金刚石线锯的复合电镀法制备及其性能研究

论文摘要

在大尺寸半导体基片和功能晶体的切割中。固结磨料线锯以无可比拟的优点被认为是最好的切割方法之一。与现有的几种固结超硬磨粒的方法相比,电镀方式具有制造周期短和生产成本低等优势,且电镀线锯具有耐热性和耐磨性良好等特点.固结金刚石线锯的电镀工艺是金刚石线锯生产和应用的关键技术。本文根据硬脆晶体材料切片加工的要求和电化学共沉积工艺的特点,对固结金刚石线锯的复合电镀工艺进行了试验研究。根据线锯性能要求,选用316L不锈钢丝作为电镀线锯芯线,金刚石作为第二相颗粒,并设计了相关的前处理工艺。选择以氨磺酸型高速镀镍液作为基础镀液,通过正交试验研究了双脉冲电镀参数对镀层显微硬度的影响关系,试验结果表明:双脉冲供电模式下的镀层质量优于直流和单脉冲模式;双脉冲的频率和反向脉冲占空比是影响镀层显微硬度的显著因素。在试验基础上,确定了获得高显微硬度镍镀层的双脉冲电镀参数。设计并制造了一种连续电镀长线锯的试验设备,并且设计了连续制备长线锯的试验方案,实现了连续电镀。通过试验研究了不同的上砂工艺,以及实现连续电镀过程中阳极排布方式对复合镀层质量的影响。试验结果表明:与间歇搅拌的悬浮法相比,埋砂法能在锯丝基体表面上获得分布均匀一致、磨料密度较高的复合镀层;采用双阳极对称分布的方式能够改善锯丝表面电流分布,获得的复合镀层质量较好。对电镀线锯表面镍—金刚石复合镀层的质量进行了检测,评价了固结金刚石线锯复合镀层质量,进行了切割试验,研究了制备的金刚石线锯的切割性能。结果表明:固结金刚石线锯线径一致性好,镀层中金刚石颗粒分布均匀,表面积百分数50%以上,镀层对金刚石磨粒的把持力较高;切割加工试验表明,自制的电镀固结金刚石线锯在切割效率和加工精度方面均满足使用要求,并且切缝较窄,明显优于商品线锯。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的科学依据
• 1.1.1 课题的提出
• 1.1.2 课题的来源
• 1.2 课题的研究目的与意义
• 1.3 硬脆晶体材料切割技术
• 1.4 金刚石线锯的金刚石固结技术的研究现状
• 1.5 复合电镀技术
• 1.5.1 复合电镀技术的发展
• 1.5.2 复合电镀工艺
• 1.5.3 复合电镀镀层结构性能与应用
• 1.6 本文主要工作
• 2 试验材料的选择与前处理工艺研究
• 2.1 基体材料的选择和前处理工艺
• 2.1.1 基体表面镀前处理的重要意义
• 2.1.2 锯丝材料的选择及其表面处理工艺研究
• 2.2 磨料的选择和处理
• 2.2.1 超硬磨料的选用
• 2.2.2 超硬磨料镀前净化工艺及对镀层质量影响
• 2.3 试验电镀液的选择
• 2.4 阳极金属的选用与处理工艺
• 2.5 本章小结
• 3 电镀参数对镀层微观质量性能的影响研究
• 3.1 不同电流模式下电流波形对镀层质量的影响
• 3.2 实验原理与方法
• 3.2.1 试验设备与试验方法
• 3.2.2 基体镀前处理
• 3.2.3 实验方案设计
• 3.2.4 实验指标
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 实验数据处理与分析
• 3.3.2 双脉冲频率与镀层显微硬度的关系
• 3.3.3 正向脉冲占空比对镀层硬度的影响
• 3.3.4 反向脉冲占空比对镀层硬度的影响
• 3.3.5 电流密度对镀层硬度的影响
• 3.4 其他电镀工艺条件对镀层性能的影响
• 3.5 本章小结
• 4 金刚石线锯连续电镀工艺的试验研究
• 4.1 试验方法
• 4.1.1 电镀过程中的上砂方法
• 4.1.2 复合镀层中金刚石微粒含量表示方法
• 4.1.3 电镀过程中电流效率的确定
• 4.1.4 试验过程中的阳极排布方式
• 4.2 上砂方法的选择
• 4.2.1 悬浮法制取线锯复合镀层
• 4.2.2 埋砂法制取线锯复合镀层
• 4.3 连续电镀试验
• 4.3.1 试验原理
• 4.3.2 各槽连续电镀同步的实现及电镀规范试验
• 4.4 本章小结
• 5 电镀金刚石线锯性能评价
• 5.1 电镀金刚石线锯基本性能
• 5.2 电镀金刚石线锯表面镀层质量检测
• 5.2.1 镀层外观质量检查
• 5.2.2 线锯几何尺寸检查
• 5.2.3 金刚石磨粒的固结强度
• 5.2.4 复合镀层的疲劳弯曲性能
• 5.3 电镀金刚石线锯的切割加工性能
• 5.3.1 切割装置与切割方法
• 5.3.2 电镀金刚石线锯切割性能
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢