(57)【要約】【課題】  外径が０．５ｍｍ以下のような極細径のＣｕ−Ｗパイプとその製造方法及びそれを用いた放電加工用パイプ電極とその製造方法を提供すること。【解決手段】  Ｃｕ−Ｗパイプは、  組成が、組成が重量％でＣｕを２５〜３０％、ＮｉまたはＣｏを０．１〜０．５％、ＣｅＯ２を０（０を含まず）〜１．０％、及び不可避不純分を除く残部がＷからなるパイプ状の焼結体であって、前記パイプの最小作製寸法が外径０．０８ｍｍ×内径０．０４ｍｍであり、前記焼結体のＷの粒径が０．５〜３．０μｍである。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成が重量％でＣｕを２５〜３０％、ＮｉまたはＣｏを０．１〜０．５％、ＣｅＯ２を０（０を含まず）〜１．０％、及び不可避不純分を除く残部がＷからなるパイプ状の焼結体であって、前記パイプの最小作製寸法が外径０．０８ｍｍ×内径０．０４ｍｍであり、前記焼結体のＷの粒径が０．５〜３．０μｍであることを特徴とするＣｕ−Ｗパイプ。
【請求項２】
請求項１に記載のＣｕ−Ｗパイプにおいて、前記Ｃｕ−Ｗパイプを、放電加工用電極に用いることを特徴とする放電加工用パイプ電極。
【請求項３】
請求項１に記載のＣｕ−Ｗパイプを製造する方法であって、組成が重量％でＣｕを２５〜３０％、ＮｉまたはＣｏを０．１〜０．５％、ＣｅＯ２を０（０を含まず）〜１．０％、及び不可避不純分を除く残部がＷからなる粉末と、親油性バインダーまたは水溶性バインダーとを混練して第１の混練物を作製し、前記第１の混練物に非イオン系界面活性剤を添加して第２の混練物を作製し、前記第２の混練物をポートホールダイスを通過させて押出して円筒形材料を作製し、前記円筒形材料を焼結して前記Ｃｕ−Ｗパイプを得ることを特徴とするＣｕ−Ｗパイプの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のＣｕ−Ｗパイプの製造方法において、前記Ｗ粉末の平均粒径が０．５μｍ〜３μｍであることを特徴とするＣｕ−Ｗパイプの製造方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のＣｕ−Ｗパイプの製造方法において、前記親油性バインダーはパラフィンであり、前記水溶性バインダーはデキストリン、ゼラチン、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ポリエチレングリコールから選ばれることを特徴とするＣｕ−Ｗパイプの製造方法。
【請求項６】
請求項４に記載のＣｕ−Ｗパイプの製造方法において、前記パラフィンの量は前記粉末重量に対し９重量％であることを特徴とするＣｕ−Ｗパイプの製造方法。
【請求項７】
請求項３乃至６の内のいずれか一つに記載のＣｕ−Ｗパイプの製造方法において、前記非イオン系界面活性剤の量は当該ＨＬＢ値が１０のとき前記粉末重量に対し２重量％であることを特徴とするＣｕ−Ｗパイプの製造方法。
【請求項８】
請求項３乃至７の内のいずれか一つに記載のＣｕ−Ｗパイプの製造方法を用いたことを特徴とする放電加工用パイプ電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電加工電極とその製造方法に関し、詳しくは、リードフレーム製造等に用いられ、微細な加工が可能な放電加工電極に用いられる極細径Ｃｕ−Ｗパイプを用いた放電加工用パイプ電極とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
メモリー容量の増大化のために、ＩＣの集積化が進み、リードフレームの多ピン化、ファインピッチ化が進行している。現在、これらのリードフレームを製造するために、プレス打ち抜き法とエッチング法による製造が行われている。しかし、量産性、コスト性を考慮すると、現在のところプレス打ち抜き法が有利になっている。その為、プレス打ち抜き法によって製造されるＩＣリードフレームは、微小化の一途を辿っている。これらのプレス打ち抜き金型のダイブロックの加工には、通常プロファイル成形加工機を使用していたが、研削工程の無人化、組立精度の向上には熟練を要し、自ずと製造コストの高騰へとつながる。
【０００３】
そこで、これらの問題点を解決するために登場したのがワイヤー放電加工技術である。しかし、このワイヤー放電加工技術において、ワイヤーを使用して切断するためには、ワイヤーを通過させる下穴が必要となる。この下穴をあけるために、従来の放電加工用電極としては、Ｃｕパイプが主に使用されていた。
【０００４】
ＩＣリードフレームに代表される半導体金型の加工に使用されるワイヤー放電加工技術は、ワイヤーの線径もさることながら、ワイヤーを通過させる下穴がどの様に出来るかによって、微細加工出来るか否かが決定されるキーポイントである。つまり、下穴の形状、真直性、入口と出口の径の差、そして加工能力が決め手となる。
【０００５】
従来、Ｃｕパイプがワイヤーを通過させる下穴の加工に用いられていたが、その加工精度に問題があった。パイプでは、現在外径が８０μｍのパイプの製造が可能であるが、真直性の点で問題がある。つまりＣｕ自身の剛性が低いため、被加工物である超硬合金へ放電をさせながら穴を開けていくと、Ｃｕのパイプが超硬合金中で曲がってしまうという欠点がある。また、Ｃｕパイプの放電による摩耗が大きく被加工物である超硬合金の板厚が厚いと、数回取り替えなければ穴が貫通しなかったり、材料の穴あけを一定方向から出来ず、板厚の半分ほどで反対側から穴を開けなければならず、真直性についても不安が残る問題点があった。
【０００６】
特許文献１には、Ｃｕ−Ｗパイプの例が開示されている。しかしながら、その具体的製造方法に関しては、全く開示されていない。
【０００７】
また、従来からもＣｕ−Ｗパイプは製造されていたが、その外径Ｄは０．５ｍｍが限界であった。その理由は、主としてＣｕ−ＷパイプはＣｕ粉末とＷ粉末にバインダーを入れて混練した材料を押し出す。その後、脱バインダー、焼結過程を経て製品となる。
【０００８】
しかし、この方法ではバインダーの量が多く、外径が０．５ｍｍ以下のような極細径のＣｕ−Ｗパイプを押し出した場合、脱バインダー時の強度が無く形が維持できなかった。
【０００９】
一方、特許文献２には、圧縮及び焼結させるために好適な流動性タングステン／銅複合粉末の製造方法が開示されているが、あくまで圧縮成形であり押出成形のための粉末ではない。また、流動性タングステン／銅複合粉末は、製造方法が複雑であり、工数がかかり、コストの面からも得策ではなかった。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−９４２１９号公報
【特許文献２】特開平８−３１１５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明の技術的課題は、外径が０．５ｍｍ以下のような極細径のＣｕ−Ｗパイプとその製造方法及びそれを用いた放電加工用パイプ電極とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述したように、ＩＣリードフレームに代表される半導体金型の微小化を辿る加工ワイヤーの下穴をいかに精度良く安定に加工できるかがポイントであり、本発明者らは、放電加工用電極パイプについて、Ｃｕパイプに問題として残る下穴の形状、真直性、入口と出口の径の差そして加工能力について改善すべく鋭意研究した。その結果、Ｃｕ粉末、Ｗ粉末とバインダーとの濡れ性を改善する界面活性剤を添加することによって、バインダー量を減少でき、これによって、脱バインダーにおいて、形を維持できる強度が保持できることを見出し本発明を成すに至ったものである。
【００１３】
本発明によれば、組成が重量％でＣｕを２５〜３０％、ＮｉまたはＣｏを０．１〜０．５％、ＣｅＯ２を０（０を含まず）〜１．０％、及び不可避不純分を除く残部がＷからなるパイプ状の焼結体であって、前記パイプの最小作製寸法が外径０．０８ｍｍ×内径０．０４ｍｍであり、前記焼結体のＷの粒径が０．５〜３．０μｍ（３．０は含まず）であることを特徴とするＣｕ−Ｗパイプが得られる。
【００１４】
また、本発明によれば、前記Ｃｕ−Ｗパイプにおいて、前記Ｃｕ−Ｗパイプを、放電加工用電極に用いることを特徴とする放電加工用パイプ電極が得られる。
【００１５】
また、本発明によれば、前記Ｃｕ−Ｗパイプを製造する方法であって、組成が重量％でＣｕを２５〜３０％、ＮｉまたはＣｏを０．１〜０．５％、ＣｅＯ２を０（０を含まず）〜１．０％、及び不可避不純分を除く残部がＷからなる粉末と、親油性バインダーまたは水溶性バインダーとを混練して第１の混練物を作製し、前記第１の混練物に非イオン系界面活性剤を添加して第２の混練物を作製し、前記第２の混練物をポートホールダイスを通過させて押出して円筒形材料を作製し、前記円筒形材料を焼結して前記Ｃｕ−Ｗパイプを得ることを特徴とするＣｕ−Ｗパイプの製造方法が得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、前記Ｃｕ−Ｗパイプの製造方法において、前記Ｗ粉末の平均粒径が０．５μｍ〜３μｍであることを特徴とするＣｕ−Ｗパイプの製造方法が得られる。
【００１７】
また、本発明によれば、前記いずれかのＣｕ−Ｗパイプの製造方法において、前記親油性バインダーはパラフィンであり、前記水溶性バインダーはデキストリン、ゼラチン、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ポリエチレングリコールから選ばれることを特徴とするＣｕ−Ｗパイプの製造方法が得られる。
【００１８】
また、本発明によれば、前記Ｃｕ−Ｗパイプの製造方法において、前記パラフィンの量は前記粉末重量に対し９重量％であることを特徴とするＣｕ−Ｗパイプの製造方法が得られる。
【００１９】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのＣｕ−Ｗパイプの製造方法において、前記非イオン系界面活性剤の量は当該ＨＬＢ値が１０のとき前記粉末重量に対し２重量％であることを特徴とするＣｕ−Ｗパイプの製造方法が得られる。
【００２０】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのＣｕ−Ｗパイプの製造方法を用いたことを特徴とする放電加工用パイプ電極の製造方法が得られる。
【００２１】
さらに、具体的に本発明を説明すると、Ｃｕ−Ｗパイプにおいて、Ｃｕが２５〜３０重量％、Ｎｉが０．１〜０．５重量％、ＣｅＯ２が０〜１．０重量％、不可避不純物を除く残部がＷである組成で、合金組織中のＷの粒径が０．５〜３．０μｍであり、外径Ｄ、内径ｄとの関係が、０．０８ｍｍ≦Ｄ≦０．５ｍｍ、０．０４ｍｍ≦ｄ≦０．４６ｍｍ、Ｄ−ｄ≧０．０４ｍｍでヤング率が１９６〜２９４ＧＰａであることが好ましく、電気伝導度（％ＩＡＣＳ）が３０以上を有するために、放電加工電極として用いられる。
【００２２】
この電極を用いることによって、従来のＣｕパイプより精度、能率の良い電極を提供できるようになり、今までのＣｕ−Ｗパイプではあけられなかった、極細径の穴が開けることができるようになった。
【００２３】
ここで、本発明の放電加工電極について上記のように限定した理由について述べる。
【００２４】
まず、本発明において、外径、内径そして外径と内径の差について上記のように限定した理由は、まず外径の０．０８ｍｍは現在の技術では、これよりも細い外径のＣｕ−Ｗパイプの製造はできない。また内径の０．０４ｍｍも同様な理由である。次に、外径の０．５ｍｍは、それ以上になるとＣｕ−Ｗを使用して細い穴を明けなくてもＣｕのパイプでも十分使用できるためである。また、内径の０．４６ｍｍも同様な理由である。外径と内径の差については０．０４ｍｍつまり、片側０．０２ｍｍがなければ電極が放電をしながら消耗していくときに、加工液が漏れることがあるためである。また、外径と内径差がある方が加工液を多く流すことができ、スラッジの排出がうまくいくからである。
【００２５】
また、本発明において、ヤング率を上記のように限定したのは、次の理由からである。
【００２６】
Ｃｕ−Ｗのパイプの特徴として、Ｃｕパイプよりヤング率の高いことが上げられる。ここでヤング率が１９６〜２９４ＧＰａを下回ると、Ｃｕ−Ｗパイプの剛性の優位性が失われ、放電加工によって開けられる穴の真直性が失われてしまう。一方、２９４ＧＰａ以上になると、Ｗの割合が多くなり放電加工特性が低下するために、ヤング率を１９６〜２９４Ｐａと限定した。
【００２７】
また、本発明において、電気伝導度（％ＩＡＣＳ）を３０以上としたのは、加工液が水溶性であった場合、３０以下では電極自身の電気伝導度が低すぎて放電をせず、電極自身加熱され軟化もしくは溶融されてしまう。一方、加工液が油性である場合、電圧をあげることで放電は起こすが、それに比例して放電エネルギーが大きくなるため、結果として放電加工面が粗くなり、加工精度が得られなくなるためである。
【００２８】
また、本発明において、組成を上記のように限定したのは、次の理由による。
【００２９】
Ｃｕ−Ｗのパイプの特性としては電気伝導度が高く且つ剛性が高い方が望ましい。しかし、前者についてはＣｕの比率を高くしなければならず、後者については逆にＣｕの比率を低くし、Ｗの比率を高くしなければならず二律背反する。よって、これらの特性を満たすための組成としてＣｕを２５〜３０重量％に限定し、添加物及び不可避不純物を除く残部をＷとした。Ｎｉ、Ｃｏについは、一般にＣｕ−Ｗ合金は粉末冶金法で製造されるが、０．１重量％未満ではＣｕの融点より高い温度で焼結しても合金中に空孔が残り、なかなか合金の密度が上がらず強度が得られない。一方、０．５重量％以上ではＣｕ−Ｗ合金の電気伝導度が著しく低下する。よってその比率を０．１〜０．５重量％に限定した。
【００３０】
一方、ＣｅＯ２については、Ｃｕと比較して放電特性が劣るＣｕ−Ｗ合金の放電特性の安定向上に寄与するが、１．０重量％以上の添加では、Ｃｕ−Ｗの焼結特性を著しく阻害し、ひいては放電特性を劣化させる。従って、その範囲を０以上、好ましくは、０．２重量％以上で１．０重量％以下と限定したものである。
【００３１】
また、本発明において、合金組織中のＷの粒径について上記のように限定したのは、次の理由による。
【００３２】
Ｃｕ−Ｗ合金は一般に粉末冶金法で行われる。その焼結はＷ粒子間に溶融したＣｕが毛細管現象によって引き込まれ、Ｗ粒子表面を覆い、Ｗ粒子間の空隙を満たすことで進行する。Ｗ粒子の粒径が３．０μｍを超える場合、その単位質量当たりの表面積が小さくなり、過剰となったＣｕが合金表面ににじみ出てくる。すなわち、合金の形状がパイプの場合、そのパイプ孔がにじみ出てきたＣｕで塞がれてしまう。逆に、Ｗ粒子の粒径が０．５μｍ未満の場合、その単位質量当たりの表面積が大きくなり、Ｗ粒子の表面積を十分に濡らすことができず、結果として空隙が残り、合金強度が得られない。よって、合金組織中のＷの粒径を０．５〜３．０μｍに限定した。
【００３３】
また、本発明によれば、前記極細径Ｃｕ−Ｗパイプの製造方法において、前記パラフィンの量は前記粉末重量に対し９重量％であることを特徴とする極細径Ｃｕ−Ｗパイプの製造方法が得られる。
【００３４】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの極細径Ｃｕ−Ｗパイプの製造方法において、更に、非イオン系界面活性剤を含み、前記非イオン系界面活性剤の量は当該ＨＬＢ値が１０のとき前記粉末重量に対し２重量％であることを特徴とする極細径Ｃｕ−Ｗパイプの製造方法が得られる。
【００３５】
また、本発明によれば、前記いずれか一つに記載の極細径Ｃｕ−Ｗパイプの製造方法を用いたことを特徴とする放電加工電極の製造方法が得られる。
【００３６】
ここで、本発明において用いた界面活性剤は非イオン系界面活性剤で、カチオンやアニオン系の界面活性剤ではＣｕ−ＷパイプにＰｏｒｅ等の欠陥を生じさせるために好ましくない。
【００３７】
また、非イオン系界面活性剤は、親油性親水性の指標であるＨＬＢの値で分類されるが、これは用いるバインダーの種類によって選択できる。つまり、親油性バインダーとして、例えば、パラフィンを用いる場合は、ＨＬＢの数値の低いもの（６以下）を選択し、水溶性バインダーを用いる場合には、ＨＬＢの数値の高い物（６以上）を選択する。
【００３８】
水溶性バインダーとしては、デキストリン、ゼラチン、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ポリエチレングリコール等が選択できる。
【００３９】
ここで、一例を示すと、非イオン系界面活性剤を添加することによって従来１３重量％まで必要であったバインダー（パラフィン）が４重量％まで減少出来るようになった。
【００４０】
さらに、本発明の製造方法においては、押し出し時の抵抗を減少させるように、ダイス角度θ１を３０度とすることによって、ダイス内面と材料のすべり抵抗を減少させることができるようになり、外径が０．５ｍｍ以下のようなＣｕ−Ｗパイプを押し出しすることができるようになった。
【００４１】
以上、上記に示した技術によって、下記の放電加工電極が製造可能となった。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、外径が０．５ｍｍ以下のような極細径のＣｕ−Ｗパイプとその製造方法及びそれを用いた放電加工用パイプ電極とその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４４】
図１は本発明の実施の形態による極微細Ｃｕ−Ｗパイプを製造することに用いられる押し出し成形機のダイスを示す断面図、図２は図１のダイスの第１の金型を示す断面図、図３は図１のダイスの第２の金型を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【００４５】
図１を参照すると、ダイス１は、図では、上下方向に中心軸を備えた第１の金型１０と、第１の金型１０の中心軸方向の一端から装着される第２の金型２０とを備えている。
【００４６】
図２に示すように、第１の金型１０には、中心軸方向に沿って材料が通過する孔部２を備えている。この孔部２は、一端に比較的大きな径の円筒内面を備えた大径部３と、他端に比較的小さな径を備えた穴部である細径部４と、これらの端部を連絡する円錐内面を備えた円錐部５とを備えている。孔部の両端の開口縁面には、面取りが施されている。この円錐面のダイス角θ１は、図ではやや大きく誇張されて描かれているが、略３０度である。
【００４７】
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２の金型２０は、一端に設けられたフランジ部１１と、これに続き、このフランジ部１１よりも外径の小さな円柱外面を備えた基部１３と、基部の中心から他端側から軸方向に突出した円柱棒１４と、円柱棒１４の先端から次第に径が狭まるように設けられたテーパ角度θ２が略３０度の円錐外面を備えた円錐部１５と、円錐部１５の先端に設けられた芯線部１６とを備えている。フランジ部１１及び基部を中心軸方向に沿って貫通した貫通孔１２が円柱棒１４の周囲に開口を有するように、同心円状に等角度間隔で設けられている。
【００４８】
図２に示した第１の金型１０の一端の大径部３側に、第２の金型２０を芯線１６側から中心軸方向に細径部に向かって挿入すると、図１に示すように、細径部４に芯線１６が挿入され、第２の金型２０と、第１の金型１０の夫々の円錐面が互いに平行になるとともに、フランジ部１１の他面が、第１の金型の一端面に当接して固定されダイス１が完成する。
【００４９】
ここで、図１を再び参照すると、押し出し成形機等で混練された材料は、貫通孔１２に押し込まれ、第２の金型２０の円柱棒及び円錐部と、第１の金型の円錐部によって形成される空間６内に至り、更に、先端部７から芯線１６によって、パイプ形状となって押し出される。このダイスを用いて押し出された円筒形材料は、形くずれすることなく、焼結することによって、極細径パイプとなる。
【００５０】
次に、本発明の実施の形態によるＣｕ−Ｗパイプの具体的な製造例について説明する。なお、以下の説明において、特に断らない限り、化学成分（組成）を示す％は重量％を示している。
【００５１】
下記表１に示した所定量に配合したＣｕ粉末、Ｗ粉末、Ｎｉ，Ｃｏ粉末、ＣｅＯ２粉末とパラフィンを投入粉末の重量に対して９％混練機の中に投入して混練した。次に、非イオン系界面活性剤（ＨＬＢ値１０）を投入粉末の重量に対して２％投入する。この工程で混練を１時間行い、その後混練材料を取り出した。その後、押し出し機に投入しポートホールダイス（図１参照）を用いて、パイプの形状に押し出す。次に押し出されたＣｕ−Ｗパイプを１２００℃で１時間焼結を行った。その後外周を研削して表２に示したように外径、内径、ヤング率、％ＩＡＣＳを有するＣｕ−Ｗパイプを得た。
【００５２】
【表１】
2007223036.tif 000002
【００５３】
【表２】
2007223036.tif 000003
【００５４】
また、下記表３には、比較のために用いたＣｕパイプの特性を示した。
【００５５】
【表３】
2007223036.tif 000004
【００５６】
次に、上記表２に示したＣｕ−Ｗ放電加工電極と上記表３に示したＣｕパイプ放電加工電極を用いて、種々の板厚の超硬合金（Ｇ５）に穴をあけることによって、電極の消耗、加工速度、入口及び出口の芯ずれについて調べた。
【００５７】
まず、電極の消耗について説明する。同一径のＣｕ−Ｗ，Ｃｕ放電加工電極を用い、同一個数の穴をあけたときの電極の減り具合を測定し、Ｃｕ−Ｗ電極の減り具合を１００としたときの減り具合を指数として下記表４に表した。加工条件は、超硬合金Ｇ５、板厚（ｔ）＝５，１０，１５ｍｍである。
【００５８】
【表４】
2007223036.tif 000005
【００５９】
次に、加工時間について説明する。同一径のＣｕ−Ｗ、Ｃｕ放電加工電極を用い、同一個数の穴をあけたときの時間を測定し、Ｃｕ−Ｗの加工に要した時間を１００としたときのＣｕ電極の要した時間を指数として、下記表５に表した。加工条件は、超硬合金Ｇ５、板厚（ｔ）＝５，１０，１５ｍｍである。
【００６０】
【表５】
2007223036.tif 000006
【００６１】
次に入口出口の芯ずれについて、説明する。同一径のＣｕ−Ｗ、Ｃｕ放電加工電極を用い、同一個数の穴をあけたときの入口出口の芯ずれを測定し、Ｃｕ−Ｗ放電加工電極を使用したときの入口出口の芯ずれを１００としたときのＣｕ放電加工電極を使用したときの入口出口の芯ずれを指数として、下記表６に表した。加工条件は、超硬合金Ｇ５、板厚（ｔ）＝５．１０，１５ｍｍである。
【００６２】
【表６】
2007223036.tif 000007
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上の説明においては、本発明に係るＣｕ−Ｗパイプは溶接等に用いられる放電加工用パイプ電極に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態による極微細Ｃｕ−Ｗパイプを製造することに用いられる押し出し成形機のダイスを示す断面図である。
【図２】図１のダイスの第１の金型を示す断面図である。
【図３】図１のダイスの第２の金型を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１    ダイス
２    孔部
３    大径部
４    細径部
５    円錐部
６    空間
７    先端部
１０    第１の金型
１１    フランジ部
１２    貫通孔
１３    基部
１４    円柱棒
１５    円錐部
１６    芯線部
２０    第２の金型
【図１】
2007223036.tif 000008
【図２】
2007223036.tif 000009
【図３】
2007223036.tif 000010