环形线锯及其制作方法与流程

[0001]
本发明涉及切割技术领域，尤其涉及一种环形线锯及其制作方法。


背景技术：

[0002]
稀土永磁、硅材料、蓝宝石、陶瓷、石材等脆硬材料硬度高、脆性大，切割过程中容易蹦碎损坏，造成材料的损伤，降低成品率，因此这些材料很难采用普通的加工方法切割。传统的这些脆硬材料的切割通常采用金刚石内圆、外圆切割技术，及金刚石带锯。然而随着半导体行业的发展，单晶硅锭的直径越来越大，现已达到450毫米，多晶硅锭也有800毫米。目前主要采用带锯切割截断、切方，切割效率高，但切缝宽，切割表面不平整。另外，传统材料切割行业对于原材料有效利用率的关注也在日益提高。基于这些问题，金刚石线锯逐步产生，此技术是将金刚石通过树脂、电沉积、冲压等方式固结在钢丝表面而成为金刚石线锯。
[0003]
目前市场中金刚石线锯主要为开放式长线线锯，经过多年的发展，其技术稳定，成本低廉，但是切割效率相对较低，对于切割设备的要求高，需要精密控制的收线放线装置，从而造成能耗高，价格贵，提高了使用金刚石线锯切割的成本。金刚石环形线锯是一种更具性价比的金刚石线锯解决方案，其采用单向式切割，可以得到更高的线速度，切割表面平整度高，切割设备构造简易，能耗较低，未来将逐步对金刚石长线线锯进行替代。
[0004]
目前现有的环形金刚石线锯有两种方案，一种是传统钢绞线1x7的母线结构，单独一根钢丝线进行缠绕形成的环形基体，包括芯线和缠绕六圈的股线，由于该结构表面光滑，无法实现切屑的有效带出，并且制作工艺复杂，生产效率较低；另一种是申请人相对于传统方案所做出的非绞合式改进结构，以简化制作工艺并延长使用寿命，其母线包括由单根芯线缠绕至少两圈形成的芯线层和由单根股线稀疏缠绕于芯线层上的股线层，然后在环形基体表面固结磨料颗粒，但是由于股线表面也固结有磨料颗粒，带出切屑效果有限，无法最大限度地提高切割效率和环形线锯的使用寿命。
[0005]
综上所述，现有的金刚石环形线锯在切割过程中仍然存在排屑能力不足，无法有效带出切屑，切屑与脱落的磨料颗粒在线锯表面与工件的切缝处附着，从而直接影响切割作业的效率及金刚石环形线锯的使用寿命的问题。


技术实现要素：

[0006]
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种环形线锯及其制作方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
[0007]
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：作为本发明的一个方面，提供了一种环形线锯的制作方法，包括：将单根导电芯线沿一环线方向以非绞合方式缠绕至少两圈并首尾相接，形成环状结构的芯线层；将单根绝缘股线按预定间隔地稀疏缠绕于所述芯线层，形成螺旋结构的股线层；通过电沉积方式将含磨料颗粒的磨料层固结于所述芯线层未被股线层缠绕的表面；移除所述股线层以使所述磨料
层在所述芯线层的表面形成螺旋盘绕的沟槽。
[0008]
作为本发明的另一方面，提供了一种由上述制作方法制成的环形线锯，包括：芯线层，是由单根导电芯线沿一环线方向以非绞合方式缠绕至少两圈并首尾相接而形成的环状结构；含磨料颗粒的磨料层，形成于所述芯线层的表面，所述磨料层具有在所述芯线层表面螺旋盘绕的沟槽。
[0009]
从上述技术方案可以看出，本发明的环形线锯及其制作方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：（1）本发明的芯线层采用单根导电芯线以非绞合方式多圈缠绕的结构，起到了承受外部载荷的作用，而螺旋结构的股线层则是作为牺牲层，芯线层未被股线层缠绕的区域会通过电沉积形成有磨料层，而因绝缘而裸露的股线层容易在后续通过拉扯或熔融等方式移除，使得磨料层在芯线层的表面形成螺旋盘绕的沟槽以导出切屑，由此所得磨料层在提供切割所需的硬度和粗糙度的同时，还起到了对芯线层的束缚作用，以及促进加工液流入和切屑导出的作用，从而在提高切割效率的同时也延长了环形线锯的使用寿命。
[0010]
（2）本发明提供的制作方法由于芯线层采用单根芯线沿环线方向进行缠绕，这种缠绕方式简单，而股线层则是采用单根股线稀疏缠绕，缠绕捻距的选择也较为灵活，同时稀疏缠绕的方式也便于股线移除，相对于现有在芯线上紧密缠绕股线的方式，本发明的制作工艺更为简单，制作效率更高，可实现机械化生产。
[0011]
（3）利用本发明的制作方法而制成的环形线锯结构简单，应用时能够快速地排出切屑和脱落的磨料颗粒，可以延长环形线锯的使用寿命。
附图说明
[0012]
图1是本发明实施例的导电芯线缠绕两圈的结构示意图；图2是本发明实施例的环形母线的正面结构示意图；图3是本发明实施例的环形母线的侧面结构示意图；图4是本发明实施例的通过电沉积方式在环形母线表面形成磨料层的结构示意图；图5是本发明实施例的移除股线层后所得环形线锯的结构示意图。
[0013]
上述附图中，附图标记含义具体如下：100环形母线；
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110芯线层；
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120股线层；200磨料层；
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210磨料颗粒； 220金属涂覆层；230沟槽。
具体实施方式
[0014]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0015]
传统1*7钢绞线结构的环形线锯，由于一根芯线外紧密缠绕多根股线，这种母线结构的光滑表面无法实现切屑的有效带出，从而影响切割效率以及环形线锯的使用寿命。然而在实现本发明的过程中，发现基于单根芯线多圈缠绕的芯线层，此时若将常规钢丝股线替换成绝缘股线稀疏地缠绕于芯线层，可起到捆扎芯线的作用，制成环形母线；在后续通过电沉积方式在环形母线的表面固结磨料颗粒后，镀层同时也起到对母线的束缚作用，最后
移除绝缘股线而在芯线层表面留下一道沟槽，可用于加工液流入和导出切屑和脱落的磨料颗粒，可以有效提高切割效率和环形线锯的使用寿命。
[0016]
根据本发明的一些实施例，提供了一种环形线锯的制作方法，如图1至图5所示，本发明的制作方法包括以下步骤a~步骤d。
[0017]
在步骤a中，将单根导电芯线沿一环线方向以非绞合方式缠绕至少两圈并首尾相接，形成环状结构的芯线层110。
[0018]
为了便于说明芯线层110的缠绕结构，以单根导电芯线缠绕两圈作为示例，图1是本发明实施例的导电芯线缠绕两圈的结构示意图，可以看出在同一截面内具有相串联的两根导电芯线，应当理解图中所示导电芯线之间的缠绕间隙仅是为了清楚示意单根导电芯线的缠绕结构，实际缠绕所形成的芯线层中位于一截面内的多根串联导电芯线之间实际是紧密贴合的，由此是沿着一环线方向进行缠绕，从而在整体上提供较高的抗拉强度，延长使用寿命。
[0019]
单根导电芯线还可以缠绕圈数大于两圈形成环状结构，随着单根芯线缠绕圈数的增加，芯线层的抗拉强度也随之提高，然而若缠绕圈数过多则会导致芯线层过厚，从而在切割例如半导体材料时增加了切缝宽度，不利于切割表面平整，因此芯线层中单根芯线的的缠绕圈数优选为3~50圈，例如为3、4、5、6、7、8、10等圈数。单根芯线在缠绕多圈后首尾相接，应当理解，首尾相接的方式可以采用例如焊接、粘结等多种方式。
[0020]
导电芯线可采用现有常用的金属细丝如碳素钢、合金钢或不锈钢等，具体根据实际切割需求来进行选择。导电芯线的直径为0.02 mm ~3mm，容易理解，若直径过细则难以保证环形线锯的刚度或抗拉强度，若过粗则会导致难以缠绕，或者导致切割缝过宽。本步骤中根据所需环状结构的大小和缠绕圈数来选择合适长度的导电芯线，并无特殊限制。
[0021]
在步骤b中，将单根绝缘股线按预定间隔地稀疏缠绕于芯线层110，形成螺旋结构的股线层120。
[0022]
单根绝缘股线沿预定间隔进行缠绕时，该预定间隔指的是在芯线层110上相邻的两绝缘股线之间的间隔。在一些实施例中，股线层120优选是由单根绝缘股线等捻距地缠绕于芯线层110并首尾相接而成，这种等捻距的缠绕方式可以降低断裂强度分布不均的可能性，提高了环形线锯的可靠性。在一些实施例中，绝缘股线的缠绕捻距优选为绝缘股线的横截面尺寸的2~10倍，更优选为3~8倍。捻距的选择根据导电芯线缠绕的圈数具有一定的相关性，特定的捻距可以确保后续沉积磨料层后，磨料层对芯线层110起到良好的束缚作用。
[0023]
在一些实施例中，单根绝缘股线沿环线方向的缠绕圈数为至少一圈并首尾相接，并无特殊限制，只要能够在芯线层上的相邻绝缘股线之间形成预定间隔，从而实现稀疏缠绕即可，需要说明的是，此时是以芯线层为轴，在芯线层上选取一点开始将绝缘股线以螺旋方式开始缠绕，直至再次缠绕至该点时记为一圈。根据芯线层110截面大小、周长，以及所需的缠绕捻距来选择合适长度的绝缘股线，并无特殊限制。
[0024]
绝缘股线首尾相接的结构虽然在图中没有示出，但与导电芯线首尾相接的方式类似，可以采用绞合的方式，以及焊接、粘结等其他方式，在此不作赘述。作为优选，绝缘股线的接头和导电芯线的接头不位于同一位置，确保电沉积的磨料层可以覆盖导电芯线的接头部位，提高环形线锯的强度和可靠性。
[0025]
绝缘股线采用绝缘非金属的高分子材料，例如尼龙、pvc或pe等。绝缘股线的横截
面包括但不限于圆形、椭圆形、矩形、方形、三角形等。绝缘股线的横截面尺寸为0.05 mm ~10mm，更优选为0.1 mm ~8mm，若绝缘股线的横截面尺寸过小则难以确保后续移除绝缘股线后所保留的沟槽的宽度和深度，导致难以起到有效导出切屑或脱落的磨料颗粒的作用；若横截面尺寸过大，则一方面导致绝缘股线本身难以对芯线层起到良好束缚作用，另一方面在移除绝缘股线之后的磨料层由于占比较小也难以对芯线层起到良好束缚作用。
[0026]
前述“横截面尺寸”一般是指横截面的最大径长，举例而言，若绝缘股线横截面为圆形，则横截面最大径长为直径，若绝缘股线的横截面为椭圆形，则横截面最大径长为椭圆长轴，若绝缘股线的横截面为矩形、方形，则横截面最大径长为对角线，若绝缘股线的横截面为三角形，则横截面最大径为最大边长。
[0027]
由芯线层110和股线层120形成的环形母线100结构如图2和图3所示，图2是本发明实施例的环形母线的正面结构示意图；图3是本发明实施例的环形母线的侧面结构示意图；可以看出图中所示环形母线100的芯线层110的一截面具有相串联的七根导电芯线，也即是由单根导电芯线缠绕七圈所形成，而股线层120则是缠绕于芯线层110的表面，使得芯线层110相贴合形成稳定的环状结构。环形母线100的直径为0.2 mm~12 mm，优选为0.5 mm~10 mm。
[0028]
在步骤c中，通过电沉积方式将含磨料颗粒210的磨料层200形成于芯线层110的未被股线层120缠绕的表面。
[0029]
图4是本发明实施例的通过电沉积方式在环形母线表面形成磨料层的结构示意图，如图4所示，由于是采用电沉积方式，股线层120因绝缘而未在表面形成磨料层，未被股线层120缠绕的芯线层110表面则形成有磨料层200，并且电沉积的方式使得磨料颗粒210可以在磨料层200中较为均匀地分布。由此股线层120裸露而容易在后续步骤中移除。
[0030]
可以理解，图4所示磨料层200中的磨料颗粒的形状及分布仅是示意，实际上，有些磨料颗粒是分布于磨料层200的表面，有些磨料颗粒则是分布于磨料层200中。在一些实施例中，磨料颗粒210为超硬耐磨材料，可以采用本领域中常用的超硬耐磨材料，例如金刚石、立方氮化硼和b6o中的一种或任意两种以上的组合。在一些实施例中，磨料层200除了含磨料颗粒210外，还包括用于固结磨料颗粒的金属涂覆层220，金属涂覆层220包括金、银、镍、锌、铅、铜、锡、钛、钽、铬或锆中的一种或两种以上的组合。
[0031]
在一些实施例中，磨料颗粒210的粒径为10μm~1000μm，金属涂覆层220的厚度为10μm~5000μm，优选为50μm ~4000μm，需要说明的是，金属涂覆层220的厚度一般应当小于绝缘股线的横截面尺寸，以使绝缘股线裸露而容易移除，然而若金属涂覆层220的厚度过小，则会导致后续移除绝缘股线后所保留的沟槽的宽度和深度，难以起到有效导出切屑或脱落的磨料颗粒的作用。
[0032]
在步骤d中，移除股线层120，以使磨料层200在芯线层110的表面形成螺旋盘绕的沟槽230。
[0033]
在一些实施例中，移除股线层120的方式包括将股线层120直接扯离或者使股线层120熔融脱离，但并不以此为限，只要能在不破坏磨料层200和芯线层110的结构基础上将股线层120移除即可。
[0034]
图5是本发明实施例的移除股线层后所得环形线锯的结构示意图，可见，保留的沟槽230和磨料层200均呈螺旋形，该沟槽230作为容屑槽，可在环形线锯切削过程中，促进加
工液流入和切屑、脱落磨料颗粒的导出，大幅提高切割效率，延长环形线锯的使用寿命。
[0035]
根据本发明的实施例，还提供了一种利用如上所述的制作方法制成的环形线锯，如图5所示，该环形线锯包括：芯线层110，是由单根导电芯线沿一环线方向以非绞合方式缠绕至少两圈并首尾相接而形成的环状结构；含磨料颗粒210的磨料层200，形成于芯线层110的表面，磨料层200具有在芯线层110表面螺旋盘绕的沟槽230。
[0036]
至此，已经结合附图对本发明实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
[0037]
综上所述，本发明提供一种环形线锯及其制作方法，基于非绞合结构的环形母线结构，选择绝缘股线替换常规钢丝股线，在固结磨料颗粒后通过移除股线而形成用于导出切屑的沟槽结构，相对于现有环形线锯，切屑或脱落磨料颗粒的导出效果得以显著提升，从而提高了环形线锯的切割效率，并延长了环形线锯的使用寿命。
[0038]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。