(57)【要約】【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の砥粒固着方法を提供することを課題とする。【解決手段】所定線径に仕上げたワイヤ２を繰出機にセットした繰出リール５から繰り出して、溶融した銀ろう浴７中に浸漬した後、冷却槽７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、次に合金被膜３に砥粒４を投射して合金被膜３層に圧入した後、ダイス８に通してワイヤ径（砥粒を含む）を均一にし、続いて冷却槽９で冷却して、巻取機で巻き取りリール１０に巻き取ることにより製造する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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投射して、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固定砥粒式ソーワイヤの砥粒固着方法。
【請求項２】
合金被膜を硬ろうの共晶温度以上に加熱する請求項１に記載の固定砥粒式ソーワイヤの砥粒固着方法。
【請求項３】
合金被膜面に、砥粒を分散混入した、硬ろうの共晶温度以上の不活性ガスを投射する請求項１に記載の固定砥粒式ソーワイヤの砥粒固着方法。
【請求項４】
合金被膜を硬ろうの共晶温度以上に加熱し、かつ合金被膜面に砥粒を分散混入した、硬ろうの共晶温度以上の不活性ガスを投射する請求項１に記載の固定砥粒式ソーワイヤの砥粒固着方法。
【請求項５】
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の砥粒固着方法。
【発明の詳細な説明】
【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固定砥粒式ワイヤソー用ワイヤ（以下、「ソーワイヤ」という）の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の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】
本発明は、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投射して、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。
【００１４】
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、このろう材に砥粒を投射して、ろう材に圧入するから、高含有率で均一に分散固着することができ、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。
【００１５】
上記構成において、砥粒投射時に合金被膜を硬ろうの共晶温度以上に加熱すれば硬ろうが軟化し、より小さな投射圧力で砥粒をろう材に圧入することができる。
【００１６】
また、砥粒を分散混入した、硬ろうの共晶温度以上に加熱した不活性ガスを合金被膜面に投射するようにしてもよい。このようにすれば、不活性ガスの熱で硬ろうが加熱されて軟化するから、より小さな投射圧力で容易に砥粒を圧入することができる。また、不活性ガスであるから硬ろうの表面性状を良好に保つこともできる。
【００１７】
さらに、合金被膜を硬ろうの共晶温度以上に加熱し、かつ砥粒を分散混入した、硬ろうの共晶温度以上の不活性ガスを合金被膜面に投射するようにすれば、砥粒の投射圧力はさらに小さくできるとともに、より確実に圧入することができる。
【００１８】
ところで、不活性ガスに付加する圧力は、２〜５気圧が好適である。というのは、２気圧以下では砥粒の圧入力が不足し、砥粒の脱落を防止できる程度の深さに圧入できないからで、５気圧以上では圧力が高すぎて、軟化した硬ろうの厚みを減少させてしまい、砥粒の固着するための厚みが確保できなくなるからである。通常、不活性ガスはボンベに圧入されているため、使用においては減圧弁等を使用して所定圧に減圧して調整するのが好ましい。
【００１９】
硬ろうはＡｇ−Ｎｉ又は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からである。
【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。また、不活性ガスの種類としては、窒素ガスやアルゴンガスがあるが、コストを考慮すると窒素ガスがより安価で好ましい。
【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を繰出機にセットした繰出リール５から繰り出して、溶融した銀ろう浴７中に浸漬した後、冷却槽７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、次に合金被膜３に砥粒４を投射して合金被膜３層に圧入した後、ダイス８に通してワイヤ径（砥粒を含む）を均一にし、続いて冷却槽９で冷却して、巻取機で巻き取りリール１０に巻き取ることにより製造することができる。
【００２４】
上記装置において、砥粒４の投射は、略密封状態のボックス１１内で行うのが好ましい。このようにすれば、ワイヤ表面に圧入されなかった砥粒４の空中飛散が防止でき、しかも回収が容易となる。さらに上記ボックス１１を加熱炉として、合金被膜３を加熱するようにすれば、ろう材を軟化させることができ、砥粒４の投射圧力をより小さくすることができる。
【００２５】
図２に示す装置では、ワイヤ２の表面にボンベ１２に充填された不活性ガスを減圧弁１３で２〜５気圧に減圧し、ガス導管１４途中に設けたホッパー１５からガス導管１４中に砥粒４を注入して不活性ガスと砥粒との混合ガスとして、ワイヤ近傍に設けた２つのノズル１６、１６からワイヤ表面に投射する手段を採用した。ノズルの数は２つに限定されるものではなく１つでもよいが、ワイヤの全周に均等に砥粒を圧入すること、および設備コストを考慮すると２〜４つが適当である。
【００２６】
上記装置において、砥粒を分散混入させるガスを、加熱手段によって、ろう材の共晶温度以上に加熱してもよい。加熱した不活性ガスをろう材表面に投射することでろう材が軟化するから、砥粒の投射圧力を小さくすることができる。
【００２７】
ところで、上記装置において、溶融した銀ろう６の温度は、約８００℃で、浴槽を出たワイヤ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。
【００２８】
砥粒４は、砥粒径が３０〜４０μｍで、ダイヤモンドあるいはＣＢＮ等の耐熱性にすぐれた材質である。
【００２９】
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。
【００３０】
【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。
【００３１】
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
５  繰出リール
６  銀ロウ
７、９  冷却槽
８  ダイス
１０  巻取リール
１１  ボックス
１２  ボンベ
１３  減圧弁
１４  ガス導管
１５  ホッパー
１６  ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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