CN102398227A - 磨轮 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磨轮，能够将硬质脆性材料磨削至预期的厚度而不会在磨削面发生挤裂和裂纹。该磨轮用于磨削被加工物，其特征在于具备：环状基座，所述环状基座具有装配到轮座上的轮座装配面；以及多个磨削磨具，所述磨削磨具呈环状地配设于所述环状基座的自由端部，该磨削磨具构成为在金刚石磨粒中添加了硼化合物。硼化合物由B4C(碳化硼)、HBN(六方氮化硼)和CBN(立方氮化硼)中的任意一种构成。

Description

磨轮
技术领域
本发明涉及适于磨削硬质脆性材料的磨轮。
背景技术
关于在表面上形成有IC(Integrated Circuit：集成电路)、LSI(large scale integration：大规模集成电路)等数量众多的器件、并且一个个器件被形成为格子状的分割预定线(间隔道)划分开来的硅晶片，其利用具备切削刀具的切割装置切削分割预定线从而被分割成一个一个的器件，分割好的器件被利用于移动电话、个人计算机等电气设备。
此外，关于在表面上形成有LED(发光二极管)、LD(激光二极管)等数量众多的发光器件、并且一个个发光器件被分割预定线(间隔道)划分开来的蓝宝石晶片，其利用照射激光束的激光加工装置而被分割成一个一个的发光器件，分割好的发光器件被利用于灯泡、移动电话、个人计算机等电气设备(例如，参照日本特开平10-305420号公报)。
硅晶片或者蓝宝石晶片在使用切割装置或激光加工装置分割为一个一个的器件之前利用磨削装置对背面进行磨削，从而被加工得较薄以实现散热性、光亮度的提高(例如，参照日本特开2010-46744号公报)。
专利文献1：日本特开平10-305420号公报
专利文献2：日本特开2010-46744号公报
然而，特别地，在磨轮的环状基座的自由端部呈环状地配设有以金刚石磨粒为主要成分的多个磨削磨具并以该磨轮对蓝宝石晶片进行磨削的话，存在着这样的问题：在磨削面发生挤裂(ムシレ)，在进一步将蓝宝石晶片磨削至100μm以下的厚度时会产生裂纹，从而使得品质显著地降低。
发明内容
本发明正是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种磨轮，即使是蓝宝石晶片那样的硬质脆性材料，也能够磨削至预期的厚度而不会在磨削面发生挤裂和裂纹。
根据本发明，提供一种磨削被加工物的磨轮，其特征在于，该磨轮具备：环状基座，所述环状基座具有装配到轮座上的轮座装配面；以及多个磨削磨具，所述多个磨削磨具呈环状地配设于所述环状基座的自由端部，所述多个磨削磨具构成为在金刚石磨粒中添加了硼化合物。
优选的是，硼化合物由B4C(碳化硼)、HBN(六方氮化硼)或者CBN(立方氮化硼)中的任一种构成。优选的是，磨削磨具由烧结磨具构成，该烧结磨具是将树脂结合剂、陶瓷结合剂以及金属结合剂中的任一种与金刚石磨粒和硼化合物混匀并烧结而形成的。或者，磨削磨具由电铸磨具构成，该电铸磨具是通过镍镀将金刚石磨粒和硼化合物固定而形成的。
本发明着眼于硼化合物具有润滑性而作为离型剂使用且热传导性良好的情况，向金刚石磨粒中添加硼化合物来形成磨削磨具，并将多个该磨削磨具配设于环状基座的自由端部来构成磨轮，因此即使磨削蓝宝石晶片、SiC(碳化硅)晶片、玻璃板等硬质脆性材料，也能够通过润滑性和散热性缓和冲击力，将硬质脆性材料磨削至预期的厚度而不会发生挤裂和裂纹。
附图说明
图1是具备本发明的磨轮的磨削装置的外观立体图。
图2是示出在蓝宝石晶片的表面贴附保护带的形态的立体图。
图3中，(A)是第一实施方式的磨轮的立体图，(B)是其纵剖视图。
图4是示出磨削时卡盘工作台与磨轮的位置关系的立体图。
图5中，(A)是第二实施方式的磨轮的立体图，(B)是其纵剖视图。
标号说明
2：磨削装置；
10：磨削单元；
11：蓝宝石晶片；
18：主轴；
20：轮座；
22、22A：磨轮；
23：保护带；
24、24A：环状基座；
26：磨削磨具(树脂结合剂磨具)；
36：卡盘工作台；
46：管状电铸磨具。
具体实施方式
下面，参照附图详细地说明本发明的实施方式。图1示出了具备本发明的实施方式的磨轮的磨削装置2的外观立体图。标号4是磨削装置2的壳体(底座)，在壳体4的后方设有立柱6。在立柱6固定有沿上下方向延伸的一对导轨8。
磨削单元(磨削构件)10装配成沿该一对导轨8能够在上下方向移动。磨削单元10具有主轴壳体12和保持主轴壳体12的支承部14，支承部14被安装于沿一对导轨8在上下方向移动的移动基座16。
磨削单元10包括：主轴18，其以能够旋转的方式收纳在主轴壳体12中；轮座20，其固定在主轴18的末端；磨轮22，其螺纹紧固于轮座20并具有呈环状地配设的多个磨削磨具；以及电动马达，其驱动主轴18旋转。
磨削装置2具备磨削单元进给机构32，该磨削单元进给机构32由使磨削单元10沿一对导轨8在上下方向移动的滚珠丝杠28和脉冲马达30构成。当驱动脉冲马达30时，滚珠丝杠28旋转，移动基座16在上下方向移动。
在壳体4的上表面形成有凹部4a，在该凹部4a配设有卡盘工作台机构34。卡盘工作台机构34具有卡盘工作台36，并且该卡盘工作台结构34借助未图示的移动机构在晶片装卸位置A和磨削位置B之间沿Y轴方向移动，所述磨削位置B与磨削单元10相对置。标号38、40为波纹件。在壳体4的前方侧配设有磨削装置2的操作者输入磨削条件等的操作面板42。
参照图2，示出了蓝宝石晶片11的表面侧立体图。在蓝宝石晶片11的表面11a呈格子状地形成有多条分割预定线13，在由这些分割预定线13划分出的各区域形成了LED(发光二极管)、LD(激光二极管)等发光器件15。
蓝宝石晶片11具有：在表面11a形成有多个发光器件15的器件区域17；和围绕器件区域17的外围剩余区域19。出于保护发光器件15的目的，在磨削蓝宝石晶片11之前，先在其表面11a贴附保护带23。
参照图3的(A)，其示出了本发明的第一实施方式的磨轮22的立体图。图3的(B)是其纵剖视图。磨轮22由环状基座24和多个磨削磨具26构成，所述环状基座24具有装配于轮座20的轮座装配面22a，所述多个磨削磨具26呈环状地配设于环状基座24的自由端部。
磨削磨具26是形成为长方体形状的树脂结合剂磨具，其厚度t为大约3～5mm。在环状基座24形成有用于螺纹紧固到轮座20的四个螺纹孔27以及多个磨削液供给孔44。
树脂结合剂由酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂等构成。在本实施方式中，采用酚醛树脂作为树脂结合剂，将金刚石磨粒和B4C(碳化硼)在酚醛树脂中混匀并成形为长方体形状，以180℃～200℃的烧结温度烧结7至8小时，从而制造出烧结磨削磨具26。
烧结磨削磨具26并不限定于树脂结合剂磨具，也可以采用金属结合剂烧结磨具或者陶瓷结合剂烧结磨具。金属结合剂烧结磨具这样制造：将金刚石磨粒和B4C在金属结合剂中混匀并成形为长方体形状，以600℃～700℃的烧结温度烧结大约1小时。在此，作为金属结合剂优选采用这样形成的材料：以作为铜与锡的合金的青铜为主要成分，并混入了微量的钴、镍等。
陶瓷结合剂烧结磨具这样制造：将金刚石磨粒和B4C在陶瓷结合剂中混匀并成形为长方体形状，以700℃～800℃的烧结温度烧结大约1小时。在此，作为陶瓷结合剂优选采用这样形成的材料：以二氧化硅(SiO2)为主要成分，并混入了微量的长石等。
下面说明如此构成的磨削装置2的磨削作业。将保护带23朝下地吸引保持于卡盘工作台36的蓝宝石晶片11定位于图1的磨削位置B后，如图4所示，一边使卡盘工作台36以30～500rpm的速度向箭头a方向旋转，一边使磨轮22向与卡盘工作台36相同的方向即箭头b方向以例如1000rpm的速度旋转，并且使磨削单元进给机构32工作，使磨削磨具26与晶片11的背面11b接触。
并且，使磨轮22以预定的磨削进给速度(例如，0.2～3.0μm/秒)向下方磨削进给预定量，来实施晶片11的磨削。一边通过未图示的接触式或者非接触式的厚度测量仪测量晶片的厚度一边将晶片精加工至预期的厚度，例如100μm。
如图3的(B)的放大图所示，在磨削晶片11时，一边经由磨削液供给孔44向磨削区域供给磨削液，一边执行蓝宝石晶片11的磨削。观察磨削面时发现磨削面成为了镜面。
参照图5的(A)，其示出了本发明的第二实施方式的磨轮22A的立体图。图5的(B)是其纵剖视图。本实施方式的磨削磨具22A构成为：在环状基座24A的自由端部具有多个磨削磨具插入孔45，并且在所述磨削磨具插入孔45中插入固定有管状电铸磨具46。
管状电铸磨具46例如这样形成：向混入了金刚石磨粒和B4C粒子的镍镀液中插入铝线材，使铝线材的表面生长出含有金刚石磨粒和B4C粒子的镍镀层，然后溶解铝线材来将铝线材除去。也可以取代B4C粒子，将其他硼化合物，例如HBN(HexagonalBoron Nitride：六方氮化硼)、CBN(Cubic Boron Nitride：立方氮化硼)与金刚石磨粒一起混入镍镀层中。
在图5的(B)的局部放大图中，优选的是，管状电铸磨具46的直径D为2～5mm，管的厚度t为0.1～1.0mm，电铸磨具46从基座22A突出的突出量P为1～10mm。
由于管状电铸磨具46较硬，因此本实施方式的磨轮22A特别适于蓝宝石晶片等硬质脆性材料的磨削。在磨削时通过磨轮22A的磨削液供给孔44A供给的磨削液如箭头a和b所示地分为两股被供给到磨削区域。
【实施例1】
向由酚醛树脂构成的树脂结合剂以体积比10％～20％混入粒径为5μm的金刚石磨粒，并以体积比45％～20％混入粒径为1μm的B4C粒子，并成形为长方体形状。将其以180℃的烧结温度烧结大约8小时，从而形成树脂结合剂磨具。
将多个该树脂结合剂磨具固定到环状基座24的自由端部从而形成了磨轮。将该磨轮装配到轮座20，并以主轴转速为1000rpm、卡盘工作台转速为500rpm、磨轮进给速度为0.2μm/秒的加工条件，磨削厚度为300μm的蓝宝石晶片。其结果是，能够将蓝宝石晶片磨削至90μm的厚度而未发生挤裂和裂纹。
【实施例2】
向以青铜为主要成分的金属结合剂以体积比10％～20％混入粒径为5μm的金刚石磨粒，并以体积比45％～20％混入粒径为1μm的HBN粒子，并成形为长方体形状。将其以700℃的烧结温度烧结大约1小时，从而形成金属结合剂磨具。
将多个该金属结合剂磨具呈环状地固定到环状基座24的自由端部从而形成了磨轮。将该磨轮装配到轮座20，并以与实施例1相同的加工条件磨削蓝宝石晶片，结果能够将蓝宝石晶片磨削至90μm的厚度而未发生挤裂和裂纹。
【实施例3】
向以二氧化硅为主要成分的陶瓷结合剂以体积比10％～20％混入粒径为5μm的金刚石磨粒，并以体积比45％～20％混入粒径为1μm的CBN粒子，并成形为长方体形状。将该成形体以700℃的烧结温度烧结大约1小时，从而形成陶瓷结合剂磨具。
将多个该磨具固定到环状基座24的自由端部从而形成了磨轮。将该磨轮装配到轮座20，并以与实施例1相同的条件磨削蓝宝石晶片，结果能够将蓝宝石晶片磨削至90μm的厚度而未发生挤裂和裂纹。
(比较例1)
向由酚醛树脂构成的树脂结合剂以体积比10％～20％混入粒径为5μm的金刚石磨粒，并以体积比35％～25％混入粒径为1μm的SiC(碳化硅)粒子，并成形为长方体形状。将该成形体以180℃的烧结温度烧结大约8小时，从而形成树脂结合剂磨具。
将多个该树脂结合剂磨具固定到环状基座24的自由端部从而形成了磨轮。将该磨轮装配到轮座20，并以与实施例1相同的条件磨削蓝宝石晶片，结果在蓝宝石晶片发生挤裂，并且在厚度达到150μm时产生了裂纹。其结果是发现，现有的树脂结合剂磨具不适于蓝宝石晶片的磨削。
【实施例4】
制作以适当的比例混入了粒径为5μm的金刚石磨粒和粒径为1μm的B4C粒子的镍镀液。将铝线材插入该镍镀液中进行电铸。在电铸后使铝线材溶解，从而形成这样的管状电铸磨具：含有12％～18％的体积比的粒径为5μm的金刚石磨粒，并含有15％～10％的体积比的粒径为1μm的B4C粒子。
将多个该电铸磨具固定到环状基座24A的自由端部从而形成了磨轮。将该磨轮装配到轮座20，并以主轴转速为1000rpm、卡盘工作台转速为30rpm、磨轮进给速度为3μm/秒的加工条件，磨削厚度为300μm的蓝宝石晶片。其结果是，能够将蓝宝石晶片磨削至70μm的厚度而未发生挤裂和裂纹。
【实施例5】
制作以适当的比例混入了粒径为5μm的金刚石磨粒和粒径为1μm的HBN粒子的镍镀液。将铝线材插入该镍镀液中进行电铸。在电铸后使铝线材溶解，从而形成这样的管状电铸磨具：含有12％～18％的体积比的粒径为5μm的金刚石磨粒，并含有15％～10％的体积比的粒径为1μm的HBN(六方氮化硼)粒子。
将多个该电铸磨具固定到环状基座24A的自由端部从而形成了磨轮。将该磨轮装配到轮座20，并以与实施例4相同的条件磨削蓝宝石晶片，结果能够将蓝宝石晶片磨削至70μm的厚度而未发生挤裂和裂纹。
【实施例6】
制作以适当的比例混入了粒径为5μm的金刚石磨粒和粒径为1μm的CBN粒子的镍镀液。将铝线材插入该镍镀液中进行电铸。在电铸后使铝线材溶解，从而形成这样的管状电铸磨具：含有12％～18％的体积比的粒径为5μm的金刚石磨粒，并含有15％～10％的体积比的粒径为1μm的CBN(立方氮化硼)粒子。
将多个该电铸磨具呈环状地固定到环状基座24A的自由端部从而形成了磨轮。将该磨轮装配到轮座20，并以与实施例4相同的条件磨削蓝宝石晶片，结果能够将蓝宝石晶片磨削至70μm的厚度而未发生挤裂和裂纹。
(比较例2)
混入粒径为5μm的金刚石磨粒来制作出镍镀液。将铝线材插入该镍镀液中进行电铸。在电铸后使铝线材溶解而形成这样的管状电铸磨具：含有15％～20％的体积比的粒径为5μm的金刚石磨粒。
将多个该电铸磨具呈环状地固定到环状基座24A的自由端部从而形成了磨轮。将该磨轮装配到轮座20，并以与实施例4相同的条件磨削蓝宝石晶片，结果在蓝宝石晶片发生挤裂，并且在厚度达到110μm时产生了裂纹。由此可知该管状电铸磨具不适于蓝宝石晶片的磨削。

Claims (4)

1.一种磨轮，其为磨削被加工物的磨轮，其特征在于，
该磨轮具备：
环状基座，所述环状基座具有装配到轮座上的轮座装配面；以及
多个磨削磨具，所述多个磨削磨具呈环状地配设于所述环状基座的自由端部，所述多个磨削磨具是在金刚石磨粒中添加硼化合物而构成的。
2.根据权利要求1所述的磨轮，其特征在于，
所述硼化合物从由碳化硼、六方氮化硼和立方氮化硼构成的组中选择。
3.根据权利要求1或2所述的磨轮，其特征在于，
所述磨削磨具由烧结磨具构成，该烧结磨具是将树脂结合剂、陶瓷结合剂以及金属结合剂中的任一种与金刚石磨粒和硼化合物混匀并烧结而形成的。
4.根据权利要求1或2所述的磨轮，其特征在于，
所述磨削磨具由电铸磨具构成，该电铸磨具是通过镍镀将金刚石磨粒和硼化合物固定而形成的。
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