JP2000097915A - 鉄粉探知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 銅線中に含まれて該銅線の引き延ばしによる
細線化工程において破断原因となる微細な鉄粉を高精度
に探知し得る鉄粉探知装置を提供する。 【解決手段】 外部磁界を遮断した検査領域を形成する
磁気シールド容器４と、この磁気シールド容器内に配置
されたＳＱＵＩＤを有し、磁気シールド容器を貫通して
連続的に導かれる長尺の銅線中の鉄粉が発する磁力を検
出する磁気センサ５とを備え、磁気シールド容器を貫通
させて銅線を検査領域内に導く搬送路７を形成する部品
として、該搬送路に導かれる銅線と磁気シールド容器と
の接触を防止するゴムブッシュ等の絶縁性リング８を設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、銅線中に含まれて
該銅線の引き延ばしによる細線化工程において破断の原
因となる微細な鉄粉を高精度に探知することのできる鉄
粉探知装置に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】半導体装置におけるワイヤボンデ
ィング等に用いられる超極細線は、例えば直径１ｍｍ程
度の銅線を引き延ばし（線引き）加工して製造される。
ところが上記銅線にその製造工程で混入した微細な鉄粉
等の異物が含まれると、該銅線を線引き加工して製造さ
れる超極細線の破断（破線）の原因となり、その製造歩
留まりが著しく低下する。そこで従来より銅線に含まれ
る微細な異物を探知して、その製造品質・工程を管理す
ることが試みられている。例えば特開平７−７７５１６
号公報に開示されるように、均一磁場中におかれた銅線
に含まれる鉄粉等の異物や傷によって生じる微小な磁界
の変化を、ＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Intr
eference Device；超伝導量子干渉装置）を用いた高感
度な磁気センサにより検出し、これによって該銅線の品
質を検査することが提唱されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで銅線に含まれ
る異物による微小な磁界の変化を検出する場合、外部磁
界の影響を遮断することのみならず、その微小な磁界の
変化を高感度に検出することが重要となる。そこで外部
磁界を遮断して安定な検査領域を形成する磁気シールド
容器を準備し、この磁気シールド容器内（検査領域）に
ＳＱＵＩＤを用いた高感度な磁気センサを配置すると共
に、該磁気シールド容器を貫通させてその検査対象であ
る長尺の銅線を連続的に挿通させるようにしている。特
にこの種の装置を銅線の線引きラインに設けて、銅線を
一定速度（例えば１０ｍ／min）で走行させながら（線
引きしながら）、その検査を行うように構成される。

【０００４】ちなみに上記銅線は、該銅線を線引きする
機械（線引き機）により所定の張力が加えられて前記磁
気シールド容器内を貫通して張り渡され、この状態で前
記検査領域内を連続的に走行させながら前記ＳＱＵＩＤ
による検査に供せられる。このとき上記線引き機がアー
スラインに接地されているとしても、その接地抵抗が完
全にゼロでないので、その線引きライン間において上記
銅線に僅かな電位差が生じることが否めない。このよう
な電位差に起因して銅線とシールド容器との短絡により
パルス的な雑音が発生する。従って高精度な検出を実現
するには、銅線の電位差に起因するパルス的雑音の影響
も排除することが必要となる。

【０００５】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、銅線からの雑音の混入を防止し
て該銅線に含まれる鉄粉の高精度な検出を可能とする簡
易な構成の鉄粉探知装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係る鉄粉探知装置は、長尺の銅線に磁界を
加えて該銅線中に含まれる鉄粉を磁化する磁化手段と、
外部磁界を遮断した検査領域を形成する磁気シールド容
器と、この磁気シールド容器の前記検査領域内に配置さ
れたＳＱＵＩＤを備え、前記磁化手段により磁界が加え
られた後に前記検査領域内に連続的に導かれる長尺の銅
線中の鉄粉が発する磁力を検出する磁気センサとを具備
してなり、特に前記銅線を磁気シールド容器を貫通させ
て前記検査領域内に導く搬送路を形成する部品として、
該搬送路に導かれる銅線と前記磁気シールド容器との接
触を防止する絶縁体を設けたことを特徴としている。

【０００７】好ましくは前記絶縁体を、前記磁気シール
ド容器の壁面に穿たれて銅線を挿通する孔部の周縁に嵌
め込んだ絶縁性リングとして、或いは前記磁気シールド
容器を貫通して設けられて、その内部に銅線を挿通する
合成樹脂製等の絶縁パイプとして実現することを特徴と
している。即ち、本発明は、予め銅線に磁界を加えるこ
とで該銅線に含まれる鉄粉を磁化した後に、該銅線を磁
気センサを設けた磁気シールド容器内に連続して導くよ
うにしたもので、特に磁気シールド容器内を貫通して走
行する銅線に僅かな電位差が生じることが否めないこと
を配慮し、前記磁気シールド容器を貫通して銅線の搬送
路を形成する部品を絶縁体とすることで該銅線と前記磁
気シールド容器との接触を防止するようにしたことを特
徴としている。そして上記電位差に起因する銅線からの
磁場の発生を防止して前記銅線に含まれる鉄粉が発生す
る微量な磁力を高精度に検出し得るようにしたことを特
徴としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係る鉄粉探知装置について説明する。この鉄
粉探知装置は、例えばボビンに巻回された直径１ｍｍ程
度の銅線を該ボビンから巻き戻しながら線引きして細線
化加工し、ワイヤボンディング等に用いられる超極細線
を連続して製造する線引きラインに組み込まれるもので
あって、図１に例示するように銅線１に磁界を加えて該
銅線１に含まれる鉄粉を磁化する磁界発生装置（磁化手
段）２と、この磁界発生装置２を介して磁化処理が施さ
れた銅線１が導かれる検査装置３とからなる。

【０００９】前記磁界発生装置２は、例えば前記線引き
ラインに設けられて、前記ボビンから巻き戻された銅線
１をその内部に挿通させる長尺円筒状の磁石からなる。
この磁石は、その内部を速度Ｖで通過する銅線１に対し
て所定時間Ｔに亘って所定強度の磁界を連続的に印加す
るべく、その長さＬが定められている。尚、このように
して線引きラインに設けられる磁石に代えて、図２に示
すようにボビン１０に巻回された銅線１をその状態のま
ま内部に収納する大径円筒状の磁石装置１１として磁界
発生装置２を実現することもできる。このような大径円
筒状の磁石装置１１としては、ＭＲＩ（Magnetic Reson
ance Imaging；磁気共鳴画像診断装置）等に組み込まれ
る大型の電磁石装置や永久磁石装置を応用するようにす
れば良い。但し、この場合には、大径円筒状の磁石装置
１１を用いて磁化処理した銅線１中の鉄粉が減磁（消
磁）する前に前記ボビン１０から銅線１を巻き戻して前
記検査装置３に連続して導くことが必要である。

【００１０】尚、鉄粉を磁化するには或る程度の時間を
要し、また磁化した鉄粉は時間と共にその磁化が消えて
いく（磁気余効）。ちなみに純鉄における磁化と緩和時
間との関係は、 Ｉ_(t) ＝Ｉ∞［１−exp（−ｔ／τ）］ として示される。但し、Ｉ∞は平衡時の磁化、τは緩和
時間、ｔは時間である。しかして鉄粉を十分に磁化する
には、上記緩和時間τの３倍程度の時間を必要とするの
で、鉄粉の磁化に要する時間Ｔは、例えば３００Ｋで３
秒、３２５Ｋで０.３秒、３８０Ｋで３×１０^-3秒、そ
して４１０Ｋで３×１０^-4秒程度となる。従って銅線１
を１５００ｍ／minの速度で線引きするものとすれば、
３秒で７５ｍ、３×１０^-3秒で７.５ｃｍ、そして３×
１０^-4秒で７.５ｍｍ移動することになるので、その移
動距離に応じて前記磁石２の長さＬを定め、銅線１を加
熱しながら鉄粉を磁化するようにすれば良い。

【００１１】またこのようにして十分に磁化した鉄粉の
磁気余効については、単磁区粒子における緩和時間τは τ＝τ₀exp（νＫu／ｋＴ） として与えられる。但し、τ₀は１０^-9秒、Ｖは体積、
Ｋuは４.８×１０⁴Ｊ／ｍ ³からなる異方性エネルギであ
る。しかしてアルニコ鉄の場合、室温において０.１Ｗ
ｂ／ｍ²の減少に約１０００秒程度を要するので、一
旦、鉄粉をその飽和磁化まで十分に磁化すれば、後述す
るようにその磁場を計測する上で磁化の減少が殆ど問題
とならないようにすることができる。

【００１２】さて前記検査装置３は、基本的には外部磁
界を遮断してその内部に外部磁界の影響のない安定した
検査領域を形成する磁気シールド容器４と、この磁気シ
ールド容器４内の前記検査領域に組み込まれた磁気セン
サ５とを備えてなる。そして磁気シールド容器４の壁面
に穿たれた透孔６によって形成されて該磁気シールド容
器４を貫通する搬送路７を介して前記銅線１を前記検査
領域内に連続して導くように構成される。ちなみに上記
磁気シールド容器４は、例えば三重に重ねて同軸配置さ
れた強磁性体製の有底円筒形状をなす磁気シールド体４
ａ,４ｂ,４ｃからなる。前記搬送路７を形成する透孔６
は、これらの各磁気シールド体４ａ,４ｂ,４ｃの壁面に
その内部の検査領域を通して反対側を見通すように直列
（直線状）に設けられる。

【００１３】このように構成された磁気シールド容器４
の内部に組み込まれる磁気センサ５は、ＳＱＵＩＤ（Su
perconducting Quantum Intreference Device；超伝導
量子干渉装置）を用いた高感度なものからなり、搬送路
７を通して検査領域内に導かれる銅線１に対して、例え
ば２ｃｍ離れた位置にて該銅線１に含まれる１０μｍ程
度の微細な鉄粉が発するの磁力を検出するものとなって
いる。尚、磁気センサ５にはＳＱＵＩＤを冷却する冷却
装置が一体に組み込まれることは言うまでもない。

【００１４】ここで本装置が特徴とするところは、図３
に示すように前記磁気シールド容器４を構成する磁気シ
ールド体４ａ,４ｂ,４ｃを貫通して銅線１を挿通する搬
送路７が、前記各磁気シールド体４ａ,４ｂ,４ｃの壁面
にそれぞれ穿たれた孔部６の周縁にそれぞれ嵌め込んだ
ゴムブッシュ等の絶縁性リング８により構成され、該搬
送路７に導かれる銅線１と前記磁気シールド体４ａ,４
ｂ,４ｃとの接触が防止されている点にある。即ち、絶
縁性リング８により銅線１と前記磁気シールド体４ａ,
４ｂ,４ｃとの間を電気的に絶縁して、前記搬送路７が
構成した点を特徴としている。

【００１５】尚、図４に示すように前記各磁気シールド
体４ａ,４ｂ,４ｃの壁面にそれぞれ穿たれた孔部６を挿
通して合成樹脂製の絶縁パイプ９を設け、この絶縁パイ
プ９の内側を前記銅線１を挿通する搬送路７とするよう
にしても良い。このような絶縁パイプ９により搬送路７
を形成すれば、銅線１と磁気シールド体４ａ,４ｂ,４ｃ
とを電気的に絶縁して該銅線１を磁気シールド容器４内
に導くことが可能となる。

【００１６】かくして上述した如く磁気シールド容器４
（磁気シールド体４ａ,４ｂ,４ｃ）に対して電気的な絶
縁性を確保して、該磁気シールド容器４内に銅線１を挿
通させる搬送路７を形成した本装置によれば、仮にその
線引きラインにおいて銅線１に電位差が発生しても、該
銅線１の磁気シールド容器４への接触が効果的に防止さ
れるので、上記電位差に起因する磁場が発生することが
なく、この種の磁場が前記磁気センサ５に対して雑音と
して作用する虞もなくなる。

【００１７】ちなみに線引きラインにおいて銅線１に電
位差Ｅが発生する区間を１ｍ、銅線１の直径を１ｍｍと
し、その間の電気抵抗が約０.０２Ωであるとして電流
Ｉが流れた場合、その直流電流が作る磁場Ｂの大きさは Ｂ＝μ₀Ｉ／２πａ となる。但し、μ₀は試験領域の透磁率であり、ａは磁
場が作用する距離（試験流域の長さ）である。従ってこ
の場合、例えば銅線１から２ｃｍ離れた位置に置いて
は、Ｅ×５×１０^-4Ｔの磁場が発生することになり、電
位差Ｅが１ｍＶである場合には５００ｐＴもの大きな磁
場が前記磁気センサ５に対して作用することになる。

【００１８】この点、鉄粉の磁場強度はその磁気モーメ
ントの向きによって異なるが、半径１０μｍの鉄粉の２
ｃｍ離れた位置での磁場強度は３０〜１００ｐＴ程度で
あり、また半径５μｍの鉄粉の２ｃｍ離れた位置での磁
場強度は３〜１０ｐＴ程度である。従ってこのような微
細な鉄粉をその磁場強度から検出する場合には、電流に
起因して前記銅線１が発する磁場が大きな問題となる。

【００１９】尚、前述した電位差に起因する銅線１から
の磁場が問題となるのはパルス性雑音は、銅線１が信号
周波数と同程度の周波数で振動することに起因する周期
性雑音や、銅線１が作る磁場と環境雑音との干渉により
発生する周期性雑音等である。それ以外の雑音の場合
は、例えばフィルタリング処理等によりその問題を回避
し得ると考えられる。

【００２０】ちなみに銅線１を弦と看做すと、その振動
周波数νは ν＝（ｎ／２Ｌ）（Ｓ／σ）^1/2 として求められる。但し、Ｓは銅線１（弦）の張力、σ
は銅線１の線密度、Ｌは銅線１の長さ、そしてｎは振動
の腹の数（第ｎ倍音）である。この式に示されるように
上記張力Ｓを銅の破断強度程度の２０ｋｇ／ｍｍ²とし
ても、その基本周波数は２.４Ｈｚ程度と低い。また銅
線１の移動に伴う振動の腹の移動を考慮した場合、例え
ば銅線１の移動速度が１５００ｍ／minであると、これ
に伴う腹の移動周波数が２５Ｈｚとなるので、仮に基本
周波数だけが存在する際の上記腹の移動に伴って発生す
る磁場の周波数は約２７.５Ｈｚとなる。従って鉄粉か
らの信号の周波数は線引き速度により異なるが、例えば
１５００ｍ／minの場合には数百Ｈｚであるので、信号
周波数と同程度で銅線１が振動することはない。従って
上述した程度の周波数であれば、フィルタリングにより
十分に除去することが可能である。

【００２１】これに対して前述した干渉による雑音の大
きさは、元の雑音の振幅の積の半分となる。従って銅線
１の電位差Ｅが１０Ｖ、環境雑音が１μＴであるとする
と、数ｐＴの雑音となる。しかし前述した如く構成され
た磁気シールド容器４を用いることにより、環境雑音を
数ｐＴ程度に抑えることができ、また線引き機における
接地構造の工夫により前記電位差Ｅも１Ｖ程度に抑える
ことが可能なので、干渉による雑音の影響も容易に排除
し得る。よってパルス性雑音だけが問題となる雑音であ
ると言える。

【００２２】そこで前述した如く搬送路７を絶縁構造と
し、銅線１と磁気シールド容器４との接触を防止して銅
線１に電流が流れることを阻止する本装置によれば、銅
線１からの磁場の発生を効果的に阻止することができる
ので、電磁シールド容器４内の安定した試験環境下で銅
線１に含まれる鉄粉による微弱な磁場を確実に検出する
ことが可能となる。しかも搬送路７を絶縁構造とすると
言う簡単な構成だけで、銅線１に含まれる鉄粉の検出を
可能とすると言う、実用上多大なる効果が奏せられる。

【００２３】尚、磁気シールド容器４については、例え
ば厚み２ｍｍの強磁性体を用いて有底円筒形状に形成さ
れた、直径２５０ｍｍで深さ５００ｍｍの磁気シールド
体４ａ、直径２０ｍｍで深さ４００ｍｍの磁気シールド
体４ｂ、直径１５０ｍｍで深さ３００ｍｍの磁気シール
ド体４ｃを三重に配置することで、その中心軸上の底部
近傍における環境雑音を数ｐＴ程度に抑え得ることが確
認できた。

【００２４】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えば磁気シールド容器４を４重構造
にすることも可能であり、磁気シールド効果の高い容器
であれば、１重構造、或いは２重構造のものであっても
良い。またたその大きさについても磁気センサ５の大き
さ等に応じて定めるようにすれば良い。更には磁気シー
ルド容器４の形状についても円筒形状のみならず、四角
形状等とすることも勿論可能であり、その上面を磁気的
に閉塞する蓋体を設けることも可能である。また絶縁体
については、木製、紙製、竹製、合成樹脂製またはセラ
ミック製のものであれば良く、要は非磁性の電気絶縁体
であれば良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない
範囲で種々変形して実施することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、磁
気シールド容器を貫通させて銅線を導く搬送路を絶縁構
造とし、銅線と磁気シールド容器との接触を防いでその
電気的な絶縁を確保するので、仮に銅線に電位差が生じ
る場合であってもこの電位差に起因する電流の通流を阻
止し、銅線からの不本意な磁場の発生、ひいてはパルス
性雑音を効果的に防ぎ得る。この結果、銅線に含まれる
微細な鉄粉の磁化が小さくても、これを高精度に検出す
ることができ、銅線の製造品質やその製造工程を効果的
に管理することが可能となる。特に銅線に含まれる鉄粉
の高精度な検出を可能とする簡易な構成の鉄粉探知装置
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る鉄粉探知装置の概略
構成図。

【図２】銅線に含まれる鉄粉を磁化する為の磁石装置の
例を示す図。

【図３】図１に示す鉄粉探知装置における磁気シールド
容器と該磁気シールド容器を貫通して設けられる銅線の
搬送路の構造を示す図。

【図４】図１に示す鉄粉探知装置における磁気シールド
容器を貫通して設けられる銅線の搬送路の別の構造例を
示す図。

【符号の説明】

１ 銅線 ２ 磁界発生装置（磁化手段） ３ 検査装置 ４ 磁気シールド容器 ５ 磁気センサ（ＳＱＵＩＤを内蔵） ６ 孔部（搬送路） ７ 搬送路 ８ 絶縁性リング ９ 絶縁パイプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AC01 AD32 2G053 AA21 AB14 BA04 BA14 BB03 BC02 CA03 DA02 DB01 DB11 DB12

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銅線に磁界を加えて該銅線中に含まれる
   鉄粉を磁化する磁化手段と、 外部磁界を遮断した検査領域を形成する磁気シールド容
   器と、 前記磁化手段により磁界が加えられた前記銅線を、上記
   磁気シールド容器を貫通させて前記検査領域内に挿通さ
   せる搬送路を形成し、該搬送路に導かれる銅線と前記磁
   気シールド容器との接触を防止する絶縁体と、 ＳＱＵＩＤを備え、前記検査領域内に配置されて前記搬
   送路を通過する前記銅線中に含まれる鉄粉が発する磁力
   を検出する磁気センサとを具備したことを特徴とする鉄
   粉探知装置。
2. 【請求項２】 前記絶縁体は、前記磁気シールド容器の
   壁面に穿たれて銅線を挿通する孔部の周縁に嵌め込んだ
   絶縁性リングからなることを特徴とする請求項１に記載
   の鉄粉探知装置。
3. 【請求項３】 前記絶縁体は、前記磁気シールド容器を
   貫通して設けられ、その内部に銅線を挿通する木製、紙
   製、竹製、合成樹脂製またはセラミック製の絶縁パイプ
   からなることを特徴とする請求項１に記載の鉄粉探知装
   置。