CN209955028U - 金属线及锯线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供金属线及锯线。在含有钨的金属线中，金属线的拉伸强度为4000MPa以上，金属线的弹性模量为350GPa以上且450GPa以下，金属线的线径为60μm以下，与金属线的与线轴正交的截面中的平均晶体粒度为0.20μm以下。

Description

金属线及锯线

技术领域

本实用新型涉及金属线及锯线。

背景技术

以往，已知有使用由拉伸强度高的钢琴线构成的线对硅锭进行切片的多线锯(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

实用新型内容

然而，在钢琴线中存在弹性模量及硬度较低的问题。另外，在钢琴线中还存在细线化困难的问题。因此，作为代替钢琴线的金属线，要求拉伸强度、弹性模量以及硬度均较高且较细的金属线。

因此，本实用新型的目的为提供拉伸强度、弹性模量以及硬度均较高、且较细的金属线及锯线。

为了达到上述目的，本实用新型的一方式所涉及的金属线为含有钨的金属线，其特征在于，所述金属线的拉伸强度为4000MPa以上，所述金属线的弹性模量为350GPa以上且450GPa以下，所述金属线的线径为60μm以下，所述金属线的与线轴正交的截面中的平均晶体粒度为0.20μm以下。

也可以是，所述金属线的拉伸强度为4500MPa以上。

也可以是，所述金属线的拉伸强度大于5000MPa。

也可以是，所述平均晶体粒度为0.16μm以下。

也可以是，所述金属线的线径为60μm以下，所述金属线的与线轴正交的截面中的平均晶体粒度为0.20μm以下。

另外，本实用新型的一方式所涉及的锯线具备上述金属线。

根据本实用新型，能够提供拉伸强度、弹性模量以及硬度均较高、且较细的金属线及锯线。

附图说明

图1是实施方式所涉及的切断装置的立体图。

图2是表示由实施方式所涉及的切断装置进行的锭的切片的状况的剖面图。

图3是拉伸强度为3800MPa的金属线的剖面图。

图4是拉伸强度为4000MPa的金属线的剖面图。

图5是拉伸强度为4400MPa的金属线的剖面图。

图6是表示实施方式所涉及的金属线的拉伸强度与平均晶体粒度之间的关系的图。

图7是表示实施方式所涉及的金属线的制造方法的状态转变图。

附图标记说明

2锯线

10金属线

具体实施方式

以下，使用附图对本实用新型的实施方式所涉及的金属线及锯线进行详细说明。另外，以下说明的实施方式均表示本实施方式的一具体例子。因此，在以下的实施方式中所示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置以及连接形态、步骤、步骤的顺序等为一个例子，不是限定本实用新型的主旨。因此，关于以下的实施方式的构成要素中的在独立权利要求中没有记载的构成要素，设为任意的构成要素进行说明。

另外，各图是示意图，不一定是严格地图示的图。因此，例如在各图中比例尺等不一定一致。此外，在各图中，对实质上相同的结构赋予相同的标号，重复的说明省略或简略化。

此外，在本说明书中，平行或相等等表示要素间的关系性的词语、圆形等表示要素的形状的词语、以及数值范围，并不是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、例如几个百分比左右的差异的表述。

(实施方式)

[切断装置]

首先，使用图1对具备本实施方式所涉及的锯线的切断装置的概要进行说明。图1是表示本实施方式所涉及的切断装置1的立体图。

如图1所示，切断装置1是具备锯线2的多线锯。切断装置1例如通过将锭20切断成薄板状来制造晶片。锭20例如是由单晶硅构成的硅锭。具体而言，切断装置1利用多个锯线2对锭20进行切片，从而同时制造多个硅晶片。

此外，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，切断装置1的切断对象物也可以是混凝土或玻璃等。

在本实施方式中，锯线2具备金属线10。具体而言，锯线2为金属线10本身。

如图1所示，切断装置1还具备两个导引辊3、支承部4、以及张力缓和装置5。

在两个导引辊3上，一根锯线2被多次卷绕。在此，为了便于说明，将锯线2的一周量视为一个锯线2，并设为两个导引辊3上卷绕有多个锯线2的形态进行说明。也就是说，在以下的说明中，多个锯线2形成一根连续的锯线2。此外，多个锯线2也可以是各自分离的多个锯线。

两个导引辊3以将多个锯线2以规定的张力笔直地拉开的状态各自旋转，从而使多个锯线2以规定的速度旋转。多个锯线2相互平行，并且以等间隔配置。具体而言，在两个导引辊3上，分别以规定的间距设有多个放入锯线2的槽。槽的间距根据想要切片出的晶片的厚度来决定。槽的宽度与锯线2的线径φ大致相同。

切断装置1也可以具备三个以上的导引辊3。也可以在三个以上的导引辊3的周围卷绕有多个锯线2。

支承部4支承作为切断对象物的锭20。支承部4通过将锭20朝向多个锯线2推压，使得锭20被多个锯线2切片。

张力缓和装置5是对施加于锯线2的张力进行缓和的装置。例如，张力缓和装置5是螺旋弹簧或板簧等弹性体。如图1所示，例如作为螺旋弹簧的张力缓和装置5的一端被连接于导引辊3，另一端被固定于规定的壁面。通过张力缓和装置5对导引辊3的位置进行调节，能够缓和施加于锯线2的张力。

此外，虽然没有图示，但切断装置1是游离磨粒方式的切断装置，并且也可以具备向多个锯线2供给浆料的供给装置。浆料是将磨粒分散在冷却剂等切削液中而成的。通过使浆料中所含的磨粒附着于锯线2，能够容易地进行锭20的切断。

图2是表示由本实施方式所涉及的切断装置进行的锭的切片的状况的剖面图。图2是图1所示的II－II线的截面，并且示出了与锯线2的延伸方向(即，金属线10的线轴方向)正交的截面的一部分。具体而言，示出了由多个锯线2中的三根锯线2对锭20进行切片的状况。

通过将锭20朝向多个锯线2推压，使得锭20被多个锯线2同时分割成多个分割片21。相邻的分割片21之间的间隙22是通过利用锯线2将锭20削去而形成的空间。也就是说，间隙22的大小相当于锭20的损耗。

间隙22的宽度d取决于锯线2的线径φ。即，锯线2的线径φ越大，则宽度d越大，锭20的损耗越多。锯线20的线径φ越小，则宽度d越小，锭20的损耗越少。

具体而言，缝隙22的宽度d大于线径φ。宽度d与线径φ的差分是取决于附着于锯线2上的磨粒的大小与锯线2在旋转时的振动的摆动幅度的大小。此时，锯线2的摆动幅度能够通过将锯线2强力地拉开来抑制。锯线2的拉伸强度越高、弹性模量越高，则越能够将锯线2强力地拉开。因此，锯线2的摆动幅度变小，能够减小缝隙22的宽度d，能够进一步减少锭20的损耗。

此外，分割片21的厚度D取决于多个锯线2的配置间隔。因此，多个锯线2以将所希望的厚度D与规定的余量(margin)相加的间隔配置。具体而言，余量是宽度d与线径φ的差分，是根据锯线2的摆动幅度及磨粒的粒径决定的值。

根据以上可知，为了减少锭20的损耗，锯线2的线径φ、拉伸强度、以及弹性模量是重要的参数。具体而言，通过减小锯线2的线径φ、或提高锯线2的拉伸强度、提高弹性模量，能够减少锭20的损耗。本实施方式所涉及的锯线2具有比通常有80μm左右的线径的钢琴线小的线径φ，并且具有与通常有3500MPa以上的拉伸强度的钢琴线同等以上的拉伸强度。

以下，对锯线2、即金属线10的结构及制造方法进行说明。

[金属线]

金属线10是含有钨(W)的金属线。金属线10中的钨的含有率为90wt％以上。例如，钨的含有率也可以是95wt％以上，也可以是99wt％以上，也可以是99.9wt％以上。

在本实施方式中，金属线10由钨与铼(Re)的合金(即，ReW合金)构成。金属线10中的铼的含有率为0.1wt％以上且10wt％以下。例如，铼的含有率也可以为0.5wt％以上且5wt％以下，作为一个例子为3wt％，但也可以为1wt％。通过提高铼的含有率，使得金属线10的拉伸强度变大。另一方面，在铼的含有率过高的情况下，金属线10的细线化变得困难。

由ReW合金构成的金属线10的线径φ越小，则拉伸强度越强。即，通过利用由ReW合金构成的金属线10，能够实现线径φ小、并且拉伸强度高的锯线2，能够抑制锭20的损耗。

具体而言，金属线10的拉伸强度为4000MPa以上。例如，金属线10的拉伸强度也可以为4500MPa以上，也可以为5000MPa以上。

另外，金属线10的弹性模量为350GPa以上且450GPa以下。此外，弹性模量是纵弹性系数。此外，钢琴线的弹性模量通常为150GPa～250GPa的范围。也就是说，金属线10具有钢琴线的约2倍的弹性模量。

弹性模量为350GPa以上，从而金属线10变得难以变形。即，金属线10变得难以伸长。另一方面，弹性模量为450GPa以下，从而能够进行某种程度的变形。具体而言，由于能够使金属线10弯曲，所以能够将金属线10(锯线2)容易地卷绕于导引辊3间。

金属线10的线径φ为60μm以下。例如，金属线10的线径φ也可以为40μm以下，也可以为30μm以下。金属线10的线径φ具体为20μm，但也可以为10μm。此外，在使金刚石粒子等磨粒附着的情况下，金属线10的线径φ例如也可以为10μm以上。

金属线10的线径φ是均匀的。此外，也可以不完全均匀的，也可以根据部位包含例如1％等几个百分比左右的差。由于金属线10的线径φ为60μm以下，因此金属线10具有柔软性，容易充分地使其弯曲。因此，能够将金属线10(锯线2)容易地卷绕于导引辊3间。

金属线10例如是与金属线10的线轴正交的、截面形状为大致圆形的金属线，但并不限于此。金属线10的截面形状也可以是正方形等矩形或椭圆形等。

另外，与金属线10的线轴正交的截面中的平均晶体粒度为0.20μm以下。平均晶体粒度是在与金属线10的线轴正交的截面中，基于每单位面积的ReW合金的晶体数的平均值的值。平均晶体粒度越小，则意味着各晶体的大小越小、即晶体数多。

在此，使用图3～图6对平均晶体粒度与拉伸强度的关系进行说明。

图3～图5分别是拉伸强度为3800MPa、4000MPa、4400MPa的金属线10的剖面图。各图中的金属线10的线径φ为60μm，铼的含有率为0.1wt％。各图示出了相对于金属线10的线轴垂直地切断的截面的SIM(Scanning Ion Microscope，扫描离子显微镜)像。在各图中，相同的浓度(颜色)的范围表示一个晶体。

平均晶体粒度可以通过将多个对象范围中的晶体粒度平均化来计算。晶体粒度例如能够在金属线10的截面中以600nm×600nm的面积的范围为对象，由面积测量法进行测量。具体而言，晶体粒度可由以下的式(1)计算。

(1)晶体粒度＝(对象面积/晶体数)＾(1/2)

此外，在式(1)中，“X＾(1/2)”表示X的平方根。

关于图3～图5所示的三根金属线10的各个对五个对象范围A～E的各个所含的晶体数进行了计数。基于计数结果计算出了晶体数的平均及平均晶体粒度。计数结果以及计算结果在以下的表1中示出。

【表1】

此外，对于晶体数，将完全落入对象范围内的晶体作为一个来计数，将至少一部分超出对象范围的晶体作为1/2个来计数。在图3～图5的各个中，接着“A”～“E”的数值表示晶体数。

图6是表示本实施方式所涉及的金属线10的拉伸强度与平均晶体粒度的关系的图。在图6中，横轴表示金属线10的拉伸强度[MPa]，纵轴表示平均晶体粒度[μm]。

如表1以及图6所示那样，可知平均晶体粒度越小，拉伸强度越大。在本实施方式中，由于金属线10中的平均晶体粒度为0.20μm以下，因此金属线10的拉伸强度为4000MPa以上。也就是说，金属线10的拉伸强度能够设为与钢琴线同等以上。另外，金属线10的平均晶体粒度也可以为0.16μm以下，金属线10的拉伸强度为4400MPa以上。

[金属线的制造方法]

以下，使用图7对具有上述特征的金属线10(锯线2)的制造方法进行说明。图7是表示本实施方式所涉及的金属线10的制造方法的状态转变图。

首先，如图7的(a)所示，以规定的比例准备钨粉末11a及铼粉末11b。具体而言，在将钨粉末11a与铼粉末11b合起来的整体重量中的0.1％以上且10％以下的范围内准备铼粉末11b，使剩余为钨粉末11a。钨粉末11a及铼粉末11b各自的平均粒径例如为5μm，但并不限于此。

接着，通过对钨粉末11a及铼粉末11b的混合物进行加压及烧结(sinter)，制作由钨及铼的合金构成的ReW锭。通过对ReW锭进行从周围锻造压缩而伸展的模锻加工，如图7的(b)所示，制作线状的ReW线12。例如，作为烧结体的ReW锭的线径为15mm左右，与此相对，线状的ReW线12的线径为3mm左右。

接着，如图7的(c)所示，进行使用了拔丝模的拉丝加工。

具体而言，首先，如图7的(c1)所示，将ReW线12进行退火。具体而言，不仅通过燃烧器直接地将ReW线12加热，还一边使电流流到ReW线12一边进行加热。退火工序是为了将因模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7的(c2)所示，使用拔丝模30进行ReW线12的拉丝、即拔丝。另外，由于通过前级的退火工序，ReW线12被加热而变得柔软，所以能够容易地进行拔丝。通过将ReW线12细线化，其单位截面积的强度变高。也就是说，通过拉丝工序被细线化的ReW线13与ReW线12相比单位截面积的拉伸强度高。另外，ReW线13的线径例如为0.6mm，但并不限于此。

接着，如图7的(c3)所示，通过对拉丝后的ReW线13进行电解研磨，使ReW线13的表面变得光滑。电解研磨工序例如通过以在氢氧化钠水溶液等电解液40中浸渍了ReW线13和碳棒等对置电极41的状态，向ReW线13与对置电极41之间通电来进行。

接着，如图7的(c4)所示，进行模具更换。具体而言，作为在接下来的拉丝加工中利用的模具，选择比拔丝模30口径小的拔丝模31。另外，拔丝模30及拔丝模31例如为由烧结金刚石或单晶金刚石等构成的金刚石模具。

将图7的(c1)～(c4)反复进行至ReW线13的线径成为所希望的线径(具体而言，60μm以下)为止。此时，图7的(c2)中所示的拉丝工序通过根据成为对象的ReW线的线径调整拔丝模30或31的形状及硬度、所使用的润滑剂、以及ReW线的温度等来进行。

图7的(c1)中所示的退火工序也同样地根据成为对象的ReW线的线径调整退火条件。通过退火工序，在钨线的表面附着氧化物。通过调整退火条件，能够调整附着的氧化物量。

具体而言，ReW线的线径φ越大，则以越高的温度进行退火，ReW线的线径φ越小，则以越低的温度进行退火。例如，在ReW线的线径φ较大的情况下，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。在成为所希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，也可以不进行向ReW线的通电。

另外，在反复进行拉丝加工时，也可以省略退火工序。例如，也可以省略最终退火工序。具体而言，为了减小晶体粒度，也可以省略最终退火工序，对润滑剂和拔丝模的形状以及硬度进行调节。例如，通过省略最终退火工序，能够减小平均晶体粒度。另外，越降低拔丝加工时的线的加热温度，越能够进一步减小平均晶体粒度。另外，晶体取向也容易与加工择优取向＜110＞一致。

经过以上的工序，如图7的(d)所示，制造出金属线10(锯线2)。

另外，图7是示意性地示出锯线10的制造方法的各工序的图。可以单独地进行各工序，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以口径依次变小的顺序排列，并在各拔丝模间配置进行退火工序的加热装置以及电解研磨装置等。

[效果等]

如以上那样，本实施方式所涉及的金属线10是含有钨的金属线，并且金属线10中的钨的含有率为90wt％以上，金属线10的拉伸强度为4000MPa以上，金属线10的弹性模量为350GPa以上且450GPa以下，金属线10的线径φ为60μm以下，与金属线10的线轴正交的截面中的平均晶体粒度为0.20μm以下。

这样，由于金属线10含有钨，因此弹性模量以及硬度较高。另外，含有钨的金属线10越进行细线化，则拉伸强度越增加而越难以断裂。由于金属线10的线径φ为60μm以下、且金属线10中的平均晶体粒度为0.20μm以下，因此可将金属线10的拉伸强度提高至4000MPa以上。

如以上那样，根据本实施方式，实现了拉伸强度、弹性模量以及硬度均较高、且较细的金属线10。

因此，具备金属线10的锯线2由于拉伸强度较高，因此能够以较强的张力在导辊3间拉开。因此，能够抑制锭20切断时的锯线2的振动。并且，由于线径φ为60μm时锯线2足够小，因此能够减少锭20的损耗。因此，能够增加从一个锭20切出的晶片的片数。

另外，例如，金属线10的拉伸强度为4500MPa以上。

由此，由于金属线10的拉伸强度更高，因此例如能够以更强的张力在导引辊3间将金属线10(锯线2)拉开。因此，能够进一步抑制切断时的锯线2的振动，减少锭20的损耗。

另外，例如，金属线10由钨与铼的合金构成，金属线10中的铼的含有率为0.1wt％以上且10wt％以下。

由此，通过金属线10由ReW合金构成，可获得拉伸强度比纯钨线高的金属线10。由此，由于金属线10即使进行细线化也难以断裂，因此能够实现与钢琴线同等以上的拉伸强度。因此，根据本实施方式，能够提供比钢琴线细、并且具有钢琴线的约2倍的弹性模量、具有与钢琴线同等以上的拉伸强度的锯线2。

(变形例)

接着，对上述的实施方式的变形例进行说明。以下，以与上述的实施方式的不同点为中心进行说明，省略或简化共同点的说明。

本变形例所涉及的金属线由掺杂有钾(K)的钨代替ReW合金而构成。也就是说，金属线是掺杂有钾的纯钨线。金属线中的钨的含有率(纯度)例如为99wt％以上，也可以为99.9wt％以上。

金属线中的钾的含有率为0.01wt％以下，但并不限于此。例如，金属线中的钾的含有率也可以为0.005wt％以上且0.010wt％以下。

由掺杂有钾的钨构成的金属线(钾掺杂钨线)的线径φ越小，则拉伸强度越强。即，通过利用钾掺杂钨线，能够实现线径φ小且拉伸强度高的锯线2，能够抑制锭20的损耗。

本变形例所涉及的锯线的拉伸强度、弹性模量、线径φ以及平均晶体粒度等分别与实施方式所涉及的金属线10相同。此外，平均晶体粒度可根据钨的晶体数进行计算。在本变形例的金属线中，钾存在于钨的晶界。

如以上那样，本变形例所涉及的金属线10由掺杂有钾的钨构成，金属线10中钾的含有率为0.01wt％以下。

这样，通过钨含有微量的钾，可抑制金属线的半径方向的晶粒生长。因此，本变形例所涉及的锯线与100％的纯钨的锯线相比，在高温下的强度变高。

此外，掺杂有钾的钨线通过利用掺杂有钾的掺杂钨粉末代替钨粉末11a以及铼粉末11b，能够通过与ReW合金线相同的制造方法来制造。

(其他)

以上，基于上述的实施方式及其变形例对本实用新型所涉及的金属线及锯线进行了说明，但本实用新型并不限定于上述的实施方式。

例如，在上述的实施方式及变形例中，关于锯线2为金属线本身的例子进行了示出，但并不限于此。锯线2也可以具备金属线10和附着于金属线的表面上的多个磨粒。此时，也可以在金属线10的表面设置用于保持磨粒的镍镀层。也就是说，锯线2可以是在实施方式中所示的那样的游离磨粒方式的切断装置中所利用的线，也可以是在固定磨粒方式的切断装置中所利用的线。磨粒例如为金刚石或CBN(立方氮化硼)等。

另外，例如，切断装置1可以不是多线锯，也可以是用1个锯线2将锭20进行切片、从而将晶片一片一片地切出的线锯装置。此外，图1中所示的切断装置1不过是一例，例如也可以不具备张力缓和装置5。

另外，例如，上述的实施方式所涉及的金属线10也可以利用于锯线以外。例如，通过将多个金属线10织造为经线及纬线，能够制造金属网。金属网例如可以利用于丝网印刷用的网等。

或者，金属线10例如也能够利用于检查用的探头、或导管的导线等。另外，由于金属线10的晶体微细且强度高，因此再结晶温度也高，也能够在高温用线的用途等中使用。此外，例如，在利用于探头的情况等中，也可以使金属线10的前端变细。即，金属线10的线径也可以不均匀。

另外，例如，在上述的实施方式中，关于金属线10由钨与铼的合金构成的例子进行了示出，但并不限于此。金属线10也可以由钨、以及与钨不同的一种以上的金属的合金构成。与钨不同的金属例如是过渡金属，具体而言，是铱(Ir)、钌(Ru)或锇(Os)等。与钨不同的金属的含有率例如与铼的含有率同样地为0.1wt％以上且10wt％以下，但并不限于此。另外，铼的含有率、或与钨不同的金属的含有率也可以少于0.1wt％，也可以多于10wt％。

另外，金属线10也可以是不含杂质的实质上100％的纯钨线。纯钨线能够不混合铼粉末而仅利用钨粉末通过与ReW合金线相同的制造方法制造。

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、或通过在不脱离本实用新型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实用新型中。

Claims (6)

1.一种金属线，该金属线含有钨，其特征在于，

所述金属线的拉伸强度为4000MPa以上，

所述金属线的弹性模量为350GPa以上且450GPa以下，

所述金属线的线径为60μm以下，

所述金属线的与线轴正交的截面中的平均晶体粒度为0.20μm以下。

2.根据权利要求1所述的金属线，其特征在于，

所述金属线的拉伸强度为4500MPa以上。

3.根据权利要求1所述的金属线，其特征在于，

所述金属线的拉伸强度大于5000MPa。

4.根据权利要求1所述的金属线，其特征在于，

所述平均晶体粒度为0.16μm以下。

5.一种金属线，该金属线含有钨，其特征在于，

所述金属线的线径为60μm以下，

所述金属线的与线轴正交的截面中的平均晶体粒度为0.20μm以下。

6.一种锯线，其特征在于，

具备权利要求1～5中任一项所述的金属线。

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