(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レジンボンド超砥粒ワイヤーソーに於いて、超砥粒が金属被覆されていること、金属芯線が樹脂によるプライマリーコートされていることを特徴とするワイヤーソー
【請求項２】
前記プライマリーコートの厚みが１〜４μｍの範囲内で、前記超砥粒の平均粒径が１０〜１００μｍの範囲内で、超砥粒がボンド層より砥粒径の１／３〜２／３の範囲で突出していることを特徴とする請求項１記載のワイヤーソー
【請求項３】
前記金属芯線が鋼線又は銅乃至銅合金でメツキされた鋼線であることを特徴とする請求項１又は２記載のワイヤーソー
【請求項４】
超砥粒に沿ってボンド層の盛り上がりがあることを特徴とする請求項１、２又は３記載のワイヤーソー
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は固定砥粒方式のワイヤソーに関し、特に、大口径のシリコンインゴットからのシリコンウェハーのスライシング加工やネオジウム、水晶等の難削材の切断加工に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる被削材の切断加工には、遊離砥粒を用いるワイヤー切断加工があるが、環境衛生上の問題、洗浄を要する作業工程上の問題、切断加工能率の問題等からワイヤーに砥粒を固定させたワイヤーソーが提案され始めた。
【０００３】
これには、金属芯線に砥粒を電着するワイヤーソーが多く提案されている。しかし、加工に供するには少なくとも数百メートルは必要とするので、これだけの長さに渡って金属芯線に砥粒を電着するには、多大な時間がかかり実用に供していない。
芯線に砥粒を混合した合成樹脂を被覆する方法によれば、容易に長尺のワイヤーソーが製造できるため、一般的にレジンボンド超砥粒ワイヤーソーが実用化され始めた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、切断幅の大きい被削材の切断や、特に、水晶、ネオジウムなどの難削材の切断に於いては、砥粒の脱落やレジンボンド層が芯線から剥離する等の現象が生じ、安定した連続切断加工が困難であった。
特に、８００ｍ／ｍｉｎ以上の線速による高速切断に於いては特にこの現象が著しい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記のような間題を解決しようとするもので、そのワイヤーソーの構成は次のようにする。
その第１の特徴とするところは、難削材の切断や硬脆材の高速切断を目的とする上で、ボンドとなる樹脂はかかる切断工具としての剛性を必要とし、弾性率が少なくとも１００ｋｇ／ｍｍ２以上であるものが好ましい。該弾性率を満足する樹脂としては、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、ホルマリン樹脂、ユリア樹脂などがある。
【０００６】
第２の特徴とするところは、金属被覆した超砥粒を用いることにある。ダイヤモンド、ＣＢＮ等の超砥粒を金属被覆することで、レジンボンドとの接合性を高め、且つ、切断作用時に発生する研削熱を被覆金属によって熱を逃がし、レジンボンドの熱劣化を抑制する等の効果が知られている。
被覆金属は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、ＴｉＣ、Ｗ等、特に限定しないが、Ｃｕがレジンボンドとの接合性がよい。強度的にはＮｉがよい
ボンドとの濡れ性、接合性を高める上で砥粒の被覆金属厚みは１μｍもあれば充分効果がある。しかし、あまり厚すぎると切断開始時、被覆金属が被削材の切断面と接触して、いわゆる食いつきが悪くなる。被覆金属の厚さは１〜１０μｍが好ましい。
尚、超砥粒径はあまり細粒であると切断能力が劣り、大き過ぎるとワイヤーソーの径が太くなり、取りしろを大きくするので好ましくない。よって、切断条件によるが、１０〜１００μｍの範囲で選択すべきである。
【０００７】
第３の特徴とするところは、ボンド層中にフィラーを混在させることである。レジンボンドの強度や耐摩粍性を向上させる上で、ダイヤモンド、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ、ＣｒＯ２、等の硬質粒子が好ましい。特に、微粒ダイヤモンドが耐摩粍性のほか熱伝導性にも優れているので、ワイヤーソーの寿命、切断精度向上に最も相応しい。
ＣｕやＡｇなどの軟質金属を充填させても同様に耐摩粍性と熱伝道性を向上させることが可能である。
又、ｈＢＮ、カーボンなどの潤滑材を充填すれば切断抵抗を小さくすることができる。更に、これらを混在させて相乗効果を図ることもできる。
【０００８】
芯線がピアノ線のような鋼線の場合、表面粗度が滑らかでありボンドがつきにくい。
第４の特徴とするところは、金属芯線に予め樹脂をプライマリーコートを施すことで、芯線とボンドとの接合性をよくし、ボンドが芯線から剥離することをなくす。
プライマリーコートの厚さは１〜４μｍの極く薄い被覆とすることで溶剤の乾燥を早めることができ、芯線との密着性をよくする。樹脂を２度に分けて塗れば更に接合効果を高めることができる。１μｍ未満の厚さで芯線全面に塗布するのは限界である。一方、４μｍ以上の厚みでは密着性の効果が落ちる。従って、上記範囲の厚さとするのが好ましい。
【０００９】
プライマリーコートに用いる樹脂は、特に限定しないが金属との接合性の良いエポキシ樹脂、フェーノール樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、アミノ樹脂、メラミン樹脂等が好ましい。
芯線をピアノ線等の鋼線とする場合、銅メツキ又は銅合金メッキしておけばプライマリーコートとの接合性はより高まる。
従来、レジンボンド層が芯線から剥離することがあったが、これらの処理により、芯線とプライマリーコート及びプライマリーコート上に形成するレジンボンド層が強力に接合し、芯線からのボンド剥離が解消された。
【００１０】
尚、ボンド層を形成する樹脂は剛性を考慮して選定するのがよく、プライマリーコートに用いる樹脂は金属との接合性を考慮して選定すべきであるが、両者が同じ樹脂になってもかまわない。この時でも密着性を高めることができるのは、プライマリーコートは薄く塗るので溶剤の乾燥を早めることができること、フィラーを含まなくとも良いので、芯線との密着性を高めることができるからである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１をもとに本発明の実施形態を説明する。
芯線１は高強度の芯線ならなんでもよいが、ピアノ線等の鋼線又は銅乃至銅合金線が強度上及び樹脂との接合性、入手の容易性、価格上から好ましい。
ピアノ線の場合、前述のように、Ｃｕ又はＣｕ合金メッキをした方がプライマリーコートとの接合性が高まる。
２は芯線１に被覆したプライマリーコートである。
３は金属被覆した超砥粒である。強度上、耐摩粍性、熱伝導度からダイヤモンド砥粒が最も好ましい。
４はレジンボンド層で、層中にフィラー５が分散して介在する。
【００１２】
砥粒層の形成は、例えば、特開平８−１２６９５３、特開平９−１５５６３１、特開平１０−３１５０２９等で公知のように、前記樹脂を溶剤に溶かした溶液中に、砥粒とフィラーを混合した塗料を、上記芯線に塗布焼付けして行う方法、又は、加熱溶融樹脂に砥粒とフィラーを混合し、この混合溶融液を押出機に充填し、芯線を通過させて該混合溶液を芯線外周上に押出被覆する方法、或いは、砥粒とフィラーを混合した溶解溶液を静電塗装法にて芯線に付着させてもよい。
【００１３】
本発明では、金属被覆した砥粒を用いるので被覆金属と樹脂との塗れ性と接合性によって、図１の如く、樹脂が砥粒頂部に沿って盛り上がり６が生じ、これにより、砥粒間のレジンボンド層厚が薄くなっていても、砥粒保持力があり、ボンド層の厚みｔが砥粒径の１／３〜２／３であっても充分な保持力が生じ、且つ、砥粒間のチップポケットを大きくすることができる。
【００１４】
【実施例１】
外径０、１８ｍｍの銅メッキピアノ線に２μｍの厚さでエポキシ樹脂をプライマリーコートした芯線を用意した。
フェノール樹脂、平均粒径２、６μｍのダイヤモンドフィラー、平均粒径２５μｍのＮｉメッキ被覆ダイヤモンド砥粒を５０ｖ％、２５ｖ％、２５ｖ％の比率で混合し、この混合物に溶剤量６０Ｖ％となるようにクレゾールを更に加えて塗料を調整した。
これを前述の芯線に焼き付け硬化することで、図１に示す如きワイヤソーを得た。
（比較例１）
外径０、１８ｍｍのピアノ線を芯線とし、フェノール樹脂、平均粒径２、６μｍのダイヤモンドフィラー、平均粒径２５μｍのダイヤモンド砥粒を実施例１と同じ比率とし、前記と同条件の製法でワイヤーソーを得た。
【００１５】
両者のワイヤーソーを下記条件で切断テストした。
被削材：Ｓｉ    サイズ：３００ｍｍ（切断幅）、３００ｍｍ（切断深さ）
ワイヤー線速：８００ｍ／ｍｉｎ    切断速度：１ｍｍ／ｍｉｎ
ワイヤーテンション：２９、４Ｎ
【００１６】
（テスト結果）
ストローク長２７０ｍｍとし、１本のワイヤーソーにて、１５回の切断加工を行った結果の写真を図２、３に示す。
図２は本発明によるワイヤーソーで、砥粒が総てボンドに保持されたままであるのに対し、図３に示す比較例のワイヤーソーはほぼ半数の砥粒の脱落が観察される。
【００１７】
【実施例２】
外径０、１５ｍｍのブラスメッキピアノ線にエポキシ樹脂を４μｍの厚さでプライマリーコートした芯線を用意した。
ポリイミド樹脂、平均粒径５μｍのＳｉＣフィラー、平均粒径３０μｍのＣｕメッキ被覆ダイヤモンド砥粒を６０Ｖ％、２０Ｖ％、２０Ｖ％の比率で混合し、この混合物に溶剤量６０Ｖ％となるようにクレゾールを更に加えて塗料を調整した。これを前述の芯線に焼き付け硬化することで、図１に示す如きワイヤソーを得た。
（比較例２）
外径０、１５ｍｍのピアノ線を芯線とし、ポリイミド樹脂、平均粒径５μｍのＳｉＣフィラー、平均粒径３０μｍのダイヤモンド砥粒を実施例２と同じ比率とし前記と同条件の製法でワイヤーソーを得た。
【００１８】
両者のワイヤーソーを下記条件で切断テストした。
被削材：水晶    サイズ：２５０ｍｍ（切断幅）、２５０ｍｍ（切断深さ）
ワイヤー線速：１０００ｍ／ｍｉｎ    切断速度：１ｍｍ／ｍｉｎ
ワイヤーテンション：１９、６Ｎ
【００１９】
（テスト結果）
ストローク長５００ｍｍとし、１本のワイヤーソーにて、３０回の切断加工を行った結果の写真を図４、５に示す。
図４は本発明によるワイヤーソーで、砥粒が総てボンドに保持されたままで、かつ、ボンドの剥離がない。これに対し、図５の比較例のワイヤーソーには剥離箇所や脱落砥粒によってボンドが削られた痕などが観察される。
【００２０】
【発明の効果】
以上の如く、本発明のワイヤーソーは砥粒の脱落の虞がなく、又、過酷な切断条件においても、ボンド層の剥離がない。かつ、金属被覆砥粒とレジンボンドとの濡れ性と接合性により、ボンドが砥粒に沿って盛り上がることで、より一層砥粒の保持力が生じ、これにより砥粒間のボンド厚が薄くできるので切粉排除にも効果を生じ、高速切断にも適用する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のワイヤソーの断面図
【図２】  実施例１のワイヤーソーの外表面の１５０倍写真
【図３】  比較例１のワイヤーソーの外表面の１５０倍写真
【図４】  実施例２のワイヤーソーの外表面の２００倍写真
【図５】  比較例２のワイヤーソーの外表面の２００倍写真
【符号の説明】
１    芯線
２    プライマリーコート
３    金属被覆超砥粒
４    レジンボンド
５    フィラー
６    ボンド層の盛り上がり
ｔ    ボンド層の厚み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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