CN108130583B - 一种超薄划片刀的电镀液组合物、其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超薄划片刀的电镀液组合物、其制备方法和应用。本发明的超薄划片刀的电镀液组合物的原料包含下列组分：硫酸镍、氯化镍、硼酸、1,8‑萘磺酸内酯、1,4‑双(3‑氨基苯)丁二炔、表面γ‑氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米金刚石、十二烷基磺酸钠和去离子水。本发明的超薄划片刀的电镀液组合物在制备性能良好的超薄金刚石镍基划片刀，效果显著。

Description

一种超薄划片刀的电镀液组合物、其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种超薄划片刀的电镀液组合物、其制备方法和应用。

背景技术

由于金刚石所具有的特性(硬度高、抗压强度高、耐磨性好)而使其在切割加工中成为切割硬脆材料及硬质合金的理想工具，不但效率高、精度高，而且粗糙度好、磨具消耗少、使用寿命长，同时还可改善劳动条件，因此广泛用于普通切割片难于加工的坚硬材料。在半导体芯片加工划片工序中，需将大晶片(如12英寸硅晶圆)分割成具有独立单元集成电路的小芯片，另外随着集成度越来越高，高集成度晶片的分割必须使用更薄的金刚石划片刀，才能达到高准确度、低成本以及微加工余量的要求。现有的金刚石划片刀存在刀片厚度、强度和精度难以兼顾，容易磨损、崩边、断刀、偏摆、蛇形切割、排屑性差、寿命短，难以实现高速连续切割等问题开发一种高质量高效率的超薄划片刀，迫在眉睫。

专利CN101633158B中电铸制备的超薄金刚石砂轮虽然强调了其在降低崩口和蛇形切割等方面的效果，但其并没有记载具体实验效果数据，因此难以确定其具体效果究竟如何，且其制备方法要在超声条件下进行，工序复杂，条件苛刻，不利于工业化生产。

专利CN103590091B中的电铸制备的多层超薄金刚石刀片采用分阶段调整电流及阴极基板在电镀槽中的位置，以此来获得具有多层结构的金刚石刀片，但其所得刀片厚度在29-100微米，且并没有记载具体实验效果数据，因此难以确定其具体效果究竟如何，且其制备方法要不断调整阴极基板在电镀槽中的位置，可操作性和可重复性较差，不利于工业化批量生产。

专利CN106521567A中电铸制备的超薄金刚石刀片采用造孔剂使刀片具有多孔结构，其刀片使用寿命可达1200米，但其所采用的造孔剂在电镀液中溶解性较差，且其实施例中并未明确造孔剂究竟是那种材料，因此无从得知其是如何实现刀片使用寿命可达1200米的效果。

专利CN106521609A中电铸制备的超薄金刚石刀片采用1-8微米金刚石和10-50微米金刚石两种粗细不同的金刚石磨粒，但其金刚石颗粒较大，难以保证刀片的超薄效果，且其实施例中并未记载刀片厚度，难以获悉其刀片超薄效果究竟如何。

因此，亟需开发一种电镀液，以实现制备质优的超薄金刚石划片刀。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服金刚石划片刀存在刀片厚度、强度和精度难以兼顾，容易磨损、崩边、断刀、偏摆、寿命短，难以实现高速连续切割等问题，而提供的一种超薄划片刀的电镀液组合物、其制备方法和应用。该电镀液应用于制备超薄金刚石镍基划片刀中，可实现划片刀刀片薄，耐磨损，切割崩边小，偏摆率小，切割寿命长，切割速度快，切割大晶片产品合格率高的效果。

本发明是通过以下技术方案来解决上述技术问题的。

本发明提供了一种超薄划片刀的电镀液组合物，所述电镀液包括下列组分：硫酸镍、氯化镍、硼酸、1,8-萘磺酸内酯、1,4-双(3-氨基苯)丁二炔、表面γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米金刚石、十二烷基磺酸钠和去离子水；

其中，所述的表面γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米金刚石由下述制备方法制得，所述的制备方法包括下列步骤：溶剂中，将纳米金刚石粒子和γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合，进行反应，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量为溶剂和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的混合物质量的95.0％以上，但不为100％。

本发明中，每升所述电镀液中所述的硫酸镍的质量为本领域常规用量，较佳地为200-300g，更佳地为250g。

本发明中，每升所述电镀液中所述的氯化镍的质量为本领域常规用量，较佳地为20-30g，更佳地为25g。

本发明中，每升所述电镀液中所述的硼酸的质量为本领域常规用量，较佳地为25-35g，更佳地为30g。

本发明中，每升所述电镀液中所述的1,8-萘磺酸内酯的质量较佳地为0.2-0.3g，更佳地为0.25g。

本发明中，每升所述电镀液中所述的1,4-双(3-氨基苯)丁二炔的质量较佳地为0.2-0.3g，更佳地为0.25g。

本发明中，每升所述电镀液中所述的表面γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米金刚石的质量较佳地为0.4-0.7g，更佳地为0.55g。

本发明中，每升所述电镀液中所述的十二烷基磺酸钠的质量为本领域常规用量，较佳地为0.005-0.01g，更佳地为0.007g。

所述的表面γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米金刚石的制备方法中，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷质量百分比含量较佳地为95.0％-99.0％。所述的溶剂可为表面γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米金刚石的制备方法中常规的溶剂，优选芳烃类溶剂，例如甲苯。所述的溶剂与所述的纳米金刚石的体积质量比为50-60mL/g。所述的反应的进程以反应时间为准，所述的反应的时间优选24-48小时，更优选24-36小时。所述的反应温度优选室温，更优选25℃，所述的室温为10-30℃。

所述的表面γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米金刚石的制备方法中，所述的反应结束后，较佳地还可进一步包括分离、洗涤和干燥的操作。所述分离较佳地为离心分离。所述洗涤较佳地为依次用甲苯和去离子水洗涤。所述的干燥优选真空干燥。所述的真空干燥的时间较佳地为24-36小时。所述的真空干燥的温度较佳地为40-50℃。

所述的表面γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米金刚石的制备方法优选包括下列步骤：将γ-氨丙基三乙氧基硅烷和溶剂的混合液与纳米金刚石混合，进行所述的反应。所述的混合的操作优选超声分散的方式混合。

本发明还提供了了一种所述的超薄划片刀的电镀液组合物的制备方法，其包括如下步骤：将前述各组分混合均匀即可。较佳地，所述混合均匀采用搅拌的方法。

本发明还提供了一种所述的超薄划片刀的电镀液组合物在制备超薄金刚石镍基划片刀中的应用。

所述的应用较佳地包括下列步骤：

1)将奥氏不锈钢基体底部屏蔽，上端浸入前述的电镀液内进行电镀；

2)将电铸完成的奥氏不锈钢基体取出后，脱模，机加工磨外圆及车刀刃，出刃液浸泡后水洗、抛光，即可。

步骤(1)中所述的电镀的时间优选3-5小时；所述的电镀的温度优选为40-50℃；所述的电镀的电流密度优选为1-2A/dm2。

所述的奥氏不锈钢基体在使用前优选采用表面磨光处理。所述的奥氏不锈钢基体的长宽为本领域常规基体的长宽，较佳地为100*100mm-150*150mm，例如125*125mm；所述的奥氏不锈钢基体的厚度为本领域常规基体的厚度，较佳地为1-1.5mm，例如1.25mm；所述的奥氏不锈钢基体的平面度为本领域常规基体的平面度，较佳地为0.5-1μm，例如0.75μm；所述的奥氏不锈钢基体的表面粗糙度为本领域常规基体的表面粗糙度，较佳地为0.5μm-0.7μm，例如0.6μm。

所述的底部屏蔽的方法即为将底部做绝缘处理，可为本领域常规方法。

所述的上端浸入是将奥氏不锈钢基体浸没在所述的电镀液中，可为本领域常规浸入方式。

在不违背本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

1、本发明的超薄划片刀的电镀液组合物适用于制备超薄金刚石镍基划片刀，可实现刀刃厚度在20-30μm，切割速度165mm/s，切割崩边5以下，偏摆率在2-5％，切割寿命在6000米以上，切割大晶片合格率高的效果，例如切割12英寸硅晶圆合格率达到了98％以上。

2、本发明的超薄划片刀的电镀液组合物具有广阔的市场应用前景，可以提高我国工具行业的制造水平，并对我国半导体芯片领域的发展起到积极的推动作用。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

1、表面改性纳米金刚石的制备

室温下按表1中的A1的参数将0.1g纳米金刚石粒子(粒径80-100nm)超声分散在5mL质量百分比浓度为99.0％的硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液中，搅拌反应24小时，离心分离出纳米金刚石粒子，依次用甲苯，去离子水洗涤，在恒温50℃真空干燥24小时，得到所需的表面具有γ-氨丙基三乙氧基硅烷的纳米金刚石粒子。

表1表面改性的纳米金刚石的编号及制备参数

2、电铸制备超薄金刚石划片刀

1)按照表2中的配方配制电镀液，将电镀液各组分搅拌混合均匀；2)将奥氏不锈钢基体底部屏蔽，上端浸入步骤1)得到的电镀液内进行电镀；其中，电镀时间为3小时；电镀温度为40℃；电镀电流密度为1A/dm2；

3)将电铸完成的奥氏不锈钢基体取出后，脱模，按照表3中划片刀刀片参数，机加工磨外圆及车刀刃、刃液浸泡后水洗、抛光。

表2电镀液组分参数及电镀基体参数

3、效果数据

表3划片刀刀片参数及划片刀使用效果

由表3中的划片刀使用效果可知，实施例2、5、8的效果最优，对比例1-13中的划片刀均存在各种缺陷。本发明的超薄划片刀的电镀液组合物在制备性能良好的超薄金刚石镍基划片刀，效果显著。

发明人将实施例1-9中电铸步骤中的电镀时间在3-5小时内变化；并且电镀液温度为40-50℃范围内；电镀电流密度为1-2A/dm2范围内，发现并不影响划片刀使用效果。发明人还发现，表2中奥氏体不锈钢基体的长宽、厚度、平面度和表面粗糙度对电镀效果影响不明显。

Claims (13)

1.一种超薄划片刀的电镀液组合物，其特征在于，其由下述原料制得，所述的原料包含下列组分：硫酸镍、氯化镍、硼酸、1,8-萘磺酸内酯、1,4-双(3-氨基苯)丁二炔、表面γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米金刚石、十二烷基磺酸钠和去离子水；

其中，所述的表面γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米金刚石由下述制备方法制得，所述的制备方法包括下列步骤：溶剂中，将纳米金刚石粒子和γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合，进行反应，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量为溶剂和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的混合物质量的95.0％以上，但不为100％。

2.如权利要求1所述的超薄划片刀的电镀液组合物，其特征在于，每升所述电镀液中所述的硫酸镍的质量为200-300g；

和/或，每升所述电镀液中所述的氯化镍的质量为20-30g；

和/或，每升所述电镀液中所述的硼酸的质量为25-35g；

和/或，每升所述电镀液中所述的1,8-萘磺酸内酯的质量为0.2-0.3g；

和/或，每升所述电镀液中所述的1,4-双(3-氨基苯)丁二炔的质量为0.2-0.3g；

和/或，每升所述电镀液中所述的表面γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米金刚石的质量为0.4-0.7g；

和/或，每升所述电镀液中所述的十二烷基磺酸钠的质量为0.005-0.01g。

3.如权利要求1所述的超薄划片刀的电镀液组合物，其特征在于，每升所述电镀液中所述的硫酸镍的质量为250g；

和/或，每升所述电镀液中所述的氯化镍的质量为25g；

和/或，每升所述电镀液中所述的硼酸的质量为30g；

和/或，每升所述电镀液中所述的1,8-萘磺酸内酯的质量为0.25g；

和/或，每升所述电镀液中所述的1,4-双(3-氨基苯)丁二炔的质量为0.25g；

和/或，每升所述电镀液中所述的表面γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米金刚石的质量为0.55g；

和/或，每升所述电镀液中所述的十二烷基磺酸钠的质量为0.007g。

4.如权利要求1所述的超薄划片刀的电镀液组合物，其特征在于，所述的表面γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米金刚石由下述方法制得，所述的方法包括以下步骤：将γ-氨丙基三乙氧基硅烷和溶剂的混合液与纳米金刚石混合，进行所述的反应，即可；所述的混合的操作为超声分散的方式混合；

和/或，所述的γ-氨丙基三乙氧基硅烷质量百分比含量为95.0％-99.0％；

和/或，所述的溶剂为芳烃类溶剂；

和/或，所述的溶剂与所述的纳米金刚石的体积质量比为50-60mL/g；

和/或，所述的反应的时间为24-48小时；

和/或，所述的反应温度为室温，所述的室温为10-30℃。

5.如权利要求4所述的超薄划片刀的电镀液组合物，其特征在于，所述的芳烃类溶剂为甲苯。

6.如权利要求4所述的超薄划片刀的电镀液组合物，其特征在于，所述的反应的时间为24-36小时。

7.如权利要求4所述的超薄划片刀的电镀液组合物，其特征在于，所述的室温为25℃。

8.如权利要求1所述的超薄划片刀的电镀液组合物，其特征在于，所述的表面γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米金刚石的制备方法中，所述的反应结束后，还可进一步包括分离、洗涤和干燥的操作。

9.如权利要求8所述的超薄划片刀的电镀液组合物，其特征在于，所述的分离为离心分离；

和/或，所述的洗涤为依次用甲苯和去离子水洗涤；

和/或，所述的干燥为真空干燥；

和/或，所述的真空干燥的时间为24-36小时；

和/或，所述的真空干燥的温度为40-50℃。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的超薄划片刀的电镀液组合物的制备方法，其包括如下步骤：将如权利要求1-9任一项所述的原料混合均匀，即得超薄划片刀的电镀液组合物；

所述的混合为将所述的原料中的固体组分加入到液体组分中，搅拌均匀，即可。

11.一种如权利要求1-9任一项所述的超薄划片刀的电镀液组合物在制备超薄金刚石镍基划片刀中的应用。

12.如权利要求11所述的应用，其特征在于，所述的应用包括下列步骤：

(1)将奥氏不锈钢基体底部屏蔽，上端浸入所述的电镀液内进行电镀；

(2)将电铸完成的奥氏不锈钢基体取出后，脱模，机加工磨外圆及车刀刃，出刃液浸泡后水洗、抛光，即可。

13.如权利要求12所述的应用，其特征在于，所述步骤(1)中所述的电镀的时间为3-5小时；

和/或，所述的电镀的温度为40-50℃；

和/或，所述的电镀的电流密度为1-2A/dm²。