锯线的制作方法

专利名称：锯线的制作方法
技术领域：
本发明涉及适合于半导体材料等的切割的锯线(saw wire)。
背景技术：
在Si单晶、Si多晶、蓝宝石、SiC单晶等的切割中使用锯线。作为锯线，已知有自由磨粒锯线及固定磨粒锯线。固定磨粒锯线与自由磨粒锯线相比，存在以下优点能够以高速切割、能够减小切口损失(kerf loss)、不易引起环境污染等。作为固定磨粒锯线，有金刚石磨粒在锯线用钢线上经Ni电沉积而构成的锯线(Ni电沉积锯线)、金刚石磨粒通过树脂固定在锯线用钢线上而构 成的锯线(树脂固定型锯线)、金刚石磨粒通过硬钎料或软钎料固定在锯线用钢线上而构成的锯线等。例如，专利文献4中记载了使用Sn-Ag-Cu系软钎料将镀Cu金刚石磨粒固定在Inconel718线上而得到的金刚石被覆线。在Ni电沉积锯线的制造中需要巨大的成本。在树脂固定型锯线的情况下，由于树脂的固着金刚石磨粒的力不充分，所以得不到充分的切割性能。此外，在金刚石磨粒通过硬钎料或软钎料固定在锯线用钢线上而构成的固定磨粒锯线的情况下，也由于固着金刚石磨粒的力不充分，所以得不到充分的切割性能。这里，作为切割性能重要的事项是切割速度的快慢、切口损失(k e r f IO s s )的多少、晶片的翘曲的多少等。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特公平4-4105号公报专利文献2 日本特开平7-227766号公报专利文献3 日本特开2006-7387号公报专利文献4 :日本专利第4008660号公报专利文献5 :日本特开2010-201602号公报专利文献6 :日本特开平5-200667号公报专利文献7 :日本特开2002-256391号公报

发明内容
发明所要解决的问题本发明的目的在于提供能够提高切割性能的锯线。用于解决问题的手段为了提高固定磨粒锯线的切割性能，使用高强度的高张力钢线、并在该高张力钢线上牢固地固着磨粒很重要。本申请发明人们进行了深入研究，结果明确，为了将磨粒牢固地固着在细的高张力钢线上，将熔点比较低的材料用于固着部很重要。与此相对，若使用熔点高的材料，例如若使用高熔点的硬钎料进行硬钎焊，则已经通过加工而高强度化的高张力钢线例如钢帘线等在硬钎焊时发生软化。此外，当将Ni合金等高熔点硬钎料通过电镀来粘附时，为了固着直径为数十U m的磨粒，必须形成至少10 y m以上的厚度的镀覆层，成为需要长时间的工序，成本增高。此外，将熔点比较低的材料用于固着部的同时，使高张力钢线与固着部的接合力、固着部自身的强度、固着部与磨粒的接合力也提高很重要。并且，本发明人们基于这些见解进一步进行了深入研究，结果发现，在固着部中使用规定的材料，在固着部与磨粒之间设置金属间化合物，由此能够提高锯线的切割性能。通过金属间化合物能够进一步提高磨粒的固着力，能够抑制切割中的磨粒的剥离。
并且，本发明的主旨如下所述。(I) 一种锯线，其特征在于，其具有具备钢线材的钢线、通过固着部固着在上述钢线上的磨粒、及形成于上述磨粒与上述固着部的界面的金属间化合物，上述钢线材以质量％计含有C :0. 8% I. 2%、Si :0. 02% 2. 0%、Mn :0. 1% I. 0%、Cr :0. 5% 以下、P :0. 015% 以下、S :0. 015% 以下、以及N :0. 01% 以下，剩余部分包含Fe及不可避免的杂质，上述钢线材的抗拉强度为3500MPa以上，上述固着部包含含Zn或Ag的Sn系软钎料。( 2 )根据(I)所述的锯线，其特征在于，上述钢线材以质量％计进一步含有选自由下述元素组成的组中的至少一种元素Ni :1.0% 以下、Cu :0. 5% 以下、Mo :0. 5% 以下、V :0. 5% 以下、以及B :0. 0050% 以下。( 3 )根据(I)或(2 )所述的锯线，其特征在于，上述钢线具有形成于上述钢线材的表面、且含有Zn或Cu中的至少一者的镀覆层。( 4 )根据(3 )所述的锯线，其特征在于，上述镀覆层陷入到上述钢线材中。( 5 )根据(4 )所述的锯线，其特征在于，上述镀覆层向上述钢线材中的陷入深度为0. 5 ii m 5 ii m。(6)根据(I) (5)中任一项所述的锯线，其特征在于，具有形成于上述磨粒的表面、且包含Ni或Cu的层的被覆层。(7 )根据(6 )所述的锯线，其特征在于，
上述被覆层包含相比上述Ni或Cu的层设置于上述磨粒侧的Ti或Cr的基底层。(8 )根据(I) (7 )所述的锯线，其特征在于，具有形成于上述磨粒的表面、且包含Ni的层的被覆层，上述Sn系软钎料是包含0. 5质量％ 5. 0质量％的Ag的Sn-Ag系软钎料，上述金属间化合物含有Sn。( 9 )根据(8 )所述的锯线，其特征在于，上述Sn-Ag系软钎料包含分散在该Sn-Ag系软钎料的母材中的具有I y m 2 y m的厚度的板状或直径为I U m 2 ii m的绳状的至少一种的Ag3Sn系金属间化合物。、(10)根据(8)或(9)所述的锯线，其特征在于，上述Sn-Ag系软钎料进一步含有Fe :0. 01质量％ 0. 5质量％或附0. 01质量％ 0. 5质量％中的至少一者。(11)根据(8) (10)中任一项所述的锯线，其特征在于，上述金属间化合物进一步含有Ni。(12)根据(11)所述的锯线，其特征在于，上述金属间化合物的组成以Ni3Sn4、Ni3Sn2 或 Sn(1_x_y)NixCuy (0. I ^ x ^ 0. 7、0. 01 ^ y ^ 0. 5)表示。(13 )根据(I) (7 )所述的锯线，其特征在于，上述Sn系软钎料是包含Zn的Sn-Zn系软钎料，上述金属间化合物含有Sn或Zn中的至少一者。(14)根据(13)所述的锯线，其特征在于，上述Sn-Zn系软钎料中的Zn的含量为I质量％ 35质量％。(15)根据(13)或(14)所述的锯线，其特征在于，上述Sn-Zn系软钎料的组成以Sn-Zn-X表示，X 为选自 Bi、Ni、Cu、Fe、Sb、Pb、In 及 Ag 中的至少一种，上述X的含量为0. 5质量％ 5质量％。(16)根据(13) (15)中任一项所述的锯线，其特征在于，上述金属间化合物包含选自由Ni-Sn系金属间化合物、Ni-Zn系金属间化合物、Ni-Sn-Zn系金属间化合物、Cu-Sn系金属间化合物、Cu-Sn-Zn系金属间化合物、及Cu-Zn系金属间化合物组成的组中的至少一种。(17)根据(13) (16)中任一项所述的锯线，其特征在于，上述Sn-Zn系软钎料包含分散在该Sn-Zn系软钎料的母材中的板状或针状的Zn析出物。、发明的效果根据本发明，能够简便且廉价地提高磨粒的保持力，提高切割性能。


图IA是表示本发明的实施方式所述的锯线的剖视图。图IB是图IA中的区域Rl的放大图。图IC是图IA中的区域R2的放大图。
图ID是表示本发明的实施方式所述的锯线的其它剖视图。图2A是表示实施例I中得到的锯线的剖视图。图2B是图2A中的区域Rl的放大图。图2C是图2A中的区域R2的放大图。图3A是表示实施例5中得到的锯线的剖视图。图3B是图2A中的区域Rl的放大图。图3C是图2A中的区域R2的放大图。
具体实施例方式以下，参照所附的附图对本发明的实施方式进行详细地说明。另外，实施方式是为 了更好地理解本发明所述的锯线的主旨而用于详细说明的，本发明并不限定于实施方式。图IA是表示本发明的实施方式所述的锯线的剖视图，表示与锯线的拉丝方向(长度方向)平行的剖面。图IB是图IA中的区域Rl的放大图，图IC是图IA中的区域R2的放大图。图ID是表示本发明的实施方式所述的锯线的剖视图，表示与锯线的拉丝方向(长度方向)正交的剖面。本发明的实施方式所述的锯线10中包含钢线11、钢线11上通过固着部12而固着的磨粒13。钢线11中包含钢线材Ila和形成于其表面的镀覆层lib。固着部12由含Ag的Sn系的软钎料或含Zn的Sn系的软钎料构成，该软钎料中包含软钎料母材12a和分散于其内部的分散物12b。磨粒13被例如被覆层14及金属间化合物层15覆盖，被覆层14及金属间化合物层15也被固着部12覆盖。〈钢线11>这里，对钢线11进行说明。钢线11的抗拉强度为3500MPa以上。当使用多线锯等切割装置，一次性切出多个薄的晶片时，使切出的晶片不产生翘曲很重要。锯线的张力与晶片的翘曲的发生有很大关系。即，当不施加充分的张力进行切割时，由于锯线的弯曲变大，所以晶片的切割面的平坦度降低，容易产生翘曲。因此，在切割时施加高张力很重要，但当锯线的抗拉强度低时，变得容易产生断线。因此，本实施方式中，将钢线11的抗拉强度设定为3500MPa以上。这样的钢线11从价格的方面出发也优选。另外，根据锯线10所要求的强度，钢线11的抗拉强度优选为3800MPa以上，更优选为4000MPa以上，更进一步优选为4500MPa以上。钢线11的钢线材Ila以质量％计含有C :0. 8% I. 2%、Si :0. 02% 2. 0%、Mn 0. 1% I. 0%、Cr :0. 5%以下、P :0. 015%以下、S :0. 015%以下及N :0. 01%以下，剩余部分包含Fe及不可避免的杂质。[碳(C):0. 8% I 2%]C是为了得到充分的抗拉强度所必须的元素。然而，若C的含量低于0.8%，则难以得到3500MPa以上的抗拉强度。另一方面，若C的含量超过I. 2%，则初析渗碳体在奥氏体晶界中析出而拉丝加工性劣化。因此，C的含量设定为0. 8% I. 2%。[硅(Si) :0. 02% 2. 0%]Si是为了使铁素体强化而提高抗拉强度、以及钢的脱氧所必须的元素。然而，若Si的含量低于0. 02%，则上述的效果不充分。此外，若Si的含量超过2. 0%，则产生使拉丝加工性劣化的硬质的SiO2系夹杂物。因此，Si的含量设定为0. 02% 2. 0%。[Mn (锰):0. 1% I. 0%]Mn是为了脱氧及脱硫而必要，并且是为了提高淬透性而提高抗拉强度所必须的元素。然而，若Mn的含量低于0. 1%，则上述的效果不充分。此外，若Mn的含量超过I. 0%，则上述的效果饱和。因此，Mn的含量设定为0. 1% I. 0%。[铬(Cr):0. 5% 以下]Cr是有助于珠光体中的渗碳体间隔(层状间隔)的微细化的有用的元素，对于强度的提高是有效的。为了得到该效果，Cr的含量优选为0. 01%以上，更优选为0. 03%以上，更进一步优选为0. 05%以上。另一方面，若Cr的含量超过0. 5%，则热处理(铅淬火处理)时的珠光体相变结束时间延长，生产率降低。因此，Cr的含量设定为0.5%以下。这里，所谓 铅淬火处理是在将一次拉丝加工材料加热保持而将组织奥氏体化后，为了恒温相变为珠光体，迅速地在珠光体相变温度下进行冷却保持的热处理。[磷(P):0. 015% 以下]P使拉丝加工性及延性降低。因此，P的含量设定为0.015%以下。[硫(S):0.015% 以下]S使拉丝加工性及延性降低。因此，S的含量设定为0. 015%以下。[氮(N):0.01% 以下]N使延性降低。因此，N的含量设定为0.01%以下。另外，钢线11含有以下所示的各元素内的I种或2种以上作为选择性元素，从能够进一步提高机械特性等的方面出发更优选。[镍(Ni):1.0% 以下]Ni具有使通过热处理时的相变而生成的珠光体的拉丝加工性变得良好的作用。然而，即使Ni的含量超过1.0%，也得不到与其含量相符的效果。因此，从成本等的观点出发，Ni的含量优选为I. 0%以下。此外，Ni的含量低于0. 05%时，得不到上述的效果。因此，Ni的含量优选为0. 05%以上。[铜(Cu):0. 5% 以下]Cu是通过析出硬化有助于强度的提高的元素。然而，即使Cu的含量超过0. 5%，也得不到与其含量相符的效果。因此，Cu的含量优选为0. 5%以下。此外，Cu的含量低于0. 01%时，无法充分地得到上述的效果。因此，Cu的含量优选为0. 01%以上。[钥(Mo):0. 5% 以下]Mo具有提高抗拉强度的效果。然而，若Mo的含量超过0. 5%，则热处理时的珠光体相变延迟而处理时间延长，生产率降低。此外，得不到与其含量相符的效果。因此，Mo的含量优选为0. 5%以下。此外，Mo的含量低于0. 05%时，无法充分地得到上述的效果。因此，Mo的含量优选为0. 05%以上。[钒(V):0. 5% 以下]V具有提高抗拉强度的效果。然而，即使V的含量超过0. 5%，也得不到与其含量相符的效果。因此，V的含量优选为0.5%以下。此外，V的含量低于0.05%时，无法充分地得到上述的效果。因此，V的含量优选为0. 05%以上。[硼(B):0.0050% 以下]
B具有抑制热处理时的铁素体的生成的效果，是对于强度的提高有效的元素。然而，若B的含量超过0. 0050%，则拉丝加工性降低。因此，B的含量优选为0. 0050%以下。此外，B的含量低于0. 0001%时，无法充分地得到上述的效果。因此，B的含量优选为0. 0001%以上。钢线11的镀覆层Ilb例如为铜(Cu)、黄铜(Cu-Zn合金)或Zn的镀覆层。镀覆层Ilb使固着部12的软钎料的润湿性提高。镀覆层Ilb的厚度优选为I y m以下。此外，镀覆层Ilb局部地陷入钢线材Ila中。该陷入部Ilc根据形成镀覆层Ilb之前的钢线11的酸洗处理的时间、及湿式拉丝中使用的模具的主偏角等拉丝加工条件而变化。酸洗处理的时间越长，则存在腐蚀坑越深，与其对应地陷入部Ilc也变深的倾向。此外，湿式拉丝中使用的模具的主偏角越大，则由于钢线11的表面向周向弯曲的倾向变强，所以存在陷入部Ilc变深的倾向。另外，若陷入部Ilc变深，则有时在其中产生折入(龟裂)，其成为破坏的起点，镀覆层Ilb变得容易剥离，有时钢线11与固着部12的接合强度降低。此外，深的陷入部Ilc有 时也使钢线11的断裂强度降低。若考虑到这些因素，陷入部Ilc的深度优选为5 u m以下。此外，Cu、黄铜或Zn的镀覆层Ilb在湿式拉丝中其自身呈现润滑能力。但是，当陷入部Ilc的深度为0.5 iim以下、非常浅时，有时在湿式拉丝中镀覆层Ilb在周向上部分地间断。并且，这种情况下，在未形成镀覆层Ilb的部分，有时难以得到钢线11与固着部12之间的充分的接合强度。此外，镀覆层11的间断在拉丝中的放热量的增加的情况下，有时也显示钢线11的特性劣化。若考虑到这些因素，陷入部Ilc的深度优选为0. 5 以上。因此，陷入部Ilc的深度优选为0. 5 ii m至5 ii m,更优选为I ii m至2 ii m左右。抗拉强度为3500MPa以上的钢线11例如可以通过以下所示那样的方法来制造。首先，制作具有上述的化学成分的钢坯，对该钢坯进行热轧而得到线材。接着，对线材进行中间拉丝及中间热处理(铅淬火处理)，调整至规定的线径。然后，进行最终热处理(铅淬火处理)。关于最终热处理的条件，优选奥氏体化温度达到950°C 1100°C、珠光体相变温度达到550°C 600°C。在最终热处理后，对通过最终热处理得到的最终热处理材料进行酸洗及镀覆处理。镀覆的种类没有特别限定。例如进行Cu、黄铜或Zn的镀覆。也可以进行Cu-Sn、Ni、Ni-Sn等的镀覆。通过酸洗，在线材的表面产生微细的缺陷，通过镀覆处理而形成的镀覆层陷入到该缺陷中。在镀覆处理之后，通过湿式拉丝进行拉丝加工，精加工成包含钢原料Ila及镀覆层Ilb的规定的线径的钢线11。通过拉丝加工，在钢原料Ila及镀覆层Ilb之间存在牢固的金属键。另外，镀覆处理中形成的镀覆层的厚度优选设定为Ium以下。这是由于，为了得到与固着部12的牢固的键合，在锯线的制造过程中，优选在固着部12与钢线11的镀覆层
IIb的界面形成厚度薄且均匀的金属间化合物层，有效地得到该金属间化合物层。该金属间化合物层表示固着部12与镀覆层Ilb的化学键的存在，但由于通常金属间化合物具有较脆的性质，所以若金属间化合物层过厚，则容易在金属间化合物层中产生裂纹。因此，金属间化合物层的厚度优选薄且均匀。钢线11的线径直接影响到切口损失(kerf loss)。特别是近年来晶片的厚度为数百U m、非常薄，切口的比例变大。因此，切口损失的降低从成本的削减及生产率的提高的观点出发也是重要的。因此，钢线11的线径(直径)优选为120pm以下。另外，如前所述，当想要减小线径、降低切口损失时，若不在充分维持张力的条件下进行切割，则锯线的弯曲变大，晶片的翘曲变大。此外，正因为减小线径，从而容易断线。因此，当减小钢线11的线径来谋求切口损失的降低时，为了抑制晶片的翘曲及断线，钢线11的抗拉强度非常重要。本实施方式中，由于钢线11的抗拉强度为3500MPa以上，所以能够抑制晶片的翘曲及断线。〈固着部12>接着，对固着部12进行说明。如上所述，固着部12包含例如含Ag的Sn系的软钎料或含Zn的Sn系的软钎料，该软钎料中包含软钎料母材12a及分散在软钎料母材12a中的分散物12b。含Ag的Sn系的软钎料及含Zn的Sn系的软钎料的熔点低，即使进行该软钎料发生熔融的程度的加热，钢线11也不会软化。即，该固着部12的熔点比钢线11发生软化的温度低。固着部12将磨粒13固着到钢线11上。因此，用于固着部12的软钎料的强度优选较高。因此，本实施方式中，为了得到较高的强度，使用在软钎料母材12a中分散有分散物12b的固着部12。 [含Ag的Sn系的软钎料(Sn-Ag系软钎料)]这里，对Sn-Ag系软钎料进行说明。Sn-Ag系软钎料通常作为无铅软钎料，通过添加物的种类和量来形成各种金属间化合物。并且，各种金属间化合物相当于分散物12b。这些金属间化合物的熔点比软钎料母材12a的熔点高。作为形成于Sn-Ag系软钎料中的金属间化合物，代表性的是Ni-Sn系金属间化合物、Sn-Cu系金属间化合物、Sn-Ag系金属间化合物，有时也形成其它金属间化合物。作为添加物，可列举出As、Ba、Co、Cd、Fe、Ni、Pt等。此外，作为金属间化合物的形状，可列举出岛状、粒状、板状、针状、绳状、块状。Sn-Ag系软钎料的组成没有特别限定，Ag的含量优选为0. 5质量％ 5. 0质量％。若Ag的含量低于0. 5质量％，则有时无法充分地形成有助于强度的提高的含Sn的金属间化合物。另一方面，若Ag的含量超过5. 0质量％，则有时因含Sn的金属间化合物的粗大化而导致强度降低，或者熔点变得过高。作为分散物12b,特别优选Sn-Ag系金属间化合物(Ag3Sn)。此外,优选具有I ii m 2iim左右的厚度的板状、或直径为Iym 2iim左右的绳状的Sn-Ag系金属间化合物(Ag3Sn)分散、或形成网络。即，优选通过Sn-Ag系金属间化合物彼此连接而成的组织来强化Sn-Ag系软钎料。并且，当作为分散物12b使用Sn-Ag系金属间化合物时,也优选Sn-Ag系软钎料的Ag的含量为0. 5质量％ 5. 0质量％。Ag的含量低于0. 5质量％时，有时无法形成用于维持强度的充分的Ag3Sn。此外，Ag的含量超过5. 0质量％时，来自共晶组成(Sn :Ag=96. 5 3. 5)的偏差变大，有时因Ag3Sn的粗大化而导致强度降低，或者熔点变得过高。此夕卜，包含必要以上的昂贵的Ag从经济性的观点出发也不优选。进一步优选Ag的含量为1.0质量％ 4. 5质量％，在该范围内时，基本不形成块状的粗大化的金属间化合物，能够得到更高的强度。如前所述，通过Sn及Ag以外的添加元素的种类及量，各种金属间化合物作为分散物12b分散在软钎料母材12a中而形成。作为包含0. 5质量％ 5. 0质量％的Ag的Sn系软钎料的添加物，可列举出As、Ba、Co、Cd、Fe、Ni、Pt等。这些当中，优选含有0. 01质量％ 0. 5质量％的Fe和/或0. 01质量％ 0. 5质量％的Ni。Fe及Ni在Sn中少量固溶，固溶的Fe及Ni使软钎料母材12a的强度提高。即，通过固溶强化使得固着部12的强度提高。但是，当Fe的含量低于0. 01质量％时，难以充分地得到该效果。此外，当Ni的含量低于0.01质量％时，也难以充分地得到该效果。另一方面，当Fe的含量超过0. 5质量％时，有时作为金属间化合物的FeSn2等凝集粗大化，成为破坏的起点，强度的降低加剧。此外，当Ni的含量超过0.5质量％时，有时作为金属间化合物的Ni3Sn4等凝集粗大化，成为破坏的起点，强度的降低加剧。若将这样的Sn-Ag系软钎料用于固着部12，则产生软钎料的冷却及凝固时的组织的微细化、即作为分散物12b的金属间化合物的微细化及Sn晶粒的微细化，固着部12的强度增加，锯线的切割性能提高。钢线11的线径(直径)如上所述优选为120i!m以下，但从组织的微细化的观点出发，更优选为lOOym以下。
[含Zn的Sn系的软钎料(Sn-Zn系软钎料)]接着，对Sn-Zn系软钎料进行说明。如上所述，用于固着部12的软钎料的强度优选较高。并且，当Sn-Zn系软钎料用于固着部12中时，优选通过软钎料母材12a中分散有具有I ii m 2 ii m左右的厚度的板状或直径为I 2 ii m左右的针状的Zn的组织来强化Sn-Zn系软钎料。此时，Zn相当于分散物12b。特别是上述板状或针状的Zn的机械强度高，这样的Zn作为分散物12b分散在软钎料母材12a中而得到的软钎料作为复合材料发挥功能。因此，由这样的软钎料构成的固着部12的强度及粘着韧性优良，保持磨粒13的能力高。因此，磨粒13不易从钢线11脱落，通过使用了 Sn-Zn系软钎料的固着部12将磨粒13固着在钢线11上而得到的锯线显示高的切割性能。若使Sn-Zn系软钎料熔融及凝固，则Sn-Zn系软钎料中的Zn在母材中基本不固溶而析出。此时，为了使Zn以具有I ii m 2 ii m左右的厚度的板状或直径为I 2 y m左右的针状的形状可靠地析出，Zn的含量优选为I质量％以上。此外，Zn的含量越高，则板状或针状的Zn的量及软钎料的强度越发提高。但是，若Zn的含量超过35质量％，则软钎料开始固化的温度达到约320°C，容易进行Zn的氧化。因此，Zn的含量优选为35质量％以下。另外，Sn-Zn合金的共晶点的温度为198. 5°C，共晶点的组成为“Sn :91.2质量％、211 :8. 8质量％”。此外，从利用Zn的微细化带来的强度的提高的观点及抑制钢线11的强度的劣化的观点出发，Sn-Zn系软钎料的熔点优选较低。因此，虽然根据其它添加元素的种类及量也发生一些变化，但更优选Sn-Zn系软钎料的组成在以共晶点为中心的前后约4质量％的范围内。即，Sn-Zn系软钎料的组成更优选在“Sn :96质量％、Zn :4质量％”至“Sn :88质量％、Zn : 12质量％”的范围内。由于Zn容易氧化，所以在Sn-Zn系软钎料的表面容易形成氧化皮膜，Sn-Zn系软钎料与Sn-Pb系软钎料、Sn-Ag系软钎料、Sn-Bi系软钎料系等其它的软钎料相比，润湿性差。因此，优选在Sn-Zn系软钎料中含有提高润湿性的添加元素。作为向Sn-Zn系软钎料中的添加元素、即软钎料的组成以“Sn-Zn-X”表示时的“X”，可列举出Bi、Ba、B、Cd、Ni、Cu、Fe、Sb、Pb、In、Ag、Mo、Co等。其中对于润湿性的改善有效的元素是Bi、Ni、Cu、Fe、Sb、Pb、In及Ag，其中Bi最有效。并且，本实施方式中，优选在Sn-Zn系软钎料中总计含有0. 5质量％ 5质量％的选自由Bi、Ni、Cu、Fe、Sb、Pb、In及Ag组成的组中的至少一种。添加元素(X)的含量低于0. 5质量％时,效果不充分。添加元素(X)的含量超过5质量％时,有时形成添加元素和Sn或Zn的粗大化的金属间化合物。若将这样的Sn-Zn系软钎料用于固着部12中，则产生软钎料的冷却及凝固时的组织的微细化、即作为分散物12b的针状Zn的微细化及Sn晶粒的微细化，固着部12的强度增加，锯线的切割性能提高。钢线11的线径(直径)如上所述优选为120i!m以下，从组织的微细化的观点出发，更优选为IOOym以下。〈磨粒13>接着,对磨粒13进行说明。作为磨粒13的原料，可列举出氧化铝(A1203)、SiC、SiO2及金刚石等。其中，金刚石从硬度及热传导的方面考虑最优良。本实施方式中，磨粒13通过被覆层14覆盖。被覆层14是为了提高固着部12与磨粒13之间的接合力而设置的。例如，从提高固着部12的软钎料的润湿性的观点出发，被覆层14中优选包含Ni或Cu的层。Ni或 Cu的层可以通过对磨粒13实施镀覆等来形成。但是，当磨粒13为金刚石磨粒时,不产生Ni或Cu的原子与金刚石的化学键合，Ni或Cu的层仅仅物理性或机械性地将金刚石磨粒包入。因此，在这种情况下，优选在被覆层14中包含Ti (钛)或Cr (铬)的基底层作为能够与金刚石磨粒化学键合的金属层。即，优选在被覆层14中包含与金刚石磨粒化学键合的基底层和与该金属皮膜金属键合的Ni或Cu的层。另外，Ti及Cr由于软钎料的润湿性差，所以在金属层的外侧形成Ni或Cu的层很重要。由于Ti或Cr与Ni或Cu之间的键合为金属键合，所以这样的被覆层14与金刚石磨粒牢固键合，软钎料的润湿性变得良好。磨粒13的平均粒径越大，则在使用锯线切割时越不易产生堵塞，所以能够提高切割速度，但另一方面，切口损失变大。若考虑这样的切割速度的提高及切口损失的降低，则磨粒13的平均粒径(直径)优选为钢线11的直径的1/12 2/5左右，更优选为1/6 2/5左右。另外，作为金刚石磨粒的材料，与晶体惯态面具有漂亮的对称性的所谓单晶金刚石相比，从与钢线11的接合面积的增大的观点出发，反而优选破碎金刚石。被覆层14的厚度优选为I ii m 5 ii m。被覆层14的厚度低于I y m时，详细内容在后面叙述，但有时不形成充分的金属间化合物层15，磨粒13不充分地固着在钢线11上。另一方面，若被覆层14的厚度超过5 iim，则有时被覆层14将金刚石磨粒等磨粒13的刀尖厚厚地覆盖，磨粒13的刀尖难以到达工件(切割对象物)，切割性能降低。这样的磨粒13适合于线径较细的钢线11。这是由于，线径越细的钢线11，周向的曲率越大，所以若磨粒13的粒径及密度相同，线径越细，则切屑越容易出来，越不易产生堵塞，所以切割性能提高。即，这样的磨粒13相比用于线径(直径)为lSOym左右的粗钢线11，优选用于线径(直径)为120 iim以下、优选为IOOiim以下的钢线11。[金属间化合物层15]接着，对金属间化合物层15进行说明。本实施方式中，如上所述，被覆层14被金属间化合物层15覆盖。即，在被覆层14与固着部12之间存在金属间化合物层15。金属间化合物层15是通过被覆层14的最表面的层与固着部12的软钎料的化学键合而形成的。即，例如通过Ni或Cu与包含Ag或Zn的Sn系软钎料的化学键合来形成金属间化合物层15。由此，能够使固着部12与磨粒13之间存在牢固的键合。此外，金属间化合物层15的熔点比固着部12的熔点高。另外，构成金属间化合物层15的金属间化合物是由多种金属元素构成的合金，在该金属间化合物的概念中也包含各元素的构成比率不为整数比的合金。然而，如上所述，由于通常金属间化合物具有脆的性质，所以若金属间化合物层15过厚，则有时在金属间化合物层15中容易产生裂纹，固着磨粒13的力降低。因此，优选金属间化合物层15的厚度更均匀、且更薄。因此，将固着部12的软钎料的材料与被覆层14的表层的材料怎样组合是重要的事项。从这一点来看，当作为固着部12的软钎料的材料使用Sn-Zn系软钎料，作为被覆层14的表层的材料使用Ni时，容易形成比较薄且均匀的金属间化合物层15。因此，该组合非常优选。此外，当作为固着部12的软钎料的材料使用Sn-Ag系软钎料，作为被覆层14的表层的材料使用Ni时，也容易形成比较薄且均匀的金属间化合物层15。因此，该组合也优选。
另一方面，当作为固着部12的软钎料的材料使用Sn-Ag系软钎料(例如Ag的含量为0. 5质量％ 5. 0质量％的软钎料)，作为被覆层14的表层的材料使用Cu时，作为金属间化合物层15，形成厚度为3 ii m 5 ii m的比较厚的不均匀的Cu6Sn5Xu3Sn的层，容易产生裂纹。因此，当作为固着部12的软钎料的材料使用Sn-Ag系软钎料时，作为被覆层14的表层的材料使用Ni很重要。此外，当作为固着部12的软钎料的材料使用Sn-Ag系软钎料时、特别是使用Ag的含量为0. 5质量％ 5. 0质量％的Sn-Ag系软钎料时，作为金属间化合物层15，优选存在厚度为2 ii m以下的薄的Ni3Sn4或Ni3Sn2的层。例如，当这样的Sn-Ag系软钎料中包含I. 5质量％以上的Cu时，形成Sn (1_x_y)NixCuy (0. I ^ X ^ 0. 7,0. 0〈y ( 0. 8)的金属间化合物层15。此外，例如包含0. 5质量％左右的Cu时，形成Cu固溶的Sn(1_x_y)NixCuy(0. I彡x彡0. 7、0. 0<y ( 0. 5)的金属间化合物层15。在后者的情况下，若表示Cu的比例的“y”的值超过
0.5，则有时金属间化合物层15变得过厚，所以不优选。并且，作为金属间化合物层15，更优选为 Ni3Sn4、Ni3Sn2 或 Sn(1_x_y)NixCuy (0. I ^ x ^ 0. 7,0. 0〈y ( 0. 5)的层，其厚度优选为Ium以下。此外,作为含Cu的金属间化合物层15,除上述以外,可列举出Cu-Sn-Zn系的金属间化合物层、Cu-Zn系的金属间化合物层等。当作为固着部12的软钎料使用Sn-Zn系软钎料时，通过向Sn-Zn系软钎料中添加的兀素，形成Sn-Ba系、Sn-Ni-Zn系、Sn-Ni系或Ni-Zn系、Sn-Mo系等各种金属间化合物层15，能得到牢固的键合。其中，特别是优选2 iim以下的薄的Sn-Ni-Zn系、Sn-Ni系、Ni-Zn系的I种以上的金属间化合物层作为金属间化合物层15而形成。进而，金属间化合物层15更优选为厚度为Ium以下的Sn-Ni-Zn系的金属间化合物层。通过这样的金属间化合物层15的存在，从而在固着部12的软钎料与被覆层14的界面得到牢固的键合。另外，这些金属间化合物的组成不一定必须是为化学计量组成。[锯线的制造方法]接着，对锯线的制造方法的概要进行说明。首先，通过上述那样的方法，制作钢线11。另外，作为钢线11，从固着部12的软钎料的润湿性的观点出发，优选使用包含钢线材Ila及镀覆层Ilb的钢线，但也可以使用不含镀覆层Ilb的钢线。即，也可以将钢线材Ila直接用作钢线11。此外，也可以使用被软钎料被覆的钢线U。这种情况下，也能够得到固着部12的软钎料的良好的润湿性。接着，准备形成有被覆层14的磨粒13,向该磨粒13中混合Sn-Ag系软钎料或Sn-Zn系软钎料及焊剂来制作糊状的混合物。作为Sn-Ag系软钎料或Sn-Zn系软钎料，优选使用微小的球形状的微小软钎料。这是为了提高混合物的均匀性。球形状的微小软钎料的直径优选为钢线11的直径的1/5 1/3。这是为了确保下面叙述的从喷嘴抽出时的均匀性。然后，使钢线11、例如预先被软钎料被覆的钢线11从装有上述糊状的混合物的容器内通过，然后，从具有规定直径的孔的喷嘴前端抽出。其结果是，在钢线11的表面以规定厚度涂布了糊状的混合物。接着，使涂布有糊状的混合物的钢线11通过加热的电炉中，从而使软钎料熔融。接着，在电炉外冷却时，软钎料发生凝固，磨粒13被固着在钢线11上。然后，使钢线11通过洗涤槽内，除去多余的焊剂成分。这样，能够制造锯线。制造后的锯线例如用卷轴卷取即可。另外，在电炉内的热处理时，钢线11中的Fe略微溶出到软钎料中，软钎料的强度提高。从这样的观点出发，将包含0. 5质量％ 5. 0质量％的Ag的Sn-Ag系软钎料用于固着部12，将被含Ni的被覆层14覆盖的磨粒13固着到钢线11上的锯线也可以
说是非常优选的组合。这样，本实施方式所述的锯线10中，由于通过包含由含Ag的Sn系的软钎料或含Zn的Sn系的软钎料构成的软钎料母材12a及分散物12b的固着部12，将磨粒13固着到钢线11上，所以能够简便且廉价地提高磨粒13的保持力，能够得到优良的切割性能。并且，由于该锯线10特别适于半导体等的精密加工，所以其工业上的效果极大。特别是当固着部12中包含含有0. 5质量％ 5. 0质量％的Ag的Sn-Ag系软钎料，分散物12b是含Sn的金属间化合物，被覆层14含Ni时，可得到显著的效果。此外，当固着部12中包含Sn-Zn系软钎料，分散物12b是含Sn或Zn的金属间化合物时，也可得到显著的效果。另外，分散物12b优选存在于磨粒13的周围、锯线10的表面及高张力的钢线11的表面中的I处以上。此外，分散物12b的熔点优选为700°C以上。这是由于上述任一种方式均能更进一步提高切割中的磨粒13的固着力。实施例接着，对本发明人们进行的实验进行说明。这些实验中的条件等是为了确认本发明的实施可能性及效果而采用的例子，本发明并不限定于这些例子。将以下的各种实施例中使用的钢线材的组成、线径(直径)、抗拉强度及镀覆层的陷入部的深度示于下述表I中。如上所述，镀覆层的陷入部的深度优选为0. 5 y m以上且5 iim以下，其中特别优选为Ium以上且2 iim以下。
权利要求
1.一种锯线，其特征在于，其具有 具备钢线材的钢线、 通过固着部固着在所述钢线上的磨粒、及 形成于所述磨粒与所述固着部的界面的金属间化合物， 所述钢线材以质量％计含有C :0. 8% I. 2%、Si :0. 02% 2. 0%、Mn :0. 1% I. 0%、Cr :0. 5% 以下、P :0. 015% 以下、 S :0. 015%以下、以及 N :0. 01% 以下， 剩余部分包含Fe及不可避免的杂质， 所述钢线材的抗拉强度为3500MPa以上， 所述固着部包含含Zn或Ag的Sn系软钎料。
2.根据权利要求I所述的锯线，其特征在于，所述钢线材以质量％计进一步含有选自由下述元素组成的组中的至少一种元素Ni :1. 0% 以下、Cu :0. 5% 以下、Mo :0. 5% 以下、 V :0. 5%以下、以及 B :0. 0050% 以下。
3.根据权利要求I所述的锯线，其特征在于，所述钢线具有形成于所述钢线材的表面、且含有Zn或Cu中的至少一者的镀覆层。
4.根据权利要求3所述的锯线，其特征在于，所述镀覆层陷入到所述钢线材中。
5.根据权利要求4所述的锯线，其特征在于，所述镀覆层向所述钢线材的陷入深度为0. 5 u m 5 u m0
6.根据权利要求I所述的锯线，其特征在于，具有形成于所述磨粒的表面、且包含Ni或Cu的层的被覆层。
7.根据权利要求4所述的锯线，其特征在于，所述被覆层包含相比所述Ni或Cu的层设置在所述磨粒侧的Ti或Cr的基底层。
8.根据权利要求I所述的锯线，其特征在于，具有形成于所述磨粒的表面、且包含Ni的层的被覆层， 所述Sn系软钎料是包含0. 5质量％ 5. 0质量％的Ag的Sn-Ag系软钎料， 所述金属间化合物含有Sn。
9.根据权利要求6所述的锯线，其特征在于，所述Sn-Ag系软钎料包含分散在该Sn-Ag系软钎料的母材中的具有I y m 2 ii m的厚度的板状或直径为I ii m 2 ii m的绳状的至少一种的Ag3Sn系金属间化合物。
10.根据权利要求6所述的锯线，其特征在于，所述Sn-Ag系软钎料进一步含有Fe.0.01质量％ 0. 5质量％或Ni :0. 01质量％ 0. 5质量％中的至少一者。
11.根据权利要求6所述的锯线，其特征在于，所述金属间化合物进一步含有Ni。
12.根据权利要求9所述的锯线，其特征在于，所述金属间化合物的组成以Ni3Sn4、Ni3Sn2 或 Sn (1_x_y)NixCuy 表示，其中，0. I ^ x ^ 0. 7,0. 01 彡 y 彡 0. 5。
13.根据权利要求I所述的锯线，其特征在于，所述Sn系软钎料是含有Zn的Sn-Zn系软钎料， 所述金属间化合物含有Sn或Zn中的至少一者。
14.根据权利要求11所述的锯线，其特征在于，所述Sn-Zn系软钎料中的Zn的含量为I质量％ 35质量％。
15.根据权利要求11所述的锯线，其特征在于，所述Sn-Zn系软钎料的组成以Sn-Zn-X表不， X为选自Bi、Ni、Cu、Fe、Sb、Pb、In及Ag中的至少一种， 所述X的含量为0. 5质量％ 5质量％。
16.根据权利要求11所述的锯线，其特征在于，所述金属间化合物包含选自由Ni-Sn系金属间化合物、Ni-Zn系金属间化合物、Ni-Sn-Zn系金属间化合物、Cu-Sn系金属间化合物、Cu-Sn-Zn系金属间化合物及Cu-Zn系金属间化合物组成的组中的至少一种。
17.根据权利要求11所述的锯线，其特征在于，所述Sn-Zn系软钎料包含分散在该Sn-Zn系软钎料的母材中的板状或针状的Zn析出物。
全文摘要
在锯线中包含具有规定的组成的钢线材(11a)的钢线(11)、在钢线(11)上通过固着部(12)而固着的磨粒(13)和形成于磨粒(13)与固着部(12)的界面的金属间化合物(15)。钢线材(11)的抗拉强度为3500MPa以上，固着部(12)包含含Zn或Ag的Sn系软钎料。
文档编号C22C38/54GK102712080SQ20118000518
公开日2012年10月3日 申请日期2011年6月14日 优先权日2010年6月15日
发明者坂本广明, 小坂诚, 森田充, 樽井敏三, 矢代弘克 申请人:新日本制铁株式会社