[发明专利]具有金属合金固定层的固结研磨锯丝的制造方法和所制造的锯丝

说明书

公开了一种通过预涂覆有第一金属的研磨颗粒在细长基底丝(104、202)上的电解沉积制造固结研磨锯丝(104)的方法。该方法具体在于添加不同于第一金属的研磨颗粒活化金属离子的初始固着浴(110)。活化金属离子与第一金属离子一起沉积在金属基底丝(104、202)上的固定层中，并且增强了仅仅被部分涂覆的研磨颗粒的活性。然后，从不含添加的金属键合层的沉积浴(108)中沉积键合层。在形成的丝(104)中，所有活化金属的超过70％在固定层和键合层的总厚度的30％的宽度内存在于金属基底丝(104、202)附近。

技术领域

本发明涉及一种制造固结研磨锯丝的方法和由该方法形成的固结研磨锯丝。固结研磨锯丝可用于切割诸如蓝宝石、硅、砷化镓、石英、碳化硅、天然石或人造石或类似材料的硬脆材料。

背景技术

在半导体和太阳能晶圆制造领域，多环单丝锯切机的开发使得在一个单次循环中进行多个晶圆(超过一百个)的并行切割成为可能。在这样的锯切机中，单个长度的丝在带槽的绞盘上被缠绕成几个环，其中绞盘在工件沉入如此形成的丝状网中的同时保持这些环处于相等的距离。绞盘驱动丝前后移动，从而逐步地新的丝在网的入口环处被进给，而使用过的丝在网的出口环处被抽出。

当今，基本上两种不同类型的锯切过程是常规的。存在松散的研磨锯切，其中含有研磨砂粒(主要是聚乙烯粘性载体中的碳化硅粉末)的浆料被锯丝拖入切割中。锯切是通过研磨颗粒在锯丝的表面和工件之间粘附和滚动而进行的，即通过三体研磨来完成的。锯丝通常是具有光滑表面和圆形横截面的高拉伸强度钢丝。最近，通过使用微波状锯丝已经在速度和表面质量方面获得改进的切割结果。在这种锯丝中，在丝中制作细小的弯曲，从而改善将浆料拖入到切割中的阻力(参见本申请人的WO2014/036714A1、WO2012/2069314A1)。

由于不仅工件被磨损，而且钢丝表面也被磨损，所以需要钢丝的高补充率。此外，浆料管理在过程控制和辅助设备方面增加了工艺的复杂性，并且整个过程不是环保的。

因此，固结研磨锯丝的使用在过去几年中取得了更大的成功，不仅用于切割太阳能应用或半导体应用的硅，而且还用于切割用作蓝色LED基板、相机透镜、透明按钮甚至智能手机屏幕基板的蓝宝石晶圆。

在固结研磨锯丝中，研磨颗粒通过键合层固结在锯丝的表面上。通过这种方式，研磨颗粒和载体丝之间的相对速度为零，并且不存在锯丝的磨损，即锯丝寿命现在受到研磨颗粒的磨损寿命的限制。只需要冷却剂就能从切割中清除锯屑，但这比研磨浆料更好管理。键合层可以是有机树脂键合层(US6070570)，也可以是金属键合层。金属键合层可以通过钎焊或锡焊(WO99/46077)或通过非电解沉积或电解沉积(早先专利为DE916143)来施加。目前的应用涉及后一种类型的固结研磨锯丝，即将研磨颗粒保持在电解沉积的金属层中。

研磨颗粒在键合层中的电解共同沉积是一个挑战。由于研磨颗粒(主要是人造金刚石砂粒)是电惰性的，所以颗粒在该过程中不会涂覆。因此，首先用诸如非电解Ni-P或Co-P的导电层(GB1198479)或诸如TiC或SiC的半导电层(US7704127)覆盖研磨颗粒。不需要在研磨颗粒周围封闭导电层(JP2010036298A、JP2010120116A2)。

通常，沉积是一个两阶段过程：

a.在第一“固定步骤”中，将颗粒临时固定到基底丝。优选地，这是在单个颗粒层中完成的，而颗粒没有粘附在一起成簇。这种固定太弱，无法使丝适合锯切，但需要足够坚固以至少在从a到b期间暂时将颗粒保持在丝上；

b.第二“键合步骤”，其中通过金属“键合层”的进一步电解沉积将颗粒键合到位。键合层将研磨颗粒保持在位。

“固定步骤”的替代方案的非详尽清单如下：

·使用可热熔金属附加层(US2012/167482、US 2013/032129A)；

·使用有机粘合剂(JP2010/120116)；