固结磨粒金刚石线锯专利技术发展研究与分析

顾艳君　王妍

【摘要】固结磨粒线锯作为一种近年来发展较新的精密高效加工工具，在大尺寸硅片切割上体现着优越的性能。本文针对固结磨粒金刚石线锯的国内外专利申请量进行了研究，分析了固结磨粒金刚石线锯领域的专利申请发展趋势、技术分支。

【关键词】固结磨粒；线锯；专利申请；发展趋势；技术分支

引言

随着电子工业的飞速发展，硅晶片的应用越来越广泛，其中硅晶片的切割是制约后续工艺中成品率高低的重要工序，要制造出完整、高精度、高表面质量的硅晶片，就要有合适的切割工具和较高地加工精度[1]。固结磨粒金刚石线锯切割是指利用粘结、电镀或钎焊等方式将金刚石磨粒固定在钢线上来进行切割[2]。由于金刚石磨粒具有高硬度、高耐磨性等显著优点，被涂覆在钢丝表面后，钢丝基体不直接与工件接触，钢丝不易损伤，寿命可大大提高，切割效率和精度也更高，因此成为近年来发展相对较新的一种精密高效加工工具。随着固结磨粒金刚石线锯的发展，其专利申请量也跟着增长。本文针对国内外固结磨粒金刚石线锯专利技术进行分析。

1.固结磨粒线锯专利发展趋势分析

对固結磨粒金刚石线锯的专利申请最早出现在20世纪80年代末，申请量极少，从20世纪90末开始，关于固结磨粒线锯技术的申请量开始大幅上涨，这主要是随着光电产业和半导体产业的快速发展，单晶硅片等贵重硬脆材料的应用日益广泛，且对其尺寸和加工要求也越来越高。相比国外专利申请，我国在固结磨粒金刚石线锯的研究上起步较晚，在2008年之前申请量极少，而从2008年之后，申请量呈快速增长趋势，一方面是由于我国在半导体制造领域中占的比重越来越大，另一方面是国务院颁布了《国家知识产权战略纲要》，在此大环境下，国内申请量逐年攀升，并且随着专利法律体系逐步完善，全民专利意识普遍提高、专利申请人创新能力大幅增强，近年来，国内专利申请量呈迅猛攀升趋势，上升势头强劲。

2.固结磨粒金刚石线锯专利技术分支

目前，将金刚石磨粒固结到金属母线上有4种方法：（1）机械碾压法，应用较少，本文不对其进行专利分析；2）焊接法；3）树脂结合剂粘结法；4）电镀法。

2.1焊接法

关于焊接法制作金刚石线锯的专利最早出现在上世纪80年代，是由美国REMI公司提出的（US3983357A），其采用了铜焊的方法实现磨粒与线材的结合。之后诺顿公司也提出了一种“钎焊超硬材料线锯和制造方法”（US6102024A）。另外，国内有江苏中博钻石科技有限公司（CN101596749A）、华侨大学（CN102534168A）、徐州华谐科技发展有限公司（CN201446328U）等针对加热方法进行了研究，发现采用高频感应加热方法能使焊料瞬间熔合，有效加快了生产速度。

2.2树脂结合剂粘结法

目前，按照树脂的固化类型可分为热固化和光固化两类。热固化的主要研究方向是提高固化时间和提高对磨粒的保持力，涉及的专利文献有WO2013166976A1，CN103483982A，CN103753720A， US2004107648A1等。相对于热固化树脂结合剂线锯而言，光固化线锯具有更低廉的成本和更高效的生产效率，但其缺点在于磨粒的固化深度受限、把持力不够，检索到的专利文献主要通过增加添加剂来提高磨粒和基体的结合力，如CN101445587A，CN102942836A。由于热固化和光固化具有各自的优点，因此也出现了采用两种固化结合的方式来制作金刚石线锯，如南京师范大学的专利CN101564828A，长沙岱勒新材料科技有限公司的专利CN103341918A。

2.3电镀法

涉及电镀法的研究主要集中在工艺、设备、结构三个方面，工艺方面有住友电气株式会社（JP2000087285A）提出的通过在钢线外面镀覆多层来提高切割工件的表面质量；LUKSCHANDEL（WO0185376 A1）采用两次上砂处理来降低加厚镀过程产生的压应力。

设备方面有株式会社山本镀金试验器（JP2013185241A）提出的通过具备收纳有镀覆液和研磨粒在镀覆液中沉淀而成的沉淀层的内侧镀覆槽来避免附着在被镀覆物上的粒状物与沉淀层的其他粒状物的相互刮擦，防止粒状物从被镀覆物上脱落；株式会社中村超硬（CN103561912A）采用能计算线的外表面附着的磨粒的量的磨粒量计算单元和电流值控制单元来实现磨粒附着分布的均匀化。

而结构方面有日本则武超精密磨料磨具有限公司（JP2004338023A）提出的一种在长度方向上呈波纹状的线锯；株式会社利德（JP2004237376A）提出的一种单层磨粒线锯，将磨粒临时固定在粘结层上，然后再进行电镀，提高了切割精度。

3.总结

通过上述分析可以看出，对固结磨粒金刚石线锯的专利申请国外起步较早，但随着我国经济总量不断增长以及知识产权的完善，国内专利申请量也以较快的速度在增长，而通过对各技术分支的研究，发现国内的研究深度仍不及国外，制备固结磨粒金刚石线锯的工艺还未成熟，因此，国内申请人可以通过多研究和借鉴国外的前沿技术，来增强我国在固结磨粒金刚石线锯技术领域中的竞争实力。

参考文献

[1]张波，刘文涛，胡晓冬等.线锯切割技术的应用与发展[J].超硬材料工程，2008，20（1）：45-48

[2]王美娟，王日初，彭超群等.固结磨粒金刚石线锯的研究进展[J].中国有色金属学报，2013，23（5）：1368-1379

作者简介

顾艳君（1987-），女，江苏常熟人，硕士研究生，现就职于国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，职位：实审审查员，研究方向：焊接与切割.

注释

第二作者所做的贡献与第一作者相同，但限于版面设计，被列为第二作者。