KR20090026498A

KR20090026498A - 다이어몬드 전착 와이어 쏘우의 제조방법

Info

Publication number: KR20090026498A
Application number: KR1020070091519A
Authority: KR
Inventors: 김정묵
Original assignee: 김정묵
Priority date: 2007-09-10
Filing date: 2007-09-10
Publication date: 2009-03-13

Abstract

와이어를 세척하고, 세척후 본격적인 전착과정에 앞서 도금층의 밀착성을 높이기 위하여 와이어를 동 혹은 니켈 스트라이크 도금액에 침지하고, 스트라이크도금이 전착된 와이어를 다이어몬드-니켈 도금액에 침지하며, 다이어몬드-니켈 도금층이 전착된 와이어를 니켈 도금액에 침지하는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법에 있어서, 와이어에 부착된 다이어몬드의 결합력을 제고하고, 절단면과 와이어 쏘우 사이의 마찰저항을 최소화하기 위하여, 다이어몬드가 결합되고 재차 니켈 도금화된 와이어 쏘우의 표면에 코발트를 다시 도금하며, 계열이 같은 도금 공정에서도 와이어에 전착되는 다이어몬드 입자의 크기별로 복수 공정을 실시하거나, 전기저항을 최소화하기 위하여 동일 공정을 적어도 1회 이상 실시하며, 혹은 동일 공정 내에서도 도금층의 전착 속도를 제어하기 위하여 직렬로 배열된 동일 계열의 도금액에 반복하여 침지한다. 이와 같이, 다이어몬드 전착 와이어 쏘우의 제품의 균질성과 대량생산에 적합하도록 와이어는 대량생산을 위하여 릴에 의하여 항상 일정한 속도로 진행되지만 각 도금의 전착 속도와 전착 정도를 조절할 수 있도록 선택된 동일 도금 계열 내에서 복수개의 도금조를 사용할 수 있다.

다이어몬드, 와이어, 니켈, 코발트, 와류

Description

다이어몬드 전착 와이어 쏘우의 제조방법{A manufacturing process for wire saw coated with diamond}

본 발명은 실리콘 잉곳을 웨이퍼 형태로 절단하는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우를 제조하는 방법에 있어서, 와이어를 세척한 후 본격적인 전착과정에 앞서 도금층의 밀착성을 높이기 위하여 와이어를 동스트라이크 도금액에 침지하고, 동도금이 전착된 와이어를 다이어몬드-니켈 도금액에 침지하며, 다이어몬드-니켈 도금층이 전착된 와이어를 다시 니켈 도금액에 침지하며, 와이어에 부착된 다이어몬드의 결합력을 제고하고 절단면과 와이어 쏘우 사이의 마찰저항을 최소화하기 위하여, 다이어몬드가 결합되고 재차 니켈 도금화된 와이어 쏘우의 표면에 코발트를 다시 도금함으로써 마찰저항을 최소화하고, 동일 계열의 도금 공정을 반복 실시함으로써 전기저항을 최소화하는 동시에 도금층의 전착 속도를 제어하는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우의 제조방법에 관한 것이다.

현재의 반도체 및 집적 회로 소자의 대부분은 실리콘 기판상에서 제조된다. 그 기판 자체는 처음에는 무작위로 배향된 미소결정(crystallites)을 갖는 가공되 지 않은 다결정 실리콘을 이용하여 형성된다. 그러나 이러한 상태에서 실리콘은 반도체 소자의 제조에 필요한 필수적인 전기적 특성을 나타내지 못한다. 따라서, 상술한 특성을 갖는 단결성 실리콘을 형성하기 위해서는 고순도의 다결정 실리콘을 약 1400도의 온도로 가열하여 용융물을 형성한 후, 그 용융물에 단결정 실리콘 시드(seed)를 첨가한다. 그리고 단결정 잉곳이 동일 배향의 시드를 갖도록 인상(pulling)시킴으로서 형성된다.

상술한 방법으로 잉곳이 제조되면, 잉곳은 집적 회로 반도체 소자들 용의 다수의 다이(die)로 일련 가공되도록 잉곳의 헤드와 꼬리 부분들이 잘려진 후, 그 다음에 개개의 웨이퍼들로 얇게 절단된다.

이렇게 잉곳을 웨이퍼 형태로 절단하는 주요 공구로는, 다이어몬드 입자가 고착된 원판 상 블레이드 톱, 유리분말 기타 절단용 슬러리를 절단부에 공급하면서 다수개의 와이어를 절단면에 통과시키는 멀티와이어 톱 및 피아노선 기타 와이어 표면에 다이어몬드 입자를 전착시킨 다이어몬드 전착 와이어 등이 알려져 있다.

상기 종래의 실리콘 잉곳의 절단용 공구 중에서 내주인 절단방식의 대표적인 형태인 블레이드 톱은 절단성능은 우수하나 다이어몬드 입자의 마모나 절단중 슬러리의 막힘이 심하게 일어나서 가공능율이 떨어지고 또한 절단면에 크랙의 흔적이 크다는 문제점이 있다. 이에 더하여 최근에는 실리콘 잉곳이 대형화 추세를 취하고 있음에 따라 블레이드 톱도 대형화되고 있으며 절단 로스의 감소를 위해 블레이드의 두께도 박판화되고 있는 바, 현재 실리콘 잉곳의 직경이 종래의 6인치에서 8인치로 변화되어 사용되고 있고 앞으로 12인치 이상이 예상되고 있는 실정이어서 이에 부합하는 블레이드의 박판화에는 한계가 있다.

그리고, 절삭용 슬러리를 사용하는 멀티와이어 톱의 경우에는 큰 면적의 공작물을 1회의 절단작업으로 수십 또는 수백장씩 절단할 수 있다는 장점이 있긴 하나, 슬러리 혼탁액에 경유를 혼합하여 사용하기 때문에 피삭재가 오염되기 쉬우며 절단과정에서 발생된 폐슬러리 혼탁액의 처리가 까다로워 환경오염을 일으키는 문제점과 함께 절단속도가 늦고 절단면이 거칠어지는 단점도 아울러 지적되고 있다. 또한, 상기 멀티와이어 톱의 경우에는 절단작업중 와이어의 단선이 발생하는 경우 실리콘 잉곳 전체가 불량으로 처리되는 큰 문제점이 있어 경제적으로 손실이 크다.

마지막으로, 다이어몬드 전착 와이어는 상기 여타의 취성재료 절단공구에 비해 피삭재의 절단면에 가공크랙을 덜 생성시키며 정밀도가 상대적으로 높다는 특성을 지님에 기인하여 특히 실리콘 잉곳등의 반도체 재료 절단용 공구로서 널리 사용되고 있다.

다이어몬드 전착 와이어 쏘우의 가장 일반적인 형태로는, 피아노 선재의 표면에 1차 하지 도금을 한 후, 2차 니켈 도금시 다이어몬드의 입자를 함께 전착시키는 경우가 있다. 상기 전착 와이어 쏘우는 비교적 손쉽게 제작이 가능하고 직경이 큰 피절단물의 절단도 가능한 장점이 있으나, 절단중 와이어 쏘우에서 탈락된 다이어몬드 입자가 섞인 슬러리에 의해 절단부가 막히는 현상이 발생되어 8인치 이상의 잉고트 절단시에는 와이어 쏘우의 단선과 탈락한 다이어몬드 입자에 의한 절단 흔적이 크고 절단면이 거칠게 되는 문제가 있다.

이와 같은 문제점을 개선하고자 한국공개번호 특2001-0055980에서는 와이어 의 표면에 두께 1㎛이하의 구리계 하지 도금층을 형성하고, 상기 하지 도금층 위에 입자 크기가 5∼30㎛인 다이어몬드 지립의 충진율이 5∼30%이며 그 두께가 18∼25㎛인 니켈-다이어몬드 지립 전착층을 형성하는 구성을 개시하고 있으나, 니켈 도금층과 다이어몬드 입자 사이의 결합력이 낮아 여전히 칩핑(chipping) 현상이 발생하고, 절단속도가 느리며, 특히 다이어몬드와의 마찰저항이 높아 열발생이 현저하게 높아지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다이어몬드 입자와 니켈 입자의 결합력을 향상시켜 반복되는 절단 공정에도 불구하고 와이어 쏘우의 절단기능이 저하되지 않는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 도금액의 공급과 배출을 원활하게 하고, 도금액의 순환을 돕는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 다이어몬드의 입자 크기에 따라 혹은 도금하고자 하는 수용액의 성질에 따라 도금조를 선택할 수 있는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 각 공정에 따른 전착속도를 개별적으로 제어하도록 전착정도에 따라 다수개의 도금조를 설치하고, 대량생산에 적합하도록 전공정의 속도를 일괄적으로 제어할 수 있는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조장치를 제공하는 것이다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 다이어몬드가 전착된 와이어 쏘우의 제조방법에 있어서, 상기 와이어의 표면에 묻어 있는 각종 오염물질을 제거하기 위하여 와이어를 세척하는 단계와, 세척후 본 격적인 전착과정에 앞서 도금층의 밀착성이 높이기 위하여 와이어의 표면을 활성화하는 스트라이크 도금층을 형성하는 단계와, 상기 스트라이크 도금이 전착된 와이어를 다이어몬드-니켈 도금액에 침지하여 다이어몬드-니켈 도금층을 형성하는 단계와, 상기 다이어몬드-니켈 도금층이 전착된 와이어를 니켈 도금액에 침지하여 니켈 도금층을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.

상기 니켈 도금층이 전착된 와이어를 코발트 도금액에 침지하여 코발트 도금층을 형성하는 단계를 더 포함하여 구성된다.

상기 다이어몬드-니켈 도금층을 형성하는 단계는 와이어에 전착되는 다이어몬드 입자의 크기에 따라 복수 공정으로 진행되며, 적어도 다이어몬드의 입자 크기가 20㎛ 이하인 경우와 20㎛ 이상인 경우에는 서로 다른 공정에 의하여 다이어몬드-니켈 도금이 실시되는 것이다.

상기 다이어몬드-니켈 도금층을 형성하는 단계를 반복하여 실시함으로써, 도금층의 전착속도를 제어하며, 상기 다이어몬드-니켈 도금층을 형성하는 단계는 적어도 1회 이상 실시한다.

상기 스트라이크 도금층, 다이어몬드-니켈 도금층, 니켈 도금층 및 코발트 도금층을 형성하는 각 단계와 같이 서로 다른 계열의 도금층을 형성하는 경우에는 물론이고, 상기 각 공정이 복수 공정으로 이루어지는 경우에도 같은 계열의 도금층을 형성하는 각 단계 내에서도 상기 와이어를 세척하는 수세단계를 더 포함하여 구성된다.

상기 스트라이크 도금층, 다이어몬드-니켈 도금층, 니켈 도금층 및 코발트 도금층을 형성하는 각 단계 사이에는 상기 와이어를 건조하는 건조단계; 를 더 포함하여 구성된다.

상기 스트라이크 도금층 형성단계와 다이어몬드-니켈 도금층 형성단계 사이에는 산성을 중화시키는 산세단계를 더 포함한다.

상기 니켈 도금층을 형성하는 단계는, 상기 다이어몬드-니켈 도금과정에서 전착된 다이어몬드가 와이어에서 한 층 더 견고하게 결합되도록 하기 위하여 적어도 1회 이상 실시된다.

상기 와이어의 세척단계에서, 상기 와이어로 황동 도금 선재가 사용되고, 황동 도금 선재의 표면을 약품을 사용하여 세척하는 것이다.

상기 와이어의 세척단계에서, 상기 와이어로 피아노 선재가 사용되고, 피아노 선재의 표면을 탈지액을 사용하여 세척하는 것이다.

상기 스트라이크 도금층을 형성하는 단계에서 스트라이크 도금액은, 시안화구리와 동이 1대1의 비율로 혼합된 동도금액이고, 상기 동도금액은 40℃ 내지 60℃의 온도에서 PH 7 내지 PH 10의 약알카리성인 것이다.

상기 스트라이크 도금층을 형성하는 단계에서 스트라이크 도금액은, 염산 혹은 염화니켈이 혼합된 니켈 수용액이고, 상기 니켈도금액은 40℃ 내지 60℃의 온도에서 PH 7 내지 PH 10의 약알카리성인 것이다.

상기 다이어몬드-니켈 도금층을 형성하는 단계에서 상기 다이어몬드-니켈 도금액은, 니켈 분말이 용해된 황산니켈 수용액에 다이어몬드 분말이 혼합된 것이고, 상기 도금액은 50℃ 내지 60℃의 온도에서 PH 5 내지 PH 6의 약산성인 것이다.

상기 니켈 도금층을 형성하는 단계에서 상기 니켈 도금액은, 상기 니켈 분말이 용해되어 있는 황산니켈 수용액이고, 상기 도금액은 40℃ 내지 90℃의 온도에서 PH 4 내지 PH 6의 약산성인 것이다.

상기 코발트 도금층을 형성하는 단계에서 상기 코발트 도금액은, 석산 소다가 첨가된 수용액에 코발트 분말이 혼합된 것이고, 상기 도금액은 40℃ 내지 60℃의 온도에서 PH 8 내지 PH 9의 약알카리성인 것이다.

상기 다이어몬드-니켈 도금층을 형성하는 단계에서, 상기 다이어몬드의 입자 크기가 20㎛ 이상인 경우에, 바닥에 가라앉기 쉬운 다이어몬드를 상방으로 부유하도록 에어 노즐을 통하여 압축 공기를 공급한다.

상기 니켈 도금층을 형성하는 단계에서, 25kHz 내지 60kHz의 초음파 진동에너지를 상기 니켈 도금액에 전달함으로써 다이어몬드 주위에 부유하는 수소가스를 제거한다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 다이어몬드 입자와 니켈 입자의 결합공정이나 니켈 입자의 도포공정을 반복하여 실시함으로써 다이어몬드 입자와 니켈 입자의 결합력을 높이고, 와이어 쏘우의 절단기능을 향상시키는 작용효과가 기대된다.

둘째, 공급배관과 배출배관을 연결하는 순환모터에 의하여 도금조 내부에 자 연스럽게 와류가 형성하고, 부착되는 다이어몬드 입자의 크기에 따라 와류의 속도나 전착속도를 제어할 수 있어 성질이 다른 여러 종류의 다이어몬드 전착 와이어 쏘우를 제작하는데 효과적이다.

셋째, 동일 계열의 도금조를 직열로 반복하여 설치하고, 여기에 와이어를 통과시킴으로써 전착 정도를 임의로 변경할 수 있고, 도금조와 연결된 저장조의 수용액을 변경함으로써 원하는 도금을 선택적으로 실시할 수 있어 경제적인 효과가 기대된다.

넷째, 이열 계열의 도금공정은 물론이고 동일 계열의 도금공정간에도 수세조를 구비함으로써 건조를 방지하는 작용효과가 기대된다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조장치(100)는, 와이어(110)에 다이어몬드를 전착시켜 와이어 쏘우(112)를 제작하는 다수의 도금조(130, 140, 150, 160)로 구성된다.

와이어(110)에 다이어몬드를 견고하게 결합시키고 피절단물과의 마찰저항을 최소화하기 위해 본 발명의 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조장치(100)는, 와이어(110)의 표면을 활성화하고 표면에 묻어 있는 각종 오염물질을 제거하기 위해 와 이어(110)를 세척하는 세척조(120)와, 본격적인 전착에 앞서 밀착성을 높이기 위하여 와이어(110)에 동(銅) 스트라이크 도금층(strike plating)을 형성하기 위한 동스트라이크 도금조(130)와, 다이어몬드 입자가 혼입된 니켈 도금층을 전착하기 위한 다이어몬드-니켈 도금조(140)와, 상기 다이어몬드의 결합력을 한 층 강화하기 위한 니켈 도금조(150)와, 마찰 저항을 최소화하기 위한 코발트 도금조(160) 그리고 마지막으로 와이어(110)를 건조하기 위한 건조실(170)로 구성된다.

상기 와이어(110)는 황동 도금 선재를 사용하거나, 피아노 선재를 사용할 수 있으며, 황동 도금 선재를 사용할 경우에는 상기 세척조(120)에서 황동도금을 제거하기 위한 약품을 사용하여 와이어(110)를 세척하고, 피아노 선재를 사용할 경우에는 황동도금 제거를 위한 약품 대신에 탈지액을 사용하여 세척을 수행한다.

상기 동스트라이크 도금조(130)에서는 동스트라이크 도금을 수행하여 와이어(110)에 동도금층을 형성함으로써, 다음 공정에서 상기 다이어몬드 및 니켈층을 원활하게 전착하기 위한 전처리 작업을 수행하게 된다.

상기 동스트라이크 도금층은 40℃ 내지 60℃의 조건에서 수소이온화농도(PH)가 7 내지 10인 시안화구리와 동을 1대1로 혼합함으로써 형성된다. 또한, 염산 혹은 염화니켈을 사용한 니켈스트라이크 도금을 통해 니켈스트라이크 도금층으로 동스트라이크 도금층을 대신할 수 있다. 상기 동스트라이크 도금층 혹은 니켈스트라이크의 도금층의 두께는 밀착불량을 방지하기 위하여 0.8㎛ 이하로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 다이어몬드-니켈 도금조(140)에는, 1㎛ 크기의 니켈 분말이 용해되어 있는 황산니켈 수용액에 3㎛ 내지 40㎛ 크기의 다이어몬드 분말이 혼입되어 있으며, 상기 와이어(110)를 온도가 50℃ 내지 60℃이고 수소이온농도(PH)가 5 내지 6인 상기 수용액에 침지하여 다이어몬드 및 니켈 도금층을 형성한다.

상기 니켈 도금조(150)에는, 상기 니켈 분말이 용해되어 있는 황산니켈 수용액이 충진되어 있으며, 온도가 40℃ 내지 90℃이고 수소이온농도(PH)가 4 내지 6인인 상기 수용액에서 와이어(110)를 투입하여 니켈 도금층을 형성한다.

상기 코발트 도금조(160)에는, 코발트가 석산 소다가 첨가된 수용액에 분말 형태로 혼합되어 있으며, 온도가 40℃ 내지 60℃이고 수소이온농도(PH)가 8 내지 9인 수용액에 와이어(110)를 최종적으로 침지하여 와이어 쏘우(112)를 제작한다.

상기 건조실(170)은 와이어 쏘우(112)를 릴(174)에 감아 완제품으로 만들기 전에 도금층을 최종적으로 건조시켜 도금층의 전착을 마무리하기 위한 것으로, 건조실(170) 내부에는 열선이 설치되어 적외선을 방사하거나 열풍기가 구비되어 건조한 공기를 방출하게 된다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 도금조(130, 140, 150, 160)는, 전후벽(310, 320)과 양측벽(도면부호 없음)으로 구성되고 소정 높이와 넓이를 갖는 직육면체의 형상을 하고 있으며, 길이 방향으로 양측에는 내부 격벽(330, 340)이 더 구비되어 있어, 도금조(130, 140, 150, 160)의 중앙에는 메인챔버(350)가 형성되며, 양측에는 보조챔버(360, 370)가 형성된다.

상기 전후벽(310, 320)에는 와이어(110)가 통과할 수 있는 슬릿(312, 322)이 형성되어 있으며, 양측에 있는 내부 격벽(330, 340)에도 와이어(110)가 통과할 수 있는 슬릿(332, 342)이 형성되어 있다.

상기 메인챔버(350)의 바닥에는 탈지액 혹은 도금액(이하, "도금액 등"이라 함)이 공급되는 공급부(352)가 형성되어 있고, 상기 보조챔버(360, 370)의 바닥에는 도금액 등이 회수되는 배출부(362, 372)가 형성되어 있다. 상기 공급부(352)와 배출부(362, 372)에는 각각 공급배관(354) 및 배출배관(364, 374)이 하부로 연장되어 있고, 상기 배관(354, 364, 374)에는 순환모터(도시되지 않음)설치되어 있어, 상기 순환모터에 의하여 도금액 등이 배관을 통해 도금조로 공급되거나 배출되며 혹은 순환하게 된다.

한편, 상기 공급배관(354)의 일측에는 도금액 등이나 기타 약품들을 저장하고 이를 메인챔버(350)에 공급하거나 보조챔버(360, 370)로부터 회수하여 저장하는 저장조가 더 구비될 수 있다. 따라서, 저장조(도시되지 않음)에 저장된 도금액 등이나 약품의 종류에 따라 챔버(350)에 처리되는 도금의 형태가 달라질 수 있기 때문에, 도금의 종류에 따라 챔버를 달리하는 것 대신에 기존의 도금조를 그대로 이용하고, 챔버에 공급되는 도금액 등 기타 약품을 교환함으로써 다른 계열의 도금을 실행할 수 있다.

상기 공급부(352)는 도 5에 도시된 바와 같이 양측이 개방된 소정 길이의 " ㅡ "자형 파이프 형상을 하고 있고, 바닥에서 공급되는 도금액 등은 상기 파이프의 양측으로 분기되어 메인챔버(350)로 분사된다. 따라서 양측으로 분기된 도금액 등은 상측으로 부유하면서 와류를 형성하여 와이어(110)의 표면에 골고루 도포된다.

상기 와이어(110)의 표면에 전착되는 다이어몬드 입자의 크기가 크지 않을 때는 상술한 바와 같이 양측으로 개방된 파이프를 통하여 도금액 등을 분기시킴으로써 챔버 내에 다이어몬드 입자를 포함하여 부유하도록 유도하지만, 다이어몬드 입자의 크기가 클 때는 상술한 방법에 의해서는 와이어(110)가 통과하는 상부까지 도달하지 않고 바닥에서 머물 수가 있다. 따라서 또 다른 실시예에서는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 공급부(352)를 " T "자형 파이프 형상으로 구성하고, 양측을 폐쇄하는 대신에 양측으로 연장된 파이프의 저면에 다수개의 배출공을 형성함으로써 상기 배출공을 통하여 도금액 등이 보다 빠른 속도로 배출되고 바닥을 통해 반사되면서 강한 와류에 의하여 도금액 등에 포함된 다이어몬드를 상측까지 부유하도록 유도하는데 특징이 있다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 다이어몬드-니켈 도금조(140)에는 압축 공기를 형성하는 에어 노즐(141)을 더 구비한다. 다이어몬드의 입자 크기가 큰 경우에 입자의 중력에 의하여 가라앉는 성질이 있기 때문에, 바닥과 일정한 거리를 두고 설치된 와이어(110)에 접근하지 못하는 문제점이 있다. 따라서, 상기 에어 노즐(141)은 상방으로 압축 공기를 공급함으로써 도금액의 순환을 촉진하고, 특히 가라앉기 쉬운 다이어몬드 입자의 경우에도 상측으로 부유할 수 있도록 도와줌으로써 다이어몬드 입자가 와이어(110)의 상측까지 도달할 수 있게 된다. 이렇게 되면, 와류의 정도가 약한 " ㅡ "자형 파이프를 사용하는 경우에도 다이어몬드를 와이어(110)의 상측까지 부유시킬 수 있다.

상기 도금조(130, 140, 150, 160)의 전후벽(310, 320)과 내부 격벽(330, 340)에는 상기 슬릿(312, 322, 332, 342)을 중심으로 좌우에 체결홈(도면부호 없 음)이 형성되어 있다.

뿐만 아니라, 각 도금조(130, 140, 150, 160) 사이에는 와이어(110)의 도금층이 건조해지는 것을 방지하기 위하여 필수적으로 수세조(180)를 구비하고 있다. 즉, 도금과정에서 도금층이 건조해지면 그 후에 연속되는 도금층이 밀착되지 않아 2중, 3중으로 형성되기 때문에, 이와 같은 밀착불량이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 수세조(180) 역시도 소정의 높이와 넓이를 갖도록 내부에 공간을 구비하고 있으며, 상기 수세조(180)의 상측에는 수세관(182)이 통과하며, 상기 수세관(182)의 저부에는 수세공(184)이 형성되어 상기 수세공(184)을 통하여 세척수를 분사하게 되어 있다. 상기 수세조(180)의 바닥에는 상기 세척수를 회수하는 회수배관(도시되지 않음)이 설치되어 있다.

상기 도금조(130, 140, 150, 160) 사이에는 수세조(190) 이외에도 산세조(190)가 더 구비될 수 있다. 가령, 상기 동스트라이크 도금조(130)에서는 도금액의 수소이온농도(PH)가 7 내지 10 정도로 약알카리성 혹은 강알카리성을 띠고 있고, 다이어몬드-니켈 도금조의 도금액의 수소이온농도(PH)가 5 내지 6 정도로 약산성을 띠고 있기 때문에, 동스트라이크 도금조(130)를 통과한 와이어(110)를 중화시킨 후 다이어몬드-니켈 도금조(140)로 보내야 할 필요가 있다.

상기 도금조(130, 140, 150, 160) 사이에는 수세조(180) 혹은 산세조(190) 이외에도 건조조(도시되지 않음)를 더 구비한다. 도면에는 도시되어 있지 않지만 건조관의 저부에는 건조공이 다수 형성되어, 건조공을 통하여 건조한 공기를 와이 어(110)에 공급한다. 상기 건조조는 성질이 다른 도금조(130, 140, 150, 160) 사이에서만 설치할 수 있고, 성질이 같은 도금조 사이에서는 설치할 수 없다. 같은 계열의 도금조에서 건조가 이루어지면 2중 3중의 도금층이 형성될 우려가 있기 때문이다.

상기 각 도금조(130, 140, 150, 160)의 측면에는 도금액으로부터 증발되는 각종 기체를 흡입하기 위한 에어석션(194)이 더 설치된다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법을 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 와이어(110)의 표면을 활성화하고 표면에 묻어 있는 각종 오염물질을 제거하기 위하여 세척조(120)에서 와이어(110)를 세척한다. 이때 와이어(110)로 황동 도금 선재를 사용하는 경우에는 황동도금을 제거하는 약품을 세척조(120)에 풀어 사용하게 되고, 피아노 선재를 사용하는 경우에는 상기 약품 대신에 탈지액을 사용하게 된다.

탈지과정 후에는 약품 혹은 탈지액을 수세조(180)를 이용하여 재차 세척하고, 본격적인 전착과정에 앞서 도금층의 밀착성을 높이기 위하여 세척된 와이어(110)를 동스트라이크 도금조(130)로 보낸다. 동도금액은 40℃ 내지 60℃의 온도와 PH 7 내지 PH 10를 유지하며, 동도금은 1회 과정만으로 충분하다.

와이어(110) 표면에 전착된 동도금은 알카리성을 띠고 있기 때문에 이를 중화시킬 목적으로 와이어(110)는 산세조(190)로 보내지고, 역시 약품을 세척하기 위하여 와이어(190)는 다시 수세조(182)를 통과하게 된다.

동도금이 형성된 와이어(110)는 본격적인 전착을 위하여 다이어몬드-니켈 도금조(140)를 통과하게 된다. 상기 다이어몬드-니켈 도금조(140)에 혼합된 다이어몬드의 입자는 여러 개의 도금조를 설치할 경우 각 도금조에 따라 그 크기가 다를 수 있는데, 전체적으로 다이어몬드-니켈의 입자 크기는 3㎛ 내지 40㎛의 범위 내에서 정해진다.

이미 전술한 바와 같이, 다이어몬드의 입자 크기에 따라 전착구성에 차이가 있으며, 다이어몬드의 입자 크기가 20㎛ 이하 일 때는 양측으로 개방된 " ㅡ "자형 파이프를 이용하여 도금액 등을 공급하지만, 20㎛ 이상 일 때는 양측은 폐쇄되어 있지만 양측으로 연장된 " T "자형 파이프의 저면에 형성된 배출공을 통해서 도금액 등을 공급하게 된다.

다이어몬드-니켈 도금과정은 적어도 1회 이상 실시하는 것이 바람직하다. 특히 다이어몬드 입자 크기에 따라 와이어(110)에 전착되는 정도가 다를 수 있고, 칩핑 현상을 최소화하기 위하여 다양한 크기의 다이어몬드 입자를 규칙 혹은 불규칙하게 전착시킬 필요가 있기 때문에, 다수의 다이어몬드-니켈 도금조를 통과하면서 그 결합력을 높여야 한다. 각각의 다이어몬드-니켈 도금과정이나 다이어몬드-니켈 도금과정 후에는 건조를 방지하기 위하여 와이어(110)의 표면을 수세조(184)를 이용하여 수세하며, 다만 건조는 하지 않는다.

다이어몬드-니켈 도금과정에서 전착된 다이어몬드가 와이어(110)에서 한 층 견고하게 결합력을 유지하기 위하여 니켈 도금과정을 적어도 1회 이상 실시하여야 한다. 이때, 니켈 도금조(150)에는 초음파 진동수단을 더 구비하는 것이 바람직하 다. 도 8에 도시된 바와 같이 니켈 도금조(150)에는 전기분해장치가 설치되어 양극에 전기를 통하면, 니켈 수용액이 이온화되면서 니켈(144)이 와이어(110)의 표면 전체와 다이어몬드(142)의 표면 일부에 부착된다. 음극에서는 수소가스가 발생하면서, 수소가스에 의하여 다이어몬드(142)에 니켈(144)이 부착되는 것이 방해되며, 이로 인하여 니켈(144)이 다이어몬드(142)의 표면에 밀착되게 부착되지 못하고 이격되어 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이 니켈(144)은 와이어(110)의 표면에서 다이어몬드(142)를 견고하게 잡아주는 기능을 수행하지 못할 뿐만 아니라, 절단시 마찰저항만을 증가시키기 때문에, 수작업으로 들떠있는 니켈 도금층을 제거해야 한다.

따라서 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에서는 이격된 니켈 도금층을 제거하는 공정을 생략하기 위하여, 니켈(144)이 다이어몬드(142)의 표면에 들뜨지 않고 밀착되게 부착되도록 수소가스를 날려 버리는 초음파 진동수단을 설치한다. 상기 초음파 진동수단의 내부에는 초음파 진동을 일으키는 초음파 발진기와, 초음파 진동에너지를 도금액에 전달하는 초음파 진동자가 설치되며, 초음파가 발진 되면 초음파 진동에너지가 도금액을 진동시켜 다이어몬드(142)의 주위에 부유하는 수소가스를 모두 제거하게 된다.

본 실시예에서 초음파 발진기(154)는 니켈 도금조(150)의 외부에 설치되는 것으로 되어 있으나, 도금조(150) 내부에 일체형으로 설치될 수 있으며, 초음파 진동자(156)는 니켈 도금조(150) 내부에 설치되되, 도금조(150)의 내부에 설치되는 경우에는 도 10에 도시된 바와 같이 플레이트 형태로 바닥에 설치되거나, 도 11에 도시된 바와 같이 플레이트 형태이지만 와이어(110)의 양측에서 초음파를 공급할 수 있도록 도금조(150)의 양면에 수직으로 설치되며, 혹은 도 12에 도시된 바와 같이 와이어(110)와 가장 가까운 거리에서 진동이 전달될 수 있도록 상부에서 로드 형태로 설치될 수 있다.

보통 20kHz 이상의 귀로 들을 수 없는 음파를 초음파라고 하고, 초음파 진동자에서 발진되는 진동에너지는 20kHz에서 300kHz까지 사용되고, 초음파 발진기에서 사용되는 소비전력은 200w에서 2400w까지 사용되나, 본 실시예에서는 진동에너지를 20kHz 내지 60kHz의 범위 내에서 사용하며(소비전력은 400w에서 1200w 범위 내에서사용됨), 그 중에서 28kHz의 진동수와 1200w의 소비전력을 사용하는 경우에 수소가스를 쉽게 제거하고 니켈을 다이어몬드에 견고하게 부착하는데 가장 적합하였다.

상기 니켈 도금조(150)에 니켈 분말이 용해되어 있는 황산니켈 수용액은 40℃ 내지 90℃의 온도와 PH 4 내지 PH 6의 범위에서 수소이온농도가 유지되어야 도금층을 형성하기 쉽다. 마찬가지로 각각의 니켈 도금과정에서 건조를 방지하기 위하여 수세조(186)를 이용하여 와이어(110)를 수세하게 된다.

다이어몬드-니켈 도금이 전착된 와이어 쏘우(112)를 이용하여 실리콘 등을 절단하게 되면, 와이어와 절단면 사이의 마찰로 인하여 상당한 열이 발생하게 되어 절단면이 거칠어질 뿐만 아니라 전착된 다이어몬드가 이탈될 우려가 크다. 따라서, 다이어몬드의 결합력을 더욱 강화하면서도 절단면 사이의 마찰저항을 최소화하기 위하여 석산 소다 수용액에 코발트 분말이 혼합된 코발트 도금액을 통과시킨다. 코발트 도금액의 온도는 40℃ 내지 60℃의 범위를 유지하고, 수소이온농도(PH)는 8 내지 9 정도를 유지할 때 코발트 도금층이 가장 안정적으로 형성된다.

마지막으로 수세조(188)를 거쳐 최종 건조실(170)에서 건조가 이루어지면 와이어 쏘우(112)가 완성되며, 완성된 와이어 쏘우(112)는 릴(174)에 감겨 보관 및 운반된다.

한편, 각 도금조(130, 140, 150, 160)의 전후벽(310, 320)과 내부 격벽(330, 340)에는 상단에서 중앙에 이르는 세로 방향의 슬릿(312, 322, 332, 342)이 형성되어 있어 상기 슬릿을 통해 와이어(110)가 릴(174)에 의하여 이송된다. 또한, 상기 슬릿(332, 342)을 통해서는 매인챔버(350)의 공급부(352)를 통해 내부에 충진된 도금액이 오우버 플로우되고, 상기 도금액은 배출부(362, 372)를 통해 배출배관(364, 374)으로 배출된다. 상기 도금액은 공급배관(354)과 배출배관(364, 374) 사이에 설치된 순환펌프에 의하여 도금조(130, 140, 150, 160)를 순환하게 되고, 바닥에 갈려 있던 다이어몬드는 도금액의 순환에 의하여 발생되는 와류에 의하여 와이어(110) 주변에서 머물게 되며, 니켈 도금액과 다이어몬드의 혼합이 원활하게 진행된다.

상기 공급배관(354)에는 저장조가 연결되고 저장조에는 도금액 혹은 약품들이 충진될 수 있어 저장조에 충진된 도금액의 종류 혹은 약품의 종류에 따라 여러 가지 도금을 수행할 수 있게 되며, 도금을 위하여 도금조를 변경할 필요가 없다. 따라서 저장조에 충진된 도금액 혹은 약품을 교환함으로써 여러 가지 도금을 수행할 수 있어 대량생산에 적합하다.

상기한 과정을 통하여, 와이어(110)에는 동스트라이크 도금층이 0.8㎛ 이하 로 전착되고, 상기 동스트라이크 도금층 상에는 니켈과 다이어몬드 분말이 혼입된 다이어몬드-니켈 도금층이 1㎛ 내지 20㎛ 두께로 전착되며, 상기 다이어몬드-니켈 도금층 상에는 니켈 도금층이 1㎛ 내지 20㎛ 두께로 전착되며, 상기 니켈 도금층 상에는 코발트층이 1㎛ 내지 20㎛ 두께로 전착된다.

상기 와이어(110)의 두께는 0.08㎜ 내지 0.16㎜ 정도이고, 상기 와이어는 황동 도금 선재 혹은 피아노 선재 중에서 선택된다.

상기 동스트라이크 혹은 니켈스트라이크의 도금층 두께는 밀착불량을 방지하기 위하여 0.8㎛ 이하로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 동스트라이크 도금층은 시안화구리와 동이 1대1로 혼합된 것이며, 동스트라이크 도금층 대신에 염산 혹은 염화니켈을 사용한 니켈 스트라이크 도금층을 전착할 수 있다.

상기 다이어몬드-니켈 도금층에는 1㎛ 크기의 니켈 분말과 3㎛ 내지 40㎛ 크기의 다이어몬드 분말이 포함되어 있다. 상기 와이어(110)의 표면에 다이어몬드가 붙어 있는 면적의 비율은 10% 내지 40%로 하는 것이 바람직하다. 만약 상기 부착률이 그 이상이 되면 다이어몬드가 와이어(110)로부터 이탈될 염려가 높고 그 이하가 되면 다이어몬드의 절단기능이 낮아진다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 고강도 재료 및 실리콘 단결정 잉곳을 웨이퍼 형태로 절단하는 와이어 쏘우를 제조하기 위하여, 다이어몬드 입자를 니켈 도금층에 견고하게 부착시켜 다이어몬드와 니켈과의 결합력을 높여주기 위한 동스크라이크 도금공정과, 다이어몬드-니켈 도금공정 및 니켈 도금공정을 수회 실시하고, 잉곳의 절단 속도를 높이고, 절단과정에서 발생되는 슬러리의 량과 절단된 웨이퍼 두께의 오차를 최소화하며, 절단면과 와이어 쏘우 사이의 마찰저항으로 인한 와이어 쏘우의 열발생을 방지하기 위하여, 다이어몬드가 결합된 와이어 쏘우의 표면에 코발트를 재차 도금하는 공정을 더 포함하는 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법을 나타내는 평면도.

도 2는 본 발명에 의한 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법을 나타내는 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법을 나타내는 일부 사시도.

도 4는 본 발명에 의한 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법을 나타내는 일부 단면도.

도 5는 본 발명에 의한 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법의 일실시예를 나타내는 일부 단면도.

도 6은 본 발명에 의한 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법의 다른 실시예를 나타내는 일부 단면도.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조장치의 작동상태를 나타내는 일부 단면도.

도 8 및 도 9는 본 발명에 의한 초음판 진동수단이 설치되기 전과 후의 작동상태를 나타내는 확대 단면도.

도 10은 본 발명에 의한 초음파 진동수단에서 초음파 진동자가 플레이트 형태로 니켈 도금조의 바닥에 설치된 구성을 나타내는 측면도.

도 11은 본 발명에 의한 초음파 진동수단에서 초음파 진동자가 플레이트 형 태로 니켈 도금조의 양측에 설치된 구성을 나타내는 측면도.

도 12는 본 발명에 의한 초음파 진동수단에서 초음파 진동자가 로드 형태로 와이어의 상단에 설치되는 구성을 나타내는 측면도.

**도면의 주요구성에 대한 부호의 설명**

100: 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조장치 110: 와이어

112: 와이어 쏘우 120: 세척조

130: 동스트라이크 도금조 140: 다이어몬드-니켈 도금조

141: 에어 노즐 142: 다이어몬드

144: 니켈 150: 니켈 도금조

152: 초음파 진동수단 154: 초음파 발진기

156: 초음파 진동자 160: 코발트 도금조

170: 건조실 174: 릴

180, 182, 184, 186, 188: 수세조 190: 산세조

194: 에어석션 310, 320: 전후벽

312, 322: 슬릿 330, 340: 내부 격벽

332, 342: 슬릿 350: 메인챔버

352: 공급부 354: 공급배관

360, 370: 보조챔버 362, 372: 배출부

364, 374: 배출배관

Claims

다이어몬드가 전착된 다이어몬드 전착 와이어 쏘우의 제조방법에 있어서,

상기 와이어의 표면에 묻어 있는 각종 오염물질을 제거하기 위하여 와이어를 세척하는 단계;

세척후 본격적인 전착과정에 앞서 도금층의 밀착성이 높이기 위하여 와이어의 표면을 활성화하는 스트라이크 도금층을 형성하는 단계;

상기 스트라이크 도금이 전착된 와이어를 다이어몬드-니켈 도금액에 침지하여 다이어몬드-니켈 도금층을 형성하는 단계;

상기 다이어몬드-니켈 도금층이 전착된 와이어를 니켈 도금액에 침지하여 니켈 도금층을 형성하는 단계; 를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 니켈 도금층이 전착된 와이어를 코발트 도금액에 침지하여 코발트 도금층을 형성하는 단계; 를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 다이어몬드-니켈 도금층을 형성하는 단계는 와이어에 전착되는 다이어 몬드 입자의 크기에 따라 복수 공정으로 진행되며, 적어도 다이어몬드의 입자 크기가 20㎛ 이하인 경우와 20㎛ 이상인 경우에는 서로 다른 공정에 의하여 다이어몬드-니켈 도금이 실시되는 것을 특징으로 하는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 다이어몬드-니켈 도금층을 형성하는 단계를 반복하여 실시함으로써, 도금층의 전착속도를 제어하며, 상기 다이어몬드-니켈 도금층을 형성하는 단계는 적어도 1회 이상 실시함을 특징으로 하는 다이어몬드 제조방법.
제 2 항에 있어서,

상기 스트라이크 도금층, 다이어몬드-니켈 도금층, 니켈 도금층 및 코발트 도금층을 형성하는 각 단계와 같이 서로 다른 계열의 도금층을 형성하는 경우에는 물론이고, 상기 각 공정이 복수 공정으로 이루어지는 경우에도 같은 계열의 도금층을 형성하는 각 단계 내에서도 상기 와이어를 세척하는 수세단계; 를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법.
제 2 항에 있어서,

상기 스트라이크 도금층, 다이어몬드-니켈 도금층, 니켈 도금층 및 코발트 도금층을 형성하는 각 단계 사이에는 상기 와이어를 건조하는 건조단계; 를 더 포 함하여 구성됨을 특징으로 하는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 스트라이크 도금층 형성단계와 다이어몬드-니켈 도금층 형성단계 사이에는 산성을 중화시키는 산세단계: 를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 니켈 도금층을 형성하는 단계는, 상기 다이어몬드-니켈 도금과정에서 전착된 다이어몬드가 와이어에서 한 층 더 견고하게 결합되도록 하기 위하여 적어도 1회 이상 실시됨을 특징으로 하는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 와이어의 세척단계에서, 상기 와이어로 황동 도금 선재가 사용되고, 황동 도금 선재의 표면을 약품을 사용하여 세척하는 것을 특징으로 하는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 와이어의 세척단계에서, 상기 와이어로 피아노 선재가 사용되고, 피아노 선재의 표면을 탈지액을 사용하여 세척하는 것을 특징으로 하는 다이어몬드 전 착 와이어 쏘우 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 스트라이크 도금층을 형성하는 단계에서 스트라이크 도금액은, 시안화구리와 동이 1대1의 비율로 혼합된 동도금액이고, 상기 동도금액은 40℃ 내지 60℃의 온도에서 PH 7 내지 PH 10의 약알카리성인 것을 특징으로 하는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 스트라이크 도금층을 형성하는 단계에서 스트라이크 도금액은, 염산 혹은 염화니켈이 혼합된 니켈 수용액이고, 상기 니켈도금액은 40℃ 내지 60℃의 온도에서 PH 7 내지 PH 10의 약알카리성인 것을 특징으로 하는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 다이어몬드-니켈 도금층을 형성하는 단계에서 상기 다이어몬드-니켈 도금액은, 니켈 분말이 용해된 황산니켈 수용액에 다이어몬드 분말이 혼합된 것이고, 상기 도금액은 50℃ 내지 60℃의 온도에서 PH 5 내지 PH 6의 약산성인 것을 특징으로 하는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 니켈 도금층을 형성하는 단계에서 상기 니켈 도금액은, 상기 니켈 분말이 용해되어 있는 황산니켈 수용액이고, 상기 도금액은 40℃ 내지 90℃의 온도에서 PH 4 내지 PH 6의 약산성인 것을 특징으로 하는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법.
제 2 항에 있어서,

상기 코발트 도금층을 형성하는 단계에서 상기 코발트 도금액은, 석산 소다가 첨가된 수용액에 코발트 분말이 혼합된 것이고, 상기 도금액은 40℃ 내지 60℃의 온도에서 PH 8 내지 PH 9의 약알카리성인 것을 특징으로 하는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 다이어몬드-니켈 도금층을 형성하는 단계에서,

상기 다이어몬드의 입자 크기가 20㎛ 이상인 경우에, 바닥에 가라앉기 쉬운 다이어몬드를 상방으로 부유하도록 에어 노즐을 통하여 압축 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 니켈 도금층을 형성하는 단계에서,

25kHz 내지 60kHz의 초음파 진동에너지를 상기 니켈 도금액에 전달함으로써 다이어몬드 주위에 부유하는 수소가스를 제거하는 것을 특징으로 하는 다이어몬드 전착 와이어 쏘우 제조방법.