钎焊金刚石线锯的推广应用查看源代码讨论查看历史
 |
钎焊金刚石线锯的推广应用复合材料。
应用领域
半导体材料产业
成果简介
选用直径为0.2mm的65Mn弹簧钢丝作为线锯基体，采用真空炉中钎焊(以镍基合金粉为钎料)和管式炉中氩气保护钎焊(以银铜钛合金粉为钎料)的方法制备金刚石线锯,对比研究了两种线锯的表面形貌，基体显微组织，力学性能和疲劳性能。结果表明:采用银铜钛合金[2]粉为钎料制备的金刚石线锯性能更优，其抗拉强度为1 132MPa,伸长率为3.27%,疲劳寿命为12h,基体组织为回火索氏体。依据磨粒的工作方式，金刚石线锯可以分为游离磨粒线锯和固结磨料线锯两种。与游离磨料金刚石线锯相比，固结磨料线锅具有切缝窄、线速度高、工件表面切割质量好、线锅工作寿命长等优点。目前在实际加工领域应用的固结磨料线锯主耍有树脂结合剂金刚石线锯和电镀金刚石线银，两者都是通过机械镶嵌的方式将金刚石磨粒固定在线锯基体上，因此磨粒与基体之问的结合强度低，切割过程中金刚石磨粒很容易发生脱落，脱落的金刚石磨粒进人切割加工区域，对基体和工件表面产生机械滚压和刻划作用,势必会降低线锯的使用寿命和工件的切割表面质量。钎焊金刚石固结磨料线锯是近几年研制的一种新型固结磨料线锯，其基本原理是利用钎焊技术,在钢丝基体表面高温焊接单层金刚石颗粒，以实现金刚石磨粒与钎料层之间牢固的化学键合。与树脂结合剂固结磨料线锯和电镀金刚石固结磨料线锯相比，钎焊金刚石线锯具有以下优势：金刚石磨粒与线锯钎料层的结合强度高，金刚石露出充分，容居空间大，切割过程中线锯不易堵塞,切割效率高,线锯寿命长;线锯使用切割过程中的切割力小,功率低，切割温度低,工件切割表面质量高。目前，虽然学者们尝试利用不同钎焊加热方法和合金粉体钎料制备金刚石线锯，实现了金列石磨粒与钢丝基体之间牢固连接，但是没有从根本上解决高温加热过程中钢丝基体的热损伤问题，也没有揭示钎焊加热过程中各参数对线锯力学性能和显微组织的影响机制，制备的线锯要实现实际加工应用还有很长的一段探索过程。为解决此问题，作者利用两种不司的钎焊工艺方案，制备了钎焊金刚石固结磨料线锯，检测了线锯的力学性能，观察线锯的宏观形貌和显微组织，并在线锯切割机上进行实际运转疲劳试验；比较了不同钎焊加热方式和不同钎料制备金刚石线锯性能的优劣，力图揭示钎焊各参数对线锯力学性能的影响，为实现钎焊金刚石固结磨料线锅的实际切割应用奠定基础。
线锯切割是目前半导体产业中将材料由晶棒转变为晶片的主要加工方法。第三代半导体具有高硬度、高脆性等特性，属于典型的难加工材料，现有的切割加工是利用电镀线锯完成，因为电镀线锯中的金刚石与基体的把持力弱，导致第三代半导体材料切片加工效率低，材料损伤严重。 本成果提出了利用钎焊方法将金刚石磨粒固结在基体上的研究思路，解决了细粒度金刚石的上砂控制难题以及细粒度金刚石磨粒低温钎焊的关键技术难点，实现金刚石磨料、结合剂及钢丝三者的牢固结合。锯切实验表明所制备的新型钎焊金刚石线锯具有切割效率高，切割损伤小等优势，是一种全新的金刚石线锯产品。该成果有望推动第三代半导体切片加工技术的发展。
经济效益与社会效益
利用钎焊金刚石线锯进行第三代半导体的切割加工，不仅从切割效率和切割质量方面有明显改善，同时由于钎焊线锯的制备方式与传统电镀线锯的制备方面全然不同，避免了电镀过程所产生的环境污染，具有显著的经济和社会效益。