CN104108141A - 切割用波纹单丝型钢丝 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用来切割硬质玻璃、半导体、超硬合金等硬质材料的切割用波纹单丝型钢丝(mono wire)，本发明可以提高保持研磨剂的性能，提升切割作业性及切割面品质。

Description

切割用波纹单丝型钢丝

技术领域

本发明涉及一种切割用波纹单丝型钢丝，更具体地说，本发明涉及一种用来切割半导体晶锭、陶瓷、玻璃或与其相似的硬质材料的切割用波纹单丝型钢丝。

背景技术

由硅(太阳电池基板等)、石英(应用于汽车之类的各种产业领域)、砷化镓(高频电子产品)等制成的晶元是将制成圆柱形态的晶锭(ingot)切成薄盘形态后形成的。该晶锭的切割机制是利用研磨剂与线(wire)切割被削对象。此时，发挥研磨剂载体作用的现有线使用的是镀黄铜单丝型钢丝，最近则开发出为了提高切割能而对线表面进行加工以提升研磨剂载体能力的产品。

作为一例，日本公开专利第2011-189444号揭示了将线表面以电解分解予以蚀刻而按照一定间隔形成槽并且将研磨剂导入槽而提升研磨剂载体能力的技术，但通过该方法制成的线却在经过一定时间后由于表面磨耗而使得研磨剂效果无法长久保持而终至消失。

日本公开专利第2012-139743号揭示了图1所示锯线(1)，线径为d时波纹的波高为0.20≤h/d≤0.35，波纹的间距(p)为10≤p/d≤14的顶点部分(2、3)所构成的波纹连续形成于单一平面上，赋予二维波纹形状。

日本公开专利第2008-114318号揭示了图2所示的用于线锯的细径高抗张力高碳钢线锯线(saw wire)，该锯线有下列特征:1)截面形状为角部具有圆角的长方形而且其纵横比为2以上，2)短边厚度为200m以下，3)长边面在上下波高高度(H)为短边厚度(D)的2倍以下的范围连续进行波纹加工。

该现有技术虽然稍微提升了研磨剂载体性能，但是改变切割用线的外面通常需要花费很多时间并降低制造工艺性、提高生产成本，研磨剂载体性能还会随着使用过程而下降。

发明内容

【解决的技术课题】

为了解决上述现有技术的问题，本发明的目的是提供一种改良型切割用波纹单丝型钢丝，其研磨剂载体性能及晶锭切割性能优异而提高晶锭切割速度并且能够提供稳定的被削对象表面品质。

本发明的另一个目的是提供一种切割用波纹单丝型钢丝，其切割性能优异并且切割时所需要的延伸率特性优异，能够提升切割速度并提供优异的被削对象表面品质、尽量减少研磨剂载体性能的劣化程度。

【解决课题的技术方案】

为了达到上述目的，本发明的一实施例提供一种切割用波纹单丝型钢丝，该单丝型钢丝是由在碳钢镀了黄铜而直径为d的单一金属线构成并且在长度方向被赋予多个波纹的切割用波纹单丝型钢丝，其特征在于，上述波纹配置在一个或一个以上的多个平面，赋予了上述波纹的单丝型钢丝的直径(d)、伸率因子(ε)、波纹的高度(h)与波纹的周期(P)符合下式条件地构成:

0.1(㎜)≤εx P(㎜)≤15(㎜)

0.15xh(㎜)≤εx d(㎜)≤0.75xh(㎜)

在上述式中，ε(伸率因子)表示在5～30N的延伸率/断裂延伸率的比率。

本发明的上述切割用单丝型钢丝在形成有波纹的三维坐标上朝形成有波纹的二维平面的轴以外的其余一个轴方向旋转而得以在比实际形成有波纹的平面更多的平面上赋予波纹。

实现上述目的的本发明的另一个形态提供下列切割用波纹单丝型钢丝，其包括具备一个或多个波纹的波纹区段与没有赋予波纹的非波纹区段，上述波纹区段与非波纹区段以9:1到1:9的长度比反复。

【有益效果】

本发明的切割用波纹单丝型钢丝形成了其伸率因子、单丝型钢丝的直径、波纹的高度及周期均处于本发明的范围内的三维波纹，因此，不仅具备了足够收容研磨剂的槽，还能维持切割用线所要求的延伸率特性并提升研磨剂载体性能而得以提高切割速度及切割工序的效率。

而且，由于研磨剂载体性能得到提升而减少波纹单丝型钢丝的磨耗，使得本发明的切割用波纹单丝型钢丝的寿命性能提高，由于波纹形成于多个平面或者形成旋转的三维波纹，因此不仅能让切割工序稳定，还能提升切割部分的表面品质。因此，本发明的波纹单丝型钢丝适合切割半导体用晶锭、陶瓷及超硬合金之类的硬质材料，尤其是，能够充分地适用于要求削对象表面品质优异、高精密的表面平坦度的硬质材料切割用途。

附图说明

图1是现有切割用线的概略图。

图2是现有技术的切割用线的纵剖视图。

图3是本发明的一实施例的切割用波纹单丝型钢丝的侧视概略图。

图4是本发明的另一实施例的切割用波纹单丝型钢丝的概略斜视图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的较佳实施例。在说明本发明之前，如果认为公知结构或功能的相关说明可能非必要地混淆本发明的主旨，将省略其详细说明。

本发明的切割用波纹单丝型钢丝是由在碳钢镀了黄铜而直径为d的单一金属线构成并且在长度方向被赋予多个波纹的切割用波纹单丝型钢丝，上述波纹配置在一个或一个以上的多个平面，赋予了上述波纹的单丝型钢丝的直径(d)、伸率因子(ε)、波纹的高度(h)与波纹的周期(P)符合下式条件地构成:

0.1(㎜)≤εx P(㎜)≤15(㎜)

0.15xh(㎜)≤εx d(㎜)≤0.75xh(㎜)

在上述式中，ε(伸率因子)表示在5～30N的延伸率/断裂延伸率的比率。

本发明的切割用波纹单丝型钢丝和碳化硅粉末、钻石粉末之类的研磨剂与油等润滑剂混合的切削液一起以适当压力接触被切割对象地行走而将被切割对象切割。利用本发明的切割用波纹单丝型钢丝将被削对象之类的硬质材料加以切割后形成晶元的方法如下。在具有多个槽的多个滚轮按照预设间距卷曲一系列的切割用波纹单丝型钢丝列后，让该一系列的切割用波纹单丝型钢丝列行走。在该一系列的切割用波纹单丝型钢丝列上以预设的力量加压需要切割的被削对象。与此同时，让切削液在切割用波纹单丝型钢丝列与被削对象之间流动而利用研磨用粒子的切削作用切割被削对象后制成晶元。

图3是本发明一实施例的切割用波纹单丝型钢丝的侧视概略图。请参阅图3，本发明的切割用波纹单丝型钢丝(100)为了改善研磨剂粘附在高碳钢、包含钨或铜等元素的钢铁等金属材质线(100a)表面的问题而具有镀了铜或黄铜等金属电镀层(未图示)的结构。本发明的切割用波纹单丝型钢丝的碳含量为0.70％到1.05％左右，拉伸强度为300kg/mm²～600kg/mm²。上述单丝型钢丝在10～40N的延伸率为0.8～2.1％，断裂延伸率为1.8～3.0％。

另一方面，把本发明切割用波纹单丝型钢丝的强度限定于300kg/mm²到600kg/mm²的理由是为了确保实现切割用波纹单丝型钢丝的原先目的时所需要的切割力，其原先目的是实现半导体、陶瓷或超硬合金等硬质材料的切割及切片(slice)。而且，为了获得作为切割极细物体的切割用波纹单丝型钢丝的所需强度，不仅可以进行加工度达到90％以上的拉拔加工，还可以根据需要而在原材料上添加铬或钒之类的合金元素提高强度。

上述黄铜镀层中的铜含量以60～80％较佳，可以根据需要而在黄铜镀层以0.1～6.0％的范围添加Co、Fe、Ni之类的第三元素。该三元合金电镀层能够改善耐腐蚀性及强度。

本发明的波纹单丝型钢丝在波纹部分收容研磨剂而提高了研磨剂载体性能。在本发明中，单丝型钢丝的波纹配置在一个或一个以上的多个平面，波纹单丝型钢丝的伸率因子(ε)与波纹的周期(P)的乘积为0.1以上、15以下。

在本发明中，波纹单丝型钢丝的εx P小于0.1时由于研磨剂载体性能不足而使得被切削对象的表面品质及生产性下降，波纹单丝型钢丝的εx P超过15时无法提供切割用单丝型钢丝所要求的最低标准的柔软性而使得生产性下降。

让本发明的切割用波纹单丝型钢丝的εxP及εxd介于上述范围之间而使得切割用波纹单丝型钢丝具备其尺寸足以容纳研磨剂的槽，与此同时，还能维持切割用波纹单丝型钢丝所需要的延伸率特性(elongation characteristics)。

波纹周期相比于单丝型钢丝直径太小时承载研磨剂的顶点部分之间的空间变窄而限制了研磨剂载体性能，与此相反地，波纹周期(P)相比于单丝型钢丝直径太大时把研磨剂加压给对被削对象的波纹的顶点部分数量变小而降低切削速度。

本发明的切割用波纹单丝型钢丝以单丝型钢丝直径(d)为0.03㎜到0.5㎜较佳。单丝型钢丝的直径(d)小于0.03㎜时将无法得到作为切割用线所需要的强度，超过0.5㎜时切损将增加。

利用切割用线切割被切割对象时影响其良率的因素之一是切损(kerfloss)，该切损(kerfloss)是切割用线切入硅晶锭之类的被切割对象时出现的切割槽的宽度，切损与良率成反比。为了尽量减少上述切损而需要让切割用线的线径变细而实现细线化或极细线化，为此需要具有高切割强度并呈现出高韧性的超高强度钢线。本发明为了在切割时减少被削对象的损失并提高切割速度而提供直径为0.5mm以下的细线径切割用波纹线。

上述单丝型钢丝的直径(d)及波纹的高度(h)符合下式时，能够轻易地调整直线性并改善研磨剂载体性能。

1.2xd(㎜)≤h(㎜)≤3.0x d(㎜)

本发明中波纹的高度(h)相比于单丝型钢丝的直径(d)太低时无法在削对象与研磨剂之间确保足够的距离并且让研磨剂载体性能下降，与此相反地，波纹的高度(h)相比于单丝型钢丝的直径(d)太高时所形成的波纹较难被单一的波纹赋予面收容而影响到加工面精密度。上述单丝型钢丝的直径(d)与波纹的高度(h)之间的关系以1.5xd(㎜)<h(㎜)≤3.0x d(㎜)较佳。

上述波纹单丝型钢丝在形成有波纹的三维坐标上朝形成有波纹的二维平面的轴以外的其余一个轴方向旋转而得以发挥出在比实际形成有波纹的平面更多的平面上赋予波纹的效果。例如，请参阅图3，波纹形成于X-Y平面时让形成有波纹的单丝型钢丝朝Z轴方向旋转就能发挥出如同Y-Z平面方向也形成有波纹的效果。该实施例的切割用波纹单丝型钢丝不使用两套波纹赋予装置也能形成三维波纹。

该切割用单丝型钢丝在通过互相朝相反方向旋转的一双扭曲装置让各单丝型钢丝本身受到扭曲却不会让2束互相纠缠地赋予微细扭曲的状态下通过波纹赋予装置赋予波纹后制成。一双扭曲装置的旋转太大时会因为过度扭曲而使得2束单丝型钢丝互相纠缠而频繁地出现断线，与此相反地，如果旋转太小则钢线材料本身内部会留下不均匀的残留应力而影响到直线性。因此，适当调节扭曲装置的旋转量以便在通过波纹赋予装置之前单丝型钢丝本身虽然受到扭曲却不会让2束单丝型钢丝不互相纠缠地赋予微细扭曲是非常重要的。单丝型钢丝通过上述波纹赋予装置时单丝型钢丝与波纹赋予装置之间的角度以0～90度较佳。本发明在多个平面形成波纹时，不要求形成于各平面的波纹的εx P,εx d及波纹的数量等必须相同。

在本发明的再一个实施例中，切割用波纹单丝型钢丝为了提高耐磨耗性及寿命性能而另外包含耐磨耗性多层涂层。上述涂层是由选自(Ti,Al,Si)N、(Ti,Si)N、(Ti,Al)N及(Al,Cr)N所组成的群的1种以上材料所构成的1层以上的耐磨耗性涂层。作为该耐磨耗性涂层的一例，可以把包含(Ti,Al,Si)N+(Ti,Si)N、(Ti,Si)N+(Ti,Al)N、(Al,Cr)N+(Ti,Si)N或(Al,Ti,Si)N+(Al,Cr)N的多层涂层(coating)层叠于切割用波纹单丝型钢丝。包含多层结构的涂层可以通过相异的PVD法沉积到基质或者交替地形成个别层。

图4是示出本发明另一实施例的切割用波纹单丝型钢丝的形态的概略斜视图。如图4所示，本发明的切割用波纹单丝型钢丝(100)包括具备一个以上的波纹(10a或10a')的波纹区段(10)与没有赋予波纹的非波纹区段(20)。

如前所述地，本发明另一实施例的包括波纹区段与非波纹区段的三维波纹形状的单丝型钢丝的断裂延伸率及粘结力优异、几乎没有残留旋转应力、直线性优异，不仅提升切割性能，还能提升制造工艺性。

本发明的波纹区段只要符合上述条件即可，因此可以按照各种形态排列单位波纹区段(10)及单位非波纹区段(20)。例如，该实施例的切割用单丝型钢丝的波纹区段与非波纹区段连续反复，把波纹区段称为A、非波纹区段称为B而且A区段与B区段的长度相同时，不必一定要像ABABAB一样让波纹区段与非波纹区段按照一个区段一个区段地交替形成，也可以像AABAABAAB、AAABAAABAAAB一样地在两个以上的波纹区段之间插入数量较少的非波纹区段。

作为另一例，波纹区段(10)及非波纹区段(20)可以交替排列并且各个波纹区段的波纹形成于互不相同的平面。作为一例，请参阅图4，波纹10a对X-Y平面形成波纹而波纹10'则对X-Z平面形成波纹。因此，切割用波纹单丝型钢丝在切割工序期间维持直线状态而得以让切割工序更稳定并且提升切割部分的表面品质。此时，上述互不相同的角度不是一定要互成直角，也可以成为低于90度的锐角。

在本发明中，上述非波纹区段(20)可以是完全没有赋予波纹的线性线，但波纹的高度可以在单丝型钢丝直径(d)的1.00～1.10倍范围内。

在本发明的切割用波纹单丝型钢丝中，上述单位波纹区段(10)与单位非波纹区段(20)在9:1到1:9的长度比内反复较佳，在8:2到2:8的长度比内反复更佳，在7:3到3:7的长度比内反复则最佳。

而且，上述单位波纹区段(10)与单位非波纹区段(20)的长度为1㎜到100㎜较佳，而且，优选地，上述波纹(10a及10a')的周期(P)为1㎜到10㎜，上述波纹(10a)的高度(h)为1.2×d㎜到3.0×d㎜，1.5×d㎜<h(mm)≤3.0×d㎜更佳。

本发明虽然没有对波纹的形状给予特别限制，但作为一例，可以具有“之”字形状或正弦波纹状。优选地，本发明的切割用波纹单丝型钢丝包括研磨粉浆之类的研磨剂涂层。

下面结合实施例详细说明本发明，但下述实施例只是为了说明本发明，不得因此限制本发明。

实施例

实施例1

针对碳含量为0.70～1.05％、直径为5.5㎜的线材(wire rod)实行拉拔过程2次后进行热处理及镀黄铜，最终拉拔到直径0.100㎜而备妥单丝型钢丝。接着，使用波纹赋予装置在最终拉拔而没有赋予波纹的单丝型钢丝的2个平面赋予波纹，并且让εx P成为0.1、εx d成为0.15h地制成切割用波纹单丝型钢丝。针对所得到的切割用波纹单丝型钢丝的线径、波纹周期、延伸率、断裂延伸率进行评估后将其结果列示在下述表1。

另一方面，使用由碳化硅(silicon carbide)构成的浆(slurry)切割直径150㎜的硅晶锭后，利用下列记载的方法评估晶元物性与生产性并且将其结果一起列示在下述表1。

[物性评估方法]

*断裂延伸率利用拉力试验机测量了断裂时的延伸率。

*表面粗糙度则利用接触式传感器方法对单丝型钢丝测量了被切割对象的表面粗糙度(surface roughness)。

*切损(μm)则测量了硅晶锭的切割作业后的切割损失(kerfloss)，以没有赋予波纹形状的0.13mm线的情形作为100后进行了相对比较。

*切割速度指的是将直径150㎜的硅晶锭切割时的速度，以没有赋予波纹形状的0.13mm线的情形作为100后进行了相对比较。

实施例2

针对碳含量为0.70～1.05％、直径为5.5㎜的线材(wire rod)实行拉拔过程2次后进行热处理及镀黄铜，最终拉拔到0.115㎜而备妥单丝型钢丝，赋予波纹时，除了让εx P成为0.5、εx d成为0.32h以外，其余的则和实施例1相同地实行而制成切割用波纹单丝型钢丝并评估各项物性后一起列示在下述表1。

实施例3

除了让εx P成为1.0、εx d成为0.26h以外，其余的则和实施例2相同地实行而制成切割用波纹单丝型钢丝并评估各项物性后一起列示在下述表1。

实施例4

除了让εx P成为3.5、εxd成为0.23h以外，其余的则和实施例2相同地实行而制成切割用波纹单丝型钢丝并评估各项物性后一起列示在下述表1。

实施例5

除了让εx P成为4.0、εxd成为0.52h以外，其余的则和实施例2相同地实行而制成切割用波纹单丝型钢丝并评估各项物性后一起列示在下述表1。

实施例6

针对碳含量为0.70～1.05％、直径为5.5㎜的线材实行拉拔过程2次后进行热处理及镀黄铜，最终拉拔到0.130㎜而备妥单丝型钢丝，赋予波纹时，除了让εx P成为5.0、εxd成为0.46h以外，其余的则和实施例1相同地实行而制成切割用波纹单丝型钢丝并评估各项物性后一起列示在下述表1。

实施例7

针对碳含量为0.70～1.05％、直径为5.5㎜的线材实行拉拔过程2次后进行热处理及镀黄铜，最终拉拔到0.130㎜而备妥单丝型钢丝，赋予波纹时，除了让εx P成为12.5、εxd成为0.75h以外，其余的则和实施例1相同地实行而制成切割用波纹单丝型钢丝并评估各项物性后一起列示在下述表1。

比较例1

最终拉拔后不使用波纹赋予装置并且不对直径0.130㎜线的任何平面赋予波纹地制成切割用单丝型钢丝，与实施例中制作的单丝型钢丝进行物性比较评估后将其结果列示在下述表2。

比较例2

除了让εx P成为1.7、εx d成为0.80h以外，其余的则和实施例2相同地实行而制成切割用波纹单丝型钢丝并评估各项物性后一起列示在下述表2。

比较例3

除了让εx P成为0.04、εx d成为0.09h以外，其余的则和实施例2相同地实行而制成切割用波纹单丝型钢丝并评估各项物性后一起列示在下述表2。

比较例4

除了让εx P成为16、εx d成为0.48h以外，其余的则和实施例2相同地实行而制成切割用波纹单丝型钢丝并评估各项物性后一起列示在下述表2。

比较例5

除了让εx P成为25.6、εx d成为0.77h以外，其余的则和实施例2相同地实行而制成切割用波纹单丝型钢丝并评估各项物性后一起列示在下述表2。

【表1】

【表2】

根据上述表1，与没有赋予波纹或者εxP及εxd的比率脱离了本发明范围的比较例的单丝型钢丝相比，使用本发明的波纹单丝型钢丝切割的晶元的表面粗糙度比较有利并且改善了被切割对象的切损。而且，在本发明的实施例中切割直径150㎜的硅晶锭时切割速度也快于比较例而得以提高单位时间的生产性，从而能够降低生产成本。

前文根据本发明的较佳实施例详细说明了本发明，但是在没有脱离本发明的精神及范畴的情形下可以出现各种变形及修改，这对于本领域技术人员来说是非常明显的，因此这些各种变形及修改例都应视为包含在本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种切割用波纹单丝型钢丝，是由在碳钢镀了黄铜而直径为d的单一金属线构成并且在长度方向被赋予多个波纹的切割用波纹单丝型钢丝，其特征在于，

上述波纹配置在一个或一个以上的多个平面，赋予了上述波纹的单丝型钢丝的直径(d)、伸率因子(ε)、波纹的高度(h)与波纹的周期(P)符合下式条件地构成：

0.1(㎜)≤εx P(㎜)≤15(㎜)

0.15xh(㎜)≤εx d(㎜)≤0.75xh(㎜)

在上述式中，ε(伸率因子)表示在5～30N的延伸率/断裂延伸率。

2.根据权利要求1所述的切割用波纹单丝型钢丝，其特征在于，

上述单丝型钢丝在形成有波纹的三维坐标上朝形成有波纹的二维平面的轴以外的其余一个轴方向旋转而在比实际形成有波纹的平面更多的平面上赋予波纹。

3.根据权利要求1所述的切割用波纹单丝型钢丝，其特征在于，

上述单丝型钢丝包括具备一个或多个波纹的波纹区段与非波纹区段，上述波纹区段与非波纹区段以9:1到1:9的长度比反复。

4.根据权利要求3所述的切割用波纹单丝型钢丝，其特征在于，

上述各个波纹区段的波纹形成于互不相同的平面。

5.根据权利要求3所述的切割用波纹单丝型钢丝，其特征在于，

上述非波纹区段的波纹高度介于单丝型钢丝直径(d)的1.00～1.10倍的范围内。

6.根据权利要求1所述的切割用波纹单丝型钢丝，其特征在于，

上述单丝型钢丝在10～40N的延伸率为0.8～2.1％，断裂延伸率为1.8～3.0％。

7.根据权利要求1所述的切割用波纹单丝型钢丝，其特征在于，

上述单丝型钢丝的直径(d)为0.03㎜～0.5㎜。

8.根据权利要求1所述的切割用波纹单丝型钢丝，其特征在于，

上述单丝型钢丝的碳含量为0.70％到1.05％，黄铜电镀中铜成分为60～80％。

9.根据权利要求1所述的切割用波纹单丝型钢丝，其特征在于，

上述单丝型钢丝的拉伸强度为300kg/mm²到600kg/mm²。

10.根据权利要求1所述的切割用波纹单丝型钢丝，其特征在于，

上述单丝型钢丝的直径(d)与波纹的高度(h)符合下式条件地构成:

1.2xd(㎜)≤h(㎜)≤3.0xd(㎜)。

11.根据权利要求1所述的切割用波纹单丝型钢丝，其特征在于，

上述单丝型钢丝还包括选自由(Ti,Al,Si)N、(Ti,Si)N、(Ti,Al)N及(Al,Cr)N所组成的群的1种以上材料所构成的1层以上的耐磨耗性涂层。