TWI598167B - 樹脂鑽石線鋸之製造方法及樹脂鑽石線鋸 - Google Patents

Description

樹脂鑽石線鋸之製造方法及樹脂鑽石 線鋸

本發明係有關於一種樹脂鑽石線鋸之製造方法及樹脂鑽石線鋸，尤指用於切割成矽晶片晶圓或藍寶石基板的樹脂鑽石線鋸之製造方法及樹脂鑽石線鋸。

將矽晶柱切割為一片片矽晶片晶圓的線切割機是太陽能及半導體產業的主要設備之一，線切割機不但是損耗率極高的設備，且傳統之碳化矽線的切割機零部件容易受國外原料管制而缺貨，如此將使得太陽能及半導體產業生產線面臨停擺的窘境。因此，近年來國內外太陽能及半導體產業皆積極評估導入樹脂鑽石線鋸的切割機。

樹脂鑽石線鋸的切割機具有生產成本低及生產速度快的優勢，一般市場上的樹脂鑽石線鋸通常是碳鋼線表層覆蓋包含樹脂、溶劑、填料、偶聯劑等成分的樹脂複合物，且樹脂複合物上黏附鑽石用以進行矽晶片晶圓切割。然而，此類樹脂鑽石線鋸的樹脂複合物分別與碳鋼線及鑽石間的 黏著性不佳，加上樹脂複合物本身的結構強度、機械性質、耐熱性質及導熱性質均不足，使得樹脂鑽石線鋸本身容易因切割過程產生的摩擦力與熱使鑽石及樹脂複合物由碳鋼線剝離而無法切削，以致影響樹脂鑽石線鋸的切削能力與切削壽命，進而降低矽晶片晶圓切割產能與增加生產成本。

是故現今樹脂鑽石線鋸市場上，亟欲導入一種樹脂鑽石線鋸之製造方法及樹脂鑽石線鋸，藉由此樹脂鑽石線鋸之製造方法，獲得可維持切削能力及延長切削壽命的樹脂鑽石線鋸。

本發明提供一種樹脂鑽石線鋸之製造方法，藉由形成改質複合鑽石及形成改質碳化矽的步驟，其中再加上形成蝕刻碳鋼線的步驟，以增加包覆組成物與蝕刻碳鋼線之間以及包覆組成物本身的黏著力，並增強包覆組成物的整體結構強度、耐熱性質及導熱性質。故依本發明的樹脂鑽石線鋸之製造方法獲得的樹脂鑽石線鋸在切割過程不易產生包覆組成物中的改質複合鑽石或包覆組成物剝離的現象，以提升樹脂鑽石線鋸的切削能力與切削壽命。

本發明之一實施方式為一種樹脂鑽石線鋸之製造方法，包含形成改質複合鑽石、形成改質碳化矽、進行混和步驟及進行塗佈步驟。形成改質複合鑽石係將複合鑽石、矽烷偶聯劑及水於50~90℃下攪拌3~6小時，並於90~150℃烘乾，以獲得改質複合鑽石，其中複合鑽石具有 金屬鍍層，且複合鑽石為100重量份，矽烷偶聯劑為5~20重量份，水為400~800重量份。形成改質碳化矽係將碳化矽顆粒、矽烷偶聯劑及水於50~90℃下攪拌3~6小時，並於90~150℃烘乾，以獲得改質碳化矽，其中碳化矽顆粒為100重量份，矽烷偶聯劑為5~20重量份，水為400~800重量份。進行混和步驟係將改質複合鑽石、改質碳化矽、熱固性酚醛樹脂、矽烷偶聯劑及水充分攪拌，以獲得包覆組成物，其中改質複合鑽石為80~180重量份，改質碳化矽為30~90重量份，熱固性酚醛樹脂為100重量份，矽烷偶聯劑為1~10重量份，水為10~100重量份。進行塗佈步驟係將包覆組成物均勻塗佈於蝕刻碳鋼線上，於180~250℃烘烤熱固化7~10小時，以獲得樹脂鑽石線鋸。

藉由前述實施方式，本發明透過形成改質複合鑽石及形成改質碳化矽的步驟，以增加包覆組成物與蝕刻碳鋼線之間以及包覆組成物本身的黏著力，並增強包覆組成物的整體結構強度、耐熱性質及導熱性質。

在一實施例中，前述樹脂鑽石線鋸之製造方法可更包含形成蝕刻碳鋼線，係將碳鋼線浸泡於30~60℃的酸蝕刻液5~10秒，並於150~200℃烘乾，以獲得蝕刻碳鋼線。前述樹脂鑽石線鋸之製造方法可更包含形成蝕刻碳鋼線，係將碳鋼線浸泡於30~60℃的酸蝕刻液5~10秒，以去離子水沖洗20~40秒，並於150~200℃烘乾，以獲得蝕刻碳鋼線。前述酸蝕刻液可為酸性物質與過氧化氫的水溶液，且酸性物質與過氧化氫的重量濃度為1~10%。前述酸性物質可為HCl 或H₂SO₄。前述複合鑽石之粒徑可為0.5μm~30μm。前述複合鑽石的金屬鍍層可包含鎳、銅、鈦或上述之組合。前述矽烷偶聯劑可包含環氧基、胺基、異氰酸基、磷基、硫基或上述之組合。前述碳化矽顆粒之粒徑可為0.05μm~0.5μm。

本發明之另一實施方式為一種樹脂鑽石線鋸，其為以前述樹脂鑽石線鋸之製造方法獲得的樹脂鑽石線鋸。

藉由前述實施方式，本發明的樹脂鑽石線鋸之製造方法獲得的樹脂鑽石線鋸在切割過程不易產生包覆組成物中的改質複合鑽石或包覆組成物剝離的現象，以提升樹脂鑽石線鋸的切削能力與切削壽命。

S100‧‧‧步驟

S200‧‧‧步驟

S300‧‧‧步驟

S400‧‧‧步驟

S500‧‧‧步驟

600‧‧‧樹脂鑽石線鋸

610‧‧‧包覆組成物

611‧‧‧改質複合鑽石

620‧‧‧蝕刻碳鋼線

第1圖係繪示本發明第一實施例的樹脂鑽石線鋸之製造方法的流程圖；第2圖係繪示本發明第一實施例的樹脂鑽石線鋸之製造方法獲得的樹脂鑽石線鋸的示意圖；第3A圖係繪示本發明第一實施例的複合鑽石之掃描式電子顯微鏡圖像；第3B圖係繪示本發明第一實施例的改質複合鑽石之掃描式電子顯微鏡圖像；第3C圖係繪示本發明第一實施例的複合鑽石之熱重分析圖譜； 第3D圖係繪示本發明第一實施例的改質複合鑽石之熱重分析圖譜；第4A圖係繪示本發明第一實施例的蝕刻碳鋼線之三維光學顯微鏡圖像；第4B圖係繪示本發明第一實施例的樹脂鑽石線鋸之三維光學顯微鏡圖像；第5圖係繪示本發明第一實施例的樹脂鑽石線鋸之製造方法的另一流程圖；第6A圖係繪示本發明第一實施例的碳鋼線之三維光學顯微鏡圖像；第6B圖係繪示本發明第一實施例的蝕刻碳鋼線之三維光學顯微鏡圖像；第6C圖係繪示本發明第一實施例的蝕刻碳鋼線之三維光學顯微鏡另一圖像；第6D圖係繪示本發明第一實施例的碳鋼線之掃描式電子顯微鏡圖像；第6E圖係繪示本發明第一實施例的蝕刻碳鋼線之掃描式電子顯微鏡圖像；第6F圖係繪示本發明第一實施例的蝕刻碳鋼線之掃描式電子顯微鏡另一圖像；第7A圖係繪示本發明第一實施例的樹脂鑽石線鋸在未切削前之三維光學顯微鏡圖像；第7B圖係繪示本發明第一實施例的樹脂鑽石線鋸在斷線後之三維光學顯微鏡圖像； 第8A圖係繪示比較例的樹脂鑽石線鋸在未切削前之三維光學顯微鏡圖像；第8B圖係繪示比較例的樹脂鑽石線鋸在斷線後之三維光學顯微鏡圖像；以及第9圖係繪示本發明第一實施例及比較例的樹脂鑽石線鋸之切削深度及時間圖。

<第一實施例>

請參照第1圖及第2圖，第1圖係繪示本發明第一實施例的樹脂鑽石線鋸600之製造方法的流程圖，第2圖係繪示本發明第一實施例的樹脂鑽石線鋸600之製造方法獲得的樹脂鑽石線鋸600的示意圖。第一實施例的樹脂鑽石線鋸600之製造方法，包含步驟S100之形成改質複合鑽石611、步驟S200之形成改質碳化矽、步驟S300之進行混和步驟及步驟S500之進行塗佈步驟。

步驟S100之形成改質複合鑽石611係將複合鑽石、矽烷偶聯劑及水於50~90℃下攪拌3~6小時，並於90~150℃烘乾，以獲得改質複合鑽石611，其中複合鑽石具有金屬鍍層，且複合鑽石為100重量份，矽烷偶聯劑為5~20重量份，水為400~800重量份。

步驟S200之形成改質碳化矽係將碳化矽(SiC)顆粒、矽烷偶聯劑及水於50~90℃下攪拌3~6小時，並於90~150℃烘乾，以獲得改質碳化矽，其中碳化矽顆粒為100 重量份，矽烷偶聯劑為5~20重量份，水為400~800重量份。其中，步驟S100及步驟S200無固定之先後順序，即步驟S100及步驟S200的先後順序可以調換。

步驟S300之進行混和步驟係將改質複合鑽石611、改質碳化矽、熱固性酚醛樹脂、矽烷偶聯劑及水充分攪拌，以獲得包覆組成物610，其中改質複合鑽石611為80~180重量份，改質碳化矽為30~90重量份，熱固性酚醛樹脂為100重量份，矽烷偶聯劑為1~10重量份，水為10~100重量份。相較於市場上之樹脂鑽石線鋸常用的熱塑性酚醛樹脂，本發明所使用之熱固性酚醛樹脂具有較佳的耐熱性與機械強度，故有利於改質複合鑽石611不易由包覆組成物610剝離。

本發明使用具有金屬鍍層之複合鑽石，可使改質複合鑽石611因金屬鍍層粗糙表面而在步驟S300中提升其潤濕性，並且改質複合鑽石611經矽烷偶聯劑預處理，使得改質複合鑽石611表面所生成之矽烷偶聯劑之薄層包含有機官能團，可與熱固性酚醛樹脂間產生化學鍵結。矽烷偶聯劑的化學式為YSiX₃，其中Y係非水解基團，可在混合水後產生有機官能團，X係可水解基團，且X可各自獨立。相較於市場上的樹脂鑽石線鋸的鑽石未如步驟S100進行改質，本發明之包覆組成物610與其中之改質複合鑽石611具有更佳之彼此黏附與結合能力。

請參照第3A圖、第3B圖、第3C圖及第3D圖，第3A圖係繪示本發明第一實施例的複合鑽石之掃描式電子 顯微鏡(SEM)圖像，第3B圖係繪示本發明第一實施例的改質複合鑽石611之掃描式電子顯微鏡圖像，第3C圖係繪示本發明第一實施例的複合鑽石之熱重分析圖譜，第3D圖係繪示本發明第一實施例的改質複合鑽石611之熱重分析圖譜。第3A圖及第3B圖皆是掃描式電子顯微鏡(SEM)8000倍的圖像，相較於第3A圖之複合鑽石，第3B圖經步驟S100中矽烷偶聯劑預處理後之改質複合鑽石611的表面生成矽烷偶聯劑之薄層，其包含有機官能團，此有機官能團可與熱固性酚醛樹脂間產生化學鍵結。由第3C圖及第3D圖可知，相較於第3C圖之複合鑽石，第3D圖於步驟S100後的改質複合鑽石611經熱重分析(TGA)顯示其矽烷偶聯劑的附著量約為1.24wt%。

再者，改質碳化矽因其具有良好之導熱性與耐熱性，故有利於提升包覆組成物610之結構強度、耐熱性質及導熱性質。並且改質碳化矽經矽烷偶聯劑預處理，使得改質碳化矽的表面所生成之矽烷偶聯劑之薄層包含有機官能團，可與熱固性酚醛樹脂間產生化學鍵結，故本發明之包覆組成物610具有更佳之彼此黏附與結合能力。

此外，本發明之改質複合鑽石611、改質碳化矽、熱固性酚醛樹脂、矽烷偶聯劑及水之間採適當比例，可有效提升樹脂鑽石線鋸600的切削能力與切削壽命。

步驟S500之進行塗佈步驟係將包覆組成物610均勻塗佈於蝕刻碳鋼線620上，於180~250℃烘烤熱固化7~10小時，以獲得樹脂鑽石線鋸600。藉由步驟S200的改 質碳化矽對熱固性酚醛樹脂的改質功能，步驟S100、步驟S200與步驟S300的矽烷偶聯劑用以增加熱固性酚醛樹脂與無機物(蝕刻碳鋼線620、改質複合鑽石611、改質碳化矽)間的相容性，故包覆組成物610的結構強度、機械性質、耐熱性質及導熱性質得以提升。相較於市場上的樹脂鑽石線鋸的鑽石及樹脂均未如步驟S100及步驟S200進行改質，依本發明的樹脂鑽石線鋸600之製造方法獲得之樹脂鑽石線鋸600，可有效減少矽晶圓切割過程中受力及熱所產生的包覆組成物610及其中的改質複合鑽石611由蝕刻碳鋼線620剝離的現象，以使樹脂鑽石線鋸600具有較優異之切削能力及較長之切削壽命。

請參照第4A圖及第4B圖，第4A圖係繪示本發明第一實施例的蝕刻碳鋼線620之三維光學顯微鏡圖像，第4B圖係繪示本發明第一實施例的樹脂鑽石線鋸600之三維光學顯微鏡圖像。第4A圖及第4B圖皆是三維光學顯微鏡1000倍圖像，其中第4A圖之蝕刻碳鋼線620經步驟S500獲得樹脂鑽石線鋸600，如第4B圖所示。

詳細來說，請參照第5圖，第5圖係繪示本發明第一實施例的樹脂鑽石線鋸600之製造方法的另一流程圖。第一實施例的樹脂鑽石線鋸600之製造方法更包含步驟S400之形成蝕刻碳鋼線620，係將碳鋼線浸泡於30~60℃的酸蝕刻液5~10秒，並於150~200℃烘乾，以獲得蝕刻碳鋼線620。步驟S400之形成蝕刻碳鋼線，更可在碳鋼線浸泡於30~60℃的酸蝕刻液5~10秒後，以去離子水沖洗 20~40秒，於150~200℃烘乾，以獲得蝕刻碳鋼線620。其中，步驟S400與步驟S100、步驟S200及步驟S300無固定之先後順序，步驟S400僅需在步驟S500之前。相較於市場上的樹脂鑽石線鋸的碳鋼線未如步驟S400進行蝕刻，本發明藉由步驟S400中對碳鋼線進行酸蝕刻預處理，剝離碳鋼線表面所覆蓋的銅並使碳鋼線表面粗糙化以形成蝕刻碳鋼線620，可使包覆組成物610對蝕刻碳鋼線620表面有更好的潤濕性，提升前述兩者間的機械投錨效應，進而增加包覆組成物610與蝕刻碳鋼線620之間的黏著力，使包覆組成物610在切割過程中不易由蝕刻碳鋼線620剝離。

步驟S400中，酸蝕刻液可為酸性物質與過氧化氫的水溶液，且酸性物質與過氧化氫(H₂O₂)的重量濃度為1~10%，其中酸性物質可為HCl或H₂SO₄。藉此，有利於增加包覆組成物610與蝕刻碳鋼線620之間的黏著力，使包覆組成物610在切割過程中不易由蝕刻碳鋼線620剝離。

請參照第6A圖、第6B圖、第6C圖、第6D圖、第6E圖及第6F圖，第6A圖係繪示本發明第一實施例的碳鋼線之三維光學顯微鏡圖像，第6B圖係繪示本發明第一實施例的蝕刻碳鋼線620之三維光學顯微鏡圖像，第6C圖係繪示本發明第一實施例的蝕刻碳鋼線之三維光學顯微鏡另一圖像，第6D圖係繪示本發明第一實施例的碳鋼線之掃描式電子顯微鏡圖像，第6E圖係繪示本發明第一實施例的蝕刻碳鋼線620之掃描式電子顯微鏡圖像，第6F圖係繪示本發明第一實施例的蝕刻碳鋼線之掃描式電子顯微鏡另一圖像。第 6A圖及第6D圖為未經步驟S400的碳鋼線。第6B圖及第6E圖為經步驟S400的蝕刻碳鋼線620，其酸蝕刻液為HCl與過氧化氫(H₂O₂)的水溶液。第6C圖及第6F圖為經步驟S400的蝕刻碳鋼線，其酸蝕刻液為H₂SO₄與過氧化氫(H₂O₂)的水溶液。

複合鑽石之粒徑可為0.5μm~30μm。藉此，有利於樹脂鑽石線鋸600具有良好之切削能力，並與包覆組成物610之間維持穩定的黏著力。

複合鑽石的金屬鍍層可包含鎳、銅、鈦或前述之組合。藉此，可使改質複合鑽石611因金屬鍍層粗糙表面而在步驟S300中提升其潤濕性，有利於包覆組成物610與其中之改質複合鑽石611具有更佳之彼此黏附與結合能力。

矽烷偶聯劑可包含環氧基、胺基、異氰酸基、磷基、硫基或前述之組合。藉此，可使得改質複合鑽石611及改質碳化矽表面所生成之矽烷偶聯劑之薄層包含有機官能團，以與熱固性酚醛樹脂間產生化學鍵結，有利於包覆組成物610與其中之改質複合鑽石611具有更佳之彼此黏附與結合能力。

碳化矽顆粒之粒徑可為0.05μm~0.5μm。藉此，相較於市場上之樹脂鑽石線鋸所使用之碳化矽顆粒之粒徑多為2μm以上，其分散性不佳，本發明以較小之碳化矽顆粒之粒徑形成改質碳化矽，故有利於提升包覆組成物610之結構強度、耐熱性質及導熱性質。

根據上述，本發明第一實施例的樹脂鑽石線鋸600之製造方法中各步驟的參數記載於下列表一。

<第二實施例>

本發明第二實施例的樹脂鑽石線鋸之製造方法同第一實施例，在此不加贅述，其中各步驟的參數記載於下列表二。

<第三實施例>

本發明第三實施例的樹脂鑽石線鋸之製造方法同第一實施例，在此不加贅述，其中各步驟的參數記載於下列表三。

<第四實施例>

本發明第四實施例的樹脂鑽石線鋸之製造方法同第四實施例，在此不加贅述，其中各步驟的參數記載於下列表三。

<比較例>

比較例為市場上之樹脂鑽石線鋸，其未經本發明的樹脂鑽石線鋸之製造方法的步驟S100、S200、S300、S400及S500而獲得，即比較例之樹脂鑽石線鋸的複合鑽石未經改質、碳化矽顆粒未經改質、碳鋼線未經蝕刻、樹脂複合物之成分和比例非在本發明範圍內...等製造步驟與本發明的樹脂鑽石線鋸之製造方法相異。

請參照第7A圖、第7B圖、第8A圖及第8B圖，第7A圖係繪示本發明第一實施例的樹脂鑽石線鋸600在未切削前之三維光學顯微鏡圖像，第7B圖係繪示本發明第一實施例的樹脂鑽石線鋸600在斷線後之三維光學顯微鏡圖像，第8A圖係繪示比較例的樹脂鑽石線鋸在未切削前之三維光學顯微鏡圖像，第8B圖係繪示比較例的樹脂鑽石線鋸在斷線後之三維光學顯微鏡圖像。第7A圖、第7B圖、第8A圖及第8B圖皆是三維光學顯微鏡1000倍圖像。相較於第8B圖比較例的切削至斷線後的樹脂鑽石線鋸，第7B圖的第一實施例的樹脂鑽石線鋸600在切削至斷線後的包覆組成物610及其之改質複合鑽石611，較第8B圖比較例的樹脂鑽石線鋸的樹脂複合物及鑽石為多。

請參照第9圖，第9圖係繪示本發明第一實施例及比較例的樹脂鑽石線鋸之切削深度及時間圖。請一併參照下列表四，第9圖及表四顯示本發明第一實施例的樹脂鑽石線鋸600的切削壽命為38(分)，較比較例的樹脂鑽石線鋸的切削壽命29(分)為長。再者，本發明第一實施例的樹脂鑽石線鋸600的切削深度為28.0(mm)，較比較例的樹脂鑽石線鋸的切削深度12.5(mm)為深，故本發明的樹脂鑽石線鋸具有較優異的切削能力。據此，依本發明的樹脂鑽石線鋸之製造方法獲得的樹脂鑽石線鋸在切割過程不易產生包覆組成物中的改質複合鑽石或包覆組成物剝離的現象，故能提升樹脂鑽石線鋸的切削壽命與切削能力。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

S100‧‧‧步驟

S200‧‧‧步驟

S300‧‧‧步驟

S500‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種樹脂鑽石線鋸之製造方法，包含：形成複數個改質複合鑽石，係將複數個複合鑽石、矽烷偶聯劑及水於50~90℃下攪拌3~6小時，並於90~150℃烘乾，以獲得該些改質複合鑽石，其中該些複合鑽石具有金屬鍍層，且該些複合鑽石為100重量份，該矽烷偶聯劑為5~20重量份，該水為400~800重量份；形成複數個改質碳化矽，係將複數個碳化矽顆粒、矽烷偶聯劑及水於50~90℃下攪拌3~6小時，並於90~150℃烘乾，以獲得該些改質碳化矽，其中該些碳化矽顆粒為100重量份，該矽烷偶聯劑為5~20重量份，該水為400~800重量份；進行一混和步驟，係將該些改質複合鑽石、該些改質碳化矽、熱固性酚醛樹脂、矽烷偶聯劑及水充分攪拌，以獲得一包覆組成物，其中該些改質複合鑽石為80~180重量份，該些改質碳化矽為30~90重量份，該熱固性酚醛樹脂為100重量份，該矽烷偶聯劑為1~10重量份，該水為10~100重量份；以及進行一塗佈步驟，係將該包覆組成物均勻塗佈於一蝕刻碳鋼線上，於180~250℃烘烤熱固化7~10小時，以獲得一樹脂鑽石線鋸。
2. 如申請專利範圍第1項所述的樹脂鑽石線鋸之製造方法，更包含： 形成該蝕刻碳鋼線，係將一碳鋼線浸泡於30~60℃的一酸蝕刻液5~10秒，並於150~200℃烘乾，以獲得該蝕刻碳鋼線。
3. 如申請專利範圍第1項所述的樹脂鑽石線鋸之製造方法，更包含：形成該蝕刻碳鋼線，係將一碳鋼線浸泡於30~60℃的一酸蝕刻液5~10秒，以去離子水沖洗20~40秒，並於150~200℃烘乾，以獲得該蝕刻碳鋼線。
4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述的樹脂鑽石線鋸之製造方法，其中該酸蝕刻液為酸性物質與過氧化氫的水溶液，且酸性物質與過氧化氫的重量濃度為1~10%。
5. 如申請專利範圍第4項所述的樹脂鑽石線鋸之製造方法，其中該酸性物質為HCl或H₂SO₄。
6. 如申請專利範圍第1項所述的樹脂鑽石線鋸之製造方法，其中該些複合鑽石之粒徑為0.5μm~30μm。
7. 如申請專利範圍第1項所述的樹脂鑽石線鋸之製造方法，其中該些複合鑽石的該金屬鍍層包含鎳、銅、鈦或前述之組合。
8. 如申請專利範圍第1項所述的樹脂鑽石線鋸之製造方法，其中該矽烷偶聯劑包含環氧基、胺基、異氰酸基、磷基、硫基或前述之組合。
9. 如申請專利範圍第1項所述的樹脂鑽石線鋸之製造方法，其中該些碳化矽顆粒之粒徑為0.05μm~0.5μm。
10. 一種樹脂鑽石線鋸，其以申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述的樹脂鑽石線鋸之製造方法獲得該樹脂鑽石線鋸。