KR20110014073A - 천공 공구용 비정질 탄소 피막 및 천공 공구 - Google Patents

Abstract

[과제] 내절손성을 향상시키고, 게다가, 염가로 성막하는 것이 가능한 극히 실용성이 뛰어난 천공 공구용 비정질 탄소 피막의 제공.
[해결 수단] 기재상에 형성되는 천공 공구용 비정질 탄소 피막으로서, 파장 532nm의 레이저광을 이용하여 라만 산란 분광 분석을 행하였을 때, 라만 시프트 133O∼1360cm^-1 부근의 피크 강도 I_D와 라만 시프트 1530∼1560cm^-1 부근의 피크 강도 I_G의 비 I_D/I_G의 값이 공구 바깥둘레부의 원둘레 방향 위치에서 다르고, 이 I_D/I_G의 원둘레 방향에서의 최대치를 (I_D/I_G)_max, 최소치를 (I_D/I_G)_min로 했을 때, (I_D/I_G)_min<0.4, 또한, 1<(I_D/I_G)_max/(I_D/I_G)_min<2의 관계가 성립되는 것.

Description

천공 공구용 비정질 탄소 피막 및 천공 공구{Amorphous carbon coating film for drilling tool and drilling tool coated with the film}

본 발명은, 전자 회로 기판 등의 비철계 피삭재의 천공 가공 등에 사용하는 천공 공구에 피복하는 비정질 탄소 피막 및 천공 공구에 관한 것이다.

종래에 금속 절삭용 공구에 피복하는 경질 내마모 피막으로서 TiN, TiCN, TiAlN 등이 사용되고 있었다.

특히, 특허문헌 1, 2로 대표되는 TiAlN계 피막은 TiN에 Al를 첨가함으로써 경도와 내열성을 개량한 것으로, 내마모성이 좋기 때문에 소입강을 포함한 철강 재료를 가공하기 위한 천공 공구용 경질 피막으로서 널리 이용되고 있다.

또한, 최근에는 알루미늄 합금이나 티탄, 마그네슘, 구리 등의 비철계 피삭재용으로 내마모성과 내용착성을 가진 피막으로서 비정질 탄소 피막이 실용화되어, 드릴이나 엔드 밀, 칼날 교환형 절삭 칩 등의 절삭 공구에 피복되어 이용되고 있다.

[특허문헌1]일본공개특허공보소62-56565호 [특허문헌2]일본공개특허공보평2-194159호

그런데, 전자 회로 기판(프린트 회로기판)은 유리 섬유, 수지, 구리박 등으로 구성되는 일종의 복합 구조재이며, 회로의 제조 공정에서 많은 천공 가공(드릴링)이 실시된다. 최근의 전자 회로 기판은 전기 특성의 향상과 함께 드릴링하기 어려운 재료(난삭 재료)가 많아지고 있으며, 또한, 회로 밀도의 향상에 따라서, 보다 가느다란 직경 사이즈의 드릴이 요구되어 오고 있다.

그 때문에, 근래에는 특히 직경 0.25mm이하의 소경(小徑) 드릴을 이용한 드릴링에서 내절손성(耐折損性)의 향상이 과제이다.

따라서, 본 발명자들은, TiN, TiCN, TiAlN 등의 여러 가지 질화물계 세라믹스 피막을 드릴에 피복하여 전자 회로 기판의 드릴링을 시도하였지만, 코팅되지 않은 드릴에 대해서 내절손성의 향상 효과를 인정할 수 없었다.

한편, 비정질 탄소 피막을 드릴에 피복한 전자 회로 기판의 드릴링에서는 코팅되지 않은 드릴에 비해서 내절손성의 향상을 확인할 수 있었지만, 반드시 충분하다고는 할 수 없고, 종래의 비정질 탄소 피막보다도 더 내절손성 향상의 여지가 있다.

또한, 종래의 비정질 탄소 피막은, 드릴 바깥둘레부의 원둘레 방향에서 막두께를 일정하게 할 필요가 있고, 드릴 바깥둘레부의 원둘레 방향으로 불균일 없이 성막을 행하기 위해서, 예를 들면 도 1에 도시한 바와 같이, 코팅실(21)의 좌우에 상기 코팅실(21)을 향하여 재료를 발사하는 탄소 증발원(22) 및 금속 증발원(23)이 마련되고, 코팅실(21) 내에, 드릴 생크 세트용 구멍(25)이 천설(穿設)되는 드릴 세트용의 접시 지그(24)를 복수 마련한 공전 테이블(26)을 가진 아크 이온 플레이팅 방식의 성막 장치를 이용하여, 공전 테이블(26)에 의해 접시 지그(24)를 공전시키는(a) 동시에 접시 지그(24)를 자전시키고(b), 접시 지그(24) 상의 드릴을 각각 더 자전시켜(c) 성막을 행하고 있다. 도면중에서, 부호 27은 진공 배기 유닛이다.

그러나, 이 경우, 각 접시 지그(24)의 드릴 생크 세트용 구멍(25)의 근방에 드릴을 자전시키기 위한 드릴 자전 기구를 마련할 필요가 있기 때문에, 드릴 생크 세트용 구멍(25)의 간격을 넓게 취해야만 해서, 드릴을 접시 지그(24)의 반경 방향으로 일렬로밖에 배치할 수 없다. 따라서, 한 번에 성막 장치에 세트할 수 있는 드릴의 갯수는 적고, 결과적으로, 비정질 탄소 피막 피복 드릴의 가격이 상승해 버리는 문제도 있다.

본 발명은, 본 발명자들이 비정질 탄소 피막 성막시의 드릴 자세와 피막의 라만 산란 분광 분석치나 피막 두께에 대하여 연구하여, 이들 값을 드릴 바깥둘레부의 원둘레 방향에서 편차가 나도록 제어함으로써 상기 과제를 해결할 수 있다는 지견을 얻어 완성한 것으로, 전자 회로 기판 등의 비철계 피삭재의 천공에서의 내절손성을 향상시키고, 게다가, 염가로 성막하는 것이 가능한 극히 실용성이 뛰어난 천공 공구용 비정질 탄소 피막 및 천공 공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 요지를 설명한다.

기재상에 형성되는 천공 공구용 비정질 탄소 피막으로서, 이 비정질 탄소 피막은, 파장 532nm의 레이저광을 이용하여 라만 산란 분광 분석을 행하였을 때, 라만 시프트 1330∼1360cm^-1 부근의 피크 강도 I_D와 라만 시프트 1530∼1560cm^-1 부근의 피크 강도 I_G의 비 I_D/I_G의 값이 공구 바깥둘레부의 원둘레 방향 위치에서 다르고, 이 I_D/I_G의 원둘레 방향에서의 최대치를 (I_D/I_G)_max, 최소치를 (I_D/I_G)_min로 했을 때, 하기의 관계식 (1) 및 (2)이 성립되는 것을 특징으로 하는 천공 공구용 비정질 탄소 피막에 관한 것이다.

-다음-

식(1):(I_D/I_G)_min<0.4

식(2):1<(I_D/I_G)_max/(I_D/I_G)_min<2

또한, 청구항 1에 기재된 천공 공구용 비정질 탄소 피막에 있어서, 이 비정질 탄소 피막의 피막 두께가 공구 바깥둘레부의 원둘레 방향 위치에서 다르고, 이 피막 두께의 원둘레 방향에서의 최대치를 h_max, 최소치를 h_min로 했을 때, 하기의 관계식(3) 및 (4)가 성립되는 것을 특징으로 하는 천공 공구용 비정질 탄소 피막에 관한 것이다.

-다음-

식(3):100nm≤h_max≤1000nm

식(4):0.3≤h_min/h_max≤0.9

또한, 청구항 2에 기재된 천공 공구용 비정질 탄소 피막에 있어서, 이 비정질 탄소 피막의 공구 바깥둘레부의 원둘레 방향에서의 I_D/I_G의 값이 최소가 되는 위치와 피막 두께가 최대가 되는 위치의 각도 편차가 ±90도 이내인 것을 특징으로 하는 천공 공구용 비정질 탄소 피막에 관한 것이다.

또한, 청구항 1 내지 3중의 어느 한 항에 기재된 천공 공구용 비정질 탄소 피막에 있어서, 이 비정질 탄소 피막은, 주기율표의 4a, 5a, 6a족 및 Si로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상의 원소로 이루어진 금속 혹은 반금속으로 이루어지고, 막두께가 200nm 이하로 기재 바로 위쪽에 형성되는 하층 피막층 위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구용 비정질 탄소 피막에 관한 것이다.

또한, 청구항 1내지 3중의 어느 한 항에 기재된 천공 공구용 비정질 탄소 피막에 있어서, 이 비정질 탄소 피막은, 주기율표의 4a, 5a, 6a족 및 Si로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상의 원소와 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와의 화합물로 이루어지고, 막두께가 200nm이하로 기재 바로 위쪽에 형성되는 하층 피막층 위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구용 비정질 탄소 피막에 관한 것이다.

또한, 청구항 1 내지 9중의 어느 한 항에 기재된 천공 공구용 비정질 탄소 피막이 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구 에 관한 것이다.

또한, 청구항 10에 기재된 천공 공구로서, 직경이 0.25mm 이하 0.01mm 이상인 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 10, 11중의 어느 한 항에 기재된 천공 공구에 있어서, 공구 선단부에 상기 비정질 탄소 피막이 부착하고 있지 않은 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 13에 기재된 천공 공구에 있어서, 기재가 WC를 주성분으로 하는 경질 입자와 Co를 주성분으로 하는 결합재로 이루어지는 초경합금제이며, 이 초경합금의 WC입자의 평균 입자지름이 0.1㎛∼2㎛이고 Co함유량이 중량%로 5∼15%인 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 14에 기재된 천공 공구에 있어서, 피삭재가 전자 회로 기판 또는 반도체 패키지 기판인 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같이 구성하였기 때문에, 전자 회로 기판 등의 비철계 피삭재의 천공에 있어서의 내절손성을 향상시키고, 게다가, 염가로 성막하는 것이 가능한 극히 실용성이 뛰어난 천공 공구용 비정질 탄소 피막 및 천공 공구가 된다.

도 1은 종래의 성막 방법을 설명하는 개략 설명도이다.
도 2는 본 실시예의 개략 설명 측면도이다.
도 3은 본 실시예의 성막 방법을 설명하는 개략 설명도이다.
도 4는 실험 결과를 도시한 표이다.

바람직하다고 생각되는 본 발명의 실시형태를 본 발명의 작용을 나타내어 간단하게 설명한다.

공구 바깥둘레부의 원둘레 방향 위치에서 I_D/I_G의 값이 다르고, (I_D/I_G)_min<0.4, 또한, 1<(I_D/I_G)_max/(I_D/I_G)_min<2의 관계가 성립되는 비정질 탄소 피막이 형성된 천공 공구에 의해, 예를 들면 전자 회로 기판 등의 비철계 피삭재를 천공 가공한다.

이 때, 상기 관계가 성립되는 비정질 탄소 피막은, 종래의 공구 바깥둘레부의 원둘레 방향에서 막두께 및 I_D/I_G가 일정한 비정질 탄소막에 비하여, 천공 공구의 내절손성을 향상시켜(후술하는 실시예 참조), 지름이 작은 천공 공구이더라도 전자 회로 기판 등의 난삭 재료에 대해서 양호하게 천공 가공을 실시할 수 있다.

또한, 공구 바깥둘레부의 원둘레 방향 위치에서 I_D/I_G의 값을 다르게 하기 때문에, 공구 자체는 자전시키지 않고 성막할 수 있어, 그만큼 간이한 구성의 성막 장치를 이용하여 염가로 성막하는 것이 가능하게 된다.

따라서, 본 발명은, 종래의 비정질 탄소 피막에 비해서 공구의 내절손성을 향상시키는 것이 가능하고, 게다가, 염가로 성막하는 것이 가능한 비정질 탄소 피막이 된다.

[실시예]

본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도 2∼4에 기초하여 설명한다.

본 실시예는, 파장 532nm의 레이저광을 이용하여 라만 산란 분광 분석을 행하였을 때, 라만 시프트 1330∼1360cm^-1 부근의 피크 강도 I_D와 라만 시프트 1530∼1560cm^-1 부근의 피크 강도 I_G의 비 I_D/I_G의 값이 공구 바깥둘레부의 원둘레 방향 위치에서 다르고, 이 I_D/I_G의 원둘레 방향에서의 최대치를 (I_D/I_G)_max, 최소치를 (I_D/I_G)_min로 했을 때, (I_D/I_G)_min<0.4, 또한, 1<(I_D/I_G)_max/(I_D/I_G)_min<2의 관계가 성립되는 비정질 탄소 피막이 기재상에 형성된 천공 공구이다.

이 천공 공구(1)(드릴)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 절삭 칩 배출 홈(12)이 형성되는 보디부(2)와 생크부(3)로 구성되는 일반적인 형상이며, 적어도 보디부(2)의 절삭 칩 배출 홈(12) 및 바깥둘레부(13)에 비정질 탄소 피막이 형성되어 있다.

또한, 본 실시예의 천공 공구(1)의 기재로서는, WC를 주성분으로 하는 경질 입자와 Co를 주성분으로 하는 결합재로 이루어진 초경합금제이며, 이 초경합금의 WC입자의 평균 입자지름이 0.1㎛∼2㎛이고 Co함유량이 중량%로 5∼15%인 것이 채택되고 있다. 또한, 본 실시예는, 공구 직경{보디부(2)의 직경}이 0.25mm이하 0.01mm이상으로서, 전자 회로 기판 또는 반도체 패키지 기판의 천공 가공에 이용되는 것이다.

또한, 본 실시예의 비정질 탄소 피막의 피막 두께는 공구 바깥둘레부의 원둘레 방향 위치에서 다르고, 이 피막 두께의 원둘레 방향에서의 최대치를 h_max, 최소치를 h_min로 했을 때, 100nm≤h_max≤1000nm, 또한, 0.3≤h_min/h_max≤0.9의 관계가 성립되도록 구성되어 있다. 또한, 이 비정질 탄소 피막의 공구 바깥둘레부의 원둘레 방향에서 I_D/I_G의 값이 최소가 되는 위치와 피막 두께가 최대가 되는 위치의 각도 편차가 ±90도 이내가 되도록 설정되어 있다.

한편, 본 실시예에서는, 비정질 탄소 피막은 기재 바로 위쪽에 형성하고 있지만, 예를 들면, 기재 바로 위쪽에, 주기율표의 4a, 5a, 6a족 및 Si로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상의 원소로 이루어진 금속 혹은 반금속으로 이루어지고, 막두께가 200nm이하인 하층 피막층(바탕막)을 형성하고, 이 하층 피막층 위에 상기 비정질 탄소 피막을 형성하는 구성으로 해도 좋다. 또한, 하층 피막층으로서는, 상기 구성에 한정되지 않고, 주기율표의 4a, 5a, 6a족 및 Si로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상의 원소와 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와의 화합물로 이루어지는 것을 채택해도 좋다.

이하, 본 실시예에 대하여 더 설명한다.

먼저, 비정질 탄소 피막과 라만 산란 분광 분석에 대하여 설명한다. 라만 산란 분광 분석법은 비정질 탄소 피막의 평가법으로서 자주 이용되고 있는 수법으로, 1330∼1360cm^-1 부근에 중심 주파수를 가지는 D밴드와 1530∼1560cm^-1 부근에 중심 주파수를 가지는 G밴드가 조합된 스펙트럼 파형을 취한다. 이 스펙트럼 파형을 D피크와 G피크의 2개의 가우스 분포를 가진 피크 파형을 중합시킨 것으로 가정했을 때의 각각의 피크 강도 I_D 및 I_G의 비 I_D/I_G의 값이 비정질 탄소 피막의 평가치로서 잘 이용된다(참고 문헌 예를 들면, 오오타케 외:DLC의 응용 기술, 시엠시 출판(2007) 24).

본 발명자들은 여러 가지 성막 조건으로 드릴에 비정질 탄소 피막을 피복하고, 그 드릴을 이용하여 전자 회로 기판에 드릴링 실험을 실시한 바, I_D/I_G의 값이 작을수록 드릴의 내절손성이 향상하는 것을 발견하였다. 또한, 성막시에 탄소 이온의 입사 방향에 대해서 직교시켜 드릴을 배치할 때, 드릴을 고정시켜 성막하면 드릴 바깥둘레부의 탄소 이온 입사측에만 비정질 탄소 피막이 성막되지만, 그 때의 I_D/I_G의 값이 드릴을 자전시켜 성막했을 때의 I_D/I_G의 값보다 작아지는 것을 발견했다. 그러나, 고정시켜 성막한 드릴을 이용하여 전자 회로 기판에 드릴링했더니, 탄소 이온 입사와 반대측의 드릴 바깥둘레부에 피막이 형성되어 있지 않기 때문인지, 자전시켜 성막한 드릴에 비해 내절손성이 떨어졌다.

도 1에 실험에서 이용한 성막 장치의 모식도를 도시한다. 실험에서는 아크 이온 플레이팅 방식의 성막 장치를 이용했지만, 스퍼터링 방식이나 레이저 어브레이션 방식 등의 PVD 성막 장치를 사용해도 좋다. 성막 장치는 코팅실(21), 탄소 증발원(22), 금속 증발원(23), 진공 배기 유닛(27)으로 구성되고, Ar 봄바드 기능을 구비하고 있다. 탄소 이온은 탄소 증발원(22)으로부터 코팅실(21)을 향하여 발사된다. 드릴은 드릴 세트용의 접시 지그(24)에 세트된다.

접시 지그(24)에는 드릴의 생크를 삽입하기 위한 드릴 생크 세트용 구멍(25)이 형성되어 있으며, 이 드릴 생크 세트용 구멍(25)에 생크를 아래쪽으로 하여 드릴을 삽입한다. 접시 지그(24)는 공전 테이블(26) 위에 조립되어 있다. 이 성막 장치는, 통상, 드릴 바깥둘레부의 원둘레 방향의 막두께를 균일화하기 위해서, 성막시에는, 접시 지그(24)를 공전 테이블(26)에 의해 공전시키고(a), 또한, 자전시키며(b), 드릴 자체를 더 자전시키는(c) 것이다.

여기서, 본 발명자들은, 도 3에 도시한 바와 같이, 도 1에서의 드릴 자체의 자전(c)을 해제하고, 즉, 접시 지그(8)의 공전(a)과 자전(b)만의 움직임으로 하여,접시 지그(8)의 중심으로부터의 드릴 생크 세트용 구멍(9)의 반지름 위치를 여러가지로 바꾸어 성막 실험을 행하였다. 이 경우, 드릴이 도 3의 A위치의 근방에 왔을 때, 드릴 바깥둘레부의 탄소 증발원측에 비정질 탄소 피막이 성막된다. 또한, 드릴이 B위치의 근방에 왔을 때, A위치의 근방에서 비정질 탄소 피막이 성막된 드릴 바깥둘레부의 반대 측면이 탄소 증발원측을 향하고, 이 면에 비정질 탄소 피막이 성막된다. 한편, 도 3중의 부호 5는 코팅실, 6은 탄소 증발원, 7은 금속 증발원, 10은 공전 테이블, 11은 진공 배기 유닛이며, 이들은 도 1과 동일한 구성이다.

이 경우, 드릴 바깥둘레부의 원둘레 방향 전체면에 비정질 탄소 피막이 형성되지만, A위치와 B위치는 부착량이 다르기 때문에, 원둘레 방향으로 막두께 분포가 형성되게 된다.

실험의 결과, 접시 지그(8)를 공전 및 자전시키고 드릴 자체는 자전시키지 않는 상기 방법(본 발명)으로 성막한 드릴은, I_D/I_G의 값이 드릴 바깥둘레부의 원둘레 방향 위치에서 다르고, 그 최소치(I_D/I_G)_min는 드릴 자체를 자전시켰던(종래법의) 경우에 얻어지는 I_D/I_G의 값보다 작아지고, 최대치(I_D/I_G)_max는 드릴 자체를 자전시켰을 경우에 얻어지는 I_D/I_G의 값보다 커지는 것을 발견하였다(도 4 참조). 또한 접시 지그(4)의 중심으로부터의 드릴 생크 세트용 구멍(9)의 반경 위치를 변화시키는 것에 의해, (I_D/I_G)_max/(I_D/I_G)_min의 값도 변화하는 것을 알 수 있다. 그리고, 드릴의 (I_D/I_G)_max/(I_D/I_G)_min의 값을 다양하게 바꾸어, 전자 회로 기판에 드릴링 실험을 행한 바, (I_D/I_G)_max/(I_D/I_G)_min의 값을 소정의 범위로 제어함으로써, 드릴 자체를 회전시켜 성막했을 경우보다 내절손성을 향상시킬 수 있는 것을 발견하였다.

구체적으로는, (I_D/I_G)_max/(I_D/I_G)_min의 값이 너무 커지면, (I_D/I_G)_max의 값이 커져 버리고, 그에 따라 드릴의 내절손성이 저하해 버리므로, I_D/I_Gmax/(I_D/I_G)_min의 값은 1보다 크고 2 미만으로 하는 것이 바람직하다. 또한, (I_D/I_G)_min의 값이 너무 크면 드릴의 내절손성이 저하해 버리므로, (I_D/I_G)_min의 값을 0.4 미만으로 하는 것이 바람직하다.

도 1에 도시한 바와 같은, 드릴 세트용의 접시 지그(24)를 공전시켜 자전시키고, 드릴 자체를 더 자전시키는 종래의 방법에서는, 드릴 자체를 자전시키기 때문에, 드릴 생크 세트용 구멍(25)의 근방을 복잡한 기구로 하지 않을 수 없고, 그 때문에, 드릴 생크 세트용 구멍(25)의 간격을 넓게 취해야만 하고, 게다가, 드릴 세트용의 접시 지그(24)의 반경 방향으로 1렬로밖에 배치할 수 없었다. 그 결과로서, 성막 장치에 세트할 수 있는 드릴의 갯수가 적어져, 피복 드릴의 가격이 상승해 버리는 문제가 있었다.

이러한 점에서, 본 발명에서는, 드릴 자체의 자전을 필요로 하지 않으므로, 도 3에 도시한 바와 같이, 드릴 세트용의 접시 지그(8)에 복잡한 기구가 필요 없고, 드릴 생크 세트용 구멍(9)의 간격을 좁게 할 수 있으며, 또한 (I_D/I_G)_max/(I_D/I_G)_min의 값이 상기 값을 만족하는 범위에서 드릴 세트용의 접시 지그(8)의 반지름 방향으로 복수열 배치할 수 있어, 성막 장치에 세트할 수 있는 드릴 갯수를 종래에 비해 현격히 늘리는 것이 가능하다.

다음에, 드릴 바깥둘레부의 원둘레 방향의 막두께 분포에 대하여 설명한다. 드릴 세트용 접시 지그를 공전시켜 자전시키고, 드릴 자체를 더 자전시키는 종래의 방법에서는, 드릴 바깥둘레부의 원둘레 방향의 막두께는 균일해진다. 본 발명에서는, I_D/I_G의 값이 드릴 바깥둘레부의 원둘레 방향의 위치에서 불균일해지는 것에 특징이 있지만, I_D/I_G의 값이 작아지는 부분의 막두께를 두껍게 하고, I_D/I_G의 값이 커지는 부분의 막두께를 얇게 함으로써, (I_D/I_G)_min의 영향도를 강하게 하고 (I_D/I_G)_max의 영향도를 약하게 할 수 있으며, 결과적으로, 드릴의 내절손성을 향상시킬 수 있다. 성막시의 드릴 자체의 자전을 해제함으로써 드릴 바깥둘레부의 원둘레 방향의 막두께 분포가 불균일하게 되고, 드릴 세트용 접시 지그 중심으로부터의 드릴 생크 세트용 구멍의 반경 위치를 바꾸는 것에 의해 드릴 바깥둘레부의 원둘레 방향의 막두께 분포도 변화한다.

원둘레 방향의 최대 피막 두께를 h_max, 최소 피막 두께를 h_min로 했을 때, h_min/h_max의 값이 너무 크면 (I_D/I_G)_min의 영향도를 강하게 하지 못하고, 한편, h_min/h_max의 값이 너무 작으면 최소 피막 두께 h_min가 너무 얇아져서 비정질 탄소 피막의 효과가 작아지므로, h_min/h_max의 값을 0.3 이상 0.9 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, h_max의 값이 너무 크면 피막 응력이 커져 기재와의 밀착성이 저하하고, 한편, h_max의 값이 너무 작으면 비정질 탄소 피막의 효과가 낮아지므로, h_max의 값을 100nm 이상 1000nm 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 드릴 바깥둘레의 원둘레 방향으로 I_D/I_G의 값이 최소가 되는 위치와 피막 두께가 최대가 되는 위치의 각도 편차가 너무 크면 (I_D/I_G)_min의 영향도를 강하게 할 수 없기 때문에, I_D/I_G의 값이 최소가 되는 위치와 피막 두께가 최대가 되는 위치의 각도 편차를 ±90도 이내로 하는 것이 바람직하다.

다음에, 기재와 비정질 탄소 피막의 밀착성에 대하여 설명한다. 비정질 탄소 피막을 성막하기 전에 Ar 봄바드로 기재 표면을 클리닝함으로써, 기재와 비정질 탄소 피막의 밀착성을 확보할 수 있다. 그러나, 전자 회로 기판 등의 난삭재에 대해서 피막 박리가 없는 안정된 드릴링을 행하기 위해서는, 기재와 비정질 탄소 피막의 밀착성을 보다 높게 하는 것이 바람직하다. Ti, Cr, Ta 등의 주기율표의 4a, 5a, 6a족원소 및 Si로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상의 원소로 이루어진 금속 또는 반금속을 기재 바로 위쪽에 바탕막으로서 성막하고, 그 위에 비정질 탄소 피막을 성막함으로써, 기재와 비정질 탄소 피막의 밀착성을 보다 높일 수 있다. 또한, 주기율표의 4a, 5a, 6a족 및 Si로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상의 원소와 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와의 화합물을 기재 바로 위쪽에 바탕막으로서 성막하여도 좋다.

바탕막은 기재와 비정질 탄소 피막의 밀착성을 향상시킬 목적으로 성막되므로, 너무 두꺼워도 의미가 없고, 200nm 이하의 막두께로 하는 것이 바람직하다.

본 발명자들은 비정질 탄소 피복 드릴을 이용하여 드릴링 실험하는 과정에서, 드릴의 선단부(4)의 피막을 제거한 경우와 제거하지 않은 경우에 양자의 내절손성에 거의 차이가 없는 것을 발견하였다. 이것은, 비정질 탄소 피막에 드릴과 구멍 내벽의 마찰을 저감하는 효과나 절삭 칩의 배출성을 향상시키는 효과가 있고, 그들 효과가 드릴의 내절손성을 향상시키는 주요인이기 때문이라고 생각된다. 일반적으로, 드릴은 재연마를 실시하여 재이용된다. 즉, 어느 정도 드릴을 사용하면, 선단부 근방의 마모된 부분을 연마로 제거하여 새로운 칼날 끝을 형성하여, 재이용된다. 본 발명의 비정질 탄소 피막 피복 드릴도 재연마하여 재이용되지만, 드릴의 선단부에 비정질 탄소 피막이 부착하고 있지 않아도 좋다.

본 발명의 비정질 탄소 피막은 비철계 피삭재 용도의 드릴용으로 발명된 것이지만, 그 기재로서는, WC를 주성분으로 하는 경질 입자와 Co를 주성분으로 하는 결합재로 이루어진 초경합금이, 경도와 인성이 균형 잡힌 재료이므로 바람직하다. WC입자의 평균 입자지름을 너무 작게 하면, 결합재중에 WC입자를 균일하게 분산시키는 것이 어려워져, 초경합금의 항절력(抗折力) 저하를 일으키기 쉽다. 한편, WC입자를 너무 크게 하면 초경합금의 경도가 저하한다. 또한, Co함유량을 너무 적게 하면 초경합금의 항절력이 저하하고, 반대로 Co함유량을 너무 많이 하면 초경합금의 경도가 저하한다. 그 때문에, WC입자의 평균 입자지름이 0.1㎛∼2㎛이고, Co함유량이 중량%로 5∼15%의 초경합금을 기재로 하는 것이 바람직하다.

본 실시예는 상술한 바와 같이 구성하였기 때문에, 적어도 드릴의 바깥둘레부 및 홈부에 피복된 비정질 탄소 피막을 피복시킨 드릴에서, I_D/I_G의 값을 드릴 바깥둘레부의 원둘레 방향으로 불균일하게 하는 것에 의해, 드릴의 내절손성을 향상시키고, 게다가 염가로 제조할 수 있게 된다.

본 실시예의 효과를 증명하는 실험예에 대하여 설명한다.

성막 장치로서 도 1, 3의 아크 이온 플레이팅 장치를 이용하며, 금속 증발원으로서 Ti를, 탄소 증발원으로서 그라파이트를 성막 장치내에 부착하고, 또한, 봄바드용 가스로서 Ar가스를, 필요에 따라서 반응 가스로서 N₂가스를 성막 장치내에 도입하고, 성막기재로서의 초경합금제 드릴(직경 0.1mm, 홈길이 1.5mm, 전체 길이 38mm, 생크 지름 3.175mm)에 소정의 피막을 성막했다. 종래예와 실시예의 2종류의 드릴 세트용 접시 지그를 공전 테이블에 부착하여, 드릴 자체를 자전시키는 방식(공구 자전 방식:종래 방식)과 드릴의 자전을 해제하고 드릴 바깥둘레부의 원둘레 방향에서 I_D/I_G의 값이 불균일해지도록 하는 방식(공구 자세 제어 방식:본 실시예 방식)의 2개의 방식으로 동시에 성막할 수 있도록 했다.

드릴을 성막 장치에 세트하여, O.02Pa이하의 진공도가 될 때까지 배기한다. 제일 먼저 Ar 봄바드로 드릴 표면을 클리닝한 후, 비정질 탄소 피막을 성막했다. 또한, 필요에 따라서 Ar 봄바드 후에 Ti나 TiN를 성막하고, 그 위에 비정질 탄소 피막을 성막했다. Ti 및 TiN의 성막에서는, 아크 전류 90A, 바이어스 전압 -50V의 조건으로 성막했다. TiN의 성막에서는 N₂가스를 성막 장치내에 도입하고, 가스압 1Pa의 조건으로 성막했다. 비정질 탄소 피막의 성막에서는, 아크 전류 30A∼60A, 바이어스 전압 -30V∼-100V, 기재 온도 100℃ 이하의 조건으로 하고, 드릴 바깥둘레부의 평균 막두께가 350∼400nm가 되도록 드릴에 성막했다.

소정의 피막을 피복한 드릴을 이용하여, 다음의 절삭 조건으로 드릴링 시험을 행하여, 드릴이 절손할 때까지의 히트수(절손 수명)를 측정했다. 즉, 피삭재를 전자 회로 기판(BT HL832HS 양면 12㎛ 동박부착 판두께 0.1mm×4매 겹침)으로 하고, 직경 0.1mm의 드릴을 200,000min^-1의 회전 속도로 회전시켜, 전송 속도 2.2m/min, 절삭액없음(건식)으로서 시험을 행하였다. 드릴링 시험의 결과를 도 4에 도시한다. 표에서는 본 발명의 실시예(공구 자세 제어 방식)와 함께, 종래의 코팅되지 않은 드릴이나 본 발명의 범위 외의 종래예(공구 자전 방식)의 결과를 비교예로서 기재하고 있다.

도 4의 실험 결과로부터, 코팅되지 않은 드릴에 비해 비정질 탄소 피복 드릴의 절손 수명이 현격히 연장되는 것, 종래예(공구 자전 방식)에 비해 실시예(공구 자세 제어 방식) 쪽이, 약간 편차는 있지만, 절손 수명이 수%∼수십% 길어지는 것이 인정된다. 한편, 도 4중에서, No.9, 10의 바탕막(하층 피막층)의 막두께는 실측치는 아니고 목표치이며, '비정질 탄소막의 막두께'는 '바탕막의 막두께+비정질 탄소막의 막두께'이다.

Claims (15)

1. 기재(基材)상에 형성되는 천공 공구용 비정질 탄소 피막으로서, 이 비정질 탄소 피막은, 파장 532nm의 레이저광을 이용하여 라만 산란 분광 분석을 행하였을 때, 라만 시프트 1330∼1360cm^-1 부근의 피크 강도 I_D와 라만 시프트 1530∼1560cm^-1 부근의 피크 강도 I_G의 비 I_D/I_G의 값이 공구 바깥둘레부의 원둘레 방향 위치에서 다르고, 이 I_D/I_G의 원둘레 방향에서의 최대치를 (I_D/I_G)_max, 최소치를 (I_D/I_G)_min로 했을 때, 하기의 관계식(1) 및 (2)가 성립되는 것을 특징으로 하는 천공 공구용 비정질 탄소 피막.
   식(1):(I_D/I_G)_min<0.4
   식(2):1<(I_D/I_G)_max/(I_D/I_G)_min<2
2. 제 1 항에 있어서, 이 비정질 탄소 피막의 피막 두께가 공구 바깥둘레부의 원둘레 방향 위치에서 다르고, 이 피막 두께의 원둘레 방향에서의 최대치를 h_max, 최소치를 h_min로 했을 때, 하기의 관계식 (3) 및 (4)이 성립되는 것을 특징으로 하는 천공 공구용 비정질 탄소 피막.
   식(3):100nm≤h_max
   ≤1000nm
   식(4):0.3≤h_min/h_max≤0.9
3. 제 2 항에 있어서, 이 비정질 탄소 피막의 공구 바깥둘레부의 원둘레 방향에서의 I_D/I_G의 값이 최소가 되는 위치와 피막 두께가 최대가 되는 위치의 각도 편차가 ±90도 이내인 것을 특징으로 하는 천공 공구용 비정질 탄소 피막.
4. 제 1 항에 있어서, 이 비정질 탄소 피막은, 주기율표의 4a, 5a, 6a족 및 Si로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상의 원소로 이루어지는 금속 혹은 반(半)금속으로 이루어지고, 막두께가 200nm이하로 기재 바로 위쪽에 형성되는 하층 피막층 위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구용 비정질 탄소 피막.
5. 제 2 항에 있어서, 이 비정질 탄소 피막은, 주기율표의 4a, 5a, 6a족 및 Si로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상의 원소로 이루어지는 금속 혹은 반금속으로 이루어지고, 막두께가 200nm이하로 기재 바로 위쪽에 형성되는 하층 피막층 위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구용 비정질 탄소 피막.
6. 제 3 항에 있어서, 이 비정질 탄소 피막은, 주기율표의 4a, 5a, 6a족 및 Si로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상의 원소로 이루어지는 금속 혹은 반금속으로 이루어지고, 막두께가 200nm 이하로 기재 바로 위쪽에 형성되는 하층 피막층 위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구용 비정질 탄소 피막.
7. 제 1 항에 있어서, 이 비정질 탄소 피막은, 주기율표의 4a, 5a, 6a족 및 Si로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상의 원소와 질소 및 탄소로부터 선택되는 l종 이상의 원소와의 화합물로 이루어지고, 막두께가 20Onm 이하로 기재 바로 위쪽에 형성되는 하층 피막층 위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구용 비정질 탄소 피막.
8. 제 2 항에 있어서, 이 비정질 탄소 피막은, 주기율표의 4a, 5a, 6a족 및 Si로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상의 원소와 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와의 화합물로 이루어지고, 막두께가 20Onm 이하로 기재 바로 위쪽에 형성되는 하층 피막층 위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구용 비정질 탄소 피막.
9. 제 3 항에 있어서, 이 비정질 탄소 피막은, 주기율표의 4a, 5a, 6a족 및 Si로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상의 원소와 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와의 화합물로 이루어지고, 막두께가 20Onm 이하로 기재 바로 위쪽에 형성되는 하층 피막층 위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구용 비정질 탄소 피막.
10. 제 1 항 내지 제 9 항중의 어느 한 항에 기재된 천공 공구용 비정질 탄소 피막이 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구.
11. 제 10 항에 있어서, 직경이 0.25mm이하 0.01mm이상인 것을 특징으로 하는 천공 공구.
12. 제 10 항에 있어서, 공구 선단부에 상기 비정질 탄소 피막이 부착하고 있지 않은 것을 특징으로 하는 천공 공구.
13. 제 11 항에 있어서, 공구 선단부에 상기 비정질 탄소 피막이 부착하고 있지 않은 것을 특징으로 하는 천공 공구.
14. 제 13 항에 있어서, 기재가 WC를 주성분으로 하는 경질 입자와 Co를 주성분으로 하는 결합재로 이루어지는 초경합금제이며, 이 초경합금의 WC입자의 평균 입자지름이 0.1㎛∼2㎛이고 Co함유량이 중량%로 5∼15%인 것을 특징으로 하는 천공 공구.
15. 제 14 항에 있어서, 피삭재가 전자 회로 기판 또는 반도체 패키지 기판인 것을 특징으로 하는 천공 공구.

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