金剛石電沉積絞合線鋸的開發研究

唐　營　楊樂樂 王前進　楊曉軍（河南黃河旋風股份有限公司，河南　許昌　461500）

金剛石電沉積絞合線鋸的開發研究

唐營楊樂樂 王前進楊曉軍
（河南黃河旋風股份有限公司，河南許昌461500）

現階段，在制造集成電路的基地用硅片的過程中，利用多線鋸切切割。然而多線鋸切的切割性能會受到懸濁液的實際供應情況的影響，并且存在著加工精度不足、加工效率偏低等問題。所以為了全面改進切割加工法，利用金剛石沉積絞合線鋸，提高其使用壽命。筆者從分析金剛石電沉積絞合線路的設計思路入手，研究了金剛石電沉積絞合線鋸的具體制作方式和切割性能，針對金剛石電沉積絞合線鋸的開發進行探討。

金剛石；絞合線鋸；電沉積

半導體元件的基地用硅片的切割加工，利用的是附在琴鋼絲表層的金剛石磨粒線鋸。和游離磨粒方法相比較而言，本線鋸的切割效率明顯提升，并受到了相關人士的高度重視。然而金剛石磨粒線鋸還存在著一些問題：加工次數的逐漸增加，使得切屑附著在磨粒的表層；因為金剛石磨粒存在著脫落、磨損等問題，使得切割性能不斷下降。因此研究金剛石電沉積絞合線鋸的開發有著重要的意義。

1　金剛石電沉積絞合線鋸的開發思路

為了延長金剛石電沉積線鋸的使用壽命，提升它的實際切割效率，筆者研究設計出一種新的線鋸。該線鋸的芯線利用的是兩根細琴鋼絲捻成的金剛石電沉積絞合線，在絞合線的表層附有金剛石磨粒。筆者從切割效率方面考慮，研究所設計的線鋸的實際切割性能與材料強度特征；從對切割加工處理后的線鋸表層進行觀察入手，按照加工工件的表層粗糙層度變化，分析該線鋸的加工精度以及觀察結果。

2　金剛石電沉積絞合線鋸的開發

2.1 本線鋸的具體制作

（1）筆者設計的絞合線上的制作裝置利用的是行星輪機構，將兩條琴鋼絲卷繞在工字輪上，根據一定的方向進行旋轉，便能夠制作成絞合線。在制作絞合線的過程中，要盡量避免琴鋼絲發生扭曲應力。而在金剛石電沉積的裝置內，經過絞合線的制作裝置后，輸出的絞合線，在通過陰極后，在丙酮槽內進行脫脂處理，使得線材表層發生活化。在氨基磺酸鍍鎳槽內的鍍底層，提高鍍鎳層實際附著力，以此避免絞合加工過程中發生剝離現象。在槽中添加金剛石磨粒，附在線材的表層。此外，在鍍鎳二次電鍍的過程中，通過對磨粒凸出量進行調整，提高磨粒附著力，以此避免在加工磨粒的過程中出現脫落現象。同時還要將線鋸放在清洗槽中進行沖洗。

（2）切割方式。在切割加工裝置中：在雙聯鼓齒的端部安裝線鋸，利用工件的加工臺以及線拉力，對切割加工裝置進行有效地調整；然后卷繞于雙聯鼓齒中。裝置中的兩聯鼓齒利用步進電機，反復驅動進行正反方向旋轉，利用線鋸的反復運動，完成切割加工工作。工件固定在切割加工裝置中的加工臺上，確保平衡錘所施加的切割載荷的穩固性。將扭矩電動機中的線拉力設定成固定拉力，以此對切割加工裝置進行調整。

2.2 本線鋸的切割性能

（1）強度特性。通過對絞合線鋸表層的觀察結果進行研究，不難發現，在鍍鎳后，絞合線的表層附著著金剛石磨粒，且該金剛石磨粒呈均勻分布，因為兩根琴鋼絲搓捻在一起，使得線鋸表層產生了螺旋型凹部。在拉伸試驗過程中，線鋸的實際加持間隔是100分鐘；在切割中線拉力的情況下進行扭曲試驗。絞合線鋸的實際抗拉強度比傳統線鋸的要低。這主要是因為絞合線鋸的實際截面積要比傳統線鋸的截面積要小。而絞合線鋸的實際斷裂扭轉角會受到扭轉方向的影響，然而其高度則是傳統線鋸的三倍。一般情況下，斷面的極慣性矩會對扭曲強度產生一定程度的影響。根據平行軸的定理算出絞合線鋸斷面的極慣性矩，該極慣性矩大約是傳統線鋸的33%。減小斷面的極慣性矩，將會提高芯線的扭曲強度。而絞合線鋸的實際斷裂扭曲強度會受到扭轉方向的影響，這主要是因為該線鋸的捻線方向所致。

（2）切割效率。通過研究不難發現，當節距為2mm、5mm以及10mm的情況下，絞合線鋸的切割效率要比傳統線鋸高。其中在節距為2mm的情況下，絞合線鋸的實際切割效率高出傳統線鋸的一倍多。因此絞合線鋸的實際切割效率高于傳統線鋸，隨著節距的不斷減少，絞合線鋸的實際切割效率將會不斷提高。此外，因為在芯線的表層，均勻沉積著金剛石磨粒，使得工件的加工槽會受到均勻的加工荷載；又因為芯線采取的是絞合線，在線鋸的表層中的凹部，能夠充當容屑槽，加速了加工液的流入，加強了排屑性能，也提高了加工槽的實際加工壓力。

2.3 切割加工后，對線鋸表層的觀察

在對絞合線鋸進行三十次加工后，和加工前的金剛石磨粒相比較而言，金剛石磨粒的切刃呈圓形，這說明出現了磨損。通過觀察發現，絞合線鋸的磨損程度比傳統線鋸的磨損程度要小。此外，因為在制作線鋸的過程中，利用的是相同粒徑的磨粒，使得絞合線鋸和傳統線鋸的表層粗糙度相同。

結語

筆者利用兩根琴鋼絲制成芯線，設計新的金剛石電沉積線鋸。因為利用絞合線制成芯線，使得絞合線鋸的截面積要小于傳統線鋸，降低了斷裂荷載；絞合線鋸的實際切割效率比傳統線鋸要大；絞合線利用的是容屑槽推動加工液的流入。此外，通過對絞合線鋸加工硅片的表層粗糙度進行研究，筆者觀察到絞合線的切割效率較高，但其表層的粗糙度和傳統線鋸相同。

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TG717

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唐營（1988—），男，河南省駐馬店，工作單位：河南黃河旋風股份有限公司，職務：材料研發，研究方向：金剛石線鋸。