專利名稱：具有絞合芯線的金剛石線鋸及其制造方法
技術領域：
本發明設計一種金屬或非金屬切割裝置，尤其是涉及一種切割硬質材料用的具有絞合芯線的金剛石線鋸。
背景技術：
半導體元件基底通常是對硅片、藍寶石、砷化鎵、碳化硅等脆而硬的材料通過有效切割加工形成。一般可采用表面固定著金剛石磨粒的金剛石線鋸。這種金剛石線鋸與傳統的使用懸濁液的游離磨粒方式相比，被切割材料的損耗較少，切割效率有了明顯的提高。并且切割冷卻液可以由水性溶液組成，更加綠色環保。因此金剛石線鋸作為新一代切割工具受到人們的重視。在切割過程中，為了使金剛石磨料層充分利用，一般需要金剛石線鋸來回走線，即金剛石線鋸的磨料層實際上是多次使用的，使用次數在數百次以上。其存在的缺點是金剛石線鋸在使用過程中受到一定的張力作用，張力越大，切割速度越快，且使用時線鋸會發生彎曲，隨著加工次數的增加，金剛石線鋸極易因彎曲疲勞或切割時的應力沖擊而斷裂，所以現有金剛石線鋸經常在表面磨料層尚可使用時斷線，可靠性差。切割時斷線不但影響生產效率，還會嚴重影響切割產品的表面質量，比如切割硅片時常因線鋸斷線而整批報廢。此外，在金剛石磨料層被磨損、脫落之后，磨損后的金剛石線鋸就成為了廢品，無法再利用。

發明內容
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種具有絞合芯線的金剛石線鋸，包括芯線，所述芯線包括至少兩股金屬絲，所述至少兩股金屬絲相互絞合；緩沖層，所述緩沖金屬緊密包覆所述芯線；磨料層，所述磨料層包覆所述緩沖層，且所述磨料層中分散鑲嵌有金剛石磨粒。在本發明的一個實施例中，所述緩沖層為軟質銅層。銅是一種常見有色金屬，其延展性良好，容易加工包覆在鋼線上，且廉價易得。在本發明的一個實施例中，所述軟質銅層的厚度為1-50 μ m。在本發明的一個實施例中，所述磨料層包括鎳或鎳合金層，所述鎳或鎳合金層通過電鍍的方式形成在所述緩沖層上，所述金剛石磨粒分散鑲嵌在所述鎳或鎳合金層中。鎳或鎳合金在本發明中作為電鍍材料，將金剛石磨粒固定地附著在線鋸表面。在本發明的一個實施例中，所述鎳或鎳合金層的厚度為5-20 μ m。在本發明的一個實施例中，所述絞合芯線的外徑為50-500 μ m。絞合芯線的外徑不得小于50微米或大于500微米，太細則強度不夠易斷裂，太粗則增大切割材料損失量。在本發明的一個實施例中，所述金屬絲直徑為5-250 μ m。在本發明的一個實施例中，所述兩股或兩股以上的金屬絲以規則絞合方式相互絞合。規則絞合的方式可以保證具有絞合芯線的金剛石線鋸在不同位置相對均勻，從而在切割時能均勻穩定地工作。優選地有，絞合芯線由三股或七股金屬絲絞合組成絞合芯線為佳。
本發明的另一方面提出了一種制備具有絞合芯線的金剛石線鋸的方法，其特征在于，包括以下步驟通過絞線機將所述兩股以上的金屬絲絞合成所述絞合芯線；隨后通過電鍍方法在所述絞合芯線表面鍍上所述緩沖層；最后通過電鍍方法在所述緩沖層外鍍上所述磨料層。根據本發明實施例的具有絞合芯線的金剛石線鋸，具有下列優點1、芯線由兩股或兩股以上的金屬絲絞合而成，具有更好的可靠性，切割過程中不易斷裂，即使組成芯線的多股金屬絲中有部分斷裂，剩下的金屬絲仍可維持整個金剛石線鋸繼續使用。2、由于多股金屬絲絞合結構可以形成容屑空間，在鋸切過程中鋸屑很容易被帶出切割界面，不易形成鋸屑堵塞，一方面能使金剛石磨料層長期保持鋒利，增加金剛石線鋸的壽命和重復使用次數，另一方面由于鋸屑被帶出切割界面，切割界面處金剛石顆粒與被切材料間直接接觸的幾率大大增加，可以明顯增加切割的速率。3、緩沖層的存在，尤其是軟質緩沖層的存在，可以改善金剛石線鋸的韌性，減緩因磨料層中金剛石顆粒與被切材料間的高速沖擊產生的巨大沖擊應力，在很大程度上避免了芯線斷裂，大大改善了金剛石線鋸的可靠性。4、由于緩沖層包覆絞合芯線，使得組成絞合芯線的多根單金屬絲能夠緊密地束在一起，即使中有部分單金屬絲松釋或者斷裂，也仍被緩沖層包覆在內，不會散亂或者形成毛刺，尤其是在金剛石線鋸多次重復使用之后，表層磨料層磨損嚴重，此時如果絞合芯線表面僅有磨料層，芯線就很容易發生斷裂，而且斷裂的單金屬絲易散亂并形成毛刺。如果絞合芯線散亂或形成毛刺，則會嚴重惡化被切割的表面質量，比如形成較深的刀痕、裂紋、甚至碎片，這在切割超薄片比如超薄硅片時會形成大量的不良品。通過緩沖層包覆絞合芯線，能夠有效地改善這一問題。5、緩沖層的存在有利于金剛石線鋸的回收再利用。金剛石線鋸的芯線一般為鋼絲，磨料層一般為鎳金屬或鎳合金與金剛石共鍍。當金剛石線鋸表面磨料層磨損之后，如果有耐酸的緩沖層存在，比如金屬銅緩沖層，則可以通過酸洗去除殘余磨料層，比如鹽酸清洗去除鎳基磨料層，卻不會腐蝕金屬銅緩沖層，酸洗后再重新電鍍磨料層，就可以獲得全新的金剛石線鋸。如果沒有緩沖層，酸洗去除表面鎳基磨料層時則會同時腐蝕里面的鋼絲，如果不酸洗直接重新電鍍磨料層，由于殘余磨料層厚度是不均勻的，重新電鍍后得到的金剛石線鋸直徑也是不均勻的。6、緩沖層可以改善表面磨料層與金屬芯線的結合強度。當芯線為鋼絲、磨料層為鎳基材料時，電鍍鎳與鋼絲之間的結合強度往往較差，而電鍍銅與鋼絲、電鍍銅與鎳之間可以獲得很高的結合強度，因此采用銅作為緩沖層，可以有效改善鎳基磨料層與鋼絲芯線之間的結合強度，從而改善金剛石線鋸的使用壽命。本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。


本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中
圖Ia與圖Ib分別是兩股金屬絲絞合形成的具有絞合芯線的金剛石線鋸的橫截面示意圖與側面示意圖；圖加與圖2b分別是三股金屬絲絞合形成的具有絞合芯線的金剛石線鋸的橫截面示意圖與側面示意圖；圖3a與圖北分別是七股金屬絲絞合形成的具有絞合芯線的金剛石線鋸的橫截面示意圖與側面示意圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，術語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明而不是要求本發明必須以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。參照下面的描述和附圖，將清楚本發明的實施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本發明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發明的實施例的原理的一些方式，但是應當理解，本發明的實施例的范圍不受此限制。相反，本發明的實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵范圍內的所有變化、修改和等同物。在本發明的一個實施例中，具有絞合芯線的金剛石線鋸1的芯線由兩股金屬絲互相絞合而成，每根單線直徑為150μπι，絞合時捻距為1.5mm。隨后包覆緩沖層，緩沖層優選金屬Cu，Cu材料平均厚度為25 μ m,最外層電鍍上磨料層，磨料層優選M基材料并鑲嵌金剛石顆粒，其中Ni材料平均厚度為8 μ m,金剛石磨粒的平均粒度為10 μ m,金剛石磨粒占磨料層質量百分比為10%。圖Ia是具有絞合芯線的金剛石線鋸1的橫截面示意圖，圖Ib是具有絞合芯線的金剛石線鋸1的側面示意圖。金剛石線鋸由絞合芯線100、緩沖層110、Ni基層120和磨粒 130組成。其中絞合芯線100包括兩根金屬絲，磨粒為金剛石。在本發明的另一個實施例中，具有絞合芯線的金剛石線鋸2的芯線由三股鋼線互相絞合而成，每根單線直徑為120μπι，絞合時捻距為1.5mm。隨后包覆緩沖層，緩沖層優選金屬Cu，Cu材料平均厚度為25 μ m,最外層電鍍上磨料層，磨料層優選M基材料并鑲嵌金剛石顆粒，其中Ni材料平均厚度為8 μ m,金剛石磨粒平均粒度為10 μ m,金剛石磨粒占磨料層質量百分比為10%。圖加是具有絞合芯線的金剛石線鋸2的橫截面示意圖，圖2b是具有絞合芯線的金剛石線鋸2的側面示意圖。金剛石線鋸由芯線200、緩沖層210、Ni基層220和磨粒230 組成。其中絞合芯線200包括三根金屬絲，磨粒為金剛石。在本發明的另一個實施例中，具有絞合芯線的金剛石線鋸3的芯線由七股鋼線絞合而成，其中一根鋼線作為中心線，其余六根鋼線圍繞該中心線擰轉。每根單線直徑為 80 μ m,絞合時外圍六根鋼線的捻距為1. 5mm,緩沖層的Cu材料平均厚度為25 μ m,最外層磨料層的m材料平均厚度為8 μ m,金剛石磨粒平均粒度為10 μ m,金剛石磨粒占磨料層質量百分比為10%。圖3a是具有絞合芯線的金剛石線鋸3的橫截面示意圖，圖北是具有絞合芯線的金剛石線鋸3的側面示意圖。金剛石線鋸由芯線300、緩沖層310、Ni基層320和磨粒330 組成。其中絞合芯線300包括七根金屬絲，磨粒為金剛石。對上述實施例提到的具有絞合芯線的金剛石線鋸1、具有絞合芯線的金剛石線鋸 2、具有絞合芯線的金剛石線鋸3和普通金剛石線鋸0進行切割測試，普通金剛石線鋸為單根鋼線為芯線，芯線直徑335 μ m,無緩沖層，表面磨料層為M基鑲嵌金剛石顆粒，M材料平均厚度為8 μ m,金剛石磨粒平均粒度為10 μ m,金剛石磨粒占磨料層質量百分比為10 %。具有絞合芯線的金剛石線鋸1、金剛石線鋸2、金剛石線鋸3、和普通金剛石線鋸0的外徑約為 300-350 μ m,相差不大，其中普通金剛石線鋸0的外徑最粗，為350 μ m。測試條件為被切割材料為多晶硅方錠，往復式切割，線張力100N，每種線鋸均統計100次切割的數據。在相同的切割條件下，具有絞合芯線的金剛石線鋸1的斷線率為5%，金剛石線鋸2的斷線率為 2%，金剛石線鋸3的斷線率為1 %，而普通金剛石線鋸0的斷線率為17%。可以看出，具有絞合芯線的金剛石線鋸與普通單線芯線金剛石線鋸相比，斷線率有明顯降低，表明本發明可以大幅度改善金剛石線鋸的可靠性。本發明的另一方面還提出了一種制備具有絞合芯線的金剛石線鋸的方法，其特征在于，包括以下步驟通過絞線機將所述兩股以上的金屬絲絞合成所述絞合芯線；隨后通過電鍍方法在所述絞合芯線表面鍍上所述緩沖層；最后通過電鍍方法在所述緩沖層外鍍上所述磨料層。在本發明的一個實施例中，使用捻絲機，讓兩股或兩股以上鋼絲按一定方向旋轉卷繞，便可捻合出絞合芯線，捻絞過程中注意謹防鋼絲產生明顯的扭曲應力。在本發明的一個實施例中，電鍍緩沖層時，采用環保的無氰鍍銅方法，具體方法可是無氰常溫快速一步鍍銅，也可以是經過兩步法鍍銅，即先用焦磷鹽、檸檬酸鹽進行預鍍， 然后用硫酸鹽進行鍍銅。在本發明的一個實施例中，電鍍磨粒層時，采用氨基磺酸鎳鍍液，電流密度為 2-2. 5A/dm3，溫度為55-60°C，pH值為3. 5_4，可以獲得金剛石微粒含量為8-12%的優質復合鍍層。在本發明的另一個實施例中，采用瓦特型電鍍液，即采用含硫酸鎳、氯化鎳、硼酸的電鍍液，PH值為4. 3，同樣可獲得金剛石微粒含量為10%的優質復合鍍層。另外，根據本發明的一些實施例，在電鍍緩沖層之前可以對絞合芯線酸洗，以便清除所述絞合芯線表面的氧化層。由此，有利于提高緩沖層與絞合芯線之間的結合強度。所述酸洗之前還可以對絞合芯線表面去脂，通過含有堿性水溶液或有機溶劑去脂，以便清除所述絞合芯線表面的油脂。由此，可以進一步提高緩沖層與絞合芯線之間的結合強度。此外，在電鍍磨料層之后還可以對金剛石線鋸進行進行清洗，通過水溶液清除所述磨料層表面所殘余的電鍍液。由此，通過及時除去所制備的金剛石線鋸表面的電鍍液，有利于金剛石線鋸的運輸、使用等。需要說明的是，制備具有絞合芯線的金剛石線鋸的方法之中，并不對具體絞合工藝、電鍍工藝做出限定。因此本領域技術人員可基于此思想對上述制備方法進行等同的修改或變化以達到制備具有絞合芯線的金剛石線鋸的目的，這些均應包含在本發明的保護之內。在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種具有絞合芯線的金剛石線鋸，其特征在于，包括絞合芯線，所述絞合芯線包括至少兩股金屬絲，所述至少兩股金屬絲相互絞合；緩沖層，所述緩沖層緊密包覆所述絞合芯線；磨料層，所述磨料層包覆所述緩沖層，且所述磨料層中分散鑲嵌有金剛石磨粒。
2.如權利要求1所述的具有絞合芯線的金剛石線鋸，其特征在于，所述緩沖層為軟質銅層。
3.如權利要求2所述的具有絞合芯線的金剛石線鋸，其特征在于，所述軟質銅層的厚度為 1-50 μ m。
4.如權利要求1所述的具有絞合芯線的金剛石線鋸，其特征在于，所述磨料層包括鎳或鎳合金層，所述鎳或鎳合金層通過電鍍的方式形成在所述緩沖層上，所述金剛石磨粒分散鑲嵌在所述鎳或鎳合金層中。
5.如權利要求4所述的具有絞合芯線的金剛石線鋸，其特征在于，所述鎳或鎳合金層的厚度為5-20 μ m。
6.如權利要求1所述的具有絞合芯線的金剛石線鋸，其特征在于，所述絞合芯線的外徑為 50-500 μ m。
7.如權利要求1-6中任意一項所述的具有絞合芯線的金剛石線鋸，其特征在于所述金屬絲直徑為5-250 μ m。
8.如權利要求1-7中任意一項所述的具有絞合芯線的金剛石線鋸，其特征在于所述至少兩股金屬絲以規則絞合方式相互絞合。
9.如權利要求1-8中任意一項所述的具有絞合芯線的金剛石線鋸，其特征在于所述金屬絲為鋼絲。
10.一種制備具有絞合芯線的金剛石線鋸的方法，其特征在于，包括通過絞線機將所述兩股以上的金屬絲絞合成所述絞合芯線；隨后通過電鍍方法在所述絞合芯線表面鍍上所述緩沖層；最后通過電鍍方法在所述緩沖層外鍍上所述磨料層。
全文摘要
本發明提出一種具有絞合芯線的金剛石線鋸，包括多股金屬絲組成的絞合芯線、緩沖層以及帶有金剛石磨粒的磨料層。本發明提出的具有絞合芯線的金剛石線鋸具有可靠性好，切割速度快，不易斷裂，使用壽命長，易于回收利用等優點。
文檔編號B23D65/00GK102489781SQ201110362318
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者李園 申請人:李園