CN101318358A - 切削刀片 - Google Patents
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Abstract
一种用于切削装置的切削刀片，充分传递超声波振子产生的超声波振动。该切削装置包括保持被加工物的承片台和切削机构，该切削机构具有对该承片台所保持的被加工物进行切削的切削刀片；且该切削机构具备：旋转轴，将切削机构可旋转地支持在轴套上；刀片支架，安装在该旋转轴的端部，并设置有对该切削刀片赋予超声波振动的超声波振子，并且在外周部侧面上具有夹持该切削刀片的夹持面；以及，刀片夹持法兰，设置在该刀片支架上，并设置有对该切削刀片赋予超声波振动的超声波振子，并且在外周部侧面上具有夹持该切削刀片的夹持面；在该切削刀片的两侧面上，在由该刀片支架的该夹持面和该刀片夹持法兰的该夹持面夹持的区域中形成有紧密接触层。
Description
技术领域
本发明涉及一种切削刀片，用于对半导体晶片或光器件晶片等被加工物进行切削的切削装置。
背景技术
在半导体器件制造工序中，在大致圆板形状的半导体晶片的表面上，通过被排列成格子状的被称为分割道的预定分割线划分有多个区域，在该划分的区域中形成IC、LSI等器件。然后，通过沿分割道切断半导体晶片，由此分割形成有器件的区域而制造一个个半导体芯片。而且，通过沿分割道对在蓝宝石基板的表面上层叠有氮化镓系化合物半导体等的光器件晶片进行切断，由此分割成一个个发光二极管、激光二极管、CCD等光器件，并被广泛用于电气设备。
上述晶片的沿分割道的切断，通常通过被称为划片机(dicer)的切削装置来进行。该切削装置具有保持晶片等被加工物的承片台(chuck table)、用于切削该承片台所保持的被加工物的切削机构、以及使承片台和切削机构移动的切削进给机构。切削机构包括轴单元，该轴单元具有旋转轴、安装在该旋转轴上的切削刀片和旋转驱动旋转轴的驱动机构。在这种切削装置中，使切削刀片以20000～40000rpm的转速旋转，并且相对地切削进给切削刀片和承片台所保持的被加工物。
然而存在的问题为，形成有器件的晶片使用硅、蓝宝石、氮化硅、玻璃、钽酸锂等脆性硬质材料，当通过切削刀片进行切削时在切断面上产生缺口而降低器件品质。而且，蓝宝石等莫氏硬度高的晶片，虽然切削刀片的切削不是不可能，但是也是非常困难的。
为了解决上述问题而提出一种切削装置，在切削刀片的表面上固定超声波振子，并对该超声波振子施加交流电压，由此边对切削刀片赋予超声波振动边进行切削。(例如参照专利文献1)
专利文献1：日本特开2004-291636号公报
为了对切削刀片赋予超声波振动而通过设置有超声波振子的夹持部件夹持切削刀片，但由于切削刀片构成为通过结合剂材料或金属镀来结合磨粒，所以存在的问题为，与夹持部件的夹持面的紧密接触性差，超声波振子产生的超声波振动难以经由夹持部件而充分传递到切削刀片。
发明内容
本发明鉴于上述事实而进行，其主要技术课题是提供一种被充分传递超声波振子产生的超声波振动的切削刀片。
为了解决上述主要的技术课题，本发明提供一种用于切削装置的切削刀片，该切削装置包括保持被加工物的承片台和切削机构，该切削机构具有切削该承片台所保持的被加工物的切削刀片；并且该切削机构具备：旋转轴，将该切削机构可旋转地支持在轴套上；刀片支架，安装在该旋转轴的端部，并设置有对该切削刀片赋予超声波振动的超声波振子，并且在外周部侧面上具有夹持该切削刀片的夹持面；以及，刀片夹持法兰，设置在该刀片支架上，并设置有对该切削刀片赋予超声波振动的超声波振子，并且在外周部侧面上具有夹持该切削刀片的夹持面，该切削刀片的特征在于，
在该切削刀片的两侧面上，在由该刀片支架的该夹持面和该刀片夹持法兰的该夹持面夹持的区域中形成有紧密接触层。
优选上述紧密接触层的硬度被设定为肖氏硬度D40以上。
根据本发明，在切削刀片的两侧面上，在由刀片支架的夹持面和刀片夹持法兰的夹持面夹持的区域中形成有紧密接触层，因此，在刀片支架的夹持面和刀片夹持法兰的夹持面之间产生的滑动减少，所以作用于刀片支架以及刀片夹持法兰上的超声波振动有效地传递到切削刀片。因此，可使在径向上具有较大振幅的超声波振动作用到由刀片支架和刀片夹持法兰夹持的切削刀片上。
附图说明
图1是装备了根据本发明而构成的切削刀片的切削装置的立体图。
图2是表示图1所示的切削装置所装备的轴单元的一个实施方式的分解立体图。
图3是图1所示的切削装置所装备的轴单元的一个实施方式的要部剖面图。
图4是安装在图3所示的轴单元上的第1超声波振子的正视图。
图5是安装在图3所示的轴单元上的第2超声波振子的正视图。
图6是表示切削刀片上所形成的紧密接触层的硬度与被赋予切削刀片的超声波振动的振幅的关系的图表。
具体实施方式
下面，参照附图对根据本发明而构成的切削刀片的优选实施方式进行更详细的说明。
图1表示装备了根据本发明而构成的切削刀片的切削装置的立体图。图示的实施方式的切削装置具有大致长方体状的装置壳体2。在该装置壳体2内，保持被加工物的承片台3被设置为可在切削进给方向、即箭头X所示的方向上移动。承片台3具有吸附承片盘支持台31、和设置在该吸附承片盘支持台31上的吸附承片盘32，通过使未图示的吸引机构工作而在该吸附承片盘32上表面的保持面上吸引保持被加工物。而且，承片台3构成为可通过未图示的旋转机构旋转。另外，在承片台3上设置有夹子33，该夹子33用于固定通过保护带对作为被加工物的后述的晶片进行支持的支持框架。通过未所图示的切削进给机构，使如此构成的承片台3在箭头X所示的切削进给方向上移动。
图示的实施方式的切削装置具有作为切削机构的轴单元4。该轴单元4具有：轴套41，安装在未图示的移动基台上，在分度方向、即箭头Y所示的方向及切入方向、即箭头Z所示的方向上被移动调整；旋转轴42，自由旋转地支持在该轴套41上；和切削刀片43，安装在该旋转轴42的前端部。
参照图2至图5对该切削刀片43及其安装构造进行说明。切削刀片43由砂轮刀片构成，该砂轮刀片是通过结合剂结合由金刚石等构成的磨粒并形成为圆环状。作为该切削刀片，使用将磨粒混制到树脂结合剂材料中并成型烧制成环状的树脂结合剂刀片、或将磨粒混制到金属结合剂材料中并成型烧制成环状的金属刀片、或通过镍等的金属镀将磨粒结合在由铝等形成的基台的侧面上的电铸刀片等。另外，形成为圆环状的切削刀片43的嵌合孔431的直径，形成为与后述的刀片支架5的安装部52嵌合的尺寸。如图2以及图3所示，在这样形成的切削刀片43的两侧面上，在由在后述的刀片支架5的外周部侧面上形成的环状的夹持面511、和在后述的刀片夹持法兰6的外周部侧面上形成的环状的夹持面62夹持的区域中，分别形成有紧密接触层432、432。可涂敷环氧树脂等合成树脂、或者金属蒸镀镍等金属而形成该紧密接触层432。另外，紧密接触层432的硬度优选为肖氏硬度D40以上。
如图3所示，如上所述地构成的切削刀片43，由刀片支架5和与该刀片支架5相对设置的刀片夹持法兰6夹持固定，该刀片支架5安装在旋转自如地支持在切削装置的轴套41上的旋转轴42上。如图2以及图3所示，刀片支架5由圆环状的法兰部51和从该法兰部51的中心部向侧方突出形成的圆筒状的安装部52构成。在法兰部51的安装部52侧的侧面上，在外周部形成有夹持上述切削刀片43的环状的夹持面511，并且在该夹持面511的内周侧形成有环状的凹部512，该凹部512具有收纳后述的第1超声波振子8a的超声波振子收纳部512a。优选在如此形成的法兰部51的超声波振子收纳部512a和安装部52之间形成有多个贯通孔513。如图2所示，在图示的实施方式中，该多个贯通孔513由4个圆弧状的孔构成。这样，通过在刀片支架5上设置多个贯通孔513而减少径向的刚性，所以后述的超声波振动的振幅增大。因此，可使在径向上具有较大振幅的超声波振动作用在由刀片支架5和后述的刀片夹持法兰6夹持的切削刀片43上。
在上述安装部52上形成有在轴向上贯通的嵌合孔521，并在前端部的外周面上形成有阳螺纹522。另外，嵌合孔521的内周面形成为与在旋转轴42的前端部形成的锥形面421相对应的锥形面。
上述刀片夹持法兰6形成为具有嵌合孔61的圆环状。该嵌合孔61的直径形成为与上述刀片支架5的安装部52嵌合的尺寸。而且，在刀片夹持法兰6的与上述刀片支架5的法兰部51相对的侧面上，在外周部形成有夹持上述切削刀片43的环状的夹持面62，并且在该夹持面62的内周侧形成有凹部63，该凹部63具有收纳后述的第2超声波振子8b的超声波振子收纳部63a。优选在如此形成的刀片夹持法兰6的超声波振子收纳部63a和嵌合孔61之间形成有多个贯通孔64。如图2所示，在图示的实施方式中，该多个贯通孔64由4个圆弧状的孔构成。这样，通过在刀片夹持法兰6上设置多个贯通孔64而减少径向的刚性，所以后述的超声波振动的振幅增大。因此，可使在径向上具有较大振幅的超声波振动作用在由刀片夹持法兰6和上述的刀片支架5夹持的切削刀片43上。
为了通过上述刀片支架5和刀片夹持法兰6固定切削刀片43，如图3所示，将形成在刀片支架5的安装部52上的嵌合孔521与形成在旋转轴42的前端部的锥形面421嵌合。而且，通过在形成在旋转轴42的前端部的阳螺纹422上螺合第1紧固螺母71，而将刀片支架5安装在旋转轴42上。然后，将切削刀片43的嵌合孔431与刀片支架5的安装部52嵌合。接着，将刀片夹持法兰6的嵌合孔61与刀片支架5的安装部52嵌合。如此，如果在刀片支架5的安装部52上嵌合了切削刀片43和刀片夹持法兰6，则通过在形成在刀片支架5的安装部52上的阳螺纹522上螺合第2紧固螺母72，而将形成在切削刀片43的两侧面上的紧密接触层432、432，夹持固定在刀片支架5的环状的夹持面511和刀片夹持法兰6的环状的夹持面62之间。
如图3所示，作为图示的实施方式的切削机构的轴单元4具有：第1超声波振子8a，设置于在刀片支架5的法兰部51形成的环状凹部512的超声波振子收纳部512a内；和第2超声波振子8b，设置于在刀片夹持法兰6上形成的凹部63的超声波振子收纳部63a内。第1超声波振子8a包括：在旋转轴42的轴向上被极化的圆环状的压电体81a；安装在该压电体81a的两侧极化面上的圆环状的2个电极板82a、83a；和覆盖压电体81a以及电极板82a、83a的绝缘体84a。压电体81a由钛酸钡、钛酸锆酸铅、钽酸锂等压电陶瓷形成。如图3及图4所示，一个电极板82a具有一部分沿绝缘体84b的内周面弯曲的电极端子821a。而且，另一个电极板83a被设置为与设置在一个电极板82a上的电极端子821a具有180度相位，并具有沿绝缘体84a的内周面弯曲的电极端子831a。如此构成的第1超声波振子8a通过适当的粘结剂安装在形成在刀片支架5的法兰部51上的环状凹部63的超声波振子收纳部63a内。
第2超声波振子8b包括：在旋转轴42的轴向上被极化的圆环状的压电体81b；安装在该压电体81b的两侧极化面上的圆环状的2个电极板82b、83b；和覆盖压电体81b以及电极板82b、83b的绝缘体84b。压电体81b与上述压电体81a同样由钛酸钡、钛酸锆酸铅、钽酸锂等压电陶瓷形成。如图3及图5所示，一个电极板82b具有一部分沿绝缘体84b的内周面弯曲的电极端子821b。而且，另一个电极板83b也被设置为与设置在一个电极板82b上的电极端子821b具有180度相位，并具有沿绝缘体84b的内周面弯曲的电极端子831b。如此构成的第2超声波振子8b通过适当的粘结剂安装在形成在刀片夹持法兰6上的凹部63的超声波振子收纳部63a内。
参照图3继续说明，作为图示的实施方式的切削机构的轴单元4具有：电极端子101及102，从刀片支架5的安装部52的外周面露出，并与上述第1超声波振子8a相对设置；和电极端子111及112，从刀片支架5的安装部52的外周面露出，并与上述刀片夹持法兰6的内周面相对设置。电极端子101和102相互以180度相位设置，一个电极端子101通过引线103与构成上述第1超声波振子8a的一个电极板82a的电极端子821a连接，另一个电极端子102通过引线104与构成上述第1超声波振子8a的另一个电极板83a的电极端子831a连接。而且，电极端子111和112相互以180度相位设置，一个电极端子111与设置在上述刀片夹持法兰6的内周面上的电极114接触，另一个电极端子112与电极115接触，该电极115与上述电极114具有180度相位地设置在上述刀片夹持法兰6的内周面上。另外，电极114通过引线116与构成上述第2超声波振子8b的一个电极板82b的电极端子821b连接，电极端子115通过引线117与构成上述第2超声波振子8b的另一个电极板83b的电极端子831b连接。
作为图示的实施方式的切削机构的轴单元4，具有对上述第1超声波振子8a及第2超声波振子8b施加交流电压的电压施加机构9。电压施加机构9具有：设置在刀片支架5上的受电机构91；和供电机构92，与该受电机构91相对设置，并安装于轴套41的前端面上。受电机构91包括：转子侧铁芯911，与嵌合凹部514嵌合，并具有环状的槽911a，该嵌合凹部514形成在刀片支架5的形成有上述环状凹部512的面的相反侧面、即与轴套41相对的面上；和受电线圈912，设置在该转子侧铁芯911的环状的槽911a内。如此构成的受电机构91的受电线圈912的一端912a，经由设置在刀片支架5中的导线913与上述电极端子101、111连接。并且，受电线圈912的另一端912b经由设置在刀片支架5中的导线914与上述电极端子102、112连接。另外，上述导线913、914及电极端子101、102、111、112、114、115经由未图示的绝缘部件设置在刀片支架5及刀片夹持法兰6上。
上述供电机构92包括：定子侧铁芯921，在与受电机构91相对的面上具有环状的槽921a；和供电线圈922，设置在该定子侧铁芯921的环状的槽921a内。另外，定子侧铁芯921通过安装螺栓923安装在轴套41的前端面上。如此构成的供电机构92的供电线圈922经由电气配线924、925与交流电源93连接。另外，图示的实施方式的电压施加机构9具有变换交流电源的频率的变频器94。如上构成的受电机构91和供电机构92构成旋转变压器。
图2至图5所示的电压施加机构9如上构成，以下说明其作用。当从交流电源93向供电机构92的供电线圈922施加由变频器94变换为预定频率的交流电压时，经由旋转的受电机构91的受电线圈912、导线913、电极端子101、引线103以及导线914、电极端子102、引线104，向第1超声波振子8a的电极板82a和电极板83a之间施加预定频率的交流电压，同时经由导线913、电极端子111、电极端子114、引线116以及导线914、电极端子112、电极端子115、引线117，向第2超声波振子8b的电极板82b和电极板83b之间施加预定频率的交流电压。结果，第1超声波振子8a及第2超声波振子8b在径向上重复位移而进行超声波振动。因此，安装了第1超声波振子8a及第2超声波振子8b的刀片支架5和刀片夹持法兰6也在径向上进行超声波振动，刀片支架5和刀片夹持法兰6所夹持的切削刀片43在径向上进行超声波振动。此时，由刀片支架5的环状夹持面511和刀片夹持法兰6的环状夹持面62夹持的切削刀片43，在所夹持的区域中分别形成有紧密接触层432、432，因此，在上述刀片支架5的夹持面511和刀片夹持法兰6的夹持面62之间产生的滑动减少，所以作用于刀片支架5和刀片夹持法兰6的超声波振动可有效地传递到切削刀片43。
在此，参照图6对上述紧密接触层432、432的硬度与赋予切削刀片43的超声波振动的振幅的关系进行说明。
图6是如下条件的实验结果：准备在由电铸刀片构成的切削刀片43的两侧面上由硬度不同的合成树脂形成紧密接触层432、432的切削刀片43，并分别将其由图3所示的上述刀片支架5的夹持面511和刀片夹持法兰6的夹持面62夹持，使由电压施加机构9施加的交流电压的频率为50kHz、输入电压为150V，而测定切削刀片43的径向的振幅。
根据图6可知，形成有肖氏D28.5的紧密接触层432、432的切削刀片43的振幅为1.5μm。形成有肖氏D40的紧密接触层432、432的切削刀片43的振幅为2.5μm。而且，当紧密接触层432、432的硬度为肖氏D70以上时，切削刀片43的振幅为5μm以上。在超声波振动加工中有助于加工的切削刀片43的振幅优选为2μm以上，因此优选将紧密接触层432、432的硬度设定为肖氏D40以上。
作为如上构成的切削机构的轴单元4，通过未图示的分度进给机构在图1中箭头Y所示的分度进给方向上移动，并且通过未图示的切入进给机构在图1中箭头Z所示的切入进给方向上移动。
返回图1继续说明，图示的实施方式的切削装置具有摄像机构12，该摄像机构12用于对被保持在上述承片台3上的被加工物的表面进行摄像，检测应该由上述切削刀片43切削的区域。该摄像机构12由显微镜或CCD照相机等光学机构构成。而且，切削装置具有显示由摄像机构22摄像的图像的显示机构13。
在上述装置壳体2的盒(cassette)载放区域14a中，设置有载放收纳被加工物的盒的盒载放台14。该盒载放台14构成为，可通过未图示的升降机构在上下方向上移动。在盒载放台14上载放有收纳被加工物W的盒15。盒15所收纳的被加工物W为，在晶片表面上形成有格子状的分割道，在由该格子状的分割道划分的多个矩形区域中形成有电容器、LED或电路等器件。如此形成的被加工物W，在背面被粘贴在安装在环状的支持框架F上的保护带T的表面上的状态下，收纳在盒15中。
而且，图示的实施方式的切削装置具有：搬出机构17，将载放在盒载放台14上的盒15所收纳的被加工物W(通过保护带T支持在环状的框架F上的状态)搬出到临时放置台16上；第1搬送机构18，将被搬出到临时放置台16上的被加工物W搬送到上述承片台3上；洗净机构19，对在承片台3上被切削加工的被加工物W进行洗净；以及第2搬送机构20，将在承片台3上被切削加工的被加工物W向洗净机构19搬送。
对如上构成的切削装置的动作进行简单说明。
盒载放台14通过未图示的升降机构而进行上下运动，由此将被收纳在载放在盒载放台14上的盒15的预定位置上的被加工物W定位到搬出位置上。然后，搬出机构17进行进退工作而将定位在搬出位置上的被加工物W搬出到临时放置台16上。被搬出到临时放置台16上的被加工物W，通过第1搬送机构18的旋转动作而被搬送到上述承片台3上。如果加工物W被载放到承片台3上，则未图示的吸引机构工作，而将被加工物W吸引保持在承片台3上。而且，通过保护带支持被加工物W的支持框F由上述夹子33固定。如此，使保持了被加工物W的承片台3移动至摄像机构12的正下方。当承片台3被定位于摄像机构12的正下方时，通过摄像机构12检测在被加工物W上形成的分割道，并在作为分度方向的箭头Y方向上移动调节轴单元4，而进行分割道和切削刀片43的精密位置对准作业。
之后，使切削刀片43向箭头Z所示的方向进行预定量切入进给，并在预定方向上旋转，且将吸引保持了被加工物W的承片台3在切削进给方向、即箭头X所示的方向(与切削刀片43的旋转轴正交的方向)上以预定的切削进给速度移动，由此，通过切削刀片43沿预定的分割道切断被保持在承片台3上的半导体晶片W。在该切削工序中，电压施加机构9被施力，并如上所述地使第1超声波振子8a及第2超声波振子8b在径向上进行超声波振动。结果，如上所述那样，经由刀片支架5及刀片夹持法兰6，切削刀片43在径向上具有较大振幅地进行超声波振动，因此，切削刀片43的切削阻力减少，所以即使晶片是蓝宝石等难切削材料，也能够容易地进行切削。
如上所述，如果沿预定的分割道切断了被加工物W，则在箭头Y所示的方向上将承片台3仅分度进给分割道的间隔，并实施上述切断作业。而且，如果沿在被加工物W的预定方向上延伸的所有分割道实施了切断作业，则使承片台3旋转90度，而沿在与被加工物W的预定方向正交的方向上延伸的分割道执行切削作业，由此，在被加工物W上形成为格子状的所有分割道被切削，而分割成一个个芯片。另外，通过保护带T的作用而使被分割的芯片不分散，维持为被支持在框架F上的晶片的状态。
如果上述的沿被加工物W的分割道的切断作业结束，则保持了被加工物W的承片台3返回到最初吸引保持被加工物W的位置。并且，解除被加工物W的吸引保持。然后，通过第2搬送机构20将被加工物W搬送至洗净机构19。第2搬送机构20所搬送的被加工物W在此被洗净以及被干燥。通过搬送机构28将如此地被洗净及被干燥的被加工物W搬出到临时放置台16上。而且，通过第1搬出机构18将被加工物W收纳到盒15的预定位置上。因此，搬出机构17还具有将加工后的被加工物W搬入到盒15中的搬入机构的功能。
Claims (2)
1、一种用于切削装置的切削刀片，该切削装置包括保持被加工物的承片台和切削机构，该切削机构具有对该承片台所保持的被加工物进行切削的切削刀片；并且该切削机构具备：旋转轴，将该切削机构可旋转地支持在轴套上；刀片支架，安装在该旋转轴的端部，并设置有对该切削刀片赋予超声波振动的超声波振子，并且在外周部侧面上具有夹持该切削刀片的夹持面；以及，刀片夹持法兰，设置在该刀片支架上，并设置有对该切削刀片赋予超声波振动的超声波振子，并且在外周部侧面上具有夹持该切削刀片的夹持面，该切削刀片的特征在于，
在该切削刀片的两侧面上，在由该刀片支架的该夹持面和该刀片夹持法兰的该夹持面夹持的区域上形成有紧密接触层。
2、如权利要求1所述的切削刀片，其特征在于，
该紧密接触层的硬度被设定为肖氏硬度D40以上。
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