TW201311413A - 具有硬質薄膜之固定磨粒電鍍切割線 - Google Patents

Abstract

一種具有硬質薄膜之固定磨粒電鍍切割線，係以電鍍方式於切割線基材上固定鑲嵌有多數磨粒，而各磨粒係分別包含有磨粒粒子、及一鍍於磨粒粒子外側面之硬質薄膜，而該磨粒粒子平均粒徑為1~60μm，可選自Ti金屬或Ti合金粒子，該硬質薄膜材質為膜厚為1~40μm之鑽石薄膜，且該硬質薄膜鍍在磨粒粒子的面積為30~90%。藉此，不但可降低製作成本，且製作上較容易控制磨粒粒子之形狀與大小，同時可達到減少磨粒堆疊、增加製程速度以及提高磨粒與線基材的結合強度。

Description

具有硬質薄膜之固定磨粒電鍍切割線

本發明係有關於一種具有硬質薄膜之固定磨粒電鍍切割線，其磨粒使用金屬或合金粒子鍍上鑽石薄膜或氮化硼薄膜，以電鍍或無電鍍方式將磨粒鍍於切割基材上，作為切割線具。

近年來光電等產業興起，矽晶圓、藍寶石、瑪瑙等貴重硬脆材料需求日益增加，其中矽晶圓為積體電路(IC)發展所不可或缺之材料，其製作過程需經晶圓切割製程，切割晶圓常造成材料損耗，切割(wafer slicing)所需成本比重相當高，因此業者極需良好晶圓切割技術。

使用線鋸切割晶圓是其中一種方法，線鋸切割依使用磨料形式，可分游離磨料(free-abrasive)和固定磨粒(fix- abrasive)。游離磨粒線是以鋼線帶動磨漿對材料進行加工，但其切割效率低、切割精密度低及廢棄磨漿易造成環境污染；固定磨料線是透過結合劑或利用電鍍、無電電鍍法將耐磨磨粒固定於鋼線材表面，其切割效率，與切割精密度高，同時克服磨漿處理問題。因此，於工業上為提高加工效率，現今多採固定磨粒切割線。

固定磨粒切割線之一般採用超硬的磨粒粒子(高硬度CBN氮化硼或鑽石結構的磨粒粒子)，以電鍍或樹脂結合劑於線材工具上。利用合成樹脂結合將超硬磨粒固定於線材的方式比透過電鍍方式易磨損，磨粒更易脫落，針對此問題通過電鍍方式將磨粒固定於線材切割線具雖比合成樹脂結合方式具有耐磨損，但製程時間較長。近年來為了提高電鍍切割線製程速度，提出在超硬磨粒表面鍍上Ti、Ni、Cu等金屬覆蓋，但相對造成在電鍍過程產生磨粒粒子堆疊，不只導致多餘的磨粒容易脫落，造成磨粒的浪費外也縮短切割線具使用壽命，因此美國專利(U.S. Patent：Electrodeposited Wire Tool)電鍍切割線工具專利以控制鍍在超硬磨粒上金屬覆蓋厚度在0.1μm以下(最好為減至0.05μm)或控制覆蓋金屬質量小於磨粒粒子質量的10%(小於5%最佳)方式避免改質後磨粒粒子導電性太好，減少電鍍過程產生堆疊，進而提高電鍍速度達到1公尺/分鐘以上。但由於所製作線具之磨粒粒子為鑽石，在價格上昂貴且大小粒徑不均勻，加上鑽石粒子形狀無法控制，因此在切割線具上切割晶圓或藍寶石等切割損失(Kerf Loss)較大、較易出現V形凹痕。其他專利則有使用鑽石粒子與金屬一起熔融形成磨粒粒子，但在形狀上還是無法控制，成本也未降低，電鍍上還是容易產生堆疊現象。

鑽石膜從20世紀80年代初開始，一直受到世界各國的廣泛重視，並曾於20世紀80年代中葉至90年代末形成了一個全球範圍的研究熱潮。一般鑽石膜應用於光學與真空微電子器件、聲表面波器件(SAW)、抗輻射電子器件。鑽石薄膜專利大多著重於在製備鑽石膜與設備上，在使用工具只有在拋光研磨工具與鑽石膜銑刀、焊接工具、拉絲模芯、鑽石膜砂輪修整條、高精度鑽石膜軸承支架等工具上，如：德國CemeCon公司建立CCDia生產線，但一般使用鑽石當為固定磨粒，除了本身鑽石粒子價格昂貴外，需再進一步進行鑽石粒子表面改質，鍍上一層金屬層，可提高電鍍製程速度。而鑽石粒子本身形狀與大小不易控制，在使用上需進一步進行篩選，才能控制粒徑大小較為一致，不止浪費成本也無法控制均一性的形狀。

因此，本發明開發具有硬質薄膜之固定磨粒電鍍切割線，磨粒使用鍍有鑽石薄膜之金屬或合金粒子，使磨粒具有高耐磨鑽石結構又具有導電性金屬結構，再以電鍍方式將此磨粒鍍在所需的切割線基材上，當為切割線具。

本發明之主要目的係在於，不只可降低鑽石磨粒成本，另外磨粒粒子之形狀與大小在製作上容易控制，同時可達到減少磨粒堆疊、增加製程速度以及提高磨粒與線基材的結合強度。

為了達到上述目的，本發明具有硬質薄膜之固定磨粒電鍍切割線，係以電鍍方式於切割線基材上固定鑲嵌有多數磨粒，而各磨粒係分別包含有磨粒粒子、及一鍍於磨粒粒子外側面之硬質薄膜，而該磨粒粒子平均粒徑為1~60μm，可選自Ti金屬或Ti合金粒子，該硬質薄膜材質為膜厚為1~40μm之鑽石薄膜，且該硬質薄膜鍍在磨粒粒子的面積為30~90%。

於本發明之一實施例中，該磨粒粒子與硬質薄膜表面間係形成TiC，而該TiC厚度為0.05~0.5μm。

於本發明之一實施例中，該Ti金屬材質可為Si、Ta、Mo、W、Cr、V、Cu、Al、Fe。

於本發明之一實施例中，該Ti合金材質可為Si、Ta、Mo、W、Cr、V、Cu、Al、Fe等之金屬合金。

於本發明之一實施例中，該磨粒粒子可為圓球狀、金字塔狀、四面體、六面體、八面體等形狀。

於本發明之一實施例中，該鑽石薄膜材質可為氮化硼、氧化鋁。。

於本發明之一實施例中，該金屬或合金粒子可為粗糙表面或多孔性高表面粒子。

於本發明之一實施例中，該切割線基材係選用線徑1.6mm之琴鋼絲，且經過脫脂、活化與水洗後，先以電鍍方式先在切割線基材鍍上一層約10μm之Ni層，之後再將磨粒電鍍於切割線基材上。

請參閱『第1圖～第7圖』，係分別為本發明之磨粒示意圖、本發明切割線之製備機台示意圖、本發明切割線基材鍍上預鍍層之示意圖、本發明切割線基材鍍上磨粒之示意圖、本發明切割線具之示意圖、本發明切割線具之剖面狀態示意圖以及本發明第6圖a部分之局部放大示意圖。如圖所示：本發明係一種具有硬質薄膜之固定磨粒電鍍切割線，係以電鍍方式於切割線基材10上固定鑲嵌有多數磨粒20，而各磨粒20係分別包含有磨粒粒子21、及一鍍於磨粒粒子21外側面之硬質薄膜22；而製作時，係先選用多數平均粒徑為1~60μm(以15~25μm為最佳)之磨粒粒子21，而該磨粒粒子22可選自Ti金屬或Ti合金粒子Ti金屬或Ti合金粒子，將該磨粒粒子21先經過鹼洗除油和酸洗活化去除表面附著物之後，以化學氣相沈積法(CVD)在磨粒粒子21表面鍍上硬質薄膜22，而該硬質薄膜22材質係為膜厚為1~40μm(以10~15μm為最佳)之鑽石薄膜，該鑽石薄膜材質可為氮化硼、氧化鋁，且該硬質薄膜22鍍在磨粒粒子的面積為30~90%，將鍍有硬質薄膜22之磨粒粒子21在真空度10-1~10-4Pa之真空爐中加熱，而加熱溫度大於800~1000℃，待時間20分鐘後，便使該磨粒粒子21與硬質薄膜22表面間係形成TiC，而該TiC厚度為0.05~0.5μm(以0.2~0.4μm為最佳)，如此，即可製成所需之磨粒20；其中該磨粒粒子21可為圓球狀、金字塔狀、四面體、六面體、八面體等形狀，且該金屬或合金粒子可為粗糙表面或多孔性高表面粒子，其中該Ti金屬材質可為Si、Ta、Mo、W、Cr、V、Cu、Al、Fe，該Ti合金材質可為Si、Ta、Mo、W、Cr、V、Cu、Al、Fe等之金屬合金。

待完成磨粒20製造後，再藉由一具有清洗槽31、預鍍槽32、上磨粒槽33及增厚度槽34之機台30(如第2圖所示)，配合線徑1.6mm琴鋼絲作為切割線基材10，而將切割線基材10由清洗槽31脫脂、活化與水洗後，由預鍍槽32以電鍍方式先在切割線基材10鍍上一層約10μm之Ni作為預鍍層11(如第3圖所示)，之後再將已備製完成之磨粒20利用上磨粒槽33將磨粒粒子21電鍍在切割線基材10上(如第4圖所示)，之後再次增度10μm之Ni作為增厚層12，最後經過熱處理溫度為200~250℃之2小時退火處理，而得到一線徑約2.1~2.3mm切割線具切割線1(如第5、6及第7圖所示)，而該電切割線具1係可依所需製成不同的直徑和長度，且該切割線具1係可裝設於不同之設備上形成不同之加工方式，如：往復循環(鋸架)式、高速帶鋸式、線切割式...等。

而根據本發明所提出之切割線具1，係將習用之鑽石磨粒改使用金屬或合金之磨粒粒子21鍍上一層為鑽石薄膜材質之硬質薄膜22，不只可降低鑽石磨粒成本，另外金屬或合金之磨粒粒子21其形狀與大小在製作上容易控制；同時，因金屬或合金本身具有良好的導電性，在表面鍍上鑽石薄膜或氮化硼薄膜當為切割或磨耗結構，相對造成鍍有薄膜位置與未鍍薄膜位置間具有差異性的導電性，在電鍍過程，已結合在線基材上的磨粒也會因表面鍍有鑽石薄膜或氮化硼薄膜，在進行通電電鍍時相對於陰極金屬線基材，磨粒鑽石薄膜或氮化硼薄膜表面只有極小電流通過，所以可有效減少磨粒沈積堆疊，並同時可提高電鍍製程速度。

上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟習此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

1．．．切割線具

10．．．切割線基材

11．．．預鍍層

12．．．增厚層

20．．．磨粒

21．．．磨粒粒子

22．．．硬質薄膜

30．．．機台

31．．．清洗槽

32．．．預鍍槽

33．．．上磨粒槽

34．．．增厚度槽

第1圖，係為本發明之磨粒示意圖。

第2圖，係為本發明切割線之製備機台示意圖。

第3圖，係為本發明切割線基材鍍上預鍍層之示意圖。

第4圖，係為本發明切割線基材鍍上磨粒之示意圖。

第5圖，係為本發明切割線具之示意圖。

第6圖，係為本發明切割線具之剖面狀態示意圖。。

第7圖，係為本發明第6圖a部分之局部放大示意圖。

1．．．切割線具

10．．．切割線基材

11．．．預鍍層

12．．．增厚層

20．．．磨粒

21．．．磨粒粒子

22．．．硬質薄膜

Claims (8)

1. 一種具有硬質薄膜之固定磨粒電鍍切割線，係以電鍍方式於切割線基材上固定鑲嵌有多數磨粒，而各磨粒係分別包含有磨粒粒子、及一鍍於磨粒粒子外側面之硬質薄膜，而該磨粒粒子平均粒徑為1~60μm，可選自Ti金屬或Ti合金粒子，該硬質薄膜材質為膜厚為1~40μm之鑽石薄膜，且該硬質薄膜鍍在磨粒粒子的面積為30~90%。
2. 如申請專利範圍第1項之具有硬質薄膜之固定磨粒電鍍切割線，其中，該磨粒粒子與硬質薄膜表面間係形成TiC，而該TiC厚度為0.05~0.5μm。
3. 如申請專利範圍第1項之具有硬質薄膜之固定磨粒電鍍切割線，其中，該Ti金屬材質可為Si、Ta、Mo、W、Cr、V、Cu、Al、Fe。
4. 如申請專利範圍第1項之具有硬質薄膜之固定磨粒電鍍切割線，其中，該Ti合金材質可為Si、Ta、Mo、W、Cr、V、Cu、Al、Fe等之金屬合金。
5. 如申請專利範圍第1項之具有硬質薄膜之固定磨粒電鍍切割線，其中，該磨粒粒子可為圓球狀、金字塔狀、四面體、六面體、八面體等形狀。
6. 如申請專利範圍第1項之具有硬質薄膜之固定磨粒電鍍切割線，其中，該鑽石薄膜材質可為氮化硼、氧化鋁。
7. 如申請專利範圍第1項之具有硬質薄膜之固定磨粒電鍍切割線，其中，該金屬或合金粒子可為粗糙表面或多孔性高表面粒子。
8. 如申請專利範圍第1項之具有硬質薄膜之固定磨粒電鍍切割線，其中，該切割線基材係選用線徑1.6mm之琴鋼絲，且經過脫脂、活化與水洗後，先以電鍍方式先在切割線基材鍍上一層約10μm之Ni層，之後再將磨粒電鍍於切割線基材上。