在鎳亞層之間具有氧化鎳界面的固定磨料鋸線的制作方法
【專利說明】
[0001] 說明書
技術領域
[0002] 本發明涉及可用于切割硬而脆的材料的固定磨料鋸線，其中該鋸線具有通過電解 置放的鎳層而附著于金屬基材線的磨料顆粒。
【背景技術】
[0003] 用于切割硬而脆的材料例如藍寶石、硅、石英、碳化硅、砷化鎵、磁性材料或其它昂 貴的材料的主要技術一直是使用內徑鋸條。在這樣的鋸中將待切割的物品引入旋轉的拉緊 的鋸條的中心孔中。用金剛石鎳復合材料涂覆該鋸條的內緣。該技術具有在鋸口損失（由 于切割寬度造成的材料損失）和生產率（因為它關注系列操作）方面的缺點。
[0004] 破壞性技術隨著多回路單一線鋸（通常以錯誤的名稱"多線鋸"已知）的發展而 涌現。在這樣的"多線鋸"中，在一組彼此平行布置的在回路中的兩個或更多個溝槽絞盤上 方引導非常細的鋼線，由此形成線網。可通過使用磨料漿料（通常為懸浮于粘性介質例如 聚乙二醇中的碳化硅，松散磨料鋸）或通過磨料附著到線本身（固定磨料鋸）來獲得鋸作 用。通過絞盤以往復模式或單一方向移動來驅動該線。多線鋸允許非常薄的鋸口（小于 150 μ m)和單個錠的平行加工（有時加工成單位載荷1000個以上的晶片），導致增加的生 產率和材料成本的大節省。
[0005] 雖然磨料漿料的使用現在廣泛用于將太陽能電池工業或半導體工業中使用的硅 晶片切片，但是它確實帶來漿料管理方面的一些相關缺點，導致增加的環境成本（必須以 受控的方式拋棄漿料）、工藝控制成本（由于漿料載有來自鋼線的硅和鐵，必須時常對其進 行更新）和消耗品成本（工藝中磨損的磨料和線）。
[0006] 其中將磨料固定于基材線的"固定磨料鋸線"的使用具有較小程度的這些缺點，僅 在于必須使用冷卻劑來沖走切掉的肩。該冷卻劑主要包含已經被切割的材料，該材料因此 可容易得到再循環。然而，對于線本身的要求更加嚴厲：
[0007] -磨料顆粒必須良好附著于基材線，因為當磨料在鋸作用中損失時該作用減小；
[0008] 一就尺寸、形狀、硬度和銳度而言，磨料顆粒的選擇是重要的；
[0009] 一該線不僅必須強得足以保持切割張力（通常約25N)而且在它進入工件中時必 須動態地良好運行比松散磨料鋸多約百倍。
[0010] 已經開發了將磨料顆粒附著于基材線的不同方法，其中最突出的方法是通過粘 結金屬或焊接金屬、通過樹脂、通過機械壓痕或通過納入電解金屬保持層中來將磨料附 著。盡管獲勝的技術還不清楚，但是后一種方法必定是良好的候選者。將磨料保持在提供 良好的磨料保持力以及良好的耐磨性的電解鎳涂層中。描述這種技術的相關專利申請為 US7704127、EP1886753 和 EP2277660。
[0011] 主要是人造金剛石用于磨料顆粒。為了非常好地保持金剛石顆粒，用半傳導 層（例如碳化鈦TiC、碳化硅SiC，參見US 7704127)或傳導層（鎳、鎳-磷Ni-p，參見 EP2277660)鍍覆該金剛石顆粒。這樣，還要用金屬層外涂覆該金剛石顆粒，由此將其進一步 保持在涂層中。
[0012] 然而在該金剛石顆粒可實際開始切割之前必須將該金剛石顆粒的具有鎳的這種 外涂層從金剛石顆粒移除。在該外涂層仍存在時開始鋸過程導致初始增加的鋸架。在將鎳 外涂層從金剛石顆粒的頂端移除之后，該顆粒可開始有效地切割。有時將這稱作："線的修 整（dress ing)"即線用于鋸的調整。
[0013] 建議了 "離線"制備用于服務的線的不同想法，例如引導該線通過"修整石"（JP 2006181701)或通過"逆電解"(JP 2011042561)。替代性地，建議了在鋸機器上的線的特定 的交叉穿線，使得在鋸之前該線"自修整"：參見JP 2011079073。然而，這些工序都不涉及 線的單獨處理、機器的適應，或者簡單地不起作用。
【發明內容】
[0014] 本發明的主要目的是改進現有的磨料鋸線。本發明主要關注使修整步驟更容易。 描述了改進的產品和制備該產品的方法。
[0015] 根據本發明的第一方面，請求保護了固定磨料鋸線。該發明產品涉及如權利要求 1所述的特征組合。在從屬權利要求中列出了本發明的優選實施方案的特定特征。
[0016] 在本發明的第一優選實施方案中，固定磨料鋸線包含金屬芯線和在電鍍鎳層中附 著于金屬芯線的磨料顆粒。該電鍍鎳層包含兩個或更多個堆疊的鎳亞層。在至少一對連續 的亞層之間存在含有氧化鎳的界面。替代性地但等價地闡述：該電鍍鎳層包含至少一個含 有氧化鎳的內界面層。
[0017] 可使用尺寸50 μπι直到300 μπι的圓形線作為金屬芯線。通常將以待切割的材料 的功能來選擇線直徑。例如對于將單晶硅切割成晶片，小尺寸直徑例如從80到150 ym是 有利的。對于切割藍寶石，150 μπι至250 μπι(例如175 μπι)的較大尺寸是優選的。對于錠 切割（例如切頭）使用甚至更大的直徑：大于250 μm，例如300 μπι。
[0018] 該芯線可由具有足夠拉伸強度的任何金屬制得。特別優選的是還展現相對高的導 電性的金屬，因為在涂覆過程中電解涂層電流通過該芯線（加上任何可能已經沉積的層）。 在這個方面特別優選的是具有至少0. 70wt%碳的普通碳鋼，因為它們結合良好的拉伸強度 (高于3000MPa)與相對良好的電導率（高于4. 106S/m)。隨著增加的碳含量，導電性降低， 同時強度增加。銅線盡管具有良好的導電性，但是幾乎不能實現高于1000 MPa的拉伸強度。 可非常好地抵抗熱的鎢線可被拉制成高拉伸強度但是則缺乏足夠高的導電性。
[0019] 實際的普通碳鋼組成不僅包含鐵和碳，而且包含許多其它合金和痕量元素，其中 一些對鋼在強度、延展性、可成形性、耐腐蝕性等方面的性質具有深遠影響。關于本申請，強 度是重要的，以下元素組成對于普通碳鋼芯線是優選的：
[0020] 一至少0. 70wt%碳，上限取決于形成該線的其它合金化元素（參見以下）
[0021] 一在0· 30至0· 70wt%之間的錳含量；
[0022] 一在0· 15至0· 30wt%之間的硅含量；
[0023] 一將元素例如錯、硫（低于0· 〇3wt% )、磷（低于0· 3〇wt% )、銅（低于0· 6〇wt% ) 的存在保持至最小值。
[0024] 一鋼的余量為鐵和其它元素
[0025] 對于高于共析組成（0· 80% wt C)的碳含量，鉻（0· 005至0· 30% wt)、釩（0· 005 至0· 30% wt)、鎳（0· 05-0. 30% wt)、鉬（0· 05-0. 25% wt)和硼痕量可減少晶界滲碳體的形 成，并且由此改進該線的可成形性。這樣的合金化使得0. 90至1. 20% wt的碳含量成為可 能，導致可為更高的拉伸強度，如鋼芯線水平的4000MPa。
[0026] 通常，以N/mm2表示的鋼芯線的拉伸強度"TS"必須高于：
[0027] TS 彡 4700 - 7. 4Xd
[0028] 其中"d"是以微米表示的芯線直徑。
[0029] 還可用合適的金屬涂層涂覆該金屬芯線，使其更適合其目的。例如可用由銅、銀、 鋅或鈷或這些金屬的任何合金制得的良好導電的涂層涂覆該線。當足夠厚（例如該線的總 直徑的2% )時，該涂層有助于降低金屬芯線的在線電阻率。參見WO 20122055712。還可用 銅、鋅或錫或其合金（例如黃銅或青銅）的金屬涂層涂覆該線以改進該線的可加工性。在 這個方面，發現用于松散磨料鋸線的涂覆有黃銅的普通碳鋼線是非常合適的。
[0030] 通過電鍍鎳層將磨料顆粒附著于該金屬芯線。除了氧化物的特意存在以外，該電 鍍鎳層還可包含痕量的其它元素例如硫、磷、硼、鈷、鐵、銅、鋅或可在形成期間污染該層的 其它元素（例如由它們在電解質中的存在所致）。
[0031] 該電鍍鎳層由彼此堆疊的至少兩個亞層累積。這是由于層生長的方式：在一個層 上面的另一個層。所述層在以下蝕刻后在金相橫截面中是可識別的：
[0032] ?首先用38ml 65 %硝酸（HNO3)、100mL冰醋酸（CH3COOH)和IOml蒸餾水的溶液 蝕刻約10秒；
[0033] ?然后于50ml 65%硝酸（HNO3)在50ml冰醋酸（CH3COOH)中的溶液中蝕刻另外5 秒。
[0034] 關于本發明的鋸線的特性現在在于，在至少一對連續的亞層之間存在含有氧化鎳 的界面。
[0035] 現有技術固定磨料鋸線具有在磨料顆粒之上固結的鎳層，并且在其間沒有氧化鎳 層。這意味著在磨料顆粒可用于鋸之前必須移除磨料顆粒之上的鎳層（鎳本身是非常硬和 耐磨的），即該線必須"修整"，這導致增加的處置和/或鋸效率的損失。
[0036] 發明人發現氧化鎳界面的存在給其帶來一些預料不到的優點。氧化鎳界面在鋸期 間充當優選的斷裂平面。因為由于它們的小的曲率半徑而在磨料顆粒之上接觸壓力是最高 的，所以由于氧化鎳界面層的存在，與現有的固定磨料鋸線相比鎳亞層更容易在那里磨損。 盡管顆粒間的電鍍鎳層的耐磨性也減小，但是總體上這不導致線的增加的磨損。事實上