JP3526781B2 - レジンボンドワイヤーソー - Google Patents
レジンボンドワイヤーソーInfo
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23D61/18—Sawing tools of special type, e.g. wire saw strands, saw blades or saw wire equipped with diamonds or other abrasive particles in selected individual positions
- B23D61/185—Saw wires; Saw cables; Twisted saw strips
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
Description
る固定砥粒タイプのワイヤーソーに係り、特に高い強度
及び硬度を持つとともに良好な曲げ性も兼ね備えるレジ
ンボンドワイヤーソーに関する。
配線パターンの微細化による性能向上が図られてきた
が、配線パターンの微細化だけでは多機能化に追いつけ
ず、近来ではチップ自身を大型化することで対応してい
る。このようなチップの大型化に伴い、歩留り向上の点
からシリコンウエハも大口径のものが使用されるように
なり、その前工程であるシリコンインゴットからの切り
出し法も従来の内周刃切断法から大口径化に対応しやす
いワイヤーカット法へ移行されつつある。
れていたものの一つとして、スラリーを用いた遊離砥粒
方式がある。この遊離砥粒方式は、ピアノ線や超高強度
合金線をシリコンインゴットに強く接触させた状態で走
行させ、ピアノ線や超高強度合金線が接触している部分
にWAやGCなどの遊離砥粒を含有した潤滑油を注入し
ながら切断するというものである。しかしながら、潤滑
油の飛散による作業環境の劣化やワークの汚染を伴うほ
か、ワークへの砥粒の食い込み深さを一様に保てるよう
に制御できないことから切断効率に限界があるとされて
いる。
WAやGCまたはダイヤモンドの砥粒を一体に接合した
ワイヤーソーを使用する固定砥粒方式が提案された。こ
の固定砥粒方式に用いるワイヤーソーとしては、電着に
より砥粒を接合する電着ワイヤーソーや高分子有機材料
をバインダーとして砥粒を接合するレジンボンドワイヤ
ーソーが知られている。これらの電着ワイヤーソー及び
レジンボンドワイヤーソーでも、遊離砥粒方式と同様に
ワークに強く接触させながら走行させることで砥粒によ
る切断が可能である。
処理の工程に時間を費やすほか長尺化が困難であるとい
う製造上の問題と、破断ねじり強度や曲げ強度が低いた
め加工時に断線しやすいという使用上の問題が以前から
指摘されていた。そこで、このような電着ワイヤーの欠
点を改善したものとして、レジンボンドワイヤーソーが
開発された。
ては、たとえば特開平10−138114号公報に記載
されたものがある。この公報に記載のレジンボンドワイ
ヤーソーは、高抗張力金属を芯線として用い、ポリアミ
ド、ポリイミド樹脂等の有機材料またはガラス等の無機
材料をバインダーとしてこれに砥粒を分散含有させたも
ので芯線を被覆するという構成としたものである。
ソーは、電着ワイヤーソーと比較すると砥粒層が剥離し
やすい傾向にある。このため、レジンボンドワイヤーソ
ーは電着ワイヤーソーよりも摩耗が激しく、シリコンイ
ンゴットの切断に耐え得ない面があった。そこで、砥粒
層の剥離を抑えるためには、レジンボンド層を高硬度化
することが一つの有効な手段と考えられる。
と、芯線の周面の全体が全長に亘って連続的に硬い膜で
被覆されるので、芯線の曲げ性が大きく低下してしま
う。一方、ワイヤーソーは周面に溝を切ったプーリに巻
回されてループを形成した切断ー装置に設備されるの
で、プーリ周りに大きく曲げられる。またワークに押し
付けられた状態で走行していくので、ワークからの反力
によって撓み変形する。したがって、レジンボンド層を
高硬度化したワイヤーソーでは、芯線自身はプーリの周
面やワークの表面に倣ってしなやかに曲がるものの、レ
ジンボンド層には微小クラックを発生したり破断したり
する。このため、砥粒が脱落しやすくなるほか芯線の断
線原因となり、砥粒の脱落は切断効率の低下だけでなく
ワークの切断面を劣化させることになる。
は砥粒の固定力をより強力にするこことが現在までの最
大の課題となっている。そして、レジンボンド層を高硬
度化することでこの課題に対応しようとすると、砥粒の
保持力を強くすることはできるものの、曲げ性の低下に
起因する砥粒の脱落が新たな問題となる。
めて、固定砥粒タイプのものは芯線の全長に一様な厚さ
のレジンボンドの層を芯線周りの全断面に形成するとい
うのが基本である。このため、ワイヤーソーはその全長
のどの部分でも、芯線とその周囲の硬いレジンボンドの
層の一様な大きさの断面形状となる。したがって、芯線
の長さ方向の連続する断面が互いに補強し合う関係とな
り、レジンボンド層の砥粒保持力をある程度維持させつ
つ硬度を若干低下させることで対応しようとしても、曲
げ性の改善には有効とはいえない。
レジンボンドによるワイヤーソーでは、砥粒の保持力を
高めるためにレジンボンド層を高硬度化すると、ワイヤ
ーソーの曲げ性の低下によって却って砥粒の脱落を招く
という問題がある。
砥粒を安定して保持でき切断効率をより一層向上させる
ことができるレジンボンドワイヤーソーを提供すること
を目的とする。
イヤーソーは、砥粒と高強度化及び高硬度化用のフィラ
ー剤とを含有した樹脂を、芯線の軸線方向に間隔を開け
てセグメント状のチップとして前記芯線に一体に接合し
たことを特徴とする。
ィラー剤とを含有した樹脂を、芯線周面に一体に接合し
て前記砥粒を含むレジンボンド層とし、前記レジンボン
ド層は前記芯線の軸線方向に大径部と小径部とを順に形
成した外郭を持ち、前記大径部を切断用のチップとした
構成とすることもできる。
高分子とすることができる。この場合、前記フィラー剤
の添加量を5〜50体積%とするかもしくは前記砥粒の
集中度を150〜200とすれば、更に一段と高強度及
び高硬度化が図られる。
レジンボンドワイヤーソーの概略であってその一部を芯
線と平行な方向から観た部分正面図、図2は図1のA−
A線矢視による縦断面図である。
ワイヤーソーは、芯線1と一定のピッチでこの芯線1に
一体に接合されたチップ2とから構成されたものであ
る。
使用されているたとえば黄銅メッキを施したピアノ線や
特殊合金鋼線及び超高強度合金線などを用いたものであ
る。この芯線1の線径は0.10〜0.60mm程度で
あり、ワークに押し付けられて走行するときやプーリに
巻き付けられるときにしなやかに撓み及び曲げ変形する
程度の弾性を持つ。
mm程度とするとともに軸線長さを1.0〜2.0mm
程度としたものであり、軸線方向の両端をそれぞれ芯線
1の周面側に収斂していくテーパ部2aとしている。こ
のチップ2は、図2に示すように、液状樹脂2bにフィ
ラー剤2cを混合して砥粒2dを保持したものである。
砥粒2dは、従来のワイヤーソーと同様に、ダイヤモン
ドやCBNまたはGCやWA等である。
可塑性,常温硬化性,紫外線硬化性の樹脂等が使用で
き、砥粒2dの層厚を正確に制御することに重点を置く
場合であれば紫外線硬化型の樹脂とすることが好まし
い。この紫外線硬化型の樹脂としては、光ラジカル発生
剤により励起される反応基(架橋部)を有する樹脂(化
合物)であればその種類は問わないが、たとえばアクリ
ル系,エポキシ系,アリール系の樹脂等が使用できる。
e,Sn,W,WC,Ag等のようにレジンダイヤモン
ドホイールで使用されているものが全て利用できる。そ
して、このフィラー剤2cを液状樹脂2bに添加するこ
とによって砥粒を強固に保持して高強度化及び高硬度化
を図る。
って、チップ2の中の樹脂比率(体積比)を低くしフィ
ラー剤2cと砥粒2dの比率(体積比)を高くすること
ができる。本発明では、フィラー剤2cの添加量は5〜
50(体積%)であり、この範囲の添加量であれば曲げ
強度を適切に増やすことができる。
(相対比)との関係をテストピースを用いた試験によっ
て得た特性図である。試験はJIS K 7203(1
982)による硬質プラスチック曲げ試験方法に基づく
もので、40mm×7mmの長方形であって厚さが4m
mのテストピースを用いてn数4にて行なった。特性図
から判るように、フィラー剤2cの添加量が5(体積
%)を超える付近から曲げ強度はほぼリニアに増加し、
添加量50(体積%)より少し小さい値のときにピーク
に達して添加量を更に増やすと急激に曲げ強度は低下し
ている。したがって、先の添加量5〜50(体積%)の
値の範囲であればフィラー剤を含まない場合に比べる
と、曲げ強度が向上していることが判る。
対比)との関係を試験によって得た特性図である。この
試験は図3で示した曲げ強度試験に用いたものと同じテ
ストピースを使用し、このテストピースの全体の硬度を
ロックウェル硬度計によって測定した。図4に示す特性
図は全体硬度の平均値データによるもので、フィラー剤
2cの添加量が10(体積%)を超えると硬度は徐々に
大きくなり、添加量が30(体積%)を超えるとその硬
度の増加率は急激に高くなっていることが判る。したが
って、特にフィラー剤2cの添加量を30(体積%)以
上とすれば、硬度の大幅な改善がみられ、砥粒2dの保
持力も強大にすることができ、その剥離も抑えられる。
フィラー剤2cの添加量の関係から、曲げ強度及び硬度
の両方を顕著に上げるためには、フィラー剤2cの添加
量を30〜50(体積%)に設定することが好ましい。
また、フィラー剤2cの添加量が10〜30(体積%)
の範囲でも硬度に改善がみられることから、先に説明し
たようにフィラー剤2cの添加量は10〜50(体積
%)とすることで所期の目的を十分に達成し得る。
ンド砥石より格段に高く設定し、砥粒2d自体もフィラ
ー剤として作用させることでも、曲げ強度の高いチップ
2が得られる。図5は砥粒2dの集中度と曲げ強度(相
対比)との関係を実験によって得た特性図であり、集中
度を150〜200程度とすれば、低集中度の場合の2
〜4倍の曲げ強度が得られることが判る。
50(体積%)とした場合、図3及び図4から明らかな
ように曲げ強度と硬度とをいずれも高く維持できる。し
たがって、砥粒2dの集中度を50程度まで下げたとし
ても、フィラー剤2cの添加量を40〜50(体積%)
程度にすれば、曲げ強度及び硬度は適正に維持できる。
また、砥粒2dの集中度を200近くまで高くしてフィ
ラー剤2cを全く添加しない場合でも、曲げ強度は高く
維持される。このようにフィラー剤2cの添加量と砥粒
2dの集中度の関係を適切にすることで、曲げ強度と硬
度を補償して高い値が得られるように操作することは可
能である。
ワイヤーソーの製造例を示す概略図である。
をバインダーとしてレジンボンド層11を形成したもの
を用いるのが最も効率的であり、その製造ラインには紫
外線照射チャンバ21と未硬化のままの樹脂層を除去す
るための洗浄チャンバ22とを配置する。そして、これ
らの紫外線照射チャンバ21と洗浄チャンバ22との間
の間隔は、製造しようとするレジンボンドワイヤーソー
のチップ2のピッチと等しくする。
内蔵し、ラインの上流から装入された芯線1とレジンボ
ンド層11との一体品に対しして紫外線を照射する。ま
た、洗浄チャンバ22は、未硬化のレジンボンド層11
を溶出させて除去するためのもので、洗浄液としてアセ
トン,酢酸エチル,クロロホルム,エーテル,メタノー
ル,エタノール,テトラヒドロフラン,ジメチルスフォ
ルオキシド等を溜めたものである。
トリップ状の材料は、図6において左側から右側へ間欠
的に送りが与えられる。このときの送りのピッチは、紫
外線照射チャンバ21の入口から洗浄チャンバ22の入
口までの距離に等しく、紫外線照射チャンバ21内の紫
外線ランプは送りが停止されている期間だけ点灯する。
このような送りと紫外線ランプの点灯の操作とにより、
図示のように送りが停止している期間に、紫外線照射チ
ャンバ21内に位置している部分の材料については紫外
線硬化型の樹脂を含むレジンボンド層11は硬化して硬
化部となり、紫外線照射チャンバ21と洗浄チャンバ2
2との間の材料はそのまま未硬化部として残る。そし
て、一定時間が経過して先のピッチ分だけ送られると、
未硬化部と硬化部とが洗浄チャンバ22の中に移動し、
後続の部分も紫外線照射チャンバ21内とその先の洗浄
チャンバ22の入口部分まで進む。洗浄チャンバ22内
では未硬化部が溶出して除去され、芯線1が剥き出しの
状態となる。
バ22から洗浄チャンバ23へ間欠的に送ることで、洗
浄チャンバ22から出ていく段階になると、芯線1に一
定の間隔でチップ2が形成されたレジンボンドワイヤー
ソーが得られる。
形成したレジンボンドワイヤーソーでは、従来の芯線の
全長をレジンボンドで被覆する場合に比べると、芯線1
の曲げ性が損なわれることがなく、ワークへの加工性が
向上する。また、チップ2には液状樹脂2bにフィラー
剤2cを適量添加して曲げ強度及び硬度を高くしている
ので、その変形や摩耗が抑えられる。そして、砥粒2d
の集中度を高くしてこの砥粒2dをフィラー剤2cと同
じ作用をさせることによっても曲げ強度を改善でき、耐
摩耗性を一段と向上させることができる。すなわち、レ
ジンボンドワイヤーソーの曲げ性を保ちながらチップに
よる高効率の切断が可能となり、チップ2にクラックが
発生することもないので、その寿命も大幅に改善され
る。
であって、図1の場合と同様にその一部を芯線と平行な
方向から観た部分正面図である。
て砥粒及びフィラー剤を含むレジンボンド層3が形成さ
れている。このレジンボンド層3は、大径部と小径部と
これらの間のテーパ部とを順に形成したもので、大径部
をチップ3aとしその両端部を先の例と同様にテーパ部
3bとしたものである。
チップ2と同様に液状樹脂に銅,GC,WA等をフィラ
ー剤として含む砥粒を混合したもので、液状樹脂は熱硬
化型としたものである。チップ3a部分の断面形状は図
2に示したものとほぼ同様であり、先に示したようにフ
ィラー剤の添加量は5〜50体積%であり砥粒の集中度
は150〜200程度である。
の大径部をチップ3aとするので、チップ3aどうしの
間の層厚が薄い部分では芯線1の曲げ性が確保され、レ
ジンボンド層3のクラックの発生が抑えられる。したが
って、ワークに対する加工性が良好に保たれると同時に
寿命も向上する。そして、先の例と同様にレジンボンド
層3に含まれるフィラー剤の添加量と砥粒の集中度の最
適化による高強度高硬度化によって、耐摩耗性が向上
し、高い切断効率と寿命のさらなる向上が得られる。
の曲げ性が十分に得られるので、ワークへの加工性が良
好に保たれると同時にチップにおいてもクラックの発生
が防止できるとともに、ワーク内面への研削液の供給も
速やかに行なえるので切断時の発熱を下げることがで
き、残留熱応力によるワークの変形が防止できる。ま
た、高強度化及び高硬度化のためのフィラー剤を樹脂に
含ませるので、耐摩耗性も向上し長寿命化が可能とな
る。
べて砥粒及びフィラー剤の体積比率を高くとれるので、
チップの高強度化及び高硬度化が一段と向上し、切断効
率及び寿命を更に改善できる。
を最適化することでチップの高強度化及び高硬度化が更
に促され、切断効率及び寿命が大幅に改善される。
化することでフィラー剤と同じ作用を持たせることがで
るので、チップの高強度化及び高硬度化が最大限に達成
され、耐摩耗性が高く長寿命のワイヤーソーを提供でき
る。
ヤーソーの概略であってその一部を芯線と平行な方向か
ら観た部分正面図である。
す特性図である。
性図である。
図である。
を示す概略図である。
ワイヤーソーの概略図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 砥粒と高強度化及び高硬度化用のフィラ
ー剤とを含有した樹脂を、芯線の軸線方向に間隔を開け
てセグメント状のチップとして前記芯線に一体に接合し
たレジンボンドワイヤーソーであって、前記樹脂を液状
高分子とし、前記フィラー剤の添加量を5〜50体積%
とし、前記砥粒の集中度を150〜200としたことを
特徴とするレジンボンドワイヤーソー。 - 【請求項2】 砥粒と高強度化及び高硬度化用のフィラ
ー剤とを含有した樹脂を、芯線周面に一体に接合して前
記砥粒を含むレジンボンド層とし、前記レジンボンド層
は前記芯線の軸線方向に大径部と小径部とを順に形成し
た外郭を持ち、前記大径部を切断用のチップとしたレジ
ンボンドワイヤーソーであって、前記樹脂を液状高分子
とし、前記フィラー剤の添加量を5〜50体積%とし、
前記砥粒の集中度を150〜200としたことを特徴と
するレジンボンドワイヤーソー。
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