本發(fā)明屬半導(dǎo)體精密加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種半導(dǎo)體硅晶圓、氧化物晶圓等硬脆材料的精密加工工具及其制造方法，具體涉及一種輪轂型電鍍超薄切割砂輪的制造方法。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體、光電材料切割加工中，需使用高精度的金剛石砂輪對(duì)晶片進(jìn)行分割或開槽。目前，金剛石切割砂輪制造工藝主要是采用熱壓法或復(fù)合電沉積法，而熱壓法受到其制造工藝限制，目前對(duì)于厚度為0.080mm以薄的切割砂輪很難實(shí)現(xiàn)。采用復(fù)合電沉積法制造的金剛石切割砂輪有三種：無(wú)輪轂式金剛石切割片（軟刀），粘結(jié)型金剛石切割砂輪和輪轂型電鍍金剛石切割砂輪（硬刀）。無(wú)輪轂式切割片是在陰極母板上復(fù)合電沉積出環(huán)狀金剛石層，然后與母板分離后經(jīng)沖壓成型；此種砂輪在使用時(shí)需配用精密法蘭，裝刀要求高，使用前還需在線修圓，使用不太方便；粘結(jié)型輪轂式切割砂輪是將上述砂輪環(huán)用膠粘劑（或焊接劑）與基體粘結(jié)在一起而制成；但在粘結(jié)時(shí)，由于粘結(jié)厚度的均勻性不易控制，砂輪精度不易保證，粘結(jié)強(qiáng)度也不夠穩(wěn)定。而輪轂型電鍍超薄切割砂輪是將鎳-金剛石復(fù)合層一次性電鍍成型，尺寸精度高，使用方便，代表著該類砂輪產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展方向。但輪轂型電鍍超薄金剛石切割砂輪受多種因素影響，普遍存在切割刀刃應(yīng)力過大，強(qiáng)度過低，在實(shí)際應(yīng)用中，頻繁出現(xiàn)切割過程中斷刀的嚴(yán)重質(zhì)量問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的切割斷刀問題，本發(fā)明提供一種輪轂型電鍍超薄金剛石切割砂輪的制造方法，采用含磷的氨基磺酸鎳電鍍液，借助硬化劑的增硬作用和應(yīng)力消除劑的微應(yīng)力作用，獲得低應(yīng)力、高硬度的新型鎳基結(jié)合劑，實(shí)現(xiàn)了輪轂型電鍍超薄金剛石切割砂輪切割刀刃具有極低的應(yīng)力和較高的強(qiáng)度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

輪轂型電鍍超薄金剛石切割砂輪的制造方法，包括以下步驟：

（1）將砂輪基體進(jìn)行化學(xué)鍍處理；

（2）復(fù)合電沉積

將化學(xué)鍍處理后的砂輪基體作為陰極放入氨基磺酸鎳電鍍液中，球形鎳作為陽(yáng)極，在外接直流電的作用下，實(shí)施金剛石磨料與鎳金屬離子的共沉積，在砂輪基體上形成復(fù)合鍍層；

（3）鍍層表面精密研磨

采用碳化硅研磨棒對(duì)復(fù)合鍍層表面進(jìn)行精密研磨，去除復(fù)合鍍層表面的組織缺陷，使得復(fù)合鍍層表面組織均勻；

（4）外圓磨削

采用陶瓷砂輪對(duì)砂輪外圓進(jìn)行粗磨，然后使用石墨砂輪對(duì)砂輪外圓進(jìn)行精磨，使得超薄砂輪外圓圓度≤5μm；

（5）刀刃反面微腐蝕

采用濃硝酸：氫氟酸：磷酸比例為100~150:1~5:40~60的化學(xué)復(fù)合微腐蝕液對(duì)砂輪刀刃反面進(jìn)行微腐蝕，使得刀刃反面的金剛石裸露。

步驟（1）中的砂輪基體為鋁合金基體，其平面度為0.002mm，內(nèi)孔精度為IT5級(jí)。

步驟（3）中組織缺陷包括電鍍浮砂、鍍層凸起、鍍層凹坑。

步驟（2）復(fù)合電沉積時(shí)電鍍電流密度為2~5A/dm²，溫度為55~60℃，PH值為4.0~4.5。

步驟（2）氨基磺酸鎳電鍍液按照氨基磺酸鎳、溴化鎳、次磷酸鈉、硼酸、硬化劑、應(yīng)力消除劑、分散劑、去離子水、金剛石磨料的重量比為40~60：0.3~0.6：0.05~0.1：3.5~4.5：0.4~0.7：0.01~0.03：0.1~0.3：80~90：0.1~1配置，攪拌均勻。

硬化劑為乙氧基化丙炔醇、甘油單丙炔醚、丙氧基化丁炔二醇、二乙基丙炔胺中的任一種。

應(yīng)力消除劑為對(duì)-甲苯磺酰胺、鄰-苯甲酸磺酰亞胺、丙烯基磺酸中的任一種。

分散劑為磺基丁二酸二戊酯鈉鹽、乙基己基硫酸鈉、月桂基醚硫酸鹽中的任一種。

所述攪拌為正、反向攪拌交替進(jìn)行，正向攪拌10~20rpm，2~3min；反向攪拌180~240rpm，10~30s。

所述方法制得的金剛石切割砂輪厚度為0.010mm~0.150mm。

采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）采用含磷的氨基磺酸鎳電鍍液，并借助硬化劑的增硬作用和應(yīng)力消除劑的微應(yīng)力作用，獲得低應(yīng)力、高硬度的新型鎳基結(jié)合劑，鍍層應(yīng)力范圍可控制在-5~+5N/mm²，鍍層維氏硬度可高達(dá)HV500~HV1000，實(shí)現(xiàn)了輪轂型電鍍超薄金剛石切割砂輪切割刀刃具有極低的應(yīng)力和較高的強(qiáng)度，避免了砂輪在實(shí)際應(yīng)用中因應(yīng)力變形或強(qiáng)度過低導(dǎo)致的切割斷刀質(zhì)量問題；

（2）通過采用表面精密研磨的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍍層表面的組織缺陷的有效去除，保證了超薄刀刃的組織均勻性和尺寸精度，解決了因刀刃組織缺陷而導(dǎo)致的切割斷刀問題。

（3）通過采用精密外圓磨削，保證了砂輪的外圓精度和圓度，避免了砂輪外圓圓周的不均勻磨削而導(dǎo)致的局部刀刃破損。

（4）通過采用微腐蝕工藝，使得刀刃反面金剛石暴露，刀刃兩面的組織結(jié)構(gòu)更趨于一致，避免了刀刃正、反兩面不均勻磨損導(dǎo)致的刀刃斷裂。

附圖說明

圖1為本發(fā)明砂輪基體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明復(fù)合電沉積后的砂輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明經(jīng)過表面研磨、外圓磨削和微腐蝕處理后的砂輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中1是砂輪基體，2是鎳-金剛石復(fù)合層，3是砂輪刀刃。

具體實(shí)施方式

輪轂型電鍍超薄金剛石切割砂輪的制造方法，包括以下步驟：

（1）將砂輪基體進(jìn)行化學(xué)鍍處理

如圖1所示，將砂輪基體1精加工成所需的尺寸和精度，然后對(duì)非鍍面進(jìn)行絕緣保護(hù)處理，然后對(duì)砂輪基體進(jìn)行化學(xué)鍍工藝處理；

（2）復(fù)合電沉積

將化學(xué)鍍處理后的砂輪基體作為陰極放入氨基磺酸鎳電鍍液中，球形鎳作為陽(yáng)極，在外接直流電的作用下，實(shí)施金剛石磨料與鎳金屬離子的共沉積，復(fù)合電沉積時(shí)電鍍電流密度為2~5A/dm²，溫度為55~60℃，PH值為4.0~4.5，在砂輪基體上形成鎳-金剛石復(fù)合層2，見圖2；

氨基磺酸鎳電鍍液按照氨基磺酸鎳、溴化鎳、次磷酸鈉、硼酸、硬化劑、應(yīng)力消除劑、分散劑、去離子水、金剛石磨料的重量比為40~60：0.3~0.6：0.05~0.1：3.5~4.5：0.4~0.7：0.01~0.03：0.1~0.3：80~90：0.1~1配置，攪拌均勻，所述攪拌為正、反向攪拌交替進(jìn)行，正向攪拌10~20rpm，2~3min；反向攪拌180~240rpm，10~30s；其中，硬化劑為乙氧基化丙炔醇、甘油單丙炔醚、丙氧基化丁炔二醇、二乙基丙炔胺中的任一種；應(yīng)力消除劑為對(duì)-甲苯磺酰胺、鄰-苯甲酸磺酰亞胺、丙烯基磺酸中的任一種；分散劑為磺基丁二酸二戊酯鈉鹽、乙基己基硫酸鈉、月桂基醚硫酸鹽中的任一種；

（3）鍍層表面精密研磨

采用碳化硅研磨棒對(duì)復(fù)合鍍層表面進(jìn)行精密研磨，去除復(fù)合鍍層表面的組織缺陷，使得復(fù)合鍍層表面組織均勻，組織缺陷包括電鍍浮砂、鍍層凸起、鍍層凹坑；

（4）外圓磨削

采用陶瓷砂輪對(duì)砂輪外圓進(jìn)行粗磨，然后使用石墨砂輪對(duì)砂輪外圓進(jìn)行精磨，使得超薄砂輪外圓圓度≤5μm；

（5）刀刃反面微腐蝕

采用濃硝酸：氫氟酸：磷酸比例為100~150:1~5:40~60的化學(xué)復(fù)合微腐蝕液對(duì)砂輪刀刃反面進(jìn)行微腐蝕，使得砂輪刀刃3反面的金剛石裸露，見圖3所示。

實(shí)施例1

用于切割半導(dǎo)體砷化鎵晶圓、厚度為0.010mm的輪轂型電鍍超薄金剛石切割砂輪的制造方法，包括以下步驟：

（1）將砂輪基體進(jìn)行化學(xué)鍍處理

將砂輪基體精加工成所需的尺寸和精度，對(duì)非鍍面進(jìn)行絕緣保護(hù)處理，然后對(duì)砂輪基體進(jìn)行化學(xué)鍍工藝處理；

（2）復(fù)合電沉積

配置氨基磺酸鎳電鍍液：氨基磺酸鎳電鍍液按照氨基磺酸鎳、溴化鎳、次磷酸鈉、硼酸、乙氧基化丙炔醇、對(duì)-甲苯磺酰胺、磺基丁二酸二戊酯鈉鹽、電導(dǎo)率5μs/cm以下的去離子水、M1/2的金剛石磨料的重量比為40：0.6：0.1：4.5：0.6：0.03：0.1：90：1配置，氨基磺酸鎳、溴化鎳、硼酸均為分析純，20rpm正向攪拌2min；240rpm反向攪拌10s，正、反向攪拌交替進(jìn)行，攪拌均勻；

將化學(xué)鍍處理后的鋁基體作為陰極放入上述配置好的氨基磺酸鎳電鍍液中，球形鎳作為陽(yáng)極，在外接直流電的作用下，使得金剛石磨料與鎳金屬離子的共沉積，復(fù)合電沉積時(shí)電鍍電流密度為2A/dm²，溫度為55~60℃，PH值為4.0~4.5，電鍍時(shí)間30min在砂輪基體上形成形成Ni-金剛石復(fù)合層；

（3）鍍層表面精密研磨

采用碳化硅研磨棒對(duì)復(fù)合鍍層表面進(jìn)行精密研磨，去除復(fù)合鍍層表面的組織缺陷，如電鍍浮砂、鍍層凸起、鍍層凹坑，使得復(fù)合鍍層表面組織均勻；

（4）外圓磨削

采用陶瓷砂輪對(duì)砂輪外圓進(jìn)行粗磨，然后使用石墨砂輪對(duì)砂輪外圓進(jìn)行精磨，使得超薄砂輪外圓圓度≤5μm，以得到所需的外徑尺寸；

（5）刀刃反面微腐蝕

采用濃硝酸：氫氟酸：磷酸比例為100:1:40的化學(xué)復(fù)合微腐蝕液對(duì)砂輪刀刃反面進(jìn)行微腐蝕，使得刀刃反面的金剛石裸露。

對(duì)制造出的輪轂型電鍍超薄金剛石切割砂輪進(jìn)行檢測(cè)：砂輪厚度為0.010mm；在晶圓切割專用劃片機(jī)上對(duì)砷化鎵晶圓（直徑4inch，晶片厚度0.120mm）進(jìn)行劃切，未出現(xiàn)切割斷刀問題。

實(shí)施例2

用于切割半導(dǎo)體硅晶圓、厚度為0.030mm的輪轂型電鍍超薄金剛石切割砂輪的制造方法，包括以下步驟：

（1）將砂輪基體進(jìn)行化學(xué)鍍處理

選取鋁合金砂輪基體，精加工平面度為0.002mm，內(nèi)孔精度為IT5級(jí)，對(duì)非鍍面進(jìn)行絕緣保護(hù)處理，然后對(duì)砂輪基體進(jìn)行化學(xué)鍍工藝處理；

（2）復(fù)合電沉積

配置氨基磺酸鎳電鍍液：氨基磺酸鎳電鍍液按照氨基磺酸鎳、溴化鎳、次磷酸鈉、硼酸、甘油單丙炔醚、鄰-苯甲酸磺酰亞胺、乙基己基硫酸鈉、電導(dǎo)率5μs/cm以下的去離子水、M3/5金剛石磨料的重量比為50：0.5：0.08：4.0：0.4：0.01：0.2：85：0.1配置，氨基磺酸鎳、溴化鎳、硼酸均為分析純，20rpm正向攪拌2min；200rpm反向攪拌30s，正、反向攪拌交替進(jìn)行，攪拌均勻；

將化學(xué)鍍處理后的鋁基體作為陰極放入上述配置好的氨基磺酸鎳電鍍液中，球形鎳作為陽(yáng)極，在外接直流電的作用下，使得金剛石磨料與鎳金屬離子的共沉積，復(fù)合電沉積時(shí)電鍍電流密度為2.5A/dm²，溫度為55~60℃，PH值為4.0~4.5，電鍍時(shí)間54min在砂輪基體上形成形成Ni-金剛石復(fù)合層；

（3）鍍層表面精密研磨同實(shí)施例1；

（4）外圓磨削同實(shí)施例1；

（5）刀刃反面微腐蝕

采用濃硝酸：氫氟酸：磷酸比例為120:3:45的化學(xué)復(fù)合微腐蝕液對(duì)砂輪刀刃反面進(jìn)行微腐蝕，使得刀刃反面的金剛石裸露。

對(duì)制造出的輪轂型電鍍超薄金剛石切割砂輪進(jìn)行檢測(cè)：厚度0.040mm；在晶圓切割專用劃片機(jī)上對(duì)半導(dǎo)體硅晶圓（直徑6inch，晶片厚度0.240mm）進(jìn)行切割，未出現(xiàn)切割斷刀問題。

實(shí)施例3

用于切割半導(dǎo)體硅晶圓、厚度為0.080mm的輪轂型電鍍超薄金剛石切割砂輪的制造方法，包括以下步驟：

配置氨基磺酸鎳電鍍液：氨基磺酸鎳電鍍液按照氨基磺酸鎳、溴化鎳、次磷酸鈉、硼酸、二乙基丙炔胺、丙烯基磺酸、月桂基醚硫酸鹽、電導(dǎo)率5μs/cm以下的去離子水、M4/8金剛石磨料的重量比為60：0.3：0.05：3.5：0.7：0.02：0.3：80：0.5，氨基磺酸鎳、溴化鎳、硼酸均為分析純，10rpm正向攪拌3min；180rpm反向攪拌20s，正、反向攪拌交替進(jìn)行，攪拌均勻；復(fù)合電沉積時(shí)電鍍電流密度為3.5A/dm²，溫度為55~60℃，PH值為4.0~4.5，電鍍時(shí)間105min在砂輪基體上形成形成Ni-金剛石復(fù)合層；

采用濃硝酸：氫氟酸：磷酸比例為140:4:50的化學(xué)復(fù)合微腐蝕液，對(duì)砂輪刀刃反面進(jìn)行微腐蝕，并使得刀刃反面的金剛石裸露；

其他制備步驟同實(shí)施例1。

對(duì)制造出的輪轂型電鍍超薄金剛石切割砂輪進(jìn)行檢測(cè)：厚度0.080mm；在劃片機(jī)上對(duì)半導(dǎo)體硅晶圓（直徑6inch，厚度為0.680mm）進(jìn)行切割，未出現(xiàn)切割斷刀問題。

實(shí)施例4

用于切割半導(dǎo)體硅晶圓、厚度為0.150mm的輪轂型電鍍超薄金剛石切割砂輪的制造方法，包括以下步驟：

配置氨基磺酸鎳電鍍液：氨基磺酸鎳電鍍液按照氨基磺酸鎳、溴化鎳、次磷酸鈉、硼酸、丙氧基化丁炔二醇、鄰-苯甲酸磺酰亞胺、磺基丁二酸二戊酯鈉鹽、去離子水、M6/12金剛石磨料的重量比為45：0.4：0.07：4.2：0.5：0.02：0.2：83：0.7，15rpm正向攪拌2.5min；220rpm反向攪拌20s，正、反向攪拌交替進(jìn)行，攪拌均勻；復(fù)合電沉積時(shí)電鍍電流密度為5A/dm²，溫度為55~60℃，PH值為4.0~4.5，電鍍時(shí)間70min在砂輪基體上形成形成Ni-金剛石復(fù)合層；

采用濃硝酸：氫氟酸：磷酸比例為150:5:60的化學(xué)復(fù)合微腐蝕液，對(duì)砂輪刀刃反面進(jìn)行微腐蝕，并使得刀刃反面的金剛石裸露；

其他制備步驟同實(shí)施例1。

對(duì)制造出的輪轂型電鍍超薄金剛石切割砂輪進(jìn)行檢測(cè)：厚度0.150mm；在劃片機(jī)上對(duì)半導(dǎo)體硅晶圓（直徑4inch，厚度為0.720mm）進(jìn)行切割，未出現(xiàn)切割斷刀問題。

實(shí)施例5

用于切割半導(dǎo)體硅晶圓、厚度為0.150mm的輪轂型電鍍超薄金剛石切割砂輪的制造方法，包括以下步驟：

配置氨基磺酸鎳電鍍液：氨基磺酸鎳電鍍液按照氨基磺酸鎳、溴化鎳、次磷酸鈉、硼酸、二乙基丙炔胺、對(duì)-甲苯磺酰胺、乙基己基硫酸鈉、去離子水、M3/5金剛石磨料的重量比為55：0.5：0.06：3.7：0.6：0.03：0.1：87：0.3，10rpm正向攪拌3min；210rpm反向攪拌10s，正、反向攪拌交替進(jìn)行，攪拌均勻；復(fù)合電沉積時(shí)電鍍電流密度為4A/dm²，溫度為55~60℃，PH值為4.0~4.5，電鍍時(shí)間90min在砂輪基體上形成形成Ni-金剛石復(fù)合層；

采用濃硝酸：氫氟酸：磷酸比例為130:2:55的化學(xué)復(fù)合微腐蝕液，對(duì)砂輪刀刃反面進(jìn)行微腐蝕，并使得刀刃反面的金剛石裸露；

其他制備步驟同實(shí)施例1。

對(duì)制造出的輪轂型電鍍超薄金剛石切割砂輪進(jìn)行檢測(cè)：厚度0.150mm；在劃片機(jī)上對(duì)半導(dǎo)體硅晶圓（直徑4inch，厚度為0.720mm）進(jìn)行切割，未出現(xiàn)切割斷刀問題。

上述實(shí)施例氨基磺酸鎳電鍍液中硬化劑、應(yīng)力消除劑及分散劑可以任意組合搭配，并不限定于上述5個(gè)實(shí)施例中的組合，且氨基磺酸鎳電鍍液中各原料的用量也可以在氨基磺酸鎳、溴化鎳、次磷酸鈉、硼酸、硬化劑、應(yīng)力消除劑、分散劑、去離子水、金剛石磨料的重量比為40~60：0.3~0.6：0.05~0.1：3.5~4.5：0.4~0.7：0.01~0.03：0.1~0.3：80~90：0.1~1范圍內(nèi)變化；同理，復(fù)合電沉積工藝、化學(xué)復(fù)合微腐蝕液等工藝條件均可在合理范圍內(nèi)變化。

以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明整體構(gòu)思前提下，還可以作出若干改變和改進(jìn)，這些也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。