[实用新型]一种用于多线切割的复合固结磨料锯线

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于多线切割的复合固结磨料锯线，适用于使用多线切割方法加工晶硅、碳化硅、水晶、蓝宝石等硬质材料。

背景技术

当前市场上的固结磨料切割锯线，可以根据基线表面的磨料附着方式，大致分为电镀固结磨料锯线和树脂固结磨料锯线两大类。

从目前市场实用效果看，电镀固结磨料锯线的优点是磨粒固结力强，带来锯线的切割能力较强，典型体现为应用于8英寸单晶硅片制造时，用线量已可轻易降低到2米/片以下，其主要缺点在于：

1.锯线的生产成本较高，导致对每片用线量的要求苛刻，带来对切割设备要求高，允许的切割工艺窗口小等弊端；

2.切割后的成品切面沿锯线方向上常出现表面状况异于周边的带状区域，导致在成品的后续加工（如晶硅硅片的后续制绒）成本增加和/或工艺兼容性差；

3.同时受限于切割机理和排砂模式，已经很难进一步提升切割效率。深入的研究表明，在相同切割环境和对象下，电镀固结磨料锯线表面磨料密度增高，并不能带来切割效率的同比增高，表面磨料密度过低，则会导致切割过程中的断线风险显著增加。

而对于树脂固结磨料锯线，其受限于树脂本身的强度，对于磨粒的本征固结力远弱于电镀固结磨料锯线，同时由于金刚石磨粒的优良热导率，切削产生的热量会堆积在磨粒和树脂的结合部，使得的树脂固结层软化，进一步降低其对磨粒的把持力，从而导致切割过程中磨粒不断脱落。实用中一般通过提高磨粒的堆积密度，以及增加用线量等方式，保证树脂线锯维持一定的切割力。

相对于电镀固结磨料锯线而言，树脂固结磨料锯线的主要优势在于单位长度的制造成本低，带来对切割设备与切割工艺的要求相对较低，且切割成品的表面一致性较好。但是因为使用树脂固结磨料锯线时每片用线量亦需较电镀固结磨料锯线成若干倍地提高，用户在总体切割成本上能否有所收获仍旧成疑，导致电镀/树脂磨料锯线的技术路径之争至今仍旧方兴未艾。另外，树脂磨料锯线本身的结构性弱点，也严重限制了其应用于切割较晶硅更硬的材料（如蓝宝石等）的可行性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服/缓解现有固结磨料技术中的如下问题：

1、电镀固结磨料线锯成本高，对切割设备及应用工艺要求苛刻，且切割后的成品切面沿锯线方向上常出现表面状况异于周边的带状区域，导致在成品的后续加工（如晶硅硅片的后续制绒）成本增加和/或工艺兼容性差；

2、目前市场上电镀固结磨料线锯的磨粒间距大约在磨粒粒径的2～4倍，受限于切片表面材料移除速度以及磨粒本身大小导致的切削量的影响，进一步提升磨粒的排布密度已经无助于切割效率的提高，降低排布密度则会带来切割断线风险的显著增加，总体而言技术改进空间已经遭遇瓶颈；

3、树脂固结磨粒线锯虽然制造成本相对较低，对于切割设备及切割工艺的要求也较低，且切片表面一致性相对良好，但是锯线本身在切割使用过程中损耗大，切割力弱且衰减快，切割效率低，同样缺乏长期不断帮助客户降低总体线切成本的技术潜力。

本实用新型解决上述技术问题的创新手段是：一种用于多线切割的复合固结磨料锯线，（a）母线上至少固定有一组主切割磨料G1和一组辅助切割磨料G2，主切割磨料G1的平均粒径为d1,辅助切割磨料G2的平均粒径为d2，d2为d1的0.2-0.8倍，所述母线为用于固定切割磨料的基底金属丝；（b）主切割磨料G1通过至少一层高强度介质固结层固结于母线上，所述高强度介质为抗拉强度在100Mpa以上的金属和/或金属合金；辅助切割磨料G2通过树脂介质层固结于母线和/或高强度介质表面；（c）同一单位长度锯线上辅助切割磨料G2平均体积密度≥主切割磨料G1平均体积密度的2倍，所述体积密度指单位长度线锯包含的磨料颗粒数。

在切割过程中，主切割磨料G1对工件表面进行切割后，会移除一定量的切割区材料，并在切片表面形成与主切割磨料G1粒径相关的粗糙度Ra1。选择辅助切割磨料G2的粒径d2接近主切割磨料G1切割过程所形成的粗糙度Ra1，紧随的辅助切割磨料G2即可对之前的主切割磨料G1形成的切割工面进行较高效的进一步材料移除/辅助切割，迅速降低Ra1，同时减少后续跟进的主切割磨料G1的工作负载：

（a）比较无辅助切割磨料G2存在（也即常规电镀固结磨料锯线）的情况，主切割磨料G1的切割效率得以提高，主切割磨料G1的钝化速度也得到缓解，同时辅助切割磨料G2在切割过程中的逐渐剥落，被冷却液带走，腾出的空间用于接受新的锯屑，如此构成高效且持续性强的“磨削动态排屑”机制，帮助动态移除锯屑在锯缝以及锯线表面的堆堵，进一步改善切割效率和锯线周遭的冷却环境；