JP3909773B2 - 線材の残留応力測定方法及び線材の残留応力測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のタイヤや高圧ホースなどを補強するスチールコード用金属線、集積回路やトランジスタの回路接続に用いられる金、銅、アルミニウム等の金属やこれらの合金からなる極細線、電気部品用のリード線、コイル巻線あるいはエナメル絶縁電線、その他硬鋼線、ブラスメッキ銅線、ニッケルめっき銅線、シリコンウェーハを切断する際に用いられるワイヤーソー用金属線、放電加工用の金属線などの線材の残留応力を測定する線材の残留応力測定方法及び線材の残留応力測定装置に関する。

例えば、自動車のタイヤや高圧ホースなどの補強、集積回路の電極と前記集積回路と印刷配線板との接続に用いられるリードとの接続等の用途には、従来から、種々の極細の線材（図１０に例示する）１００を用いてきた。

この種の極細の線材１００は、超硬ダイス、ダイヤモンドダイスなどを用いた伸線加工によって製造される。一般的な伸線加工では、極細の線材１００の表面層の引張り応力と中心層の圧縮応力に分けられる軸方向残留応力が生じる。この残留応力が大きい極細の線材１００は、線のクセや曲がりを生じて寸法精度などに影響を及ぼし、品質を低下させる傾向がみられた。

前述した残留応力の発生原因は、外的な不均一加工による要因と内的な結晶組織、結晶粒の方位性や材料定数などにあった。また、残留応力の大きさも様々である。伸線加工時に発生する残留応力は、極細の線材１００の材質、極細の線材１００の材料物性値、ダイスのリダクション角度、断面減少率、総加工度などのごく一般的な加工条件によって容易に変化するため、極細の線材１００の品質を管理する上で加工中に発生する残留応力を小さくするような加工条件を設定することが重要であり、極細の線材１００の残留応力を正確にかつ簡便に測定することが求められていた。

従来、金属からなる線材１００の残留応力を測定する方法としては、被測定物としての線材１００の一部を切断・除去・分割・分離したりすることによって、線材１００の残留応力を部分的に解放したときに発生する変形量を測定したり、またはＸ線、中性子線、放射光などにより線材１００の結晶格子間隔を測定したりすることによって行われてきたが、測定範囲は線材１００表面部分に限られていた。

スリット法と呼ばれる一般的な線材１００の分割による軸方向残留応力測定法では、図１０に示すように、長手方向に直交する方向に切断した線材１００の断面（端面）１００ａに、該線材１００の長手方向に沿って、機械的な切れ目１０１を入れたときに発生する前述した端面１００ａを含んだ端部の反り量を測定して軸方向残留応力を求めてきた。この時、線材１００の表面と中心部に存在する軸方向残留応力を正確に解放させるために、線材１００の長手方向と法線との双方に沿って、細い切れ目１０１を前記線材１００に入れる必要がある。

また、特許文献１に示されているように、線材１００を切断して、前述した残留応力を測定する方法は、線材１００の外径が大きい場合に比較的簡易に実施・測定が可能である。しかしながら、線材１００の直径が０．５ｍｍ以下の場合では、機械的な加工が困難になるとともに、切断時に生じる機械的な変形によって線材１００の残留応力が変化する。このため、このような切断する方法や切り裂きにする加工方法は外径０．５ｍｍ以下の線材１００には実際上適用しがたいものであった。

一方、被測定物が、厚み０．１ｍｍ以下の箔の場合には、特許文献２に示されているとおり、他の金属を被覆することによって残留応力を測定・評価することが可能となる。しかしながら、線材１００の場合には、前述した特許文献２に示された方法も利用することができない。

Ｘ線等により結晶格子間隔を測定することによって残留応力を求める方法は、特定部位毎に残留応力量を特定できるため、定量的な残留応力の測定法として主流である。ところが、Ｘ線など放射線の侵入深さとスポット径の関係から、対象となる線材１００の線径が限られる。例えば、Ｘ線を用いて残留応力を測定する方法では、Ｘ線のスポット径が数十μｍから数百μｍであるため、当然の事ながら被測定物または被測定物の測定部位がそれ以上の大きさであることが必要である。また、スポット径を小さくすると測定時間が長くなるため、前述したＸ線等により残留応力を求める方法は、一般的には直径が数ｍｍの線材１００に対してのみ適用されてきた。

線材１００の残留応力を求める方法としては、多数のワイヤを巻き付けた集合ワイヤにおける残留応力を測定する方法もある。しかしながら、この方法では、軸方向、半径方向、円周方向に存在する残留応力を特定できず、多数本ワイヤの集合情報として得られるのみであった。

また、Ｘ線の侵入深さが数μｍから数十μｍであるため、観察対象が線材１００の中心部である場合は、エポキシ樹脂などで埋め込んだ被測定物としての線材１００を、研磨して測定面を露出させるなど試料調製が必要であった。線材１００の直径が０．５ｍｍ以下である場合は、この点においても試料調製に難があり不利であるといえる。
特公平５−４０１２号公報 特開２００３−３１５１７１号公報

したがって、本発明の目的は、線材の残留応力を確実に測定することを可能とする線材の残留応力測定方法及び線材の残留応力測定装置を提供することにある。特に、極細の線材、とりわけ金属（合金を含む）からなる極細の丸線の残留応力を正確かつ確実に測定することを可能にする線材の残留応力測定方法及び線材の残留応力測定装置を提供することにある。

前述した課題を解決し目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の線材の残留応力測定方法は、線材の残留応力を推測する際に、集束イオンビームを前記線材の端面を含む部分から長手方向に沿って中央部に向かって、所定の長さ毎、順にずらしながら照射して、前記所定の長さ毎、前記線材の一部を順次除去することにより、順次除去されることで残存した部分が生じる反り量を測定することを特徴としている。

請求項２に記載の本発明の線材の残留応力測定方法は、線材の残留応力を推測する際に、集束イオンビームを用いたスパッタリングによって該線材の端面から長手方向に沿って該線材の一部を所定の長さに除去した後、前記端面を含みかつ所定長さの一部が除去されることで残存した部分が生じる反り量を測定する、という除去・測定工程を繰り返すことを特徴としている。

請求項３に記載の本発明の線材の残留応力測定方法は、請求項１または請求項２に記載の線材の残留応力測定方法において、前記線材の一部を除去する際に、該線材半径方向の半分を除去することによって、該線材はその軸芯を含んだ平面が露出し、そして残存部分はその半断面を持つ柱状をなすことを特徴としている。

請求項４に記載の本発明の線材の残留応力測定方法は、線材の残留応力を推測する際に、集束イオンビームを前記線材の中央部に位置する部分から長手方向に沿って、所定の長さ毎、順にずらしながら照射して、前記所定の長さ毎、前記線材中央部の一部を順次除去した後、この一部が除去された部分の中央を切断し、そしてこの切断によって生じた該線材の端面を含みかつ一部が除去されることで残存した部分の反り量を測定することを特徴としている。

請求項５に記載の本発明の線材の残留応力測定方法は、請求項１又は請求項４記載の線材の残留応力測定方法において、前記反り量をｈ、該線材のヤング率をＥ、前記線材の外径をＤ、および前記残存した部分の長さをｌとして、前記線材の残留応力σを、σ＝０．２８７８×Ｅ×Ｄ×２ｈ／ｌ2と推定することを特徴としている。

請求項６に記載の本発明の線材の残留応力測定方法は、請求項１ないし請求項５のうちいずれか一項に記載の線材の残留応力測定方法において、前記線材は、その外径が１〜１００μｍであることを特徴としている。

請求項７に記載の本発明の線材の残留応力測定方法は、請求項１ないし請求項５のうちいずれか一項に記載の線材の残留応力測定方法において、前記線材は、その外径が３〜５０μｍであることを特徴としている。

請求項８に記載の本発明の線材の残留応力測定装置は、線材の残留応力を推測する際に用いられる線材の残留応力測定装置において、該線材の一端または両端を支持するフォルダと、イオン源、集光レンズ及び偏向電極を少なくとも備え、該線材の長手方向に対し直交する方向から該線材の表面にイオンビームを加速集束させて、前記線材の長手方向に沿って、所定の長さ毎、順にずらしながら照射して、前記所定の長さ毎、前記線材の一部を順次除去して、前記線材の端面を含みかつ一部が除去されることで残存した部分を反らせる加工手段と、前記線材の表面を所定の長さ毎に観察する観察手段と、前記線材の端面を含みかつ一部が除去されることで残存した部分が生じる反り量を測定する手段と、を含むことを特徴としている。

請求項９に記載の本発明の線材の残留応力測定装置は、線材の残留応力を推測する際に用いられる線材の残留応力測定装置において、該線材の一端または両端を支持するフォルダと、イオン源、集光レンズ及び偏向電極を少なくとも備え、該線材の長手方向に対し直交する方向から該線材の表面にイオンビームを加速集束させて照射することによって該線材の端面から長手方向に沿って該線材の一部を所定の長さ毎に順次除去する加工手段と、前記線材の表面を所定の長さ毎に観察する観察手段と、前記端面を含みかつ所定長さが除去されることで残存した部分が生じる所定の長さ毎の反り量を測定する測定手段と、を含むことを特徴としている。

本発明に適用できる線材は、断面形状が円形、八角形、六角形あるいは四角形等でも可能であるが、断面形状が円形の線材は、どの直径方向からでも線材の一部を順次除去することができるので、位置決めが容易となり好ましい。本発明の方法などで品質管理された極細の線材は、集積回路とリードとの接続に適している。

請求項１に記載の本発明は、端面から長手方向に沿って線材の一部を除去するので、線材が極細線の場合でも容易に加工ができる。したがって、極細線の残留応力を確実に測定できる。

このように、本発明による極細線の軸方向残留応力測定方法によれば、従来のＸ線回折のような集合情報としての残留応力ではなく、被測定物としての線材が極細線である場合にも、該極細線がもつ軸方向残留応力を簡易迅速に定量化することができる。このため、従来、知ることができなかった線材内部の欠陥を視覚認識することができるので、ロット間のばらつき等を抑制することができる。

しかも、この軸方向残留応力測定法はスリット法に比べて信頼性の高い値が得られる。スリット法では機械的に分割を行うため、スリット加工時にも加工応力を生じてしまいがちである。ところが、例えば、集束イオンビームを用いた場合、例えばガリウム（Ｇａ）イオンの衝突によって生じるイオンビーム・ダメージ層は表面層から数十ｎｍの深さであるので、残留応力は削り取られずに残った極細材全体に対して数μｍ〜数十μｍの厚さ領域に発生しているのみである。よって、全体に占めるイオンビーム・ダメージ層の割合が１％以下と小さいので、イオンビーム・ダメージ層の影響をほとんど無視することができる。また、二次電子像（ＳＩＭ像）で観察しながらスパッタリングするので、丸線等の線材を正確に半分に切り取ることができ、軸方向残留応力の導出式により近づけることができるという利点がある。

請求項１に記載の本発明は、長手方向に沿って中央部から線材の一部を除去するので、線材が極細線の場合でも容易に加工ができ、除去作業中に残留応力の反りを発生させることがほとんどない。したがって、極細線の残留応力を確実に測定できる。

請求項１に記載の本発明は、所定の長さ毎に線材から一部を除去するので、線材から一部を長手方向に沿って確実に除去できる。したがって、極細線の残留応力を確実に測定できる。

請求項１に記載の本発明は、端面から長手方向に沿って線材の一部を除去するので、線材が極細線の場合でも容易に加工ができる。したがって、極細線の残留応力を確実に測定できる。
請求項３に記載の本発明は、軸芯を含んだ平面が露出するように線材から半径方向の半分を除去して、残存部分が半断面を持つ柱状に形成するので、正確な残留応力を測定することを可能とする試験片を作成することができる。

請求項４に記載の本発明は、長手方向に沿って中央部から線材の一部を除去するので、線材が極細線の場合でも容易に加工ができ、除去作業中に残留応力の反りを発生させることがほとんどない。したがって、極細線の残留応力を確実に測定できる。

請求項６に記載の本発明は、線材の外径が１〜１００μｍであるので、集積回路とリードとを接続する極細線の残留応力を確実に測定できる。

請求項７に記載の本発明は、線材の外径が３〜５０μｍであるので、集積回路とリードとを接続する極細線の残留応力を確実に測定できる。

請求項８及び請求項９に記載の本発明は、集束イオンビームを用いるので、線材の全体に占めるイオンビーム・ダメージ層の割合が１％以下と小さいので、イオンビーム・ダメージ層の影響をほとんど無視することができる。また、観察手段で観察しながらスパッタリングするので、丸線等の線材を正確に半分に切り取ることができる。しかも、極細線の残留応力を正確に測定することが可能となる。

以下、本発明の第１の実施形態にかかる試験片の作成方法、線材の残留応力測定方法、試験片の作成装置及び線材の残留応力測定装置を、図１ないし図５に基づいて説明する。

本実施形態では、直径が例えば２５μｍの極細線１の軸方向残留応力を測定する。極細線１は、例えば、純度が９９．９９％の金からなり、断面円形に形成されている。極細線１は、図１に示すように、一端が集積回路としてのＩＣチップ２と接続し、他端が印刷配線板３の導体パターン４と接続されるリード５と接続する。ＩＣチップ２は、極細線１によりリード５に接続されて、樹脂６でモールドされる（覆われる）。

印刷配線板３は、絶縁性の基板７と、該基板７上に貼り付けられた銅などからなる導体パターン４と、を備えている。リード５は、半田などを用いたろう付けにより、印刷配線板３の導体パターン４に取り付けられる。

前述した極細線１は、一端が集積回路としてのＩＣチップ２と接続し、他端が印刷配線板３の導体パターン４と接続されるリード５と接続して、所謂、ＩＣチップ２とリード５とを接続するワイヤボンディングに用いられる。このように、極細線１は、ＩＣチップ２を、印刷配線板３との接続に用いられるリード５に取り付けるために用いられる。

前述した極細線１の軸方向残留応力を測定する際には、スパッタリング法や、微細エッチング法等によって、極細線１から一部を除去して、図５などに示された試験片２０を作成することもできるが、好ましくは図２に示すガリウムイオン、金イオン、ビスマスイオン等を用いた集束イオンビーム装置８を備えた線材の残留応力測定装置（本発明の試験片の作成装置にも相当する）２１を用いる。特に好ましくは、輝度が高く、エネルギー幅の狭い液状金属としてのガリウムイオン源が使われる。

線材の残留応力測定装置２１は、図２に示すように、フォルダ９と、ステージ駆動装置２２と、加工手段としての集束イオンビーム装置８と、観察手段としての二次荷電粒子検出器２３と、制御手段としての制御装置２４と、入力操作部２５と、表示手段としてのディスプレイ２６と、を備えている。

フォルダ９は、極細線１の一端または両端を支持する。ステージ駆動装置２２は、フォルダ９を後述するイオンビームＢと互いに直交する２方向に沿って移動自在に支持する。

集束イオンビーム装置８は、Ｇａイオン源１０と、イオン光学系２７と、を備えている。Ｇａイオン源１０は、高周波や強磁場、アーク放電により液体ガリウム（Ｇａ）からなるイオンビームＢ（図２に示す）を発生する。イオン光学系２７は、集光レンズ１１と、偏向電極１２とを備えている。集光レンズ１１と偏向電極１２とを含むイオン光学系２７は、Ｇａイオン源１０からのイオンビームＢを加速集束させて、フォルダ９に保持された極細線１に照射する。集束イオンビーム装置８は、フォルダ９に支持された極細線１の長手方向に対し直交する方向から該極細線１の表面にイオンビームＢを加速集束させて照射することによって、極細線１の後述する部分１３ａ，１３ｂを順次除去する。

二次荷電粒子検出器２３は、極細線１からの二次粒子を検出することで、フォルダ９に支持された極細線１を撮像する（極細線１の加工表面を観察する）。二次荷電粒子検出器２３は、撮像して得た極細線１の画像を制御装置２４を介してディスプレイ２６に向かって出力する。

制御装置２４は、周知のＲＡＭ、ＲＯＭ及びＣＰＵなどを備えたコンピュータである。制御装置２４は、集束イオンビーム装置８、ステージ駆動装置２２、二次荷電粒子検出器２３、入力操作部２５及びディスプレイ２６と接続して、これらの動作を制御することで、線材の残留応力測定装置２１の制御をつかさどる。また、制御装置２４は、二次荷電粒子検出器２３の撮像して得た画像から後述する残存した部分（残存部分にも相当する）１５の長さｌと、反り量ｈを測定し、後述する式１に基づいて、極細線１即ち試験片２０の残留応力を測定（推測）する。二次荷電粒子検出器２３と制御装置２４は、本発明の反り量ｈを測定する手段をなしている。

入力操作部２５は、ボタンやジョイスティックなどを備えている。入力操作部２５は、極細線１の外径Ｄ、イオンビームＢのビーム種、イオンビームＢを照射する箇所などを制御装置２４に入力することができる。

ディスプレイ２６は、二次荷電粒子検出器２３が撮像して得た画像と、該画像中のイオンビームＢを照射する箇所などを表示する。

線材の残留応力測定装置２１の集束イオンビーム装置８は、融点が２９．７℃と低く、蒸気圧も１０^-10Ｐａと低く、かつ、長時間安定して動作できる等の理由から前述した液体ガリウム（Ｇａ）を用いる。線材の残留応力測定装置２１の集束イオンビーム装置８は、ガリウム（Ｇａ）イオンを数百ｅＶ〜数十ｋｅＶのエネルギーで極細線１の表面を照射する。

線材の残留応力測定装置２１の集束イオンビーム装置８は、ガリウム（Ｇａ）イオンの衝突によって極細線１の表面の金属原子を削り取る。このように、線材の残留応力測定装置２１は、集束イオンビーム装置８を用いて極細線１の表面を、ドライエッチング（スパッタリング）する。集束イオンビーム装置８は、３０ｋＶ内外の加速電圧で印加して極細線１の直角方向からスパッタリングしていくと、極細線１を構成する材料をその表面から削り取っていくことができる。

線材の残留応力測定装置２１では、このスパッタリングしている領域を二次荷電粒子検出器２３で得た画像としての二次電子像（ＳＩＭ）で観察しながら加工ができるので、極細線１の半径方向の半分の領域（即ち略半径分の領域）を正確に削り取ることができる。また、集束イオンビーム装置８は、ビーム種を変更することで加工精度を調整できるため、極細線１の半径方向の半分の領域だけを精密に削り取ることで、前述のスリット法と同様に残留応力を求めることができる。

前述した線材の残留応力測定装置２１を用いて、極細線１の軸方向残留応力を測定する際には、まず、フォルダ９に極細線１を支持させる。そして、入力操作部２５を操作して、図３（ａ）中の点線で示す極細線１の端面１ａを含む部分１３ａ（一部に相当）にイオンビームＢを照射する。このとき、極細線１の軸芯Ｐに、前述した部分１３ａの縁を重ねる。さらに、前述した部分１３ａの長さは、加工後の反りを考慮して徐々に削ることが望ましく、好ましくは外径の２倍以内とし、ここでは例えば５０μｍなどの所定の長さになっている。

その結果、前述した部分１３ａ（半径方向の半分に相当する）を極細線１から削り取ることとなる。その後、入力操作部２５を操作して、図３（ｂ）中の点線で示すように、イオンビームＢを照射する部分１３ｂ（一部に相当）を、極細線１の長手方向に沿って該極細線１の中央部に向かってずらす。そして、図３（ｃ）に示すように、前述した部分１３ｂを、更に、極細線１から削り取る。このように、端面１ａを含んだ部分１３ａから極細線１の中央部に向かって順にイオンビームを照射する部分１３ｂをずらしていくと、前記極細線１の軸芯Ｐを含んだ平面１４が露出する。

このように、線材の残留応力測定装置２１は、ドライエッチング法としての所謂集束イオンビーム加工により、極細線１の端面１ａから長手方向に沿って、該極細線１の部分１３ａ，１３ｂを順次除去する。また、集束イオンビーム装置８は、前述した所定の長さ毎に極細線１から部分１３ａ，１３ｂを順次除去する。また、集束イオンビーム装置８は、極細線１から除去される部分１３ａ，１３ｂが、略半円柱状となるように、極細線１から部分１３ａ，１３ｂを除去する。なお、半円柱状とは、断面が略半円の柱を示している。さらに、集束イオンビーム装置８は、軸芯Ｐを含んだ平面１４が露出して、前記部分１３ａ，１３ｂが除去されることで残存した部分１５が、その半断面を持つ柱状（半円柱状）をなすように、極細線１から部分１３ａ，１３ｂを除去する。

前述した端面１ａから長手方向に沿って部分１３ａ，１３ｂが除去して、図４及び図５に示された試験片２０を作成する。試験片２０は、端面１ａを含みかつ前記部分１３ａ，１３ｂが除去されることで残存した略半円柱状の部分１５が、前述した軸方向残留応力により反り返る。

前述した部分１５の反り量ｈを制御装置２４が測定し、前記極細線１のヤング率をＥとし、極細線１の外径をＤとし、前述した残存した部分１５の長さｌを制御装置２４が測定し、以下の式１（１９８４年１１月１６日日本塑性加工学会 第２０回伸線技術分科会 「銅線の機械的性質と残留応力におよぼすダイススケールの影響」を参照）を用いて、制御装置２４が、試験片２０即ち極細線１の軸方向残留応力を測定する。なお、反り量ｈとは、前記軸芯Ｐに対し直交する方向の前記軸芯Ｐと前記残存した部分１５の端面１ａとの距離を示している。

こうして、前述した試験片２０即ち極細線１の軸方向残留応力を測定する。本実施形態によれば、端面１ａから長手方向に沿って極細線１の部分１３ａ，１３ｂを順次除去するので、極細線１でも容易に加工ができる。したがって、試験片２０即ち極細線１の残留応力を確実に測定できる。また、極細線１の残留応力を確実に測定することを可能とする試験片２０を得ることができる。

所定の長さ毎に、極細線１から部分１３ａ，１３ｂを除去するので、極細線１から部分１３ａ，１３ｂを長手方向に沿って確実に除去できる。したがって、極細線１の残留応力を確実に測定できる。

集束イオンビーム加工で極細線１から部分１３ａ，１３ｂを除去するので、極細線１から部分１３ａ，１３ｂを正確に除去できる。また、集束イオンビーム加工で極細線１から部分１３ａ，１３ｂを除去するので、極細線１に熱を付与することなく部分１３ａ，１３ｂを除去できる。このため、極細線１から部分１３ａ，１３ｂを除去する際に極細線１の残留応力に影響を与えることを防止できる。したがって、極細線１の残留応力を正確に測定できる。

極細線１から除去する部分１３ａ，１３ｂが略半円柱状となりかつ軸芯Ｐを含んだ平面１４が露出し、残存した部分１５がその半断面を持つ柱状（即ち半円柱状）をなすように、極細線１から部分１３ａ，１３ｂを除去するので、正確な残留応力を測定できる。

本発明においては、ドライエッチング法としてのスパッタリング法（前述した集束イオンビーム加工を含む）によって極細線１の外径の約半分迄の範囲を所定長さまで削りとった後、更に同一のスパッタリングを繰り返すことにより極細線１の端面１ａから所定長さまでを長く削る。極細線１にねじれや長手方向の不規則な残留応力の分布があれば２回目のスパッタリングによる極細線１の反り方向が最初のものと異なる。しかしながら、二次電子像（ＳＩＭ）で観察できるので、反りが発生しても外径の約半分迄の所定長さに正確に削り取ることが出来る。

また,本発明の極細線１は、細いほどイオンビームによる切削加工が容易になるので、１〜５００μｍ、好ましくは１〜１００μｍ、より好ましくは３μｍ〜５０μｍの線径のものが好ましい。線径がこの範囲内にあると、切削加工を短時間の内に、かつ正確に実施することができる。

次に、本発明の第２の実施形態を、図６ないし図９に基づいて説明する。なお、前述した第１の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。本実施形態の図６に示す線材の残留応力測定装置２１のフォルダ９’は、極細線１の両端を支持する。

前述した線材の残留応力測定装置２１を用いて、極細線１の軸方向残留応力を測定する際には、まず、フォルダ９’に極細線１の両端を支持させる。そして、入力操作部２５を操作して、図７（ａ）中の点線で示す極細線１の中央部に位置する部分１６ａ（一部に相当）にイオンビームＢを照射する。このとき、極細線１の軸芯Ｐに、前述した部分１６ａ（半径方向の半分に相当する）の縁を重ねる。さらに、前述した部分１６ａの長さは、外径の１／２迄を目安とし、例えば５０μｍなどの所定の長さとなっている。

その結果、前述した部分１６ａを極細線１から削り取ることとなる。その後、入力操作部２５を操作して、図７（ｂ）中の点線で示すように、イオンビームＢを照射する部分１６ｂ（一部に相当）を、極細線１の長手方向に沿ってずらして、前述した部分１６ｂ（半径方向の半分に相当する）を、更に、極細線１から削り取る。このように、極細線１の長手方向に沿って順にイオンビームＢを照射する部分１６ａ，１６ｂ…を順次ずらすと、部分１６ａ，１６ｂが極細線１から順次削り取られる。その結果、図７（ｃ）に示すように、前記極細線１の軸芯Ｐを含んだ平面１４が露出する。

このように、線材の残留応力測定装置２１は、所謂集束イオンビーム加工により、極細線１の１６ａ，１６ｂ…を長手方向に沿って順次除去する。また、集束イオンビーム装置８は、前述した所定の長さ毎に極細線１から１６ａ，１６ｂ…を除去する。また、集束イオンビーム装置８は、極細線１から除去される１６ａ，１６ｂ…が、略半円柱状となり、残存した部分１５が半断面をもつ柱状（半円柱状）をなすように、極細線１から１６ａ，１６ｂ…を順次除去する。なお、略半円柱状とは、断面が略半円の柱を示している。さらに、集束イオンビーム装置８は、軸芯Ｐを含んだ平面１４が露出するように、極細線１から１６ａ，１６ｂ…を除去する。

そして、前述した１６ａ，１６ｂ…が除去されることで残存した部分１５の例えば図７中に二点鎖線で示す中央で切断する。その結果、図８及び図９に示す試験片２０が得られる。試験片２０では、中央で切断することによって生じた端面１５ａを含んだ前述した残存した部分１５に前述した軸方向残留応力により反りが生じる。

制御装置２４が前述した部分１５の反り量ｈを測定し、前記極細線１のヤング率をＥとし、極細線１の外径をＤとし、制御装置２４が前述した残存した部分１５の長さｌを測定して、前述の式１を用いて、試験片２０即ち極細線１の軸方向残留応力を測定する。

本実施形態によれば、長手方向に沿って中央部から極細線１の部分１６ａ，１６ｂ…を順次除去するので、極細線１でも容易に加工ができる。したがって、試験片２０即ち極細線１の残留応力を確実に測定できる。また、極細線１の残留応力を確実に測定することを可能とする試験片２０を得ることができる。

所定の長さ毎に、極細線１から部分１６ａ，１６ｂ…を順次除去するので、極細線１から部分１６ａ，１６ｂ…を長手方向に沿って確実に除去できる。したがって、極細線１の残留応力を確実に測定できる。

集束イオンビーム加工で極細線１から部分１６ａ，１６ｂ…を除去するので、極細線１から部分１６ａ，１６ｂ…を正確に除去できる。したがって、極細線１の残留応力を正確に測定できる。

部分１６ａ，１６ｂ…が略半円柱状となりかつ軸芯Ｐを含んだ平面１４が露出するとともに、残存した部分１５がその半断面を持つ柱状（半柱状）をなすように、極細線１から一部を除去するので、正確な残留応力を測定できる。

（実施例１）

純度が９９．９９％の金からなり、かつ最終が直径２５μｍとなるまで伸線したときの総加工度が８７％となるように焼きなましした母材から１パス減面率が５％の加工率で加工した極細線１を用いた。集束イオンビーム装置８として、株式会社日立製作所製の集束イオン装置（型式ＦＢ・２０００Ａ）を用いた。極細線１を、１０ｍｍに切断して、フォルダ９に一方の端部を固定し、他方の端部は非固定状態とした。極細線１を、長手方向に精密に加工していくため,イオンビーム照射面と水平直角になるように極細線１の位置を調整する。極細線１の他方の端部は、精密ハサミで切断しているが、切断による加工層が残るので半径の２倍程度の長さをＭ１・５００のビーム種でスパッタリングして除去した。さらに、他方の端部の切断面を精密に加工するため、ビーム種をＭ１２００等の弱いビーム種に変更して約１〜２μｍの厚みを精密にスパッタリングして、前述した切断面を整える。集束イオンビーム装置８の加工画面で、極細線１の直径Ｄの約２倍分の２５×２＝５０μｍの部分１３ａ，１３ｂを、ビーム種Ｍ１５００でスパッタリングして削り取る。極細線１の他方の端部より約５０μｍまで削り取られた断面を整えるため,ビーム種をＭ１２００等の弱いビーム種に変更して約１〜２μｍの厚みを精密にスパッタリングする。

そして、反り量ｈを測定したところ、０．６２５μｍであった。ここで、極細線１のヤング率Ｅは８０ＧＰａであり、極細線１の直径Ｄは２５μｍであり、前述した残存部分１５の長さｌは５０．９４μｍであった。式１によると、軸方向残留応力σは、２７８ＭＰａとなった。

（実施例２）

前述した実施例１と同様に、集束イオンビーム加工によるスパッタリングを繰り返し,スパッタリングされて残存した部分１５の長さｌを、極細線１の直径Ｄの約４倍としたときの軸方向残留応力を求めた。すなわち、直径Ｄが２５μｍの極細線１の端面１ａから２５μｍ×４＝長さ約１００μｍを精密に仕上げスパッタリングした。

そして、反り量ｈを測定したところ、１．９１μｍであった。ここで、極細線１のヤング率Ｅは８０ＧＰａであり、極細線１の直径Ｄは２５μｍであり、前述した残存部分１５の長さｌは１０７．６４μｍであった。式１によると、軸方向残留応力σは、１９０ＭＰａとなった。

（実施例３）

前述した実施例１及び実施例２と同様に、集束イオンビーム加工によるスパッタリングを繰り返し、スパッタリングされて残存した部分１５の長さｌを、極細線１の直径Ｄの約６倍としたときの軸方向残留応力を求めた。すなわち、直径Ｄが２５μｍの極細線１の端面１ａから２５μｍ×６＝長さ約１５０μｍを精密に仕上げスパッタリングした。

そして、反り量ｈを測定したところ、４．４６μｍであった。ここで、極細線１のヤング率Ｅは８０ＧＰａであり、極細線１の直径Ｄは２５μｍであり、前述した残存部分１５の長さｌは１６０．５１μｍであった。式１によると、軸方向残留応力σは、１９９ＭＰａとなった。

実施形態では、軸芯Ｐを含んだ平面１４が露出するように、極細線１にスパッタリングを施している。しかしながら、本発明では、軸芯Ｐを含んだ平面１４が露出しなくてもよい。また、本発明では、集束イオンビーム加工に限定することなく、種々の方法で極細線１の部分１３ａ，１３ｂ，１６ａ，１６ｂ…を、該極細線１の長手方向に沿って除去してもよい。また、本発明では、極細線１に限定することなく、種々の直径の線材に適用することができる。

実施形態では、極細線１は、導電性の金属からなる。しかしながら、本発明では、線材は、導電性を有していれば、金属線に限定されない。本発明にかかる線材は、導電性プラスチック繊維、導電性セラミックス繊維、カーボンファイバー、金属線などの導電性を有する線材あればよい。本発明にかかる線材は、中でも、金属線であるのが最も好ましい。

また、本発明では、集束イオンビーム加工に限らず種々のドライエッチング法により極細線１から部分１３ａ，１３ｂ，１６ａ，１６ｂを順次除去してもよい。即ち種々のスパッタリング法や、レーザーアブレーション法を用いてもよい。さらに、実施形態では、制御装置が反り量ｈを測定して残留応力σを推測している。しかしながら、本発明では、作業員が、ディスプレイ２６に表示された画像から反り量ｈを測定して、残留応力σを推測しても良い。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施例に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明は、自動車のタイヤや高圧ホースなどを補強するスチールコード用金属線、集積回路やトランジスタの回路接続に用いられる金、銅、アルミニウム等の金属やこれらの合金からなる極細線、電気部品用のリード線、コイル巻線あるいはエナメル絶縁電線、その他硬鋼線、ブラスメッキ銅線、ニッケルめっき銅線、シリコンウェーハを切断する際に用いられるワイヤーソー用金属線などの線材、特にワイヤボンディングなどに用いられる極細の線材の軸方向残留応力を容易に測定できる。また、本発明の出願人は、本件発明の実施許諾の用意があることを示しておく。

本発明の第１の実施形態にかかる残留応力測定方法が施される極細線を用いてＩＣチップとリードとを接続した状態を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態にかかる残留応力測定方法で用いられる集束イオンビーム装置の概略の構成を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかる残留応力測定方法で極細線の一部を除去する工程を示す説明図である。 図３で一部が除去された極細線を示す側面図である。 図４に示された極細線の斜視図である。 本発明の第２の実施形態にかかる残留応力測定方法で用いられる集束イオンビーム装置の概略の構成を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態にかかる残留応力測定方法で極細線の一部を除去する工程を示す説明図である。 図７で一部が除去された極細線を示す側面図である。 図８に示された極細線の斜視図である。 従来の残留応力測定方法を示す説明図である。

符号の説明

１ 極細線（線材）
１ａ 端面
２ ＩＣチップ（集積回路）
３ 印刷配線板
５ リード
８ 集束イオンビーム装置（加工手段）
９，９’ フォルダ
１０ イオン源
１１ 集光レンズ
１２ 偏向電極
１３ａ，１３ｂ 部分（一部）
１４ 平面
１５ 残存した部分（残存部分）
１５ａ 端面
１６ａ，１６ｂ 部分（一部）
２０ 試験片
２１ 線材の残留応力測定装置（試験片の作成装置）
２３ 二次荷電粒子検出器（観察手段、反り量を測定する手段）
２４ 制御装置（反り量を測定する手段）
Ｐ 軸芯
ｈ 反り量
ｌ 残存した部分の長さ
Ｄ 極細線（線材）の外径
Ｅ 極細線（線材）のヤング率

Claims (9)

1. 線材の残留応力を推測する際に、集束イオンビームを前記線材の端面を含む部分から長手方向に沿って中央部に向かって、所定の長さ毎、順にずらしながら照射して、前記所定の長さ毎、前記線材の一部を順次除去することにより、順次除去されることで残存した部分が生じる反り量を測定することを特徴とする線材の残留応力測定方法。
2. 線材の残留応力を推測する際に、集束イオンビームを用いたスパッタリングによって該線材の端面から長手方向に沿って該線材の一部を所定の長さに除去した後、前記端面を含みかつ所定長さの一部が除去されることで残存した部分が生じる反り量を測定する、という除去・測定工程を繰り返すことを特徴とする線材の残留応力測定方法。
3. 前記線材の一部を除去する際に、該線材半径方向の半分を除去することによって、該線材はその軸芯を含んだ平面が露出し、そして残存部分はその半断面を持つ柱状をなすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の線材の残留応力測定方法。
4. 線材の残留応力を推測する際に、集束イオンビームを前記線材の中央部に位置する部分から長手方向に沿って、所定の長さ毎、順にずらしながら照射して、前記所定の長さ毎、前記線材中央部の一部を順次除去した後、この一部が除去された部分の中央を切断し、そしてこの切断によって生じた該線材の端面を含みかつ一部が除去されることで残存した部分の反り量を測定することを特徴とする線材の残留応力測定方法。
5. 前記反り量をｈ、該線材のヤング率をＥ、前記線材の外径をＤ、および前記残存した部分の長さをｌとして、前記線材の残留応力σを、
   σ＝０．２８７８×Ｅ×Ｄ×２ｈ／ｌ2
   と推定することを特徴とする請求項１又は請求項４記載の線材の残留応力測定方法。
6. 前記線材は、その外径が１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか一項に記載の線材の残留応力測定方法。
7. 前記線材は、その外径が３〜５０μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか一項に記載の線材の残留応力測定方法。
8. 線材の残留応力を推測する際に用いられる線材の残留応力測定装置において、
   該線材の一端または両端を支持するフォルダと、
   イオン源、集光レンズ及び偏向電極を少なくとも備え、該線材の長手方向に対し直交する方向から該線材の表面にイオンビームを加速集束させて、前記線材の長手方向に沿って、所定の長さ毎、順にずらしながら照射して、前記所定の長さ毎、前記線材の一部を順次除去して、前記線材の端面を含みかつ一部が除去されることで残存した部分を反らせる加工手段と、
   前記線材の表面を所定の長さ毎に観察する観察手段と、
   前記線材の端面を含みかつ一部が除去されることで残存した部分が生じる反り量を測定する手段と、
   を含むことを特徴とする線材の残留応力測定装置。
9. 線材の残留応力を推測する際に用いられる線材の残留応力測定装置において、
   該線材の一端または両端を支持するフォルダと、
   イオン源、集光レンズ及び偏向電極を少なくとも備え、該線材の長手方向に対し直交する方向から該線材の表面にイオンビームを加速集束させて照射することによって該線材の端面から長手方向に沿って該線材の一部を所定の長さ毎に順次除去する加工手段と、
   前記線材の表面を所定の長さ毎に観察する観察手段と、
   前記端面を含みかつ所定長さが除去されることで残存した部分が生じる所定の長さ毎の反り量を測定する測定手段と、
   を含むことを特徴とする線材の残留応力測定装置。

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