JPH0891992A - ダイヤモンド被覆ろう付け製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 切削バイトなどの工具基体との強固な密着力
を有するダイヤモンド薄膜ろう付け製品の簡便な製造方
法を提供する。 【構成】 シリコン基板上に気相合成法によりダイヤモ
ンド薄膜を形成して得られる、シリコン基板、ダイヤモ
ンド薄膜、および気相合成中にシリコン基板とダイヤモ
ンド薄膜の間に生成するシリコンカーバイド層からなる
３層の積層体から自然剥離、研削加工、または酸による
溶解によりシリコン基板を除去し、得られるダイヤモン
ド薄膜とシリコンカーバイド層からなる２層の積層体
を、工具基体にろう付けする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンド薄膜ろう
付け製品の製造方法に関する。より詳細には切削工具、
電子基板材料などの製造において、基体にダイヤモンド
薄膜をろう付けする技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、気相合成法によるダイヤモンド薄
膜を基板にろう付けしたダイヤモンド工具が用いられて
いる。これはシリコンなどの基板上に気相合成法により
ダイヤモンド薄膜を形成し、ついで基板を研削加工など
により除去した後、銀ろうなどのろう材を介在させてス
ローアウェイチップなどの基体にろう付けしたものであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のろう付け方
法は、シリコンの基板上にダイヤモンド薄膜を形成した
後、基板をダイヤモンドディスクなどを用いて研削除去
するか、あるいはフッ化水素酸、硝酸、もしくは王水な
どの強酸性の薬液を用いて溶解除去することにより、実
質的にダイヤモンド薄膜のみとしたものを切削工具など
の基体にろう付けするものであるが、ダイヤモンド薄膜
と基体との密着力が乏しくダイヤモンド薄膜が剥離しや
すい。一方、基板上にシリコンカーバイドを形成させ、
表面をダイヤモンド砥粒を用いて粗面化した後、その上
層にダイヤモンド薄膜を形成させ、基板の一部または全
部を除去したもの(特開平6-1694号公報)が開示されてい
る。しかしこの方法によるダイヤモンド薄膜の形成は、
予め基板上にシリコンカーバイドを形成させるために皮
膜形成の条件を厳密に制御する必要があり、煩雑な作業
を必要とする。本発明は、煩雑な作業を必要とせずにシ
リコンカーバイド層を有するダイヤモンド薄膜をシリコ
ン基板上に形成させた後シリコン基板を除去し、シリコ
ンカーバイド面と工具などの基体面が当接するようにろ
う付けすることからなる、工具などの基体との強固な密
着力を有するダイヤモンド薄膜ろう付け製品の製造方法
を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、気
相合成法によりシリコン基板上に、シリコンカーバイド
層を介してダイヤモンド層を被覆した積層体を形成し、
この積層体からシリコン基板のみを除去し、残存する薄
膜をシリコンカーバイド層を接着面にして基体にろう付
けすることを特徴としている。そして積層体からシリコ
ン基板を除去する方法として、ダイヤモンド層を被覆す
る際にこのダイヤモンド被覆層中に応力を残存させてお
き、ダイヤモンド薄膜とシリコン基板の界面に生じる応
力により自然剥離させる、あるいはシリコン基板を機械
研削する、さらにシリコン基板をフッ化水素酸と硝酸の
混合液で溶解させる、などの方法を用いることが可能で
ある。

【０００５】

【作用】本発明の製造方法においては、シリコン基板上
に気相合成法を用いてダイヤモンド薄膜を形成させる
が、予め特にシリコン基板上にシリコンカーバイドを形
成させるための操作を必要とせず、ダイヤモンド薄膜を
形成させる条件で操作するのみで、ダイヤモンド薄膜形
成中にシリコン基板とダイヤモンド薄膜との間に薄いシ
リコンカーバイド層が生成する。シリコンカーバイドと
ダイヤモンド薄膜との密着力は、シリコン基板とダイヤ
モンド薄膜との密着力よりも優れており、シリコン基板
を除去した後に残存する前記の薄いシリコンカーバイド
層をダイヤモンド薄膜と工具などの基体との間に介在さ
せてろう付けすることにより、特に積極的に厚いシリコ
ンカーバイド皮膜を形成させなくとも、工具などの基体
との強固な密着力を有するダイヤモンド薄膜ろう付け製
品を得ることができる。

【０００６】ダイヤモンド薄膜を形成させた後、シリコ
ン基板を除去する方法としては、 (1) ダイヤモンド薄膜をシリコン基板上に形成させる際
に、シリコン基板温度、炭素源となる気体濃度などの条
件を制御し、ダイヤモンド薄膜中に引張応力を、シリコ
ン基板中に圧縮応力を生ぜしめ、ダイヤモンド薄膜とシ
リコン基板との界面に生じる応力によりダイヤモンド薄
膜を自然剥離させる。 (2) ダイヤモンドディスクなどにより研削加工し除去す
る。 (3) フッ化水素酸と硝酸の混合液を用いて溶解除去す
る。 などの方法を採用できる。

【０００７】上記のようにして得られたダイヤモンド薄
膜とシリコンカーバイド層からなる２層の積層体を、シ
リコンカーバイド層と工具などの基体が当接するように
して前記積層体を工具などの基体に銀ろうなどのろう材
を用いてろう付けする。

【０００８】

【実施例】以下、実施例により、本発明をより詳細に説
明する。まず、シリコン基板を準備する。基板は薄いほ
うが好ましいが、取扱いの容易さ、および強度の点から
通常は0.1〜2mm程度、好ましくは0.2〜1mm程度とする。
また基板の面積はろう付けされるダイヤモンド薄膜の大
きさ（面積）が小さい場合は10〜 100個分をまとめて一
度で処理するために大きい基板を用いるが、大きいダイ
ヤモンド薄膜を用いる場合はその大きさおよび形状の基
板を準備する。本実施例では厚さ0.50mm、12mm角の基板
15個を一度で処理した。

【０００９】つぎに、前記基板上にダイヤモンド薄膜を
形成させる気相合成法としては、熱電子放射材法、直流
アーク放電法、直流グロー放電法、マイクロ波放電法、
あるいは高電波放電法など、任意の方法を採用し得る。
シリコン基板上に気相合成法によりダイヤモンド薄膜を
形成させると、目的とするダイヤモンド薄膜の下層のシ
リコン基板との界面にシリコンカーバイドの薄層も同時
に生成する。 実施例１ 実施例１においてはマイクロ波放電法を用いて、基板を
強制水冷しながら水素流量100ml/min、メタン流量7.5ml
/min、作動圧力110Torr、放電電力1200Ｗとして100時間
を要して350μmの厚さのダイヤモンド膜を形成させた。
この場合、シリコン基板とダイヤモンド膜の間に10nmの
厚さのシリコンカーバイド層が生成した。気相合成法に
より形成したダイヤモンド薄膜の表面は比較的凹凸が激
しいので、場合により、この段階で通常のレーザー加工
に使用されるＹＡＧレーザーやダイヤモンドディスクな
どを用いて表面研磨を行ってもよい。

【００１０】上記のようにして得られたダイヤモンド薄
膜が被覆されたシリコン基板は、シリコン基板、ダイヤ
モンド薄膜、および気相合成中にシリコン基板とダイヤ
モンド薄膜の間に生成した薄いシリコンカーバイド層か
らなる３層構造の積層体である。この３層構造の積層体
からシリコン基板を除去し、ダイヤモンド薄膜とシリコ
ンカーバイド層からなる２層構造の積層体とする。シリ
コン基板を除去する方法としては、前述したように下記
に示す方法を採用できる。すなわち、 (1) ダイヤモンドディスクなどにより研削加工し除去す
る。 (2) フッ化水素酸と硝酸の混合液を用いて溶解除去す
る。シリコンカーバイドはこれらの強酸には事実上溶解
しない。 実施例１においては、積層体を常温のフッ化水素酸20重
量%、硝酸20重量、および水60重量%からなる混酸の水溶
液に浸漬してシリコンを溶解除去した。

【００１１】実施例２ 実施例２においては基板温度を880℃、水素流量 3ml/mi
n、メタン流量97ml/min、作動圧力90Torr、放電電力1250
Ｗとして90時間を要して300μmの厚さのダイヤモンド膜
を形成させた。得られた積層体を常温まで冷却するとシ
リコン基板が粉々に破壊し、シリコン基板とダイヤモン
ド膜の界面で剥離を生じた。この場合、剥離はシリコン
カーバイド層とシリコン基体の界面で生じ、シリコン基
板は殆ど全てが剥離し、シリコンカーバイド層は全てダ
イヤモンド薄膜に付着して残存しており、8nmの厚さのシ
リコンカーバイド層を有するダイヤモンド膜が得られ
た。

【００１２】以上のようにして、ダイヤモンド薄膜とシ
リコンカーバイド層からなる２層構造の積層体が得られ
る。得られた積層体にはここでダイヤモンド面にＹＡＧ
レーザー、またはダイヤモンドディスクを用いて表面研
磨を施す。さらに、レーザーまたはダイヤモンドディス
クを用いて所望の大きさ、形状に切り出す。本実施例１
および２においては積層体のダイヤモンド面をダイヤモ
ンドディスクを用いて表面研磨した後、ＹＡＧレーザー
により 3mmの小片に切り出した。

【００１３】切り出した小片状のチップは、銀ろうなど
のろう材を用いて切削バイトにろう付けされる。ろう材
としては銅−銀−チタン系の活性ろう材を用い、真空雰
囲気でろう付けすることが好ましい。本実施例において
は上記の 3mmの小片に切り出した積層体を WESGO社製活
性ろう材（CUSIL-ABA(AG:63%、Cu:35.25%、Ti:1.75%(いず
れも重量％)、液相点:815℃)）を用い、超硬合金製切削
バイト(JIS K10、TNGA160404R)に当接し、1×10^-4〜1×
10^-6Torr程度の真空容器中で高周波誘導加熱装置により
830〜850℃の温度で20秒間加熱して接着し、ダイヤモン
ド薄膜被覆切削バイトとした。

【００１４】上記のようにして得られるダイヤモンド薄
膜被覆切削バイトは、３層構造のダイヤモンド薄膜被覆
積層体からシリコン基板を除去して露出したシリコンカ
ーバイド層を切削バイトに当接してろう付しており、こ
のシリコンカーバイド層とろう材との濡れ性が良好であ
るために強固な密着力が得られる。

【００１５】

【発明の効果】本発明の製造方法によればダイヤモンド
薄膜の気相合成過程でシリコン基板上に生成するシリコ
ンカーバイド層を有効に活用し、ろう材との良好な濡れ
性を利用して切削バイトなどの工具基体に強固なろう付
けを行うことができる。前記のシリコンカーバイド層
は、ダイヤモンド薄膜の気相合成過程で諸条件をダイヤ
モンド薄膜を生成させる条件に制御するのみでシリコン
基板上に生成し、ことさらシリコンカーバイド層を生成
させるための煩雑な操作を全く必要とせず、簡便に得る
ことができる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気相合成法によりシリコン基板上に、シ
   リコンカーバイド層を介してダイヤモンド層を被覆した
   積層体を形成し、前記積層体から前記シリコン基板のみ
   を除去し、残存する薄膜をシリコンカーバイド層を接着
   面にして基体にろう付けすることを特徴とするダイヤモ
   ンド薄膜を被覆したろう付け製品の製造方法。
2. 【請求項２】 前記積層体から前記シリコン基板を除去
   するに際し、前記ダイヤモンド層を被覆する際に、この
   ダイヤモンド被覆層中に応力を残存させることを特徴と
   する請求項１記載のダイヤモンド薄膜を被覆したろう付
   け製品の製造方法。
3. 【請求項３】 前記積層体から前記シリコン基板を除去
   するに際し、シリコン基板を機械研削することを特徴と
   する請求項１または２記載のダイヤモンド薄膜を被覆し
   たろう付け製品の製造方法。
4. 【請求項４】 前記積層体から前記シリコン基板を除去
   するに際し、シリコン基板をフッ化水素酸と硝酸の混合
   液で溶解させることを特徴とする請求項１または２記載
   のダイヤモンド薄膜を被覆したろう付け製品の製造方
   法。