JP5468392B2

JP5468392B2 - 電着ワイヤー工具およびその製造方法

Info

Publication number: JP5468392B2
Application number: JP2010002208A
Authority: JP
Inventors: 彰広川原; 庸市近藤; 隆岩隈; 博哲高尾
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2010-01-07
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2030-01-07
Also published as: JP2011140095A

Description

本発明は、太陽電池シリコン、半導体シリコン、磁性体、サファイヤ、ＳｉＣなどを溶融し、鋳型に流し込んで固化された塊であるインゴットを、スライス加工する際に用いられる電着ワイヤー工具およびその製造方法に関する。

ダイヤモンド砥粒をワイヤーに固着したダイヤモンドワイヤーには、ダイヤモンド砥粒をレジンボンドで固着したレジンワイヤーと、電着で固着した電着ワイヤーとがある。例えば特許文献１〜４に記載の電着ワイヤーは、砥粒保持力が高く、加工効率が高いといった優れた利点がある。一方、例えば特許文献５，６に記載のレジンワイヤーは、表面が樹脂であるため、柔軟性が高く、捻れに起因する断線がないといった利点がある。また、このレジンワイヤーは、加工性能が安定しており、加工面の面粗さが良好であり、加工精度も高いなどの点で優れているが、砥粒保持力が小さく、加工効率が劣るという問題がある。

現状、単結晶インゴットの切削には、所定の加工面の面粗度および加工精度が求められており、多結晶インゴットの切削には、高い加工性能が望まれている。電着ワイヤーは、多結晶の切削に有利であり、さらに高い加工性能が要求されている。さらに高い加工性能を実現する方法としては、切削する際に発生する切削屑を、すみやかに取り除くことがある。この切削屑を除去する方法として、例えば特許文献７には、加工液を流して除去する方法が記載されている。

特開２００６−１８１６９８号公報特開２００４−２７２８３号公報特開平９−１５０３１４号公報特開２００６−２３１４７９号公報特開平１０−１３８１１４号公報特開平１１−３４７９１１号公報特開２０００−２１８５０４号公報

しかしながら、加工液が適切でない場合、ワイヤーは高速で運動しながらインゴットを切削しているため、加工液がワイヤーへ十分行き渡らず、加工性能の低下およびワイヤーの断線が起こりやすいという問題がある。このような問題を解決するためには、加工液を被研削体とワイヤーの種類によって適正なものを選択するという方法があるが、多結晶インゴットの切削の場合、被研削体の状態が一定ではないため、被研削体の状態に応じてその都度、加工液を変えることは現実的でない。また、適切な加工液は、高価な分散剤を多量に含むものを使用しなければならないため、コスト高である。

そこで、本発明では、ワイヤー自身が幅広い加工液に適切に濡れるようにした電着ワイヤー工具およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の電着ワイヤー工具は、ワイヤーの外周面に電着で固定された複数の超砥粒を有する電着ワイヤー工具であって、ワイヤーの表面に面粗度Ｒａ０．０５〜１μｍの微細な突起構造を有するものである。本発明の電着ワイヤー工具によれば、ワイヤーの表面に面粗度Ｒａ０．０５〜１μｍの微細な凹凸が形成されているので、親水効果が強くなり、ワイヤー自身が幅広い加工液に適切に濡れるようになる。

なお、面粗度Ｒａが０．０５未満では、ワイヤーの表面が平坦すぎて親水効果が得られない。一方、面粗度Ｒａが１μｍ超ではワイヤーの表面の凹凸が大きすぎ、同様に親水効果が得られなくなる。

本発明の電着ワイヤー工具は、超砥粒の固着を行う電着槽に、平均粒径０．１〜２μｍ、より好ましくは０．５〜１μｍの金属粒子を添加して、ワイヤーの外周面に電着を行うことにより製造することが望ましい。これにより、ワイヤーの表面に、平均粒径０．１〜２μｍ、あるいは０．５〜１μｍの金属粒子を有する電着ワイヤー工具が得られる。

なお、平均粒径０．１μｍ未満の金属粒子では、粒子が細かすぎてワイヤーの表面の面粗度Ｒａが０．０５μｍ未満となる。また、製造の際、電着槽の粘度が上がるため、適正な超砥粒の固着を行うことができなくなる。一方、平均粒径２μｍ超では、粒子が大きすぎてワイヤーの表面の面粗度Ｒａが１μｍ超となる。また、製造の際、粒子が大きすぎて、うまく電着層中に粒子が取り込まれなくなる。

また、金属粒子としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、ＺｎまたはＡｌの１種または２種以上からなるものであることが望ましい。電着槽中に、これらの金属粒子の１種または２種以上からなるものを添加すれば、電位差により電着層中にこれらの金属粒子を有することができる。これにより、ワイヤーの表面に凹凸が形成される。

（１）ワイヤーの表面に面粗度Ｒａ０．０５〜１μｍの微細な突起構造を有する電着ワイヤー工具によれば、加工液の電着ワイヤー工具に対する親水性が強くなり、ワイヤー自身が幅広い加工液に適切に濡れるので、加工性能が格段に向上する。

（２）超砥粒の固着を行う電着槽に、平均粒径０．１〜２μｍ、より好ましくは０．５〜１μｍの金属粒子を添加して、ワイヤーの外周面に電着を行うことにより、ワイヤーに対してダメージを与えることなく、ワイヤーの表面に面粗度Ｒａ０．０５〜１μｍの微細な突起構造を形成することができるので、ワイヤー強度が低下することがない。また、従来の電着ワイヤー工具の製造工程の増加もないので、有利である。

（３）金属粒子として、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、ＺｎまたはＡｌの１種または２種以上からなるものを用いることで、電着層中に粒界が生まれ、ワイヤーの表面に凹凸が形成される。

本発明の実施の形態における電着ワイヤー工具の平面図である。本発明の実施の形態における電着ワイヤー工具の縦断面図である。図１の電着ワイヤー工具の製造装置の模式図である。（ａ）は実施例１の電子顕微鏡写真、（ｂ）は比較例の電子顕微鏡写真である。

図１は本発明の実施の形態における電着ワイヤー工具の平面図、図２は縦断面図である。図１および図２において、本発明の実施の形態における電着ワイヤー工具１は、ピアノ線などのワイヤー素線２にＮｉなどの金属めっきによる下地（下地層３）が施されたワイヤー４の外周面に、電着によって複数のダイヤモンド砥粒５が固定されたものである。

ダイヤモンド砥粒５は、非導電体であるダイヤモンドを電着するため、Ｎｉなどの導電性金属により被覆（図示せず。）されたものである。また、ワイヤー４の表面には、平均粒径０．１〜２μｍのＮｉなどの微細な金属粒子６が配置されている。この金属粒子６によって、電着ワイヤー工具１の表面には、面粗度Ｒａ０．０５〜１μｍの微細な突起構造が形成されている。

図３は図１の電着ワイヤー工具の製造装置の模式図である。
電着ワイヤー工具１は、図３に示すように、連続的にワイヤー素線２を供給し、アルカリ脱脂槽１０、水洗槽１１、酸洗浄槽１２、水洗槽１３に浸漬して脱脂処理を行った後、下地めっき槽１４によりＮｉめっきを行う。次に、金属被覆されたダイヤモンド砥粒５と、平均粒径０．１〜２μｍの金属粒子６としてのＮｉ微粉とを添加した電着槽１５により、Ｎｉめっきを行う。

こうして得られた電着ワイヤー工具１は、ワイヤー４の表面に面粗度Ｒａ０．０５〜１μｍの微細な凹凸が形成されているので、親水効果が強くなり、電着ワイヤー工具１自身が幅広い加工液に適切に濡れる性質を有するものとなる。したがって、電着ワイヤー工具１自身が、高価な分散剤を多量に含む加工液だけでなく、幅広い加工液および水に適切に濡れるので、被研削体の状態にかかわらず、加工性能が格段に向上する。

また、本実施形態における電着ワイヤー工具１の製造方法では、ダイヤモンド砥粒５の固着を行う電着槽１５に、平均粒径０．１〜２μｍの金属粒子を添加して、ワイヤー４の外周面に電着を行うので、ワイヤー４に対してダメージを与えることがなく、強度が低下することがない。また、製造工程の増加もないので、有利である。なお、添加する金属粒子は、平均粒径０．５〜１μｍであることが望ましい。

なお、本実施形態におけるダイヤモンド砥粒５に代えてｃＢＮなどの超砥粒を用いても同様の電着ワイヤー工具が得られる。また、ワイヤー４の下地層３、ダイヤモンド砥粒５の被覆層および微細な金属粒子６として、Ｎｉ以外にも、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、ＺｎまたはＡｌの１種または２種以上からなるもの等を用いることも可能である。

上記電着ワイヤー工具１と従来の電着ワイヤー工具との比較を行った。
実施例の電着ワイヤー工具１では、Ｎｉ被覆された粒径１２μｍのダイヤモンド砥粒５と、このダイヤモンド砥粒５に対してそれぞれ１０ｗｔ％の粒径１．０μｍ（実施例１）、０．５μｍ（実施例２）のＮｉ微粉を添加した電着槽１５で、電流密度２Ａ／ｄｍ²にて厚さ６μｍのＮｉめっきを行った。一方、比較例の従来の電着ワイヤー工具は、Ｎｉ被覆された粒径１２μｍのダイヤモンド砥粒５のみを添加した電着槽で、電流密度２Ａ／ｄｍ²にて厚さ６μｍのＮｉめっきを行った。

図４の（ａ）は実施例１の電子顕微鏡写真、（ｂ）は比較例の電子顕微鏡写真である。レーザー顕微鏡Ｖｋ−９５００（キーエンス製）にてそれぞれの電着ワイヤー工具のダイヤモンド砥粒５のないワイヤー４の表面（図１のＡ部）を測定し、面粗度をＡ部の線分析により測定した。表１はワイヤー表面のＮｉ粒子の平均径とワイヤーの面粗度、表２はワイヤーの接触角測定結果、表３はワイヤー切断結果をそれぞれ示している。なお、ワイヤー接触角の測定は、接触角測定装置ＣＡ−Ａ（協和界面化学製）にて行った。また、加工液はノリタケクール（協同油脂製）である。

以上のように、従来の電着ワイヤー工具（比較例）ではワイヤー表面に平坦な面が形成されるが、実施例の電着ワイヤー工具１では、ワイヤー４の表面に微細な凹凸が形成され、加工液の親水性が強く、ワイヤー自身が幅広い加工液に適切に濡れるようになる。

本発明の電着ワイヤー工具は、太陽電池シリコン、半導体シリコン、磁性体、サファイヤ、ＳｉＣなどを溶融し、鋳型に流し込んで固化された塊であるインゴットを、スライス加工する際に用いられる電着ワイヤー工具として有用である。

１電着ワイヤー工具
２ワイヤー素線
３下地層
４ワイヤー
５ダイヤモンド砥粒
６金属粒子
１０アルカリ脱脂槽
１１水洗槽
１２酸洗浄槽
１３水洗槽
１４下地めっき槽
１５電着槽

Claims

ワイヤーの外周面に電着で固定された複数の超砥粒を有する電着ワイヤー工具であって、
前記ワイヤーの表面に面粗度Ｒａ０．０５〜１μｍの微細な突起構造を有する電着ワイヤー工具。
前記ワイヤーの表面に、平均粒径０．１〜２μｍの金属粒子を有する請求項１記載の電着ワイヤー工具。
前記金属粒子は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、ＺｎまたはＡｌの１種または２種以上からなるものである請求項２記載の電着ワイヤー工具。
ワイヤーの外周面に電着で固定された複数の超砥粒を有する電着ワイヤー工具の製造方法であって、
前記超砥粒の固着を行う電着槽に、平均粒径０．１〜２μｍの金属粒子を添加して、前記ワイヤーの外周面に電着を行うことを特徴とする電着ワイヤー工具の製造方法。