一种超薄切割片及其制备方法与流程

本技术涉及材料加工领域，尤其涉及一种超薄切割片及其制备方法。

背景技术：

1、微电子封装正在朝着更薄更小的方向发展。芯片的密度逐渐提高，因而晶圆切割时所预留的切割道宽度也越来越小，芯片的厚度也降低。切割刀已经广泛的应用于晶圆切割，且晶圆切割属于关键步骤之一。切割刀厚度的降低，其强度也降低，切割刀翘曲严重。这将提高晶圆切割的困难程度。

2、目前切割刀为金属或树脂结合剂，由于其塑性切割刀容易变形和褶皱。同时切割刀厚度的降低，其强度也降低，切割刀翘曲严重。这将提高晶圆切割的困难程度。

技术实现思路

1、为了解决切割刀因厚度降低引起的强度降低以及容易变形和褶皱的技术问题，本技术提供了一种超薄切割片及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供了采用如下的技术方案：

3、一种超薄切割片，包括以下质量百分比组分：金刚石磨料10-25％、金属结合剂65-80％、陶瓷晶须相10-20％；所述切割片由金刚石磨料和金属结合剂混合后浸渍在陶瓷晶须相原料形成的溶胶-凝胶溶液中，然后经过煅烧、烧结、减薄后制得；

4、超薄切割片的厚度0.1-1mm，弯曲强度为800-1500mpa。

5、通过上述技术方案，金属结合剂添加能够使切割片组织致密性，自锐性好，延长金刚石工具的耐磨性，同时提高切割片锋利度。在切割片内部加入陶瓷晶须相后，降低金刚石和金属结合剂的塑性，提高其刚度，降低其变形的可能性，相较于传统金属或树脂结合剂，切割刀厚度降低容易变形现象显著改善，陶瓷晶须相增强切割刀的强度，改善切割刀翘曲并延长其寿命和锋利性。而且本技术切割片制备时将金刚石磨料与金属结合剂混合后浸渍在陶瓷晶须相原料形成的溶胶-凝胶溶液后，如此可以在金属结合剂表面形成一层陶瓷晶须相薄膜，然后再进行煅烧、烧结，使得上述原料混合合金化，制得的切割品厚度减薄之后，厚度0.1-1mm，其弯曲强度可达到800-1500mpa，极大增强切割片的弯曲强度，同时寿命达到3000-3800m。更优选为厚度为0.3-1mm，其弯曲强度优异的同时寿命更高，当厚度小于0.3mm时，使用寿命有所降低。

6、优选的，所述金属结合剂包括以下质量百分比组分：fe粉10-20％、cusn10预合金粉料20-30％、co粉10-20％、ni粉5-15％、cu粉20-30％、feni30预合金粉料10-20％。

7、通过上述技术方案，金刚石切割片中加入还原铁粉后，可使金刚石切割品胎体合金化程度提高，烧结体组织性均匀，对金刚石的把持力提高，组织致密性，自锐性好，既能延长金刚石切割片的耐磨性，又能提高锋利度，而且fe粉烧结过程适度刻蚀金刚石可增大结合剂与金刚石间的结合力，最终得到切割片的弯曲强度和寿命更优。

8、cusn10预合金粉料，由于sn为低熔点金属，首先有降低胎体烧结温度的作用，同时切割片胎体加入cusn10可形成硬脆相增加胎体的硬度，提高切割片锋利度，而且锡是降低液态合金表面张力的元素，具有降低液态合金对金刚石润湿角的作用，是改善粘结金属对金刚石润湿的元素，可降低合金的熔点，改善压制成型性。从而虽然铜对金刚石几乎不润湿，但是sn元素与铜的合金能使其对金刚石的润湿性得到大幅度改善。

9、co，钴在特定条件下能和金刚石形成碳化物(co2c)，钴可以降低钴和金刚石的内界面张力，增加对金刚石的把持力。

10、ni有十分良好的延展性、韧性和抗氧化性，与铜可以无限互溶，可以强化胎体合金，抑制低熔点金属流失，增加韧性和耐磨性。胎体加入ni后，具有良好的烧结性能。

11、cu，胎体加入铜使胎体能降低烧结温度，较好的成形性和可烧结性及与其它元素的相容性，有利于胎体烧结过程中合金化。

12、feni30预合金粉料，胎体中加入合金粉，有利于胎体烧结过程快速合金化，提高对金刚石的把持力。

13、采用上述组分的合金元素得到的金属结合剂与陶瓷晶须相和金刚石配合具有良好的烧结性，而且最终得到的切割片合金化程度更好，具有更加优异的弯曲强度。

14、优选的，所述金刚石磨料粒径5-20μm；所述金属结合剂粒径3-30μm；所述陶瓷晶须相直径10-50μm，长度为0.05-0.1mm。

15、通过上述技术方案，对金刚石磨料、金属结合剂以及陶瓷晶须相的大小粒径尺寸做出进一步限定，相同浓度的金刚石，粒度越粗，单位体积的金刚石颗粒越少，同等条件下，每颗金刚石受到的冲击力越大，金刚石发生破碎，影响锯片切割效率；如果金刚石过细，金刚石出刃低。不能充分暴露，同时冲击力太小，金刚石不能发生微破碎，金刚石被磨圆，同样影响切割效率。

16、优选的，所述陶瓷晶须相为陶瓷玻璃纤维，超薄切割片上陶瓷玻璃纤维涂层厚度0.05-0.1μm。

17、通过上述技术方案，陶瓷晶须相为陶瓷玻璃纤维，能够提高金属结合剂的脆性，增加金属结合剂砂轮的自锐性，而且本技术中采用溶胶-凝胶法在金属粉末表面制备得到陶瓷晶须相，有利于提高金属陶瓷晶须相的分散性，从而使得陶瓷晶须相均匀分布于切割片上，切割片的弯曲强度更高，尤其是超薄切割片弯曲强度优异，不会出现翘曲变形现象。

18、第二方面，本技术提供了一种超薄切割片制备方法，采用如下的技术方案：

19、一种超薄切割片制备方法，具体包括如下步骤：

20、步骤1)，配料-混料：将金刚石、金属结合剂按比例配备，混合均匀，得到金刚石-金属混料；

21、步骤2)，溶胶-凝胶：正硅酸乙酯中加入无水乙醇并搅拌混合均匀，加酸调节ph至3-5，加入乙酰丙酮、聚乙烯醇搅拌至澄清得到a液；将九水合硝酸铝、硼酸、硝酸钠溶解于去离子水与无水乙醇的混合溶液中搅拌均匀得到b液；按比例将b液滴加至a液混合均匀，得到溶胶-凝胶溶液；

22、步骤3)，浸渍：金刚石-金属混料转移至有无水乙醇的罐内，将溶胶-凝胶溶液加入至罐内，密封进行球磨混料处理；

23、步骤4)，煅烧：将步骤3)得到的混料喷雾干燥，干燥的粉末进行煅烧；

24、步骤5)，压型：将步骤4)得到的粉末采用液压、钢膜装料的方式进行压型处理得到压坯；

25、步骤6)，烧结：将步骤5)得到的压坯进行热压烧结处理、自然冷却得到切割片；

26、步骤7)，减薄-修磨：将步骤6)得到的切割片依次经过减薄、修整处理得到超薄切割片。

27、通过上述技术方案，硅酸乙酯在强酸的催化作用下形成溶胶，同时添加九水合硝酸铝、硼酸、硝酸钠，混合均匀；于球磨罐中与金刚石-金属混料，充分分散均匀后喷雾干燥后进行煅烧，煅烧完成后压型成压坯，热压烧结，得到切割片，通过减薄、修磨之后得到超薄切割片。

28、优选的，所述步骤4)中，煅烧为分段煅烧，惰性氛围下，升温速率为10-15℃/min，第一段升温至100-150℃保温15-30min，第二段升温至250-350℃保温10-15min，第三段升温至450-550℃煅烧1.5-2h。

29、通过上述技术方案，惰性氛围下煅烧，防止其中的还原性金属被氧化，同时采用分段煅烧，使得粉体中硅酸脱水形成二氧化硅，九水合硝酸铝脱水形成氧化铝。

30、优选的，所述步骤5)中，成型压力为100-500kgf/cm2，压坯尺寸为最终高度的1.1-1.3倍。

31、通过上述技术方案，对液压压力以及压坯尺寸进行限定，压力过小，无法形成压坯。

32、优选的，所述步骤6)中，升温速率10-15℃/min。升温台阶分别为120、300、500、700、900℃，每阶温度保温3-5min，800-900℃烧结1-1.5h。

33、通过上述技术方案，采用升温台阶的方式，避免压坯中产生夹生料，同时避免因为温度不均匀导致的开裂成为废料，同时热压烧结使金属结合剂、金刚石以及陶瓷玻璃纤维合金化，增强金刚石超薄切割片的弯曲强度以及寿命。

34、综上所述，本技术至少具有以下一种或多种有益效果：

35、1.本技术采用添加金属结合剂能够使切割片组织致密性，自锐性好，延长金刚石工具的耐磨性，同时提高切割片锋利度，在切割片内部加入陶瓷晶须相后，降低金刚石和金属结合剂的塑性，提高其刚度，降低其变形的可能性，显著增强切割刀的弯曲强度，改善切割刀翘曲并延长其寿命和锋利性。

36、2.本技术切割片制备时将金刚石磨料与金属结合剂混合后浸渍在陶瓷晶须相原料形成的溶胶-凝胶溶液后，如此可以在金属结合剂表面形成一层陶瓷晶须相薄膜，然后再进行煅烧、烧结，使得上述原料混合合金化，制得的切割品厚度减薄之后，厚度0.1-1mm，其弯曲强度可达到800-1500mpa，极大增强切割片的弯曲强度，同时寿命达到3000-3800m，性能优异。

37、3.本技术金属结合剂中各原料配合，尤其是cusn10预合金粉料中sn为低熔点金属，降低胎体烧结温度，同时切割片胎体加入cusn10可形成硬脆相增加胎体的硬度，提高切割片锋利度，而且锡是改善粘结金属对金刚石润湿，采用上述组分的合金元素得到的金属结合剂与陶瓷晶须相和金刚石配合具有良好的烧结性，而且最终得到的切割片合金化程度更好，具有更加优异的弯曲强度。

38、4.本技术中陶瓷晶须相为陶瓷玻璃纤维，而且其制备方法采用硅酸乙酯在强酸的催化作用下形成溶胶，同时添加九水合硝酸铝、硼酸、硝酸钠，混合均匀得到溶胶-凝胶溶液，再将金刚石-金属混料在溶胶-凝胶溶液中浸渍后球磨，煅烧，热压烧结，得到切割片，采用溶胶-凝胶法在金属粉末表面制备得到陶瓷晶须相，有利于提高金属陶瓷晶须相的分散性，从而使得陶瓷晶须相均匀分布于切割片上，切割片的弯曲强度更高，尤其是超薄切割片弯曲强度优异，不会出现翘曲变形现象。

39、5.本技术方法优选的采用升温台阶的方式，避免压坯中产生夹生料，同时避免因为温度不均匀导致的开裂成为废料，同时热压烧结使金属结合剂、金刚石以及陶瓷玻璃纤维合金化，增强金刚石超薄切割片的弯曲强度以及寿命。