CN102762338A - 树脂被覆锯丝的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在钢丝的表面被覆有树脂的树脂被覆锯丝切断工件时，加工变质层深度浅，能够得到平滑的表面的切断体的树脂被覆锯丝的设计方法。(1)以规定的硬度的树脂被覆钢丝，(2)以所得到的树脂被覆锯丝切断工件，(3)调查工件的切断面的加工变质层深度，(4)确认加工变质层深度的合格与否，(5)不合格时，以更硬的树脂被覆钢丝，通过反复进行上述(2)～(4)，以使工件的切断面的加工变质层深度达到合格的方式调节树脂的硬度。
Description
技术领域
本发明涉及以锯床切断硅和陶瓷等的工件时所使用的锯丝，详细地说，是涉及设计在钢丝的表面被覆有树脂的树脂被覆锯丝的方法。
背景技术
硅和陶瓷等的工件，被安装有锯丝的锯床切断。锯丝沿一个方向或双方向(往返方向)运行，通过使该锯丝与工件接触，工件被以任意的宽度切割。
在工件的切断时，已知的方法有，一边向锯丝喷射含有磨粒(以下称为游离磨粒。)的研磨浆一边切断工件的方法(现有方法1)，和使用在基底丝的表面附着固定有磨粒的带固定磨粒锯丝切断工件的方法(现有方法2)。前者的方法中，喷射的研磨浆所含的游离磨粒被卷入工件与锯丝之间，锯丝与工件的磨耗被促进，由此工件的磨削加工得到促进，工件被切断。另一方面，后者的方法中，通过固定在表面的磨粒使工件的磨耗得到促进，从而工件的磨削加工促进，工件被切断。
另外，在专利文献1中，公开有一种方法(现有方法3)，其是使用以带磨粒的树脂皮膜被覆高碳钢等的钢丝的外周面的金属丝，一边埋入含有游离磨粒的溶液，一边切断工件的方法。
于是，以锯丝切断硅的切断体，例如，作为太阳能电池的基板使用。不过，在切断体的切断面，在切断时形成有加工变质层(也称为损伤层。)。有该加工变质层残留的状态下，其被指出对于基板的接合品质变差，无法充分地获得作为太阳能电池的特性(专利文献2)，需要除去该加工变质层。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-179677号公报
专利文献2：日本特开2000-323736号公报
图1表示如上述现有方法1的这样，作为锯丝使用钢丝，向钢丝喷射游离磨粒，一边卷入磨粒一边进行切断时的情况。若根据本发明者们的研究则可知，在该方法中，磨粒沿着对于工件切入钢丝的方向被卷入，并且钢丝与工件的切断面(工件壁面)之间有磨粒卷入，因此工件的切断面也被实施磨削加工，形成加工变质层。另外判明，切断面的表面粗糙度也变粗。
图2表示如上述现有方法2、3这样，将固定磨粒固定在锯丝的表面，或一边埋入磨粒一边切断工件时的情况。根据本发明者们的研究，这些方法均与上述图1同样，对于工件的切断面(工件的壁面)也会实施磨削加工，因此加工变质层形成得深。
如上述图1、图2所示，在现有方法中，在切断体的切断面形成有加工变质层，因此如上述专利文献2所指出的，需要通过下游侧的工序除去该加工变质层。如果省略这一加工变质层除去工序，则能够提高切断体的成品率和生产率。
另外，上述切断面除了形成加工变质层以外，由于切断时所使用的磨粒还导致有凹凸形成而变得粗糙。但是切断体的表面通常要求是平滑的，因此在下游侧的工序实施蚀刻。如果省略该蚀刻工序，则能够提高切断体的生产率。
发明内容
本发明鉴于这样的状况而完成，其目的在于，提供一种树脂被覆锯丝的设计方法，其在使用钢丝的表面被覆有树脂的树脂被覆锯丝切断工件时，能够得到加工变质层深度浅，有着平滑的表面的切断体。
本发明包含以下的形态。
[1]一种树脂被覆锯丝的设计方法，其包括以规定硬度的树脂被覆钢丝，得到树脂被覆锯丝的工序，其中，
通过反复进行下述(1)～(4)，以使工件的切断面的加工变质层深度合格的方式调节树脂的硬度。
(1)以所得到的树脂被覆锯丝切断工件。
(2)调查工件的切断面的加工变质层深度。
(3)确认加工变质层深度的合格与否。
(4)不合格时，用更硬的树脂被覆钢丝。
还有，作为上述合格与否的标准，只要能够得到本发明的效果这样的加工变质层深度即可，例如，可列举如后述这样，加工变质层深度5μm以下作为合格的标准。
[2]根据[1]所述的设计方法，其中，所述加工变质层深度比5μm深时，以更硬的树脂被覆钢丝。
[3]一种树脂被覆锯丝的设计方法，其包括以规定硬度的树脂被覆钢丝，得到树脂被覆锯丝的工序，其中，
通过反复进行下述(1)～(4)，以使工件的切断面的表面粗糙度合格的方式调节树脂的硬度。
(1)以所得到的树脂被覆锯丝切断工件。
(2)调查工件的切断面的表面粗糙度。
(3)确认表面粗糙度的合格与否。
(4)不合格时，以更硬的树脂被覆钢丝。
还有，作为上述合格与否的标准，只要能够得到本发明的效果这样的表面粗糙度即可，例如，可列举如后述这样，表面粗糙度0.5μm以下为合格的标准。
[4]根据[3]所述的设计方法，其中，所述表面粗糙度比0.5μm粗时，以更硬的树脂被覆钢丝。
[5]根据[1]～[4]中任一项所述的设计方法，其中，所述树脂的膜厚为2～15μm。
[6]根据[1]～[5]中任一项所述的设计方法，其中，所述钢丝的线径为130μm以下。
[7]一种以树脂被覆锯丝切断工件来制造切断体的方法，其中，包括如下工序：对于以调节硬度树脂被覆钢丝的树脂被覆锯丝喷射磨粒的工序；以及一边利用所述树脂抑制磨粒被卷入到切断面与树脂被覆锯丝之间，一边使磨粒沿着所述被覆锯丝对于所述工件切入的方向卷入，从而切断工件的工序。
[8]根据[7]所述的制造方法，其中，以使所述工件的切断面的加工变质层深度为5μm以下而进行切断。
[9]根据[7]所述的制造方法，其中，以使所述工件的切断面的表面粗糙度为0.5μm以下而进行切断。
[10]根据[7]～[9]中任一项所述的制造方法，其中，使所述工件的切断量相对于树脂被覆锯丝的线径为1～1.1倍，如此进行切断。
[11]根据[7]～[10]中任一项所述的制造方法，其中，作为所述磨粒，喷射金刚石磨粒来进行切断。
[12]根据[7]～[11]中任一项所述的制造方法，其中，作为所述树脂，使用120℃下的硬度为0.07GPa以上的。
[13]一种根据[7]～[12]的任一种方法制造的切断体。
[14]一种[7]～[12]的任一种制造方法所使用的树脂被覆锯丝。
根据本发明，以树脂被覆锯丝的表面，并且调节其硬度。因此，能够一边卷入磨粒而进行切断，一边利用树脂抑制磨粒卷入切断面与树脂被覆锯丝之间。因此能够抑制切断体表面的加工变质层的形成。另外，若使用该树脂被覆锯丝切断工件，则能够制造具有平滑的表面的切断体。因此，能够省略以下游侧的工序除去加工变质层，或者用于使表面平滑的蚀刻工序，能够提高切断体的生产率。
此外，如果使用本发明的树脂被覆锯丝，则可抑制磨粒被卷入到切断面与树脂被覆锯丝之间，因此能够减小切断量，能够提高切断体的生产率。
附图说明
图1是表示以钢丝切断工件时的情况的模式图。
图2是表示以带固定磨粒的钢丝切断工件时的情况的模式图。
图3是表示以树脂被覆锯丝切断工件时的情况的模式图。
图4是拍摄表2的No.32的工件切断后的树脂被覆锯丝(比较例)的表面的附图代用照片。
图5(a)和图5(b)是用于说明测量加工变质层深度的步骤的剖面图。
图6是以光学显微镜拍摄表2的No.25的工件的切断面的附图代用照片。
图7是以光学显微镜拍摄表2的No.27的工件的切断面的附图代用照片。
图8是以光学显微镜拍摄表2的No.32的工件的切断面的附图代用照片。
图9是以光学显微镜拍摄表2的No.33的工件的切断面的附图代用照片。
图10是以光学显微镜拍摄表2的No.35的工件的切断面的附图代用照片。
图11是以光学显微镜拍摄表2的No.37的工件的切断面的附图代用照片。
图12是表示在120℃测量的树脂的硬度，与侵入树脂表面的磨粒的个数的关系的标绘图。
图13是表示在120℃测量的树脂的硬度，与在切断面所形成的加工变质层的深度的关系的标绘图。
具体实施方式
如上述图1、图2所示，若作为锯丝使用钢丝或带固定磨粒的钢丝，一边向锯丝喷射磨粒一边切断工件，则在工件的切断面深深地形成加工变质层，切断面的表面粗糙度变粗。
相对于此，如果使用树脂被覆锯丝，则能够使加工变质层变浅，能够使表面平滑。运用图3说明使用树脂被覆锯丝切断工件时的情况。如图3所示，在本发明的树脂被覆锯丝中，在表面形成有树脂，在工件切断时，表面的树脂紧贴在切断面上，从而能够防止磨粒被卷入锯丝与工件切断面之间。因此，在切断面难以形成加工变质层，切断面的表面容易变得平滑。
可是，若被覆在钢丝的表面的树脂柔软，则如上述现有方法3，磨粒侵入到树脂，如上述图2，磨粒介于树脂被覆锯丝和工件之间，在切断面形成加工变质层。
因此本发明者们发现，通过适当调节被覆在钢丝的表面的树脂的硬度，能够防止磨粒侵入树脂表面，在以树脂被覆锯丝切断工件时，在切断面所形成的加工变质层深度浅，能够减小切断面的表面粗糙度，从而完成了本发明。具体来说，是一种树脂被覆锯丝的设计方法，包括以规定硬度的树脂被覆钢丝而得到树脂被覆锯丝的工序，其中，通过反复下述(1)～(4)，以使工件的切断面的表面性状(加工变质层深度，表面粗糙度等)合格的方式调节树脂的硬度。
(1)以所得到的树脂被覆锯丝切断工件。
(2)调查工件的切断面的表面性状(加工变质层深度，表面粗糙度)。
(3)确认表面性状的合格与否。
(4)不合格时，以更硬的树脂被覆钢丝。
对于以树脂被覆锯丝切断的工件，调查切断面的表面性状，其特性不合格时，将更硬的树脂被覆在钢丝的表面而制造树脂被覆锯丝，如果以此方式设计树脂，则能够使切断面的表面性状良好。
若使用调节到恰当的表面硬度的树脂被覆锯丝，一边向该锯丝喷射磨粒，一边以树脂被覆锯丝切断工件，则如图3所示，虽然磨粒沿着树脂被覆锯丝对于工件切入的方向被卷入，但因为磨粒向切断面和树脂被覆锯丝之间的卷入受到树脂抑制，所以在工件的切断面，加工变质层几乎未形成，切断面平滑。
推荐在表面性状之中，使加工变质层深度为5μm以下(优选为4μm以下，更优选为3μm以下)，或使表面粗糙度(算术平均粗糙度Ra)为0.5μm以下(优选为0.4μm以下，更优选为0.3μm以下)，如此设计树脂被覆锯丝。以如上述这样设计的树脂被覆锯丝切断的切断体，例如，能够适合作为太阳能电池用的原材使用。
加工变质层深度，对于切断面进行蚀刻，测量在工件切断时所导入的转移的腐蚀坑深度即可。
表面粗糙度，用株式会社ミツトヨ制“CS-3200(装置名)”测量算术平均粗糙度(Ra)。
接下来，对于本发明中能够适用的树脂被覆锯丝进行说明。
本发明中使用的树脂被覆锯丝，在钢丝的表面被覆有遵循上述方针设计的树脂。
作为上述钢丝，优选使用抗拉强度为3000MPa以上的钢丝。作为抗拉强度3000MPa以上的钢丝，例如能够使用含有0.5～1.2％的C的高碳钢丝。作为高碳钢丝，例如，能够使用JIS G3502所规的钢琴丝。还有，作为上述钢丝的抗拉强度的上限，考虑到没有延展性，则在跳线(目飛び)等异常时有容易发生断线的可能性，从而优选为5000MPa。
上述钢丝的直径，在可耐受切断时被赋予的载荷的范围内以尽可能地小为宜，例如，在130μm以下，优选为110μm以下，更优选为100μm以下。通过减小钢丝的直径，能够减小切断量，能够使切断体的生产率提高。还有，优选钢丝的直径为60μm以上。
作为上述树脂，能够使用热固化性树脂或热可塑性树脂，这样的树脂之中，能够适用的有如下等：苯酚树脂、酰胺系树脂、酰亚胺系树脂，聚酰胺酰亚胺、环氧树脂、聚氨酯、聚乙烯醇缩甲醛、ABS树脂、氯乙烯，聚酯等。特别是能够适用聚酰胺酰亚胺、聚氨酯或聚酯。
上述树脂能够通过在上述钢丝的表面，涂布市场销售的的清漆，对其加热而形成。
作为上述清漆，能够使用由东特涂料株式会社销售的珐琅线用清漆和由京瓷株式会社销售的电线用清漆等。
作为上述珐琅线用清漆，例如能够使用如下。
(a)聚氨酯清漆(“TPU F1”、“TPU F2-NC”、“TPU F2-NCA”、“TPU 6200”、“TPU 5100”、“TPU 5200”、“TPU 5700”、“TPU K5132”、“TPU 3000K”、“TPU3000EA”等，东特涂料株式会社制的商品。)
(b)聚酯清漆(“LITON2100S”、“LITON2100P”、“LITON3100F”、“LITON3200BF”、“LITON3300”、“LITON3300KF”、“LITON3500SLD”、“Neoheat 8200K2”等，东特涂料株式会社制的商品。)
(c)聚酰胺酰亚胺清漆(“Neoheat AI-00C”等，东特涂料株式会社制的商品。)
(d)聚酯酰亚胺清漆(“Neoheat 8600A”、“Neoheat8600AY”、“Neoheat 8600”、“Neoheat 8600H3”、“Neoheat 8625”、“Neoheat8600E2”等，东特涂料株式会社制的商品。)
作为上述电线用清漆，例如能够使用，耐热聚氨酯铜线用清漆(“TVE5160-27”等，环氧改性聚乙烯醇缩甲醛树脂)、聚乙烯醇缩甲醛铜线用清漆(“TVE5225A”等，聚乙烯醇缩甲醛树脂)、耐热聚乙烯醇缩甲醛铜线用清漆(“TVE5230-27”等，环氧改性聚乙烯醇缩甲醛树脂)、聚酯铜线用清漆(“TVE5350系列”，聚酯树脂)等(均为京瓷株式会社制的商品。)。
在上述钢丝的表面涂布上述清漆之后，例如，以250℃以上(优选为300℃以上)使之热固化，以树脂被覆钢丝的表面即可。还有，作为上述热固化的上限，考虑到钢丝的强度有可能开始降低而优选为400℃。上述树脂的硬度，例如，通过改变被覆的树脂的种类，或改变形成树脂时的加热温度而进行调整。
作为上述树脂，优选使用在120℃下测量时的硬度为0.07GPa以上的树脂。即，在以树脂被覆锯丝切断工件时，以例如500m/分钟的线速度使金属丝运行，金属丝与磨粒或金属丝与工件一边接触，工件一边被切断。因此，金属丝的表面产生因摩擦热而导致的温度上升，认为会超过100℃。因此，若基于100℃以下(例如，室温)测量时的硬度调节上述树脂的硬度，则其经受不住在实际的工件切断时所发生的摩擦热，树脂软化。若树脂软化，则磨粒容易侵入树脂，因此加工变质层的深度变大，表面变粗糙。
因此，推荐上述树脂的硬度，基于在超过100℃的温度(例如，120℃)下测量时的硬度进行调节，以使之在工件切断时发生摩擦热也不会软化。具体来说，作为上述树脂，优选使用在120℃测量时的硬度为0.07GPa以上的树脂，更优选使用0.1GPa以上的树脂。通过使用在120℃测量时的硬度为0.07GPa以上的树脂，能够将侵入树脂表面的磨粒的个数抵制在20个/(50μm×200μm)以下，能够减小在切断体所形成的加工变质层的深度，还能够使切断体表面平滑。还有，如果树脂的硬度硬，则越硬越好，其上限没有特别设定。
上述树脂的硬度，例如，能够通过纳米压痕法测量。
上述树脂的膜厚，例如为2～15μm即可。若树脂过薄，则有可能难以在钢丝的表面均匀地形成树脂。另外，若树脂过薄，则在切断初期的阶段树脂磨损，因此芯线(钢丝)露出，芯线磨耗而有可能容易发生断线。因此树脂的膜厚优选为2μm以上，更优选为3μm以上，特别优选为4μm以上。但是若树脂过厚，则树脂被覆锯丝的直径变大，因此切断量变大，有可能使生产率劣化。另外，树脂在树脂被覆锯丝整体中所占的比例变得过大，因此树脂被覆锯丝整体的强度有可能降低。因此，若想要提高生产率而加大金属丝的线速度，则有容易断线的倾向。因此树脂的膜厚优选为15μm以下，更优选为13μm以下，特别优选为10μm以下。还有，使上述树脂的膜厚的上限和下限任意组合，也能够达到上述树脂的膜厚的范围。
上述树脂被覆锯丝的直径(线径)没有特别限定，但通常为100～300μm左右(优选为100～150μm)。
作为用上述树脂被覆锯丝进行切断的作为切断对象的工件，例如，能够使用硅、陶瓷、水晶、半导体构件、磁性体材料等。
接下来，对于使用上述树脂被覆锯丝切断工件而制造切断体时的条件进行说明。
在以上述被覆锯丝切断工件时，向锯丝喷射磨粒之后切断工件。作为该磨粒，例如，能够使用碳化硅磨粒(SiC磨粒)和金刚石磨粒等。特别是，为了使切断面平滑，优选使用金刚石磨粒。
作为上述金刚石磨粒，例如，能够使用住石マテリアルズ株式会社制的“SCM フアインダイヤ(商品名)”。作为金刚石磨粒，能够使用多晶型或单晶型，但优选使用单晶型。单晶型在切削时难以被破坏。
上述磨粒的平均粒径没有特别限定，例如为2～15μm(优选为4～10μm，更优选为4～7μm)即可。
上述磨粒的平均粒径，例如，能够以日机装株式会社制的“マイクロトラツク(microtrack)HRA(装置名)”进行测量。
上述磨粒，通常是喷射使之分散在加工液中的研磨浆。作为上述加工液，能够使用水溶性的加工液或油性的加工液。作为水溶性的加工液，能够使用ユシロ化学工业株式会社制的乙二醇系加工液“H4”，三洋化成工业株式会社制的丙二醇系加工液“ハイスタツトTMD(商品名)”等。作为油性的加工液，能够使用ユシロ化学工业株式会社“ユシロンオイル(商品名)”等。
上述研磨浆中的磨粒的浓度，例如能够使用5～50质量％(优选为5～30质量％，更优选为5～10质量％)的。
上述研磨浆的温度，例如为10～30℃(优选为20～25℃)即可。
以上述树脂被覆锯丝切断工件时的条件，例如，使工件的切断速度为0.1～0.8mm/分(优选为0.1～0.35mm/分，更优选为0.25～0.35mm/分)，使树脂被覆锯丝的线速度为300m/分以上(优选为500m/分以上，更优选为800m/分以上)即可。
另外，施加到树脂被覆锯丝上的张力(N)，优选以满足基于芯线(被覆树脂前的钢丝)的抗拉强度计算的下述式(1)的范围的方式进行设定。在下式(1)中，之所以相对于钢丝的抗拉强度(N)为50～70％的范围，是因为在切断时不会发生断线，之所以为“-5.0”，是由于将切断时施加到树脂被覆锯丝上的切断载荷和从工件拉拔树脂被覆锯丝时的拉拔载荷相加合计大致为5.0N。
抗拉强度×0.5-5.0≤张力≤抗拉强度×0.7-5.0…(1)
还有，钢丝的抗拉强度，根据钢丝的成分组成和线径而有所不同，但例如，使用JISG3522所规定的钢琴丝(A种)时，线径100μm的钢丝的抗拉强度为24.3N，线径120μm的钢丝的抗拉强度为34.4N，线径130μm的钢丝的抗拉强度为39.7N，使用钢琴丝(B种)时，线径100μm的钢丝的抗拉强度为26.5N，线径120μm的钢丝的抗拉强度为37.7N，线径130μm的钢丝的抗拉强度为45.7N。
若以上述树脂被覆锯丝切断工件，则工件的切断量相对于树脂被覆锯丝的线径(直径)大约为1～1.1倍(优选为1～1.05倍，更优选为1～1.04倍，进一步优选为1～1.03倍)。因此能够使切断体的生产率提高。
即，根据本发明的树脂被覆锯丝，因为适当调节了树脂的硬度，所以即使向树脂被覆锯丝喷射磨粒，磨粒向切断面和树脂被覆锯丝之间的卷入也会被上述树脂抑制，因此切断量变小。
相对于此，如上述现有方法1，使用锯丝钢丝时的切断量，为钢丝的直径加上磨粒的平均直径的3倍左右长度的宽度。因此为了使生产率提高，需要减小钢丝的直径，但以钢丝不会断线的方式提高强度存在极限，因此减小切断量也有限度。
另外，如上述现有方法3，若使磨粒侵入树脂皮膜，则锯丝的线径(直径)变大，因此工件的切断量变大。
还有，如上述现有方法2，使用带固定磨粒钢丝切断工件时的切断量，与带固定磨粒钢丝的直径相等，因此为了减小切断量，考虑减小钢丝的直径，减小固定磨粒的直径。但是，若使钢丝的直径过小，则强度不足，无法承受切断时被施加的切断载荷，有可能发生断线。另外，若减小固定磨粒的直径，则工件难以磨削，因此生产率劣化。
以下，列举实施例更具体地说明本发明，但本发明当然不受下述实施例制限，在能够符合前/后述宗旨的范围当然也可以适当加以变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。
实施例
在下述实验例1中，对于以锯丝切断工件制造切断体时的切断量(切损)进行调查，在下述实验例2中，对于以锯丝切断工件而制造切断体时，在切断面所形成的加工变质层深度和表面粗糙度进行调查。
[实验例1]
在加工台上安装工件(单晶硅)，并且使锯丝来回摩擦工件的上方，一边对锯丝喷射磨粒，一边使加工台上升，利用运行的金属丝切断工件，测量工件的切断量(切损)。
作为上述锯丝，使用下述表1所示种类的锯丝。
在下述表1的No.1中，作为锯丝，是将相当于JISG3502所规定的钢琴丝材(A种，“SWRS82A”的线材。具体来说，是将含有C：0.82质量％、Si：0.19质量％、Mn：0.49质量％，余量是由铁和不可避免的杂质构成的的线材。)拉丝成直径120μm的钢丝。
在下述表1的No.2中，作为锯丝使用带固定磨粒金属其，其是将上述No.1中使用的钢琴丝材拉线成直径120μm的钢丝，对其表面实施镀Ni，使该镀Ni层上粘合最大直径为17.5μm的金刚石磨粒。带固定磨粒付金属丝的直径为155μm。
下述表1的No.3～5，是作为锯丝，使用在钢丝的表面，以下述表1所示厚度被覆树脂的树脂被覆锯丝。
作为上述钢丝，在下述表1的No.3中，使用将上述No.1中使用的钢琴丝材拉丝成直径120μm的钢丝，下述表1的No.4中，使用将上述No.1中使用的钢琴丝材拉丝成直径130μm的钢丝，在下述表1的No.5中，使用将上述No.1中使用的钢琴丝材拉丝成直径110μm的钢丝。
上述树脂，是在上述钢丝的表面涂布下述清漆后，通过加热使之固化而形成。具体来说，就是在形成树脂之前，先对钢丝进行脱脂处理后，将涂布次数分成4～10次而涂覆下述清漆，对其加热而使之固化，在钢丝的表面形成树脂。
在下述表1所示的No.3～5中，使用JIS C2351所规定的聚氨酯线用清漆“W143”(东特涂料株式会社制，珐琅线用清漆“TPU F1(商品名)”，烘烤后的涂膜组成为聚氨酯)，加热温度为250℃。
在下述表1中，显示树脂被覆锯丝的直径。
接着，使用上述No.1～5的锯丝，以多线锯(株式会社安永制，“D-500”)切断单晶硅(60mm×20mm×50mm)(切片加工)。切片加工，一边喷射使下述表1所示的平均粒径的SiC磨粒或金刚石磨粒悬浮在加工液中的研磨浆一边进行。
在下述表1的No.1中，使用作为磨粒，使平均粒径为13μm的SiC磨粒(信浓电气冶炼株式会社制，“シナノランダム(商品名)”悬浮在加工液(ユシロ化学工业社制的“乙二醇系水溶液”)中的研磨浆。
在下述表1的No.3～5中，使用作为磨粒，使平均粒径为5.6μm的金刚石磨粒(住石マテリアルズ株式会社制，“SCM フアインダイヤ(商品名)”)悬浮在加工液(ユシロ化学工业社制的“乙二醇系水溶液”)中的研磨浆。
研磨浆中的SiC磨粒浓度为50质量％，金刚石磨粒浓度均为5质量％，研磨浆的温度为20～25℃，研磨浆的供给量为100L/分。
载有工件的加工台的上升速度(切断速度)为0.3mm/分，树脂被覆锯丝的线速度为500m/分，树脂被覆锯丝的张力为25N，树脂被覆锯丝的匝数为41匝，树脂被覆锯丝的线圈节距设定为1mm。
还有，在下述表1的No.2中，一边向锯丝和单晶硅之间喷射作为加工液不含磨粒的乙二醇系水溶液一边进行切片加工。
测量以上述条件进行切片加工时的切断量，结果显示在下述表1中。
另外，计算切断量与锯丝的线径(直径)的差(宽度损失)，结果显示在下述表1中。
从下述表1能够进行如下考察。No.1是作为锯丝使用钢丝的比较例，在工件切断时，游离磨粒被卷入钢丝与工件之间，工件过剩地磨削，其结果是工件的切断量为160μm。另外，宽度损失高达40μm。因此生产率变差。为了缩减切断量，考虑减小钢丝的直径，但在工件切断时钢丝本身也被磨削，因此若过度减小钢丝的直径，则钢丝的断线容易发生。如No.1，钢丝的直径为120μm时，为了不使断线发生，需要更换钢丝至钢丝的直径减径为100μm。
No.2是作为锯丝使用带固定磨粒金属丝的比较例，因为不喷射游离磨粒而切断工件，所以工件的切断量与带固定磨粒金属丝的线径(直径)相同，为155μm。
No.3～5是使用在钢丝的表面被覆有树脂的树脂被覆锯丝来切断工件的例子，工件的切断量为125～147μm，宽度损失小至3～4μm，可知能够提高生产率。另外，目视观察用于切片加工的树脂被覆锯丝表面时，几乎没有磨粒附着。
No.1～3均是以钢琴丝材拉丝至直径120μm的钢丝为芯线而使用的例子，因此具有相同的抗拉强度，认为对于断线的危险性相同。若比较No.1～3，则No.3(树脂被覆锯丝)的切断量最小，生产率最为良好。
基于上述实验例1所得到的结果，若对于从长度为300mm的单晶硅上，切下目前主流的厚度0.18mm的晶片时的情况进行考虑，则作为锯丝使用上述No.1的钢丝时，因为切断量为160μm，所以晶片的取得片数为882片。使用上述No.2的带固定磨粒金属丝时，因为切断量为155μm，所以晶片的取得片数为895片，使用上述No.3的树脂被覆锯丝时，因为切断量为135μm，所以晶片的取得片数为952片。
使用树脂被覆锯丝时，因为树脂具有使钢丝的耐磨耗性提高的作用，所以即使进行切片加工，钢丝自身的减径也难以发生。因此，能够进一步减小钢丝本身的直径。例如，如No.5，使用在直径为110μm的钢丝的表面，以厚度6μm被覆聚氨酯树脂的树脂被覆锯丝切断工件时，切断量为125μm，因此晶片的取得片数为983片，能够进一步提高生产率。
另一方面，带固定磨粒金属丝的情况是，从切断性确保这一观点出发，认为磨粒的平均粒径需要为15μm以上，另外带固定磨粒金属丝的来自金属丝的拉拔载荷，认为需要是使用游离磨粒时的3～5倍。因此，使带固定磨粒金属丝的线径达到120μm以下，从防止断线的观点出发有困难。因此如No.2所示，使切断量为155μm以下困难。
【表1】
[实验例2]
在加工台上安装工件(单晶硅)，并且使锯丝来回摩擦工件的上方，一边向锯丝喷射磨粒，一边使加工台上升，利用运行的金属丝切断工件，测量这时单晶硅的切断量，在切断面所形成的加工变质层深度和切断面的表面粗糙度。
作为上述锯丝，使用下述表2所示的种类的锯丝。
下述表2的No.21～32，是作为锯丝，使用在钢丝的表面以下述表2所示的厚度被覆有树脂的树脂被覆锯丝的例子。
作为上述钢丝，在下述表2的No.21～32中，使用的钢丝是将上述实验例1的No.1中所使用的钢琴丝材拉丝成直径130μm。
上述树脂，是在上述钢丝的表面涂布下述清漆后，通过加热而使之固化而形成。具体来说，在树脂形成之前，对钢丝进行脱脂处理后，将涂布次数分为4～10次而涂覆下述清漆，使树脂的温度为150～300℃而进行加热，对其加热而使之固化，从而在钢丝的表面形成树脂。加热温度显示在下述表2中。
在下述表2所示的No.21中，使用JIS C2351所规定的聚酯线用清漆“W141”(东特涂料株式会社制，珐琅线用清漆“LITON2100S(商品名)”，烘烤后的涂膜组成为对苯二酸系聚酯)。
在下述表2所示的No.22～28、30～32中，JIS C2351所规定的聚氨酯线用清漆“W143”(东特涂料株式会社制，珐琅线用清漆“TPU F1(商品名)”，烘烤后的涂膜组成为聚氨酯)。
在下述表2所示的No.29中，使用聚酰胺酰亚胺线用清漆(东特涂料株式会社制，珐琅线用清漆“Neoheat AI-00C(商品名)”，烘烤后的涂膜组成为聚酰胺酰亚胺)。
在下述表2的No.33中，使用的钢丝是将上述实验例1的No.1所使用的钢琴丝材拉丝成直径120μm。
在下述表2的No.34、35中，使用的钢丝是将上述实验例1的No.1中所使用的钢琴丝材拉丝至直径160μm。
在下述表2的No.36、37中，使用在上述实验例1的No.2中所使用的带固定磨粒金属丝(直径155μm)。
在此，对于下述表2的No.25～32所示的树脂被覆锯丝，以纳米压痕法测量树脂的硬度。硬度在室温(23℃)或120℃下进行测量。具体的测量条件如下。
《室温和120℃通用的测量条件》
测量装置：Agilent Technologies制“Nano Indenter XP/DCM”
分析软件：Agilent Technologies制“Test Works 4”Tip：XP
应变速度：0.05/秒
测量点间隔：30μm
标准试料：熔融石英(FusedSilica)
《室温下的测量条件》
测量模式：CSM(连续刚性测量法)
激发振动频率：45Hz
激发振动振幅：2nm
压入深度：至500nm
测量点：15点
测量环境：空调装置内室温23℃
室温下的硬度测量以连续刚性测量法进行，测量距树脂皮膜的最表面的压入深度在400～450nm的范围的硬度。硬度测量以15点进行，平均测量结果计算硬度。还有，在测量结果之中，有异常值(相对于平均值为3倍以上或1/3以下的值)时将其除去，加上重新测量的结果，使测量点的合计为15个点而进行调整。
《120℃的测量条件》
测量模式：Basic(负荷除去测量法)
压入深度：至450nm
测量点：10个点
测量环境：以电阻加热器将试样盘保持在120℃
120℃的硬度测量以负荷除去测量法进行，测量距树脂皮膜的最表面的压入深度在450nm位置的硬度。即，一边加热试样一边测量硬度时，因为不能像室温下测量硬度时那样采用连续刚性测量法，所以使测量位置成为距最表面的压入深度为450nm位置，如此调整载荷而进行硬度测量。
120℃的硬度测量，是以陶瓷系粘接剂将上述树脂被覆锯丝粘贴在金属制的纳米压痕用试样盘，以电阻加热器加热试样盘，一边保持在120℃一边进行。
120℃的硬度测量，在10个点进行，平均测量结果而计算硬度。还有，测量结果之中，有异常值(相对于平均值为3倍以上或1/3以下的值)时将其除去，加上重新测量的结果，使测量点的合计为10个点而进行调整。
以室温或120℃测量的硬度显示下述表2中。
接着，使用上述锯丝，以多线锯(株式会社安永制，“D-500”)切断(切片加工)单晶硅(60mm×20mm×50mm)，制造切断体。切片加工一边向锯丝和单晶硅之间喷射研磨浆一边进行，研磨浆是使下述表2所示的平均粒径的金刚石磨粒或SiC磨粒悬浮在乙二醇系水溶液中而成。
在下述表2的No.21、24～32、34、35中，使用作为磨粒，使平均粒径为5.6μm的金刚石磨粒(住石マテリアルズ株式会社制，“SCM フアインダイヤ(商品名)”)悬浮在加工液(ユシロ化学工业社制的“乙二醇系水溶液”)中的研磨浆。
在下述表2的No.22、23中，使用作为磨粒，使平均粒径为5.6μm的SiC磨粒(信浓电气冶炼株式会社制，“シナノランダム(商品名)”)悬浮在加工液(ユシロ化学工业社制的“乙二醇系水溶液”)中的研磨浆。
在下述表2的No.33中，使用作为磨粒，使平均粒径为13μm的SiC磨粒(信浓电气冶炼株式会社制，“シナノランダム(商品名)”)悬浮在加工液(ユシロ化学工业社制的“乙二醇系水溶液”)中的研磨浆。
金刚石磨粒的浓度均为5质量％，SiC磨粒的浓度，No.22和23为5质量％，No.33为50质量％，研磨浆的温度为20～25℃，研磨浆的供给量为100L/分。载有工件的加工台的上升速度为0.1mm/分、0.3mm/分或1mm/分，树脂被覆锯丝的线速度为500m/分，树脂被覆锯丝的张力为25N，树脂被覆锯丝的匝数为41匝，树脂被覆锯丝的线圈节距设定在1mm。
还有，在下述表2的No.36，37中，一边向锯丝和单晶硅之间，喷射作为加工液不含磨粒的乙二醇系水溶液一边进行切片加工。
接着，目视观察用于切片加工的树脂被覆锯丝的表面。其结果是在No.21～31中使用的树脂被覆锯丝的表面，几乎没有确认到磨粒的侵入。相对于此，在No.32中使用的树脂被覆锯丝的表面，可确认到有磨粒的侵入。抓捕No.32所使用的树脂被覆锯丝的表面的附图代用照片显示在图4中。
在此，对于No.25～32所使用的树脂被覆锯丝，按以下步骤测量侵入到树脂表面的磨粒的个数。即，用光学显微镜以400倍对于使用过的树脂被覆锯丝的表面拍摄照片，目视测量在树脂被覆锯丝的中心附近的50μm×200μm的区域内所观察到的磨粒的个数。上述图4中以虚线表示测量区域。
接着，对于经切片加工所得到的切断体，测量在切断面所形成的加工变质层深度和切断面的表面粗糙度。
《加工变质层深度》
在切断面所形成的加工变质层的深度，如图5(a)所示，使切断体相对于水平方向成4°的倾斜，如此将其埋入树脂，如图5(b)所示，以使切断体的切断面露出的方式研磨切断体和树脂。接着，以下述表3所示的组成的蚀刻液蚀刻露出面，以光学显微镜观察在工件切断时所形成的加工变质层(工件切断时所导入的转移的腐蚀坑)。
以光学显微镜拍摄工件的切断面的照片显示在图6～图11。图6表示No.25的附图代用照片，图7表示No.27的附图代用照片，图8表示No.32的附图代用照片，图9表示No.33的附图代用照片，图10表示No.35的附图代用照片，图11表示No.37的附图代用照片。
以光学显微镜进行观察时，加工变质层由黑色表示，测量其深度(厚度)。测量结果显示在下述表2中。
《表面粗糙度》
切断面的表面粗糙度，使用株式会社ミツトヨ制“CS-3200(装置名)”，相对于切断方向(切入的深度方向)跨越10mm而测量算术平均粗糙度Ra。测量结果显示在下述表2中。
由下述表2能够进行如下考察。No.21～31是使用经本发明所规定的工序得到的树脂被覆锯丝制造切断体的例子，在切断面所形成的加工变质层深度浅达5μm以下，切断面的算术平均粗糙度Ra为0.5μm以下，大体上平滑。
另一方面，No.32～37是使用未经本发明规定的工序而得到的锯丝制造切断体的例子。其中No.32是使用在钢丝的表面被覆有树脂的树脂被覆锯丝的例子，但是树脂过于柔软，因此在切片加工时，发生磨粒侵入树脂的现象。另外，在切断面所形成的加工变质层深度变深而超过5μm。
在No.33～35中，因为作为锯丝使用钢丝，所以在钢丝和工件之间有磨粒卷入，切断量大、。另外，在切断面所形成的加工变质层深度深，表面粗糙度也粗糙。
No.36、37，因为作为锯丝使用带固定磨粒金属丝，所以切断量大，在切断面所形成的加工变质层深度深，表面粗糙度也粗糙。
上述No.21～31因为切断面的算术平均粗糙度Ra为0.5μm以下，所以将上述切断体作为例如太阳能电池的原材使用时，在原本的状态下，就能够在表面蚀刻加工微细织构。相对于此，上述No.33～37因为切断面的算术平均粗糙度Ra超过0.5μm，所以在蚀刻加工微细织构前，需要进行用于使切断面平滑的蚀刻。
其次，若将No.25～32的树脂的硬度和侵入树脂表面的磨粒的个数的测量结果进行比较，则能够进行如下考察。在No.25～32中，室温下测量的树脂的硬度均为0.27GPa左右，可知为大致相等的结果，但在120℃测量的树脂的硬度为0.04～0.28GPa，可知存在偏差。如果发生偏差的原因，被认为在于树脂的种类和加热温度不同。
在此，在120℃测量的树脂的硬度和侵入树脂表面的磨粒的个数(观察视野50μm×200μm的区域中的个数)的关系显示在图12中。由图12可读取，在120℃测量的树脂的硬度越大，侵入树脂和磨粒的数量有越少的倾向。
另外，在120℃测量的树脂的硬度与在切断面所形成的加工变质层的深度的关系显示在图13中。由图13可读取，在120℃测量的树脂的硬度越大，加工变质层的深度有越小的倾向。另外，如果在120℃测量的树脂的硬度达到0.07GPa以上，则能够将加工变质层的深度抑制在5μm以下。
由上述图12和图13可读取到，若侵入树脂表面的磨粒的个数减少，则加工变质层的深度有变小的倾向。
【表2】
【表3】
| 种类 | 配合量 |
| 氢氟酸(HF) | 60mL |
| 硝酸(HNO3) | 30mL |
| 醋酸(CH3COOH) | 60mL |
| 铬酸水溶液(CrO3) | 30mL |
| 硝酸铜(CuNO3) | 2g |
| 纯水(H2O) | 60mL |
详细另外参照特定的实施方式说明了本申请，但可以不脱离本发明的精神和范围而加以各种变更和修改，这一点从业者应该清楚。
本申请基于2010年2月23日申请的日本专利申请(专利申请2010-038017)、2010年7月15日专利的日本专利申请(专利申请2010-161093)，其内容在此参照并援引。
【产业上的可利用性】
根据本发明，以树脂被覆锯丝的表面，并且调节其硬度。因此，一边卷入磨粒一边进行切断，磨粒向切断面和树脂被覆锯丝之间的卷入能够由树脂抑制。因此能够抑制切断体表面的加工变质层的形成。另外，若使用该树脂被覆锯丝切断工件，则能够制造具有平滑的表面的切断体。因此，能够省略以下游侧的工序除去加工变质层，或用于使表面平滑的蚀刻工序，能够提高切断体的生产率。
此外，使用本发明的树脂被覆锯丝，磨粒向切断面和树脂被覆锯丝之间卷入得到抑制，因此能够减小切断量，能够提高切断体的生产率。
Claims (18)
1.一种树脂被覆锯丝的设计方法，包括用规定硬度的树脂被覆钢丝，得到树脂被覆锯丝的工序，其中，
通过反复进行下述(1)～(4)，以使工件的切断面的加工变质层深度达到合格的方式来调节树脂的硬度，
(1)用所得到的树脂被覆锯丝切断工件；
(2)调查工件的切断面的加工变质层深度；
(3)确认加工变质层深度是否合格；
(4)不合格时，用更硬的树脂被覆钢丝。
2.根据权利要求1所述的设计方法，其中，所述加工变质层深度比5μm深时，用更硬的树脂被覆钢丝。
3.一种树脂被覆锯丝的设计方法，包括用规定硬度的树脂被覆钢丝，得到树脂被覆锯丝的工序，其中，
通过反复进行下述(1)～(4)，以使工件的切断面的表面粗糙度达到合格的方式来调节树脂的硬度，
(1)用所得到的树脂被覆锯丝切断工件；
(2)调查工件的切断面的表面粗糙度；
(3)确认表面粗糙度是否合格；
(4)不合格时，用更硬的树脂被覆钢丝。
4.根据权利要求3所述的设计方法，其中，所述表面粗糙度比0.5μm粗糙时，用更硬的树脂被覆钢丝。
5.根据权利要求1或3所述的设计方法，其中，所述树脂的膜厚为2～15μm。
6.根据权利要求1或3所述的设计方法，其中，所述钢丝的线径为130μm以下。
7.一种切断体的制造方法，是用树脂被覆锯丝切断工件而制造切断体的方法，其中，包括：向树脂被覆锯丝喷射磨粒的工序，该树脂被覆锯丝是用调节了硬度的树脂被覆钢丝而成；和一边利用所述树脂抑制磨粒卷入切断面和树脂被覆锯丝之间，一边使磨粒沿着所述被覆锯丝相对于所述工件切入的方向卷入而切断工件的工序。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其中，以使所述工件的切断面的加工变质层深度达到5μm以下的方式进行切断。
9.根据权利要求7所述的制造方法，其中，以使所述工件的切断面的表面粗糙度达到0.5μm以下的方式进行切断。
10.根据权利要求7所述的制造方法，其中，以使所述工件的切断量相对于树脂被覆锯丝的线径为1～1.1倍的方式进行切断。
11.根据权利要求7所述的制造方法，其中，作为所述磨粒喷射金刚石磨粒以进行切断。
12.根据权利要求7所述的制造方法，其中，作为所述树脂，使用120℃时的硬度为0.07GPa以上的树脂。
13.根据权利要求8所述的制造方法，其中，作为所述树脂，使用120℃时的硬度为0.07GPa以上的树脂。
14.根据权利要求9所述的制造方法，其中，作为所述树脂，使用120℃时的硬度为0.07GPa以上的树脂。
15.根据权利要求10所述的制造方法，其中，作为所述树脂，使用120℃时的硬度为0.07GPa以上的树脂。
16.根据权利要求11所述的制造方法，其中，作为所述树脂，使用120℃时的硬度为0.07GPa以上的树脂。
17.一种切断体，其根据权利要求7～16中任一项所述的方法制造而成。
18.一种树脂被覆锯丝，其在权利要求7～16中任一项所述的制造方法中使用。
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