TWI473154B

TWI473154B - 一種固定磨粒切割線之製備方法及其製備裝置

Info

Publication number: TWI473154B
Application number: TW100115883A
Authority: TW
Inventors: hong ting Huang; Ching Yu Tso; Shang Wanq Yeh; Hsiou Jeng Shy
Original assignee: Nat Inst Chung Shan Science & Technology
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2011-05-06
Publication date: 2015-02-11
Also published as: TW201246337A

Description

一種固定磨粒切割線之製備方法及其製備裝置

本發明係有關於一種固定磨粒切割線之製備方法及其製備裝置，特別是關於一種用電鍍或無電電鍍法製作出固定磨粒切割線之製備方法及其製備裝置。

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，現今多採固定磨粒線。

固定磨粒切割線之製備方法，其中一個方法發表於1994年，石川憲一等人使用一狹窄磨粒槽做為複合鍍槽，於磨粒槽側板鑽有10 mm直徑孔洞並貼上3μm厚鐵氟龍膜，以鐵氟龍膜限制槽內鑽石磨粒，鎳鍍液卻可以流通，將陰極埋入鑽石磨粒裡，使之於鍍液中電鍍，可有效將鑽石鍍於線材上，但由於鍍液與線材接觸面積過少，電鍍所需時間較多，此外，該方法另有不易控制磨粒量、磨粒分佈密度等缺點。另一使用結合劑的方法，是於高溫惰性氣體或高溫真空環境下製備固定磨粒線，黏著磨粒的方法是利用黏著劑，例如金屬黏著劑，其包含銅、錫、鈦作為混合金屬之黏著劑，此法對磨粒擁有很強把持力，但因於高溫下進行，容易損傷鋼線及磨粒本身結構，造成機械性質下降。上述切割線製備方法皆有其缺點，因此，目前極需發展出一種高效率、易控制且具有高經濟效應之固定磨粒切割線之製備方法，如此一來，方能同時兼具成本與時效，有效產出固定磨粒切割線以供晶圓切割使用。

鑒於上述習知技術之缺點，本發明之主要目的在於提供一種固定磨粒切割線之製備方法及其製備裝置，整合一管套、一線材、一耐磨粒子、一反應液等，以製備出高效率、易切割且具有高經濟效應之固定磨粒切割線。

為了達到上述目的，根據本發明所提出之一方案，提供一種固定磨粒切割線製備方法，其步驟包括：(A)首先提供一管套及一線材，將該線材穿過該管套而成一管套裝置，其中，該管套上包含至少一孔洞；(B)接著將該管套裝置安置於一電鍍液中，其中，該電鍍液包含一耐磨粒子；(C)再將該線材進行電鍍反應，其中，該耐磨粒子通過該孔洞而附著在該線材上。

步驟(A)中的管套在其端邊存在管套口，管套口之形狀並無特別限制，例如，可是圓形、橢圓、三角形、四角形或其他任意幾何形狀，其管套口之管徑可為1~20 mm的範圍內。管套的管壁上，具有至少一個以上的孔洞，管套上的孔洞形狀也無特別限制，例如，可是圓形、橢圓、三角形、四角形或其他任意幾何形狀，而其孔洞之孔徑可為0.05~10 mm的範圍內。

步驟(B)中的耐磨粒子，其材質可選自碳化矽、碳化硼、碳化鎢、立方氮化硼、鑽石、氧化鋁、氧化鋯、石英等其中之一。其耐磨粒子之粒徑範圍可為1~60 μm。

上述之步驟中，管套裝置安置於電鍍液中時，可依不同的實驗條件，做不同的擺設方式，例如，可將管套裝置以垂直或水平方式安置於電鍍液中，也可以管套裝置與水平方向夾任一角度的方式斜向安置於電鍍液中。

為了達到上述目的，根據本發明所提出之另一方案，提供一種固定磨粒切割線製備方法，其步驟包括：(a)首先提供一管套及一線材，將該線材穿過該管套而成一管套裝置，其中，該管套上包含至少一孔洞；(b)接著將該管套裝置安置於一無電電鍍液中，其中，該無電電鍍液包含一耐磨粒子；(c)再將該線材進行無電電鍍反應，其中，該耐磨粒子通過該孔洞而附著在該線材上。

為了達到上述目的，根據本發明所提出之另一方案，提供一種固定磨粒切割線之製備裝置，包括：一管套裝置，其包含一管套及一線材，該線材穿過該管套，該管套上包含至少一孔洞；一反應液，其包含一耐磨粒子；其中，該管套裝置安置於該反應液中，該耐磨粒子通過該孔洞而附著在該線材上。

上述之反應液，可以是無電電鍍液。當管套裝置安置於無電電鍍液時，可藉由無電電鍍的化學反應，耐磨粒子通過管套上的孔洞而附著在線材上。

上述之反應液，可以是電鍍液。當管套裝置安置於電鍍液時，固定磨粒切割線之製備裝置，更包含一電源裝置，電源裝置電性連接於線材，將電導通至線材進行電鍍反應，此時，耐磨粒子通過管套上的孔洞而附著在線材上。藉此，透過本發明得以達到製備出高效率、易切割且具有高經濟效應之固定磨粒切割線。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明為達成預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖示中加以闡述。

以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。

請參考第一圖，為一種固定磨粒切割線之製備裝置示意圖。如圖所示，本發明提供一種固定磨粒切割線之製備裝置，包括：一管套裝置150，該管套裝置150包含一管套110及一線材130，其中，該線材130穿過該管套110，並可藉由傳送導輪120傳送並轉換移動方向，而該管套110上包含至少一孔洞160；一反應液170，例如，可是一種電鍍液或一種進行無電電鍍反應的無電電鍍液，該反應液170當中包含一耐磨粒子180。當反應液170為一無電電鍍化學反應中所使用的無電電鍍液時，反應液170中的耐磨粒子180將經過管套110上的孔洞160，藉由無電電鍍反應而附著於線材上，再經後續相關處理(例如，將線材130切割成一適當長度)，則此線材130即可成為商品化的具固定磨粒之切割線。當反應液170為一電鍍化學反應中所使用的電鍍液時，該固定磨粒切割線之製備裝置更包含一電源裝置190及一陽極板140，陽極板140數量不限於一個，依照不同的設計可做變化；電源裝置190電性連接於線材及陽極板，其中電源裝置190的陰極可電性連接於線材上，電源裝置190的陽極可電性連接於陽極板上；當電源裝置190供給電源後，反應液170(電鍍液)中的耐磨粒子180將經過管套110上的孔洞160，藉由電鍍反應而電鍍於線材上，再經後續相關處理(例如，將線材130切割成一適當長度)，則此線材即可成為商品化的具固定磨粒之切割線。

上述之管套裝置150於反應液中時，其安置方式可如第一圖所示，採取垂直安置的方式，進行相關電鍍或無電鍍反應；管套裝置150於反應液中時，其安置方式也可採取水平安置的方式，可將管套裝置150從垂直安置方向，轉向90度後呈現水平方向安置方式；另外，管套裝置150於反應液170中時，其安置方式當然可採取斜向安置的方式，所謂斜向安置方式是指管套裝置150與水平方向夾任一角度安置於電鍍液中。

請參考第二圖，為一種固定磨粒切割線製備裝置中管套之示意圖。如圖所示，一管套110包含了管壁210、孔洞160、管套口220，其中，該管套口220之形狀不做特別限制，例如可以是圓形、橢圓、三角形、四角形、或是其他任意幾何形狀，而管套口220之管徑範圍可限制為1~20 mm，因管套口220形狀不受限制，上述之管徑大小範圍指的是任意形狀管徑口220的可量測到最大距離。

上述之孔洞160之形狀不做特別限制，例如可以是圓形、橢圓、三角形、四角形、或是其他任意幾何形狀，而孔洞160之孔徑範圍可限制為0.05~10 mm，因孔洞160形狀不受限制，上述之孔洞孔徑範圍指的是任意形狀孔洞160的可量測到最大距離。本發明中的孔洞160係開洞於管套110上的管壁210，孔洞160可規則排列或不規則排列於管壁上210，在不同環境條件下可作不同設計。

本發明中的耐磨粒子180，經電鍍或非電鍍反應後，耐磨粒子180將經過管套110上的孔洞160而附著於線材，其中，該耐磨粒子180之粒徑範圍可為1~60 μm，其材質可選自碳化矽、碳化硼、碳化鎢、立方氮化硼、鑽石、氧化鋁、氧化鋯、石英等其中材料之一。

請參考第三圖，為一種固定磨粒切割線之製備方法流程示意圖。如圖所示，本發明提供一種固定磨粒切割線之製備方法，其步驟如下：(A)提供一管套110及一線材130，將該線材130穿過該管套110而成一管套裝置150，其中，該管套110上包含至少一孔洞160 S301;(B)將該管套裝置150安置於一電鍍液170中，其中，該電鍍液170包含一耐磨粒子180 S302;(C)將該線材130進行電鍍反應，其中，該耐磨粒子180通過該孔洞160而附著在該線材130上S303。

請參考第四圖，為另一種固定磨粒切割線之製備方法流程示意圖。如圖所示，本發明提供另一種固定磨粒切割線之製備方法，其步驟如下：(A)提供一管套110及一線材130，將該線材130穿過該管套110而成一管套裝置150，其中，該管套110上包含至少一孔洞160 S401;(B)將該管套裝置150安置於一無電電鍍液170中，其中，該無電電鍍液170包含一耐磨粒子180 S402;(C)將該線材130進行無電電鍍反應，其中，該耐磨粒子180通過該孔洞160而附著在該線材130上S403。

為更加說明本發明，以實施例說明之。

實施例一：

使用管套110為對稱小孔管套，以懸浮垂直式安置管套裝置150進行電鍍反應，其中，管套裝置90°垂直安裝，採陰極移動模式，管套上的孔洞(圓形孔洞)160排列為對稱等距排列、孔洞孔距為8 mm、管套口(圓形管套口)220尺寸為4 mm、孔洞160尺寸為0.1 mm；電鍍液170組成為500 g Ni(NH₂ SO₃ )₂ ‧4H₂ O、10 g NiCl‧6H₂ O、40 g H₃ BO₃ ；操作溫度範圍在40~50℃；pH值控制為3.8~4.0；電流密度4 A/dm² ；採用平均21 μm之鑽石耐磨粒子180；攪拌速率為350~370 rpm。請參考第五圖，為一種固定磨粒切割線之SEM圖。如圖所示，以掃描式電子顯微鏡進行觀察，可證實鑽石耐磨粒子180均勻分布於線材130上，其鑽石耐磨粒子180分佈密度約為55~70 grain/mm² 。

實施例二：

使用管套110為交錯多孔管套，以懸浮垂直式安置管套裝置150進行電鍍反應，其中，管套裝置90°垂直安裝，管套上的孔洞(圓形孔洞)160排列為交錯等距排列、孔距1.5 mm、管套口(圓形管套口)220尺寸為4 mm、孔洞尺寸為1.8 mm；電鍍液組成500 g Ni(NH₂ SO₃ )₂ ‧4H₂ O、10 g NiCl‧6H₂ O、40 g H₃ BO₃ ；操作溫度40~50℃；pH值控制為3.8~4.0；電流密度4 A/dm² ；採用平均21 μm之鑽石耐磨粒子180；攪拌速率為150~170 rpm。請參考第六圖，為另一種固定磨粒切割線之SEM圖。如圖所示，以掃描式電子顯微鏡進行觀察，可證實鑽石耐磨粒子180均勻分布於線材130上，其鑽石耐磨粒子180分佈密度約為110~140 grain/mm² ，如圖五所示。

實施例三：

使用管套110為交錯多孔管套，以懸浮水平式安置管套裝置150進行電鍍反應，其中，管套上的孔洞(圓形孔洞)160排列為交錯等距排列、孔距1.5 mm、管套口(圓形管套口)220為4 mm、孔洞尺寸為1.8 mm；電鍍液組成600 g Ni(NH₂ SO₃ )₂ ‧4H₂ O、12 g NiCl‧6H₂ O、42 g H₃ BO₃ ；操作溫度55~60℃；pH值控制為3.8~4.0；電流密度32 A/dm² ；採用平均21 μm之鑽石磨粒180；攪拌速率為150~170 rpm。請參考第七圖，為另一種固定磨粒切割線之SEM圖。如圖所示，以掃描式電子顯微鏡進行觀察，可證實鑽石磨粒180均勻分布於線材130上，其磨粒分佈密度分別約為200~280 grain/mm² 。

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。

110．．．管套

120．．．傳送導輪

130．．．線材

140．．．陽極板

150．．．管套裝置

160．．．孔洞

170．．．反應液(電鍍液、無電電鍍液)

180．．．耐磨粒子

190．．．電源裝置

210．．．管壁

220．．．管套口

S301-S303．．．步驟

S401-S403．．．步驟

第一圖係為本發明一種固定磨粒切割線之製備裝置示意圖；

第二圖係為本發明一種固定磨粒切割線製備裝置中管套之示意圖；

第三圖係為本發明一種固定磨粒切割線之製備方法流程示意圖；

第四圖係為本發明另一種固定磨粒切割線之製備方法流程示意圖；

第五圖係為一種固定磨粒切割線之SEM圖；

第六圖係為另一種固定磨粒切割線之SEM圖；

第七圖係為另一種固定磨粒切割線之SEM圖。

S301-S303．．．步驟

Claims

一種固定磨粒切割線之製備方法，其步驟包括：(A)提供一管套及一線材，將該線材穿過該管套而成一管套裝置，其中，該管套上包含至少一孔洞；(B)將該管套裝置安置於一電鍍液中，其中，該電鍍液包含一耐磨粒子；(C)將該線材進行電鍍反應，其中，該耐磨粒子通過該孔洞而附著在該線材上。
如申請專利範圍第1項所述之固定磨粒切割線之製備方法，其中，該管套包含至少一管套口，該管套口之形狀係選自圓形、橢圓、三角形、四角形、其他幾何形狀。
如申請專利範圍第2項所述之固定磨粒切割線之製備方法，其中，該管套口之管徑範圍係為1~20 mm。
如申請專利範圍第1項所述之固定磨粒切割線之製備方法，其中，該孔洞形狀係選自圓形、橢圓、三角形、四角形、其他幾何形狀。
如申請專利範圍第1項所述之固定磨粒切割線之製備方法，其中，該孔洞之孔徑範圍係為0.05~10 mm。
如申請專利範圍第1項所述之固定磨粒切割線之製備方法，其中，該耐磨粒子係選自碳化矽、碳化硼、碳化鎢、立方氮化硼、鑽石、氧化鋁、氧化鋯、石英等其中之一。
如申請專利範圍第1項所述之固定磨粒切割線之製備方法，其中，該耐磨粒子之粒徑範圍係為1~60 μm。
如申請專利範圍第1項所述之固定磨粒切割線之製備方法，其中，該管套裝置可以垂直安置、水平安置、或與水平方向夾任一角度之斜向安置於電鍍液中。
一種固定磨粒切割線之製備方法，其步驟包括：(a)提供一管套及一線材，將該線材穿過該管套而成一管套裝置，其中，該管套上包含至少一孔洞；(b)將該管套裝置安置於一無電電鍍液中，其中，該無電電鍍液包含一耐磨粒子；(c)該線材進行無電電鍍反應，其中，該耐磨粒子通過該孔洞而附著在該線材上。
如申請專利範圍第9項所述之固定磨粒切割線之製備方法，其中，該管套包含至少一管套口，該管套口之形狀係選自圓形、橢圓、三角形、四角形、其他幾何形狀。
如申請專利範圍第10項所述之固定磨粒切割線之製備方法，其中，該管套口之管徑範圍係為1~20 mm。
如申請專利範圍第9項所述之固定磨粒切割線之製備方法，其中，該孔洞形狀係選自圓形、橢圓、三角形、四角形、其他幾何形狀。
如申請專利範圍第9項所述之固定磨粒切割線之製備方法，其中，該孔洞之孔徑範圍係為0.05~10 mm。
如申請專利範圍第9項之固定磨粒切割線之製備方法，其中，該耐磨粒子係選自碳化矽、碳化硼、碳化鎢、立方氮化硼、鑽石、氧化鋁、氧化鋯、石英等其中之一。
如申請專利範圍第9項所述之固定磨粒切割線之製備方法，其中，該耐磨粒子之粒徑範圍係為1~60 μm。
如申請專利範圍第9項所述之固定磨粒切割線之製備方法，其中，該管套裝置可以垂直安置、水平安置、或與水平方向夾任一角度之斜向安置於電鍍液中。
一種固定磨粒切割線之製備裝置，包括：一管套裝置，其係包含一管套及一線材，該線材穿過該管套，該管套上包含至少一孔洞；一反應液，其係包含一耐磨粒子；其中，該管套裝置安置於該反應液中，該耐磨粒子通過該孔洞而附著在該線材上。
如申請專利範圍第17項所述之固定磨粒切割線之製備裝置，其中，該線材於該反應液中進行無電電鍍反應。
如申請專利範圍第17項所述之固定磨粒切割線之製備裝置，更包含一電源裝置，其中，該電源裝置電性連接該線材及一陽極板。
如申請專利範圍第19項所述之固定磨粒切割線之製備裝置，其中，該電源裝置供電給該線材後，該線材於該反應液中進行電鍍反應。
如申請專利範圍第17項所述之固定磨粒切割線之製備裝置，其中，該管套包含至少一管套口，該管套口之形狀係選自圓形、橢圓、三角形、四角形、其他幾何形狀。
如申請專利範圍第21項所述之固定磨粒切割線之製備裝置，其中，該管套口之管徑範圍係為1~20 mm。
如申請專利範圍第17項所述之固定磨粒切割線之製備裝置，其中，該孔洞之形狀係選自圓形、橢圓、三角形、四角形、其他幾何形狀。
如申請專利範圍第17項所述之固定磨粒切割線之製備裝置，其中，該孔洞之孔徑範圍係為0.05~10 mm。
如申請專利範圍第17項所述之固定磨粒切割線之製備裝置，其中，該耐磨粒子係選自碳化矽、碳化硼、碳化鎢、立方氮化硼、鑽石、氧化鋁、氧化鋯、石英等其中之一。
如申請專利範圍第17項所述之固定磨粒切割線之製備裝置，其中，該耐磨粒子之粒徑範圍係為1~60μm。
如申請專利範圍第17項所述之固定磨粒切割線之製備裝置，其中，該管套裝置可以垂直安置、水平安置、或與水平方向夾任一角度斜向安置於該反應液中。