固結磨粒金剛石線鋸專利技術發(fā)展研究與分析

顧艷君　王妍

【摘要】固結磨粒線鋸作為一種近年來發(fā)展較新的精密高效加工工具，在大尺寸硅片切割上體現(xiàn)著優(yōu)越的性能。本文針對固結磨粒金剛石線鋸的國內(nèi)外專利申請量進行了研究，分析了固結磨粒金剛石線鋸領域的專利申請發(fā)展趨勢、技術分支。

【關鍵詞】固結磨粒；線鋸；專利申請；發(fā)展趨勢；技術分支

引言

隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，硅晶片的應用越來越廣泛，其中硅晶片的切割是制約后續(xù)工藝中成品率高低的重要工序，要制造出完整、高精度、高表面質量的硅晶片，就要有合適的切割工具和較高地加工精度[1]。固結磨粒金剛石線鋸切割是指利用粘結、電鍍或釬焊等方式將金剛石磨粒固定在鋼線上來進行切割[2]。由于金剛石磨粒具有高硬度、高耐磨性等顯著優(yōu)點，被涂覆在鋼絲表面后，鋼絲基體不直接與工件接觸，鋼絲不易損傷，壽命可大大提高，切割效率和精度也更高，因此成為近年來發(fā)展相對較新的一種精密高效加工工具。隨著固結磨粒金剛石線鋸的發(fā)展，其專利申請量也跟著增長。本文針對國內(nèi)外固結磨粒金剛石線鋸專利技術進行分析。

1.固結磨粒線鋸專利發(fā)展趨勢分析

對固結磨粒金剛石線鋸的專利申請最早出現(xiàn)在20世紀80年代末，申請量極少，從20世紀90末開始，關于固結磨粒線鋸技術的申請量開始大幅上漲，這主要是隨著光電產(chǎn)業(yè)和半導體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，單晶硅片等貴重硬脆材料的應用日益廣泛，且對其尺寸和加工要求也越來越高。相比國外專利申請，我國在固結磨粒金剛石線鋸的研究上起步較晚，在2008年之前申請量極少，而從2008年之后，申請量呈快速增長趨勢，一方面是由于我國在半導體制造領域中占的比重越來越大，另一方面是國務院頒布了《國家知識產(chǎn)權戰(zhàn)略綱要》，在此大環(huán)境下，國內(nèi)申請量逐年攀升，并且隨著專利法律體系逐步完善，全民專利意識普遍提高、專利申請人創(chuàng)新能力大幅增強，近年來，國內(nèi)專利申請量呈迅猛攀升趨勢，上升勢頭強勁。

2.固結磨粒金剛石線鋸專利技術分支

目前，將金剛石磨粒固結到金屬母線上有4種方法：（1）機械碾壓法，應用較少，本文不對其進行專利分析；2）焊接法；3）樹脂結合劑粘結法；4）電鍍法。

2.1焊接法

關于焊接法制作金剛石線鋸的專利最早出現(xiàn)在上世紀80年代，是由美國REMI公司提出的（US3983357A），其采用了銅焊的方法實現(xiàn)磨粒與線材的結合。之后諾頓公司也提出了一種“釬焊超硬材料線鋸和制造方法”（US6102024A）。另外，國內(nèi)有江蘇中博鉆石科技有限公司（CN101596749A）、華僑大學（CN102534168A）、徐州華諧科技發(fā)展有限公司（CN201446328U）等針對加熱方法進行了研究，發(fā)現(xiàn)采用高頻感應加熱方法能使焊料瞬間熔合，有效加快了生產(chǎn)速度。

2.2樹脂結合劑粘結法

目前，按照樹脂的固化類型可分為熱固化和光固化兩類。熱固化的主要研究方向是提高固化時間和提高對磨粒的保持力，涉及的專利文獻有WO2013166976A1，CN103483982A，CN103753720A， US2004107648A1等。相對于熱固化樹脂結合劑線鋸而言，光固化線鋸具有更低廉的成本和更高效的生產(chǎn)效率，但其缺點在于磨粒的固化深度受限、把持力不夠，檢索到的專利文獻主要通過增加添加劑來提高磨粒和基體的結合力，如CN101445587A，CN102942836A。由于熱固化和光固化具有各自的優(yōu)點，因此也出現(xiàn)了采用兩種固化結合的方式來制作金剛石線鋸，如南京師范大學的專利CN101564828A，長沙岱勒新材料科技有限公司的專利CN103341918A。

2.3電鍍法

涉及電鍍法的研究主要集中在工藝、設備、結構三個方面，工藝方面有住友電氣株式會社（JP2000087285A）提出的通過在鋼線外面鍍覆多層來提高切割工件的表面質量；LUKSCHANDEL（WO0185376 A1）采用兩次上砂處理來降低加厚鍍過程產(chǎn)生的壓應力。

設備方面有株式會社山本鍍金試驗器（JP2013185241A）提出的通過具備收納有鍍覆液和研磨粒在鍍覆液中沉淀而成的沉淀層的內(nèi)側鍍覆槽來避免附著在被鍍覆物上的粒狀物與沉淀層的其他粒狀物的相互刮擦，防止粒狀物從被鍍覆物上脫落；株式會社中村超硬（CN103561912A）采用能計算線的外表面附著的磨粒的量的磨粒量計算單元和電流值控制單元來實現(xiàn)磨粒附著分布的均勻化。

而結構方面有日本則武超精密磨料磨具有限公司（JP2004338023A）提出的一種在長度方向上呈波紋狀的線鋸；株式會社利德（JP2004237376A）提出的一種單層磨粒線鋸，將磨粒臨時固定在粘結層上，然后再進行電鍍，提高了切割精度。

3.總結

通過上述分析可以看出，對固結磨粒金剛石線鋸的專利申請國外起步較早，但隨著我國經(jīng)濟總量不斷增長以及知識產(chǎn)權的完善，國內(nèi)專利申請量也以較快的速度在增長，而通過對各技術分支的研究，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的研究深度仍不及國外，制備固結磨粒金剛石線鋸的工藝還未成熟，因此，國內(nèi)申請人可以通過多研究和借鑒國外的前沿技術，來增強我國在固結磨粒金剛石線鋸技術領域中的競爭實力。

參考文獻

[1]張波，劉文濤，胡曉冬等.線鋸切割技術的應用與發(fā)展[J].超硬材料工程，2008，20（1）：45-48

[2]王美娟，王日初，彭超群等.固結磨粒金剛石線鋸的研究進展[J].中國有色金屬學報，2013，23（5）：1368-1379

作者簡介

顧艷君（1987-），女，江蘇常熟人，碩士研究生，現(xiàn)就職于國家知識產(chǎn)權局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，職位：實審審查員，研究方向：焊接與切割.

注釋

第二作者所做的貢獻與第一作者相同，但限于版面設計，被列為第二作者。