮的方法制备得到的金刚石砂轮。
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