CN202528326U

CN202528326U - 结构化钢锯线

Info

Publication number: CN202528326U
Application number: CN2011205789504U
Authority: CN
Inventors: H·罗梅尔
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Jiangyin Bekaert Alloy Materials Co., Ltd.
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2021-11-22
Also published as: WO2012069314A1; EP2643118B1; EP2643118A1; TW201235136A; TWI599424B; CN102528940B; CN102528940A

Abstract

一种结构化钢锯线，适用于采用磨粒来锯切，所述结构化钢锯线为螺旋形，该螺旋形包括多个段，各段之间有弯曲部，所述弯曲部朝着所述螺旋形的径向向外，其特征在于：在所述弯曲部之间，在所述结构化钢锯线和所述结构化钢锯线的外接圆柱之间具有间隙，所述间隙的最大间隙尺寸是所述磨粒中值粒径的0.25至2倍。该结构化钢锯线在使用中保持旋转对称，因此能在使用中转动；并且该结构化钢锯线也增加了磨粒的夹带和作用。

Description

结构化钢锯线

技术领域

本实用新型涉及的领域为设计用于切割硬脆材料的锯线。本实用新型尤其涉及用于切割例如石英(用于例如石英振荡器或者光刻掩模)、硅(用于例如集成电路晶片或太阳能电池)、砷化镓(用于高频电路)、碳化硅(例如用于蓝色LED的)、稀土磁性合金(例如用于记录磁头)等材料的锯线。

背景技术

在电子工业中对硬而脆的材料进行多线锯切看来是由British Thomson-Houston Cy有限公司的C.Hayward首次发明，在GB717874(1954年公开)和GB771622(1957年公开)中有相关描述。该技术已进一步由摩托罗拉公司的H.W.Mech获得，在GB1397676(1975年公开)有相关描述。

现代多线锯的所有特征都可以在这些专利中找到：

1、在驱动绞盘上以多圈的形式引导单根锯线；

2、绞盘上具有沟槽，以用于使锯线在各圈之间偏移，从而形成了线网；

3、使用游离磨粒料浆作为切割剂，当工件缓慢进入线网时将该磨粒料浆喂送到线网上；

4、锯线在两个线轴间往复运动，或者替代地锯线总在同一方向上运动。

许多种对于锯线相对于工件的布置方式的替代方案已经被设计出来。在CH692489中可以找到这些布置方式的例子。

从以上的描述中可以清楚的看到，在锯切过程中，锯线是至关重要的。锯线的功能首先是将磨粒料浆拖曳到切口中。磨粒料浆主要包括载液(最初为矿物油，但目前主要使用聚乙二醇(PEG))，磨粒漂浮于其内。磨粒通常是碳化硅(旧的名称是金刚砂)，虽然也可以使用其它的磨料例如碳化硼、金刚石、立方氮化硼(CBN)。

锯线的第二个功能是把磨粒推靠到工件上。因此，锯线必须能够始终保持一定张力，因为这种张力将转化为用于将磨粒推到工件中的力。由于磨粒趋于在工件和锯线之间粘着和滚动，因此不仅工件被磨粒切割，而且锯线的表面也严重损坏。因此，锯线在锯切过程中磨损，必须在锯线在所施加的张力作用下断裂之前更换锯线。

由于在切割过程中锯线趋向于绕其纵向轴线转动，因此所用的锯线主要是圆横截面。这种圆形的缺点是：最初被捕获在锯线和工件之间的磨粒趋向于从锯线和工件之间被推出。结果是，磨粒的量从切口开始起就损耗。如果在锯线和工件之间的磨粒较少，切割将减弱，锯线和工件之间开始发生摩擦。尽管在切割长度在400mm以下或更短(指的是硅锭的例子)的情况下这种损耗不是特别的问题，但是当需要切割更长的长度时这将成为问题。因此，寻找办法将足够的磨粒带入切口中以便保持切割作用直到退出切口为止，这一直是锯线领域中反复探讨的主题。

解决这个问题的第一种方案是将磨粒粘在锯线上，以使磨粒不会离开切口。以这种方式，磨粒和锯线之间的相对速度是零，并且不会发生锯线的磨损。这种锯线被称为“固结磨粒锯线”。

第二种解决方案是提供一种“结构化”的锯线表面，以便磨粒更好地保持在“结构化”的锯线表面上。

可以在下面专利中找到例子：

-JP 2007 196312，其中，锯线表面有凹部分和凸部分，用于接收和保持磨粒。在这个例子中，通过从喷嘴中把电解液喷射到锯线上来进行纹理化。

-WO 90/12670描述了不同形式的表面，其中，锯线的横截面面积沿锯线的长度是变化的(图2和3)。还描述了有微凹腔的锯线(图1)和有软表面的锯线，磨粒可以嵌入到微凹腔和软表面中(图4)。

-JP 2007 044841描述了基本上为圆形的锯线，具有围绕锯线的长度方向成螺旋形延伸的扁平面。

-KR 2001 002689描述了一种圆锯线，通过压刻而在该圆锯线上形成凹腔。

然而，这些方案存在的问题是：磨粒的磨损作用是非常严重的，在工件上经过五到十次之后锯线的表面就已被磨光了，凹腔或突起都不存在了。

第三种方案是不对表面进行结构化，而是对整个锯线自身进行结构化。这种方案的例子可以在下面专利中找到：

-US 2860862，其中，在用于锯石材的扁平锯线上施加两次螺旋状变形：首先用短的捻距绕锯线自身轴线对线加捻，然后用更长的捻距以螺旋形对锯线加捻。

这种方案看起来实施过程太麻烦：首先必须要使锯线扁平，之后再进行另外的螺旋变形。

-FR 750081：虽然与多线锯切领域不相关，但是该专利描述了采用具有圆形或多边形横截面的螺旋形锯线来锯石材。螺旋具有长的捻距。

-JP4057666描述了一种高强度的金属锯线，首先使其变形成螺旋形，然后通过将其拉过拉模来进行拉伸。

-JP2004 276207描述了一种变形的单线或绞线，具有螺旋形。

在这些方案中，锯线必定把更多的磨粒料浆带入切口中，因为锯线像进给螺杆那样起作用：从一固定点(例如切口的进入点)来看，锯线就像是旋转进入切口。然而，由于螺旋形的外部与切口的半圆柱面紧密接触，因此好像所有磨粒都是在锯线的旋转作用下被扫走，并且锯切作用并不像预期的那样好。

-JP 2004 276207(另外)还描述了单线或绞线，被引导通过一对嵌齿轮，从而在单一平面内形成‘Z’字形的双皱褶。在‘Z’字形皱褶中，锯线先在第一方向上弯曲，然后在第二方向上进行第二弯曲，与第一方向相反(反向弯曲)。当这种变形的绞线松开时，较短长度的 ‘Z’字形皱褶叠加在长波螺旋形上(通过把绞线并捻而产生)。

-WO 2006 067062描述了一种单丝锯线，具有多个皱褶，每个皱褶具有节距和波幅，皱褶被设置在至少两个不同的平面上。锯线的外接包络直径‘D’是锯线自身直径‘d’的1.05～1.50倍。

尽管这种方案在实际中可应用，但另一个问题出现了，即：皱褶所形成在的平面中的一个将是主导平面，其它平面将逐渐转向到这个主导平面中。形成了基本上在一个平面内变形的锯线，该平面垂直于切割方向。结果是，切割速度减小了。由于限制了锯线旋转的可能性，锯线的磨损将只发生在一侧。

除此之外，锯线主要是在突出的顶端承载和磨损。因此，锯切作用局限在这些部分，并且没有预想的好。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决过去存在的问题。尤其是，本实用新型的目的是提供一种结构化的锯线，其在使用中保持旋转对称，因此该锯线能在使用中转动。本实用新型的结构化锯线也增加了磨粒的夹带和作用。本实用新型的第二个目的是提供制造这种锯线的方法。

根据本实用新型的第一个方面，描述了结构化锯线，尤其适合用于锯切硬而脆的材料，例如IV族元素(例如硅，锗)及其化合物(例如碳化硅)、III-V族的化合物(例如砷化镓)、石英和玻璃、陶瓷材料、蓝宝石、稀土磁体、天然石材(例如大理石等)。

本实用新型的锯线尤其适合于切口跨度在约200mm以上至例如1或2米(‘大跨度’切割)。约300mm的小切割跨度适用于硅锭的切料头(去除硅锭的头部和尾部)、切片(有时被称为切晶片)。大切割跨度适用于例如切割用于集成电路光刻掩模的石英晶体，或对用于太阳能电池的多晶硅锭修边。这种修边是对直立的圆形单晶硅锭(用于半正方形的太阳能电池)进行的，或是对尺寸可达840×840×270mm³的多晶硅块进行的，该多晶硅块被切成125×125×270mm³或156×156×270mm³或更大的完整正方形块。

根据本实用新型，提供了一种结构化钢锯线，适用于采用磨粒来锯切，所述结构化钢锯线为螺旋形，该螺旋形包括多个段，各段之间有弯曲部，所述弯曲部朝着所述螺旋形的径向向外，其特征在于：在所述弯曲部之间，在所述结构化钢锯线和所述结构化钢锯线的外接圆柱之间具有间隙，所述间隙的最大间隙尺寸是所述磨粒中值粒径的0.25至2倍。

根据一实施例，所述螺旋形还具有节距，所述螺旋形的每个节距具有多于2个的弯曲部。

根据一实施例，所述结构化钢锯线具有锯线直径，所述外接圆柱具有圆柱直径，其特征还在于，所述圆柱直径与所述锯线直径之差是所述磨粒中值粒径的0.7至11倍。

根据一实施例，所述圆柱直径与所述锯线直径的比值在1.04与1.4之间。

根据一实施例，所述段在重复的模式内长度不同。

根据一实施例，所述段具有相等的长度。

根据一实施例，所述磨粒的所述中值粒径在3和50微米之间。

根据一实施例，所述中值粒径是约30微米。

根据一实施例，该钢锯线还具有表面，所述表面比所述结构化钢锯线的芯软，以便改善磨粒的保留。

根据一实施例，所述表面为镀层，该镀层是铁镀层、低碳钢镀层、铜镀层、锌镀层或黄铜镀层。

本实用新型达到的技术效果是，该锯线能在使用中转动，并且增加了磨粒的夹带和作用。

最一般的形式中，本实用新型的锯线是基本上螺旋形的钢线，包括有多段，各段之间有弯曲部，其中，所述弯曲部是向外弯曲的，也就是在离开螺旋形对称轴的方向弯曲。对于本申请来说，螺旋形是空间曲线，在旋转一定角度并结合平移的情况下仍然是不变的。螺旋线是一种特殊的螺旋形，在旋转任何角度并且有相应平移的情况下仍然是不变的。

可以把锯线中心线的形状想象成是通过用区段(‘线段’)连接中心圆柱上的离散点(‘弯曲部’)而形成的，因而这些点彼此以轴向增量在轴向偏移，而点和基准平面之间的角度以角度增量离散地增加。在最一般的形式中，各点之间的轴向增量不需要一致，正如各点之间的角度增量也不需要一致。然而，轴向增量和角度增量不改变锯线上的表征(即，在锯线整个长度上可以辨别出左旋或右旋捻向)。通过围绕锯线的中心线加上锯线本体，就形成了锯线本身。

弯曲部之间的段大体是直的。这意味着段能呈现一定的曲率，但在任何情况下大大小于锯线弯曲部处的曲率。段的弯曲方向优选朝向螺旋形的轴线。

从以上描述可以看出，锯线自身有外接圆柱，该外接圆柱与中心圆柱共轴但是直径更大，其中，在弯曲部处，锯线与该外接圆柱相接；在弯曲部之间也就是在段处，锯线与外接圆柱不接触。在下文中，该外接圆柱的半径称为‘Rm’，其直径为‘D’。因此，在这些段处，在外接圆柱与锯线表面之间将形成间隙，其中，锯线与外接圆柱之间的距离随着从一个弯曲部到下一个弯曲部将从零开始增长再减小到零。因此，在某处将出现最大间隙尺寸。最大间隙尺寸表示为‘δ’。

现在讨论锯切方法，在锯切过程中该外接圆柱与工件中形成的半圆柱相适。在锯线和工件之间形成的间隙中，不再具有足够摩擦作用的较小磨粒将通过间隙，而仍起作用的较大磨粒将嵌塞在锯线和外接圆柱表面之间的间隙中，并且发挥充分的摩擦作用。这种‘过滤’在现有技术的结构化锯线中是没有的。

因此可确定，间隙尺寸必须与磨粒的粒径相关。优选的，锯线的最大间隙尺寸是磨粒中值粒径的0.25倍到2倍。更优选的是，间隙尺寸是磨粒中值粒径的0.30倍到1倍。

用于游离磨料锯切的磨粒是微粉型的。这些磨粒是通过筛选、空气分级或水分级而分类成不同的粒径等级。每个等级的最小粒径、中值粒径、最大粒径的定义存在不同的标准(FEPA，JIS，和ANSI)。通常，‘线锯’范围一般被认为是FEPA 500(12.8μm)到600(9.3μm) 或JIS 800(14μm)到JIS 2000(6.7μm)。在括号中的数值指的是中值粒径。中值粒径是这样一种粒径，一半颗粒的粒径比它大，另一部分颗粒的粒径比它小。对于大跨度的切割，优选用较大的粒径，例如FEPA 360(22.8μm)至FEPA 230(53.0μm)。最优选的是中值粒径为29.2μm的FEPA 320。

磨粒由碳化钨(WC)、碳化硅(SIC)、氧化铝(AL₂O₃)或氮化硅(SI₃N₄)制成。到目前为止，碳化硅由于价格便宜且容易获得而被最广泛地使用。超硬磨粒例如金刚石、立方氮化硼或它们的混合物由于它们的成本对于游离磨料锯切来说太昂贵，因此只在理论上是可行的。作为载体，最广泛使用聚乙二醇，但也可以使用矿物油。

锯线本身优选为圆形横截面，虽然其它横截面(三角形、正方形或多边形)并不因此被必然排除。根据应用场合，锯线直径范围可为40μm至350μm。然而，对于大跨度切割，优选尺寸大于200μm，典型的尺寸是250μm。下文中，锯线的半径用‘R₀’表示，直径用‘d’表示。

根据本实用新型，一般来说，对于直径小于300μm的结构化锯线，抗拉强度为2500N/mm²以上，对于直径小于180μm的结构化锯线，抗拉强度为3400N/mm²以上，对于直径小于150μm的结构化锯线，抗拉强度为3700N/mm²以上。抗拉强度定义为锯线的断裂载荷除以锯线的金属横截面面积。

沿着锯线的中心所取的各段长度不必一定相等：这意味着可以使结构化锯线具有随机性的段长度。这种随机性有助于防止振动。另一个实施例为，在各个弯曲部之间可以是重复型式的长度。例如5，3，2，3，5，3，2，3，...mm。最简单的实施例当然是段长度恒定。

对于上述的基本螺旋形，可以定义节距。节距是锯线的中心线绕螺旋形的轴线转一圈所经过的轴向长度。在一个节距内可以有多个弯曲部。如果一个节距内弯曲部数量刚好是2个，锯线在单一平面内是Z形。虽然这是一种可用的形状，但是它不是优选的。更优选的是，一个节距内弯曲部的数量严格地多于2个。“多于2个”不仅指整数(3，4，5，...)。也指小数，例如2.3或5.1，这意味着在10个节距的轴向长度上可以有23或51个弯曲部。弯曲部数量的精度与所考虑的节距数量成比例：如果想得到2位数的精度，就必须计算100个节距内的弯曲部数量。因此，每个节距中弯曲部的数量必须在多个节距的长度上取得，即必须取平均数。下文中，每个节距内的弯曲部平均数称为‘P’。

当每个节距内弯曲部的平均数为整数例如3时，从轴向上看锯线将为三角形。每个节距内有4个弯曲部时将呈正方形，每个节距内有5个弯曲部时为五角形，等等。然而，当每个节距内的弯曲部数量增加时，在外接圆柱和锯线的段之间所形成间隙的尺寸将减小，因为从轴向上看的多边形越来越象圆。因此，最好每个节距内的弯曲部平均数‘P’不超过5个，或更优选的4个。更优选的是，‘P’在2和4之间，最优选为2.5和3.5之间。

间隙尺寸‘δ’、外接圆柱半径‘R_m’、每个节距内弯曲部平均数‘P’和锯线半径‘R₀’可以推导出(图2用来解释)：

因子‘Q’在1(当P＝2)，0.691(当P＝2.5)，0.5(P＝3)到0.377(P＝3.5)之间变化，并且随‘P’值增大而快速减小。因此，对于优选的P值范围(2.5到3.5)，最好是(R_m-R₀)的差为磨粒中值粒径的0.36到5.3倍。或者，当用直径表达时，外接圆柱直径与锯线直径之差‘D-d’是中值粒径的0.70到11倍，或更优选的为中值粒径的0.9到2倍。

比值D/d是用作生产控制的一个方便指标。它是锯线的光学直径(对应于外接圆柱的直径)与锯线直径之比。对于‘D-d’之差的优选范围为中值粒径的0.9至2倍，最佳的D/d比值是(表1)：

FEPA级	中值粒径(μm)	D/d从...至...
			230	53.0	1.191至1.424
320	29.2	1.105至1.234
			360	22.8	1.082至1.182
500	12.9	1.046至1.103

表1

因此，优选的范围是D/d在1.04和1.40之间。注意：大的D/d值例如大于2.0是不优选的，因为那样的话结构化锯线在低载荷下的延伸率太大，这是有害的，因为切割时形成弓形。锯弓呈现出太长的弦，以至于工件端部已经切掉，而中部还没有切开。

如果锯线的表面比锯线的芯软，将有助于拖曳磨粒。可以通过对锯线的表面进行处理而得到较软的表面。例如，通过对锯线的表面进行脱碳处理，较软类型的钢形成在锯线表面，因为锯线表面含碳量较低。US5014760给出了脱碳的实例。替代地，可以给锯线镀覆比钢线芯要软的镀层。合适的镀层是铁或低碳钢镀层、铜或锌镀层、或黄铜镀层。

例如WO95/16816中所述，结构化锯线的外形最好可以用KEYENCE LS 3034激光扫描系统联合KEYENCE LS 3100处理单元来测量。在这个系统中，约20cm长的结构化锯线在1±0.2N的力下拉紧。然后，二极管激光头沿锯线的长度(Z轴)扫描锯线，并且锯线的上下边缘作为长度‘Z’的函数被记录下来。这两个值的平均数得出了沿垂直于‘Z轴’的X轴的锯线中心，作为‘Z’的函数，即X(Z)。然后，固定点旋转90°，并重新扫描。这样产生了沿Y轴的锯线中心位置，作为Z坐标的函数，即Y(Z)。因此，参数函数(X(Z)，Y(Z)，Z)定义了锯线中心的三维形状。通过将数据输入到电子表格程序中，可以在放大图上观察轨迹，由于锯齿形凹陷很小，需要采用放大图。可以对其进行旋转变换来将其旋转，并且从任何需要的角度观察投影。

根据本实用新型的第二个方面，描述了生产结构化锯线的方法。

在最一般的形式中，该方法包括以下步骤：

通过从放线线轴松开锯线而使锯线做直线轴向运动；

在单一平面内沿一个方向上使锯线形成相继的弯曲部；

把所述锯线缠绕到收线线轴上，

该方法的特征是：所述单一平面相对于所述轴向移动锯线的轴线并围绕所述轴向移动锯线的轴线旋转。

锯线上得到的弯曲部是相继的，即一个接一个。与锯线的轴向运动结合，这将导致弯曲部在空间上彼此分离。弯曲部之间的距离(即段长度)将取决于锯线的速度和锯齿形凹陷的频率。通过改变锯齿形凹陷频率或锯线速度或同时改变这二者，可以改变弯曲部之间的距离，从而可以改变各段的长度。

弯曲部在一个方向上形成，从锯线的中心向外。弯曲部在单一平面内。因此，在与一个弯曲部相邻的两个段间将形成角度。必须调整这种弯曲的角度，以达到结构化锯线的产品要求。更大的弯曲将导致更大的外接圆柱直径‘D’，并因此导致更大的‘D/d’比值。

形成弯曲部所在的平面绕移动中锯线的轴线旋转。更具体的：该平面的旋转轴线就是移动中锯线的轴线。旋转速度与线速度之比将决定螺旋线的节距。与段长度相结合，这将决定每个节距内弯曲部的平均数‘P’。

有很多方式可以在锯线上形成弯曲部。

在本实用新型方法的第一实施例中，锯线笔直地穿过一装置，在该装置中，径向地布置锤头销(例如六个锤头销彼此之间成60°角)。沿逆时针或顺时针方向相继地启动锤头销。锤头销使锯线局部弯曲，同时弯曲平面由启动的锤头销和锯线的轴线形成。由于锤头销是被相继地启动，因此弯曲平面在两个弯曲部之间转动，转动角度是相继锤头销之间的角度(例如60°)。弯曲部之间的长度可以通过对锤头销的启动顺序进行定时来控制。用这种方式，可以实现任意的顺序。

在第二实施例中，通过使锯线直线地移动穿过用于在一个方向且在单一平面内形成相继弯曲部的装置来进行弯曲。使该装置绕锯线的轴线旋转，而放线线轴和收线线轴的轴线保持静止。

替代地，该装置可以保持静止，并且可以使放线线轴和收线线轴的轴线绕移动中锯线的轴线转动(以相同的角速度和方向)。

当然，使线轴转动和使装置转动相结合也是可以的。

作为另一种替代方案，放线线轴、所述装置和收线线轴都保持静止。在进入所述装置之前，使锯线绕其轴线加捻，并引导锯线穿过所述装置(在装置中使锯线形成锯齿状)，随后使锯线退捻。由于退捻，弯曲部沿锯线的长度成角度分布。

所述装置可以例如是单个锤头销，其反复地锤击锯线，从而在锯线上形成弯曲部。使该单个锤头销绕锯线的轴线转动；或者可以使该单个锤头销静止，同时使锯线在该锤头销下方旋转，使锯线旋转是通过将锯线整体旋转，或者将锯线局部加捻、压凹并且再退捻来进行的。

该方法的最优选实施方式是使用齿轮。通过把锯线压在齿轮上(例如利用在齿轮两侧的两个小滑轮)，在锯线上形成弯曲部。这样，可以通过改变齿距来调整段距，或可以在锯线上形成重复模式的段距。

附图说明

图1a是未使用过的现有技术结构化锯线中心的三个方向的投影图；

图1b是已使用过的现有技术结构化锯线中心的三个方向的投影图；

图2示出了本实用新型的结构化锯线的几何形状；

图3a示出了生产本实用新型结构化锯线的第一种方法；

图3b示出了生产本实用新型结构化锯线的第二种方法；

图3c示出了生产本实用新型结构化锯线的第三种方法；

图4示出了未使用过的本实用新型结构化锯线中心的三个方向的投影；

图5示出了传统的结构化锯线在单线锯上的锯切性能；

图6示出了本实用新型两根锯线在单线锯上的锯切性能。

具体实施方式

图1a示出了如WO2006/067062中描述的现有技术结构化锯线的形状。锯线为圆形，直径为0.25mm。如第9页第3段描述的，对锯线进行三维扫描，且这三幅图示出了锯线中心在YZ，YX，XZ平面上的三个投影。已经使锯线围绕Z轴进行了旋转，从而投影清楚地呈现出在两个相互垂直的弯曲方向上的波形。在YZ平面上的波形清楚地显示出波长约为3.0mm，而在XZ平面上的投影显示出更长的波长，约为5.2mm。波形的半波幅约为0.04mm，使得锯线的整个外接圆柱直径约为0.33mm。该锯线在下文中被称为基准锯线“Ref”。

与WO2006/067062中的图3相反，如此成形的锯线在XY平面的投影显示出一种李萨如(Lissajous)图形(不是十字形)。该图的基础调和函数不是通常的余弦函数或正弦函数，而是具有不同波幅和波长的锯齿波函数。注意：在图1a的XY平面内显示了大约一半的扫描长度，因为否则的话图会变得杂乱。

当锯线经过了锯切操作后，锯线形状急剧改变了。图1b显示的是采用同样方式扫描的在使用后的同一锯线。在YZ平面中不再能得出波形，而在XZ平面中依然可以看到清楚的锯齿形。波形的峰-峰波幅约为0.02至0.04mm，波长是3.1mm。看起来好像其中的一个弯曲平面已被挤出，并且锯线在切口中扁平地移动。

图2示出了根据本实用新型的结构化锯线的几何要素。210、210’、210”表示单根锯线的横截面，该锯线在210’处形成弯曲部。锯线的半径为R₀，而外接圆柱的半径为R_m。距离R_m-R₀表示在弯曲部处锯线的中心被向外推出的距离。“δ”表示锯线和外接圆柱之间形成的间隙，磨粒可嵌在该间隙中。从结构化锯线的中心看，该锯线的跨度是两个相继弯曲部之间的角度“2π/P”，其中，“P”是每2π弧度内(也就是每个完整的节距内)弯曲部的平均数。如图所示，半个角度就是“π/P”。简单的几何学表明间隙尺寸“δ”是根据上述的公式得到的。

图3示出了可用来制造锯线的不同方式。注意：图3a至图3c中，相似的部件用相同的附图标记表示。在图3a的第一个优选实施例中，在放线方向312上把锯线302从放线线轴310上松开。然后，使锯线直线地移动穿过装置320，之后缠绕在收线线轴310’上。导向滑轮330，330’确保了把锯线笔直地喂送穿过装置320。装置320使得锯线在单一平面中在一个方向上形成相继的弯曲部。在该第一实施例中，装置320是静止的，而线轴310，310’的轴线绕锯线的轴线350旋转。通过旋转线轴，以变化的角度在锯线上形成了相继的弯曲部，因为所述单一弯曲平面绕锯线的轴线相对旋转。

根据图3b中显示的第二个优选实施例，线轴310和310’的轴线保持静止，而装置320旋转(如箭头316所示)。注意，单一弯曲平面的旋转轴线尽可能靠近锯线的轴线350。

根据图3c中显示的第三个优选实施例，线轴310，310’的轴线和装置320保持静止。锯线302在滑轮330、330”上引导，穿过静止的装置320，到达滑轮330”’和330’，再到收线线轴310’。滑轮对330、330”’和330”、330’绕锯线的轴线350同步旋转。这样，当锯线通过滑轮330时锯线得到第一次加捻，并在进入装置320前在滑轮330”拐弯处在同一方向上得到第二次加捻。因此，当滑轮以角速度ω旋转时，锯线将在装置320中以角速度2ω旋转。以这种方式，因为只有较少的质量需要被旋转(只有在滑轮对之间的那段锯线)，因此与第一实施例相比可以得到更高的线速度，而锯线在装置中以双倍速度旋转。

装置320可以有许多实施方式。第一种没有图示的方式是将‘N’个不同的锤头销径向地布置在与锯线的直线运动方向垂直的平面内。锤头销是例如电磁致动或压电致动的。锤头销之间的角度是(360°/N)。锤头销依次启动，并且每当一个锤头销启动时就在单一平面内在一个方向上形成弯曲部。由于锤头销依次启动，弯曲平面绕锯线旋转(顺时针方向或逆时针方向)。放线线轴和收线线轴的轴线、所述装置以及甚至锯线不必一定旋转。如果启动各相继锤头销的频率是‘f’赫兹，在‘N/f’秒后完成一圈完整的旋转。每个节距内弯曲部的平均数总是N，与锯线的线速度无关。因此，最优选的数量是N＝3。

第二种没有图示的装置320的实施方式是把单个锤头销安装在旋转台上。旋转台以周期‘T_rot’旋转。这样，每个节距内弯曲部的平均数‘P’等于弯曲平面的旋转周期‘T_rot’与锤头销各次相继启动之间的频率‘f’的乘积：P＝T_rotf。因此，如果锯线相对于弯曲平面以1000rpm的速度旋转，则锤头销必须以42至60Hz的频率启动，以便得到‘P’值为每个节距内有2.5至3.5个弯曲部。

第三种可选择的方式是用齿轮来制造弯曲部。这是最简单的方式。通过推力滑轮224和224’把锯线推靠到齿轮322上，从而形成相继的弯曲部。由于齿间距离是固定的(定义为‘s’)，因此段的长度将是‘s’。由于节距是‘v.T_rot’，其中，‘v’是锯线的线速度，因此，每个节距内弯曲部的平均数‘P’等于‘v.T_rot/s’。如前所述，‘T_rot’是使单一平面相对地绕锯线转动一次所用的时间。

用图3c中所示的方法制造出了结构化的锯线。把抗拉强度是3170N/mm²的0.25mm黄铜镀层高抗拉强度锯线拉过聚束机。该聚束机设定成每14mm(‘捻距L’)加一次捻。在机架上安装着齿轮，外周长为8mm，具有6个齿。齿被倒圆成具有约2mm的曲率。弯曲部之间的距离是4.9mm，这样得到‘P’值是2.86。在多边形的角部形成的弯曲角度是120°。该样品被称为‘Inv 1’。该样品的‘D/d’值是2.2，这不在优选的范围内。

通过采用直径为12mm、具有9个倒圆量为4mm的齿的更大齿轮，锯线的外接圆柱直径‘D’能减小。齿之间的距离仍然是4.9mm。由于在多边形角部处的弯曲角度现在减小为140°，因此外接圆柱直径‘D’也减小了。该锯线被称为‘Inv 2’。

图4a示出了结构化锯线‘Inv 2’在三个投影面上的轨迹。为了不使图太不清楚，在XY平面中仅示出了在YZ和XZ平面上用粗线表示的部分。峰-峰波幅约为0.1mm，这导致了D/d的值为(0.25+0.1)/0.25或1.4。因此，该锯线尤其适合与中值粒径为53μm的F230粒度的磨粒一起使用。可从图中导出的节距为13.6mm，在5个节距的长度上可以看出有16个弯曲部，即P＝3.2。这与在XY平面的投影上观察到的相一致：锯线大致呈三角形。计算得到的间隙尺寸δ是22μm，因此约为最优粒径的0.42倍。

样品‘Inv 1’和‘Inv 2’表明了外接锯线的大小‘D’可以通过齿轮上的齿数来控制。在齿间距离不变的情况下增加齿数将导致在齿处产生的弯曲减小，和外接圆柱直径‘D’减小。

在单线锯(型号DWT RTS-480)上采用往复模式(180米的锯线往复运动)对基准线‘Ref’和本实用新型的两根锯线‘Inv 1’和‘Inv 2’ 进行测试，锯线的速度是10m/s，张力是27N。锯线以2.5mm/min的速度下降切割尺寸为125×125mm²的单晶硅块。采用由PEG和F500D碳化硅以1∶1的重量比组成的混合物作为切割浆料。中值粒径为12.8μm。采用在切口处形成的弓形来作为锯线切割效率的指标。

图5示出了同一根基准锯线‘Ref’在1，2，3和4四次不同切割之后的性能。弓高(‘BH’)(单位：mm)是切口深度(CD)(单位：mm)的函数。锯线的弓高在反复使用后增加，这是由于锯线变平的原因。250μm的非结构化(即平直的、没变形的，未示出)锯线在切割结束后的弓高为12mm。

图6示出了本实用新型的锯线‘Inv 1’和‘Inv 2’的性能。性能与基准锯线近似。

在晶片的进入侧、中间和出口侧测量了最终晶片的粗糙度，得到如下结果：

(R_a值，单位μm，表II)：

表II

结果表明，太高的‘D/d’值(Inv 2锯线)导致晶片表面的粗糙度增加。

由于锯线是圆周对称的，因此在使用后没有观察到锯线变成扁平。

Claims

1.一种结构化钢锯线，适用于采用磨粒来锯切，所述结构化钢锯线为螺旋形，该螺旋形包括多个段，各段之间有弯曲部，所述弯曲部朝着所述螺旋形的径向向外，其特征在于：在所述弯曲部之间，在所述结构化钢锯线和所述结构化钢锯线的外接圆柱之间具有间隙，所述间隙的最大间隙尺寸是所述磨粒中值粒径的0.25至2倍。

2.根据权利要求1所述的结构化钢锯线，其特征在于，所述螺旋形还具有节距，所述螺旋形的每个节距具有多于2个的弯曲部。

3.根据权利要求1或2所述的结构化钢锯线，其特征在于，所述结构化钢锯线具有锯线直径，所述外接圆柱具有圆柱直径，其特征还在于，所述圆柱直径与所述锯线直径之差是所述磨粒中值粒径的0.7至11倍。

4.根据权利要求3所述的结构化钢锯线，其特征在于，所述圆柱直径与所述锯线直径的比值在1.04与1.4之间。

5.根据权利要求1或2所述的结构化钢锯线，其特征在于，所述段在重复的模式内长度不同。

6.根据权利要求1或2所述的结构化钢锯线，其特征在于，所述段具有相等的长度。

7.根据权利要求1或2所述的结构化钢锯线，其特征在于，所述磨粒的所述中值粒径在3和50微米之间。

8.根据权利要求7所述的结构化钢锯线，其特征在于，所述中值粒径是约30微米。

9.根据权利要求1或2所述的结构化钢锯线，其特征在于，该结构化钢锯线还具有表面，所述表面比所述结构化钢锯线的芯软，以便改善磨粒的保留。

10.根据权利要求9所述的结构化钢锯线，其特征在于，所述表面为镀层，该镀层是铁镀层、低碳钢镀层、铜镀层、锌镀层或黄铜镀层。