CN101422875B - 磨轮 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磨轮，其能够使超声波振子的超声波充分且均匀地传递至磨具，即使是难磨削材料也能够效率良好地磨削。轮基座(51)具有：与轮座连接的环状的连接部(511)、和与连接部(511)的内周部连接的圆盘形状的磨具安装部(512)，关于该轮基座(51)，磨具安装部(512)构成为其靠轮座侧的上表面相对于该轮座不接触，在磨具安装部(512)的下表面侧安装有磨具(52)，在磨具(52)的内周侧具有圆环状的超声波振子(6)，该超声波振子(6)配设在绕磨轮(5)的中心与磨具(52)构成同心圆的位置上，磨具安装部(512)包括多个圆弧状狭缝(513)，所述狭缝(513)位于连接部(511)与磨具安装部(512)的交界部且沿周向形成。

Description

磨轮
技术领域
本发明涉及一种磨轮，该磨轮具有：轮基座，其安装在轮座上，上述轮座设置于旋转主轴的一端，上述旋转主轴构成对保持在卡盘工作台上的被加工物进行磨削的磨削构件；和安装在上述轮基座上的圆环状的磨具。
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，通过格子状地排列的被称为间隔道的分割预定线划分有多个区域，在该划分出的区域上形成IC(Integrated Circuit：集成电路)、LSI(large scaleintegration：大规模集成电路)等器件。然后，通过沿着间隔道切断半导体晶片，将形成有器件的区域分割，从而制造出一个个半导体芯片。另外，关于在蓝宝石基板的表面层叠氮化镓类化合物半导体等而成的光器件晶片，也通过沿着间隔道进行切断，来分割成一个个发光二极管、激光二极管等光器件，并广泛地应用于电子设备。
这样被分割的晶片在沿着间隔道切断之前，通过磨削装置磨削背面，来加工为预定的厚度。当利用磨削装置的磨具磨削晶片的背面时，由于磨具的气孔堵塞或污物排出不顺畅等的影响，会导致磨削能力降低。特别是当磨削蓝宝石、氮化硅、钽酸锂、铝钛碳合金(アルチツク)等脆性硬质材料时，存在由于磨具的气孔堵塞等原因所造成的磨削能力降低，导致生产率显著降低的问题。
为了消除这样的问题，提出了这样一种磨削装置：在保持被加工物的卡盘工作台、和保持磨具的磨具保持部件的至少一方上，配设超声波施加构件，该超声波施加构件对被加工物的被磨具磨削的磨削部附加超声波振动，其中上述磨具对保持于上述卡盘工作台的被加工物进行磨削(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开平2-232164号公报
然而，虽然在专利文献1的磨削装置中公开了在卡盘工作台上配设超声波施加构件以对卡盘工作台附加超声波振动的具体例子，但是并没有记载用于使超声波振子生成的超声波充分且均匀地传递至成为对象的磨具的具体结构，存在不能使超声波振动充分且均匀地传递至磨具、不能顺畅地磨削难磨削材料的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种磨轮，该磨轮能够使超声波振子的超声波充分且均匀地传递至磨具，即使是难磨削材料也能够效率良好地磨削。
为了解决上述课题并达到目的，本发明的磨轮具有：轮基座，其安装在轮座上，上述轮座设置于旋转主轴的一端，上述旋转主轴构成对保持在卡盘工作台上的被加工物进行磨削的磨削构件；和安装在上述轮基座上的圆环状的磨具，其特征在于，上述轮基座具有：与上述轮座连接的环状的连接部；和与该连接部的内周部连接的圆盘形状的磨具安装部，上述磨具安装部的靠上述轮座侧的上表面构成为相对于该轮座不接触，在上述磨具安装部的下表面侧安装上述磨具，在上述磨具安装部中的上述磨具的内周侧，具有圆环状的超声波振子，该超声波振子配设在绕上述磨轮的中心与上述磨具构成同心圆的位置上，上述磨具安装部包括沿周向形成的多个圆弧状狭缝，该圆弧状狭缝位于上述连接部与该磨具安装部的交界部。
另外，本发明的磨轮根据上述发明，其特征在于，上述磨具安装部形成为面包圈形状，上述超声波振子配设在面包圈形状的上述磨具安装部的内周部与上述圆弧状狭缝之间的中央位置。
另外，本发明的磨轮根据上述发明，其特征在于，上述多个圆弧状狭缝位于不同半径的圆周上，并且是交替地形成。
另外，本发明的磨轮根据上述发明，其特征在于，上述磨具安装部的上表面侧相对于上述连接部形成为凹状，由此上述磨具安装部的上表面侧构成为相对于上述轮座不接触。
本发明的磨轮中，轮基座具有：与轮座连接的环状的连接部、和与该连接部的内周部连接的圆盘形状的磨具安装部，关于该轮基座，磨具安装部的靠轮座侧的上表面构成为相对于该轮座不接触，在磨具安装部的下表面侧安装磨具，在磨具安装部中的磨具的内周侧，具有圆环状的超声波振子，该超声波振子配设在绕该磨轮的中心与磨具构成同心圆的位置上，磨具安装部包括沿周向形成的多个圆弧状狭缝，该圆弧状狭缝位于连接部与磨具安装部的交界部，由于本发明的磨轮设计成这样的结构和配置，所以具有以下效果：能够使超声波振子所产生的超声波振动充分且均匀地传递至位于外周侧的磨具，这样，磨具与以往相比能够获得更大的振幅，能够消除磨具的气孔堵塞，即使是难磨削材料也能够效率良好地进行磨削。
附图说明
图1是表示包含本发明的实施方式的磨轮的磨削装置整体的结构例的立体图。
图2是一并表示电子安装控制系统的磨削装置所包含的主轴单元的纵剖侧视图。
图3是表示轮座和磨轮的分解立体图。
图4是表示磨轮的俯视图。
图5是表示磨轮的纵剖主视图。
图6是表示磨轮的简略仰视图。
标号说明
3：磨削构件；5：磨轮；6：超声波振子；12：卡盘工作台；42：旋转主轴；43：轮座；51：轮基座；52：磨具；511：连接部；512：磨具安装部；513：圆弧状狭缝；W：被加工物。
具体实施方式
以下参照附图说明作为用于实施本发明的最优方式的磨轮。
图1是表示包含本实施方式的磨轮的磨削装置整体的结构例的立体图，图2是一并表示电子安装控制系统的磨削装置所包含的主轴单元的纵剖侧视图。本实施方式的磨削装置包括装置壳体2。装置壳体2具有细长地延伸的长方体状的主体部21、和设置在该主体部21的后端部(图1中的右上端)的实质上铅直地延伸的一对直立壁22。在直立壁22的前表面设置有沿上下方向延伸的一对导轨221。在这一对导轨221上安装有可沿上下方向移动的磨削构件3。
磨削构件3包括移动基座31和安装在该移动基座31上的主轴单元4。移动基座31在后表面两侧设置有沿上下方向延伸的一对脚部311，在这一对脚部311上形成有可滑动地与一对导轨221卡合的被引导槽312。在移动基座31的前表面设置有向前方凸出的支承部313，在该支承部313上安装有主轴单元4。
主轴单元4包括安装在支承部313上的主轴壳体41、和可自由旋转地配设在该主轴壳体41中的旋转主轴42。在此，如图2所示，主轴壳体41形成为大致圆筒状，且具有沿轴向贯通的轴孔411。旋转主轴42配置成贯穿插入在形成于主轴壳体41的轴孔411中，在旋转主轴42中央部设置有沿径向凸出地形成的推力轴承环421。由此，旋转主轴42通过供给到其与轴孔411的内壁之间的高压空气支承为可自由旋转。旋转主轴42的一端部(图2中的下端部)从主轴壳体41的下端凸出地配设，并且在这一端设置有轮座43。在该轮座43的下表面安装有本实施方式的磨轮5。关于轮座43和磨轮5，将在后面说明。
另外，磨削装置具有使主轴单元4沿着一对导轨221在上下方向上移动的磨削单元进给机构10。磨削单元进给机构10具有配设在直立壁22的前侧且实质上铅直地延伸的外螺纹杆101。外螺纹杆101的上端部和下端部通过安装在直立壁22上的轴承部件102、103被支承为可自由旋转。在上侧的轴承部件102上配设有驱动外螺纹杆101旋转的脉冲马达104。在移动基座31的后表面形成有从其宽度方向中央部向后方延伸的贯通内螺纹孔(未图示)，外螺纹杆101与该贯通内螺纹孔旋合。因此，当脉冲马达104正转时，移动基座31即磨削构件3下降(前进)，当脉冲马达104反转时，移动基座31即磨削构件3上升(后退)。
另外，在壳体2的主体部21上配设有卡盘工作台机构11。卡盘工作台机构11包括：卡盘工作台12；覆盖该卡盘工作台12的周围的罩部件13；和配设在罩部件13的前后的波纹构件14、15。卡盘工作台12构成为通过旋转构件(未图示)旋转，在卡盘工作台12的上表面通过使吸引构件(未图示)动作来吸引保持被加工物W。另外，卡盘工作台12借助卡盘工作台移动构件(未图示)，在图1所示的被加工物载置区域24和磨削区域25之间移动，磨削区域25与构成主轴单元4的磨轮5对置。波纹构件14、15由帆布等适当材料形成。波纹构件14的前端固定在主体部21的前表面壁上，后端则固定于罩部件13的前端面。波纹部件15的前端固定于罩部件13的后端面，后端则固定于装置壳体2的直立壁22的前表面。在卡盘工作台12向箭头23a所示的方向移动时，波纹部件14伸长，波纹部件15收缩，相反地，在卡盘工作台12向箭头23b所示的方向移动时，波纹部件14收缩，波纹部件15伸长。
接下来参照图3～图6说明轮座43和磨轮5。图3是表示轮座和磨轮的分解立体图，图4是表示磨轮的俯视图，图5是表示磨轮的纵剖主视图，图6是表示磨轮的简略仰视图。
首先如图3所示，轮座43呈圆盘状地一体形成在旋转主轴42的下端。在该轮座43上设置有多个螺栓贯穿孔43a。另外，在轮座43的中心部形成有连接器插入孔43b。
另一方面，磨轮5由SUS(不锈钢)等制成，如图3～图6所示，磨轮5具有：安装在轮座43上的轮基座51、和构成圆环状地安装在该轮基座51的下表面的多个磨具52。轮基座51形成为与轮座43对应的大小，轮基座51具有：位于外周部的用于与轮座43连接的环状的连接部511、和与该连接部511的内周部连接的圆盘形状的磨具安装部512。在连接部511上形成有与形成于轮座43的多个螺栓贯穿孔43a对应的多个螺纹孔511a。
磨具安装部512构成为，上表面侧以相对于连接部511构成凹状的方式形成有凹部53，由此在连接部511与轮座43连接的状态下，磨具安装部512的上表面侧与轮座43不接触。即，磨具安装部512与连接部511的厚度相比形成得足够薄。另外，磨具安装部512在中央部形成有配线贯穿孔512a，磨具安装部512整体上形成为面包圈形状。在这样的磨具安装部512的下表面侧的适当半径位置上，沿周向适当地通过粘结剂构成圆环状地安装有多个磨具52。
此外，在磨具安装部512中，在比磨具52靠近内周侧的位置，即，在绕磨轮5(配线贯穿孔512a)的中心与呈圆环状的磨具52构成同心圆的上下两面的位置上，配设有通过适当的粘结剂安装的圆环状的超声波振子6。这些超声波振子6用于对磨具52附加超声波振动，超声波振子6通过例如钛酸钡、锆钛酸铅(PZT)、钽酸锂等压电陶瓷形成。作为本实施方式的超声波振子6例如使用PZT振子。在这样安装于磨具安装部512的上下两面的超声波振子6的正反面的+、一端子上，分别连接有导电线61的一端。此外，在下表面侧的超声波振子6的+、-???端子上穿过配线贯穿孔512a连接有导电线61。另外，导电线61的另一端连接在凸型连接器62上。该凸型连接器62可装卸地与后述的电力供给构件连接。
另外，在磨具安装部512中，在比磨具52靠近外周侧的位置、即连接部511与磨具安装部512的交界部，沿周向形成有多个圆弧状狭缝513。圆弧状狭缝513形成为多列，例如位于不同半径的两个圆周上从而形成为两列状态，两列圆弧状狭缝513形成为从半径方向观察以均等地重叠的方式交替地交错排列。此外，在图6中，这些圆弧状狭缝513和多个磨具52简化地表示为在圆周上相连的状态。
通过利用形成于轮座43的螺栓贯穿孔43a将分别贯穿插入的紧固螺栓55分别旋合固定在螺纹孔511a中，这样构成的磨轮5就可装卸地安装在轮座43上。
返回图2继续说明，主轴单元4具有用于驱动旋转主轴42旋转的电动马达7。该电动马达7例如是永久磁铁式马达，其具有由永久磁铁构成的转子71、和定子线圈72，所述转子71安装在形成于旋转主轴42中间部的马达安装部422上；所述定子线圈72在该转子71的外周侧配设在主轴壳体41中。通过由后述的电力供给构件对定子线圈72供给交流电，该电动马达7的转子71旋转，从而使安装有该转子71的旋转主轴42旋转。
另外，主轴单元4具有电力供给构件8，该电力供给构件8对超声波振子6供给交流电并且对电动马达7供给交流电。电力供给构件8包括配设在主轴单元4的后端部的旋转变压器80。旋转变压器80包括：配设在旋转主轴42的后端的受电构件81；和与该受电构件81对置地配设、且配设在主轴壳体41的后端部的给电构件82。受电构件81具有安装在旋转主轴42上的转子侧铁芯811和卷绕在该转子侧铁芯811上的受电线圈812。导电线813与受电线圈812连接。该导电线813配设在沿轴向形成于旋转主轴42的中心部的孔423内，该导电线813前端与和凸型连接器62配合的凹型连接器814(参照图3)连接。另外，给电构件82具有：配设在受电构件81外周侧的定子侧铁芯821；和配设在该定子侧铁芯821上的给电线圈822。经配线83对给电线圈822供给交流电。
另外，电力供给构件8包括：供给旋转变压器80的给电线圈822交流电的交流电源91；电压调整构件92；对供给到给电构件82的交流电的频率进行调整的频率调整构件93；控制电压调整构件92和频率调整构件93的控制构件94；和将附加于多个磨具52的、超声波振子6的超声波振动的振幅等输入到该控制构件94中的输入构件95。此外，电力供给构件8经控制电路96和配线721对电动马达7的定子线圈72供给交流电。
在此说明主轴单元4的作用。在进行磨削作业时，从电力供给构件8对电动马达7的定子线圈72供给交流电。其结果为，电动马达7旋转，旋转主轴42旋转，从而安装在旋转主轴42前端的磨轮5旋转。
另一方面，电力供给构件8通过控制构件94控制电压调整构件92和频率调整构件93，将交流电的电压控制为预定电压，并且将交流电的频率转换为预定频率，然后供给至构成旋转变压器80的给电构件82的给电线圈822。当将预定频率、预定电压的交流电供给至给电线圈822时，经旋转的受电构件81的受电线圈812、导电线813、凹型连接器814、凸型连接器62、导电线61对圆环状的超声波振子6施加预定电压、预定频率的交流电。其结果为，超声波振子6在半径方向上进行超声波振动。超声波振子6所产生的超声波振动经磨具安装部512传递至多个磨具52。
接下来说明本实施方式的磨削装置的作用。首先，如图1所示，将半导体晶片等成为磨削对象的被加工物W载置在定位于磨削装置的被加工物载置区域24的卡盘工作台12上。此外，在被加工物W是半导体晶片的情况下，在形成有器件的表面上粘贴有保护带T，并将该保护带T侧载置在卡盘工作台12上。载置在卡盘工作台12上的被加工物W通过未图示的吸引构件而吸引保持在卡盘工作台12上。然后使未图示的卡盘工作台移动构件动作，使卡盘工作台12向箭头23a所示的方向移动，从而定位于磨削区域25。然后定位成使磨轮5中的磨具52的外周缘通过卡盘工作台12的旋转中心(即被加工物W的中心)。
在定位成这样的位置关系后，使卡盘工作台12以例如300rpm的旋转速度旋转，并且使磨轮5向同一方向以例如6000rpm的旋转速度旋转。即，通过从电力供给构件8对定子线圈72供给交流电，电动马达7旋转，旋转主轴42旋转，从而，安装在旋转主轴42前端的磨轮5旋转。然后使磨轮5下降，将磨具52以预定的压力按压在被加工物W的上表面即背面(被磨削面)上。其结果为，被加工物W的整个被磨削面被磨削。这时对多个磨具52的磨削加工部供给磨削液。
在这样的磨削加工时，通过电力供给构件8对构成旋转变压器80的给电构件82的给电线圈822供给预定电压、预定频率的交流电。其结果为，经旋转的受电构件81的受电线圈812、导电线813、凹型连接器814、凸型连接器62、导电线61对超声波振子6施加预定电压、预定频率的交流电。由此，超声波振子6在半径方向上反复地移位从而进行超声波振动。该超声波振动经磨具安装部512传递至多个磨具52，使得多个磨具52在半径方向上进行超声波振动。
在此，在本实施方式的磨轮5中，应传递超声波振动的安装有多个磨具52的磨具安装部512形成得比连接部511薄，处于与上方的轮座43不接触的状态，并且在磨具安装部512与连接部511的交界部形成有多个圆弧状狭缝513，由此磨具安装部512相对于连接部511成为容易变形的断续连接状态。这样，在使配设于该磨具安装部512的超声波振子6进行超声波振动的情况下，能够经容易变形的磨具安装部512将超声波振动以足够的振幅传递至磨具52。特别是由于圆弧状狭缝513两列交替地配设，所以磨具安装部512相对于固定的连接部511处于自由度高且容易变形的状态，效果更加明显。另外，由于超声波振子6配设在比磨具52靠近内周侧的位置，所以能够将超声波振子6所产生的半径方向的超声波振动效率良好地传递至位于其外周侧的磨具52。特别是，由于相对于整体构成圆环状的磨具52，超声波振子6也是圆环状，并且配设在构成同心圆的位置，所以能够将超声波振动均匀地传递至多个磨具52。
当多个磨具52这样沿半径方向进行超声波振动时，通过磨削生成并滞留在磨具52的磨粒之间从而成为气孔堵塞原因的磨削屑由于作用于磨具52的微振动而流动并除去。因此，能够防止磨具52的气孔堵塞，即使是脆性硬质材料那样的难磨削材料也能够效率良好地磨削。
在此说明本实施方式的具体的实施例。例如如图5所示，设配线贯穿孔512a的直径d为d＝30mm，设磨具安装部512的直径(外侧的圆弧状狭缝513部分的直径)D为D＝170mm，设规定超声波振子6的大小的直径R为R＝100mm，使用PZT振子作为超声波振子6，例如在对超声波振子6施加了35kHz、100V的交流电的情况下，以35kHz的频率在磨具52部分沿半径方向能够获得8μm左右的振动振幅。顺便提一下，将超声波振子6的直径R增大到R＝125mm的情况下的半径方向的振动振幅是4.9μm左右，直径R减小到R＝75mm的情况下的半径方向的振动振幅是5.6μm左右。由此可知，超声波振子6在配设在面包圈形状的磨具安装部512的内周部(配线贯穿孔512a的边缘部)与圆弧状狭缝513之间的中央位置(即磨具安装部512自身的半径方向的中央位置)时效率最好。
本发明不限于上述的实施方式，只要在不脱离本发明的主旨的范围内，就可以进行各种变形。例如在本实施方式中，在轮基座51侧将磨具安装部512的上表面侧以相对于连接部511构成凹状的方式形成为杯形，由此使得磨具安装部512构成为相对于轮座43不接触，但是只要相对地不接触即可，也可以构成为，磨具安装部512的上表面侧平坦，将轮座43的下表面侧以相对于连接部511构成凹状的方式形成为杯形。
另外，虽然在本实施方式中，通过将多个磨具52配设在同一圆周上来形成为圆环状，但是也可以使用本来就形成为圆环状的一个磨具。
另外，虽然在本实施方式中，使排成两列的多个圆弧状狭缝513以从半径方向观察均等地重叠的方式交替地交错排列，但是也可以不重叠地交替地交错排列。另外也可以是一列圆弧状狭缝。在这些情况下，各圆弧状狭缝的数量和长度以及圆弧状狭缝之间的间隔只要适当设定即可。

Claims (4)

1.一种磨轮，其具有：轮基座，其安装在轮座上，上述轮座设置于旋转主轴的一端，上述旋转主轴构成对保持在卡盘工作台上的被加工物进行磨削的磨削构件；和安装在上述轮基座上的圆环状的磨具，其特征在于，
上述轮基座具有：与上述轮座连接的环状的连接部；和与该连接部的内周部连接的圆盘形状的磨具安装部，
上述磨具安装部的靠上述轮座侧的上表面构成为相对于该轮座不接触，
在上述磨具安装部的下表面侧安装上述磨具，
在上述磨具安装部中的上述磨具的内周侧，具有圆环状的超声波振子，该超声波振子配设在绕上述磨轮的中心与上述磨具构成同心圆的位置上，
上述磨具安装部包括沿周向形成的多个圆弧状狭缝，该圆弧状狭缝位于上述连接部与该磨具安装部的交界部。
2.如权利要求1所述的磨轮，其特征在于，
上述磨具安装部形成为面包圈形状，
上述超声波振子配设在面包圈形状的上述磨具安装部的内周部与上述圆弧状狭缝之间的中央位置。
3.如权利要求1或2所述的磨轮，其特征在于，
上述多个圆弧状狭缝位于不同半径的圆周上，并且是交替地形成。
4.如权利要求1所述的磨轮，其特征在于，
上述磨具安装部的上表面侧相对于上述连接部形成为凹状，由此上述磨具安装部的上表面侧构成为相对于上述轮座不接触。
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