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TWI478783B - Design method of resin covered wire saws - Google Patents

Design method of resin covered wire saws Download PDF

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TWI478783B
TWI478783B TW103126885A TW103126885A TWI478783B TW I478783 B TWI478783 B TW I478783B TW 103126885 A TW103126885 A TW 103126885A TW 103126885 A TW103126885 A TW 103126885A TW I478783 B TWI478783 B TW I478783B
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TW
Taiwan
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resin
wire saw
cut
workpiece
coated
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TW103126885A
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TW201442808A (zh
Inventor
吉川一男
家口浩
浦塚昭典
古保里隆
松島義武
Original Assignee
鋼臂功科研股份有限公司
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Publication date
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    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B27/00Other grinding machines or devices
    • B24B27/06Grinders for cutting-off
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23DPLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D61/00Tools for sawing machines or sawing devices; Clamping devices for these tools
    • B23D61/18Sawing tools of special type, e.g. wire saw strands, saw blades or saw wire equipped with diamonds or other abrasive particles in selected individual positions
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23DPLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)

Description

樹脂被覆線鋸之設計方法
本發明係關於以鋸床來切斷晶圓或陶瓷等工件時所使用之線鋸,詳細而言,係關於設計出將樹脂被覆於鋼線表面之樹脂被覆線鋸之方法。
矽或陶瓷等工件,係藉由安裝有線鋸之鋸床所切斷。線鋸可單向或雙向(來回方向)行進,並藉由使工件接觸於該線鋸而將工件切片成任意寬度。
工件切斷時,一邊將含有磨粒(以下有時稱為游離磨粒)之漿液噴附於工件一邊切斷工件之方法(習知方法1),以及採用使磨粒附著固定於金屬線的表面之附有固定磨粒之線鋸來切斷工件之方法(習知方法2)是已知的。前者的方法中,噴附之漿液中所含有的游離磨粒被導入工件與線鋸之間,促使線鋸與工件進行磨耗而促進工件的切削加工,並藉此切斷工件。另一方面,後者的方法中,藉由固定在表面之磨粒,促使工件的磨耗進行而促進工件的切削加工,並藉此切斷工件。
此外,專利文獻1中揭示出,使用以磨粒載持樹脂被 膜來被覆高碳鋼等之鋼線的外周面之線鋸,一邊埋入含有游離磨粒之溶液一邊切斷工件之方法(習知方法3)。
以線鋸切斷矽而得之切斷體,例如被用作為太陽能電池的基板。於切斷體的切斷面上,於切斷時會形成加工變質層(有時亦稱為受損層)。在殘留該加工變質層下,被指出存在有對於基板之接合品質惡化,無法充分得到作為太陽能電池的特性之缺失(專利文獻2),故需去除該加工變質層。
專利文獻
專利文獻1:日本特開2006-179677號公報
專利文獻2:日本特開2000-323736號公報
第1圖係顯示上述習知方法1般之使用鋼線作為線鋸,一邊將游離磨粒噴附於鋼線而導入磨粒一邊切斷時的樣子。根據本發明人等的研究,可得知此方法中,由於沿著鋼線切入工件之方向導入磨料,且在鋼線與工件之切斷面(工件壁面)之間導入磨料,所以對工件的切斷面亦施以磨削加工而形成加工變質層。此外,可得知切斷面的表面粗糙度亦變粗。
第2圖係顯示上述習知方法2、3般之將固定磨粒固定在線鋸表面,或是一邊埋入磨粒一邊切斷工件時的樣子。根據本發明人等的研究,可得知此等方法中,與上述 第1圖相同,亦對工件的切斷面(工件壁面)施以磨削加工而形成較深的加工變質層。
如上述第1圖、第2圖所示,習知方法中,由於在切斷體的切斷面形成有加工變質層,如上述專利文獻2所指出般,在下游側的步驟中必須去除該加工變質層。若可省略該加工變質層去除步驟,則可提升切斷體的良率及生產性。
此外,上述切斷面除了形成有加工變質層之外,亦由於切斷時所使用之磨粒而形成凹凸並變粗。然而,對於切斷體的表面,通常會要求平滑,所以在下游側的步驟中施以蝕刻。若可省略該蝕刻步驟,則可提升切斷體的生產性。
本發明係鑒於此般狀況而創作出之發明,其目的在於提供一種當使用鋼線表面被覆有樹脂之樹脂被覆線鋸來切斷工件時,可得到加工變質層深度淺且表面平滑之切斷體之樹脂被覆線鋸之設計方法。
本發明係包含下述型態。
[1]一種樹脂被覆線鋸之設計方法,是包含以既定硬度的樹脂來被覆鋼線而得到樹脂被覆線鋸之步驟之樹脂被覆線鋸之設計方法,其特徵為:藉由重覆進行下述(1)~(4),以使工件之切斷面上的加工變質層深度達到合格之方式調節樹脂的硬度; (1)以所得之樹脂被覆線鋸來切斷工件,(2)調查工件之切斷面上的加工變質層深度,(3)確認加工變質層深度是否合格,(4)不合格時,以更硬的樹脂來被覆鋼線。
上述合格與否的基準,只要是可得到本發明之效果的加工變質層深度即可,例如,如後述般,可列舉出加工變質層深度5μm以下者作為合格與否的基準。
[2]如[1]所述之樹脂被覆線鋸之設計方法,其中,前述加工變質層深度較5μm更深時,以更硬的樹脂來被覆鋼線。
[3]一種樹脂被覆線鋸之設計方法,是包含以既定硬度的樹脂來被覆鋼線而得到樹脂被覆線鋸之步驟之樹脂被覆線鋸之設計方法,其特徵為:藉由重覆進行下述(1)~(4),以使工件之切斷面上的表面粗糙度達到合格之方式調節樹脂的硬度;(1)以所得之樹脂被覆線鋸來切斷工件,(2)調查工件之切斷面上的表面粗糙度,(3)確認表面粗糙度是否合格,(4)不合格時,以更硬的樹脂來被覆鋼線。
上述合格與否的基準,只要是可得到本發明之效果的表面粗糙度即可,例如,如後述般,可列舉出表面粗糙度0.5μm以下者作為合格與否的基準。
[4]如[3]所述之樹脂被覆線鋸之設計方法,其中,前述表面粗糙度較0.5μm更粗時,以更硬的樹脂來被覆鋼 線。
[5]如[1]至[4]中任一項所述之樹脂被覆線鋸之設計方法,其中,前述樹脂的膜厚為2~15μm。
[6]如[1]至[5]中任一項所述之樹脂被覆線鋸之設計方法,其中,前述鋼線的線徑為130μm以下。
[7]一種切斷體之製造方法,是以樹脂被覆線鋸來切斷工件而製造出切斷體之方法,其特徵為,包含:將磨粒噴附於以硬度經調節的樹脂來被覆鋼線之樹脂被覆線鋸之步驟;以及一邊藉由前述樹脂來抑制磨粒被導入切斷面與樹脂被覆線鋸之間,一邊沿著前述被覆線鋸往前述工件之切入方向導入磨粒而將工件切斷之步驟。
[8]如[7]所述之切斷體之製造方法,其中,前述工件之切斷面上的加工變質層深度為5μm以下。
[9]如[7]所述之切斷體之製造方法,其中,前述工件之切斷面上的表面粗糙度為0.5μm以下。
[10]如[7]至[9]中任一項所述之切斷體之製造方法,其中,以使前述工件的切損量相對於樹脂被覆線鋸的線徑為1~1.1倍之方式進行切斷。
[11]如[7]至[10]中任一項所述之切斷體之製造方法,其中,係噴出金剛石磨粒作為前述磨粒進行切斷。
[12]如[7]至[11]中任一項所述之切斷體之製造方法,其中,前述樹脂係使用120℃時的硬度為0.07GPa以上者。
[13]一種切斷體,其特徵為:藉由[7]至[12]中任一項 所述之切斷體之製造方法所製造出。
[14]一種樹脂被覆線鋸,其特徵為:使用在[7]至[12]中任一項所述之切斷體之製造方法中。
根據本發明,係以樹脂來被覆線鋸表面並調節該硬度。因此,可一邊導入磨粒進行切斷,一邊藉由樹脂來抑制磨粒被導入切斷面與樹脂被覆線鋸之間。如此可抑制切斷體表面上之加工變質層的形成。此外,使用該樹脂被覆線鋸來切斷工件時,可製造出具有平滑表面之切斷體。因此,在下游側的步驟中可省略去除加工變質層之步驟或是用以使表面呈平滑之蝕刻步驟,而提升切斷體的生產性。
再者,使用本發明之樹脂被覆線鋸時,可抑制磨粒被導入切斷面與樹脂被覆線鋸之間,故可減少切損量而提升切斷體的生產性。
第1圖係顯示以鋼線來切斷工件時的樣子之示意圖。
第2圖係顯示以附有固定磨粒之鋼線來切斷工件時的樣子之示意圖。
第3圖係顯示以樹脂被覆線鋸來切斷工件時的樣子之示意圖。
第4圖為拍攝第2表的No.32之工件切斷後之樹脂被覆線鋸(比較例)的表面之圖面替代照片。
第5圖(a)及(b)為用以說明測定加工變質層深度之步驟之剖面圖。
第6圖為以光學顯微鏡來拍攝第2表的No.25之工件的切斷面之圖面替代照片。
第7圖為以光學顯微鏡來拍攝第2表的No.27之工件的切斷面之圖面替代照片。
第8圖為以光學顯微鏡來拍攝第2表的No.32之工件的切斷面之圖面替代照片。
第9圖為以光學顯微鏡來拍攝第2表的No.33之工件的切斷面之圖面替代照片。
第10圖為以光學顯微鏡來拍攝第2表的No.35之工件的切斷面之圖面替代照片。
第11圖為以光學顯微鏡來拍攝第2表的No.37之工件的切斷面之圖面替代照片。
第12圖係顯示在120℃下所測定之樹脂的硬度與咬入於樹脂表面之磨粒個數之關係的圖表。
第13圖係顯示在120℃下所測定之樹脂的硬度與切斷面上所形成之加工變質層深度之關係的圖表。
如上述第1圖、第2圖所示,當使用鋼線或附有固定磨粒之鋼線,一邊將磨粒噴附於線鋸一邊切斷工件時,在工件的切斷面形成有較深的加工變質層,且切斷面的表面粗糙度變粗。
相對於此,若使用樹脂被覆線鋸,則可使加工變質層變淺且表面呈平滑。使用第3圖來說明採用樹脂被覆線鋸來切斷工件時的樣子。如第3圖所示,本發明之樹脂被覆線鋸中,係於表面形成有樹脂,於工件切斷時,藉由使表面的樹脂密合於切斷面,來防止磨粒被導入線鋸與工件切斷面之間。因此,切斷面上不易形成加工變質層,且切斷面的表面容易變得平滑。
當被覆於鋼線表面之樹脂較柔軟時,如上述習知方法3般,磨粒被咬入樹脂,而如上述第2圖所示般,在樹脂被覆線鋸與工件之間介入磨粒,而在切斷面上形成加工變質層。
因此,本發明人等係發現到,藉由適當地調節被覆於鋼線表面之樹脂的硬度,來防止磨粒被咬入樹脂表面,當以樹脂被覆線鋸來切斷工件時,可使切斷面上所形成之加工變質層的深度變淺,並降低切斷面的表面粗糙度,因而完成本發明。具體而言,是一種樹脂被覆線鋸之設計方法,為包含以既定硬度的樹脂來被覆鋼線而得到樹脂被覆線鋸之步驟之樹脂被覆線鋸之設計方法,藉由重覆進行下述(1)~(4),以使工件之切斷面上的加工變質層深度達到合格之方式調節樹脂的硬度。
(1)以所得之樹脂被覆線鋸來切斷工件。
(2)調查工件之切斷面上的表面性狀(加工變質層深度、表面粗糙度)。
(3)確認加工變質層深度是否合格。
(4)不合格時,以更硬的樹脂來被覆鋼線。
對以樹脂被覆線鋸所切斷之工件,調查切斷面的表面性狀,當該特性為不合格時,係以將更硬的樹脂被覆在鋼線表面來製造樹脂被覆線鋸之方式設計樹脂,如此可使切斷面的表面性狀達到良好。
當使用調節為適當的表面硬度之樹脂被覆線鋸,一邊將磨粒噴附於該線鋸一邊切斷工件時,如第3圖所示,雖然磨粒會沿著樹脂被覆線鋸切入工件之方向被導入,但藉由樹脂來抑制磨粒被導入切斷面與樹脂被覆線鋸之間,所以在工件的切斷面上幾乎未形成加工變質層,而使切斷面呈平滑。
表面性狀中,以加工變質層深度為5μm以下(較佳為4μm以下,尤佳為3μm以下)或表面粗糙度(算術平均粗糙度Ra)0.5μm以下(較佳為0.4μm以下,尤佳為0.3μm以下)之方式來設計樹脂被覆線鋸是理想的。藉由以上述方式設計之樹脂被覆線鋸所切斷之切斷體,例如可適合用作為太陽能電池用的材料。
加工變質層深度,可將切斷面進行蝕刻,並測定在工件切斷時所導入之轉移的蝕刻凹坑深度。
表面粗糙度,可使用Mitsutoyo股份有限公司製的「CS-3200(裝置名稱)」來測定算術平均粗糙度Ra。
接著說明本發明中可適當地使用之樹脂被覆線鋸。
本發明中所使用之樹脂被覆線鋸,係將依循上述方針所設計出之樹脂被覆於鋼線表面者。
上述鋼線,較佳為使用拉伸強度3000MPa以上的鋼線。拉伸強度3000MPa以上的鋼線,例如可使用含有0.5~1.2%的C之高碳鋼線。高碳鋼線,例如可使用JIS G3502所規定之鋼琴線材。上述鋼線之拉伸強度的上限,考量到無延展性而在跳線等異常時容易斷線之疑慮者,較佳為5000MPa。
上述鋼線的直徑,可在切斷時可承受所賦予之荷重的範圍內儘可能地小,例如為130μ m以下,較佳為110μ m以下,尤佳為100μ m以下。藉由縮小鋼線的直徑,可減少切損量而提升切斷體的生產性。此外,鋼線的直徑較佳設為60μ m以上。
上述樹脂,可使用熱硬化性樹脂或熱可塑性樹脂,此般樹脂中,可適當地使用苯酚樹脂、醯胺系樹脂、醯亞胺系樹脂、聚醯胺醯亞胺、環氧樹脂、聚胺基甲酸酯、甲醛、ABS樹脂、氯乙烯、聚酯等。尤可適當地使用聚醯胺醯亞胺、聚胺基甲酸酯、或聚酯。
上述樹脂,可將市售的清漆塗佈於上述鋼線的表面並進行加熱而形成。
上述清漆,可使用東特塗料股份有限公司所販售之漆包線用清漆或Kyocera Chemical股份有限公司所販售之電線用清漆等。
上述漆包線用清漆,例如可使用下述所示者。。
(a)聚胺基甲酸酯清漆(「TPU F1」、「TPU F2-NC」、「TPU F2-NCA」、「TPU 6200」、「TPU 5100」、「TPU 5200」、「TPU 5700」、「TPU K5 132」、「TPU 3000K」、「TPU 3000EA」等;東特塗料股份有限公司製的商品)
(b)聚酯清漆(「LITON 2100S」、「LITON 2100P」、「LITON 3100F」、「LITON 3200BF」、「LITON 3300」、「LITON 3300KF」、「LITON 3500SLD」、「Neoheat 8200K2」等;東特塗料股份有限公司製的商品)
(c)聚醯胺醯亞胺清漆(「Neoheat AI-00C」等;東特塗料股份有限公司製的商品)
(d)聚酯醯亞胺清漆(「Neoheat 8600A」、「Neoheat 8600AY」、「Neoheat 8600」、「Neoheat 8600H3」、「Neoheat 8625」、「Neoheat 8600E2」等;東特塗料股份有限公司製的商品)
上述電線用清漆,例如可使用耐熱胺基甲酸酯銅線用清漆(「TVE5160-27」等、經環氧改質之甲醛樹脂)、甲醛銅線用清漆(「TVE5225A」等、聚乙烯甲醛樹脂)、耐熱甲醛銅線用清漆(「TVE5230-27」等、經環氧改質之甲醛樹脂)、聚酯銅線用清漆(「TVE5350系列」等、聚酯樹脂)等(均為Kyocera Chemical股份有限公司製的商品)。
將上述清漆塗佈於上述鋼線的表面後,例如在250℃以上(較佳為300℃以上)進行熱硬化而以樹脂被覆鋼線的表面。上述熱硬化的上限,考量到鋼線強度開始降低之疑慮者,較佳為400℃。上述樹脂的硬度,例如可藉由改變所被覆之樹脂的種類或形成樹脂時之加熱溫度來調整。
上述樹脂,較佳係使用在120℃所測定時的硬度為0.07GPa以上之樹脂。亦即,當以樹脂被覆線鋸來切斷工件時,例如以線速500m/分使線鋸行進,一邊使線鋸與磨粒或是線鋸與工件接觸一邊切斷工件。因此,工件的表面會因摩擦熱而使溫度上升,並可能會超過100℃。當根據100℃以下(例如室溫)所測定時的硬度來調節上述樹脂的硬度時,可能無法承受實際上於工件切斷時所產生之摩擦熱而使樹脂軟化。樹脂軟化時,磨粒容易被咬入樹脂,可能使加工變質層深度增加且表面變粗。
因此,上述樹脂的硬度,係以工件切斷時即使產生摩擦熱亦不會軟化之方式,根據超過100℃(例如120℃)所測定時的硬度來調節。具體而言,上述樹脂,較佳係使用在120℃所測定時的硬度為0.07GPa以上之樹脂,尤佳為使用0.1GPa以上之樹脂。藉由使用在120℃所測定時的硬度為0.07GPa以上之樹脂,可將咬入於樹脂表面之磨粒的數目抑制在20個/(50μ m×200μ m)以下,減少形成於切斷體之加工變質層的深度,並且使切斷體表面變得平滑。樹脂的硬度愈硬愈佳,該上限並無特別限定。
上述樹脂的硬度,例如可藉由奈米壓痕分析法來測定。
上述樹脂的膜厚,例如可設為2~15μm。樹脂過薄時,會有難以將樹脂均一地形成於鋼線表面之疑慮。此外,樹脂過薄時,在切斷的初期階段中樹脂會磨耗,使素線(鋼線)暴露出,導致素線的磨耗而有容易斷線之疑慮。 因此,樹脂的膜厚較佳為2μm以上,尤佳為3μm以上,特佳為4μm以上。然而,當樹脂過厚時,樹脂被覆線鋸的直徑增大,使切損量增加而有生產性惡化之疑慮。此外,樹脂佔樹脂被覆線鋸全體之比率過大,使樹脂被覆線鋸全體的強度有降低之疑慮。如此,在欲提高生產性而提高線鋸的線速時,有容易斷線之傾向。因此,樹脂的膜厚較佳為15μm以下,尤佳為13μm以下,特佳為10μm以下。此外,可任意組合上述樹脂的膜厚的上限與下限來構成上述樹脂膜厚的範圍。
上述樹脂被覆線鋸的直徑(線徑)並無特別限定,通常約為100~300μm(較佳為100~150μm)。
作為上述樹脂被覆線鋸的切斷對象之工件,例如可使用矽、陶瓷、水晶、半導體構件、磁性體材料等。
接著說明使用上述樹脂被覆線鋸來切斷工件以製造出切斷體時之條件。
以上述樹脂被覆線鋸來切斷工件時,係將磨粒噴附於線鋸後切斷工件。該磨粒例如可使用碳化矽磨粒(SiC)磨粒或金剛石磨粒等。為了使切斷面呈平滑,特佳為使用金剛石磨粒。
上述金剛石磨粒,例如可使用Sumiseki Materials股份有限公司製的「SMC Fine Dia(商品名稱)」。金剛石磨粒可使用多晶型或單晶型,但較佳為使用單晶型。此係由於單晶型於切削時不易被破壞之故。
上述磨粒的平均粒徑並無特別限定,例如可為 2~15μm(較佳為4~10μm,尤佳為4~7μm)。
上述磨粒的平均粒徑,例如可藉由日機裝股份有限公司製的「MicroTrack HRA(裝置名稱)」來測定。
上述磨粒,通常是將分散於加工液之漿液噴附。上述加工液可使用水溶性的加工液或油性的加工液。水溶性的加工液可使用Yushiro Chemical Industry股份有限公司製的乙二醇系加工液「H4」、三洋化成工業股份有限公司製的丙二醇系加工液「Histat TMD(商品名稱)」等。油性的加工液可使用Yushiro Chemical Industry股份有限公司「Yushiron Oil(商品名稱)」等。
上述漿液中之磨粒的濃度,例如可使用5~50質量%(較佳為5~30質量%,尤佳為5~10質量%者。
上述漿液的溫度,例如為10~30℃(較佳為20~25℃)。
以上述樹脂被覆線鋸來切斷工件時之條件,例如可將工件的切斷速度設為0.1~0.8mm/分(較佳為0.1~0.35mm/分,尤佳為0.25~0.35mm/分),將樹脂被覆線鋸的線速設為300m/分以上(較佳為500m/分以上,尤佳為800m/分以上)。
此外,施加於樹脂被覆線鋸之張力(N),較佳係以滿足根據素線(被覆樹脂前的鋼線)的抗張力所算出之下述式(1)的範圍之方式來設定。下述式(1)中,設為相對於鋼線的抗張力為50~70%之範圍者,是在於切斷時不會產生斷線之故,設為「-5.0」者,是在於將切斷時施加於樹脂被 覆線鋸之切斷荷重、與將樹脂被覆線鋸從工件拉出時所施加之拉出荷重加算後的合計約為5.0N之故。
抗張力×0.5-5.0≦張力≦抗張力×0.7-5.0...(1)
鋼線的抗張力,係因鋼線的成分組成及線徑之不同而不同,例如當使用JIS G3522所規定之鋼琴線(A類)時,線徑100μm之鋼線的抗張力為24.3N,線徑120μm之鋼線的抗張力為34.4N,線徑130μm之鋼線的抗張力為39.7N,使用鋼琴線(B類)時,線徑100μm之鋼線的抗張力為26.5N,線徑120μm之鋼線的抗張力為37.7N,線徑130μm之鋼線的抗張力為45.7N。
以上述樹脂被覆線鋸來切斷工件時,工件的切損量,相對於樹脂被覆線鋸的線徑(直徑),約為1~1.1倍(較佳為1~1.05倍,尤佳為1~1.04倍,更佳為1~1.03倍)。如此可提升切斷體的生產性。
亦即,根據本發明之樹脂被覆線鋸,由於適當地調節樹脂的硬度,即使將磨粒噴附於樹脂被覆線鋸,亦可藉由上述樹脂來抑制磨粒被導入切斷面與樹脂被覆線鋸之間,而可減少切損量。
相對於此,如上述習知方法1,使用鋼線作為線鋸時的切損量,係成為將磨粒的平均直徑之約3倍的長度加上鋼線的直徑之寬度。因此,為了提高生產性,必須縮小鋼線的直徑,但由於在不使鋼線斷線下提高強度者乃存在著 限制,所以,降低切損量者亦存在著限制。
此外,如上述習知方法3,使磨粒咬入於樹脂被膜時,由於線鋸的線徑(直徑)增大,所以工件的切損量亦增大。
此外,如上述習知方法2,使用附有固定磨粒之鋼線來切斷工件時的切損量,係與附有固定磨粒之鋼線的直徑相等,為了提高生產性,可考量縮小鋼線的直徑或是縮小固定磨粒的直徑。然而,當過度縮小鋼線的直徑時,強度變得不足或無法承受切斷時所賦予之切斷荷重,而有斷線之疑慮。此外,縮小固定磨粒的直徑時,工件變得不易切削,導致生產性惡化。
以下係列舉實施例來更具體地說明本發明,但本發明並不限於下述實施例,在可符合前後說明之主旨的範圍內,當然可適當地加入變更來實施,且此等亦包含於本發明之技術範圍內。
實施例
下述實驗例1中,係調查以線鋸來切斷工件而製造出切斷體時之切損量(切斷損失),下述實驗例2中,係調查以線鋸來切斷工件而製造出切斷體時,切斷面上所形成之加工變質層深度及表面粗糙度。
[實驗例1]
將工件(單晶矽)安裝於加工台,並且將線鋸配置在工 件上方,一邊將磨粒噴附於線鋸一邊使加工台上升,藉由行走中的線鋸來切斷工件,並測定工件的切損量(切斷損失)。
上述線鋸係使用下述第1表所示之種類的線鋸。
下述第1表的No.1中,線鋸係使用將JIS G3522所規定之鋼琴線材(A類、相當於「SWRS 82A」的線材。具體而言,含有C:0.82質量%、Si:0.19質量%、Mn:0.49質量%,剩餘部分為鐵及不可避免的雜質所構成之線材)拉成直徑120μm之鋼線。
下述第1表的No.2中,線鋸係使用下述附有固定磨粒之線鋸,亦即在將上述No.1所使用之鋼琴線材拉成直徑120μm之鋼線的表面上施以鍍Ni,並使最大直徑17.5μm的金剛石磨粒固著於該鍍Ni層者。附有固定磨粒之線鋸的直徑為155μm。
下述第1表的No.3~5,為使用以下述第1表所示之厚度將樹脂被覆於鋼線表面之樹脂被覆線鋸作為線鋸之例子。
上述鋼線,在下述第1表的No.3中係使用將上述No.1所使用之鋼琴線材拉成直徑120μm之鋼線,在下述第1表的No.4中使用將上述No.1所使用之鋼琴線材拉成直徑130μm之鋼線,在下述第1表的No.5中使用將上述No.1所使用之鋼琴線材拉成直徑110μm之鋼線。
上述樹脂,在將下述清漆塗佈於上述鋼線的表面後,藉由加熱使其硬化而形成。具體而言,在形成樹脂前,先 對鋼線進行脫脂處理後,將塗佈次數分成4~10次來塗佈下述清漆,並將此加熱使其硬化而在鋼線的表面上形成樹脂。
下述第1表的No.3~5中,係使用JIS C2351所規定之聚胺基甲酸酯線用清漆「W143」(東特塗料股份有限公司製、漆包線用清漆「TPU F1(商品名稱)」、燒成後的塗膜組成為聚胺基甲酸酯),加熱溫度設為250℃。
下述第1表中,係顯示樹脂被覆線鋸的直徑。
接著使用上述No.1~5的線鋸,以多線線鋸(安永股份有限公司製、「D-500」)來切斷單晶矽(60mm×20mm×50mm)(切片加工)。切片加工,係一邊噴附下述漿液一邊進行,該漿液係使下述第1表所示之平均粒徑的SiC磨粒或金剛石磨粒懸浮於加工液而成。
下述第1表的No.1中,磨粒係使用使平均粒徑13μm的SiC磨粒(信濃電氣製鍊股份有限公司製、「Shinano Random(商品名稱)」)懸浮於加工液(Yushiro Chemical Industry股份有限公司製的「乙二醇系水溶液」)之漿液。
下述第1表的No.3~5中,磨粒係使用使平均粒徑5.6μm的金剛石磨粒(Sumiseki Materials股份有限公司製、「SMC Fine Dia(商品名稱)」)懸浮於加工液(Yushiro Chemical Industry股份有限公司製的「乙二醇系水溶液」)之漿液。
漿液中之SiC磨粒濃度設為50質量%,金剛石磨粒濃度均設為5質量%,漿液溫度設為20~25℃,漿液的供 給量設為100L/分。
載置工件之加工台的上升速度(切斷速度)設為0.3mm/分,樹脂被覆線鋸的線速設為500m/分,樹脂被覆線鋸的張力設為25N,樹脂被覆線鋸的捲數設為41捲,樹脂被覆線鋸的捲間距設為1mm。
下述第1表的No.2中,係一邊將不含磨粒之乙二醇系水溶液作為加工液噴附於線鋸與單晶矽之間,一邊進行切片加工。測定出在上述條件下進行切片加工時之切損量,結果如下述第1表所示。
此外,計算出切損量與線鋸的線徑(直徑)之差(寬度損失),結果如下述第1表所示。
從下述第1表中可考察如下。No.1為使用鋼線作為線鋸之比較例,工件切斷時,游離磨粒被導入切斷面與樹脂被覆線鋸之間使工件被過度切削,結果使工件的切損量成為160μm。此外,寬度損失成為較大的40μm。因而使生產性惡化。為了縮減切損量,可考量縮小鋼線的直徑,但在工件切斷時鋼線本身亦被切削,若鋼線的直徑過小,則鋼線容易產生斷線。如No.1般之鋼線的直徑為120μ m時,為了不產生斷線,必須更換鋼線以使鋼線的直徑被減徑至100μ m。
No.2為使用附有固定磨粒之線鋸作為線鋸之比較例,由於不噴附游離磨粒來切斷工件,所以工件的切損量與附有固定磨粒之線鋸的線徑(直徑)為相同的155μm。
No.3~5為使用將樹脂被覆於鋼線表面之樹脂被覆線 鋸來切斷工件之例子,工件的切損量為125~147μm,寬度損失為較小的3~4μm,可得知其能夠提高生產性。此外,以目視來觀察切片加工中所使用之樹脂被覆線鋸表面,可得知其幾乎未附著磨粒。
No.1~3,均是使用將鋼琴線材拉成直徑120μm之鋼線作為素線,所以可考量其具有相同的抗張力,且相對於斷線之危險性亦同。比較No.1~3時,No.3(樹脂被覆線鋸)的切損量最小,生產性最為良好。
根據上述實驗例1所得之結果,考量到從長度300mm的單晶矽裁切出目前的主流厚度0.18mm之晶圓的情況,當使用上述No.1的鋼線作為線鋸時,由於切損量為160μm,所以晶圓的取得片數為882片。使用上述No.2之附有固定磨粒之線鋸時,切損量為155μm,所以晶圓的取得片數為895片。使用上述No.3之樹脂被覆線鋸時,切損量為135μm,所以晶圓的取得片數為952片。
使用樹脂被覆線鋸時,由於樹脂具有提升鋼線的耐磨耗性之作用,即使進行切片加工,鋼線本身亦不易產生減徑。因此更可縮小鋼線本身的直徑。例如,如No.5般之使用以厚度6μm將聚胺基甲酸酯樹脂被覆於直徑110μm之鋼線的表面之樹脂被覆線鋸來切斷工件時,由於切損量為125μm,所以晶圓的取得片數為983片,更可提高生產性。
另一方面,使用附有固定磨粒之線鋸時,就確保切斷性之觀點來看,磨粒的平均粒徑必須設為15μm以上,並 且附有固定磨粒之線鋸從工件拉出時所施加之拉出荷重,必須設為使用游離磨粒時之3~5倍。因此,將附有固定磨粒之線鋸的線徑設為120μm以下者,就防止斷線之觀點來看較難達成。因此,如No.2所示,難以將切損量設為155μm以下。
[實驗例2]
將工件(單晶矽)安裝於加工台,並且將線鋸安置在工件上方,一邊將磨粒噴附於線鋸一邊使加工台上升,藉由行進中的線鋸來切斷工件,此時係測定出單晶矽的切損量、切斷面上所形成之加工變質層深度及表面粗糙度。
上述線鋸係使用下述第2表所示之種類的線鋸。
下述第2表的No.21~32,為使用以下述第2表所示之厚度將樹脂被覆於鋼線表面之樹脂被覆線鋸作為線鋸之例子。
上述鋼線,在下述第2表的No.21~32中係使用將上述實驗例1的No.1所使用之鋼琴線材拉成直徑130μm之鋼線。
上述樹脂,在將下述清漆塗佈於上述鋼線的表面後,藉由加熱使其硬化而形成。具體而言,在形成樹脂前,先 對鋼線進行脫脂處理後,將塗佈次數分成4~10次來塗佈下述清漆,以使樹脂的溫度成為150~300℃之方式進行加熱,並將此加熱使其硬化而在鋼線的表面上形成樹脂。加熱溫度如下述第2表所示。
下述第2表所示之No.21中,係使用JIS C2351所規定之聚酯線用清漆「W141」(東特塗料股份有限公司製、漆包線用清漆「LITON 2100S(商品名稱)」、燒成後的塗膜組成為對苯二甲酸系聚酯)。
下述第2表所示之No.22~28、30~32,係使用JIS C2351所規定之聚胺基甲酸酯線用清漆「W143」(東特塗料股份有限公司製、漆包線用清漆「TPU F1(商品名稱)」、燒成後的塗膜組成為聚胺基甲酸酯)。
下述第2表所示之No.29中,係使用聚醯胺醯亞胺線用清漆(東特塗料股份有限公司製、漆包線用清漆「Neoheat AI-00C(商品名稱)」、燒成後的塗膜組成為聚醯胺醯亞胺)。
下述第2表的No.33中,係使用將上述實驗例1的No.1所使用之鋼琴線材拉成直徑120μm之鋼線。
下述第2表的No.34、35中,係使用將上述實驗例1的No.1所使用之鋼琴線材拉成直徑160μm之鋼線。
下述第2表的No.36、37中,係使用上述實驗例1的No.2所使用之附有固定磨粒之線鋸(直徑155μm)。
在此,對於下述第2表的No.25~32所示之樹脂被覆線鋸,藉由奈米壓痕分析法來測定樹脂的硬度。硬度係在 室溫(23℃)或120℃下測定。具體的測定條件如下所述。
《室溫及120℃下的共通測定條件》
測定裝置:Agilent Technologies公司製的「Nano Indenter XP/DCM」
解析軟體:Agilent Technologies公司製的「Test Works 4」
Tip:XP
應變速度:0.05/秒
測定點間隔:30μm
標準試樣:熔融矽石
《室溫下的測定條件》
測定模式:CSM(連續剛性測定法)
激發振動頻率:45Hz
激發振動振幅:2nm
壓入深度:至500nm為止
測定點:15點
測定環境:空調裝置內、室溫23℃
室溫下的硬度測定,係以連續剛性測定法來進行,並測定出距離樹脂被膜的最表面之壓入深度為400~450nm的範圍內之硬度。硬度測定係在15點上進行,並將測定結果平均化而算出硬度。測定結果中,有異常值(相對於平均值為3倍以上或1/3以下之值)予以去除,並加入新的測定結果使測定點的合計值成為15點來進行調整。
《120℃下的測定條件》
測定模式:Basic(負荷去除測定法)
壓入深度:至450nm為止
測定點:10點
測定環境:以電阻加熱器將樣本托盤保持在120℃
120℃下的硬度測定,係以負荷去除測定法來進行,並測定出距離樹脂被膜的最表面之壓入深度為450nm的位置之硬度。亦即,當一邊加熱樣本一邊測定硬度時,無法採用在室溫下測定硬度時的連續剛性測定法,故以使測定位置成為距離最表面之壓入深度為450nm的位置之方式,調整荷重來進行硬度測定。
120℃下的硬度測定,係以陶瓷系黏著劑將上述樹脂被覆線鋸貼附於金屬製的奈米壓痕法用的樣本托盤,以電阻加熱器加熱樣本托盤並一邊保持在120℃一邊進行。
120℃下的硬度測定,係在10點上進行,並將測定結果平均化而算出硬度。測定結果中,有異常值(相對於平均值為3倍以上或1/3以下之值)予以去除,並加入新的測定結果使測定點的合計值成為10點來進行調整。
在室溫或120℃下所測定之硬度,係如下述第2表所示。
接著使用上述線鋸,以多線線鋸(安永股份有限公司製、「D-500」)來切斷單晶矽(60mm×20mm×50mm)(切片加工)而製造出切斷體。切片加工,係一邊於線鋸和單結晶矽之間噴附下述漿液一邊進行,該漿液係使下述第2表所示之平均粒徑的金剛石磨粒或SiC磨粒懸浮於乙二醇系 水溶液而成。
下述第2表的No.21、24~32、34、35中,磨粒係使用使平均粒徑5.6μm的金剛石磨粒(Sumiseki Materials股份有限公司製、「SMC Fine Dia(商品名稱)」)懸浮於加工液(Yushiro Chemical Industry股份有限公司製的「乙二醇系水溶液」)之漿液。
下述第2表的No.22、23中,磨粒係使用使平均粒徑5.6μm的SiC磨粒(信濃電氣製鍊股份有限公司製、「Shinano Random(商品名稱)」)懸浮於加工液(Yushiro Chemical Industry股份有限公司製的「乙二醇系水溶液」)之漿液。
下述第2表的No.33中,磨粒係使用使平均粒徑13μm的SiC磨粒(信濃電氣製鍊股份有限公司製、「Shinano Random(商品名稱)」)懸浮於加工液(Yushiro Chemical Industry股份有限公司製的「乙二醇系水溶液」)之漿液。
金剛石磨粒濃度均設為5質量%,SiC磨粒濃度,No.22及23係設為5質量%,No.33設為50質量%,漿液溫度設為20~25℃,漿液的供給量設為100L/分。載置工件之加工台的上升速度設為0.1mm/分、0.3mm/分或1mm/分,樹脂被覆線鋸的線速設為500m/分,樹脂被覆線鋸的張力設為25N,樹脂被覆線鋸的捲數設為41捲,樹脂被覆線鋸的捲間距設為1mm。
下述第2表的No.36、37中,係一邊將不含磨粒之乙 二醇系水溶液作為加工液噴附於線鋸與單晶矽之間,一邊進行切片加工。
接著以目視來觀察切片加工中所使用之樹脂被覆線鋸的表面。結果可觀察到No.21~31中所使用之樹脂被覆線鋸的表面幾乎未咬入磨粒。相對於此,No.32中所使用之樹脂被覆線鋸的表面觀察到磨粒的咬入。第4圖為拍攝No.32中所使用之樹脂被覆線鋸的表面之圖面替代照片。
在此,對No.25~32中所使用之樹脂被覆線鋸,係以下述步驟來測定咬入於樹脂表面之磨粒的個數。亦即,藉由光學顯微鏡,以400倍來拍攝使用完畢之樹脂被覆線鋸的表面,並以目視來觀察樹脂被覆線鋸的中心附近之50μm×200μm的區域內所觀察到之磨粒的個數。上述第4圖中以虛線顯示測定區域。
接著對進行切片加工所得之切斷體,測定切斷面上所形成之加工變質層深度及切斷面的表面粗糙度。
《加工變質層深度》
切斷面上所形成之加工變質層深度,如第5圖(a)所示,以相對於水平方向呈4°的傾斜之方式將切斷體埋入於樹脂,並如第5圖(b)所示以使切斷體的切斷面暴露出之方式研磨切斷體與樹脂。接著藉由下述第3表所示之組成的蝕刻液將暴露面進行蝕刻,並以光學顯微鏡觀察工件切斷時所形成之加工變質層(工件切斷時所導入之轉移的蝕刻凹坑)。
第6圖~第11圖係顯示以光學顯微鏡來拍攝工件的切 斷面之照片。第6圖為No.25,第7圖為No.27,第8圖為No.32,第9圖為No.33,第10圖為No.35,第11圖為No.37之圖面替代照片。
以光學顯微鏡來觀察時,加工變質層以黑色來顯示,並測定其深度(厚度),測定結果如下述第2表所示。
《表面粗糙度》
切斷面的表面粗糙度,係使用Mitsutoyo股份有限公司製的「CS-3200(裝置名稱)」在切斷方向(切入的深度方向)上涵蓋10mm測定算術平均粗糙度Ra。
測定結果如下述第2表所示。
從下述第2表中可考察如下。No.21~31為使用經過本發明所規定之步驟所得的樹脂被覆線鋸來製造切斷體之例子,切斷面上所形成之加工變質層深度為較淺的5μm,切斷面的算術平均粗糙度Ra為0.5μm以下,大致呈平滑。
另一方面,No.32~37為使用未經過本發明所規定之步驟所得的線鋸來製造切斷體之例子。此等當中,雖然No.32為使用將樹脂被覆於鋼線表面之樹脂被覆線鋸來切斷工件之例子,但由於樹脂過軟,於切片加工時引起磨粒咬入於樹脂之現象。此外,切斷面上所形成之加工變質層深度超過5μm而過深。
No.33~35中,由於使用鋼線作為線鋸,所以磨粒會捲入鋼線與工件之間,使切損量增大。此外,切斷面上所形成之加工變質層深度較深,表面粗糙度亦較粗。
No.36、37,由於使用附有固定磨粒之線鋸作為線鋸,所以切損量大,切斷面上所形成之加工變質層深度較深,表面粗糙度亦較粗。
上述No.21~31,由於切斷面的算術平均粗糙度Ra為0.5μm以下,當將上述切斷體使用作為例如太陽能電池的材料時,可在該狀態下直接將細微結構蝕刻加工於表面。相對於此,上述No.33~37,由於切斷面的算術平均粗糙度Ra超過0.5μm,所以在蝕刻加工細微結構前,必須進行用以使切斷面呈平滑之蝕刻。
接著對測定出樹脂的硬度與咬入於樹脂表面之磨粒的個數之No.25~32的結果進行比較,可考察如下。No.25~32中,室溫下所測定之樹脂的硬度,均為0.27GPa左右,為大致相同之結果,但在120℃下所測定之樹脂的硬度,位於0.04~0.28GPa而存在有較大變動。此般產生變動之原因,可考量樹脂種類或加熱溫度的不同之故。
在此,第12圖係顯示在120℃下所測定之樹脂的硬度與咬入於樹脂表面之磨粒個數(觀察視野50μm×200μm的區域內之個數)之關係。從第12圖中,可觀察到在120℃下所測定之樹脂的硬度愈大,咬入於樹脂表面之磨粒數目有愈少之傾向。
此外,第13圖係顯示在120℃下所測定之樹脂的硬度與切斷面上所形成之加工變質層深度之關係。從第13圖中,可觀察到在120℃下所測定之樹脂的硬度愈大,加工變質層的深度有愈小之傾向。此外,可觀察到若使在 120℃下所測定之樹脂的硬度成為0.07GPa以上,則可將加工變質層的深度抑制在5μm以下。
從上述第12圖及第13圖中,可觀察到當咬入於樹脂表面之磨粒個數減少時,加工變質層的深度有愈小之傾向。
以上係詳細地並參照特定實施態樣來說明本申請案,對於所屬技術領域具有通常知識者而言,在不脫離本發明之精神與範圍下可進行種種變更及修正者乃顯而易知的。
本申請案係根據2010年2月23日提出申請之日本特許出願(日本特願2010-038017)、2010年7月15日提出申請之日本特許出願(日本特願2010-161093)者,在此援引該內容作為參考。
產業上之可利用性:
根據本發明,係以樹脂來被覆線鋸表面並調節該硬度。因此,可一邊導入磨粒進行切斷,一邊藉由樹脂來抑制磨粒被導入切斷面與樹脂被覆線鋸之間。如此可抑制切斷體表面上之加工變質層的形成。此外,使用該樹脂被覆線鋸來切斷工件時,可製造出具有平滑表面之切斷體。因此,在下游側的步驟中可省略去除加工變質層之步驟或是用以使表面呈平滑之蝕刻步驟,而提升切斷體的生產性。
再者,使用本發明之樹脂被覆線鋸時,可抑制磨粒被 導入切斷面與樹脂被覆線鋸之間,故可減少切損量而提升切斷體的生產性。

Claims (6)

  1. 一種樹脂被覆線鋸之設計方法,是包含以既定硬度的樹脂來被覆鋼線而得到樹脂被覆線鋸之步驟之樹脂被覆線鋸之設計方法,其特徵為:藉由重覆進行下述(1)~(4),以使工件之切斷面上的加工變質層深度達到合格之方式調節樹脂的硬度;(1)以所得之樹脂被覆線鋸來切斷工件,(2)調查工件之切斷面上的加工變質層深度,(3)確認加工變質層深度是否合格,(4)不合格時,以更硬的樹脂來被覆鋼線。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之樹脂被覆線鋸之設計方法,其中,前述加工變質層深度較5μm更深時,以更硬的樹脂來被覆鋼線。
  3. 一種樹脂被覆線鋸之設計方法,是包含以既定硬度的樹脂來被覆鋼線而得到樹脂被覆線鋸之步驟之樹脂被覆線鋸之設計方法,其特徵為:藉由重覆進行下述(1)~(4),以使工件之切斷面上的表面粗糙度達到合格之方式調節樹脂的硬度;(1)以所得之樹脂被覆線鋸來切斷工件,(2)調查工件之切斷面上的表面粗糙度,(3)確認表面粗糙度是否合格,(4)不合格時,以更硬的樹脂來被覆鋼線。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之樹脂被覆線鋸之設計方法,其中,前述表面粗糙度較0.5μm更粗時,以更硬 的樹脂來被覆鋼線。
  5. 如申請專利範圍第1或3項所述之樹脂被覆線鋸之設計方法,其中,前述樹脂的膜厚為2~15μm。
  6. 如申請專利範圍第1或3項所述之樹脂被覆線鋸之設計方法,其中,前述鋼線的線徑為130μm以下。
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