金刚石电沉积绞合线锯的开发研究

唐　营　杨乐乐 王前进　杨晓军（河南黄河旋风股份有限公司，河南　许昌　461500）

金刚石电沉积绞合线锯的开发研究

唐营杨乐乐 王前进杨晓军
（河南黄河旋风股份有限公司，河南许昌461500）

现阶段，在制造集成电路的基地用硅片的过程中，利用多线锯切切割。然而多线锯切的切割性能会受到悬浊液的实际供应情况的影响，并且存在着加工精度不足、加工效率偏低等问题。所以为了全面改进切割加工法，利用金刚石沉积绞合线锯，提高其使用寿命。笔者从分析金刚石电沉积绞合线路的设计思路入手，研究了金刚石电沉积绞合线锯的具体制作方式和切割性能，针对金刚石电沉积绞合线锯的开发进行探讨。

金刚石；绞合线锯；电沉积

半导体元件的基地用硅片的切割加工，利用的是附在琴钢丝表层的金刚石磨粒线锯。和游离磨粒方法相比较而言，本线锯的切割效率明显提升，并受到了相关人士的高度重视。然而金刚石磨粒线锯还存在着一些问题：加工次数的逐渐增加，使得切屑附着在磨粒的表层；因为金刚石磨粒存在着脱落、磨损等问题，使得切割性能不断下降。因此研究金刚石电沉积绞合线锯的开发有着重要的意义。

1　金刚石电沉积绞合线锯的开发思路

为了延长金刚石电沉积线锯的使用寿命，提升它的实际切割效率，笔者研究设计出一种新的线锯。该线锯的芯线利用的是两根细琴钢丝捻成的金刚石电沉积绞合线，在绞合线的表层附有金刚石磨粒。笔者从切割效率方面考虑，研究所设计的线锯的实际切割性能与材料强度特征；从对切割加工处理后的线锯表层进行观察入手，按照加工工件的表层粗糙层度变化，分析该线锯的加工精度以及观察结果。

2　金刚石电沉积绞合线锯的开发

2.1 本线锯的具体制作

（1）笔者设计的绞合线上的制作装置利用的是行星轮机构，将两条琴钢丝卷绕在工字轮上，根据一定的方向进行旋转，便能够制作成绞合线。在制作绞合线的过程中，要尽量避免琴钢丝发生扭曲应力。而在金刚石电沉积的装置内，经过绞合线的制作装置后，输出的绞合线，在通过阴极后，在丙酮槽内进行脱脂处理，使得线材表层发生活化。在氨基磺酸镀镍槽内的镀底层，提高镀镍层实际附着力，以此避免绞合加工过程中发生剥离现象。在槽中添加金刚石磨粒，附在线材的表层。此外，在镀镍二次电镀的过程中，通过对磨粒凸出量进行调整，提高磨粒附着力，以此避免在加工磨粒的过程中出现脱落现象。同时还要将线锯放在清洗槽中进行冲洗。

（2）切割方式。在切割加工装置中：在双联鼓齿的端部安装线锯，利用工件的加工台以及线拉力，对切割加工装置进行有效地调整；然后卷绕于双联鼓齿中。装置中的两联鼓齿利用步进电机，反复驱动进行正反方向旋转，利用线锯的反复运动，完成切割加工工作。工件固定在切割加工装置中的加工台上，确保平衡锤所施加的切割载荷的稳固性。将扭矩电动机中的线拉力设定成固定拉力，以此对切割加工装置进行调整。

2.2 本线锯的切割性能

（1）强度特性。通过对绞合线锯表层的观察结果进行研究，不难发现，在镀镍后，绞合线的表层附着着金刚石磨粒，且该金刚石磨粒呈均匀分布，因为两根琴钢丝搓捻在一起，使得线锯表层产生了螺旋型凹部。在拉伸试验过程中，线锯的实际加持间隔是100分钟；在切割中线拉力的情况下进行扭曲试验。绞合线锯的实际抗拉强度比传统线锯的要低。这主要是因为绞合线锯的实际截面积要比传统线锯的截面积要小。而绞合线锯的实际断裂扭转角会受到扭转方向的影响，然而其高度则是传统线锯的三倍。一般情况下，断面的极惯性矩会对扭曲强度产生一定程度的影响。根据平行轴的定理算出绞合线锯断面的极惯性矩，该极惯性矩大约是传统线锯的33%。减小断面的极惯性矩，将会提高芯线的扭曲强度。而绞合线锯的实际断裂扭曲强度会受到扭转方向的影响，这主要是因为该线锯的捻线方向所致。

（2）切割效率。通过研究不难发现，当节距为2mm、5mm以及10mm的情况下，绞合线锯的切割效率要比传统线锯高。其中在节距为2mm的情况下，绞合线锯的实际切割效率高出传统线锯的一倍多。因此绞合线锯的实际切割效率高于传统线锯，随着节距的不断减少，绞合线锯的实际切割效率将会不断提高。此外，因为在芯线的表层，均匀沉积着金刚石磨粒，使得工件的加工槽会受到均匀的加工荷载；又因为芯线采取的是绞合线，在线锯的表层中的凹部，能够充当容屑槽，加速了加工液的流入，加强了排屑性能，也提高了加工槽的实际加工压力。

2.3 切割加工后，对线锯表层的观察

在对绞合线锯进行三十次加工后，和加工前的金刚石磨粒相比较而言，金刚石磨粒的切刃呈圆形，这说明出现了磨损。通过观察发现，绞合线锯的磨损程度比传统线锯的磨损程度要小。此外，因为在制作线锯的过程中，利用的是相同粒径的磨粒，使得绞合线锯和传统线锯的表层粗糙度相同。

结语

笔者利用两根琴钢丝制成芯线，设计新的金刚石电沉积线锯。因为利用绞合线制成芯线，使得绞合线锯的截面积要小于传统线锯，降低了断裂荷载；绞合线锯的实际切割效率比传统线锯要大；绞合线利用的是容屑槽推动加工液的流入。此外，通过对绞合线锯加工硅片的表层粗糙度进行研究，笔者观察到绞合线的切割效率较高，但其表层的粗糙度和传统线锯相同。

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TG717

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唐营（1988—），男，河南省驻马店，工作单位：河南黄河旋风股份有限公司，职务：材料研发，研究方向：金刚石线锯。