CN108858839A - 锯线及切断装置 - Google Patents

Abstract

在表面附着有多个磨粒(130)的锯线(10)具备由钨或钨合金形成的金属线(100)、设置于金属线(100)的表面的镍镀层(110)和设置于金属线(100)与镍镀层(110)的界面处的镍及钨的密合层(120)，在锯线(10)被加捻的情况下，镍镀层(110)通过密合层(120)而不会从金属线(100)上剥落。

Description

锯线及切断装置

技术领域

本发明涉及锯线及具备该锯线的切断装置。

背景技术

以往，已知有使用由钢琴丝形成的线来切割硅锭的多线锯(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-213111号公报

发明内容

发明所要解决的问题

就线锯而言，会产生线的线径程度的切削废渣。在上述以往的多线锯中，利用了由钢琴丝形成的线，但钢琴丝的细线化困难，现状是线径小于60μm的钢琴丝的制造困难，且由于钢琴丝的弹性模量为150GPa～250GPa，所以即使能够细径化也会在切割时产生挠曲。因此，细径化后的钢琴丝不适合线锯的切割。

因此，考虑使用与钢琴丝不同的材料来制造锯线。然而，在像固定磨粒方式那样使锯线与磨粒预先固着的情况下，若锯线与磨粒的固着性低，则存在磨粒脱落而锋利度下降的问题。

于是，本发明的目的是提供与磨粒的密合性高的锯线及具备该锯线的切断装置。

用于解决问题的手段

为了达成上述目的，本发明的一方式所述的锯线是在表面附着有多个磨粒的锯线，其具备由钨或钨合金形成的金属线、设置于上述金属线的表面的镍镀层和设置于上述金属线与上述镍镀层的界面处的镍及钨的密合层，在上述锯线被加捻的情况下，上述镍镀层通过上述密合层而不会从上述金属线上剥落。

此外，本发明的一方式所述的切断装置具备上述锯线。

发明的效果

根据本发明，能够提供与磨粒的密合性高的锯线及具备该锯线的切断装置。

附图说明

图1是实施方式所述的切断装置的立体图。

图2是表示利用实施方式所述的切断装置的锭的切割的状况的截面图。

图3是实施方式所述的锯线的截面图。

图4是表示在实施方式所述的锯线的制造方法中制作经细线化的金属线的工序的状态推移图。

图5是表示在实施方式所述的锯线的制造方法中使磨粒固着于金属线上的工序的状态推移图。

图6是对实施方式所述的锯线加捻的加捻装置的示意图。

图7是表示就实施方式所述的锯线而言热处理的加热温度与镀层剥落的关系的图。

图8是表示实施方式所述的经加捻的锯线的图。

符号的说明

1 切断装置

10 锯线

100 金属线

110 镍镀层

120 密合层

130 金刚石粒子(磨粒)

具体实施方式

以下，对于本发明的实施方式所述的锯线及切断装置，使用附图进行详细说明。另外，以下说明的实施方式均表示本发明的一具体例子。因此，以下的实施方式中所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置及连接形态、步骤、步骤的顺序等为一个例子，不是限定本发明的主旨。因而，在以下的实施方式中的构成要素中，关于表示本发明的最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，作为任选的构成要素进行说明。

此外，各图是示意图，不一定被严密地图示。因此，例如，各图中比例尺等不一定一致。此外，在各图中，对于实质上同一构成标注同一符号，重复的说明省略或简化。

此外，在本说明书中，平行或相等等表示要素间的关系性的用语、及圆形等表示要素的形状的用语、以及数值范围并非仅表示严格的意思的表述，而是意味着也包含实质上同等的范围、例如数个百分比左右的差异的表述。

(实施方式)

[切断装置]

首先，对于具备本实施方式所述的锯线的切断装置的概要，使用图1进行说明。图1是本实施方式所述的切断装置1的立体图。

如图1中所示的那样，切断装置1是具备锯线10的多线锯。切断装置1例如通过将锭20切断成薄板状而制造晶片。锭20例如是由单晶硅构成的硅锭。具体而言，切断装置1通过利用锯线10将锭20切割，从而同时制造多个硅晶片。

另外，锭20并不限于硅锭，也可以是碳化硅或蓝宝石等其他锭。或者，利用切断装置1的切断对象物也可以是混凝土或玻璃等。

如图1中所示的那样，切断装置1进一步具备两个导辊2、支撑部3和张力缓和装置4。

在两个导辊2上，1根锯线10被多次卷绕。这里，为了便于说明，将锯线10的1周量视为1条锯线10，并以在两个导辊2上卷绕有多条锯线10的形态进行说明。即，在以下的说明中，多条锯线10形成1根连续的锯线10。另外，多条锯线10也可以是各自分离的多条锯线。

两个导辊2通过以将多条锯线10以规定的张力笔直地伸展的状态各自旋转，从而使多条锯线10以规定的速度旋转。多条锯线10相互平行、且以等间隔配置。具体而言，在两个导辊2上分别以规定的间距设置有多个放入锯线10的槽。槽的间距根据想要切出的晶片的厚度而决定。槽的宽度与锯线10的线径φ大致相同。

张力缓和装置4是缓和对锯线10施加的张力的装置。例如，张力缓和装置4为螺旋弹簧或板簧等弹性体。如图1中所示的那样，例如作为螺旋弹簧的张力缓和装置4的一端与导辊2连接，另一端被固定在规定的壁面上。张力缓和装置4可以通过调整导辊2的位置，缓和对锯线10施加的张力。

另外，切断装置1也可以具备3个以上的导辊2。可以在3个以上的导辊2的圆周上卷绕有多条锯线10。

支撑部3支撑作为切断对象物的锭20。支撑部3通过将锭20朝向多条锯线10推压，从而锭20被多条锯线10切割。

另外，虽然未图示，但切断装置1也可以具备向多条锯线10供给冷却介质等切削液的供给装置。

图2是表示利用本实施方式所述的切断装置1的锭20的切割的状况的截面图。图2是图1中所示的II-II线处的截面，表示与锯线10的延伸方向正交的截面的一部分。具体而言，表示通过多条锯线10中的3根锯线10将锭20切割的状况。

通过将锭20朝向多条锯线10推压，锭20通过多条锯线10被同时分割成多个分割片21。相邻的分割片21之间的间隙22是通过锭20被锯线10削去而形成的空间。即，间隙22的大小相当于锭20的损耗。

间隙22的宽度d依赖于锯线10的线径φ。即，锯线10的线径φ越大，则宽度d变得越大而锭20的损耗变得越多。锯线10的线径φ越小，则宽度d变得越小而锭20的损耗变得越少。

具体而言，间隙22的宽度d变得大于线径φ。宽度d与线径φ的差量是依赖于被固着在锯线10上的磨粒130的大小和锯线10的旋转时的振动的振幅的大小。此时，锯线10的振幅可以通过将锯线10强力伸展来抑制。锯线10的抗拉强度越高、弹性模量越高，则越能够将锯线10强力伸展。因此，锯线10的振幅变小，能够减小间隙22的宽度d，能够进一步减少锭20的损耗。

另外，分割片21的厚度D依赖于多条锯线10的配置间隔。因此，多条锯线10以所期望的厚度D和规定的余量相加的间隔配置。具体而言，余量是宽度d与线径φ的差量，是根据锯线10的振幅及磨粒130的粒径而决定的值。

由以上的内容获知，为了减少锭20的损耗，锯线10的线径φ、抗拉强度和弹性模量是重要的参数。具体而言，通过减小锯线10的线径φ、或提高锯线10的抗拉强度、提高弹性模量，能够减少锭20的损耗。

以下，对锯线10的构成及制造方法进行说明。

[锯线]

图3是本实施方式所述的锯线10的截面图。具体而言，图3是将与锯线10的延伸方向正交的截面放大的图。

如图3中所示的那样，锯线10具备金属线100、镍镀层110和密合层120。进而，锯线10具备附着于表面的多个磨粒130。另外，锯线10的线径φ是金属线100的线径与镍镀层110与密合层120的合计。另外，密合层120以规定的厚度形成于金属线100及镍镀层110的界面处。

金属线100是由钨(W)形成的极细的金属细线。金属线100通过纯钨构成。具体而言，钨的纯度为99.9％以上。

由钨形成的金属线100的线径变得越小，则单位截面积的抗拉强度变得越强。即，通过利用由钨形成的金属线100，能够实现线径φ小、且抗拉强度高的锯线10，能够抑制锭20的损耗。

此外，金属线100的弹性模量为350GPa以上且450GPa以下。另外，弹性模量是纵向弹性模数。即，金属线100具有钢琴丝的约2倍的弹性模量。

金属线100的线径例如为80μm以下。另外，由钨形成的金属线100越细线化、即线径变得越小，则单位截面积的强度变得越高。例如，金属线100的线径可以是50μm以下，也可以是40μm以下。作为一个例子，金属线100的线径为20μm，但也可以为10μm。另外，像本实施方式那样，在使磨粒130附着的情况下，金属线100的线径例如为10μm以上。

金属线100的线径均匀。另外，线径也可以不完全均匀，也可以根据部位的不同而包含例如1％等数个百分比左右的差。由于金属线100的线径为80μm以下，所以金属线100具有柔软性，容易使其充分弯曲。因此，能够将锯线10在导辊2间容易地卷绕。

如图3中所示的那样，金属线100的截面形状为圆形，但不限于此。金属线100的截面形状也可以为正方形等矩形或椭圆形等。

金属线100的抗拉强度例如为3500MPa以上。通过减小线径，金属线100的抗拉强度例如也可以设定为4000MPa以上。

镍镀层110是设置于金属线100的表面的镀层。镍镀层110是由镍(Ni)构成的薄膜层。镍镀层110的膜厚例如为1μm，但并不限于此。

镍镀层110将多个磨粒130的至少一部分密合地覆盖、且将多个磨粒130间的金属线100的表面整面地覆盖。具体而言，如图3中所示的那样，镍镀层110在截面图视中遍及全周以圆环状设置于金属线100的轴系上。

多个磨粒130为硬质的粒子，例如为金刚石或CBN(立方晶氮化硼)等粒子。多个磨粒130的平均粒径例如为10μm以下，但不限于此。多个磨粒130通过至少一部分与镍镀层110密合而附着于锯线10的表面。

[锯线的制造方法]

以下，对具有上述特征的锯线10的制造方法进行说明。锯线10的制造方法包括制作经细线化的金属线100的工序和使多个磨粒130固着于金属线100上的工序。

以下，首先，使用图4，对制作金属线100的工序进行说明。图4是表示本实施方式所述的锯线10的制造方法中制作经细线化的金属线100的工序的推移图。

首先，如图4的(a)中所示的那样，准备钨粉末101。钨粉末101的平均粒径例如为5μm，但不限于此。

接着，通过对钨粉末101进行加压及烧结(sinter)，制作由钨形成的锭。通过对锭实施从周围进行锻造压缩而伸展的型锻加工，如图4的(b)中所示的那样，制作线状的钨线102。例如，作为烧结体的钨的锭的线径为15mm左右，相对于此，线状的钨线102的线径为3mm左右。

接着，如图4的(c)中所示的那样，进行使用了拔丝模的拉丝加工。

具体而言，首先，如图4的(c1)中所示的那样，将钨线102进行退火。具体而言，不仅通过燃烧器直接地将钨线102加热，而且一边对钨线102通电流一边进行加热。退火工序是为了将通过型锻加工或拉丝加工而产生的加工应变除去而进行的。

接着，如图4的(c2)中所示的那样，使用拔丝模30进行钨线102的拉丝、即拔丝。另外，由于通过前段的退火工序，钨线102被加热而变得柔软，所以能够容易地进行拔丝。通过钨线102被细线化，其单位截面积的强度变高。即，通过拉丝工序被细线化的钨线103与钨线102相比单位截面积的强度高。另外，钨线103的线径例如为0.6mm，但不限于此。

接着，如图4的(c3)中所示的那样，通过对拉丝后的钨线103进行电解研磨，使钨线103的表面变得光滑。电解研磨工序通过例如在氢氧化钠水溶液等电解液40中浸渍有钨线103和碳棒等对置电极41的状态下，在钨线103与对置电极41之间通电而进行。

接着，如图4的(c4)中所示的那样，进行模更换。具体而言，作为接下来的拉丝加工中利用的模，选择口径比拔丝模30小的拔丝模31。另外，拔丝模30及31例如为由烧结金刚石或单晶金刚石等构成的金刚石模。

将图4的(c1)～(c4)重复进行至钨线103的线径成为所期望的线径(具体而言，80μm以下)为止。此时，图4的(c2)中所示的拉丝工序通过根据成为对象的钨线的线径，调整拔丝模30或31的形状及硬度、使用的润滑剂、以及钨线的温度等而进行。

图4的(c1)中所示的退火工序也同样地根据成为对象的钨线的线径而调整退火条件。通过退火工序，氧化物附着于钨线的表面。通过调整退火条件，能够调整附着的氧化物量。

具体而言，钨线的线径越大，则以越高的温度进行退火，钨线的线径越小，则以越低的温度进行退火。例如，钨线的线径大的情况下，具体而言，在第1次拉丝加工时的退火工序中，以1400℃～1800℃的温度进行退火。在成为所期望的线径的最终拉丝加工时的最终退火工序中，以1200℃～1500℃的温度进行加热。另外，在最终退火工序中，也可以不进行对钨线的通电。

此外，在拉丝加工的重复时，退火工序也可以省略。例如，最终退火工序也可以省略。具体而言，也可以将最终退火工序省略，调节润滑剂以及拔丝模的形状及硬度。

此外，在最终退火后的拉丝工序(即，最终拉丝工序)中，利用由单晶金刚石构成的单晶金刚石模作为拔丝模31。在单晶金刚石模中，由于不易引起金刚石粒子的脱离，所以在拉丝后的钨线中不易形成线筋。因此，能够减小成为所期望的线径的钨线的表面粗糙度Ra。

此外，在拉丝加工的重复时，例如，将50MG时刻的氧化物量的重量比设定为0.2％以上且0.5％以下，由孔径为200μm的单晶金刚石模开始拉丝。由此，如图4的(d)中所示的那样，制造表面粗糙度Ra成为0.15μm以下的金属线100。

接着，对使多个磨粒130固着于金属线100上的工序使用图5进行说明。图5是表示在本实施方式所述的锯线10的制造方法中使磨粒130固着于金属线100上的工序的状态推移图。另外，在图5的(e)中，将镀覆液50的一部分示意性放大而表示，在图5的(f)及(g)中，将金属线100的表层部分示意性放大而表示。

首先，在金属线100的表面形成镍镀层110，并且将磨粒130电沉积。具体而言，如图5的(e)中所示的那样，在镀覆液50中浸渍有镍板51和金属线100的状态下，在镍板51与金属线100之间进行通电。另外，镀覆液50是包含硫酸镍、氯化镍及硼酸的液体。本实施方式中，在镀覆液50中分散而混合有多个磨粒130。由此，如图5的(f)中所示的那样，多个磨粒130被电沉积于金属线100的表面，进而，按照填埋磨粒130间的间隙的方式形成镍镀层110。

接着，如图5的(f)中所示的那样，对形成有镍镀层110的金属线100进行热处理。通过热处理而形成密合层120。另外，在热处理前、即刚形成有镍镀层110后，如图5的(f)的放大图中所示的那样，没有形成密合层120。

热处理例如以650℃的温度进行。在温度过低的情况下，没有形成密合层120。在温度过高的情况下，金属线100的强度下降。因此，热处理例如以大于450℃且850℃以下的范围的温度进行。

热处理时间例如为1秒～5秒。另外，磨粒130为金刚石粒子时，为了抑制金刚石的氧化，例如在氩气氛等无氧气氛下进行热处理。

经由以上的工序，如图5的(g)中所示的那样，制造锯线10。

通过在镀镍处理及电沉积后进行热处理，金属线100与镍镀层110的密合强度增加。

另外，图4及图5分别是示意性表示锯线10的制造方法的各工序的图。可以个别地进行各工序，也可以串联地进行各工序。例如，多个拔丝模也可以在生产线上按照口径依次变小的顺序排列，在各拔丝模间配置进行退火工序的加热装置等。此外，也可以在最小的口径的拔丝模之后，依次配置电解研磨装置、镀覆装置及加热装置。

[热处理与镀层剥落的关系]

这里，对形成镍镀层110后的热处理的温度与镍镀层110的脱离(镀层剥落)的关系进行说明。

这里，通过使用图6中所示的加捻装置200将锯线10多次加捻，观察是否产生镀层剥落。另外，图6是表示对本实施方式所述的锯线10加捻的加捻装置200的示意图。

在图6中所示的加捻装置200中，钩部210是勾住锯线10的部分，介由圆柱状的旋转体220与手柄230连结。旋转体220能够旋转地被支撑台240支撑，根据手柄230的旋转而旋转。根据旋转体220的旋转而钩部210也旋转。例如，手柄230的转速与钩部210的转速相同。

首先，作为加捻的对象，准备使热处理的温度不同而得到的多条锯线10。具体而言，在热处理的温度为250℃～850℃之间，以100℃刻度准备7种锯线10。

将准备的锯线10切断成60mm的长度后，通过折弯成一半的长度，成形为U字状。如图6中所示的那样，将锯线10的折弯部分勾到加捻装置200的钩(hook)部210上后，将锯线10的从端部起10mm的位置把持，以5N的力向与钩部210相反侧拉伸。进而，通过一边将锯线10拉伸，一边转动手柄230，使钩部210旋转规定次数。之后，通过以显微镜观察经加捻的锯线10，评价镀层剥落的有无。

图7是表示在锯线10中热处理的加热温度与镀层剥落的关系的图。图7中，示出将加捻次数设定为40次、将加捻的旋转速度设定为1转/秒时的镀层剥落的有无。

如图7中所示的那样，加热温度为250℃、350℃及450℃的情况下，产生如图8中所示那样的镀层剥落。这里，图8是表示经加捻的锯线10的图。在图8中，在以粗虚线所围成的部分中，能够视觉辨认镍镀层110剥落的状况。另外，确认加热温度越低，则镍镀层110的脱离量变得越大。

另一方面，如图7中所示的那样，在加热温度为550℃、650℃、750℃及850℃的情况下，没有确认到镀层剥落。由以上的内容获知，在加热温度为450℃以下的情况下，镍镀层110剥落，相对于此，在加热温度为550℃以上的情况下，镍镀层110没有脱离。

另外，在加热温度过高的情况下，锯线10的抗拉强度下降。具体而言，以750℃加热的锯线10的抗拉强度与以650℃加热的锯线10的抗拉强度相比变低。因此，不优选加热温度过高，例如，加热温度为850℃以下的温度。

[效果等]

如以上那样，本实施方式所述的锯线10为在表面附着有多个磨粒130的锯线，其具备由钨形成的金属线100、设置于金属线100的表面的镍镀层110和设置于金属线100与镍镀层110的界面处的镍及钨的密合层120，在锯线10被加捻的情况下，镍镀层110通过密合层120而不会从金属线100剥落。此外，例如，金属线100的线径为80μm以下。

由此，由于金属线100含有钨作为主要成分，所以越进行细线化，则单位截面积的抗拉强度越增加而变得难以断裂。因此，由于能够将锯线10以强的张力在导辊2间伸展，所以能够抑制锭20的切断时的锯线10的振动。因此，能够减少将锭20切割时产生的切削废渣、即锭20的损耗。

本实施方式中，由于在金属线100与镍镀层110之间设置有密合层120，所以金属线100与镍镀层110的密合性提高。因此，能够提高通过镍镀层110覆盖的磨粒130与金属线100的固着性。由此，磨粒130的脱离得到抑制。此外，由于金属线100与镍镀层110的密合性高，所以镍镀层110连同磨粒130一起剥落的情况也得到抑制。因此，能够抑制锯线10的锋利度的下降。

此外，本实施方式所述的切断装置1具备锯线10。

由此，由于锯线10的线径变小，所以能够增加由1个锭20切出的晶片的片数。此外，能够减少将锭20切割时产生的切削废渣。能够有效地利用锭20的材料等有限的资源。此外，由于锯线10的锋利度的下降得到抑制，所以能够以良好的精度进行锭20的切割。

(其他)

以上，对于本发明所述的锯线及切断装置基于上述的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式。

例如，在上述的实施方式中，对于金属线100由纯钨形成的例子进行了示出，但不限于此。金属线100也可以由铼(Re)与钨的合金(ReW)构成。

具体而言，金属线100也可以含有钨作为主要成分、且以规定的比例含有铼。金属线100的铼的含有率例如为0.1wt％以上且10wt％以下。具体而言，铼的含有率为3wt％，但也可以为1wt％。

通过金属线100含有铼，与纯钨线相比能够提高强度。例如，ReW线的抗拉强度为3500MPa以上且6000MPa以下。由此，由于金属线100即使细线化也变得难以断裂，所以能够实现与钢琴丝同等以上的抗拉强度。

因此，由于能够将锯线10在两个导辊2间进一步强地伸展，所以能够进一步抑制锯线10的振动。因而，能够进一步减少锭20的损耗。

此外，例如，锯线10也可以具备由掺杂有钾(K)的钨形成的金属线(以下，记载为钾掺杂钨线)来代替由纯钨或ReW合金形成的金属线100。

钾掺杂钨线含有钨作为主要成分、且以规定的比例含有钾。钾掺杂钨线的钾的含有率为0.005wt％以上且0.010wt％以下。

钾掺杂钨线的线径φ变得越小，则单位截面积的抗拉强度变得越强。即，通过利用钾掺杂钨线，能够实现线径φ小、且抗拉强度高的锯线，能够抑制锭20的损耗。

钾掺杂钨线的抗拉强度、弹性模量及线径φ等分别与由ReW合金形成的金属线100相同。

由此，通过钨含有微量的钾，钾掺杂钨线的半径方向的晶粒生长得到抑制。因此，具备钾掺杂钨线的锯线与纯钨相比，高温下的强度变高。

此外，例如，在上述的实施方式中，对于同时进行磨粒130的电沉积与镍镀层110的形成的例子进行了示出，但不限于此。电沉积与镀覆处理也可以任一者先进行。

此外，例如，切断装置1可以不是多线锯，也可以是通过将锭20以1条锯线10进行切割，1片1片地切出晶片的线锯装置。

此外，对各实施方式实施本领域技术人员想到的各种变形而得到的方式、或通过在不脱离本发明的主旨的范围内将各实施方式中的构成要素及功能任意地组合而实现的方式也包含于本发明中。

Claims (7)

1.一种锯线，其特征在于，其是在表面附着有多个磨粒的锯线，其具备：

由钨或钨合金形成的金属线、

设置于所述金属线的表面的镍镀层、和

设置于所述金属线与所述镍镀层的界面处的镍及钨的密合层，

在所述锯线被加捻的情况下，所述镍镀层通过所述密合层而不会从所述金属线上剥落。

2.根据权利要求1所述的锯线，其中，所述金属线的线径为80μm以下。

3.根据权利要求1所述的锯线，其中，所述金属线的抗拉强度为3500MPa以上。

4.根据权利要求1所述的锯线，其中，在所述锯线以1转/秒加捻40次的情况下，所述镍镀层通过所述密合层而不会从所述金属线上剥落。

5.根据权利要求1～4中任1项所述的锯线，其中，所述钨合金为铼与钨的合金，

所述钨合金中的铼的含有率为0.1wt％以上且10wt％以下。

6.根据权利要求1～4中任1项所述的锯线，其中，在所述由钨形成的所述金属线中，掺杂有钾，

所述金属线的钾的含有率为0.010wt％以下。

7.一种切断装置，其具备权利要求1～6中任1项所述的锯线。