CN102172995A - 金属复合线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属复合线及其制备方法，金属复合线包括：芯体，所述芯体由碳钢构成且直径为0.1～0.4mm；保护层，所述保护层覆盖于所述芯体的表面且厚度为0.001～0.01mm，所述保护层由软质铜构成；以及龟裂层，所述龟裂层覆盖于所述保护层的表面且厚度为0.001～0.02mm，所述龟裂层由锌或锌合金构成，其中所述金属复合线的表面形成有龟甲状裂纹以及用于粘附切割砂浆的凹槽。利用本发明实施例的金属复合线，由于在钢线外覆盖有由软质铜构成的保护层，因此耐腐蚀；而金属复合线的表面所形成的龟裂以及凹槽一方面可以提高拔丝成品率，另一方面可以显著提高钢线携带切削液的能力，从而有利于提高切割效率，改善晶片几何参数。

Description

金属复合线及其制备方法

技术领域

本发明涉及晶片的加工领域，尤其是涉及用于切割晶片的金属复合线及其制备方法。

背景技术

在制造各种半导体器件时，通过切片加工将包含单晶、多晶或非晶的硅、水晶等原料锭切割加工为预定厚度尺寸的薄板或晶片。

随着电子工业的飞速发展，晶片的应用越来越广泛，晶片加工技术也越来越受到重视，其中晶片切割是制约后续工序中成品率高低的重要工序。

传统的硅单晶线切割工艺中采用钢线进行切割。钢线一般是碳钢材质，碳含量大约0.8-1％，其耐蚀性差。由于铜具有良好的耐腐蚀性能，提出了在钢线表面包覆一层软质纯铜的复合线材结构。在钢线的制备过程中，首先将钢线粗拉到一定尺寸，然后电镀一层铜，再细拉到目标直径即制得具有铜覆盖层的钢线。软质的铜覆盖层在拔丝过程中可以起到保护钢线不被加工模具刮伤的作用，尤其到直径非常细的钢丝，比如直径0.1-0.4mm，软质铜覆盖层可以有效保护钢丝，提高成品率。

然而，由于铜的延展性高，在拔丝过程中铜沿着钢线表面延展并形成光滑的表面，一方面导致在拔丝加工过程中润滑液难以进入模具与钢线的加工界面，造成拔丝困难，另一方面在切割加工时光滑钢线表面难以与切割液相配合，切削液不易粘附在钢线表面，即切削液不易被钢线带到切削界面，造成切割效率低等问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种耐腐蚀、切割效率高的金属复合线。

本发明的另一个目的在于提出一种金属复合线的制备方法。

根据本发明第一方面的实施例的金属复合线，包括：芯体，所述芯体由碳钢构成且直径为0.1～0.4mm；保护层，所述保护层覆盖于所述芯体的表面且厚度为0.001～0.01mm，所述保护层由软质铜构成；以及龟裂层，所述龟裂层覆盖于所述保护层的表面且厚度为0.001～0.02mm，所述龟裂层由锌或锌合金构成，其中所述金属复合线的表面形成有龟甲状裂纹以及用于粘附切割砂浆的凹槽。

利用本发明上述实施例的金属复合线，由于在钢线外覆盖有由软质铜构成的保护层，因此耐腐蚀；而金属复合线的表面所形成的龟裂以及凹槽一方面可以在拔丝加工过程中促进润滑液进入模具与钢线的加工界面，提高拔丝成品率，另一方面在切割过程中通过金属复合线 的表面所形成的龟裂以及凹槽与切割液配合，可以显著提高钢线携带切削液的能力，从而有利于提高切割效率，改善晶片几何参数。尤其是对直径只有0.1～0.4mm的微细钢线来说，这种特征带来的益处是非常明显的，可以显著提高钢线成品率和切割质量。

另外，根据本发明上述实施例的金属复合线，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述锌合金中含有Cu、Sn、Pb、Sb、Al、Mg、Ti、Fe中的一种或多种。

优选为锌铜合金。其中，在锌中加入铜可以提高强度、硬度和冲击韧性，但降低塑性和延展性。当加入量超过60wt％时变成Cu-Zn完全互溶的相，其塑性和延展性又开始增强。锌铜合金中的铜的含量优选为1～60wt％。

根据本发明的一个实施例，所述凹槽在所述金属复合线的表面螺旋延伸。在此情况下，在切割晶片的过程中通过所述凹槽粘附并携带切割砂浆的能力更强，从而可以进一步提高切割效率与切割品质。

关于所述凹槽的深度和宽度没有特殊的限制，只要所述凹槽的深度不深及芯体表面即可。例如，可以根据所使用的切割砂浆的粘度、颗粒尺寸等具体情况适当调节。

关于所述凹槽的形状没有特殊的限制，只要适于粘附切割砂浆即可。例如，所述凹槽可以是U形槽、梯形槽等。

根据本发明第二方面的实施例的制备金属复合线的方法，包括以下步骤：1)1)提供芯线，所述芯线由碳钢构成；2)在所述芯线表面形成软质铜层；3)在所述软质铜层表面形成由锌或锌合金构成的表面层，所述表面层的厚度不小于所述软质铜层的厚度，得到金属线材；4)牵引所述金属线材通过拔丝加工模的通孔以进行拔丝加工，所述通孔内设有向内侧突出的加工刃，得到表面形成有龟甲状裂纹以及用于粘附切割砂浆的凹槽的金属复合线，其中由所述芯线经拔丝加工后形成的芯体的直径为0.1～0.4mm，由所述软质铜层经拔丝加工后形成的保护层的厚度为0.001～0.01mm，由所述表面层经拔丝加工后形成的龟裂层的厚度为0.001～0.02mm。

纯锌的延展性较差，其延展性比纯铜差很多，且超过200摄氏度后易变脆。此外，在纯锌加入少量合金元素如Cu、Sn、Pb、Sb、Al、Mg、Ti、Fe等之后，其塑性和延展性显著下降。常见的锌合金中，锌铜合金的延展性远小于纯铜。因此在进行拔丝加工时，表面层的塑性变形量大，锌或锌合金层在应力作用下产生龟裂，而内部软质铜层具有极好的延展性，可以阻止裂纹向钢线内部延伸，从而有效地保护钢线的拉伸强度不受表面的龟裂层的破坏。

为了提高软质铜层与芯线之间的结合力，可以在步骤1)中进行去除芯体表面的钝化层的处理。

所述软质铜层的形成方法不受特殊限制。

在本发明的一些实施例中，通过热浸镀铜形成所述软质铜层，具体地，在惰性气氛下进行，使用的热浸熔体为1100-1250摄氏度的紫铜熔体。

在本发明的另一些实施例中，通过电镀铜形成所述软质铜层。具体地，以芯线为阴极，以酸化硫酸铜溶液或酸化焦磷酸铜溶液为电解质溶液，以纯铜板为阳极。在电镀成型工艺中， 通过控制电解质浓度、加在阴极和阳极上的电压、线材牵引速度、电镀时间等可以控制所形成的保护层的厚度。所谓酸化硫酸铜溶液或酸化焦磷酸铜溶液是指对硫酸铜溶液或焦磷酸铜溶液的pH进行调整，使其pH值处于酸性范围。

所述表面层的成型方法不受特殊限制。

在本发明的一些实施例中，所述形成表面层通过电镀锌或锌合金来实现。

在本发明的另一些实施例中，所述形成表面层通过热浸镀锌或锌合金来实现。其中，所述锌合金中可以含有Cu、Sn、Pb、Sb、Al、Mg、Ti、Fe中的一种或多种。优选地，所述锌合金为锌铜合金，其中所述锌铜合金中的铜含量为1～60wt％。在本发明的一些具体示例中，在惰性气氛下使镀覆有软质铜层的钢线通过430-1000摄氏度的锌或锌铜合金熔体。由于锌的熔点为约420摄氏度，含有60wt％铜的锌铜合金的熔点大约为900摄氏度，而纯铜的熔点为约1050摄氏度，因此在430-1000摄氏度条件下进行热浸镀锌或镀锌铜合金不会对软质铜层造成显著的影响。在热浸工艺中，通过控制线材的牵引速度、线材在熔体中的移动距离等可以控制所生成的表面层的厚度。

在本发明的一些实施例中，在步骤4)中，在牵引所述金属线材通过所述加工模的通孔的同时使所述加工模相对于所述金属线材旋转以使所述凹槽在所述龟裂层表面螺旋延伸。例如，可以使所述加工模旋转，或者在牵引所述金属线材的同时在其周向上施加一个力矩使其旋转。

在本发明的另一些实施例中，在牵引所述金属线材通过所述加工模的通孔后进行捻丝加工以使所述凹槽在所述龟裂层表面螺旋延伸。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的金属复合线的制备方法的流程示意图；

图2a是根据本发明一个实施例的金属复合线的截面示意图；以及

图2b是根据本发明一个实施例的金属复合线的主视示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

金属复合线的制备方法

下面结合图1描述制备本发明实施例的金属复合线的制备方法。

A)提供芯线。

作为芯线的材料可以选用高碳钢材料形成，例如77号钢、82号钢、92号钢等。其中，芯线的直径为0.7mm。

在本发明的一个具体示例中，对作为芯线的碳钢线进行表面除钝化层处理，由此，可以提高芯线和软质铜层的结合强度。

B)在芯线表面形成软质铜层。

在本发明的一个具体示例中，通过电镀铜在芯线1的表面形成软质铜层2。具体地，以芯线1为阴极，以酸化硫酸铜或酸化焦磷酸铜为电解质溶液(硫酸铜浓度300g/l，硼酸：40g/l，pH：2.5，液温50摄氏度，电流密度20A/dm²)，以纯铜板为牺牲阳极，钢线的牵引速度为2m/min，形成厚度为0.025mm的软质铜层2。

C)在所述软质铜层表面形成由锌或锌合金构成的表面层，且所述表面层的厚度不小于所述软质铜层的厚度。

继而，在惰性气氛下使镀覆有软质铜层2的钢线经放线机、校直机、酸洗表面并烘干处理后穿过工作炉(工作炉中设置有800摄氏度的锌铜(铜含量10wt％)合金熔体)，使软质铜层2周围均匀镀覆上由锌铜合金构成的表面层3，通过调节线材的牵引速度，控制表面层3的厚度为0.05mm。此后经过冷却收线。

在本发明的另一个具体示例中，工作炉中设置有600摄氏度的锌熔体，以在软质铜层2周围均匀镀覆上由锌构成的表面层3。

D)对形成有软质铜层和表面层的芯线进行拔丝加工。

最后，牵引所述金属线材通过拔丝加工模的通孔进行拔丝加工，所述通孔内设有向内侧突出的加工刃，得到表面形成有龟甲状裂纹以及用于粘附切割砂浆的凹槽的金属复合线。

在本发明的一些实施例中，在牵引所述金属线材通过所述加工模的通孔的同时使所述加工模相对于所述金属线材旋转以使所述凹槽在所述龟裂层表面螺旋延伸。例如，可以使所述加工模旋转，或者在牵引所述金属线材的同时在其周向上施加一个力矩使其旋转。

在本发明的另一些实施例中，在牵引所述金属线材通过所述加工模的通孔后进行捻丝加工以使所述凹槽在所述龟裂层表面螺旋延伸。

下面参考图2a～图2b描述根据本发明实施例的金属复合线的制备方法制备所得的金属复合线。

如图2a和图2b所示，根据本发明上述实施例所得的金属复合线包括芯体10、保护层20和龟裂层30。

其中，由芯线经拔丝加工后形成的芯体10的直径为0.22mm。

由软质铜层经拔丝加工后形成的保护层20的厚度为0.005mm。

由表面层经拔丝加工后形成的龟裂层30的厚度为0.01mm。

其中，在所述金属复合线的表面形成有龟甲状裂纹31以及用于粘附切割砂浆的凹槽32。图2a中示出了凹槽32为梯形凹槽的情况，但凹槽的形状并不限于此，例如，可以为U形凹槽、异形凹槽等。需要说明的是，图2a只是示意性地给出了金属复合线的截面，由于凹槽32是在拔丝加工中伴随着金属线材的移动通过加工刃对金属线材表面进行挤压而形成的，因 此凹槽32的整个内表面均覆盖有龟裂层。

在拔丝过程中，由于铜具有良好的延展性，因此随着拔丝的进行作为保护层的铜均匀地延伸并覆盖于芯体(即钢线)表面，由此防止作为芯体的钢线在潮湿的环境下发生腐蚀，同时也阻止表面裂纹在拔丝过程中传入到芯体内部。

而由于锌或锌铜合金的延展性远小于铜，因此在进行拔丝加工时，在应力作用下表面层产生龟裂31形成龟裂层，一方面可以在拔丝加工过程中促进润滑液进入模具与钢线的加工界面，加强润滑，提高拔丝精度和拔丝成品率，另一方面，在切割过程中龟裂31和凹槽32与切割液可以良好地配合(具体地，包括在该龟裂中含浸切割液、磨粒等)，从而可以显著地提高切割效率和切削晶片的质量。

此外，由于在牵引所述金属线材通过所述加工模的通孔的同时使所述加工模旋转，从而由所述加工刃加工形成的凹槽32在龟裂层表面螺旋延伸。

关于凹槽32的深度和宽度可以根据所使用的切割砂浆的粘度、颗粒尺寸等具体情况通过调节加工模的通孔内的加工刃的宽度和高度进行适当调节。例如，针对使用含有平均粒径为10μm的磨粒的切割砂浆，可以通过调节加工刃的宽度，使得凹槽32的深度大致为3μm～7μm，宽度约为5-30μm。具有该尺寸范围的凹槽32的金属复合线，在切割加工过程中不仅可以通过浸润而粘附切割砂浆，切割砂浆中的磨粒也可以嵌含于该凹槽，因此能进一步地提高切割效率和切割品质。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种金属复合线，其特征在于，包括：

芯体，所述芯体由碳钢构成且直径为0.1～0.4mm；

保护层，所述保护层覆盖于所述芯体的表面且厚度为0.001～0.01mm，所述保护层由软质铜构成；以及

龟裂层，所述龟裂层覆盖于所述保护层的表面且厚度为0.001～0.02mm，所述龟裂层由锌或锌合金构成，

其中所述金属复合线的表面形成有龟甲状裂纹以及用于粘附切割砂浆的凹槽。

2.根据权利要求1所述的金属复合线，其特征在于，所述锌合金中含有Cu、Sn、Pb、Sb、Al、Mg、Ti、Fe中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的金属复合线，其特征在于，所述锌合金为锌铜合金，其中所述锌铜合金中的铜含量为1～60wt％。

4.根据权利要求1所述的金属复合线，其特征在于，所述凹槽在所述金属复合线的表面螺旋延伸。

5.一种金属复合线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)提供芯线，所述芯线由碳钢构成；

2)在所述芯线表面形成软质铜层；

3)在所述软质铜层表面形成由锌或锌合金构成的表面层，得到金属线材；

4)牵引所述金属线材通过拔丝加工模的通孔进行拔丝加工，所述通孔内设有向内侧突出的加工刃，得到表面形成有龟甲状裂纹以及用于粘附切割砂浆的凹槽的金属复合线，

其中由所述芯线经拔丝加工后形成的芯体的直径为0.1～0.4mm，

由所述软质铜层经拔丝加工后形成的保护层的厚度为0.001～0.01mm，

由所述表面层经拔丝加工后形成的龟裂层的厚度为0.001～0.02mm。

6.根据权利要求5所述的金属复合线的制备方法，其特征在于，

在步骤1)中，包括去除芯体表面的钝化层。

7.根据权利要求5所述的金属复合线的制备方法，其特征在于，

在步骤2)中，所述形成软质铜层通过电镀铜或热浸镀铜方式实现。

8.根据权利要求7所述的金属复合线的制备方法，其特征在于，所述热浸镀铜在惰性气氛下进行，使用的热浸熔体为1100-1250℃的紫铜熔体。

9.根据权利要求5所述的金属复合线的制备方法，其特征在于，在步骤3)中，所述形成表面层通过电镀锌或锌合金、或者通过热浸镀锌或锌合金来实现。

10.根据权利要求9所述的金属复合线的制备方法，其特征在于，所述锌合金中含有Cu、Sn、Pb、Sb、Al、Mg、Ti、Fe中的一种或多种。

11.根据权利要求9所述的金属复合线的制备方法，其特征在于，所述热浸镀锌或锌合金在惰性气氛下进行，使用的熔体为430-1000摄氏度的锌或锌铜合金熔体。

12.根据权利要求5所述的金属复合线的制备方法，其特征在于，在步骤4)中，在牵引所述金属线材通过所述加工模的通孔的同时使所述加工模相对于所述金属线材旋转以使所述凹槽在所述龟裂层表面螺旋延伸。

13.根据权利要求5所述的金属复合线的制备方法，其特征在于，在步骤4)中，在牵引所述金属线材通过所述加工模的通孔后进行捻丝加工以使所述凹槽在所述龟裂层表面螺旋延伸。

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