金属ワイヤの製造方法及びソーワイヤ
【課題】 金属ワイヤの伸線加工性を向上させ、表面性状の良好な金属ワイヤを得ることができる金属ワイヤの製造方法及びソーワイヤを提供する。
【解決手段】 金属ワイヤ１０を製造する場合には、まずＣｕ及びＺｎを含むと共にシアンを含まない非シアンめっき浴によって、金属素線１１の表面上にブラスめっき内層１２ａを形成し、引き続き非シアンめっき浴によって、ブラスめっき内層１２ａ上にブラスめっき外層１２ｂを形成する。このとき、ブラスめっき外層１２ｂのＣｕ含有比をブラスめっき内層１２ａのＣｕ含有比よりも高くする。続いて、ブラスめっき層１２を４１９℃±３０℃の温度で加熱する。そして、ブラスめっき層１２に対して電解による化成皮膜処理を施すことにより、ブラスめっき層１２の表面に燐酸鉄皮膜１３を形成した後、伸線加工を施す。
【解決手段】 金属ワイヤ１０を製造する場合には、まずＣｕ及びＺｎを含むと共にシアンを含まない非シアンめっき浴によって、金属素線１１の表面上にブラスめっき内層１２ａを形成し、引き続き非シアンめっき浴によって、ブラスめっき内層１２ａ上にブラスめっき外層１２ｂを形成する。このとき、ブラスめっき外層１２ｂのＣｕ含有比をブラスめっき内層１２ａのＣｕ含有比よりも高くする。続いて、ブラスめっき層１２を４１９℃±３０℃の温度で加熱する。そして、ブラスめっき層１２に対して電解による化成皮膜処理を施すことにより、ブラスめっき層１２の表面に燐酸鉄皮膜１３を形成した後、伸線加工を施す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属素線の表面にブラスめっき層を施して成る金属ワイヤの製造方法及びソーワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ソーワイヤ等に用いられる金属ワイヤの製造方法としては、例えば特許文献１に記載されているように、鋼線に対してパテンティング処理及び酸洗を行った後、めっき処理を行って鋼線にブラスめっき層を形成し、その後伸線加工を行うようにしたものが知られている。
【特許文献１】特開２００２−１４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、めっき処理が施された金属ワイヤの伸線性は、金属ワイヤの表面に形成されためっきの組成に左右されることが多い。上記従来技術のように金属ワイヤの表面にブラスめっき層を形成する場合には、まず金属ワイヤの表面にＣｕめっきを形成し、続いてＺｎめっきを形成した後、熱拡散により合金化するのが通常である。このため、ブラスめっき層の表面部はＺｎリッチ（低Ｃｕ含有比）の状態になりやすく、高速伸線に向かないものとなる。従って、金属ワイヤの伸線加工性が低下し、金属ワイヤの表面性状の悪化につながってしまう。
【０００４】
本発明の目的は、金属ワイヤの伸線加工性を向上させ、表面性状の良好な金属ワイヤを得ることができる金属ワイヤの製造方法及びソーワイヤを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、金属素線の表面にＣｕ−Ｚｎ合金からなるブラスめっき層を施して成る金属ワイヤの製造方法であって、Ｃｕ及びＺｎを含むと共にシアンを含まないめっき浴によって、金属素線の表面にブラスめっき層を形成する工程と、ブラスめっき層を加熱する工程とを有することを特徴とするものである。
【０００６】
このような本発明においては、Ｃｕ含有比を高くするようなめっき浴を用いて、金属素線の表面にブラスめっき層を形成することにより、ブラスめっき層をＣｕリッチの状態とすることができる。この場合には、ブラスめっき層としては、比較的柔らかくて延性に富んだものとなる。また、上記のめっき浴を用いることにより、Ｃｕ含有比の勾配がつきやすい熱拡散法を採用する場合と異なり、ブラスめっき層内のＣｕ含有比の均一性を高くすることができる。従って、金属ワイヤの伸線加工性を向上させることができ、金属ワイヤの表面性状を良好にすることが可能となる。
【０００７】
また、シアンを含むめっき浴によりブラスめっき層を形成する場合には、ブラスめっき層の形成後の洗浄によってシアンが環境保全上問題となってしまう。本発明では、シアンを含まないめっき浴により金属素線の表面にブラスめっき層を形成することにより、シアンに起因した環境保全上の問題を避けることができる。
【０００８】
好ましくは、ブラスめっき層を加熱する工程においては、ブラスめっき層を４１９℃±３０℃の温度で加熱する。４１９℃は、Ｚｎの融点温度であり、Ｃｕの融点温度よりも低い。このようなＺｎの融点温度に近い温度でブラスめっき層を加熱することで、ブラスめっき層の酸化等を起こすことは殆ど無く、各ブラスめっき層内のＣｕ含有比の更なる均一化を図ることができる。
【０００９】
また、好ましくは、ブラスめっき層を形成する工程においては、最外層のブラスめっき層のＣｕ含有比が他のブラスめっき層のＣｕ含有比よりも高くなるように、めっき浴により金属素線の表面にブラスめっき層を複数層形成する。金属ワイヤの伸線加工性は、ブラスめっき層の表面部の組成状態に特に影響されやすい。このため、金属素線の表面に複数層のブラスめっき層を形成する場合には、最外層のブラスめっき層のＣｕ含有比を他のブラスめっき層のＣｕ含有比よりも高くすることにより、金属ワイヤの伸線加工性を確実に向上させることができる。また、最外層を除く他のブラスめっき層については、Ｃｕ含有比を相対的に低くするようなめっき浴を用いて形成することで、利便性（使い勝手、特性等）を考慮しためっき層にすることができる。この場合には、伸線加工後の金属ワイヤの耐食性を高くすることができる。
【００１０】
このとき、ブラスめっき層を形成する工程においては、最外層のブラスめっき層のＣｕ含有比を６７．５〜８５．０質量％にすることが好ましい。最外層のブラスめっき層のＣｕ含有比を６７．５質量％以上にすることにより、最外層のブラスめっき層の延性が十分高くなるため、金属ワイヤの伸線加工性を更に向上させることができる。また、最外層のブラスめっき層のＣｕ含有比を８５．０質量％以下にすることにより、金属ワイヤの最表面において必要最低限の耐食性を維持することができる。
【００１１】
また、ブラスめっき層を形成する工程においては、最外層のブラスめっき層の厚みを０．０８〜０．５０μｍにすることが好ましい。最外層のブラスめっき層の厚みを０．５０μｍ以下とすることにより、金属ワイヤの顕著な伸線加工性低下を防止することができる。また、最外層のブラスめっき層の厚みを０．０８μｍ以上とすることにより、ブラスめっき層の必要最低限の耐食性を確実に維持することができる。このとき、ブラスめっき層のトータル厚みに制限がある場合には、最外層のブラスめっき層の厚みを可能な限り０．０８μｍに近い値とし、その分だけ耐食性の高い他のブラスめっき層の厚みを増やすのが好適である。
【００１２】
また、ブラスめっき層を形成する工程においては、他のブラスめっき層のＣｕ含有比を６０〜７５質量％にすることが好ましい。最外層を除く他のブラスめっき層のＣｕ含有比を６０質量％以上にすることにより、比較的柔らかくて延性を有するブラスめっき層がより確実に得られるため、金属ワイヤの伸線加工性の向上に寄与させることができる。また、最外層を除く他のブラスめっき層のＣｕ含有比を７５質量％以下、より好ましくは７０質量％以下にすることにより、ブラスめっき層の耐食性が十分維持されるようになる。
【００１３】
さらに、好ましくは、金属素線の表面にブラスめっき層を形成した後、ブラスめっき層に対して電解による化成皮膜処理を施すことにより、ブラスめっき層の表面に燐酸塩皮膜を形成する工程を更に有する。これにより、ブラスめっき層を燐酸塩化溶液中に浸漬させて燐酸塩皮膜を形成する、いわゆる非電解による化成皮膜処理を施した場合と異なり、ブラスめっき層の表面には燐酸塩皮膜が均一に形成されるようになる。従って、金属ワイヤの伸線加工を行うときに、ダイスに損傷等が生じにくくなるので、金属ワイヤの伸線加工性を更に向上させることができる。
【００１４】
このとき、燐酸塩皮膜を形成する工程においては、ブラスめっき層の表面に燐酸鉄皮膜を形成することが好ましい。線表面残留物を嫌う高品位被切削母材では、伸線用潤滑剤として湿式（液体）の潤滑剤が多用されている。また、燐酸塩皮膜としては燐酸亜鉛が一般的であるが、この燐酸亜鉛は、湿式潤滑剤との相性が悪い。このため、ブラスめっき層の表面に燐酸亜鉛皮膜を形成すると、かえって金属ワイヤの伸線加工性を悪化させる可能性がある。これに対し燐酸鉄は、湿式の伸線用潤滑剤との親和力があり、また皮膜の形成に支障をきたすことも殆ど無い。従って、燐酸塩皮膜として燐酸鉄皮膜を形成するのが最も好適である。
【００１５】
また、燐酸塩皮膜を形成する工程においては、燐酸鉄皮膜の付着量が５〜４０ｍｇ／ｍ２となるように、ブラスめっき層に対して電解による化成皮膜処理を施すことが好ましい。この場合には、燐酸鉄皮膜の付着量が少な過ぎることが無いので、金属ワイヤの伸線加工時に生じる金属ワイヤとダイスとの摩擦抵抗の増加が十分抑えられる。これにより、金属ワイヤの焼付きや断線を引き起こすことが確実に防止される。また、燐酸鉄皮膜の付着量が多過ぎることも無いので、伸線加工後に金属ワイヤの表面に燐酸鉄皮膜が残存しにくくなる。これにより、更に表面性状の良好な金属ワイヤを得ることができる。
【００１６】
また、本発明のソーワイヤは、上記の金属ワイヤの製造方法により製造された金属ワイヤを用いて成ることを特徴とするものである。
【００１７】
このように上述した金属ワイヤの製造方法を採用することにより、金属ワイヤの伸線加工性を向上させることができ、金属ワイヤの表面性状を良好にすることが可能となる。そのような表面性状の良好な金属ワイヤを用いて成るソーワイヤを使って、半導体インゴット等を切断する場合には、優れた切断性能を発揮させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、金属ワイヤの伸線加工性を向上させ、表面性状の良好な金属ワイヤを得ることができる。これにより、ソーワイヤ等に適用される金属ワイヤの細径化及び高強度化の要求に十分対処することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る金属ワイヤの製造方法及びソーワイヤの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係るソーワイヤの一実施形態が適用されるワイヤソー装置を示す概略図である。同図において、ワイヤソー装置１は、半導体ウェハ用インゴット２をソーワイヤ３で切断するための装置である。
【００２１】
ワイヤソー装置１は、ソーワイヤ３が巻回されたワイヤ供給リール４と、このワイヤ供給リール４から繰り出されたソーワイヤ３を巻き取るワイヤ巻取リール５と、ワイヤ供給リール４とワイヤ巻取リール５との間でソーワイヤ３が巻き掛けられる３本のガイドローラ６とを有している。各ガイドローラ６には、ソーワイヤ３が挿入されるガイド溝（図示せず）が形成されている。
【００２２】
このようなワイヤソー装置１において、インゴット２の切断を行う場合には、各ガイドローラ６に巻き掛けられたソーワイヤ３に所定の張力を与えた状態で、ワイヤ供給リール４から繰り出されたソーワイヤ３が順次ワイヤ巻取リール５で巻き取られるようにする。そして、インゴット２をガイドローラ６に向けて徐々に下降させていき、ワイヤ供給リール４からワイヤ巻取リール５に移動中のソーワイヤ３にインゴット２を接触させることで、インゴット２をスライス状に切断し、複数枚の半導体ウェハを得る。このとき、ソーワイヤ３とインゴット２との接触部分に、ダイヤモンド粉等の砥粒やオイル等が混合されたスラリー液７を連続的に供給しながら、インゴット２の切断を行う。
【００２３】
ソーワイヤ３は、図２に示すような金属ワイヤ１０から成るものである。金属ワイヤ１０は、高炭素綱等の鋼線材からなる金属素線１１と、この金属素線１１の表面に形成され、Ｃｕ（銅）−Ｚｎ（亜鉛）合金からなるブラスめっき層１２とを有している。
【００２４】
ブラスめっき層１２は、金属素線１１の表面上に形成されたブラスめっき内層１２ａと、このブラスめっき内層１２ａ上に形成されたブラスめっき外層１２ｂとからなっている。ブラスめっき外層１２ｂのＣｕ含有比は、ブラスめっき内層１２ａのＣｕ含有比よりも高くなっている。具体的には、ブラスめっき内層１２ａのＣｕ含有比は、好ましくは６０〜７５質量％であり、ブラスめっき外層１２ｂのＣｕ含有比は、好ましくは６７．５〜８５．０質量％である。
【００２５】
また、ブラスめっき外層１２ｂの厚さは、ブラスめっき内層１２ａの厚さよりも小さくなっている。ブラスめっき外層１２ｂの厚さは、好ましくは０．０８〜０．５０μｍである。例えば、ブラスめっき内層１２ａの厚さは０．４８μｍ程度であり、ブラスめっき外層１２ｂの厚さは０．３４μｍ程度である。
【００２６】
次に、上記の金属ワイヤ１０（ソーワイヤ３）を製造する方法について、図３及び図４により説明する。
【００２７】
まず、金属素線１１を非シアンめっき浴に浸漬させて、金属素線１１の表面上にブラスめっき内層１２ａを形成する（図３の工程１０１）。そして、このブラスめっき内層１２ａが形成された金属素線１１を同様に非シアンめっき浴に浸漬させて、ブラスめっき内層１２ａ上にブラスめっき外層１２ｂを形成する（図３の工程１０２）。これにより、金属素線１１の表面には、２層構造のブラスめっき層１２が形成されることとなる。
【００２８】
非シアンめっき浴は、Ｃｕ及びＺｎを含むと共にシアンを含まないめっき浴である。このような非シアンめっき浴としては、例えば銅、亜鉛、糖蜜、カオリン粉末、ポテトデンプン、小麦麦芽粉末を含む非シアンめっき浴が使用される。また、これ以外にも、例えば銅塩、亜鉛塩、ピロリン酸のアルカリ金属塩及びポリリン酸のアルカリ金属塩の少なくとも１種、オキシカルボン酸及びその塩の少なくとも１種、アミノ酸及びその塩の少なくとも１種を含む非シアンめっき浴を使用することもできる。
【００２９】
このとき、ブラスめっき外層１２ｂのＣｕ含有比がブラスめっき内層１２ａのＣｕ含有比よりも高くなるようにブラスめっき層１２を形成する。ブラスめっき内層１２ａ及びブラスめっき外層１２ｂのＣｕ含有比の設定は、例えば非シアンめっき浴に含まれるＣｕ及びＺｎの濃度（含有量）を随時調整することで比較的容易に行うことができる。
【００３０】
このように非シアンめっき浴を用いて金属素線１１の表面にブラスめっき内層１２ａ及びブラスめっき外層１２ｂを順次形成することにより、ブラスめっき層の厚み方向に対してＣｕ含有比の勾配ができる熱拡散法（後述）を採用する場合と比べて、ブラスめっき内層１２ａ及びブラスめっき外層１２ｂの層内Ｃｕ含有比をそれぞれ均一にすることができる。また、シアンを含むめっき浴を用いてブラスめっき層を形成する場合と異なり、ブラスめっき層１２の形成後の洗浄においてシアンが排出されることが無いため、シアンに起因した環境保全上の問題が発生することは無い。
【００３１】
このようにして金属素線１１の表面にブラスめっき層１２を形成した後、そのブラスめっき層１２を好ましくは４１９℃（Ｚｎの融点温度）±３０℃の温度で加熱する（図３の工程１０３）。このようにＺｎの融点温度近傍といった比較的低い温度でブラスめっき層１２を加熱することにより、例えばブラスめっき層１２の酸化を引き起こすことが防止される。従って、ブラスめっき内層１２ａ及びブラスめっき外層１２ｂの層内Ｃｕ含有比の均一性を更に向上させることができる。
【００３２】
続いて、ブラスめっき層１２に対して電解による化成皮膜処理を施すことにより、ブラスめっき層１２の表面に燐酸鉄皮膜１３を形成する（図３の工程１０４）。具体的には、例えば鉄イオン、燐酸イオン及び硝酸イオンを所定量ずつ含有する燐酸塩皮膜形成用の溶液を電解液として使用し、金属素線１１を陰極にして電流を流すことにより、燐酸鉄皮膜１３を形成する。このような電解方式による化成皮膜処理を施すことにより、ブラスめっき層１２の表面に燐酸鉄皮膜１３を均一に安定して形成することができる。
【００３３】
続いて、電解による化成皮膜処理によって得られた金属ワイヤ１０に対して伸線加工を施す（図３の工程１０５）。具体的には、図５に示すように、化成皮膜処理により得られた金属ワイヤ１０を複数段のダイス１４（図５では１つのみ図示）に通して引き抜くことにより、金属ワイヤ１０の径を順次細くしていく。このとき、ダイス１４に対する金属ワイヤ１０の滑り性を良くするために、金属ワイヤ１０の表面に伸線用潤滑剤を付着させた状態で伸線加工を行う。伸線用潤滑剤としては、湿式（液体）の潤滑剤が使用される。
【００３４】
以上により、ブラスめっき層１２が形成されてなる所望径の金属ワイヤ１０（ソーワイヤ３）が得られる。なお、金属ワイヤ１０の最表面に形成された燐酸鉄皮膜１３は伸線加工によって逐次脱落するため、伸線加工後には、金属ワイヤ１０の表面に燐酸鉄皮膜１３が殆ど存在しない状態となる。
【００３５】
ところで、近年では、半導体ウェハ用インゴット等の被切断母材の歩留まり向上及び切削時間の短縮のために、ソーワイヤに付加される張力が大きくなる傾向にあることから、ソーワイヤの細径化及び高強度化の要求が強くなってきている。
【００３６】
一方、代表的なブラスめっき層の形成法としては、ピロリン酸銅浴もしくは硫酸銅浴から電着によりＣｕめっきを施し、引き続き硫酸亜鉛浴もしくは塩化亜鉛浴から電着によりＺｎめっきを施した後、熱拡散処理により合金化する拡散法が主流となっている。この熱拡散法により形成されるブラスめっき層では、めっき表層部がＺｎリッチ（低Ｃｕ比）の状態となるため、結晶組織としては硬くて脆いβ相あるいはγ相になりやすい。細径かつ高強度のソーワイヤを作る場合には、苛酷な伸線加工が強いられるため、ブラスめっき層が硬くて脆いと、高速伸線加工を行うことは困難であり、たとえ伸線できたとしてもソーワイヤの表面性状の悪化は避けられない。また、熱拡散法を用いてブラスめっき層を形成した場合には、Ｃｕ含有比の勾配がついてしまい、ブラスめっき層の層内Ｃｕ含有比がばらつくため、伸線加工中にソーワイヤの線径変動が起きやすくなる。そのようなソーワイヤを用いて硬いインゴットの切断を行うと、例えばインゴットの切断面が凸凹状になってしまう等、インゴットをきれいに切断することができない。
【００３７】
これに対し本実施形態では、非シアンめっき浴を用いて、金属素線１１の表面上にブラスめっき内層１２ａを形成し、更にブラスめっき内層１２ａ上にブラスめっき外層１２ｂを形成することにより、金属素線１１の表面に２層構造のブラスめっき層１２を形成する。このとき、ブラスめっき外層１２ｂのＣｕ含有比をブラスめっき内層１２ａのＣｕ含有比よりも高くする。
【００３８】
このようにすることで、ブラスめっき外層１２ｂはブラスめっき内層１２ａに比べてＣｕリッチの状態となるため、柔らかくて延性に富んだブラスめっき外層１２ｂを得ることができる。このとき、ブラスめっき外層１２ｂのＣｕ含有比を６７．５〜８５．０質量％とすることにより、ブラスめっき外層１２ｂの結晶組織としてはα相になりやすくなるため、ブラスめっき外層１２ｂの延性が十分高くなると共に、Ｃｕに対するブラスめっき外層１２ｂの最低限の耐食性を維持することができる。また、非シアンめっき浴を使用するので、ブラスめっき内層１２ａ及びブラスめっき外層１２ｂの層内Ｃｕ含有比を均一にすることができる。また、ブラスめっき外層１２ｂの厚みを０．０８〜０．５０μｍと薄くすることにより、金属ワイヤ１０の顕著な伸線加工性低下を防止すると共に、ブラスめっき層１２の必要最低限の耐食性を確実に維持することができる。以上により、金属ワイヤ１０の伸線加工性が向上し、伸線後の表面性状が良好であり且つ線径が一定な金属ワイヤ１０を得ることができる。
【００３９】
また、ブラスめっき内層１２ａはブラスめっき外層１２ｂに比べてＺｎリッチの状態となるため、Ｃｕに対するブラスめっき内層１２ａの耐食性が高くなる。このとき、ブラスめっき内層１２ａのＣｕ含有比を６０〜７５質量％にすることにより、ブラスめっき内層１２ａとしても最低限の延性が確保されるため、金属ワイヤ１０の伸線加工性の向上に寄与すると共に、ブラスめっき層１２の耐食性も満たすことができる。
【００４０】
さらに、本実施形態では、電解方式による化成皮膜処理を用いて、ブラスめっき層１２の表面に燐酸鉄皮膜１３を均一に安定して形成することができる。従って、そのような燐酸鉄皮膜１３が形成された金属ワイヤ１０をダイス１４に通して伸線加工を行うときに、金属ワイヤ１０とダイス１４との摩擦抵抗が低くなるため、ダイス１４に与える影響が軽減され、ダイス１４の寿命が長くなる。また、金属ワイヤ１０の伸線加工性が一層向上し、伸線後の金属ワイヤ１０の表面性状が更に良好になると共に、金属ワイヤ１０の断線を防止することができる。
【００４１】
また、ブラスめっき層１２に形成する燐酸塩皮膜を燐酸鉄皮膜１３とするのは以下の通りである。即ち、金属ワイヤ１０の伸線加工においては、上述したように湿式の伸線用潤滑剤が使用されるが、この湿式の伸線用潤滑剤に含まれる金属イオン（Ｃｕ、Ｚｎ等）が一定量を超えると、伸線用潤滑剤は劣化してしまう。燐酸塩皮膜を燐酸亜鉛皮膜とした場合には、伸線加工時に燐酸亜鉛皮膜に含まれるＺｎが脱落してイオン化することがあるため、伸線用潤滑剤の劣化を早めることになり、かえって金属ワイヤの伸線加工性を損ねてしまう。また、燐酸塩皮膜を燐酸マンガン皮膜や燐酸コバルト皮膜等とすることも考えられるが、燐酸マンガンや燐酸コバルト等は皮膜されにくいため、所望の皮膜量を得るにはコストアップとなる。一方、燐酸鉄は、湿式の伸線用潤滑剤との親和性が良好であり、皮膜形成にも殆ど支障をきたさないので、ブラスめっき層１２に形成する燐酸塩皮膜として効果的である。
【００４２】
このとき、化成皮膜処理後の燐酸鉄皮膜１３の付着量が５〜４０ｍｇ／ｍ２となるように、電解方式による化成皮膜処理を行うのが好ましい。これにより、金属ワイヤ１０の伸線加工時に、金属ワイヤ１０とダイス１４との摩擦抵抗が増大して金属ワイヤ１０の焼付けや断線を起こすことを確実に防止できるだけでなく、金属ワイヤ１０の伸線加工後には、ブラスめっき層１２の表面に形成された燐酸鉄皮膜１３が殆ど無くなるため、金属ワイヤ１０の表面性状を更に良好にすることができる。
【００４３】
以上のように本実施形態によれば、金属ワイヤ１０の伸線加工性が向上するので、伸線後の表面性状の優れたソーワイヤ３を得ることができる。従って、そのようなソーワイヤ３を用れば、硬いインゴット２であっても優れた切断性能を発揮させることができる。例えば、インゴット２の切断面がきれいになるようにインゴット２をスムーズに切断することが可能となる。
【００４４】
次に、本発明に係る金属ワイヤの製造方法についての実施例を以下に述べる。まず、表１に記載されているような複数種類のサンプルを製造した。
【表１】
【００４５】
表１において、比較例１〜４のサンプルは、金属素線の表面にＣｕめっき層及びＺｎめっき層を積層した後、これらを４９０℃の温度で３．５秒間熱拡散させてブラスめっき層を形成したものである。実施例１〜８のサンプルは、非シアンめっき浴によって、金属素線の表面にブラスめっき内層及びブラスめっき外層を積層した後、これらを４４５℃の温度で３．５秒間加熱したものである。非シアンめっき浴としては、例えば銅、亜鉛、糖蜜、カオリン粉末、ポテトデンプン、小麦麦芽粉末からなるものを使用した。実施例３〜８のサンプルでは、電解方式による化成皮膜処理を用いて、ブラスめっき層の表面に燐酸鉄皮膜を形成してある。なお、金属素線としては、ＪＩＳ規格SWRS 82A相当の炭素鋼を使用した。
【００４６】
そして、２０〜２２段のダイスを有する湿式伸線機により各サンプルの伸線加工を行った。伸線加工前の金属ワイヤの線径は１．０ｍｍであり、伸線加工後の最終的な金属ワイヤの線径（仕上径）は０．１６ｍｍである。各サンプルにおいて、めっき層のＣｕ含有比や厚み、燐酸鉄皮膜の皮膜量は、表１に示す通りである。
【００４７】
なお、実施例１〜８のサンプルにおいて、ブラスめっき内層の組成の分析測定は、ブラスめっき外層の形成後に行うことは困難であるため、事前にダミー線でブラスめっき内層の組成を分析測定し、その測定結果を表１に掲載している。ブラスめっき外層の組成の分析測定も、同様の方法により行っている。ただし、ブラスめっき外層の極表面Ｃｕ含有比については、ブラスめっき外層を形成して加熱した後に、Ｘ線回折装置により測定した。
【００４８】
比較例１〜４及び実施例１〜８について、湿式伸線機による伸線速度を６００m/min、８００m/min、１０００m/min、１２００m/minとして、評価用金属ワイヤの伸線加工を行った時の金属ワイヤの表面性状を確認した。その結果は、表１に示す通りである。なお、金属ワイヤの表面性状の評価基準を下記に示す。
○：金属ワイヤの表面に縦筋等が認められず平滑である（正常）
△：金属ワイヤの表面に縦筋等が認められる（異常）
×：伸線中に、金属ワイヤの断線発生。金属ワイヤの表面にかなりの縦筋等が認められる（異常）
【００４９】
比較例１〜３では、ブラスめっき層の平均Ｃｕ含有比が７２％以上であっても、伸線速度１０００m/minで伸線加工を行うと、金属ワイヤの断線が発生している。これに対し実施例１〜８では、ブラスめっき層の平均Ｃｕ含有比と極表面Ｃｕ含有比との差が殆ど無いことから、比較例１〜３の場合に比べて金属ワイヤの表面性状が良くなっている。具体的には、伸線速度１０００m/minで伸線加工を行っても、金属ワイヤの表面に縦筋等が発生していない。
【００５０】
このような実験結果から、ブラスめっき外層のＣｕ含有比をある程度高くすることに加えて、非シアンめっき浴を用いてブラスめっき層を形成することで、ブラスめっき外層の層内Ｃｕ含有比がほぼ均一になるため、金属ワイヤの伸線加工性が向上し、金属ワイヤの表面性状が良くなると考えられる。
【００５１】
また、比較例１〜４及び実施例１〜８について、伸線後における金属ワイヤの耐食性を確認した。具体的には、温度３０℃、湿度８０％という梅雨時期を想定した条件下で、評価用金属ワイヤを放置し、発錆が認められる迄の時間を確認した。その結果は、表１に示す通りである。なお、金属ワイヤの耐食性の評価基準を下記に示す。
○：１２０時間以上
△：８０時間以上１２０時間未満
×：８０時間未満
【００５２】
比較例１〜３では、発錆が認められるのが放置し始めてから８０〜１２０時間であったが、比較例４では、ブラスめっき層の平均Ｃｕ含有比が８６％と極めて高いため、放置し始めてから８０時間未満で発錆が認められた。これに対し実施例１，２では、発錆が認められるのが放置し始めてから８０〜１２０時間であったものの、実施例３〜８では、発錆が認められるのが放置し始めてから１２０時間以上であった。
【００５３】
このような実験結果から、ブラスめっき層をブラスめっき内層及びブラスめっき外層からなる２重構造とし、ブラスめっき内層のＣｕ含有比をブラスめっき外層のＣｕ含有比よりも低くすることで、金属ワイヤの伸線加工性を確実に向上させつつ、金属ワイヤの耐食性を十分確保することができると考えられる。
【００５４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態は、金属ワイヤ１０のブラスめっき層１２をブラスめっき内層１２ａ及びブラスめっき外層１２ｂからなる２層構造としたが、図６に示すようにブラスめっき層１２は単層であっても良い。この場合には、ブラスめっき層１２のＣｕ含有比を６７．５〜８５．０質量％とするのが好ましい。これにより、比較的柔らかくて延性に富むと共にＣｕ含有比の均一性の高いブラスめっき層１２が得られるため、金属ワイヤ１０の伸線加工性を向上させることができる。
【００５５】
また、ブラスめっき層１２は３層以上であっても良い。この場合には、最外層のブラスめっき層のＣｕ含有比が他のブラスめっき層のＣｕ含有比よりも低くなるように、複数層のブラスめっき層１２を形成すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係るソーワイヤの一実施形態が適用されるワイヤソー装置を示す概略図である。
【図２】図１に示すソーワイヤ（金属ワイヤ）の断面図である。
【図３】図２に示すソーワイヤ（金属ワイヤ）を製造する手順を示すフローチャートである。
【図４】図３に示す金属素線にブラスめっき層及び燐酸鉄皮膜を順次形成する工程を示す断面図である。
【図５】図４に示す金属ワイヤを伸線加工する方法を示す断面図である。
【図６】図２に示すソーワイヤ（金属ワイヤ）の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
３…ソーワイヤ、１０…金属ワイヤ、１１…金属素線、１２…ブラスめっき層、１２ａ…ブラスめっき内層、１２ｂ…ブラスめっき外層、１３…燐酸鉄皮膜（燐酸塩皮膜）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属素線の表面にブラスめっき層を施して成る金属ワイヤの製造方法及びソーワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ソーワイヤ等に用いられる金属ワイヤの製造方法としては、例えば特許文献１に記載されているように、鋼線に対してパテンティング処理及び酸洗を行った後、めっき処理を行って鋼線にブラスめっき層を形成し、その後伸線加工を行うようにしたものが知られている。
【特許文献１】特開２００２−１４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、めっき処理が施された金属ワイヤの伸線性は、金属ワイヤの表面に形成されためっきの組成に左右されることが多い。上記従来技術のように金属ワイヤの表面にブラスめっき層を形成する場合には、まず金属ワイヤの表面にＣｕめっきを形成し、続いてＺｎめっきを形成した後、熱拡散により合金化するのが通常である。このため、ブラスめっき層の表面部はＺｎリッチ（低Ｃｕ含有比）の状態になりやすく、高速伸線に向かないものとなる。従って、金属ワイヤの伸線加工性が低下し、金属ワイヤの表面性状の悪化につながってしまう。
【０００４】
本発明の目的は、金属ワイヤの伸線加工性を向上させ、表面性状の良好な金属ワイヤを得ることができる金属ワイヤの製造方法及びソーワイヤを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、金属素線の表面にＣｕ−Ｚｎ合金からなるブラスめっき層を施して成る金属ワイヤの製造方法であって、Ｃｕ及びＺｎを含むと共にシアンを含まないめっき浴によって、金属素線の表面にブラスめっき層を形成する工程と、ブラスめっき層を加熱する工程とを有することを特徴とするものである。
【０００６】
このような本発明においては、Ｃｕ含有比を高くするようなめっき浴を用いて、金属素線の表面にブラスめっき層を形成することにより、ブラスめっき層をＣｕリッチの状態とすることができる。この場合には、ブラスめっき層としては、比較的柔らかくて延性に富んだものとなる。また、上記のめっき浴を用いることにより、Ｃｕ含有比の勾配がつきやすい熱拡散法を採用する場合と異なり、ブラスめっき層内のＣｕ含有比の均一性を高くすることができる。従って、金属ワイヤの伸線加工性を向上させることができ、金属ワイヤの表面性状を良好にすることが可能となる。
【０００７】
また、シアンを含むめっき浴によりブラスめっき層を形成する場合には、ブラスめっき層の形成後の洗浄によってシアンが環境保全上問題となってしまう。本発明では、シアンを含まないめっき浴により金属素線の表面にブラスめっき層を形成することにより、シアンに起因した環境保全上の問題を避けることができる。
【０００８】
好ましくは、ブラスめっき層を加熱する工程においては、ブラスめっき層を４１９℃±３０℃の温度で加熱する。４１９℃は、Ｚｎの融点温度であり、Ｃｕの融点温度よりも低い。このようなＺｎの融点温度に近い温度でブラスめっき層を加熱することで、ブラスめっき層の酸化等を起こすことは殆ど無く、各ブラスめっき層内のＣｕ含有比の更なる均一化を図ることができる。
【０００９】
また、好ましくは、ブラスめっき層を形成する工程においては、最外層のブラスめっき層のＣｕ含有比が他のブラスめっき層のＣｕ含有比よりも高くなるように、めっき浴により金属素線の表面にブラスめっき層を複数層形成する。金属ワイヤの伸線加工性は、ブラスめっき層の表面部の組成状態に特に影響されやすい。このため、金属素線の表面に複数層のブラスめっき層を形成する場合には、最外層のブラスめっき層のＣｕ含有比を他のブラスめっき層のＣｕ含有比よりも高くすることにより、金属ワイヤの伸線加工性を確実に向上させることができる。また、最外層を除く他のブラスめっき層については、Ｃｕ含有比を相対的に低くするようなめっき浴を用いて形成することで、利便性（使い勝手、特性等）を考慮しためっき層にすることができる。この場合には、伸線加工後の金属ワイヤの耐食性を高くすることができる。
【００１０】
このとき、ブラスめっき層を形成する工程においては、最外層のブラスめっき層のＣｕ含有比を６７．５〜８５．０質量％にすることが好ましい。最外層のブラスめっき層のＣｕ含有比を６７．５質量％以上にすることにより、最外層のブラスめっき層の延性が十分高くなるため、金属ワイヤの伸線加工性を更に向上させることができる。また、最外層のブラスめっき層のＣｕ含有比を８５．０質量％以下にすることにより、金属ワイヤの最表面において必要最低限の耐食性を維持することができる。
【００１１】
また、ブラスめっき層を形成する工程においては、最外層のブラスめっき層の厚みを０．０８〜０．５０μｍにすることが好ましい。最外層のブラスめっき層の厚みを０．５０μｍ以下とすることにより、金属ワイヤの顕著な伸線加工性低下を防止することができる。また、最外層のブラスめっき層の厚みを０．０８μｍ以上とすることにより、ブラスめっき層の必要最低限の耐食性を確実に維持することができる。このとき、ブラスめっき層のトータル厚みに制限がある場合には、最外層のブラスめっき層の厚みを可能な限り０．０８μｍに近い値とし、その分だけ耐食性の高い他のブラスめっき層の厚みを増やすのが好適である。
【００１２】
また、ブラスめっき層を形成する工程においては、他のブラスめっき層のＣｕ含有比を６０〜７５質量％にすることが好ましい。最外層を除く他のブラスめっき層のＣｕ含有比を６０質量％以上にすることにより、比較的柔らかくて延性を有するブラスめっき層がより確実に得られるため、金属ワイヤの伸線加工性の向上に寄与させることができる。また、最外層を除く他のブラスめっき層のＣｕ含有比を７５質量％以下、より好ましくは７０質量％以下にすることにより、ブラスめっき層の耐食性が十分維持されるようになる。
【００１３】
さらに、好ましくは、金属素線の表面にブラスめっき層を形成した後、ブラスめっき層に対して電解による化成皮膜処理を施すことにより、ブラスめっき層の表面に燐酸塩皮膜を形成する工程を更に有する。これにより、ブラスめっき層を燐酸塩化溶液中に浸漬させて燐酸塩皮膜を形成する、いわゆる非電解による化成皮膜処理を施した場合と異なり、ブラスめっき層の表面には燐酸塩皮膜が均一に形成されるようになる。従って、金属ワイヤの伸線加工を行うときに、ダイスに損傷等が生じにくくなるので、金属ワイヤの伸線加工性を更に向上させることができる。
【００１４】
このとき、燐酸塩皮膜を形成する工程においては、ブラスめっき層の表面に燐酸鉄皮膜を形成することが好ましい。線表面残留物を嫌う高品位被切削母材では、伸線用潤滑剤として湿式（液体）の潤滑剤が多用されている。また、燐酸塩皮膜としては燐酸亜鉛が一般的であるが、この燐酸亜鉛は、湿式潤滑剤との相性が悪い。このため、ブラスめっき層の表面に燐酸亜鉛皮膜を形成すると、かえって金属ワイヤの伸線加工性を悪化させる可能性がある。これに対し燐酸鉄は、湿式の伸線用潤滑剤との親和力があり、また皮膜の形成に支障をきたすことも殆ど無い。従って、燐酸塩皮膜として燐酸鉄皮膜を形成するのが最も好適である。
【００１５】
また、燐酸塩皮膜を形成する工程においては、燐酸鉄皮膜の付着量が５〜４０ｍｇ／ｍ２となるように、ブラスめっき層に対して電解による化成皮膜処理を施すことが好ましい。この場合には、燐酸鉄皮膜の付着量が少な過ぎることが無いので、金属ワイヤの伸線加工時に生じる金属ワイヤとダイスとの摩擦抵抗の増加が十分抑えられる。これにより、金属ワイヤの焼付きや断線を引き起こすことが確実に防止される。また、燐酸鉄皮膜の付着量が多過ぎることも無いので、伸線加工後に金属ワイヤの表面に燐酸鉄皮膜が残存しにくくなる。これにより、更に表面性状の良好な金属ワイヤを得ることができる。
【００１６】
また、本発明のソーワイヤは、上記の金属ワイヤの製造方法により製造された金属ワイヤを用いて成ることを特徴とするものである。
【００１７】
このように上述した金属ワイヤの製造方法を採用することにより、金属ワイヤの伸線加工性を向上させることができ、金属ワイヤの表面性状を良好にすることが可能となる。そのような表面性状の良好な金属ワイヤを用いて成るソーワイヤを使って、半導体インゴット等を切断する場合には、優れた切断性能を発揮させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、金属ワイヤの伸線加工性を向上させ、表面性状の良好な金属ワイヤを得ることができる。これにより、ソーワイヤ等に適用される金属ワイヤの細径化及び高強度化の要求に十分対処することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る金属ワイヤの製造方法及びソーワイヤの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係るソーワイヤの一実施形態が適用されるワイヤソー装置を示す概略図である。同図において、ワイヤソー装置１は、半導体ウェハ用インゴット２をソーワイヤ３で切断するための装置である。
【００２１】
ワイヤソー装置１は、ソーワイヤ３が巻回されたワイヤ供給リール４と、このワイヤ供給リール４から繰り出されたソーワイヤ３を巻き取るワイヤ巻取リール５と、ワイヤ供給リール４とワイヤ巻取リール５との間でソーワイヤ３が巻き掛けられる３本のガイドローラ６とを有している。各ガイドローラ６には、ソーワイヤ３が挿入されるガイド溝（図示せず）が形成されている。
【００２２】
このようなワイヤソー装置１において、インゴット２の切断を行う場合には、各ガイドローラ６に巻き掛けられたソーワイヤ３に所定の張力を与えた状態で、ワイヤ供給リール４から繰り出されたソーワイヤ３が順次ワイヤ巻取リール５で巻き取られるようにする。そして、インゴット２をガイドローラ６に向けて徐々に下降させていき、ワイヤ供給リール４からワイヤ巻取リール５に移動中のソーワイヤ３にインゴット２を接触させることで、インゴット２をスライス状に切断し、複数枚の半導体ウェハを得る。このとき、ソーワイヤ３とインゴット２との接触部分に、ダイヤモンド粉等の砥粒やオイル等が混合されたスラリー液７を連続的に供給しながら、インゴット２の切断を行う。
【００２３】
ソーワイヤ３は、図２に示すような金属ワイヤ１０から成るものである。金属ワイヤ１０は、高炭素綱等の鋼線材からなる金属素線１１と、この金属素線１１の表面に形成され、Ｃｕ（銅）−Ｚｎ（亜鉛）合金からなるブラスめっき層１２とを有している。
【００２４】
ブラスめっき層１２は、金属素線１１の表面上に形成されたブラスめっき内層１２ａと、このブラスめっき内層１２ａ上に形成されたブラスめっき外層１２ｂとからなっている。ブラスめっき外層１２ｂのＣｕ含有比は、ブラスめっき内層１２ａのＣｕ含有比よりも高くなっている。具体的には、ブラスめっき内層１２ａのＣｕ含有比は、好ましくは６０〜７５質量％であり、ブラスめっき外層１２ｂのＣｕ含有比は、好ましくは６７．５〜８５．０質量％である。
【００２５】
また、ブラスめっき外層１２ｂの厚さは、ブラスめっき内層１２ａの厚さよりも小さくなっている。ブラスめっき外層１２ｂの厚さは、好ましくは０．０８〜０．５０μｍである。例えば、ブラスめっき内層１２ａの厚さは０．４８μｍ程度であり、ブラスめっき外層１２ｂの厚さは０．３４μｍ程度である。
【００２６】
次に、上記の金属ワイヤ１０（ソーワイヤ３）を製造する方法について、図３及び図４により説明する。
【００２７】
まず、金属素線１１を非シアンめっき浴に浸漬させて、金属素線１１の表面上にブラスめっき内層１２ａを形成する（図３の工程１０１）。そして、このブラスめっき内層１２ａが形成された金属素線１１を同様に非シアンめっき浴に浸漬させて、ブラスめっき内層１２ａ上にブラスめっき外層１２ｂを形成する（図３の工程１０２）。これにより、金属素線１１の表面には、２層構造のブラスめっき層１２が形成されることとなる。
【００２８】
非シアンめっき浴は、Ｃｕ及びＺｎを含むと共にシアンを含まないめっき浴である。このような非シアンめっき浴としては、例えば銅、亜鉛、糖蜜、カオリン粉末、ポテトデンプン、小麦麦芽粉末を含む非シアンめっき浴が使用される。また、これ以外にも、例えば銅塩、亜鉛塩、ピロリン酸のアルカリ金属塩及びポリリン酸のアルカリ金属塩の少なくとも１種、オキシカルボン酸及びその塩の少なくとも１種、アミノ酸及びその塩の少なくとも１種を含む非シアンめっき浴を使用することもできる。
【００２９】
このとき、ブラスめっき外層１２ｂのＣｕ含有比がブラスめっき内層１２ａのＣｕ含有比よりも高くなるようにブラスめっき層１２を形成する。ブラスめっき内層１２ａ及びブラスめっき外層１２ｂのＣｕ含有比の設定は、例えば非シアンめっき浴に含まれるＣｕ及びＺｎの濃度（含有量）を随時調整することで比較的容易に行うことができる。
【００３０】
このように非シアンめっき浴を用いて金属素線１１の表面にブラスめっき内層１２ａ及びブラスめっき外層１２ｂを順次形成することにより、ブラスめっき層の厚み方向に対してＣｕ含有比の勾配ができる熱拡散法（後述）を採用する場合と比べて、ブラスめっき内層１２ａ及びブラスめっき外層１２ｂの層内Ｃｕ含有比をそれぞれ均一にすることができる。また、シアンを含むめっき浴を用いてブラスめっき層を形成する場合と異なり、ブラスめっき層１２の形成後の洗浄においてシアンが排出されることが無いため、シアンに起因した環境保全上の問題が発生することは無い。
【００３１】
このようにして金属素線１１の表面にブラスめっき層１２を形成した後、そのブラスめっき層１２を好ましくは４１９℃（Ｚｎの融点温度）±３０℃の温度で加熱する（図３の工程１０３）。このようにＺｎの融点温度近傍といった比較的低い温度でブラスめっき層１２を加熱することにより、例えばブラスめっき層１２の酸化を引き起こすことが防止される。従って、ブラスめっき内層１２ａ及びブラスめっき外層１２ｂの層内Ｃｕ含有比の均一性を更に向上させることができる。
【００３２】
続いて、ブラスめっき層１２に対して電解による化成皮膜処理を施すことにより、ブラスめっき層１２の表面に燐酸鉄皮膜１３を形成する（図３の工程１０４）。具体的には、例えば鉄イオン、燐酸イオン及び硝酸イオンを所定量ずつ含有する燐酸塩皮膜形成用の溶液を電解液として使用し、金属素線１１を陰極にして電流を流すことにより、燐酸鉄皮膜１３を形成する。このような電解方式による化成皮膜処理を施すことにより、ブラスめっき層１２の表面に燐酸鉄皮膜１３を均一に安定して形成することができる。
【００３３】
続いて、電解による化成皮膜処理によって得られた金属ワイヤ１０に対して伸線加工を施す（図３の工程１０５）。具体的には、図５に示すように、化成皮膜処理により得られた金属ワイヤ１０を複数段のダイス１４（図５では１つのみ図示）に通して引き抜くことにより、金属ワイヤ１０の径を順次細くしていく。このとき、ダイス１４に対する金属ワイヤ１０の滑り性を良くするために、金属ワイヤ１０の表面に伸線用潤滑剤を付着させた状態で伸線加工を行う。伸線用潤滑剤としては、湿式（液体）の潤滑剤が使用される。
【００３４】
以上により、ブラスめっき層１２が形成されてなる所望径の金属ワイヤ１０（ソーワイヤ３）が得られる。なお、金属ワイヤ１０の最表面に形成された燐酸鉄皮膜１３は伸線加工によって逐次脱落するため、伸線加工後には、金属ワイヤ１０の表面に燐酸鉄皮膜１３が殆ど存在しない状態となる。
【００３５】
ところで、近年では、半導体ウェハ用インゴット等の被切断母材の歩留まり向上及び切削時間の短縮のために、ソーワイヤに付加される張力が大きくなる傾向にあることから、ソーワイヤの細径化及び高強度化の要求が強くなってきている。
【００３６】
一方、代表的なブラスめっき層の形成法としては、ピロリン酸銅浴もしくは硫酸銅浴から電着によりＣｕめっきを施し、引き続き硫酸亜鉛浴もしくは塩化亜鉛浴から電着によりＺｎめっきを施した後、熱拡散処理により合金化する拡散法が主流となっている。この熱拡散法により形成されるブラスめっき層では、めっき表層部がＺｎリッチ（低Ｃｕ比）の状態となるため、結晶組織としては硬くて脆いβ相あるいはγ相になりやすい。細径かつ高強度のソーワイヤを作る場合には、苛酷な伸線加工が強いられるため、ブラスめっき層が硬くて脆いと、高速伸線加工を行うことは困難であり、たとえ伸線できたとしてもソーワイヤの表面性状の悪化は避けられない。また、熱拡散法を用いてブラスめっき層を形成した場合には、Ｃｕ含有比の勾配がついてしまい、ブラスめっき層の層内Ｃｕ含有比がばらつくため、伸線加工中にソーワイヤの線径変動が起きやすくなる。そのようなソーワイヤを用いて硬いインゴットの切断を行うと、例えばインゴットの切断面が凸凹状になってしまう等、インゴットをきれいに切断することができない。
【００３７】
これに対し本実施形態では、非シアンめっき浴を用いて、金属素線１１の表面上にブラスめっき内層１２ａを形成し、更にブラスめっき内層１２ａ上にブラスめっき外層１２ｂを形成することにより、金属素線１１の表面に２層構造のブラスめっき層１２を形成する。このとき、ブラスめっき外層１２ｂのＣｕ含有比をブラスめっき内層１２ａのＣｕ含有比よりも高くする。
【００３８】
このようにすることで、ブラスめっき外層１２ｂはブラスめっき内層１２ａに比べてＣｕリッチの状態となるため、柔らかくて延性に富んだブラスめっき外層１２ｂを得ることができる。このとき、ブラスめっき外層１２ｂのＣｕ含有比を６７．５〜８５．０質量％とすることにより、ブラスめっき外層１２ｂの結晶組織としてはα相になりやすくなるため、ブラスめっき外層１２ｂの延性が十分高くなると共に、Ｃｕに対するブラスめっき外層１２ｂの最低限の耐食性を維持することができる。また、非シアンめっき浴を使用するので、ブラスめっき内層１２ａ及びブラスめっき外層１２ｂの層内Ｃｕ含有比を均一にすることができる。また、ブラスめっき外層１２ｂの厚みを０．０８〜０．５０μｍと薄くすることにより、金属ワイヤ１０の顕著な伸線加工性低下を防止すると共に、ブラスめっき層１２の必要最低限の耐食性を確実に維持することができる。以上により、金属ワイヤ１０の伸線加工性が向上し、伸線後の表面性状が良好であり且つ線径が一定な金属ワイヤ１０を得ることができる。
【００３９】
また、ブラスめっき内層１２ａはブラスめっき外層１２ｂに比べてＺｎリッチの状態となるため、Ｃｕに対するブラスめっき内層１２ａの耐食性が高くなる。このとき、ブラスめっき内層１２ａのＣｕ含有比を６０〜７５質量％にすることにより、ブラスめっき内層１２ａとしても最低限の延性が確保されるため、金属ワイヤ１０の伸線加工性の向上に寄与すると共に、ブラスめっき層１２の耐食性も満たすことができる。
【００４０】
さらに、本実施形態では、電解方式による化成皮膜処理を用いて、ブラスめっき層１２の表面に燐酸鉄皮膜１３を均一に安定して形成することができる。従って、そのような燐酸鉄皮膜１３が形成された金属ワイヤ１０をダイス１４に通して伸線加工を行うときに、金属ワイヤ１０とダイス１４との摩擦抵抗が低くなるため、ダイス１４に与える影響が軽減され、ダイス１４の寿命が長くなる。また、金属ワイヤ１０の伸線加工性が一層向上し、伸線後の金属ワイヤ１０の表面性状が更に良好になると共に、金属ワイヤ１０の断線を防止することができる。
【００４１】
また、ブラスめっき層１２に形成する燐酸塩皮膜を燐酸鉄皮膜１３とするのは以下の通りである。即ち、金属ワイヤ１０の伸線加工においては、上述したように湿式の伸線用潤滑剤が使用されるが、この湿式の伸線用潤滑剤に含まれる金属イオン（Ｃｕ、Ｚｎ等）が一定量を超えると、伸線用潤滑剤は劣化してしまう。燐酸塩皮膜を燐酸亜鉛皮膜とした場合には、伸線加工時に燐酸亜鉛皮膜に含まれるＺｎが脱落してイオン化することがあるため、伸線用潤滑剤の劣化を早めることになり、かえって金属ワイヤの伸線加工性を損ねてしまう。また、燐酸塩皮膜を燐酸マンガン皮膜や燐酸コバルト皮膜等とすることも考えられるが、燐酸マンガンや燐酸コバルト等は皮膜されにくいため、所望の皮膜量を得るにはコストアップとなる。一方、燐酸鉄は、湿式の伸線用潤滑剤との親和性が良好であり、皮膜形成にも殆ど支障をきたさないので、ブラスめっき層１２に形成する燐酸塩皮膜として効果的である。
【００４２】
このとき、化成皮膜処理後の燐酸鉄皮膜１３の付着量が５〜４０ｍｇ／ｍ２となるように、電解方式による化成皮膜処理を行うのが好ましい。これにより、金属ワイヤ１０の伸線加工時に、金属ワイヤ１０とダイス１４との摩擦抵抗が増大して金属ワイヤ１０の焼付けや断線を起こすことを確実に防止できるだけでなく、金属ワイヤ１０の伸線加工後には、ブラスめっき層１２の表面に形成された燐酸鉄皮膜１３が殆ど無くなるため、金属ワイヤ１０の表面性状を更に良好にすることができる。
【００４３】
以上のように本実施形態によれば、金属ワイヤ１０の伸線加工性が向上するので、伸線後の表面性状の優れたソーワイヤ３を得ることができる。従って、そのようなソーワイヤ３を用れば、硬いインゴット２であっても優れた切断性能を発揮させることができる。例えば、インゴット２の切断面がきれいになるようにインゴット２をスムーズに切断することが可能となる。
【００４４】
次に、本発明に係る金属ワイヤの製造方法についての実施例を以下に述べる。まず、表１に記載されているような複数種類のサンプルを製造した。
【表１】
【００４５】
表１において、比較例１〜４のサンプルは、金属素線の表面にＣｕめっき層及びＺｎめっき層を積層した後、これらを４９０℃の温度で３．５秒間熱拡散させてブラスめっき層を形成したものである。実施例１〜８のサンプルは、非シアンめっき浴によって、金属素線の表面にブラスめっき内層及びブラスめっき外層を積層した後、これらを４４５℃の温度で３．５秒間加熱したものである。非シアンめっき浴としては、例えば銅、亜鉛、糖蜜、カオリン粉末、ポテトデンプン、小麦麦芽粉末からなるものを使用した。実施例３〜８のサンプルでは、電解方式による化成皮膜処理を用いて、ブラスめっき層の表面に燐酸鉄皮膜を形成してある。なお、金属素線としては、ＪＩＳ規格SWRS 82A相当の炭素鋼を使用した。
【００４６】
そして、２０〜２２段のダイスを有する湿式伸線機により各サンプルの伸線加工を行った。伸線加工前の金属ワイヤの線径は１．０ｍｍであり、伸線加工後の最終的な金属ワイヤの線径（仕上径）は０．１６ｍｍである。各サンプルにおいて、めっき層のＣｕ含有比や厚み、燐酸鉄皮膜の皮膜量は、表１に示す通りである。
【００４７】
なお、実施例１〜８のサンプルにおいて、ブラスめっき内層の組成の分析測定は、ブラスめっき外層の形成後に行うことは困難であるため、事前にダミー線でブラスめっき内層の組成を分析測定し、その測定結果を表１に掲載している。ブラスめっき外層の組成の分析測定も、同様の方法により行っている。ただし、ブラスめっき外層の極表面Ｃｕ含有比については、ブラスめっき外層を形成して加熱した後に、Ｘ線回折装置により測定した。
【００４８】
比較例１〜４及び実施例１〜８について、湿式伸線機による伸線速度を６００m/min、８００m/min、１０００m/min、１２００m/minとして、評価用金属ワイヤの伸線加工を行った時の金属ワイヤの表面性状を確認した。その結果は、表１に示す通りである。なお、金属ワイヤの表面性状の評価基準を下記に示す。
○：金属ワイヤの表面に縦筋等が認められず平滑である（正常）
△：金属ワイヤの表面に縦筋等が認められる（異常）
×：伸線中に、金属ワイヤの断線発生。金属ワイヤの表面にかなりの縦筋等が認められる（異常）
【００４９】
比較例１〜３では、ブラスめっき層の平均Ｃｕ含有比が７２％以上であっても、伸線速度１０００m/minで伸線加工を行うと、金属ワイヤの断線が発生している。これに対し実施例１〜８では、ブラスめっき層の平均Ｃｕ含有比と極表面Ｃｕ含有比との差が殆ど無いことから、比較例１〜３の場合に比べて金属ワイヤの表面性状が良くなっている。具体的には、伸線速度１０００m/minで伸線加工を行っても、金属ワイヤの表面に縦筋等が発生していない。
【００５０】
このような実験結果から、ブラスめっき外層のＣｕ含有比をある程度高くすることに加えて、非シアンめっき浴を用いてブラスめっき層を形成することで、ブラスめっき外層の層内Ｃｕ含有比がほぼ均一になるため、金属ワイヤの伸線加工性が向上し、金属ワイヤの表面性状が良くなると考えられる。
【００５１】
また、比較例１〜４及び実施例１〜８について、伸線後における金属ワイヤの耐食性を確認した。具体的には、温度３０℃、湿度８０％という梅雨時期を想定した条件下で、評価用金属ワイヤを放置し、発錆が認められる迄の時間を確認した。その結果は、表１に示す通りである。なお、金属ワイヤの耐食性の評価基準を下記に示す。
○：１２０時間以上
△：８０時間以上１２０時間未満
×：８０時間未満
【００５２】
比較例１〜３では、発錆が認められるのが放置し始めてから８０〜１２０時間であったが、比較例４では、ブラスめっき層の平均Ｃｕ含有比が８６％と極めて高いため、放置し始めてから８０時間未満で発錆が認められた。これに対し実施例１，２では、発錆が認められるのが放置し始めてから８０〜１２０時間であったものの、実施例３〜８では、発錆が認められるのが放置し始めてから１２０時間以上であった。
【００５３】
このような実験結果から、ブラスめっき層をブラスめっき内層及びブラスめっき外層からなる２重構造とし、ブラスめっき内層のＣｕ含有比をブラスめっき外層のＣｕ含有比よりも低くすることで、金属ワイヤの伸線加工性を確実に向上させつつ、金属ワイヤの耐食性を十分確保することができると考えられる。
【００５４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態は、金属ワイヤ１０のブラスめっき層１２をブラスめっき内層１２ａ及びブラスめっき外層１２ｂからなる２層構造としたが、図６に示すようにブラスめっき層１２は単層であっても良い。この場合には、ブラスめっき層１２のＣｕ含有比を６７．５〜８５．０質量％とするのが好ましい。これにより、比較的柔らかくて延性に富むと共にＣｕ含有比の均一性の高いブラスめっき層１２が得られるため、金属ワイヤ１０の伸線加工性を向上させることができる。
【００５５】
また、ブラスめっき層１２は３層以上であっても良い。この場合には、最外層のブラスめっき層のＣｕ含有比が他のブラスめっき層のＣｕ含有比よりも低くなるように、複数層のブラスめっき層１２を形成すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係るソーワイヤの一実施形態が適用されるワイヤソー装置を示す概略図である。
【図２】図１に示すソーワイヤ（金属ワイヤ）の断面図である。
【図３】図２に示すソーワイヤ（金属ワイヤ）を製造する手順を示すフローチャートである。
【図４】図３に示す金属素線にブラスめっき層及び燐酸鉄皮膜を順次形成する工程を示す断面図である。
【図５】図４に示す金属ワイヤを伸線加工する方法を示す断面図である。
【図６】図２に示すソーワイヤ（金属ワイヤ）の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
３…ソーワイヤ、１０…金属ワイヤ、１１…金属素線、１２…ブラスめっき層、１２ａ…ブラスめっき内層、１２ｂ…ブラスめっき外層、１３…燐酸鉄皮膜（燐酸塩皮膜）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属素線の表面にＣｕ−Ｚｎ合金からなるブラスめっき層を施して成る金属ワイヤの製造方法であって、
Ｃｕ及びＺｎを含むと共にシアンを含まないめっき浴によって、前記金属素線の表面に前記ブラスめっき層を形成する工程と、
前記ブラスめっき層を加熱する工程とを有することを特徴とする金属ワイヤの製造方法。
【請求項２】
前記ブラスめっき層を加熱する工程においては、前記ブラスめっき層を４１９℃±３０℃の温度で加熱することを特徴とする請求項１記載の金属ワイヤの製造方法。
【請求項３】
前記ブラスめっき層を形成する工程においては、最外層のブラスめっき層のＣｕ含有比が他のブラスめっき層のＣｕ含有比よりも高くなるように、前記めっき浴により前記金属素線の表面に前記ブラスめっき層を複数層形成することを特徴とする請求項１または２記載の金属ワイヤの製造方法。
【請求項４】
前記ブラスめっき層を形成する工程においては、前記最外層のブラスめっき層のＣｕ含有比を６７．５〜８５．０質量％にすることを特徴とする請求項３記載の金属ワイヤの製造方法。
【請求項５】
前記ブラスめっき層を形成する工程においては、前記最外層のブラスめっき層の厚みを０．０８〜０．５０μｍにすることを特徴とする請求項３または４記載の金属ワイヤの製造方法。
【請求項６】
前記ブラスめっき層を形成する工程においては、前記他のブラスめっき層のＣｕ含有比を６０〜７５質量％にすることを特徴とする請求項４または５記載の金属ワイヤの製造方法。
【請求項７】
前記金属素線の表面に前記ブラスめっき層を形成した後、前記ブラスめっき層に対して電解による化成皮膜処理を施すことにより、前記ブラスめっき層の表面に燐酸塩皮膜を形成する工程を更に有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の金属ワイヤの製造方法。
【請求項８】
前記燐酸塩皮膜を形成する工程においては、前記ブラスめっき層の表面に燐酸鉄皮膜を形成することを特徴とする請求項７記載の金属ワイヤの製造方法。
【請求項９】
前記燐酸塩皮膜を形成する工程においては、前記燐酸鉄皮膜の付着量が５〜４０ｍｇ／ｍ２となるように、前記ブラスめっき層に対して前記電解による化成皮膜処理を施すことを特徴とする請求項８記載の金属ワイヤの製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項記載の金属ワイヤの製造方法により製造された金属ワイヤを用いて成ることを特徴とするソーワイヤ。
【請求項１】
金属素線の表面にＣｕ−Ｚｎ合金からなるブラスめっき層を施して成る金属ワイヤの製造方法であって、
Ｃｕ及びＺｎを含むと共にシアンを含まないめっき浴によって、前記金属素線の表面に前記ブラスめっき層を形成する工程と、
前記ブラスめっき層を加熱する工程とを有することを特徴とする金属ワイヤの製造方法。
【請求項２】
前記ブラスめっき層を加熱する工程においては、前記ブラスめっき層を４１９℃±３０℃の温度で加熱することを特徴とする請求項１記載の金属ワイヤの製造方法。
【請求項３】
前記ブラスめっき層を形成する工程においては、最外層のブラスめっき層のＣｕ含有比が他のブラスめっき層のＣｕ含有比よりも高くなるように、前記めっき浴により前記金属素線の表面に前記ブラスめっき層を複数層形成することを特徴とする請求項１または２記載の金属ワイヤの製造方法。
【請求項４】
前記ブラスめっき層を形成する工程においては、前記最外層のブラスめっき層のＣｕ含有比を６７．５〜８５．０質量％にすることを特徴とする請求項３記載の金属ワイヤの製造方法。
【請求項５】
前記ブラスめっき層を形成する工程においては、前記最外層のブラスめっき層の厚みを０．０８〜０．５０μｍにすることを特徴とする請求項３または４記載の金属ワイヤの製造方法。
【請求項６】
前記ブラスめっき層を形成する工程においては、前記他のブラスめっき層のＣｕ含有比を６０〜７５質量％にすることを特徴とする請求項４または５記載の金属ワイヤの製造方法。
【請求項７】
前記金属素線の表面に前記ブラスめっき層を形成した後、前記ブラスめっき層に対して電解による化成皮膜処理を施すことにより、前記ブラスめっき層の表面に燐酸塩皮膜を形成する工程を更に有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の金属ワイヤの製造方法。
【請求項８】
前記燐酸塩皮膜を形成する工程においては、前記ブラスめっき層の表面に燐酸鉄皮膜を形成することを特徴とする請求項７記載の金属ワイヤの製造方法。
【請求項９】
前記燐酸塩皮膜を形成する工程においては、前記燐酸鉄皮膜の付着量が５〜４０ｍｇ／ｍ２となるように、前記ブラスめっき層に対して前記電解による化成皮膜処理を施すことを特徴とする請求項８記載の金属ワイヤの製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項記載の金属ワイヤの製造方法により製造された金属ワイヤを用いて成ることを特徴とするソーワイヤ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２７０３４７（Ｐ２００７−２７０３４７Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４１０１３（Ｐ２００７−４１０１３）
【出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【出願人】（３０２０６１６１３）住友電工スチールワイヤー株式会社 (163)
【出願人】（５０４２１１４２９）栃木住友電工株式会社 (50)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【出願人】（３０２０６１６１３）住友電工スチールワイヤー株式会社 (163)
【出願人】（５０４２１１４２９）栃木住友電工株式会社 (50)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]