[发明专利]在芯和外鞘之间具有粗糙界面的固结磨料锯线

说明书

技术领域

本发明涉及一种锯线，更具体地是涉及一种单丝锯线，在该锯线上，通过金属固定层把磨粒固定在包围金属芯的金属鞘中。线鞘经由具有粗糙度的界面被锚固至芯上。这种线可用于切割硬且脆的材料，例如石英(例如用于石英晶体振荡器或者掩模版)、硅(例如用于集成电路晶片或者太阳能电池)、砷化镓(用于高频电路)、碳化硅或者蓝宝石(例如用于蓝光发光二极管基底)、稀土磁合金(例如用于记录头)或甚至天然石或人造石。

背景技术

普碳钢锯线广泛用于例如将硅锭切割成薄片—称为晶片—以用在半导体器件或者光伏电池中。虽然所使用的线被称为“锯线”，但是实际上磨粒是以粘稠料浆形式—通常为碳化硅颗粒在聚乙二醇中的悬浮液—供给至线上，该磨粒磨掉材料并且进行锯割。与这种锯割方法和用于切割硅锭的相关设备有关的最早专利可能是GB 771622和GB 1397676。该方法通常被称为“游离磨料锯割”，并且是一种“第三体磨蚀”(第三体是磨料)。

术语“锯线”也用于命名由加捻、并捻或者集束到一起的数根金属单丝制成的绳或缆，其上牢固地附连有包括磨料的珠。“锯绳”、“锯索”或者“锯缆”可能是用于该类工具的更准确的名称。无论如何，“锯绳”、“锯索”或者“锯缆”不在本申请的范围内。

虽然由于供给到工件和线之间的磨粒的“粘着和滚动”，“游离磨料锯割”因其柔和的锯割而非常令人满意，但是也具有以下一些缺点：

*线在过程中会磨损并且必须定期更换；

*料浆将会带有硅屑和金属屑，同时磨粒将丧失切削能力并且必须定期更换。因此，料浆也必须定期更换，或者必须连续地或间断地再生。

在JP 05023965A中描述了与游离磨料一起使用的专用锯线的例子。在该专利文件中描述的现有技术锯线在钢基底上具有铜镀层。镀层的厚度小于线总厚度的3％，并且铜和钢之间的粗糙度Rt一般为3.0到4.5μm。该申请提供了通过对钢线基底脱碳来进一步减小粗糙度的指导。

为了克服所提到的问题，人们曾试图将磨料固定到线上，以便消除对料浆的需要并且减小线的磨损。实际上，通过将磨粒固定到线上，消除了磨料和线之间的相对运动，并且线不再受磨料的影响而磨损。仅磨料磨耗，但是这可以通过向切口中不断地但有限地供给新线来克服。另一方面，磨料不再需要通过料浆携带，并且简单的水基冷却剂就足以将切屑从切口冲出并从线上冲走。在下面，对于这种锯线将使用“固结磨料锯线”的名称。

目前，这种锯线的强度构件主要是金属线，尽管已经描述并试验了其它强度构件(参见例如WO2003/041899)。迄今为止，钢因其高强度、耐磨性、少蠕变及相对耐高温而是优选的。

已经有几种方法用于将磨料固定到金属线上：

*可以通过US 6070570中例举的树脂来将磨料粘结到线上。该线的制造方法是比较简单的，并且不牵涉到对金属线的高热载荷。然而，很难在锯割期间将颗粒保持在树脂中。

*EP 0243825描述了一种生产固结磨料锯线的方法，以钢盘条为原料，以管子包围盘条，在盘条和管子之间有间隙。向间隙中填充金属粉末和磨粒的混合物。把端部密封，并且以重复的步骤对盘条热处理并冷拔，以便在通过蚀刻而去除了外管之后获得固结磨料锯线。该方法的缺点是，不能生产较大长度(100米以上)的固结磨料锯线，所获得线的拉伸强度比较低(例如低于1800N/mm²)，并且所获得的线太粗(1毫米)。

*EP 0982094描述了一种固结磨料锯线，具有不锈钢芯、用于防止芯线氢脆的中间层和结合层，它们之中结合有金刚石颗粒。具有金刚石的结合层是通过电镀或者在包括金刚石的沉积槽中进行化学沉积而沉积得到的。给出的实施例描述了镍用作中间层以及结合层。

*一种替代方法是通过如US 6102024中所描述的钎焊活性金属结合物来将磨粒固定到线表面上。然后，通过将用于形成碳化物或者氮化物的金属加入到结合物成分中来改进磨粒和线之间的结合。一个例子是钛，它与金刚石的碳形成碳化钛。可选地，可以在单独的涂覆步骤中用反应性金属对磨粒进行预涂覆。然而，必须限制钎焊过程的热载荷，以便不使线的强度变差。

EP 0081697描述了一种利用金刚石颗粒给线包壳的方法和装置。首先通过电镀来用铜或者镍的鞘层来镀覆线，然后在硬化的滚轮之间用金刚石颗粒进行包壳，通过一个或两个滚轮的反复轴向运动来使线围绕其轴线滚动。之后，借助于用电解法施加的涂层来将金刚石固定到位。US 4187828中描述了一种类似的方法和产品。