超薄划片刀用镍/金刚石复合镀工艺研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangweifeng111222
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硅晶圆加工为裸芯片的过程中,使用金刚石划片刀对其进行切割。随着芯片微型化的发展,需要使用厚度更薄、强度更高、耐磨性更好的金刚石划片刀,达到切割槽宽度更窄、切口缺陷更少、切割寿命更长的要求。本文在氨基磺酸镍为主盐的镀液中,采用复合电沉积的方法制备了超薄镍/金刚石划片刀,研究了有机添加剂和金属盐添加剂对镍/金刚石复合镀层的微观形貌和机械性能的影响。
  研究了十二烷基硫酸钠(SDS)对镍/金刚石复合电沉积过程的影响。发现SDS在镀液中起润湿剂的作用,能有效消除镍/金刚石复合镀层表面的针孔和麻点。并且,镀液中加入SDS后,能略微提高镀层的硬度和金刚石的分散均匀性。对仅使用SDS作为添加剂加入到复合镀液中电沉积制备所得的镍/金刚石划片刀进行切割实验可得,当刀片的露刃长度约为400μm、厚度为12~13μm时,所得的切割槽宽度约为24~25μm。但是,当进刀速度为30mm/s时刀片易断刃。
  为了改善金刚石划片刀的机械性能及切割性能,在加入适量SDS的镍/金刚石复合镀液中,分别添加了2-甲酰苯磺酸钠、烯丙基磺酸钠(ALS)、1,3,6-萘三磺酸三钠(TNH)、1,4-丁炔二醇(BOZ)及丁炔二醇二氧乙基醚(BEO),研究不同添加剂对金刚石刀具切割性能的影响。研究发现,分别在复合镀液中加入适量的TNH或BEO,均能得到厚度为12~13μm,露刃长度为400μm的刀片。刀片的切割槽宽度小于25μm,且进刀速度为30mm/s时切割不断刃。将TNH和BEO复配后加入镀液中,发现当加入4g/LTNH和0.2g/LBEO时,镍/金刚石复合镀层的硬度高达636.42HV,且耐磨性能有所提高,切割性能比BEO和TNH单独使用时更佳,但镀液的使用寿命较短。
  BEO是BOZ的衍生物,通过实验和理论计算研究了BEO比BOZ切割效果好的原因。发现在相同浓度下,含有BEO镀液的阴极极化电势更负。BEO和BOZ两种添加剂的主要活性位点均在C≡C基团处,但BEO与BOZ的前线分子轨道能量差△EBEO和△EBOZ的数值相差较大,分别为4.727eV和7.075eV,说明BEO在镍表面形成的吸附层更稳定,得失电子能力更强。BEO和BOZ在Ni(200)面上的吸附能分别为437.18kJ/mol和213.83kJ/mol,说明BEO在镍表面吸附得更牢固,所以增大阴极极化的能力更强,更有利于得到致密的、机械性能好的镍镀层。
  研究了钴盐、镧盐和锰盐作为金属盐添加剂对刀片性能的影响。发现钴盐在镀液中主要起应力消除剂的作用,可提高刀片的韧性;锰盐在镀液中主要起硬化剂的作用,可提高刀片的硬度和强度;镧盐主要起提高金刚石与胎体金属结合力的作用,可提高刀片的切割性能。将这三种金属盐与有机添加剂复配后加入复合镀液中,电镀得到的超薄镍/金刚石刀片的露刃长度可提高至640μm。当刀片的进刀速度为80mm/s时,切割槽宽度小于25μm。
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