KR101327023B1

KR101327023B1 - 소우 와이어

Info

Publication number: KR101327023B1
Application number: KR1020127017627A
Authority: KR
Inventors: 미쯔루 모리따; 도시미 다루이; 히로아끼 사까모또; 히로까쯔 야시로; 마꼬또 고사까
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2013-11-13
Also published as: US20120216787A1; WO2011158834A1; JP5009439B2; TWI433743B; EP2583792A4; CN102712080A; US8707944B2; EP2583792B1; EP2583792A1; CN102712080B; JPWO2011158834A1; TW201208796A; MY155751A; KR20120104288A

Abstract

소우 와이어에는, 소정의 조성의 강소선(11a)을 갖는 강선(11)과, 강선(11)에 고착부(12)에 의해 고착된 지립(13)과, 지립(13)과 고착부(12)의 계면에 형성된 금속간 화합물(15)이 포함되어 있다. 강소선(11)의 인장 강도가, 3500㎫ 이상이고, 고착부(12)가, Zn 또는 Ag를 포함하는 Sn계 땜납을 포함한다.

Description

소우 와이어{SAW WIRE}

본 발명은, 반도체 재료 등의 절단에 적합한 소우 와이어에 관한 것이다.

Si 단결정, Si 다결정, 사파이어, SiC 단결정 등의 절단에 소우 와이어가 사용된다. 소우 와이어로서, 유리 지립 소우 와이어 및 고정 지립 소우 와이어가 알려져 있다. 고정 지립 소우 와이어에는, 유리 지립 소우 와이어와 비교하여, 고속에 의한 절단이 가능하고, 절삭 여유 손실(절단 손실)을 작게 하는 것이 가능하고, 환경 오염을 야기하기 어려운 것 등의 이점이 있다.

고정 지립 소우 와이어로서는, 다이아몬드 지립이 소우 와이어용 강선에 Ni 전착되어 구성된 것(Ni 전착 소우 와이어), 다이아몬드 지립이 수지에 의해 소우 와이어용 강선에 고정되어 구성된 것(수지 고정형 소우 와이어), 다이아몬드 지립이 납땜재 또는 땜납에 의해 소우 와이어용 강선에 고정되어 구성된 것 등이 있다. 예를 들어, 특허 문헌 4에는, Sn-Ag-Cu계 땜납을 사용하여, Cu 도금 다이아몬드 지립을 Inconel718 와이어에 고정한 다이아몬드 피복 와이어가 기재되어 있다.

Ni 전착 소우 와이어의 제조에는, 막대한 비용을 필요로 한다. 수지 고정형 소우 와이어에서는, 수지의 다이아몬드 지립을 고착하는 힘이 불충분하기 때문에, 충분한 절단 성능이 얻어지지 않는다. 또한, 다이아몬드 지립이 납땜재 또는 땜납에 의해 소우 와이어용 강선에 고정되어 구성된 고정 지립 소우 와이어에서도, 다이아몬드 지립을 고착하는 힘이 불충분하기 때문에, 충분한 절단 성능이 얻어지지 않는다. 여기서, 절단 성능으로서 중요한 사항은, 절단 속도의 빠름, 절삭 여유 손실(절단 손실)의 적음, 웨이퍼의 휨의 적음 등이다.

일본 특허 공고 평4-4105호 공보 일본 특허 출원 공개 평7-227766호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-7387호 공보 특허 제4008660호 공보 일본 특허 출원 공개 제2010-201602호 공보 일본 특허 출원 공개 평5-200667호 공보 일본 특허 출원 공개 제2002-256391호 공보

본 발명은, 절단 성능을 향상시킬 수 있는 소우 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.

고정 지립 소우 와이어에 있어서 절단 성능을 향상시키기 위해서는, 고강도의 고장력 강선을 사용하고, 이 고장력 강선에 지립을 견고하게 고착시키는 것이 중요하다. 본원 발명자들은, 예의 검토를 행한 바, 지립을 가는 고장력 강선에 견고하게 고착하기 위해서는, 비교적 융점이 낮은 재료를 고착부에 사용하는 것이 중요한 것이 판명되었다. 이에 반하여, 융점이 높은 재료를 사용하면, 예를 들어 고융점의 납땜재를 사용하여 브레이징을 행하면, 이미 가공에 의해 고강도화되어 있는 고장력 강선, 예를 들어, 스틸코드 등이, 브레이징 시에 연화되어 버린다. 또한, Ni 합금 등의 고융점 납땜재를 전해 도금에 의해 피착하는 경우, 직경이 수십㎛인 지립을 고착하기 위해서는, 적어도 10㎛ 이상의 두께의 도금층을 형성할 필요가 있어, 장시간을 필요로 하는 공정으로 되어 고비용으로 된다.

또한, 비교적 융점이 낮은 재료를 고착부에 사용하면서, 고장력 강선과 고착부의 접합력, 고착부 자체의 강도, 고착부와 지립의 접합력도 높이는 것이 중요하다.

그리고, 본 발명자들은, 이들 지식에 기초하여 더욱 예의 검토를 행한 결과, 고착부에 소정의 재료를 사용하여, 고착부와 지립 사이에 금속간 화합물을 형성함으로써, 소우 와이어의 절단 성능을 향상시킬 수 있는 것을 발견하였다. 금속간 화합물에 의해 지립의 고착력을 보다 높이는 것이 가능하여, 절단 중에 있어서의 지립의 박리를 억제할 수 있다.

그리고, 본 발명의 요지로 하는 바는 이하와 같다.

(1)

강소선을 갖는 강선과,

상기 강선에 고착부에 의해 고착된 지립과,

상기 지립과 상기 고착부의 계면에 형성된 금속간 화합물을 갖고,

상기 강소선은,

질량％로,

C : 0.8％ 내지 1.2％,

Si : 0.02％ 내지 2.0％,

Mn : 0.1％ 내지 1.0％,

Cr : 0.5％ 이하,

P : 0.015％ 이하,

S : 0.015％ 이하 및

N : 0.01％ 이하를 함유하고,

잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,

상기 강소선의 인장 강도가, 3500㎫ 이상이고,

상기 고착부가, Zn 또는 Ag를 포함하는 Sn계 땜납을 포함하는 것을 특징으로 하는 소우 와이어.

(2)

상기 강소선은, 질량％로,

Ni : 1.0％ 이하,

Cu : 0.5％ 이하,

Mo : 0.5％ 이하,

V : 0.5％ 이하 및

B : 0.0050％ 이하로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 소우 와이어.

(3)

상기 강선은, 상기 강소선의 표면에 형성되며, Zn 또는 Cu 중 적어도 한쪽을 함유하는 도금층을 갖는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 소우 와이어.

(4)

상기 도금층이, 상기 강소선에 파고 들어가 있는 것을 특징으로 하는 (3)에 기재된 소우 와이어.

(5)

상기 도금층의 상기 강소선에의 파고 들어감 깊이가 0.5㎛ 내지 5㎛인 것을 특징으로 하는 (4)에 기재된 소우 와이어.

(6)

상기 지립의 표면에 형성되며, Ni 또는 Cu의 층을 포함하는 피복층을 갖는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 소우 와이어.

(7)

상기 피복층은, 상기 Ni 또는 Cu의 층보다도 상기 지립측에 형성된 Ti 또는 Cr의 하지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 (6)에 기재된 소우 와이어.

(8)

상기 지립의 표면에 형성되며, Ni의 층을 포함하는 피복층을 갖고,

상기 Sn계 땜납이, 0.5질량％ 내지 5.0질량％의 Ag를 포함하는 Sn-Ag계 땜납이고,

상기 금속간 화합물이, Sn을 함유하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (7)에 기재된 소우 와이어.

(9)

상기 Sn-Ag계 땜납이, 당해 Sn-Ag계 땜납의 모재 중에 분산된, 1㎛ 내지 2㎛의 두께를 갖는 판 형상 또는 직경이 1㎛ 내지 2㎛의 끈 형상 중 적어도 한쪽의 Ag₃Sn계 금속간 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 (8)에 기재된 소우 와이어.

(10)

상기 Sn-Ag계 땜납이, Fe : 0.01질량％ 내지 0.5질량％ 또는 Ni : 0.01질량％ 내지 0.5질량％ 중 적어도 한쪽을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 (8) 또는 (9)에 기재된 소우 와이어.

(11)

상기 금속간 화합물이, Ni를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 (8) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 소우 와이어.

(12)

상기 금속간 화합물의 조성이, Ni₃Sn₄, Ni₃Sn₂ 또는 Sn_(1-x-y)Ni_xCu_y(0.1≤x≤0.7, 0.01≤y≤0.5)로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 (11)에 기재된 소우 와이어.

(13)

상기 Sn계 땜납이, Zn을 포함하는 Sn-Zn계 땜납이고,

상기 금속간 화합물이, Sn 또는 Zn 중 적어도 한쪽을 함유하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (7)에 기재된 소우 와이어.

(14)

상기 Sn-Zn계 땜납에 있어서의 Zn의 함유량이, 1질량％ 내지 35질량％인 것을 특징으로 하는 (13)에 기재된 소우 와이어.

(15)

상기 Sn-Zn계 땜납의 조성이, Sn-Zn-X로 나타내어지고,

X가, Bi, Ni, Cu, Fe, Sb, Pb, In 및 Ag로부터 선택된 적어도 1종이고,

상기 X의 함유량이, 0.5질량％ 내지 5질량％인 것을 특징으로 하는 (13) 또는 (14)에 기재된 소우 와이어.

(16)

상기 금속간 화합물이, Ni-Sn계 금속간 화합물, Ni-Zn계 금속간 화합물, Ni-Sn-Zn계 금속간 화합물, Cu-Sn계 금속간 화합물, Cu-Sn-Zn계 금속간 화합물 및 Cu-Zn계 금속간 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 (13) 내지 (15) 중 어느 하나에 기재된 소우 와이어.

(17)

상기 Sn-Zn계 땜납이, 당해 Sn-Zn계 땜납의 모재 중에 분산된, 판 형상 또는 바늘 형상의 Zn 석출물을 포함하는 것을 특징으로 하는 (13) 내지 (16) 중 어느 하나에 기재된 소우 와이어.

본 발명에 따르면, 간편하게 또한 저렴하게 지립의 유지력을 높여, 절단 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1a는 본 발명의 실시 형태에 관한 소우 와이어를 도시하는 단면도이다.
도 1b는 도 1a 중의 영역 R1의 확대도이다.
도 1c는 도 1a 중의 영역 R2의 확대도이다.
도 1d는 본 발명의 실시 형태에 관한 소우 와이어를 도시하는 다른 단면도이다.
도 2a는 제1 실시예에서 얻어진 소우 와이어를 도시하는 단면도이다.
도 2b는 도 2a 중의 영역 R1의 확대도이다.
도 2c는 도 2a 중의 영역 R2의 확대도이다.
도 3a는 실시예 5에서 얻어진 소우 와이어를 도시하는 단면도이다.
도 3b는 도 3a 중의 영역 R1의 확대도이다.
도 3c는 도 3a 중의 영역 R2의 확대도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 첨부의 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 실시 형태는, 본 발명에 관한 소우 와이어의 취지를 보다 잘 이해시키기 위해서 상세하게 설명하기 위한 것이며, 본 발명은 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 도 1a는 본 발명의 실시 형태에 관한 소우 와이어를 도시하는 단면도로서, 소우 와이어의 신선 방향(길이 방향)에 평행한 단면을 도시한다. 도 1b는 도 1a 중의 영역 R1의 확대도이고, 도 1c는 도 1a 중의 영역 R2의 확대도이다. 도 1d는 본 발명의 실시 형태에 관한 소우 와이어를 도시하는 단면도로서, 소우 와이어의 신선 방향(길이 방향)에 직교하는 단면을 도시한다.

본 발명의 실시 형태에 관한 소우 와이어(10)에는, 강선(11)과, 강선(11)에 고착부(12)에 의해 고착된 지립(13)이 포함되어 있다. 강선(11)에는, 강소선(11a)과 그 표면에 형성된 도금층(11b)이 포함되어 있다. 고착부(12)는, Ag를 포함하는 Sn계의 땜납 또는 Zn을 포함하는 Sn계의 땜납으로 이루어지고, 이 땜납에는, 땜납 모재(12a)와 그 내부에 분산된 분산물(12b)이 포함되어 있다. 지립(13)은, 예를 들어 피복층(14) 및 금속간 화합물층(15)에 의해 덮여져 있고, 피복층(14) 및 금속간 화합물층(15)도 고착부(12)에 의해 덮여져 있다.

<강선(11)>

여기서, 강선(11)에 대하여 설명한다.

강선(11)의 인장 강도는 3500㎫ 이상이다. 멀티 와이어 소우 등의 절단 장치를 사용하여, 한번에 다수의 얇은 웨이퍼를 잘라내는 경우, 잘라내어진 웨이퍼에 휨이 발생하지 않도록 하는 것이 중요하다. 웨이퍼의 휨의 발생에는, 소우 와이어의 장력이 크게 관계한다. 즉, 충분한 장력을 가하지 않고 절단한 경우, 소우 와이어의 휨이 커지기 때문에, 웨이퍼의 절단면의 평탄도가 저하되어, 휨이 발생하기 쉽다. 이로 인해, 절단 시에 높은 장력을 가하는 것이 중요하지만, 소우 와이어의 인장 강도가 낮은 경우에는, 단선이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 강선(11)의 인장 강도를 3500㎫ 이상으로 한다. 이와 같은 강선(11)은 가격의 점에서도 바람직하다. 또한, 소우 와이어(10)에 요구되는 강도에 따라서는, 강선(11)의 인장 강도는 3800㎫ 이상인 것이 바람직하고, 4000㎫ 이상인 것이 보다 바람직하고, 4500㎫ 이상인 것이 더욱 바람직하다.

강선(11)의 강소선(11a)은, 질량％로, C : 0.8％ 내지 1.2％, Si : 0.02％ 내지 2.0％, Mn : 0.1％ 내지 1.0％, Cr : 0.5％ 이하, P : 0.015％ 이하, S : 0.015％ 이하 및 N : 0.01％ 이하를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.

[탄소(C) : 0.8％ 내지 1.2％]

C는 충분한 인장 강도를 얻기 위해서 필수적인 원소이다. 그러나, C의 함유량이 0.8％ 미만이면, 3500㎫ 이상의 인장 강도를 얻는 것이 곤란하다. 한편, C의 함유량이 1.2％를 초과하면, 초석 시멘타이트가 오스테나이트 입계에 석출하여 신선 가공성이 열화된다. 그로 인해, C의 함유량은 0.8％ 내지 1.2％로 한다.

[실리콘(Si) : 0.02％ 내지 2.0％]

Si는 페라이트를 강화시켜 인장 강도를 향상시킴과 동시에, 강의 탈산을 위해서 필수적인 원소이다. 그러나, Si의 함유량이 0.02％ 미만이면, 상기의 효과가 불충분하다. 또한, Si의 함유량이 2.0％를 초과하면, 신선 가공성을 열화시키는 경질의 SiO₂계 개재물이 발생한다. 그로 인해, Si의 함유량은 0.02％ 내지 2.0％로 한다.

[Mn(망간) : 0.1％ 내지 1.0％]

Mn은 탈산 및 탈황을 위해서 필요하고, 또한, 켄칭성을 높여서 인장 강도를 높이기 위해서 필수적인 원소이다. 그러나, Mn의 함유량이 0.1％ 미만이면, 상기의 효과가 불충분하다. 또한, Mn의 함유량이 1.0％를 초과하면, 상기의 효과가 포화된다. 그로 인해, Mn의 함유량은 0.1％ 내지 1.0％로 한다.

[크롬(Cr) : 0.5％ 이하]

Cr은 펄라이트에 있어서의 시멘타이트 간격(라멜라 간격)의 미세화에 기여하는 유용한 원소이며, 강도의 향상에 유효하다. 이 효과를 얻기 위해서, Cr의 함유량은 0.01％ 이상인 것이 바람직하고, 0.03％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.05％ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 그 한편, Cr의 함유량이 0.5％를 초과하면, 열처리(파텐팅 처리) 시의 펄라이트 변태 종료 시간이 길어져, 생산성이 저하된다. 따라서, Cr의 함유량은 0.5％ 이하로 한다. 여기서, 파텐팅 처리란, 1차 신선 가공재를 가열 유지하여 조직을 오스테나이트화한 후, 펄라이트로 항온 변태시키기 위해서, 신속하게 펄라이트 변태 온도로 냉각 유지하는 열처리이다.

[인(P) : 0.015％ 이하]

P는 신선 가공성 및 연성을 저하시킨다. 이로 인해, P의 함유량은 0.015％ 이하로 한다.

[유황(S) : 0.015％ 이하]

S는 신선 가공성 및 연성을 저하시킨다. 이로 인해, S의 함유량은 0.015％ 이하로 한다.

[질소(N) : 0.01％ 이하]

N은 연성을 저하시킨다. 이로 인해, N의 함유량은 0.01％ 이하로 한다.

또한, 강선(11)이, 선택적 원소로서, 이하에 나타내는 각 원소 중의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것이, 기계적 특성 등을 더욱 향상시킬 수 있는 점에서 보다 바람직하다.

[니켈(Ni) : 1.0％ 이하]

Ni는 열처리 시의 변태에 의해 생성되는 펄라이트를 신선 가공성이 양호한 것으로 하는 작용을 갖는다. 그러나, Ni의 함유량이 1.0％를 초과해도, 그 함유량에 상응하는 만큼의 효과가 얻어지지 않는다. 이로 인해, 비용 등의 관점에서, Ni의 함유량은 1.0％ 이하인 것이 바람직하다. 또한, Ni의 함유량이 0.05％ 미만에서는, 상기의 효과가 얻어지지 않는다. 이로 인해, Ni의 함유량은 0.05％ 이상인 것이 바람직하다.

[구리(Cu) : 0.5％ 이하]

Cu는, 석출 경화에 의해 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 그러나, Cu의 함유량이 0.5％를 초과해도, 그 함유량에 상응하는 만큼의 효과가 얻어지지 않는다. 이로 인해, Cu의 함유량은 0.5％ 이하인 것이 바람직하다. 또한, Cu의 함유량이 0.01％ 미만에서는, 상기의 효과가 충분히는 얻어지지 않는다. 이로 인해, Cu의 함유량은 0.01％ 이상인 것이 바람직하다.

[몰리브덴(Mo) : 0.5％ 이하]

Mo는 인장 강도를 높이는 효과가 있다. 그러나, Mo의 함유량이 0.5％를 초과하면, 열처리 시의 펄라이트 변태가 지연되어 처리 시간이 길어져, 생산성이 저하된다. 또한, 그 함유량에 상응하는 만큼의 효과가 얻어지지 않는다. 이로 인해, Mo의 함유량은 0.5％ 이하인 것이 바람직하다. 또한, Mo의 함유량이 0.05％ 미만에서는, 상기의 효과가 충분히는 얻어지지 않는다. 이로 인해, Mo의 함유량은 0.05％ 이상인 것이 바람직하다.

[바나듐(V) : 0.5％ 이하]

V는 인장 강도를 높이는 효과가 있다. 그러나, V의 함유량이 0.5％를 초과해도, 그 함유량에 상응하는 만큼의 효과가 얻어지지 않는다. 이로 인해, V의 함유량은 0.5％ 이하인 것이 바람직하다. 또한, V의 함유량이 0.05％ 미만에서는, 상기의 효과가 충분히는 얻어지지 않는다. 이로 인해, V의 함유량은 0.05％ 이상인 것이 바람직하다.

[붕소(B) : 0.0050％ 이하]

B는 열처리 시의 페라이트의 생성을 억제하는 효과가 있어, 강도의 향상에 유효한 원소이다. 그러나, B의 함유량이 0.0050％를 초과하면, 신선 가공성이 저하된다. 이로 인해, B의 함유량은 0.0050％ 이하인 것이 바람직하다. 또한, B의 함유량이 0.0001％ 미만에서는, 상기의 효과가 충분히는 얻어지지 않는다. 이로 인해, B의 함유량은 0.0001％ 이상인 것이 바람직하다.

강선(11)의 도금층(11b)은, 예를 들어, 구리(Cu), 놋쇠(Cu-Zn 합금) 또는 Zn의 도금층이다. 도금층(11b)은, 고착부(12)의 땜납의 습윤성을 향상시킨다. 도금층(11b)의 두께는, 1㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 도금층(11b)은, 국소적으로 강소선(11a)에 파고 들어가 있다. 이 파고 들어감부(11c)는 도금층(11b)을 형성하기 전의 강선(11)의 산세 처리의 시간 및 습식 신선에 사용하는 다이스의 어프로치 각도 등의 신선 가공 조건에 따라서 변화된다. 산세 처리의 시간이 길어질수록 부식 피트는 깊어지고, 그것에 대응하여 파고 들어감부(11c)도 깊어지는 경향이 있다. 또한, 습식 신선에 사용하는 다이스의 어프로치 각도가 커질수록, 강선(11)의 표면이 둘레 방향으로 만곡하는 경향이 강해지기 때문에, 파고 들어감부(11c)가 깊어지는 경향이 있다.

또한, 파고 들어감부(11c)가 깊어지면, 그 안에 접힘(균열)이 생기는 경우가 있고, 그것이 파괴의 기점으로 되어, 도금층(11b)이 박리되기 쉬워져, 강선(11)과 고착부(12)의 접합 강도가 저하되는 경우가 있다. 또한, 깊은 파고 들어감부(11c)는 강선(11)의 파단 강도를 저하시키는 경우도 있다. 이들을 고려하면, 파고 들어감부(11c)의 깊이는 5㎛ 이하인 것이 바람직하다.

또한, Cu, 놋쇠, 또는 Zn의 도금층(11b)은 습식 신선 중에 그것 자체가 윤활능을 나타낸다. 그러나, 파고 들어감부(11c)의 깊이가 0.5㎛ 이하로 매우 얕은 경우에는, 습식 신선 중에 도금층(11b)이 둘레 방향으로 부분적으로 도중에서 끊어지는 경우가 있다. 그리고, 이와 같은 경우에는, 도금층(11b)이 형성되어 있지 않은 부분에 있어서, 강선(11)과 고착부(12) 사이의 충분한 접합 강도를 얻기 어려운 경우가 있다. 또한, 도금층(11b)의 도중 끊김은, 신선 중의 발열량의 증가에 의해, 강선(11)의 특성이 열화되어 있는 것을 나타내는 경우도 있다. 이들을 고려하면, 파고 들어감부(11c)의 깊이는 0.5㎛ 이상인 것이 바람직하다.

따라서, 파고 들어감부(11c)의 깊이는 0.5㎛ 내지 5㎛인 것이 바람직하고, 1㎛ 내지 2㎛ 정도인 것이 보다 바람직하다.

인장 강도가 3500㎫ 이상의 강선(11)은, 예를 들어, 이하에 나타내는 바와 같은 방법에 의해 제조할 수 있다.

우선, 상기의 화학 성분을 갖는 강편을 제작하고, 이 강편에 대하여 열간 압연을 행하여 선재를 얻는다. 계속해서, 선재에, 중간 신선 및 중간 열처리(파텐팅 처리)를 행하여, 소정의 선경으로 조정한다. 그 후, 최종 열처리(파텐팅 처리)를 행한다. 최종 열처리의 조건에 관하여, 오스테나이트화 온도가 950℃ 내지 1100℃, 펄라이트 변태 온도가 550℃ 내지 600℃로 되는 것이 바람직하다. 최종 열처리 후에는, 최종 열처리에 의해 얻어진 최종 열처리재에 산세 및 도금 처리를 행한다. 도금의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, Cu, 놋쇠 또는 Zn의 도금을 행한다. Cu-Sn, Ni, Ni-Sn 등의 도금을 행해도 된다. 산세에 의해, 선재의 표면에 미세한 결함이 발생하여, 도금 처리에 의해 형성되는 도금층이 당해 결함에 파고 들어간다. 도금 처리 후에는, 습식 신선에 의해 신선 가공을 행하여, 강소선(11a) 및 도금층(11b)을 포함하는 소정의 선경의 강선(11)을 완성한다. 신선 가공에 의해, 강소선(11a) 및 도금층(11b)의 사이에는 견고한 금속 결합이 존재하게 된다.

또한, 도금 처리에 의해 형성하는 도금층의 두께는 1㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 고착부(12)와의 견고한 결합을 얻기 위해서는, 소우 와이어의 제조 과정에 있어서, 고착부(12)와 강선(11)의 도금층(11b)의 계면에, 두께가 얇고 균일한 금속간 화합물층이 형성되는 것이 바람직하고, 이 금속간 화합물층을 효과적으로 얻기 위해서이다. 이 금속간 화합물층은, 고착부(12)와 도금층(11b)의 화학 결합의 존재를 나타내는 것이지만, 일반적으로 금속간 화합물은 무른 성질을 갖기 때문에, 금속간 화합물층이 지나치게 두꺼우면, 금속간 화합물층에서의 균열이 발생하기 쉬워진다. 이로 인해, 금속간 화합물층의 두께는 얇고 균일한 것이 바람직한 것이다.

강선(11)의 선경은, 절삭 여유 손실(절단 손실)에 직접 영향을 미친다. 특히, 최근에는 웨이퍼의 두께가 수백㎛로 매우 얇게 되어 있어, 절삭 여유의 비율이 크게 되어 있다. 따라서, 절단 손실의 저감은 비용의 삭감 및 생산성의 향상의 관점에서도 중요하다. 이로 인해, 강선(11)의 선경(직경)은 120㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 전술한 바와 같이, 선경을 작게 하여, 절단 손실를 저감하려고 하는 경우, 장력을 충분히 유지한 조건에서 절단하지 않으면, 소우 와이어의 휨이 커져, 웨이퍼의 휨이 커져 버린다. 또한, 선경(직경)을 작게 한 분만큼, 단선되기 쉬워져 버린다. 따라서, 강선(11)의 선경(직경)을 작게 하여 절단 손실의 저감을 도모하는 경우, 웨이퍼의 휨 및 단선을 억제하기 위해서는, 강선(11)의 인장 강도가 매우 중요하다. 본 실시 형태에서는, 강선(11)의 인장 강도가 3500㎫ 이상이기 때문에, 웨이퍼의 휨 및 단선을 억제할 수 있다.

<고착부(12)>

다음에, 고착부(12)에 대하여 설명한다.

상술한 바와 같이, 고착부(12)는, 예를 들어 Ag를 포함하는 Sn계의 땜납 또는 Zn을 포함하는 Sn계의 땜납을 포함하고, 이 땜납에는, 땜납 모재(12a) 및 땜납 모재(12a) 중에 분산된 분산물(12b)이 포함되어 있다. Ag를 포함하는 Sn계의 땜납 및 Zn을 포함하는 Sn계의 땜납의 융점은 낮아, 이 땜납이 용융할 정도의 가열을 행해도, 강선(11)이 연화되는 일은 없다. 즉, 이 고착부(12)의 융점은 강선(11)이 연화되는 온도보다도 낮다. 고착부(12)는, 지립(13)을 강선(11)에 고착한다. 따라서, 고착부(12)에 사용되는 땜납의 강도는 높은 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 높은 강도를 얻기 위해서, 땜납 모재(12a) 중에 분산물(12b)이 분산되어 있는 고착부(12)가 사용된다.

[Ag를 포함하는 Sn계의 땜납(Sn-Ag계 땜납)]

여기서, Sn-Ag계 땜납에 대하여 설명한다. Sn-Ag계 땜납은, 납프리 땜납으로서 일반적이며, 첨가물의 종류와 양에 따라서 각종 금속간 화합물을 형성한다. 그리고, 각종 금속간 화합물이 분산물(12b)에 해당될 수 있다. 이들 금속간 화합물의 융점은 땜납 모재(12a)의 융점보다도 높다. Sn-Ag계 땜납 중에 형성되는 금속간 화합물로서는, Ni-Sn계 금속간 화합물, Sn-Cu계 금속간 화합물, Sn-Ag계 금속간 화합물이 대표적이지만, 다른 금속간 화합물이 형성되는 경우도 있다. 첨가물로서는, As, Ba, Co, Cd, Fe, Ni, Pt 등을 들 수 있다. 또한, 금속간 화합물의 형상으로서는, 섬 형상, 입상, 판 형상, 바늘 형상, 끈 형상, 블록 형상을 들 수 있다.

Sn-Ag계 땜납의 조성은 특별히 한정되지 않지만, Ag의 함유량은 0.5질량％ 내지 5.0질량％인 것이 바람직하다. Ag의 함유량이 0.5질량％ 미만이면, 강도의 향상에 기여하는 Sn을 포함하는 금속간 화합물이 충분히 형성되지 않는 경우가 있다. 한편, Ag의 함유량이 5.0질량％ 초과이면, Sn을 포함하는 금속간 화합물의 조대화에 의해 강도가 저하되거나, 융점이 지나치게 높아지거나 하는 경우가 있다.

분산물(12b)로서는, 특히, Sn-Ag계 금속간 화합물(Ag₃Sn)이 바람직하다. 또한, 1㎛ 내지 2㎛ 정도의 두께를 갖는 판 형상, 또는, 직경이 1㎛ 내지 2㎛ 정도의 끈 형상의 Sn-Ag계 금속간 화합물(Ag₃Sn)이, 분산되거나, 또는 네트워크를 형성하고 있는 것이 바람직하다. 즉, Sn-Ag계 금속간 화합물이 서로 연결된 조직에 의해, Sn-Ag계 땜납이 강화되어 있는 것이 바람직하다. 그리고, 분산물(12b)로서 Sn-Ag계 금속간 화합물이 사용되는 경우도, Sn-Ag계 땜납의 Ag의 함유량은 0.5질량％ 내지 5.0질량％인 것이 바람직하다. Ag의 함유량이 0.5질량％ 미만에서는, 강도를 유지하기 위한 충분한 Ag₃Sn이 형성되지 않는 경우가 있다. 또한, Ag의 함유량이 5.0질량％ 초과에서는, 공정 조성(Sn : Ag=96.5 : 3.5)으로부터의 어긋남이 커져, Ag₃Sn의 조대화에 의해 강도가 저하되거나, 융점이 지나치게 높아지거나 하는 경우가 있다. 또한, 고가의 Ag를 필요 이상으로 포함하는 것은, 경제적인 관점에서도 바람직하지 않다. 더욱 바람직하게는, Ag의 함유량은 1.0질량％ 내지 4.5질량％이고, 이 범위에서는, 블록 형상의 조대화된 금속간 화합물은 거의 형성되지 않아, 더욱 높은 강도를 얻을 수 있다.

전술한 바와 같이, Sn 및 Ag 이외의 첨가 원소의 종류 및 양에 의해, 다양한 금속간 화합물이 분산물(12b)로서 땜납 모재(12a) 중에 분산되어 형성된다. Ag를 0.5질량％ 내지 5.0질량％ 포함하는 Sn계 땜납의 첨가물로서는, As, Ba, Co, Cd, Fe, Ni, Pt 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 0.01질량％ 내지 0.5질량％의 Fe 및/또는 0.01질량％ 내지 0.5질량％의 Ni가 함유되어 있는 것이 바람직하다.

Fe 및 Ni는 Sn 중에 약간 고용되고, 고용된 Fe 및 Ni는 땜납 모재(12a)의 강도를 향상시킨다. 즉, 고용 강화에 의해 고착부(12)의 강도가 향상된다. 단, Fe의 함유량이 0.01질량％ 미만의 경우, 이 효과를 충분히는 얻기 어렵다. 또한, Ni의 함유량이 0.01질량％ 미만의 경우도, 이 효과를 충분히는 얻기 어렵다. 한편, Fe의 함유량이 0.5질량％ 초과의 경우, 금속간 화합물인 FeSn₂ 등이 응집 조대화되어, 파괴의 기점으로 되어, 강도의 저하가 진행되는 경우가 있다. 또한, Ni의 함유량이 0.5질량％ 초과의 경우, 금속간 화합물인 Ni₃Sn₄ 등이 응집 조대화되어, 파괴의 기점으로 되어, 강도의 저하가 진행되는 경우가 있다.

이와 같은 Sn-Ag계 땜납을 고착부(12)에 사용하면, 땜납의 냉각 및 응고 시의 조직의 미세화, 즉, 분산물(12b)인 금속간 화합물의 미세화 및 Sn 결정립의 미세화로 이어져, 고착부(12)의 강도가 증가되어, 소우 와이어의 절단 성능이 향상된다. 강선(11)의 선경(직경)은 상술한 바와 같이 120㎛ 이하인 것이 바람직하지만, 조직의 미세화의 관점에서, 100㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

[Zn을 포함하는 Sn계의 땜납(Sn-Zn계 땜납)]

다음에, Sn-Zn계 땜납에 대하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 고착부(12)에 사용되는 땜납의 강도는 높은 것이 바람직하다. 그리고, Sn-Zn계 땜납이 고착부(12)에 사용되는 경우에는, 땜납 모재(12a) 중에 1㎛ 내지 2㎛ 정도의 두께를 갖는 판 형상 또는 직경이 1 내지 2㎛ 정도의 바늘 형상의 Zn이 분산된 조직에 의해, Sn-Zn계 땜납이 강화되어 있는 것이 바람직하다. 이때, Zn은 분산물(12b)에 해당될 수 있다. 특히 상기의 판 형상 또는 바늘 형상의 Zn의 기계적 강도는 높아, 이와 같은 Zn이 분산물(12b)로서 땜납 모재(12a) 중에 분산된 땜납은 복합 재료로서 기능한다. 따라서, 이와 같은 땜납으로 이루어지는 고착부(12)는, 강도 및 점착 인성이 우수하여, 지립(13)을 유지하는 능력이 높다. 이로 인해, 지립(13)이 강선(11)으로부터 탈락하기 어려워, Sn-Zn계 땜납이 사용된 고착부(12)에 의해 지립(13)을 강선(11)에 고착한 소우 와이어는, 높은 절단 성능을 나타낸다.

Sn-Zn계 땜납을 용융 및 응고시키면, Sn-Zn계 땜납 중의 Zn은, 모재 중에 거의 고용되지 않고 석출된다. 이때, Zn을 1㎛ 내지 2㎛ 정도의 두께를 갖는 판 형상 또는 직경이 1 내지 2㎛ 정도의 바늘 형상의 형상으로 확실하게 석출시키기 위해서, Zn의 함유량은 1질량％ 이상인 것이 바람직하다. 또한, Zn의 함유량이 높을수록, 판 형상 또는 바늘 형상의 Zn의 양 및 땜납의 강도가 향상된다. 단, Zn의 함유량이 35질량％ 초과이면, 땜납이 고화되기 시작하는 온도가, 약 320℃로 되어, Zn의 산화가 진행되기 쉬워진다. 따라서, Zn의 함유량은 35질량％ 이하인 것이 바람직하다. 또한, Sn-Zn 합금의 공정점의 온도는 198.5℃이고, 공정점의 조성은, 「Sn : 91.2질량％, Zn : 8.8 질량％」이다. 또한, Zn의 미세화에 의한 강도의 향상의 관점 및 강선(11)의 강도의 열화의 억제의 관점에서, Sn-Zn계 땜납의 융점은 낮은 것이 바람직하다. 이로 인해, 다른 첨가 원소의 종류 및 양에 따라서도 약간 변화되지만, Sn-Zn계 땜납의 조성은 공정점을 중심으로 한 전후 약 4질량％의 범위 내에 있는 것이 보다 바람직하다. 즉, Sn-Zn계 땜납의 조성은, 「Sn : 96질량％, Zn : 4질량％」로부터 「Sn : 88질량％, Zn : 12질량％」까지의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.

Zn이 산화되기 쉽기 때문에, Sn-Zn계 땜납의 표면에는 산화 피막이 형성되기 쉽고, Sn-Zn계 땜납은, Sn-Pb계 땜납, Sn-Ag계 땜납, Sn-Bi계 땜납계 등의 다른 땜납에 비해, 습윤성이 뒤떨어진다. 이로 인해, Sn-Zn계 땜납에는, 습윤성을 향상시키는 첨가 원소가 함유되어 있는 것이 바람직하다. Sn-Zn계 땜납에의 첨가 원소, 즉, 땜납의 조성이 「Sn-Zn-X」로 나타내어지는 경우의 「X」로서는, Bi, Ba, B, Cd, Ni, Cu, Fe, Sb, Pb, In, Ag, Mo, Co 등을 들 수 있다. 이 중에서 습윤성의 개선에 효과적인 원소는, Bi, Ni, Cu, Fe, Sb, Pb, In 및 Ag이고, 이 중에서도 Bi가 가장 효과적이다. 그리고, 본 실시 형태에서는, Sn-Zn계 땜납에, Bi, Ni, Cu, Fe, Sb, Pb, In 및 Ag로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종이 총계로 0.5질량％ 내지 5질량％ 함유되어 있는 것이 바람직하다. 첨가 원소(X)의 함유량이 0.5질량％ 미만에서는, 효과가 불충분하다. 첨가 원소(X)의 함유량이 5질량％ 초과에서는, 첨가 원소와 Sn 또는 Zn의 조대화된 금속간 화합물이 형성되는 경우가 있다.

이와 같은 Sn-Zn계 땜납을 고착부(12)에 사용하면, 땜납의 냉각 및 응고 시의 조직의 미세화, 즉, 분산물(12b)인 바늘 형상 Zn의 미세화 및 Sn 결정립의 미세화로 이어져, 고착부(12)의 강도가 증가되어, 소우 와이어의 절단 성능이 향상된다. 강선(11)의 선경(직경)은 상술한 바와 같이 120㎛ 이하인 것이 바람직하지만, 조직의 미세화의 관점에서, 100㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

<지립(13)>

다음에, 지립(13)에 대하여 설명한다.

지립(13)의 소재로서는, 알루미나(Al₂O₃), SiC, SiO₂ 및 다이아몬드 등을 들 수 있다. 이 중에서, 다이아몬드는 경도 및 열전도의 점에서 가장 우수하다. 본 실시 형태에서는, 지립(13)이 피복층(14)에 의해 덮여져 있다. 피복층(14)은, 고착부(12)와 지립(13) 사이의 접합력을 향상시키기 위해서 형성되어 있다. 피복층(14)에는, 예를 들어, 고착부(12)의 땜납의 습윤성의 향상의 관점에서, Ni 또는 Cu의 층이 포함되어 있는 것이 바람직하다. Ni 또는 Cu의 층은, 지립(13)에 도금 등을 실시함으로써 형성할 수 있다. 단, 지립(13)이 다이아몬드 지립인 경우, Ni 또는 Cu의 원자와 다이아몬드의 화학적인 결합은 발생하지 않고, Ni 또는 Cu의 층은 다이아몬드 지립을 물리적 또는 기계적으로 감싸는 것만으로 된다. 따라서, 이 경우에는, 피복층(14)에, 다이아몬드 지립과의 화학적인 결합이 가능한 금속층으로서, Ti(티탄) 또는 Cr(크롬)의 하지층이 포함되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 피복층(14)에, 다이아몬드 지립과 화학 결합한 하지층과, 이 금속 피막과 금속 결합한 Ni 또는 Cu의 층이 포함되어 있는 것이 바람직하다. 또한, Ti 및 Cr은 땜납의 습윤성이 나쁘기 때문에, 금속층의 외측에 Ni 또는 Cu의 층이 형성되어 있는 것이 중요하다. Ti 또는 Cr과 Ni 또는 Cu 사이의 결합은 금속 결합이기 때문에, 이와 같은 피복층(14)은, 다이아몬드 지립에 강하게 결합되어, 땜납의 습윤성이 양호한 것으로 된다.

지립(13)의 평균 직경이 클수록, 소우 와이어를 사용한 절단 시에 막힘이 발생하기 어려워지기 때문에, 절단 속도를 향상시키는 것이 가능해지지만, 그 한편, 절단 손실가 커진다. 이와 같은 절단 속도의 향상 및 절단 손실의 저감을 고려하면, 지립(13)의 평균 직경(직경)은 강선(11)의 직경의 1/12 내지 2/5 정도인 것이 바람직하고, 1/6 내지 2/5 정도인 것이 보다 바람직하다.

또한, 다이아몬드 지립의 재료로서는, 정벽면(habit plane)이 깨끗한 대칭성을 갖는, 소위 단결정 다이아몬드보다도, 오히려, 강선(11)과의 접합 면적의 증대의 관점에서, 파쇄 다이아몬드쪽이 바람직하다.

피복층(14)의 두께는, 1㎛ 내지 5㎛인 것이 바람직하다. 피복층(14)의 두께가 1㎛ 미만에서는, 상세는 후술하지만, 충분한 금속간 화합물층(15)이 형성되지 않아, 지립(13)이 강선(11)에 충분히 고착되지 않는 경우가 있다. 한편, 피복층(14)의 두께가 5㎛ 초과이면, 다이아몬드 지립 등의 지립(13)의 날 끝을 두껍게 피복층(14)이 덮게 되어, 지립(13)의 날 끝이 워크(절단 대상물)에 도달하기 어려워져서 절단 성능이 저하되는 경우가 있다.

이와 같은 지립(13)은, 선경이 가는 강선(11)에 적합하다. 이것은, 선경이 가는 강선(11)일수록 둘레 방향의 곡률이 커지기 때문에, 지립(13)의 입경 및 밀도가 동일하면, 선경이 가늘수록, 절삭칩이 나오기 쉬워져 막힘이 발생하기 어려워지므로, 절단 성능이 향상되기 때문이다. 즉, 이와 같은 지립(13)은, 선경(직경)이 180㎛ 정도의 굵은 강선(11)에 사용하는 것보다도, 선경(직경)이 120㎛ 이하, 바람직하게는 100㎛ 이하의 강선(11)에 사용하는 것이 바람직하다.

[금속간 화합물층(15)]

다음에, 금속간 화합물층(15)에 대하여 설명한다.

본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 피복층(14)이 금속간 화합물층(15)에 의해 덮여져 있다. 즉, 피복층(14)과 고착부(12) 사이에 금속간 화합물층(15)이 존재한다. 금속간 화합물층(15)은, 피복층(14)의 최표면의 층과 고착부(12)의 땜납의 화학 결합에 의해 형성된 것이다. 즉, 예를 들어, Ni 또는 Cu와, Ag 또는 Zn을 포함하는 Sn계 땜납의 화학 결합에 의해 금속간 화합물층(15)이 형성되어 있다. 이것으로부터, 고착부(12)와 지립(13) 사이에 견고한 결합이 존재한다고 할 수 있다. 또한, 금속간 화합물층(15)의 융점은 고착부(12)의 융점보다도 높다. 또한, 금속간 화합물층(15)을 구성하는 금속간 화합물은, 복수의 금속 원소로 이루어지는 합금이며, 이 금속간 화합물의 개념에는, 각 원소의 구성 비율이 정수비가 아닌 합금도 포함된다.

그러나, 상술한 바와 같이, 일반적으로 금속간 화합물은 무른 성질을 갖기 때문에, 금속간 화합물층(15)이 지나치게 두꺼우면, 금속간 화합물층(15)에서의 균열이 발생하기 쉬워져, 지립(13)을 고착하는 힘이 저하되는 경우가 있다. 그로 인해, 금속간 화합물층(15)의 두께는 보다 균일하고, 보다 얇은 것이 바람직하다. 따라서, 고착부(12)의 땜납의 재료와 피복층(14)의 표층의 재료를 어떻게 조합할지는 중요한 사항이다.

이 점에서, 고착부(12)의 땜납의 재료로서 Sn-Zn계 땜납을 사용하고, 피복층(14)의 표층의 재료로서 Ni를 사용한 경우에는, 비교적 얇고 균일한 금속간 화합물층(15)이 형성되기 쉽다. 따라서, 이 조합은 매우 바람직하다.

또한, 고착부(12)의 땜납의 재료로서 Sn-Ag계 땜납을 사용하고, 피복층(14)의 표층의 재료로서 Ni를 사용한 경우에도, 비교적 얇고 균일한 금속간 화합물층(15)이 형성되기 쉽다. 따라서, 이 조합도 바람직하다.

한편, 고착부(12)의 땜납의 재료로서 Sn-Ag계 땜납(예를 들어, Ag의 함유량이 0.5질량％ 내지 5.0질량％의 땜납)을 사용하고, 피복층(14)의 표층의 재료로서 Cu를 사용한 경우에는, 금속간 화합물층(15)으로서 두께가 3㎛ 내지 5㎛의 비교적 두꺼운 불균일한 Cu₆Sn₅, Cu₃Sn의 층이 형성되어, 균열이 발생하기 쉽다. 따라서, 고착부(12)의 땜납의 재료로서 Sn-Ag계 땜납을 사용하는 경우에는, 피복층(14)의 표층의 재료로서 Ni를 사용하는 것이 중요하다.

또한, 고착부(12)의 땜납의 재료로서 Sn-Ag계 땜납을 사용하는 경우, 특히 Ag의 함유량이 0.5질량％ 내지 5.0질량％의 Sn-Ag계 땜납을 사용하는 경우, 금속간 화합물층(15)으로서, 두께가 2㎛ 이하의 얇은 Ni₃Sn₄ 또는 Ni₃Sn₂의 층이 존재하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 이와 같은 Sn-Ag계 땜납에 1.5질량％ 이상의 Cu가 포함되는 경우에는, Sn_(1-x-y)Ni_xCu_y(0.1≤x≤0.7, 0.0<y≤0.8)의 금속간 화합물층(15)이 형성된다. 또한, 예를 들어, 0.5질량％ 정도의 Cu가 포함되는 경우에는, Cu가 고용된 Sn_(1-x-y)Ni_xCu_y(0.1≤x≤0.7, 0.0<y≤0.5)의 금속간 화합물층(15)이 형성된다. 후자의 경우, Cu의 비율을 나타내는 「y」의 값이 0.5 초과이면, 금속간 화합물층(15)이 지나치게 두꺼워지는 경우가 있기 때문에, 바람직하지 않다. 그리고, 금속간 화합물층(15)으로서는, Ni₃Sn₄, Ni₃Sn₂ 또는 Sn_(1-x-y)Ni_xCu_y(0.1≤x≤0.7, 0.0<y≤0.5)의 층이 더욱 바람직하고, 그 두께가 1㎛ 이하인 것이 바람직하다.

또한, Cu를 포함하는 금속간 화합물층(15)으로서는, 상기 외에, Cu-Sn-Zn계의 금속간 화합물층, Cu-Zn계의 금속간 화합물층 등을 들 수 있다.

고착부(12)의 땜납으로서 Sn-Zn계 땜납이 사용된 경우, Sn-Zn계 땜납에의 첨가 원소에 따라서는, Sn-Ba계, Sn-Ni-Zn계, Sn-Ni계 또는 Ni-Zn계, Sn-Mo계 등의 다양한 금속간 화합물층(15)이 형성되어, 견고한 결합이 얻어진다. 이 중에서도, 특히 2㎛ 이하의 얇은 Sn-Ni-Zn계, Sn-Ni계, Ni-Zn계의 1종 이상의 금속간 화합물층이, 금속간 화합물층(15)으로서 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 금속간 화합물층(15)은, 두께가 1㎛ 이하의 Sn-Ni-Zn계의 금속간 화합물층인 것이 더욱 바람직하다.

이와 같은 금속간 화합물층(15)의 존재에 의해, 고착부(12)의 땜납과 피복층(14)의 계면에 견고한 결합이 얻어진다. 또한, 이들 금속간 화합물의 조성은, 반드시, 화학양론 조성일 필요는 없다.

[소우 와이어의 제조 방법]

다음에, 소우 와이어의 제조 방법의 개요에 대하여 설명한다.

우선, 상술한 바와 같은 방법에 의해, 강선(11)을 제작한다. 또한, 강선(11)으로서는, 고착부(12)의 땜납의 습윤성의 관점에서, 강소선(11a) 및 도금층(11b)을 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하지만, 도금층(11b)을 포함하지 않는 것을 사용해도 된다. 즉, 강소선(11a)을 그대로 강선(11)으로서 사용해도 된다. 또한, 땜납에 의해 피복된 강선(11)을 사용해도 된다. 이 경우에도, 고착부(12)의 땜납의 양호한 습윤성을 얻을 수 있다.

계속해서, 피복층(14)이 형성된 지립(13)을 준비하고, 이 지립(13)에, Sn-Ag계 땜납 또는 Sn-Zn계 땜납 및 플럭스를 혼합하여 페이스트 상태의 혼합물을 제작한다. Sn-Ag계 땜납 또는 Sn-Zn계 땜납으로서는, 미소한 볼 형상의 미소 땜납을 사용하는 것이 바람직하다. 이것은, 혼합물의 균일성을 높이기 위해서이다. 볼 형상의 미소 땜납의 직경은, 강선(11)의 직경의 1/5 내지 1/3인 것이 바람직하다. 이것은, 다음에 서술하는 노즐로부터의 인출 시의 균일성을 확보하기 위해서이다.

그리고, 강선(11), 예를 들어 미리 땜납에 의해 피복된 강선(11)을, 상기의 페이스트 상태의 혼합물이 들어간 용기 내를 통과시키고, 그 후, 소정의 직경의 구멍을 갖는 노즐 끝으로부터 인출한다. 이 결과, 강선(11)의 표면에 소정 두께로 페이스트 상태의 혼합물이 도포된다. 계속해서, 페이스트 상태의 혼합물이 도포된 강선(11)을, 가열된 전기로 중을 통과시킴으로써, 땜납을 용융시킨다. 계속해서, 전기로 밖에서 냉각하면, 땜납이 응고하여, 지립(13)이 강선(11)에 고착된다. 그 후, 강선(11)을 세정조 내를 통과시켜 여분의 플럭스 성분을 제거한다. 이와 같이 하여, 소우 와이어를 제조할 수 있다. 제조 후의 소우 와이어는, 예를 들어 릴로 권취하면 된다. 또한, 전기로 내에서의 열처리 시에, 강선(11) 중의 Fe가 땜납 중으로 약간 용출하여, 땜납의 강도가 향상된다. 이와 같은 관점에서도, Ag를 0.5질량％ 내지 5.0질량％ 포함하는 Sn-Ag계 땜납을 고착부(12)에 사용하고, Ni를 포함하는 피복층(14)에 의해 덮여진 지립(13)을 강선(11)에 고착시킨 소우 와이어는, 매우 바람직한 조합이라고 할 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에 관한 소우 와이어(10)에서는, Ag를 포함하는 Sn계의 땜납 또는 Zn을 포함하는 Sn계의 땜납으로 이루어지는 땜납 모재(12a) 및 분산물(12b)을 포함하는 고착부(12)에 의해, 지립(13)이 강선(11)에 고착되어 있으므로, 간편하게 또한 저렴하게 지립(13)의 유지력을 높여, 우수한 절단 성능을 얻을 수 있다. 그리고, 이 소우 와이어(10)는, 특히 반도체 등의 정밀 가공에 적합하므로, 그 공업적 효과는 절대적이다.

특히, Ag를 0.5질량％ 내지 5.0질량％ 포함하는 Sn-Ag계 땜납이 고착부(12)에 포함되고, 분산물(12b)이 Sn을 포함하는 금속간 화합물이며, 피복층(14)이 Ni를 포함하는 경우에는, 현저한 효과가 얻어진다. 또한, Sn-Zn계 땜납이 고착부(12)에 포함되고, 분산물(12b)이 Sn 또는 Zn을 포함하는 금속간 화합물인 경우에도, 현저한 효과가 얻어진다.

또한, 분산물(12b)은, 지립(13)의 주위, 소우 와이어(10)의 표면 및 고장력의 강선(11)의 표면 중의 1개소 이상에 존재하는 것이 바람직하다. 또한, 분산물(12b)의 융점은 700℃ 이상인 것이 바람직하다. 모두, 절단 중의 지립(13)의 고착력을 더욱 높일 수 있기 때문이다.

실시예

다음에, 본 발명자들이 행한 실험에 대하여 설명한다. 이들 실험에 있어서의 조건 등은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해서 채용한 예이며, 본 발명은, 이들 예에 한정되는 것은 아니다.

이하의 다양한 실시예에 있어서 사용한 강소선의 조성, 선경(직경), 인장 강도 및 도금층의 파고 들어감부의 깊이를 하기 표 1에 나타낸다. 상술한 바와 같이, 도금층의 파고 들어감부의 깊이는 0.5㎛ 이상, 5㎛ 이하의 것이 바람직하고, 그 중에서도 1㎛ 이상, 2㎛ 이하의 것이 특히 바람직하다.

(제1 실시예)

제1 실시예에서는, 강소선의 표면이, 두께가 약 50㎚의 놋쇠로 피복된 강선을 사용하였다. 강소선으로서는, 강소선 No.S7을 사용하였다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 강소선 No.S7의 인장 강도는 4509㎫이다. 놋쇠의 조성은, mol비로 「Cu : Zn=2 : 1」이다. 강선의 직경은 120㎛로 하였다. 지립으로서는, 내측에 Ti 도금층이 위치하고, 외측에 Ni 도금층이 위치하는 피복층에 의해 덮여진 다이아몬드 지립을 사용하였다. Ti 도금층의 두께는 50㎚로 하고, Ni 도금층의 두께는 3㎛로 하였다. 다이아몬드 지립의 평균 입경은 25㎛로 하였다. 고착부의 땜납으로서는, 0.05질량％의 Fe 및 0.05질량％의 Ni를 포함하는 Sn-Ag계 땜납을 사용하였다. Sn-Ag계 땜납의 Sn 함유량은 96.5질량％, Ag 함유량은 3.4질량％로 하였다. Sn-Ag계 땜납으로서는, 평균 입경이 30㎛의 땜납 볼을 사용하였다.

소우 와이어의 제조 시에는, 상기의 다이아몬드 지립 및 Sn-Ag계 땜납, 및 할로겐화 아연을 포함하는 플럭스를 혼합하여 교반하여, 페이스트 상태의 혼합물을 제작하였다. 여기서, Sn-Ag계 땜납, 지립 및 플럭스의 비율은, 질량비로 「Sn-Ag계 땜납 : 지립 : 플럭스=3 : 2 : 4」로 하였다.

또한, 강선에는, 아세톤 세정을 행한 후, 두께가 약 3㎛의 땜납 코팅 처리를 행하였다. 이 땜납 코팅 처리에서는, 강선을, 250℃에서 용융한 Sn : 96.5질량％, Ag : 3.4질량％, Fe : 0.05질량％, 및 Ni : 0.05질량％를 포함하는 Sn-Ag계 땜납 중을 50㎝/초의 속도로 통과시키고, 여분의 Sn-Ag계 땜납을 닦아냈다.

그리고, 땜납 코팅 처리 후의 강선을 상기의 페이스트 상태의 혼합물이 들어간 용기 내를 통과시키고, 그 후, 직경이 약 200㎛의 구멍을 갖는 노즐 끝으로부터 인출하였다. 이와 같이 하여, 강선의 표면에 소정의 두께로 페이스트 상태의 혼합물을 도포하였다. 계속해서, 페이스트 상태의 혼합물이 도포된 강선을, 270℃로 가열된 균열(均熱帶) 길이가 약 40㎝ 관상 전기로 중을 0.1m/분의 속도로 통과시킴으로써, 땜납을 용융시켰다. 계속해서, 관상 전기로 밖에서 냉각함으로써, 땜납을 응고시켜, 지립을 강선에 고착시켰다. 그 후, 강선을 세정조 내를 통과시켜 여분의 플럭스 성분을 제거하였다. 이와 같이 하여, 소우 와이어를 제조하였다. 또한, 제조 후의 소우 와이어는 릴로 권취하였다.

얻어진 소우 와이어의 지립 주변의 조직을 관찰하였다. 이 조직의 모식도를 도 2a 내지 도 2c에 도시한다. 도 2b는 도 2a 중의 영역 R1의 확대도이고, 도 2c는 도 2a 중의 영역 R2의 확대도이다. 원소 해석을 행한 바, 다이아몬드 지립(23)의 주변에 두께가 1㎛ 내지 2㎛의 Ni 도금층(24)이 존재하고, 그 주위에 1㎛ 내지 2㎛의 두께로 Sn-Ni계 금속간 화합물의 층(25)이 분포하고 있었다. 고착부(22)의 땜납 모재(22a) 중에도 Sn-Ni계의 금속간 화합물이 점재하고 있었다. 또한, 땜납 모재(22a) 중에, 1㎛ 내지 2㎛ 정도의 두께를 갖는 판 형상, 또는, 직경이 1㎛ 내지 2㎛ 정도의 끈 형상의 Sn-Ag계 금속간 화합물(22b)이, 분산 또는 네트워크 형상으로 연결된 조직이 확인되었다. 또한, Sn-Ni계의 금속간 화합물의 조성을 분석한 바, 이 금속간 화합물에 Cu가 약간 포함되고, 이 금속간 화합물의 조성은 몰비로 「Sn : Ni : Cu=55 : 42 : 3」이었다. 또한, Sn-Ag계의 금속간 화합물의 조성을 분석한 바, 이 금속간 화합물의 조성은 몰비로 「Sn : Ag=25 : 75」이었다. Fe를 포함하는 금속간 화합물은 땜납 중에 존재하지 않고, Fe의 농도는 소우 와이어의 표면에서 높고, 표면으로부터의 거리의 증가와 함께 감소하고 있었다. 또한, 지립을 덮는 Ni 도금층의 표면에서도 Fe의 농화가 관찰되었다. 이것으로부터, Fe는 땜납 중에 고용되어, 땜납의 강도를 높이는 작용을 발현하고 있었던 것으로 생각된다.

또한, 이와 같은 소우 와이어의 절단 성능의 평가를 행하였다. 이 평가에서는, 소우 와이어의 길이를 30m로 하고, 소우 와이어에 가하는 장력을 20N, 소우 와이어의 이동 속도를 400m/분, 가공 하중(워크를 소우 와이어에 압박하기 위한 추의 무게)을 100g중으로 하고, 소우 와이어를 왕복시켜, 직경이 20㎜의 실리콘 단결정을 절단하였다. 또한, 물을 냉각 용매로 사용하였다. 이때의 절단 속도는, 9.9㎜/분으로 충분한 속도이었다. 또한, 실리콘 단결정의 절단 시에, 소우 와이어로부터의 지립의 탈락은 거의 확인되지 않았다.

이들 결과로부터, 제1 실시예의 조건에 의해, 절단 성능이 우수한 땜납 고착형 소우 와이어가 얻어지는 것이 명백하다.

(제2 실시예)

제2 실시예에서는, 강소선의 표면이, 두께가 약 50㎚의 Cu로 피복된 강선을 사용하였다. 강소선으로서는, 강소선 No.S4를 사용하였다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 강소선 No.S4의 인장 강도는 3835㎫이다. 강선의 직경은 120㎛로 하였다. 지립으로서는, 내측에 Cr 도금층이 위치하고, 외측에 Ni 도금층이 위치하는 피복층에 의해 덮여진 다이아몬드 지립을 사용하였다. Cr 도금층의 두께는 50㎚로 하고, Ni 도금층의 두께는 3㎛로 하였다. 다이아몬드 지립의 평균 입경은 25㎛로 하였다. 고착부의 땜납으로서는, 0.05질량％의 Ni를 포함하는 Sn-Ag-Cu계 땜납을 사용하였다. 대략, Sn-Ag-Cu계 땜납의 Sn 함유량은 96.5질량％, Ag 함유량은 3.0질량％, Cu 함유량은 0.5질량％로 하였다. Sn-Ag-Cu계 땜납으로서는, 평균 입경이 30㎛의 땜납 볼을 사용하였다.

소우 와이어의 제조 시에는, 상기의 다이아몬드 지립 및 Sn-Ag-Cu계 땜납, 및 할로겐화 아연을 포함하는 플럭스를 혼합하여 교반하여, 페이스트 상태의 혼합물을 제작하였다. 여기서, Sn-Ag-Cu계 땜납, 지립 및 플럭스의 비율은, 질량비로 「Sn-Ag-Cu계 땜납 : 지립 : 플럭스=3 : 2 : 3」으로 하였다.

또한, 강선에는, 아세톤 세정을 행한 후, 두께가 약 3㎛의 땜납 코팅 처리를 행하였다. 이 땜납 코팅 처리에서는, 강선을, 250℃에서 용융한 Sn : 96.5질량％, Ag : 3.0질량％, Cu : 0.5질량％, 및 Ni : 0.05질량％를 포함하는 Sn-Ag-Cu계 땜납 중을 50㎝/초의 속도로 통과시키고, 여분의 Sn-Ag-Cu계 땜납을 닦아냈다.

그리고, 땜납 코팅 처리 후의 강선을 상기의 페이스트 상태의 혼합물이 들어간 용기 내를 통과시키고, 그 후, 직경이 약 200㎛의 구멍을 갖는 노즐 끝으로부터 인출하였다. 이와 같이 하여, 강선의 표면에 소정의 두께로 페이스트 상태의 혼합물을 도포하였다. 계속해서, 페이스트 상태의 혼합물이 도포된 강선을, 270℃로 가열된 균열대 길이가 약 40㎝ 관상 전기로 중을 0.1m/분의 속도로 통과시킴으로써, 땜납을 용융시켰다. 계속해서, 관상 전기로 밖에서 냉각함으로써, 땜납을 응고시켜, 지립을 강선에 고착시켰다. 그 후, 강선을 세정조 내를 통과시켜 여분의 플럭스 성분을 제거하였다. 이와 같이 하여, 소우 와이어를 제조하였다. 또한, 제조 후의 소우 와이어는 릴로 권취하였다.

얻어진 소우 와이어의 지립 주변의 조직을 관찰하였다. 원소 해석을 행한 바, 다이아몬드 지립의 주변에 두께가 1㎛ 내지 2㎛의 Ni 도금층이 존재하고, 그 주위에 2㎛ 내지 3㎛의 두께로 Sn-Ni-Cu계 금속간 화합물이 분포하고 있었다. 고착부의 땜납 모재 중에도 Sn-Ni-Cu계의 금속간 화합물이 점재하고 있었다. 또한, 땜납 모재 중에, 1㎛ 내지 2㎛ 정도의 두께를 갖는 판 형상, 또는, 직경이 1㎛ 내지 2㎛ 정도의 끈 형상의 Sn-Ag계 금속간 화합물 및, 직경이 1㎛ 내지 2㎛ 정도의 입상의 Sn-Cu계 금속간 화합물이 분산된 조직이 확인되었다. 또한, Sn-Ni-Cu계의 금속간 화합물의 조성을 분석한 바, 이 금속간 화합물의 조성은 몰비로 「Sn : Ni : Cu=40 : 26 : 34」이었다. 또한, Sn-Ag계의 금속간 화합물의 조성을 분석한 바, 이 금속간 화합물의 조성은 몰비로 「Sn : Ag=25 : 75」이었다.

또한, 제1 실시예와 마찬가지의 조건에서, 이와 같은 소우 와이어의 절단 성능의 평가를 행하였다. 이때의 절단 속도는, 9.1㎜/분으로 충분한 속도이었다. 또한, 실리콘 단결정의 절단 시에, 소우 와이어로부터의 지립의 탈락은 거의 확인되지 않았다.

이들 결과로부터, 제2 실시예의 조건에 의해서도, 절단 성능이 우수한 땜납 고착형 소우 와이어가 얻어지는 것이 명백하다.

(제3 실시예)

제3 실시예에서는, 강소선의 표면이, 두께가 약 50㎚의 놋쇠로 피복된 강선을 사용하였다. 강소선으로서는, 강소선 No.S1을 사용하였다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 강소선 No.S1의 인장 강도는 3817㎫이다. 놋쇠의 조성은, mol비로 「Cu : Zn=2 : 1」이다. 강선의 직경은 100㎛로 하였다. 지립으로서는, 내측에 Ti 도금층이 위치하고, 외측에 Ni 도금층이 위치하는 피복층에 의해 덮여진 다이아몬드 지립을 사용하였다. Ti 도금층의 두께는 50㎚로 하고, Ni 도금층의 두께는 4㎛로 하였다. 다이아몬드 지립의 평균 입경은 30㎛로 하였다. 고착부의 땜납으로서는, 0.05질량％의 Fe를 포함하는 Sn-Ag-Cu계 땜납을 사용하였다. 대략, Sn-Ag-Cu계 땜납의 Sn 함유량은 94.0질량％, Ag 함유량은 5.0질량％, Cu 함유량은 1.0질량％로 하였다. Sn-Ag-Cu계 땜납으로서는, 평균 입경이 30㎛의 땜납 볼을 사용하였다.

소우 와이어의 제조 시에는, 상기의 다이아몬드 지립 및 Sn-Ag-Cu계 땜납, 및 할로겐화 아연을 포함하는 플럭스를 혼합하여 교반하여, 페이스트 상태의 혼합물을 제작하였다. 여기서, Sn-Ag-Cu계 땜납, 지립 및 플럭스의 비율은, 질량비로 「Sn-Ag-Cu계 땜납 : 지립 : 플럭스=2 : 2 : 3」으로 하였다.

또한, 강선에는, 아세톤 세정을 행한 후, 두께가 약 3㎛의 땜납 코팅 처리를 행하였다. 이 땜납 코팅 처리에서는, 강선을, 250℃에서 용융한 Sn : 94.0질량％, Ag : 5.0질량％, Cu : 1.0질량％를 포함하는 Sn-Ag-Cu계 땜납 중을 50㎝/초의 속도로 통과시키고, 여분의 Sn-Ag-Cu계 땜납을 닦아냈다.

그리고, 땜납 코팅 처리 후의 강선을 상기의 페이스트 상태의 혼합물이 들어간 용기 내를 통과시키고, 그 후, 직경이 약 250㎛의 구멍을 갖는 노즐 끝으로부터 인출하였다. 이와 같이 하여, 강선의 표면에 소정의 두께로 페이스트 상태의 혼합물을 도포하였다. 계속해서, 페이스트 상태의 혼합물이 도포된 강선을, 280℃로 가열된 균열대 길이가 약 40㎝ 관상 전기로 중을 0.15m/분의 속도로 통과시킴으로써, 땜납을 용융시켰다. 계속해서, 관상 전기로 밖에서 냉각함으로써, 땜납을 응고시켜, 지립을 강선에 고착시켰다. 그 후, 강선을 세정조 내를 통과시켜 여분의 플럭스 성분을 제거하였다. 이와 같이 하여, 소우 와이어를 제조하였다. 또한, 제조 후의 소우 와이어는 릴로 권취하였다.

얻어진 소우 와이어의 지립 주변의 조직을 관찰하였다. 원소 해석을 행한 바, 다이아몬드 지립의 주변에 두께가 1㎛ 내지 2㎛의 Ni 도금층이 존재하고, 그 주위에 2㎛ 내지 3㎛의 두께로 Sn-Ni-Cu계 금속간 화합물이 분포하고 있었다. 고착부의 땜납 모재 중에도 Sn-Ni-Cu계의 금속간 화합물이 점재하고 있었다. 또한, 땜납 모재 중에, 1㎛ 내지 2㎛ 정도의 두께를 갖는 판 형상, 또는, 직경이 1㎛ 내지 2㎛ 정도의 끈 형상의 Sn-Ag계 금속간 화합물 및, 직경이 1㎛ 내지 2㎛ 정도의 입상의 Sn-Cu계 금속간 화합물이 분산된 조직이 확인되었다. 또한, Sn-Ni-Cu계의 금속간 화합물의 조성을 분석한 바, 이 금속간 화합물의 조성은 몰비로 「Sn : Ni : Cu=43 : 25 : 32」이었다. 또한, Sn-Ag계의 금속간 화합물의 조성을 분석한 바, 이 금속간 화합물의 조성은 몰비로 「Sn : Ag=25 : 75」이었다. 또한, Sn-Cu계의 금속간 화합물의 조성을 분석한 바, 이 금속간 화합물의 조성은 몰비로 「Sn : Cu=45 : 55」이었다.

또한, 제1 실시예와 마찬가지의 조건에서, 이와 같은 소우 와이어의 절단 성능의 평가를 행하였다. 이때의 절단 속도는, 8.4㎜/분으로 충분한 속도이었다. 또한, 실리콘 단결정의 절단 시에, 소우 와이어로부터의 지립의 탈락은 거의 확인되지 않았다.

이들 결과로부터, 제3 실시예의 조건에 의해서도, 절단 성능이 우수한 땜납 고착형 소우 와이어가 얻어지는 것이 명백하다.

(제4 실시예)

제1 실시예 내지 제3 실시예에 준하여, 하기 표 2, 표 3 및 표 4에 나타내는 다양한 조건에서 소우 와이어를 제작하고, 절단 성능을 비교하였다. 표 2에는, 강선 및 지립의 구성을 나타낸다. 표 3에는, 고착부에 사용한 볼 형상(구형)의 땜납 및 이 땜납을 포함하는 페이스트 상태의 혼합물의 구성을 나타낸다. 표 4에는, 관상 전기로를 사용한 땜납을 용융시키는 열처리의 조건, 실리콘 단결정을 절단할 때의 조건 및 지립의 탈락 상황의 평가 결과를 나타낸다. 표 4 중의 「GC」는 그린 실리콘 카바이드를 나타낸다. 지립의 탈락 상황의 평가에서는, 절단 성능의 시험 후, 즉 실리콘 단결정의 절단 후에, 소우 와이어의 표면을 관찰하고, 지립의 잔존 상태를 이하의 기준에서 판정하였다. 그리고, 「△」 이상의 평점을 실용할 수 있다고 판단하였다.

◎ : 탈락이 거의 관찰되지 않았음

○ : 약간 탈락이 관찰되었음

△ : 명백하게 탈락 개소가 확인되었음

× : 전체적으로 탈락이 진행되어 있었음

또한, 얻어진 소우 와이어의 지립 주변의 조직을 관찰한 바, 시험 No.4-1 내지 No.4-18에서는, 지립의 주변에 두께가 1㎛ 내지 2㎛의 Ni 도금의 금속층이 존재하고, 그 주위에 1㎛ 내지 2㎛의 두께로 Sn-Ni계의 금속간 화합물이 분포하고 있었다. 또한, 시험 No.4-10에서는, SnBaO₃의 분산이 관찰되었다. 시험 No.4-11에서는, Sn-B계의 금속간 화합물이 관찰되었다. 시험 No.4-12에서는, NiMoO₄가 지립의 주변에서 관찰되었다.

또한, 표 2 내지 표 4 중의 시험 No.1, No.2 및 No.3은, 각각, 상기의 제1 실시예, 제2 실시예, 제3 실시예이다.

이들 결과로부터, 시험 No.4-1 내지 No.4-22의 조건에서는, 제1 실시예 내지 제3 실시예와 마찬가지로, 절단 성능이 우수한 땜납 고착형의 고정 지립식 소우 와이어가 얻어지는 것이 명백하다.

한편, 비교예인 시험 No.4-23 내지 No.4-26, No.4-29, No.4-31 및 No.4-32에서는, 강 소재의 인장 강도가 낮기 때문에, 절단 속도가 낮았다. 또한, 시험 No.4-29의 「Inconel」은 스페셜메탈라이즈사의 상표이다. 비교예인 시험 No.4-23 내지 No.4-26, No.4-29 및 No.4-30에서는, 지립을 덮는 피복층의 외측의 도금 금속이 Cu이기 때문에, 땜납과 피복층의 Cu의 계면에 Cu를 포함하는 금속간 화합물이 두껍게 형성되어, 이 금속간 화합물의 근방에서 깨지기 쉬워져, 절단 성능이 낮아진 것으로 생각된다. 비교예인 No.4-27, No.4-28, No.4-30에서는, 강선의 인장 강도는 높지만, 땜납에 Ag가 포함되어 있지 않기 때문에, 적절한 고융점 금속이 분산물로서 형성되지 않아, 고착부의 강도가 낮아, 지립이 탈락하여, 절단 속도 및 절단 성능이 낮아진 것으로 생각된다.

(제5 실시예)

제5 실시예에서는, 강소선의 표면이, 두께가 약 50㎚의 놋쇠로 피복된 강선을 사용하였다. 강소선으로서는, 강소선 No.S7을 사용하였다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 강소선 No.S7의 인장 강도는 4509㎫이다. 놋쇠의 조성은, mol비로 「Cu : Zn=2 : 1」이다. 강선의 직경은 120㎛로 하였다. 지립으로서는, 내측에 Ti 도금층이 위치하고, 외측에 Ni 도금층이 위치하는 피복층에 의해 덮여진 다이아몬드 지립을 사용하였다. Ti 도금층의 두께는 50㎚로 하고, Ni 도금층의 두께는 3㎛로 하였다. 다이아몬드 지립의 평균 입경은 25㎛로 하였다. 고착부의 땜납으로서는, Sn-Zn-Bi계 땜납을 사용하였다. Sn-Zn-Bi계 땜납의 Sn 함유량은 89질량％, Zn 함유량은 8질량％, Bi 함유량은 3질량％로 하였다. Sn-Zn-Bi계 땜납으로서는, 평균 입경이 30㎛의 땜납 볼을 사용하였다.

소우 와이어의 제조 시에는, 상기의 다이아몬드 지립 및 Sn-Zn-Bi계 땜납, 및 할로겐화 아연을 포함하는 플럭스를 혼합하여 교반하여, 페이스트 상태의 혼합물을 제작하였다. 여기서, Sn-Zn-Bi계 땜납, 지립 및 플럭스의 비율은, 질량비로 「Sn-Zn-Bi계 땜납 : 지립 : 플럭스=3 : 2 : 3」으로 하였다.

또한, 강선에는, 아세톤 세정을 행한 후, 두께가 약 3㎛의 땜납 코팅 처리를 행하였다. 이 땜납 코팅 처리에서는, 강선을, 290℃에서 용융한 Sn : 89질량％, Zn : 8질량％, 및 Bi : 3질량％를 포함하는 Sn-Zn-Bi계 땜납 중을 50㎝/초의 속도로 통과시키고, 여분의 Sn-Zn-Bi계 땜납을 닦아냈다.

그리고, 땜납 코팅 처리 후의 강선을 상기의 페이스트 상태의 혼합물이 들어간 용기 내를 통과시키고, 그 후, 직경이 약 300㎛의 구멍을 갖는 노즐 끝으로부터 인출하였다. 이와 같이 하여, 강선의 표면에 소정의 두께로 페이스트 상태의 혼합물을 도포하였다. 계속해서, 페이스트 상태의 혼합물이 도포된 강선을, 280℃로 가열된 균열대 길이가 약 40㎝ 관상 전기로 중을 0.1m/분의 속도로 통과시킴으로써, 땜납을 용융시켰다. 계속해서, 관상 전기로 밖에서 냉각함으로써, 땜납을 응고시켜, 지립을 강선에 고착시켰다. 그 후, 강선을 세정조 내를 통과시켜 여분의 플럭스 성분을 제거하였다. 이와 같이 하여, 소우 와이어를 제조하였다. 또한, 제조 후의 소우 와이어는 릴로 권취하였다.

얻어진 소우 와이어의 지립 주변의 조직을 관찰하였다. 이 조직의 모식도를 도 3a 내지 도 3c에 도시한다. 도 3b는 도 3a 중의 영역 R1의 확대도이고, 도 3c는 도 3a 중의 영역 R2의 확대도이다. 원소 해석을 행한 바, 다이아몬드 지립(33)의 주변에 두께가 1㎛ 내지 2㎛의 Ni 도금층(34)이 존재하고, 그 주위에 1㎛ 정도의 두께로 Sn-Ni-Zn계 금속간 화합물의 층(35)이 분포하고 있었다. 또한, 땜납 모재(32a) 중에, 1㎛ 내지 2㎛ 정도의 두께를 갖는 판 형상, 또는, 직경이 1㎛ 내지 2㎛ 정도의 바늘 형상의 Zn(32b)이 분산된 조직이 확인되었다.

또한, 이와 같은 소우 와이어의 절단 성능의 평가를 행하였다. 이 평가에서는, 소우 와이어의 길이를 30m로 하고, 소우 와이어에 가해지는 장력을 20N, 소우 와이어의 이동 속도를 400m/분, 가공 하중을 100g중으로 하고, 소우 와이어를 왕복시켜, 직경이 20㎜의 실리콘 단결정을 절단하였다. 또한, 물을 냉각 용매로 사용하였다. 이때의 절단 속도는, 12.8㎜/분으로 충분한 속도이었다. 또한, 실리콘 단결정의 절단 시에, 소우 와이어로부터의 지립의 탈락은 거의 확인되지 않아, 양호한 고착 상태이었다.

이들 결과로부터, 제5 실시예의 조건에 의해, 절단 성능이 우수한 땜납 고착형 소우 와이어가 얻어지는 것이 명백하다.

(제6 실시예)

제6 실시예에서는, 강소선의 표면이, 두께가 약 50㎚의 구리로 피복된 강선을 사용하였다. 강소선으로서는, 강소선 No.S1을 사용하였다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 강소선 No.S1의 인장 강도는 3817㎫이다. 강선의 직경은 100㎛로 하였다. 지립으로서는, 내측에 Ti 도금층이 위치하고, 외측에 Ni 도금층이 위치하는 피복층에 의해 덮여진 다이아몬드 지립을 사용하였다. Ti 도금층의 두께는 50㎚로 하고, Ni 도금층의 두께는 4㎛로 하였다. 다이아몬드 지립의 평균 입경은 20㎛로 하였다. 고착부의 땜납으로서는, Sn-Zn계 땜납을 사용하였다. Sn-Zn계 땜납의 Sn 함유량은 91질량％, Zn 함유량은 9질량％로 하였다. Sn-Zn계 땜납으로서는, 평균 입경이 30㎛의 땜납 볼을 사용하였다.

소우 와이어의 제조시에는, 상기의 다이아몬드 지립 및 Sn-Zn계 땜납, 및 할로겐화 아연을 포함하는 플럭스를 혼합하여 교반하여, 페이스트 상태의 혼합물을 제작하였다. 여기서, Sn-Zn계 땜납, 지립 및 플럭스의 비율은, 질량비로 「Sn-Zn계 땜납 : 지립 : 플럭스=2 : 2 : 3」으로 하였다.

또한, 강선에는, 아세톤 세정을 행한 후, 두께가 약 3㎛의 땜납 코팅 처리를 행하였다. 이 땜납 코팅 처리에서는, 강선을, 250℃에서 용융한 Sn : 91.0질량％, 및 Zn : 9.0질량％를 포함하는 Sn-Zn계 땜납 중을 50㎝/초의 속도로 통과시키고, 여분의 Sn-Zn계 땜납을 닦아냈다.

그리고, 땜납 코팅 처리 후의 강선을 상기의 페이스트 상태의 혼합물이 들어간 용기 내를 통과시키고, 그 후, 직경이 약 350㎛의 구멍을 갖는 노즐 끝으로부터 인출하였다. 이와 같이 하여, 강선의 표면에 소정의 두께로 페이스트 상태의 혼합물을 도포하였다. 계속해서, 페이스트 상태의 혼합물이 도포된 강선을, 280℃로 가열된 균열대 길이가 약 40㎝ 관상 전기로 중을 0.15m/분의 속도로 통과시킴으로써, 땜납을 용융시켰다. 계속해서, 관상 전기로 밖에서 냉각함으로써, 땜납을 응고시켜, 지립을 강선에 고착시켰다. 그 후, 강선을 세정조 내를 통과시켜 여분의 플럭스 성분을 제거하였다. 이와 같이 하여, 소우 와이어를 제조하였다. 또한, 제조 후의 소우 와이어는 릴로 권취하였다.

얻어진 소우 와이어의 지립 주변의 조직을 관찰하였다. 원소 해석을 행한 바, 다이아몬드 지립의 주변에 두께가 1㎛ 내지 2㎛의 Ni 도금층이 존재하고, 그 주위에 1㎛ 정도의 두께로 Sn-Ni-Cu계 금속간 화합물이 분포하고 있었다. 또한, 땜납 모재 중에, 1㎛ 내지 2㎛ 정도의 두께를 갖는 판 형상, 또는, 직경이 1㎛ 내지 2㎛ 정도의 바늘 형상의 Zn이 분산된 조직이 확인되었다.

또한, 제5 실시예와 마찬가지의 조건에서, 이와 같은 소우 와이어의 절단 성능의 평가를 행하였다. 이때의 절단 속도는, 12.4㎜/분으로 충분한 속도이었다. 또한, 실리콘 단결정의 절단 시에, 소우 와이어로부터의 지립의 탈락은 거의 확인되지 않아, 양호한 고착 상태이었다.

이들 결과로부터, 제6 실시예의 조건에 의해서도, 절단 성능이 우수한 땜납 고착형 소우 와이어가 얻어지는 것이 명백하다.

(제7 실시예)

제5 실시예 및 제6 실시예에 준하여, 하기 표 5, 표 6 및 표 7에 나타내는 다양한 조건에서 소우 와이어를 제작하고, 절단 성능의 비교를 행하였다. 표 5에는, 강선 및 지립의 구성을 나타낸다. 표 6에는, 고착부에 사용한 볼 형상(구형)의 땜납 및 이 땜납을 포함하는 페이스트 상태의 혼합물의 구성을 나타낸다. 표 7에는, 관상 전기로를 사용한 땜납을 용융시키는 열처리의 조건, 실리콘 단결정을 절단할 때의 조건 및 지립의 탈락 상황의 평가 결과를 나타낸다. 표 7 중의 「GC」는 그린 실리콘 카바이드를 나타내고, 「WA」는 백색 알루미나를 나타낸다. 지립의 탈락 상황의 평가는, 제4 실시예와 마찬가지로 하여 행하였다.

또한, 얻어진 소우 와이어의 지립 주변의 조직을 관찰한 바, 시험 No.7-6 및No.7-25를 제외한 각 본 발명예에서는, 지립의 주변에 두께가 1㎛ 내지 2㎛의 Ni 도금의 금속층이 존재하고, 그 주위에 1㎛ 정도의 두께로 Sn-Ni-Zn계의 금속간 화합물이 분포하고 있었다. 또한, 시험 No.7-18에서는, BaSnO₃로 나타내어지는 금속간 화합물이 지립의 주위에 관찰되었다. 시험 No.7-19에서는, Pt-Sn-Ni계의 금속간 화합물이 지립의 주위에 관찰되었다. 시험 No.7-4에서는, Sn-Ni-In계의 금속간 화합물이 확인되었다. 시험 No.7-6 및 No.7-25에서는, 다이아몬드 지립의 주변에 1㎛ 내지 2㎛의 두께의 Cu 도금의 금속층이 존재하고, 그 주위에 2㎛ 내지 3㎛ 정도의 두께로 Sn-Cu-Zn계의 금속간 화합물이 분포하고 있었다.

또한, 표 5 내지 표 7 중의 시험 No.5 및 No.6은, 각각, 상기의 제5 실시예, 제6 실시예이다.

이들 결과로부터, 시험 No.7-1 내지 No.7-29의 조건에서는, 제5 실시예 및 제6 실시예와 마찬가지로, 절단 성능이 우수한 땜납 고착형의 고정 지립식 소우 와이어가 얻어지는 것이 명백하다.

비교예인 시험 No.7-35는, 특허 문헌 4(일본 특허 제4008660호 공보)의 「제3 실시예」에 기재된 제법과 유사한 방법에 의해 시작한 소우 와이어이다. 비교예인 시험 No.7-39는, 시판의 다이아몬드 Ni 전착 와이어(Diamond wire technology사제, 공칭 φ200㎛)를 사용한 소우 와이어이다.

표 5 내지 표 7에 나타내는 바와 같이, 본 발명예인 Sn-Zn계 땜납을 사용한 시험 No.1 내지 No.7-29의 지립 고착형 소우 와이어는, 비교예인 시험 No.7-30 내지 No.7-39의 소우 와이어에 비해, 절단 성능이 우수한 것이 명백하다.

이들 실시예의 결과로부터, 본 발명에 관한 소우 와이어가, 지립의 탈락이 적고, 절단 속도의 저하, 절단 손실(절단 손실), 웨이퍼의 휨 등이 발생하는 것이 억제되어, 절단 성능이 우수한 것이 명백하다.

본 발명은, 예를 들어, 다양한 재료의 절단에 사용되는 소우 와이어의 관련 산업에 있어서 이용할 수 있다.

Claims

강소선 및 상기 강소선의 표면에 형성된 도금층을 갖는 강선과,
상기 강선에 고착부에 의해 고착된 지립과,
상기 지립과 상기 고착부의 계면에 형성된 금속간 화합물을 갖고,
상기 강소선은,
질량％로,
C : 0.8％ 내지 1.2％,
Si : 0.02％ 내지 2.0％,
Mn : 0.1％ 내지 1.0％,
Cr : 0.5％ 이하,
P : 0.015％ 이하,
S : 0.015％ 이하,
N : 0.01％ 이하를 함유하고, 또한
Ni : 1.0％ 이하,
Cu : 0.5％ 이하,
Mo : 0.5％ 이하,
V : 0.5％ 이하 및
B : 0.0050％ 이하로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하고,
잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
상기 강소선의 인장 강도가, 3500㎫ 이상이고,
상기 고착부가, Zn 또는 Ag를 포함하는 Sn계 땜납을 포함하고,
상기 도금층이, 상기 강소선에 파고 들어가 있는 것을 특징으로 하는, 소우 와이어.
강소선 및 상기 강소선의 표면에 형성된 도금층을 갖는 강선과,
상기 강선에 고착부에 의해 고착된 지립과,
상기 지립과 상기 고착부의 계면에 형성된 금속간 화합물을 갖고,
상기 강소선은,
질량％로,
C : 0.8％ 내지 1.2％,
Si : 0.02％ 내지 2.0％,
Mn : 0.1％ 내지 1.0％,
Cr : 0.5％ 이하,
P : 0.015％ 이하,
S : 0.015％ 이하 및
N : 0.01％ 이하를 함유하고,
잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
상기 강소선의 인장 강도가, 3500㎫ 이상이고,
상기 고착부가, Zn 또는 Ag를 포함하는 Sn계 땜납을 포함하고,
상기 도금층이, Zn 또는 Cu 중 적어도 한쪽을 함유하고,
상기 도금층이, 상기 강소선에 파고 들어가 있으며,
상기 도금층의 상기 강소선에의 파고 들어감 깊이가 0.5㎛ 내지 5㎛인 것을 특징으로 하는, 소우 와이어.
강소선 및 상기 강소선의 표면에 형성된 도금층을 갖는 강선과,
상기 강선에 고착부에 의해 고착된 지립과,
상기 지립과 상기 고착부의 계면에 형성된 금속간 화합물을 갖고,
상기 강소선은,
질량％로,
C : 0.8％ 내지 1.2％,
Si : 0.02％ 내지 2.0％,
Mn : 0.1％ 내지 1.0％,
Cr : 0.5％ 이하,
P : 0.015％ 이하,
S : 0.015％ 이하 및
N : 0.01％ 이하를 함유하고,
잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
상기 강소선의 인장 강도가, 3500㎫ 이상이고,
상기 고착부가, Zn 또는 Ag를 포함하는 Sn계 땜납을 포함하고,
상기 도금층이, 상기 강소선에 파고 들어가 있고,
상기 지립의 표면에 형성되며, Ni 또는 Cu의 층을 포함하는 피복층을 가지며,
상기 피복층은, 상기 Ni 또는 Cu의 층보다도 상기 지립측에 형성된 Ti 또는 Cr의 하지층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 소우 와이어.
강소선 및 상기 강소선의 표면에 형성된 도금층을 갖는 강선과,
상기 강선에 고착부에 의해 고착된 지립과,
상기 지립과 상기 고착부의 계면에 형성된 금속간 화합물을 갖고,
상기 강소선은,
질량％로,
C : 0.8％ 내지 1.2％,
Si : 0.02％ 내지 2.0％,
Mn : 0.1％ 내지 1.0％,
Cr : 0.5％ 이하,
P : 0.015％ 이하,
S : 0.015％ 이하 및
N : 0.01％ 이하를 함유하고,
잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
상기 강소선의 인장 강도가, 3500㎫ 이상이고,
상기 고착부가, Zn 또는 Ag를 포함하는 Sn계 땜납을 포함하고,
상기 도금층이, 상기 강소선에 파고 들어가 있고,
상기 지립의 표면에 형성되며, Ni의 층을 포함하는 피복층을 갖고,
상기 Sn계 땜납이, 0.5질량％ 내지 5.0질량％의 Ag를 포함하는 Sn-Ag계 땜납이며,
상기 금속간 화합물이, Sn을 함유하는 것을 특징으로 하는, 소우 와이어.
제4항에 있어서,
상기 Sn-Ag계 땜납이, 당해 Sn-Ag계 땜납의 모재 중에 분산된, 1㎛ 내지 2㎛의 두께를 갖는 판 형상 또는 직경이 1㎛ 내지 2㎛의 끈 형상 중 적어도 한쪽의Ag₃Sn계 금속간 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 소우 와이어.
제4항에 있어서,
상기 Sn-Ag계 땜납이, Fe : 0.01질량％ 내지 0.5질량％ 또는 Ni : 0.01질량％ 내지 0.5질량％ 중 적어도 한쪽을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 소우 와이어.
제4항에 있어서,
상기 금속간 화합물이, Ni를 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 소우 와이어.
제7항에 있어서,
상기 금속간 화합물의 조성이, Ni₃Sn₄, Ni₃Sn₂ 또는 Sn_(1-x-y)Ni_xCu_y(0.1≤x≤0.7, 0.01≤y≤0.5)로 나타내어지는 것을 특징으로 하는, 소우 와이어.
강소선 및 상기 강소선의 표면에 형성된 도금층을 갖는 강선과,
상기 강선에 고착부에 의해 고착된 지립과,
상기 지립과 상기 고착부의 계면에 형성된 금속간 화합물을 갖고,
상기 강소선은,
질량％로,
C : 0.8％ 내지 1.2％,
Si : 0.02％ 내지 2.0％,
Mn : 0.1％ 내지 1.0％,
Cr : 0.5％ 이하,
P : 0.015％ 이하,
S : 0.015％ 이하 및
N : 0.01％ 이하를 함유하고,
잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
상기 강소선의 인장 강도가, 3500㎫ 이상이고,
상기 고착부가, Zn 또는 Ag를 포함하는 Sn계 땜납을 포함하고,
상기 도금층이, 상기 강소선에 파고 들어가 있고,
상기 Sn계 땜납이, Zn을 포함하는 Sn-Zn계 땜납이고,
상기 금속간 화합물이, Sn 또는 Zn 중 적어도 한쪽을 함유하며,
상기 Sn-Zn계 땜납에 있어서의 Zn의 함유량이, 1질량％ 내지 35질량％인 것을 특징으로 하는, 소우 와이어.
강소선 및 상기 강소선의 표면에 형성된 도금층을 갖는 강선과,
상기 강선에 고착부에 의해 고착된 지립과,
상기 지립과 상기 고착부의 계면에 형성된 금속간 화합물을 갖고,
상기 강소선은,
질량％로,
C : 0.8％ 내지 1.2％,
Si : 0.02％ 내지 2.0％,
Mn : 0.1％ 내지 1.0％,
Cr : 0.5％ 이하,
P : 0.015％ 이하,
S : 0.015％ 이하 및
N : 0.01％ 이하를 함유하고,
잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
상기 강소선의 인장 강도가, 3500㎫ 이상이고,
상기 고착부가, Zn 또는 Ag를 포함하는 Sn계 땜납을 포함하고,
상기 도금층이, 상기 강소선에 파고 들어가 있고,
상기 Sn계 땜납이, Zn을 포함하는 Sn-Zn계 땜납이고,
상기 금속간 화합물이, Sn 또는 Zn 중 적어도 한쪽을 함유하고,
상기 Sn-Zn계 땜납의 조성이, Sn-Zn-X로 나타내어지고,
X가, Bi, Ni, Cu, Fe, Sb, Pb, In 및 Ag로부터 선택된 적어도 1종이며,
상기 X의 함유량이, 0.5질량％ 내지 5질량％인 것을 특징으로 하는, 소우 와이어.
강소선 및 상기 강소선의 표면에 형성된 도금층을 갖는 강선과,
상기 강선에 고착부에 의해 고착된 지립과,
상기 지립과 상기 고착부의 계면에 형성된 금속간 화합물을 갖고,
상기 강소선은,
질량％로,
C : 0.8％ 내지 1.2％,
Si : 0.02％ 내지 2.0％,
Mn : 0.1％ 내지 1.0％,
Cr : 0.5％ 이하,
P : 0.015％ 이하,
S : 0.015％ 이하 및
N : 0.01％ 이하를 함유하고,
잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
상기 강소선의 인장 강도가, 3500㎫ 이상이고,
상기 고착부가, Zn 또는 Ag를 포함하는 Sn계 땜납을 포함하고,
상기 도금층이, 상기 강소선에 파고 들어가 있고,
상기 Sn계 땜납이, Zn을 포함하는 Sn-Zn계 땜납이고,
상기 금속간 화합물이, Sn 또는 Zn 중 적어도 한쪽을 함유하고,
상기 금속간 화합물이, Ni-Sn계 금속간 화합물, Ni-Zn계 금속간 화합물, Ni-Sn-Zn계 금속간 화합물, Cu-Sn계 금속간 화합물, Cu-Sn-Zn계 금속간 화합물 및 Cu-Zn계 금속간 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는, 소우 와이어.
강소선 및 상기 강소선의 표면에 형성된 도금층을 갖는 강선과,
상기 강선에 고착부에 의해 고착된 지립과,
상기 지립과 상기 고착부의 계면에 형성된 금속간 화합물을 갖고,
상기 강소선은,
질량％로,
C : 0.8％ 내지 1.2％,
Si : 0.02％ 내지 2.0％,
Mn : 0.1％ 내지 1.0％,
Cr : 0.5％ 이하,
P : 0.015％ 이하,
S : 0.015％ 이하 및
N : 0.01％ 이하를 함유하고,
잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
상기 강소선의 인장 강도가, 3500㎫ 이상이고,
상기 고착부가, Zn 또는 Ag를 포함하는 Sn계 땜납을 포함하고,
상기 도금층이, 상기 강소선에 파고 들어가 있고,
상기 Sn계 땜납이, Zn을 포함하는 Sn-Zn계 땜납이고,
상기 금속간 화합물이, Sn 또는 Zn 중 적어도 한쪽을 함유하고,
상기 Sn-Zn계 땜납이, 당해 Sn-Zn계 땜납의 모재 중에 분산된, 판 형상 또는 바늘 형상의 Zn 석출물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 소우 와이어.
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