CN114083705A - 一种高切割力的线锯及其制备方法与生产设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高切割力的线锯及其制备方法与生产设备，线锯包括芯线、铜层、镍层及硬质颗粒；生产设备包括放线轮、预处理槽、镀铜槽、表面研磨装置、上砂槽、水冲洗剥离槽、镀镍槽、三级水洗槽、烘干装置、收线轮；制备方法包括碱洗‑一级水洗‑酸洗‑二级水洗‑镀纯铜‑表面研磨‑上砂‑水冲洗剥离‑加厚镀镍‑三级水洗‑烘干。本发明生产的线锯采用钨铼合金作为芯线材质提升了颗粒均匀性及颗粒把持力，同时相比于传统制备工艺本方法固结效果更好，有效改善切缝质量、降低黑缝、线痕缺陷、提升良品率。

Description

一种高切割力的线锯及其制备方法与生产设备
技术领域
本发明涉及一种线锯制备的技术领域，更具体的是涉及一种高切割力的线锯及其制备方法与生产设备。
背景技术
线锯是指利用绳锯木断的原理设计出来的一种对脆硬材料进行切割的一种锯，为液压驱动力装置切割设备。电镀金刚石切割线锯在半导体材料如硅、碳化硅等贵重脆硬材料的切割加工上的应用快速发展。随着光伏产业的飞速发展，硅片的需求不断上升，为尽可能的降低切割损耗、提升切割效率、提高收益，切割线锯朝着低线径、低损耗、高切割力的方向发展。
目前常规的高碳钢线存在线径大、颗粒均匀性差、切割力低、良品率低等缺陷，制约着硅片低成本化，同时在传统制备线锯的工艺中，颗粒固结效果差、把持力低、切割力弱、黑缝明显且在设置处理装置时灵活度低、可操作性差。
发明内容
为解决现有技术的不足，现提供一种高切割力的线锯及其制备方法与生产设备。
一种高切割力的线锯，包括芯线，芯线的外表面覆有铜层；所述的铜层为环形结构，且覆在芯线的外表面，铜层的外表面覆有镍层，所述的镍层为环形结构，且覆在铜层的外表面，所述铜层的表面设有凹槽；所述的凹槽的横截面为V形；所述的凹槽用于安装硬质颗粒；所述硬质颗粒的头部穿过镍层。
优选的，所述芯线采用的材质为钨铼合金，芯线直径为27～42μm；所述铜层为纯铜层，厚度为1～1.2μm；所述V型凹槽深度为0.5～0.8μm，相邻V型凹槽间的距离为7～13μm；所述硬质颗粒为金刚石颗粒，平均粒径为5μm，密度为200～280颗/mm；所述镍层为纯镍层，厚度为1.5～2μm。
一种高切割力的线锯的生产设备，包括依次连接的放线轮、预处理槽、镀铜槽、表面研磨装置、上砂槽、水冲洗剥离槽、镀镍槽、三级水洗槽、烘干装置、收线轮，所述预处理槽包括碱洗槽、一级水洗槽、酸洗槽和二级水洗槽，碱洗槽、一级水洗槽、酸洗槽和二级水洗槽之间采用间隔式设置；所述表面研磨装置包括两组金刚石研磨辊；所述水冲洗剥离槽包括三个喷头，各个喷头均通过各自的固定支架与主架相连。
优选的，所述两组金刚石研磨辊的中心线互相垂直，每组金刚石研磨辊包括两个互相平行的单个金刚石研磨辊；所述三个喷头位于同一平面。
一种高切割力的线锯的制备方法，包括如下步骤：
S1:通过放线轮将芯线按照一定的速度放出；
S2:在预处理槽中对芯线进行表面处理；
S3:经过表面处理后的芯线通过镀铜槽在芯线表面镀结一层纯铜；
S4:镀铜后的芯线通过表面研磨工艺研磨，表面研磨工艺为：采用两组金刚石研磨辊在铜层表面研磨出V型凹槽，所述金刚石研磨辊呈三维分布，两个为一组，两组互相平行，芯线从每组中的两个金刚石研磨辊中间穿过，金刚石研磨辊旋转线速度与芯线移动速度相等，在靠近芯线的一侧线速度方向与芯线移动方向相同，金刚石研磨辊表面的金刚石颗粒呈均匀分布；
S5:完成表面研磨处理后的芯线在上砂槽内进行上砂处理，将金刚砂固结在V型凹槽及铜层表面，同时析出固砂；
S6:通过水冲洗剥离槽将铜层表面固结较浅的金刚砂经高压水冲洗干净；
S7:经S6处理完成的芯线经过镀镍槽在表面镀结一层镍层；
S8:经S7处理完成的芯线经过三级水洗槽水洗后通过烘干装置将表面水分蒸干；
S9:经S8处理完成的芯线以一定的绕线张力绕在收线轮上。
优选的，所述S2中表面处理具体包括碱洗-一级水洗-酸洗-二级水洗，所述碱洗的工艺参数为：采用碱性物质，在35～55℃下处理10～15s；所述酸洗的工艺参数为采用酸性物质，在35～55℃下处理10～15s；所述一级水洗、二级水洗采用的均为PH6.5～6.8的纯水。
优选的，所述S3中镀铜采用的原料为220～230g/L硫酸铜、60～70g/L硫酸，处理时间为20S，镀层厚度1～1.2μm。
优选的，所述S5中上砂处理采用的原料包括500～550g/L的氨基磺酸镍、20～30g/L氯化镍和30～50g/L硼酸，处理时间为30S。
优选的，所述S7中加厚镀镍的采用的原料为650～750g/L的氨基磺酸镍、20～30g/L氯化镍和30～50g/L硼酸，处理时间为80S。
有益效果：
(1)本发明采用钨铼合金作为线锯芯线的材质，相比于采用高碳钢丝，钨铼合金具有高强度、高弹性模量等优点，切割过程中可同时避免因切割力不足和芯线力学性能差两个原因所导致的损耗，因此切割损耗小，生产效率高。
(2)与常规工艺线锯相比颗粒把持力高、分布均匀、具有切割力强、损耗低、生产效率高等优点，实际生产中可提升产品良品率，降低生产成本。
(3)本发明提供的制备方法中包括表面研磨工艺，一方面在铜层表面研磨出分布均匀的V型凹槽，芯线完成上砂后通过水冲洗剥离固结在铜层表面较浅和团聚堆叠的金刚石颗粒，使颗粒均匀分布于V型凹槽内，相比于传统工艺固结效果更好，颗粒把持力更高，切割力更强，有效改善切缝质量，降低黑缝、线痕缺陷，提升良品率，另一方面每个研磨辊表面金刚石颗粒分布密度均相同，通过选用不同金刚石密度的研磨辊可调节铜层表面V型凹槽之间的距离及密度，灵活度高、可操作性强。
(4)本发明在预处理槽中对芯线进行表面处理，预处理槽包括碱洗槽、一级水洗槽、酸洗槽、二级水洗槽四部分，四部分采用间隔式设置，实际生产中可根据需求调整槽体长度及容量，灵活度高、操作性强。
附图说明
图1是本发明的制造工艺细节示意图。
图2是本发明的表面研磨装置示意图。
图3是水冲洗剥离工艺示意图。
图4是线锯成品示意图。
1、放线轮；2、芯线；3、预处理槽；4、镀铜槽；5、表面研磨装置；6、第一组金刚石研磨辊；7、第二组金刚石研磨辊；8、上砂槽；9、水冲洗剥离槽；10、镀镍槽；11、三级水洗槽；12、烘干装置；13、收线轮。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
一种高切割力的线锯，包括芯线2、铜层、镍层及硬质颗粒，所述铜层表面分布有V型凹槽；所述硬质颗粒均匀分布于V型凹槽内；所述镍层分布于V型凹槽内、铜层及硬质颗粒表面。
所述芯线2采用的材质为钨铼合金，芯线2直径为27～42μm；所述铜层为纯铜层，厚度为1～1.2μm；所述V型凹槽深度为0.5～0.8μm，相邻V型凹槽间的距离为7～13μm；所述硬质颗粒为金刚石颗粒，平均粒径为5μm，密度为200～280颗/mm；所述镍层为纯镍层，厚度为1.5～2μm。
一种高切割力的线锯的生产设备，包括放线轮1、预处理槽3、镀铜槽4、表面研磨装置5、上砂槽8、水冲洗剥离槽9、镀镍槽10、三级水洗槽11、烘干装置12、收线轮13，所述预处理槽3包括碱洗槽、一级水洗槽、酸洗槽、二级水洗槽四部分；所述表面研磨装置5包括两组金刚石研磨辊；所述水冲洗剥离槽9包括三个喷头及其各自的固定支架。
所述两组金刚石研磨辊互相平行，每组金刚石研磨辊包括两个互相平行的单个金刚石研磨辊，四个金刚石研磨辊呈三维分布，两个为一组，两组互相平行，芯线2从每组中的两个研磨辊中间穿过，金刚石研磨辊旋转线速度与芯线2移动速度相同，在靠近芯线2的一侧线速度方向与芯线2移动方向一致，研磨辊表面颗粒为锥形金刚石颗粒，粒径为2μm，呈均匀分布；所述三个喷头位于同一平面，夹角为120°，顶部喷头压力为0.07～0.1MPa，侧边两个喷头压力为0.12～0.15MPa。
一种高切割力的线锯的制备方法，如图1所示包括以下步骤：
S1:通过放线轮1将芯线2以10～25m/min速度放出；
S2:在预处理槽3内对芯线2进行表面处理，预处理槽3包括碱洗槽、一级水洗槽、酸洗槽、二级水洗槽四部分组成，四部分间隔设置，生产中可根据实际需要调整槽体长度及容量，所述酸洗工艺参数为：在40℃下，采用23g/L盐酸，处理时间大于10s；所述碱洗工艺参数为：在40℃下，采用33g/L氢氧化钠，处理时间大于10s；所述一级水洗、二级水洗皆采用PH6.5～6.8纯水；
S3:经过表面处理后的芯线2，通过镀铜槽4在芯线2表面镀结一层纯铜，所述制备工艺中镀铜工艺参数：原料为225g/L硫酸铜、65g/L硫酸，温度50℃，电流密度10A/dm2，处理时间20s，镀层厚度1～1.2μm；
S4:镀铜后的芯线2经过表面研磨工艺进行研磨，表面研磨工艺具体为：采用四个金刚石研磨辊在铜层表面研磨出V型凹槽；所述四个金刚石研磨辊呈三维分布，两个为一组，两组互相平行，芯线从每组中的两个研磨辊中间穿过，研磨辊旋转线速度与芯线移动速度相等，在靠近芯线的一侧线速度方向与芯线移动方向相同，研磨辊表面颗粒为锥形金刚石颗粒，粒径为2μm，呈均匀分布，最终在铜层表面打磨出深度为0.5～0.8μm的V型凹槽；
S5:研磨处理后的芯线2在上砂槽8内将金刚砂固结在V型凹槽及铜层表面，同时析出固砂镍层，所述上砂工艺参数为：530g/L氨基磺酸镍，25g/L氯化镍，40g/L硼酸，温度50℃，PH值为3.0～3.4，电流密度12A/dm2，处理时间30s；
S6:芯线2在水冲洗剥离槽9内经高压水冲洗，将铜层表面固结较浅的金刚砂颗粒冲洗干净，所述水冲洗剥离工艺为采用3个夹角为120°的喷头对芯线2进行冲洗，顶部喷头压力为0.07～0.1MPa，侧边两个喷头压力为0.12～0.15MPa，冲洗用水为PH值6.5～6.8的纯水；
S7:经过水冲洗后的芯线2通过镀镍槽10，在表面镀上一层加厚镍层，所述加厚镀镍工艺参数为：700g/L氨基磺酸镍，25g/L氯化镍，40g/L硼酸，温度50℃，PH值为3.0～3.4，电流密度15A/dm2，处理时间为80s；
S8:线锯经过三级水洗槽11水洗后，通过烘干装置12将表面水分蒸干；
S9:将线锯以3～10N绕线张力绕在收线轮13上。
工作情况
1):通过放线轮1将芯线2放出；
2):在预处理槽3内对芯线2进行表面处理；
3):通过镀铜槽4在芯线2表面镀铜；
4):通过表面研磨装置5对芯线表面的铜层进行研磨,表面研磨装置5包括第一组金刚石研磨辊6和第二组金刚石研磨辊7；
5):研磨处理后的芯线2在上砂槽8内上砂；
6):经水冲洗剥离槽9进行高压水冲洗；
7):经过水冲洗后的芯线2通过镀镍槽10镀镍；
8):芯线2经过三级水洗槽11水洗后，通过烘干装置12将表面水分蒸干；
9):将芯线2以一定的绕线张力绕在收线轮13上，完成线锯的制备。
本发明采用钨铼合金作为线锯芯线2的材质，相比于采用高碳钢丝，钨铼合金具有高强度、高弹性模量等优点，切割过程中可同时避免因切割力不足和芯线力学性能差两个原因所导致的损耗，因此切割损耗小，生产效率高；与常规工艺线锯相比颗粒把持力高、分布均匀、具有切割力强、损耗低、生产效率高等优点，实际生产中可提升产品良品率，降低生产成本。
本发明提供的制备方法中包括表面研磨工艺，一方面在铜层表面研磨出分布均匀的V型凹槽，芯线2完成上砂后通过水冲洗剥离固结在铜层表面较浅和团聚堆叠的金刚石颗粒，使颗粒均匀分布于V型凹槽内，相比于传统工艺固结效果更好，颗粒把持力更高，切割力更强，有效改善切缝质量，降低黑缝、线痕缺陷，提升良品率，另一方面每个研磨辊表面金刚石颗粒分布密度均相同，通过选用不同金刚石密度的研磨辊可调节铜层表面V型凹槽之间的距离及密度，灵活度高、可操作性强；在预处理槽3中对芯线2进行表面处理，预处理槽3包括碱洗槽、一级水洗槽、酸洗槽、二级水洗槽四部分，四部分采用间隔式设置，实际生产中可根据需求调整槽体长度及容量，灵活度高、操作性强。
作为进一步改进，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高切割力的线锯，其特征在于，包括芯线，芯线的外表面覆有铜层；所述的铜层为环形结构，且覆在芯线的外表面，铜层的外表面覆有镍层，所述的镍层为环形结构，且覆在铜层的外表面，所述铜层的表面设有凹槽；所述的凹槽的横截面为V形；所述的凹槽用于安装硬质颗粒；所述硬质颗粒的头部穿过镍层。
2.根据权利要求1所述的一种高切割力的线锯，其特征在于，所述芯线采用的材质为钨铼合金，芯线直径为27～42μm；所述铜层为纯铜层，厚度为1～1.2μm；所述V型凹槽深度为0.5～0.8μm，相邻V型凹槽间的距离为7～13μm；所述硬质颗粒为金刚石颗粒，平均粒径为5μm，密度为200～280颗/mm；所述镍层为纯镍层，厚度为1.5～2μm。
3.一种高切割力的线锯的生产设备，其特征在于，包括依次连接的放线轮、预处理槽、镀铜槽、表面研磨装置、上砂槽、水冲洗剥离槽、镀镍槽、三级水洗槽、烘干装置、收线轮，所述预处理槽包括碱洗槽、一级水洗槽、酸洗槽和二级水洗槽，碱洗槽、一级水洗槽、酸洗槽和二级水洗槽之间采用间隔式设置；所述表面研磨装置包括两组金刚石研磨辊；所述水冲洗剥离槽包括三个喷头，各个喷头均通过各自的固定支架与主架相连。
4.根据权利要求3所述的一种高切割力的线锯的生产设备，其特征在于，所述两组金刚石研磨辊的中心线互相垂直，每组金刚石研磨辊包括两个互相平行的单个金刚石研磨辊；所述三个喷头位于同一平面。
5.一种高切割力的线锯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:通过放线轮将芯线按照一定的速度放出；
S2:在预处理槽中对芯线进行表面处理；
S3:经过表面处理后的芯线通过镀铜槽在芯线表面镀结一层纯铜；
S4:镀铜后的芯线通过表面研磨工艺研磨，表面研磨工艺为：采用两组金刚石研磨辊在铜层表面研磨出V型凹槽，所述金刚石研磨辊呈三维分布，两个为一组，两组互相平行，芯线从每组中的两个金刚石研磨辊中间穿过，金刚石研磨辊旋转线速度与芯线移动速度相等，在靠近芯线的一侧线速度方向与芯线移动方向相同，金刚石研磨辊表面的金刚石颗粒呈均匀分布；
S5:完成表面研磨处理后的芯线在上砂槽内进行上砂处理，将金刚砂固结在V型凹槽及铜层表面，同时析出固砂；
S6:通过水冲洗剥离槽将铜层表面固结较浅的金刚砂经高压水冲洗干净；
S7:经S6处理完成的芯线经过镀镍槽在表面镀结一层镍层；
S8:经S7处理完成的芯线经过三级水洗槽水洗后通过烘干装置将表面水分蒸干；
S9:经S8处理完成的芯线以一定的绕线张力绕在收线轮上。
6.根据权利要求5所述的一种高切割力的线锯的制备方法，其特征在于，所述S2中表面处理具体包括碱洗-一级水洗-酸洗-二级水洗，所述碱洗的工艺参数为：采用碱性物质，在35～55℃下处理10～15s；所述酸洗的工艺参数为采用酸性物质，在35～55℃下处理10～15s；所述一级水洗、二级水洗采用的均为PH6.5～6.8的纯水。
7.根据权利要求5所述的一种高切割力的线锯的制备方法，其特征在于，所述S3中镀铜采用的原料为220～230g/L硫酸铜、60～70g/L硫酸，处理时间为20S，镀层厚度1～1.2μm。
8.根据权利要求5所述的一种高切割力的线锯的制备方法，其特征在于，所述S5中上砂处理采用的原料包括500～550g/L的氨基磺酸镍、20～30g/L氯化镍和30～50g/L硼酸，处理时间为30S。
9.根据权利要求5所述的一种高切割力的线锯的制备方法，其特征在于，所述S7中加厚镀镍的采用的原料为650～750g/L的氨基磺酸镍、20～30g/L氯化镍和30～50g/L硼酸，处理时间为80S。
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