JP4447129B2

JP4447129B2 - Capstan roll for wire drawing machine

Info

Publication number: JP4447129B2
Application number: JP2000211511A
Authority: JP
Inventors: 信一花田
Original assignee: Tanaka Denshi Kogyo KK
Current assignee: Tanaka Denshi Kogyo KK
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2020-07-12
Also published as: JP2002028715A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属線材の伸線機に用いられるキャプスタンロールに関し、詳しくは、金属線材の高速伸線を長時間安定して行うことができるキャプスタンロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、キャプスタン型の伸線機は、１台の伸線機において複数の引抜ダイスを配置すると共に、そのダイスを通過した線材に引抜き力を与えるキャプスタンローラを各ダイスごとに配置し、各ダイスに金属線材を順次通して各パス毎に所定の断面減少率となるようにし、連続的に伸線するものである。通常、キャプスタンロールの周速を線材の速度より大きくしてキャプスタンロール外周面で線材をスリップさせ伸線を行っている。
ここで、金属線材の伸線業界においては、高速伸線を行い生産性を向上させることは、永年の課題である。
【０００３】
例えば特開平11-239814号公報には、キャプスタンの周速と線材の速度の差をスリップ速度とし、該スリップ速度を所定範囲内に設定することにより、伸線時の振動や断線を防止しつつ高速で伸線する方法が開示されている。
【０００４】
また特開平5-23729号公報には、ダイスをダイスホルダー内に特定の振動数比を有するバネ材を用いて固定することにより、伸線時の断線や振動を防止しつつ高速で伸線する方法が開示されている。
【０００５】
また特開平7-164039号公報には、キャプスタンロール外周面に硬質クロムめっきを施すと共に、キャプスタンロール外周面の中心線平均粗さ（Ｒａ）を０．５μｍ以下とすることにより、高速伸線を可能にすることが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、キャプスタン型の伸線機においては、高速伸線を長時間継続するうちに伸線中の線材が振動し、所謂線材のブレ現象が生じるようになる。これをこのまま放置すると、線材の進路に異常が生じて、最後は断線してしまうという問題がある。このため、通常の作業では伸線中の線材が振動し始めると伸線速度を低下させて振動を抑制するという方法がとられている。
ここで高速伸線を長時間継続することを可能にするためには、前述した従来の伸線方法、すなわちスリップ速度を制御したり、ダイスの固定方法を調整したり、キャプスタンロール外周面の粗さ（Ｒａ）を制御する手段では未だ不十分である。
特に、半導体用ボンディングワイヤとして用いられるＡｕ線、Ａｌ線、Ｃｕ線等の非鉄金属極細線の伸線に際して、高速伸線を長時間継続できなくなってくるという状況が顕著に現れてくる。
【０００７】
本発明は上述したような従来事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、伸線用金属線材として、半導体装置の製造に用いられるボンディングワイヤとしてのＡｕ線、Ａｌ線、Ｃｕ線等の非鉄金属の極細線を用い、このボンディングワイヤの伸線において高速伸線を長時間継続しても、伸線中の振動、すなわちブレ現象が生じない製造手段を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明者が鋭意検討した結果、伸線機用キャプスタンロールの表面が無孔で且つ超硬質のものを用いることにより、本発明の課題を達成できるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
すなわち本発明に係る伸線機用キャプスタンロールは、金属線材と接するキャプスタンロール外周面にセラミックス被膜が形成され、該セラミックス被膜表面が無孔性であると共に、該セラミックス被膜の硬度がＨｖ１２００以上であることを要旨とする。
【０００９】
セラミックス被膜は、金属窒化物、金属炭化物、金属炭窒化物であることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を参照して本発明を説明する。
図１、図２はキャプスタン型の伸線機を用いた伸線方法の一例を示す。
【００１１】
図1において、1は伸線用金属線材としての半導体装置製造用ボンディングワイヤのＡｕ極細線、2はダイス、３，３’はストレートタイプのキャプスタンロールである。図中、上部の矢印４方向から金属線材1を導入し、各段のダイス2により伸線加工を施し、左右のキャプスタンロール３，３’により方向を変換しながら連続的に伸線加工していく。図1では8個のダイスを示したが、ダイスの数は増減させても良い。最後に、図中下部の矢印５方向にＡｕ極細線1を導出し、巻取機(図示省略)で巻き取る。
【００１２】
図2は、キャプスタンロールとして段付きロール６，６’を用いた例を示している。キャプスタンロールの形状を変更したこと以外は図1と同様にして伸線加工を行う。
【００１３】
ここで、金属線材（本例ではＡｕ極細線）１とキャプスタンロール３，３’、６，６’のスリップの状況を説明すると、図1のストレートダイプキャプスタンロール３，３’においては、伸線最終段階での金属線材１の線速とキャプスタンロール３，３’の周速を制御している。すなわち、キャプスタンロール３，３’の周速が金属線材１の線速より２％程度早くなるようにして若干のスリップをさせながら伸線する。この時、伸線初期段階（図1の上方）では金属線材１の線速とキャプスタンロール３，３’の周速には、総加工率に対応した大きな差異が生じて、それが大きなスリップとなる。
【００１４】
図2の段付きタイプキャプスタンロール６，６’においては、加工率を考慮して各段のロール径を設定し、キャプスタンロール６，６’の周速が金属線材１の線速より２％程度早くなるようにして、各段で２％程度のスリップをさせながら伸線する。
【００１５】
本発明においては、キャプスタンロールとしてストレートタイプと段付きタイプの何れを用いてもよいが、段付きタイプの方がスリップの程度を制御できるため、好ましく用いられる。
【００１６】
本発明に用いる伸線用金属線材の材料は特に指定はないが、金属線材の直径が10〜500μｍである極細線の伸線において好ましく用いられる。更に好ましくは、線材の直径が10〜50μｍである。
また金属線材の種類にも特に指定はないが、半導体装置製造用ボンディングワイヤに用いられるＡｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｐｔやそれらに所定元素を添加した非鉄金属の伸線用として好ましく用いられる。すなわち、金属線材の種類が前記した非鉄金属であってその伸線中のブレを防止するために、本発明のキャプスタンロールを好ましく用いることができる。
【００１７】
本発明に係る伸線機用キャプスタンロールは、金属線材と接するキャプスタンロール外周面にセラミックス被膜が形成され、該セラミックス被膜が有孔層ではなく無孔層であり、且つ高硬度を有するものであることが必要である。
従来のキャプスタンロール表面は、硬質クロムめっきや溶射処理を施したものであるため、硬度が低かったり表面が多孔であり、高速伸線の長時間継続に耐えられないものであった。
【００１８】
本発明になるセラミックス被膜の材料としては、セラミックスとして通常使用される材料を用いることができ、金属またはその合金のホウ化物，窒化物，炭化物，炭窒化物，酸化物などが例示できる。
金属としては、Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｓｉ等が例示でき、その合金としては、Ｔｉ−Ａｌ，Ｔｉ−Ｃｒ，Ｔｉ−Ｗなどが例示できる。
【００１９】
上述のセラミックスの中で好ましく用いられるものは、金属またはその合金の窒化物，炭化物，炭窒化物であり、ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＡｌＮ，ＺｒＮ，ＣｒＮ，ＴｉＣｒＮ，ＴｉＭｏＣ，ＴｉＷＮなどが例示できる。
【００２０】
この中でも、厚膜になった時の安定性の面で、炭化物よりも窒化物または炭窒化物が好ましく用いられ、最も好ましくはＴｉＮ(窒化チタン)、ＣｒＮ(窒化クロム)が用いられる。
【００２１】
またこれらのセラミックス被膜は、構造用炭素鋼等心材となるキャプスタンロール表面に直接被膜を形成してもよいが、クロムめっき、ニッケルめっき、銀めっき等の下地めっきを施してその上層に形成することもできる。
【００２２】
本発明になるセラミックス被膜の硬度は、Ｈｖ１２００以上であることが必要である。従来から多用されている硬質クロムめっきは、Ｈｖ７００（ＨＲＣ６０）を下限値とし上限値Ｈｖ１０００程度で管理されていることに対し、本発明になるセラミック被膜の硬度はＨｖ１２００以上、好ましくは１８００以上として用いることが必要である。従って硬質クロムめつきのように、Ｈｖ１０００以下のものや、ＷＣの溶射被膜のようにＨｖ７５０程度のものは、本発明の課題に対して不充分である。
【００２３】
また本発明になるセラミックス被膜は、無孔性であることが必要である。該無孔性被膜は、構造用炭素鋼等心材となるキャプスタンロールに真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等のドライプレーティングにより形成する方法が好ましく用いられる。
【００２４】
一方、セラミックス粉末を焼結して製造した焼結セラミックスキャプスタンロールは、表面の有孔面積が０．１〜１％であり、また、構造用炭素鋼等心材となるキャプスタンロールにセラミックス粉末を溶射して形成した溶射セラミックス被膜は、表面の有孔面積が１〜１０％である。
キャプスタンロール表面のセラミックス被膜として、前記焼結セラミックス成形品としてのキャプスタンロールや、溶射セラミックスの被膜が形成されたキャプスタンロールを使用して高速伸線を長時間継続した場合、伸線中にブレ現象が現れて、高速伸線を長時間継続できなくなるものである。
【００２５】
このように本発明の課題に対して、被膜表面性としては、中心線平均粗さ（Ｒａ）の影響は小さく、Ｒａが０．５以下と小さな値であっても、被膜の有孔の程度を制御することが必要である。
本発明でいう有孔とは、キャプスタンロール表面において、長辺が０．１μｍ以上の孔が表面に分散しているものをいう。例えば本願発明者が、有孔性表面を有する焼結セラミックスを走査電顕観察した一例では、1辺１０μｍの正方形の範囲内に長辺０．２〜０．３μｍの孔が３〜４個存在し、有孔面積は０．１〜０．３％であり、この有孔の程度が表面に分散して生じている。
また同様に、有孔性被膜である溶射セラミックス被膜では、前記孔の長辺の大きさがこれの数倍になる。溶射被膜は、その製造方法が、粉末を高温，高圧で素地に噴射して積層する方法であるため使用する粉末が打ち付けられて偏平となり、その偏平長さが孔の長辺に相当するため、大きな孔が生じ且つ前述の様に気孔率も大きくなる。
【００２６】
従って本発明でいう無孔とは、キャプスタンロール表面において、長辺が０．１μｍ以上の孔が表面に分散して生じていないものをいう。孔が分散して生じるとは、有孔面積が０．０５％以上である。
ここで無孔について詳述すれば、ギャプスタンロール表面に分散した孔の長辺が０．０１μｍ以下のものであることが好ましく、更に好ましくは、孔と認識できるものが生じていないことである。
前述したドライプレーティングにより形成されたセラミック被膜には、孔と認識できるものは基本的には存在しないものである。
【００２７】
本発明になる硬質且つ無孔性のセラミックス被膜の形成は、通常、ドライプロセスと呼ばれる方法を用いて、真空状態で被膜形成される。その中には、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング、ＣＶＤ等の方法が例示できる。
またセラミック被膜の厚さは０．１〜５０μｍのものが好ましく用いられ、更に好ましくは０．５〜３０μｍである。
【００２８】
上記した真空蒸着法は、セラミックスを蒸発させて基材（キャプスタンロール表面）に付着させ析出させる方法である。この方法には、レーザー等高エネルギーを蒸発源としてセラミックスを直接溶融し蒸着させる方法と、反応性のガス中で金属を蒸発させ気相中で反応させながら基材上に析出させる方法がある。
またイオンプレーティング法は、真空蒸着法にプラズマ反応によるイオン化機構を付加した方法である。
スパッタリング法は、高真空にした後に反応性ガスを封入し、金属に高エネルギーの原子、分子、イオン等を衝突させ、原子を放出させて生成したセラミックスを基材に析出させる方法である。
ＣＶＤ法は、膜にしようとする材料の揮発性化合物を気化し、高温に加熱した基材上で分解、還元、酸化、置換などの化学反応を行わせて、基材の上に被膜を形成する方法である。
【００２９】
以上説明したように、本発明に係る伸線機用キャプスタンロールにおいて、キャプスタンロール外周面に形成するセラミックス被膜は、表面が無孔性であり且つ被膜の硬度がＨｖ１２００以上であることが必要である。
【００３０】
セラミックス被膜が有孔性被膜である場合、キャプスタンロール外周面に接する金属線材が削られてその孔に堆積する。また、セラミックス被膜の硬度がＨｖ１２００以下の軟らかい被膜である場合、該被膜に溝が生じて金属線材が削られて堆積する。
このように金属線材が削られて堆積すると、高速伸線を継続するうちに金属材料とキャプスタンロール表面の抵抗が増大し、金属線材のすべりが生じにくくなり、伸線中にブレ現象が現れて、高速伸線を長時間継続できなくなるものと考えられる。
【００３１】
金属線材が鉄鋼よりも、Ａｕ線，Ａｌ線，Ｃｕ線，Ｓｎ線，Ａｇ線，Ｐｄ線，Ｐｔ線やそれらに所定元素を添加した前述の半導体製造用ボンディングワイヤに用いられる非鉄金属である場合、この現象が顕著に現れる。
これら非鉄金属は鉄鋼材料と対比して軟質であるため、キャプスタンロール表面が有孔である場合は削られ易く、ロール表面の硬度が小さい場合はロール表面に発生した溝により削られ易くなるため、伸線中にブレ現象が現れて、高速伸線を長時間継続できなくなるものと考えられる。
【００３２】
特には、金属線材がＡｕ線の場合にこの現象が顕著に現れる。Ａｕ線は軟らかいために削られ易く、Ａｕ線表面に酸化物が生成しにくいためロール表面にくっつき易い。このため伸線中にブレ現象が生じ易く、高速伸線を長時間継続できにくくなるものと考えられる。
【００３３】
キャプスタンロール表面被膜として硬質クロムめっきを施したものは、硬度がＨｖ１０００以下であるため、本発明の被膜として適当でない。またキャプスタンロールとしてセラミックス焼結品を用いることは、その有孔性のために本発明のキャプスタンロールとして適当でない。またキャプスタンロール表面被膜としてセラミックスの溶射被膜を施したものは、硬度がＨｖ１０００以下であると共に、顕著な有孔性を有した被膜であるため、本発明の被膜として適当でない。
【００３４】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。
キャプスタン型伸線機を用いた伸線工程において、キャプスタンロールとして図2に示す様な段付きロールを用いて伸線作業を行なった。伸線処理に供した金属線材は半導体装置製造用ボンディングワイヤとしてのＡｕ線であり、線径が０．０３５ｍｍのものを用い、ダイス８個を用いて連続して順次伸線し、線径が０．０２５ｍｍになるまで伸線処理を行なった。潤滑剤は界面活性剤と油の混合物を用いた。この時、各段のロールで２％のすべりが発生するように加工率を設定した。
キャプスタンロールとして、機械構造用炭素鋼を材料とし機械加工を施し、その表面に、本発明のセラミック被膜になる窒化チタン薄膜、窒化クロム薄膜、炭窒化チタン薄膜、炭化チタン薄膜をそれぞれイオンプレーティング法により形成した、一対の段付きキャプスタンロールを準備した。
【００３５】
ここで、イオンプレーティング法による被膜の形成方法を説明すれば、蒸発源の金属としてＴｉまたはＣｒを用い、雰囲気ガスとしてＮ₂、Ｃ₂Ｈ₂を用いた。一度高真空に排気した容器中に雰囲気ガスを１Ｐａまで導入し、次いで陰極と陽極の問で発生させたアークプラズマから引き出されたプラズマ電子銃で蒸発源を加熱して金属を蒸発させた。その後、容器中に再度雰囲気ガスを導入し、その雰囲気中でガスプラズマを発生させた状態で真空蒸着を行い、蒸着面では金属及び雰囲気ガス成分によるセラミックス被膜を形成した。
本発明になるセラミックス被膜とその製造に用いた蒸発源の金属及び雰囲気ガスを次表１に示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
また、従来の段付きキャプスタンロールとして、本発明と同様に機械加工を施し、その表面に硬質クロムめっきの被膜を形成したものと、セラミックス焼結品として一体成形した段付きキャプスタンロールを準備した。
【００３８】
（実験例1）
キャプスタンロールとして、表面に硬質クロムめっき被膜を形成したものを用いて、最終段階の線径０．０２５ｍｍの時の線速が３００ｍ／minの速度となる様に伸線し、線のブレが生じた場合、ブレを解消できるまで線速を低下させて正常な伸線を行った。伸線開始から一定時間経過後（１時問後、３６時問後、３６０時間後、７２０0時間後）の伸線速度を計測する試験を行った。被膜の硬さとしてビッカース硬さ（Ｈｖ）を測定し、有孔性評価は１００μｍ²当たり、長辺が０．１μｍ以上の孔数を測定した。被膜厚さは膜厚測定器（蛍光Ｘ線）を用いて3点測定し、その平均値を被膜厚さとした。
被膜の測定結果及び一定時間経過後の正常な伸線時の速度を、表２中に示す。
【００３９】
（実験例２〜６）
キャプスタンロールとして、表面に硬質クロムめっき被膜を形成したものに代えて、一体成形したジルコニア（ＺｒＯ₂）製のセラミックス焼結品、または表２中に示す各種セラミック被膜としたこと以外は実験例1と同様に試験を行った。被膜の測定結果及び一定時間経過後の正常な伸線時の速度を、表２中に示す。
【００４０】
【表２】

【００４１】
キャプスタンロールの表面被膜が硬質クロムめっきである実験例１のものは、伸線作業における３６時間経過後、正常な伸線速度は２５０ｍ／minに低下し、時間の経過と共に更に正常な伸線速度が低下していくことが判る。
また、キャプスタンロールとして一体成形したジルコニア（ＺｒＯ₂）製のセラミックス焼結品を用いた実験例2のものは、伸線作業における３６０時間経過後、正常な伸線速度は２５０ｍ／minに低下し、時間の経過と共に更に正常な伸線速度が低下していくことが判る。
【００４２】
これに対し、キャプスタンロールの表面被膜が、本発明のセラミックス被膜になる窒化チタン薄膜、窒化クロム薄膜、炭窒化チタン薄膜、炭化チタン薄膜である実験例３〜６のものは、伸線作業における７２０時間経過後も、３００ｍ／minという伸線開始時と同様の高速伸線を、ブレを生じることなく維持できることが判る。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、金属線材と接するキャプスタンロール外周面に、無孔性で且つＨｖ１２００以上の硬度のセラミック被膜を形成した伸線機用キャプスタンロールとしたので、高速伸線を長時間継続しても伸線中の振動（ブレ現象）を生じることがなく、伸線作業の高速化，低コスト化に極めて有用である。
特に、半導体装置の製造に用いられるボンディングワイヤとしてのＡｕ線、Ａｌ線、Ｃｕ線等の非鉄金属の極細線の高速伸線を長時間継続することができ、半導体装置の製造の高速化，低コスト化に寄与するなど、多くの効果を奏する。
また、セラミックス被膜を金属窒化物、金属炭化物、金属炭窒化物とした場合は、無孔性、硬度などの面でより顕著な作用が得られ、前述の効果をより実効あるものとし得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ストレートタイプのキャプスタンロールを備えるキャプスタン型伸線機を用いた伸線方法の一例を示す簡略図。
【図２】段付きタイプのキャプスタンロールを備えるキャプスタン型伸線機を用いた伸線方法の一例を示す簡略図。
【符号の説明】
１：金属線材
２：ダイス
３，３’、６，６’：キャプスタンロール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a capstan roll used in a wire drawing machine for metal wires, and more particularly to a capstan roll capable of stably performing high-speed drawing of metal wires for a long time.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a capstan-type wire drawing machine has a plurality of drawing dies arranged in one wire drawing machine, and a capstan roller that applies drawing force to a wire that has passed through the die is arranged for each die. The metal wire is sequentially passed through the die so as to obtain a predetermined cross-section reduction rate for each pass, and the wire is continuously drawn. Usually, the circumferential speed of the capstan roll is made larger than the speed of the wire rod, and the wire rod is slipped on the outer peripheral surface of the capstan roll for wire drawing.
Here, in the metal wire drawing industry, it is a long-standing issue to improve productivity by performing high-speed drawing.
[0003]
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 11-239814, the difference between the peripheral speed of the capstan and the speed of the wire is defined as a slip speed, and the slip speed is set within a predetermined range to prevent vibration and disconnection during wire drawing. A method of drawing at high speed is disclosed.
[0004]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-23729 discloses that a die is fixed in a die holder by using a spring material having a specific frequency ratio, thereby drawing at a high speed while preventing disconnection and vibration during drawing. A method is disclosed.
[0005]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-164039 discloses that hard chrome plating is applied to the outer peripheral surface of the capstan roll, and the center line average roughness (Ra) of the outer peripheral surface of the capstan roll is 0.5 μm or less, so that high-speed wire drawing is performed. Making it possible is disclosed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a capstan-type wire drawing machine, the wire being drawn vibrates while continuing high-speed drawing for a long time, and a so-called wire blurring phenomenon occurs. If this is left as it is, there is a problem that an abnormality occurs in the path of the wire and the wire is finally disconnected. For this reason, in a normal operation, when the wire being drawn begins to vibrate, the drawing speed is reduced to suppress the vibration.
Here, in order to allow high-speed wire drawing to be continued for a long time, the conventional wire drawing method described above, i.e., controlling the slip speed, adjusting the die fixing method, and roughening the outer surface of the capstan roll. The means for controlling the height (Ra) is still insufficient.
In particular, in the drawing of non-ferrous metal fine wires such as Au wires, Al wires, and Cu wires used as semiconductor bonding wires, the situation that high-speed drawing cannot be continued for a long time appears remarkably.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and the object of the present invention is as a wire for drawing wire, an Au wire, an Al wire, a Cu wire as a bonding wire used for manufacturing a semiconductor device. An object of the present invention is to provide a manufacturing means that does not cause vibration during drawing, that is, a blurring phenomenon even if high-speed drawing is continued for a long time in the drawing of the bonding wire using a non-ferrous metal extra fine wire.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies by the inventor in order to achieve the above object, the inventors have obtained knowledge that the object of the present invention can be achieved by using a non-porous surface of a capstan roll for a wire drawing machine and an ultra-hard one. The present invention has been completed.
That is, in the capstan roll for a wire drawing machine according to the present invention, a ceramic film is formed on the outer peripheral surface of the capstan roll in contact with the metal wire, the surface of the ceramic film is nonporous, and the hardness of the ceramic film is Hv 1200 or more. This is the gist.
[0009]
The ceramic coating is preferably a metal nitride, a metal carbide, or a metal carbonitride.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to embodiments.
1 and 2 show an example of a wire drawing method using a capstan type wire drawing machine.
[0011]
In FIG. 1, 1 is an Au fine wire of a bonding wire for manufacturing a semiconductor device as a metal wire for wire drawing, 2 is a die, and 3 and 3 ′ are straight type capstan rolls. In the figure, the metal wire 1 is introduced from the direction of the arrow 4 at the top, wire drawing is performed with the dies 2 at each step, and the wire is continuously drawn while changing the direction with the left and

right capstan rolls

3, 3 ′. Go. Although eight dice are shown in FIG. 1, the number of dice may be increased or decreased. Finally, the Au fine wire 1 is led out in the direction of the arrow 5 at the bottom of the figure, and wound by a winder (not shown).
[0012]
FIG. 2 shows an example in which stepped rolls 6 and 6 ′ are used as capstan rolls. Wire drawing is performed in the same manner as in FIG. 1 except that the shape of the capstan roll is changed.
[0013]
Here, the slip state of the metal wire (Au fine wire in this example) 1 and the

capstan rolls

3, 3 ′, 6, 6 ′ will be described. In the straight die capstan rolls 3, 3 ′ of FIG. The wire speed of the metal wire 1 and the peripheral speed of the

capstan rolls

3 and 3 ′ at the final stage are controlled. That is, the

capstan rolls

3 and 3 ′ are drawn while being slightly slipped so that the peripheral speed of the

capstan rolls

3 and 3 ′ is about 2% faster than the linear speed of the metal wire 1. At this time, at the initial stage of drawing (upper part of FIG. 1), there is a large difference between the wire speed of the metal wire 1 and the peripheral speed of the

capstan rolls

3 and 3 ′ corresponding to the total processing rate. Become.
[0014]
In the step type capstan rolls 6 and 6 ′ in FIG. 2, the roll diameter of each step is set in consideration of the processing rate, and the peripheral speed of the capstan rolls 6 and 6 ′ is about 2% of the line speed of the metal wire 1. As soon as possible, the wire is drawn while slipping about 2% at each stage.
[0015]
In the present invention, either a straight type or a stepped type may be used as the capstan roll, but the stepped type is preferably used because the degree of slip can be controlled.
[0016]
Although the material of the metal wire for wire drawing used in the present invention is not particularly specified, it is preferably used for wire drawing of an ultrafine wire having a metal wire diameter of 10 to 500 μm. More preferably, the diameter of a wire is 10-50 micrometers.
Also, although there is no specific designation for the type of metal wire, it is used for wire drawing of non-ferrous metals in which Au, Al, Cu, Sn, Ag, Pd, Pt used for bonding wires for manufacturing semiconductor devices and to which predetermined elements are added. Preferably used. That is, the capstan roll of the present invention can be preferably used in order to prevent blurring during wire drawing when the type of the metal wire is the aforementioned non-ferrous metal.
[0017]
The capstan roll for a wire drawing machine according to the present invention has a ceramic film formed on the outer peripheral surface of the capstan roll in contact with the metal wire, and the ceramic film is not a porous layer but a non-porous layer and has high hardness. It is necessary.
Since the surface of the conventional capstan roll has been subjected to hard chrome plating or thermal spraying, it has low hardness or a porous surface and cannot withstand high-speed wire drawing for a long time.
[0018]
As the material for the ceramic coating according to the present invention, materials usually used as ceramics can be used, and examples thereof include borides, nitrides, carbides, carbonitrides, and oxides of metals or alloys thereof.
Examples of the metal include Ti, Cr, Al, Zr, Mo, W, and Si, and examples of the alloy include Ti—Al, Ti—Cr, and Ti—W.
[0019]
Among the above-mentioned ceramics, those preferably used are nitrides, carbides, and carbonitrides of metals or their alloys, and examples thereof include TiN, TiCN, TiAlN, ZrN, CrN, TiCrN, TiMoC, and TiWN.
[0020]
Among these, nitride or carbonitride is preferably used rather than carbide, and most preferably TiN (titanium nitride) or CrN (chromium nitride) is used in terms of stability when the film becomes thick.
[0021]
These ceramic coatings may be formed directly on the surface of the capstan roll, which will be the core material such as structural carbon steel. However, the ceramic coating should be formed on the upper layer by applying base plating such as chromium plating, nickel plating, or silver plating. You can also.
[0022]
The hardness of the ceramic coating according to the present invention is required to be Hv 1200 or more. The hard chromium plating that has been widely used in the past is controlled to have a lower limit value of Hv700 (HRC60) and an upper limit value of about Hv1000, whereas the hardness of the ceramic coating according to the present invention is used as Hv1200 or more, preferably 1800 or more. It is necessary. Accordingly, those having a Hv of 1000 or less, such as hard chrome plating, and those having a Hv of about 750, such as a WC sprayed coating, are insufficient for the problem of the present invention.
[0023]
The ceramic coating according to the present invention must be nonporous. The nonporous coating is preferably formed by a dry plating method such as vacuum deposition, ion plating or sputtering on a capstan roll serving as a core material such as structural carbon steel.
[0024]
On the other hand, the sintered ceramic capstan roll produced by sintering ceramic powder has a surface pore area of 0.1 to 1%, and the ceramic powder is sprayed onto the capstan roll which becomes a core material such as structural carbon steel. The thermally sprayed ceramic coating formed as described above has a porous area of 1 to 10% on the surface.
When a capstan roll as a sintered ceramic molded product or a capstan roll with a sprayed ceramic coating is used as the ceramic film on the surface of the capstan roll, high-speed wire drawing is continued for a long time. Appears, and high-speed wire drawing cannot be continued for a long time.
[0025]
As described above, the film surface property is less influenced by the center line average roughness (Ra), and even if Ra is a small value of 0.5 or less, the degree of porosity of the film. It is necessary to control.
In the present invention, the term “perforated” refers to a surface in which holes having a long side of 0.1 μm or more are dispersed on the surface of the capstan roll. For example, in the example in which the inventor of the present application observes a sintered ceramic having a porous surface by scanning electron microscope, there are 3 to 4 holes having a long side of 0.2 to 0.3 μm in a 10 μm side. The perforated area is 0.1 to 0.3%, and the degree of the perforation is dispersed on the surface.
Similarly, in the case of a thermal sprayed ceramic coating which is a porous coating, the size of the long side of the hole is several times this. Since the thermal spray coating is a method in which the production method is a method of spraying and laminating powder onto a substrate at a high temperature and high pressure, the powder to be used is flattened and the flat length corresponds to the long side of the hole. Large pores are formed and the porosity is increased as described above.
[0026]
Therefore, the term “non-porous” as used in the present invention means that no pores having a long side of 0.1 μm or more are dispersed on the surface of the capstan roll. The fact that the pores are dispersed means that the perforated area is 0.05% or more.
Here, in detail about the non-hole, it is preferable that the long side of the hole dispersed on the surface of the gapstan roll is 0.01 μm or less, and more preferable that no hole can be recognized. .
In the ceramic coating formed by the dry plating described above, what can be recognized as a hole basically does not exist.
[0027]
The hard and non-porous ceramic coating according to the present invention is usually formed in a vacuum state using a method called a dry process. Among them, methods such as vacuum deposition, ion plating, sputtering, and CVD can be exemplified.
The thickness of the ceramic coating is preferably from 0.1 to 50 μm, more preferably from 0.5 to 30 μm.
[0028]
The vacuum deposition method described above is a method in which ceramics are evaporated and deposited on a base material (capstan roll surface) to be deposited. This method includes a method of directly melting and depositing ceramics using high energy such as a laser as an evaporation source and a method of depositing on a substrate while reacting in a gas phase by evaporating a metal in a reactive gas.
The ion plating method is a method in which an ionization mechanism by a plasma reaction is added to the vacuum deposition method.
The sputtering method is a method in which a reactive gas is sealed after a high vacuum is applied, a high-energy atom, molecule, ion, or the like collides with a metal, and the generated ceramic is deposited on a substrate.
In the CVD method, a volatile compound of the material to be filmed is vaporized and a chemical reaction such as decomposition, reduction, oxidation, or substitution is performed on the substrate heated to a high temperature to form a film on the substrate. It is a method to do.
[0029]
As described above, in the capstan roll for a wire drawing machine according to the present invention, the ceramic coating formed on the outer peripheral surface of the capstan roll needs to have a non-porous surface and a coating hardness of Hv 1200 or more. .
[0030]
When the ceramic film is a porous film, the metal wire material in contact with the outer peripheral surface of the capstan roll is shaved and deposited in the hole. Further, when the ceramic coating is a soft coating having a hardness of Hv 1200 or less, a groove is formed in the coating, and the metal wire is shaved and deposited.
When the metal wire is scraped and accumulated in this way, the resistance of the metal material and the capstan roll surface increases while continuing high-speed wire drawing, and it becomes difficult for the metal wire to slip, and a blurring phenomenon appears during wire drawing. It is considered that high-speed wire drawing cannot be continued for a long time.
[0031]
In the case where the metal wire is a non-ferrous metal used for the semiconductor manufacturing bonding wire described above in which a predetermined element is added to Au wire, Al wire, Cu wire, Sn wire, Ag wire, Pd wire, Pt wire, and the like, rather than steel. This phenomenon appears remarkably.
Since these non-ferrous metals are soft compared to steel materials, if the capstan roll surface is perforated, it is easy to scrape, and if the roll surface hardness is small, it is likely to be scraped by grooves generated on the roll surface. It is thought that a blurring phenomenon appears during wire drawing, and high-speed wire drawing cannot be continued for a long time.
[0032]
In particular, this phenomenon appears remarkably when the metal wire is Au wire. Since the Au wire is soft, it is easy to scrape, and since it is difficult for oxides to form on the Au wire surface, it is likely to stick to the roll surface. For this reason, it is considered that a blurring phenomenon is likely to occur during wire drawing and it is difficult to continue high-speed wire drawing for a long time.
[0033]
A capstan roll surface coating that has been subjected to hard chromium plating is not suitable as a coating of the present invention because the hardness is Hv1000 or less. Also, using a ceramic sintered product as the capstan roll is not suitable as the capstan roll of the present invention because of its porosity. A capstan roll surface coating with a ceramic spray coating is not suitable as the coating of the present invention because it has a hardness of Hv1000 or less and has a remarkable porosity.
[0034]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples.
In a wire drawing process using a capstan type wire drawing machine, a wire drawing operation was performed using a stepped roll as shown in FIG. 2 as a capstan roll. The metal wire used for the wire drawing process is an Au wire as a bonding wire for manufacturing a semiconductor device. The wire has a wire diameter of 0.035 mm and is drawn successively and sequentially using 8 dies. The wire drawing process was performed until it became 0.025 mm. As the lubricant, a mixture of a surfactant and an oil was used. At this time, the processing rate was set so that a slip of 2% was generated in each roll.
Capstan roll is machined using carbon steel for machine structure, and the surface is titanium plating thin film, chromium nitride thin film, titanium carbonitride thin film, and titanium carbide thin film that are ceramic coatings of the present invention. A pair of stepped capstan rolls was prepared.
[0035]
Here, the film forming method by the ion plating method will be described. Ti or Cr was used as the metal of the evaporation source, and N ₂ or C ₂ H ₂ was used as the atmospheric gas. Atmospheric gas was introduced up to 1 Pa into a container once evacuated to high vacuum, and then the evaporation source was heated with a plasma electron gun drawn from the arc plasma generated by the cathode and anode to evaporate the metal. Thereafter, atmospheric gas was again introduced into the container, and vacuum vapor deposition was performed in a state where gas plasma was generated in the atmosphere, and a ceramic film made of metal and atmospheric gas components was formed on the vapor deposition surface.
The ceramic coating according to the present invention, the metal of the evaporation source used in the production thereof, and the atmospheric gas are shown in Table 1 below.
[0036]
[Table 1]

[0037]
Further, as conventional stepped capstan rolls, there were prepared a stepped capstan roll which was machined in the same manner as in the present invention and formed with a hard chromium plating film on its surface and a stepped capstan roll integrally formed as a ceramic sintered product.
[0038]
(Experiment 1)
Using a capstan roll with a hard chrome plating film formed on the surface, the wire is drawn so that the wire speed at the final stage wire diameter of 0.025 mm is 300 m / min. In such a case, the wire speed was reduced until the blur was eliminated and normal wire drawing was performed. A test was conducted to measure the wire drawing speed after a certain period of time from the start of wire drawing (after 1 hour, after 36 hours, after 360 hours, after 7200 hours). Vickers hardness (Hv) was measured as the hardness of the coating, and the porosity was evaluated by measuring the number of holes having a long side of 0.1 μm or more per 100 μm ² . The film thickness was measured at three points using a film thickness meter (fluorescent X-ray), and the average value was defined as the film thickness.
Table 2 shows the measurement results of the coating and the normal drawing speed after a certain time.
[0039]
(Experimental Examples 2-6)
Experimental example 1 except that the capstan roll was replaced with a hard chrome plating film formed on the surface, and an integrally formed ceramic sintered product made of zirconia (ZrO ₂ ) or various ceramic films shown in Table 2 The test was conducted in the same manner as above. Table 2 shows the measurement results of the coating and the normal drawing speed after a certain time.
[0040]
[Table 2]

[0041]
In the experimental example 1 in which the capstan roll surface coating is hard chrome plating, the normal wire drawing speed decreases to 250 m / min after 36 hours in the wire drawing operation, and the normal wire drawing speed further increases with time. Can be seen to decline.
Further, in Example 2 using a sintered ceramic product made of zirconia (ZrO ₂ ) integrally formed as a capstan roll, the normal wire drawing speed decreased to 250 m / min after 360 hours in the wire drawing operation. It can be seen that the normal drawing speed further decreases with time.
[0042]
On the other hand, those of Experimental Examples 3 to 6 in which the capstan roll surface coating is a titanium nitride thin film, a chromium nitride thin film, a titanium carbonitride thin film, or a titanium carbide thin film that becomes the ceramic coating of the present invention is 720 in the wire drawing work. It can be seen that even after the elapse of time, high-speed wire drawing similar to that at the start of wire drawing of 300 m / min can be maintained without causing blurring.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, the present invention is a capstan roll for a wire drawing machine in which a non-porous ceramic coating having a hardness of Hv 1200 or higher is formed on the outer peripheral surface of a capstan roll that is in contact with a metal wire. Even if it continues, vibration (blurring phenomenon) during wire drawing does not occur, and it is extremely useful for speeding up and reducing the cost of wire drawing work.
In particular, high-speed drawing of ultrafine wires of non-ferrous metals such as Au wires, Al wires, and Cu wires as bonding wires used in the manufacture of semiconductor devices can be continued for a long time. There are many effects such as contributing to cost reduction.
In addition, when the ceramic coating is made of metal nitride, metal carbide, or metal carbonitride, more remarkable effects can be obtained in terms of non-porosity and hardness, and the above-described effects can be made more effective.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a simplified diagram showing an example of a wire drawing method using a capstan type wire drawing machine including a straight type capstan roll.
FIG. 2 is a simplified diagram showing an example of a wire drawing method using a capstan type wire drawing machine including a stepped type capstan roll.
[Explanation of symbols]
1: Metal wire 2: Dies 3, 3 ', 6, 6': Capstan roll

Claims

A capstan roll for a wire drawing machine for metal wire, wherein a ceramic film is formed on the outer peripheral surface of the capstan roll in contact with the metal wire, the surface of the ceramic film is non-porous, and the hardness of the ceramic film is Hv 1200 or more A capstan roll for a wire drawing machine characterized by being.

The capstan roll for a wire drawing machine according to claim 1, wherein the metal wire is a non-ferrous metal.

The capstan roll for a wire drawing machine according to claim 1 or 2, wherein the ceramic coating is a metal nitride, a metal carbide, or a metal carbonitride.