JP2004174680A

JP2004174680A - 固定砥粒式ソーワイヤ及び砥粒固着方法

Info

Publication number: JP2004174680A
Application number: JP2002345564A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamada; 廣志山田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】大量生産に適し、安価でかつ砥粒を高含有率で均一に分散固定し、しかも砥粒がワイヤ表面に強固に固着した固定砥粒式ソーワイヤ及び砥粒固着方法を提供すること。
【解決手段】ワイヤ２を繰出機５から繰り出して、槽６中の溶融した銀ろうの浴７中に浸漬した後、冷却槽８で銀ろうを冷却してワイヤ２の表面に合金被膜３を形成させ、続いて塗布槽９内の砥粒４を含む有機溶剤溶液１０中に浸漬して銀ろう表面に砥粒４を付着させた後、不活性ガスを充填した加熱炉１１中でワイヤを加熱して有機溶剤を蒸発させるとともに、ダイス１２にてダイヤモンド砥粒４の少なくとも一部を銀ろう中に埋没するよう圧入して、ワイヤ表面に砥粒を強固に固着させる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハーの母材であるシリコンインゴット、人工水晶、超硬合金、磁石、セラミック等の硬脆性材料を切断するワイヤソー装置に用いられるワイヤソー用ワイヤに係り、特に、ワイヤ表面に砥粒を固着させた固定砥粒式ソーワイヤ（以下、「ソーワイヤ」という）及び砥粒固着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤ表面に砥粒を固着した固定砥粒式ソーワイヤとして、特開２０００−７１１６２号公報や特開平９−１５０３１４号公報等に示されているように、金属を結合剤としてダイヤモンド砥粒を担持させワイヤ表面に固着させたものがあり、また、特開平１０−１３８１１４号公報や特開２０００−７１１６１号公報等に示されているように、樹脂等の非金属材料を接合媒体としてダイヤモンド砥粒を担持させワイヤ表面に固着させたものがある。
【０００３】
特開２０００−７１１６２号公報に示されたソーワイヤは、スチールワイヤ上に結合力を得るためのＮｉ等の金属中間層を介して、ダイヤモンド粒子を固着させたＮｉ等の金属結合層を設けたものである。また、特開平９−１５０３１４号公報に示されたソーワイヤは、金属ワイヤの表面にＣｕ等の軟質金属がめっきされて軟質めっき層が形成され、その軟質めっき層の上にダイヤモンド砥粒が電気めっきにより仮固定され、さらにＮｉ等の硬質金属が電気めっきされて硬質めっき層が形成され、砥粒外端が硬質めっき層外に露出し同一円筒面上に揃うようにされたものである。
【０００４】
特開平１０−１３８１１４号公報に示されたワイヤは、高抗張力金属線または高抗張力非金属繊維からなるワイヤ表面にポリアミドイミド樹脂等の有機材料またはガラス等の無機材料など、非金属材料を接合媒体としてダイヤモンド砥粒を担持させたものである。また、特開２０００−７１１６１号公報に示されたワイヤは高抗張力金属線または高抗張力化学繊維からなるワイヤ表面に、接合媒体となる樹脂層を形成し、その上にダイヤモンド砥粒を含有したポリアミドイミド等の砥粒層を形成したものである。
【０００５】
しかしながら、砥粒固定式ソーワイヤに関する上記の従来技術には、次の様々な問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、金属を結合剤として砥粒を固着したソーワイヤは、一般に、電気めっきによる金属結合層に担持させることにより金属ワイヤの表面に砥粒を固着するものであるが、電気めっきによる金属結合層は砥粒の保持力が小さいため、保持力がさらに小さくならないよう砥粒含有率を低く抑えねばならず、砥粒を均一に分散固着させることも難しい。そのため、切断速度を高めることが難しい。また、電気めっきは処理速度が制限されるし、結合力を高めるために中間層を設けたり（特開２０００−７１１６１号公報）、仮固定のためのめっき層を設ける（特開平９−１５０３１４号公報）など、幾層もめっきを重ねる必要があって、製造に時間がかかるため、大量生産が難しく、コストも高くつくという問題もある。
【０００７】
また、樹脂等の非金属材料を接合媒体として砥粒を固着させたソーワイヤは、コストは安いが、砥粒保持力が小さいため、砥粒が脱落しやすく、有効に働く砥粒が次第に減っていく。そのため、経時的に切断効率が低下し、また、被削材の切断面が劣化して、切断後の切断面の研磨工数が増え、コストが高くつくという問題が発生する。
【０００８】
従って、大量生産に適し、安価でかつ砥粒を高含有率で均一に分散固定し、しかも砥粒がワイヤ表面に強固に固着した固定砥粒式ソーワイヤ及び砥粒固着方法を提供することが課題である。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−１５０３１４号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開平１０−１３８１１４号公報
【００１１】
【特許文献３】
特開２０００−７１１６１号公報
【００１２】
【特許文献４】
特開２０００−７１１６２号公報
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のソーワイヤは、ワイヤ表面に、硬ろうによる合金被膜と、この合金被膜に少なくとも一部が埋没するように固着された砥粒とを備えて成ることを特徴とする。
【００１４】
ろう材は砥粒に対する濡れ性が良いため、砥粒の含有率を高くしても良好に保持でき、しかも金属であるため砥粒の固着力が高い。従って、使用時の砥粒の脱落を少なくすることができる。
【００１５】
上記構成において、硬ろうはＡｇ−ＮｉまたはＡｇ−Ｃｕを主体とした銀ろうであることが好ましい。というのは、Ａｇ−ＮｉまたはＡｇ−Ｃｕを主体とした銀ろうは、他のろう材に比べて融点が６００〜８００℃と低く、溶解のための設備が安価となるためである。
【００１６】
本発明のソーワイヤの砥粒固着方法は、所定線径に仕上げたワイヤの表面に硬ろうによる合金被膜を形成し、この合金被膜に砥粒を分散した有機溶剤溶液を付着した後、ろう材を軟化して、砥粒の少なくとも一部をろう材中に圧入することを特徴とする。
【００１７】
硬ろうによる合金被膜は、濡れ性が良いため、溶融したろう材中にワイヤを浸漬することで容易に、しかも短時間で形成させることができる。また、砥粒を分散した有機溶剤溶液を付着させた後、ろう材の共晶点まで加熱することで、有機溶剤を蒸発させるとともに、砥粒をろう材中に圧入するので、高含有率で均一に分散固着させることができ、しかも、幾層にも被膜層を形成しなくても砥粒を強固に固着することができる。従って、本発明の砥粒固着方法は、大量生産に適する。
【００１８】
ところで、上記方法において、溶融したろう材中からワイヤを引き出す際に、ダイス等を通して引き上げるようにしてもよい。このようにすれば、合金被膜をワイヤ表面により均一に形成させることができる。
【００１９】
ワイヤを、例えば炭素鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼あるいはＳｉ−Ｃｒ鋼等の焼き入れ性を有する金属とし、ろう材の共晶点以上に加熱、急冷する工程を付加すれば、ワイヤに焼きが入り、ワイヤの強度を向上させることもできる。この場合、必要に応じて焼き戻し処理を施してもよい。また、ソーワイヤの表面性状を考慮すると、これらの熱処理は不活性ガス中で行うのがより好ましい。
【００２０】
砥粒の種類としては、ＣＢＮやダイヤモンド等の耐熱性を有するものが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は本発明の固定砥粒式ソーワイヤの横断面図であり、図２は砥粒をワイヤ表面に固着させるための装置の概略構成図である。
図１に示すソーワイヤ１は、半導体ウエハの母材であるシリコンインゴット、人工水晶、超硬合金、磁石、セラミック等の硬脆性材料を切断するワイヤソー装置に用いられるものであって、材質が炭素鋼あるいはマルテンサイト系ステンレス鋼等の金属ワイヤ２の表面に、銀ろうによる合金被膜３と、この合金被膜３に少なくとも一部が埋没するように固着された砥粒４とを備えてなる。砥粒４はダイヤモンド砥粒である。
【００２３】
このソーワイヤ１は、図２に示すように、所定線径に仕上げたワイヤ２を繰出機５から繰り出して、槽６中の溶融した銀ろうの浴７中に浸漬した後、冷却槽８で銀ろうを冷却してワイヤ２の表面に合金被膜３を形成させ、続いて塗布槽９内の砥粒４を含む有機溶剤溶液１０中に浸漬して銀ろう表面に砥粒４を付着させた後、不活性ガスを充填した加熱炉１１中でワイヤを加熱して有機溶剤を蒸発させるとともに、ダイス１２にてダイヤモンド砥粒４の少なくとも一部を銀ろう中に埋没するよう圧入して、冷却炉１４で冷却後、巻取機１５で巻き取ることにより製造することができる。また、ろう材をワイヤ表面に均等に固着させるために、槽６の出口側にダイス等（図省略）を設けてもよい。さらに、砥粒４を混合した有機溶剤溶液１０は、スプレー等で吹き付けるようにしてもよい。
【００２４】
ところで、上記装置において、槽６内の溶融した銀ろう７の温度は、約８００℃で、槽６を出たワイヤ２の表面には、厚さ約３０μｍの銀ろうの合金被膜３が形成される。また、塗布槽９内の有機溶剤溶液１０中には砥粒径が３０〜４０μｍのダイヤモンド砥粒４が体積分率約５０％の割合で分散させてある。
【００２５】
こうして、ワイヤ２の表面にダイヤモンド砥粒４の一部を埋没させた合金被膜３が形成されたソーワイヤ１が得られる。このソーワイヤ１はろう材が砥粒に対して良好な濡れ性を有するため、砥粒が良好に保持され、しかも金属であるため強固に固着される。このため、使用時の砥粒の脱落を少なくすることができる。
【００２６】
図３は、本発明の銀ろうを用いてダイヤモンド砥粒を固着させた、線径０．２０ｍｍのソーワイヤと従来のＮｉめっきを結合媒体としてダイヤモンド砥粒を固着させた、線径０．２０ｍｍのソーワイヤの砥粒脱落率を計測した試験結果のデータを示す図である。ワイヤの材質は共に炭素鋼である。これらのソーワイヤを用いて、シリコンインゴット（直径６インチ）を線速５０ｍ／ｍｉｎで切断し、一定時間切断後の砥粒の脱落率を顕微鏡写真の画像処理により計測し、その測定値の範囲及び中心値を比較したところ、本発明のソーワイヤの脱落率が約２０％であったのに対し、従来のソーワイヤの脱落率は約４０％であり、本発明のソーワイヤは約半分の脱落率であった。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のソーワイヤは、砥粒が高含有率で均一に分散しており、しかも砥粒の保持性が良好で使用時の脱落が少ない。よって、このソーワイヤを用いた切断においては、経時的な切断効率の低下がなく、被削材の切断面が良好である。
【００２８】
また、本発明の製造方法によれば、短時間で砥粒をワイヤ表面に固着することができるので、大量生産が可能で、安価なソーワイヤを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の固定砥粒式ソーワイヤの横断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の固定砥粒式ソーワイヤの砥粒固着方法に係る装置の概略構成図である。
【図３】銀ろうを用いてダイヤモンド砥粒を固着させたソーワイヤと従来のＮｉめっきを結合媒体としてダイヤモンド砥粒を固着させたソーワイヤとの砥粒脱落率を計測した試験結果のデータを示す図である。
【符号の説明】
１ソーワイヤ
２ワイヤ
３合金被膜
４砥粒

Claims

ワイヤ表面に、硬ろうによる合金被膜と、この合金被膜に少なくとも一部が埋没するように固着された砥粒とを備えて成ることを特徴とする固定砥粒式ソーワイヤ。
硬ろうが、Ａｇ−Ｎｉ又はＡｇ−Ｃｕを主体とした銀ろうである請求項１に記載の固定砥粒式ソーワイヤ。
所定線径に仕上げたワイヤ表面に硬ろうによる合金被膜を形成し、この合金被膜面に砥粒を分散した有機溶剤溶液を付着した後、ろう材を軟化させて砥粒の少なくとも一部をろう材中に圧入することを特徴とする固定砥粒式ソーワイヤの砥粒固着方法。
ろう材の共晶点以上に加熱、急冷する請求項３に記載の固定砥粒式ソーワイヤの砥粒固着方法。