CN102398228A - 切削砂轮 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种切削砂轮，即使是蓝宝石晶片那样的硬质脆性材料也能够进行切削而不产生缺陷。该切削砂轮是通过向金刚石磨粒中添加硼化合物而构成的。硼化合物从由B4C(碳化硼)、HBN(六方氮化硼)和CBN(立方氮化硼)构成的组中选择。

Description

切削砂轮
技术领域
本发明涉及适于切削硬质脆性材料的切削砂轮。
背景技术
发出波长短的蓝色光或紫外线的激光二极管(LD)和发光二极管(LED)等发光器件例如是通过使蓝宝石晶片上生长出氮化镓(GaN)的外延层而制造出来的。
蓝宝石晶片的莫氏硬度比较高，难以用切削刀具进行分割，因此通过照射激光束将蓝宝石晶片分割为一个个的发光器件，分割好的发光器件被广泛利用于移动电话、个人计算机等电气设备。
作为采用激光束将蓝宝石晶片分割为一个个的发光器件的方法，已知以下说明的第一加工方法和第二加工方法。第一加工方法为这样的方法：向与分割预定线对应的区域照射对蓝宝石晶片实施烧蚀加工的波长(例如355nm)的激光束，通过烧蚀加工形成分割槽，然后施加外力，将蓝宝石晶片分割为一个个的发光器件(例如，参照日本特开平10-305420号公报)。
第二加工方法为这样的方法：将相对于蓝宝石晶片具有透射性的波长(例如1064nm)的激光束的聚光点定位于与分割预定线对应的晶片的内部，沿分割预定线照射激光束，在晶片内部形成变质层，然后施加外力，将蓝宝石晶片分割为一个个的发光器件(例如，参照日本专利第3408805号公报)。
专利文献1：日本特开平10-305420号公报
专利文献2：日本专利第3408805号公报
然而，执行上述的第一加工方法和第二加工方法的激光加工装置与切削装置相比价格非常高，存在着经费难支的问题。
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切削砂轮，即使是蓝宝石晶片那样的硬质脆性材料也能够不产生崩碎地进行切削。
根据本发明，提供一种切削被加工物的切削砂轮，其特征在于，该切削砂轮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)以及CBN(立方氮化硼)中的任一种构成。优选的是，切削砂轮由电铸砂轮构成，该电铸砂轮是通过镀镍将金刚石磨粒和硼化合物固定而形成的。或者，切削砂轮由烧结砂轮构成，该烧结砂轮是将树脂结合剂、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。
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而构成了切削砂轮，因此即使切削蓝宝石晶片、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，能够良好地进行切削而不会在切削槽的表面和背面产生崩碎。
附图说明
图1是可采用本发明的切削砂轮的切削装置的外观立体图。
图2是示出主轴的末端部与应固定于主轴的刀具座的关系的分解立体图。
图3是示出固定于主轴的末端的刀具座与应装配于刀具座的毂状刀具的关系的分解立体图。
图4是毂状刀具装配于主轴的状态的立体图。
图5是示出固定于主轴的刀具座与应装配于刀具座的环状切削刀具的关系的分解立体图。
图6是切削单元的立体图。
图7中，(A)是用本发明的第一实施方式的电铸砂轮切削的蓝宝石晶片的显微镜照片，(B)是用现有的电铸砂轮切削的蓝宝石晶片的显微镜照片。
图8中，(A)是用本发明的第二实施方式的树脂结合剂砂轮切削的蓝宝石晶片的显微镜照片，(B)是用现有的树脂结合剂砂轮切削的蓝宝石晶片的显微镜照片。
标号说明
2：切削装置；
18：卡盘工作台；
24：切削单元；
26：主轴；
28：切削刀具；
50：电铸砂轮；
56：垫圈状树脂结合剂砂轮。
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示出了切削装置2的外观，该切削装置2能够装配本发明的切削砂轮来切割蓝宝石晶片，将其分割为一个个的芯片(发光器件)。
在切削装置2的前表面侧，设有用于供操作者输入加工条件等对装置的指令的操作构件4。在装置上部设有CRT等显示构件6，该显示构件6显示对操作者的引导画面和由后述的摄像构件摄像得到的图像。
正如公知的那样，在作为切割对象的蓝宝石晶片的表面呈格子状地形成有多条分割预定线，并在由分割预定线划分出的区域中形成有LED、LD等发光器件。
晶片W被粘贴于为粘接带的切割带T，切割带T的外周缘部被粘贴于环状框架F。由此，晶片W处于经由切割带T被支承于框架F的状态，在图1所示的晶片盒8中收纳有多枚(例如25枚)晶片。晶片盒8被载置于能够上下移动的盒升降机9上。
在晶片盒8的后方配设有搬入搬出构件10，该搬入搬出构件10从晶片盒8将切学前的晶片W搬出，并将切削后的晶片搬入晶片盒8。在晶片盒8与搬入搬出构件10之间，设有临时放置区域12，该临时放置区域12为临时放置作为搬入搬出对象的晶片的区域，在临时放置区域12配设有使晶片W与固定的位置对准的位置对准构件14。
在临时放置区域12的附近配设有搬送构件16，该搬送构件16具有回转臂部，该回转臂部吸附并搬送与晶片W成为一体的框架F，被搬出到临时放置区域12的晶片W由搬送构件16吸附并搬送至卡盘工作台18上，所述晶片W被该卡盘工作台18吸引，并且通过多个夹紧件19将框架F夹紧，从而将该晶片W保持在卡盘工作台18上。
卡盘工作台18构成为能够旋转且能够在X轴方向往复移动，在卡盘工作台18的X轴方向的移动路径的上方，配设有检测晶片W的应切削的分割预定线的校准构件20。
校准构件20具备对晶片W的表面进行摄像的摄像构件22，校准构件20能够基于由摄像取得的图像，通过模式匹配等处理检测出应切削的分割预定线。由摄像构件22取得的图像被显示在显示构件6。
在校准构件20的左侧配设有对保持在卡盘工作台18的晶片W实施切削加工的切削单元24。切削单元24与校准构件20一体地构成，两者联动地在Y轴方向和Z轴方向移动。
切削单元24通过在能够旋转的主轴26的末端装配切削刀具28而构成，该切削单元24能够在Y轴方向和Z轴方向移动。切削刀具28位于摄像构件22的X轴方向的延长线上。
参照图2，其示出了表示主轴和装配于主轴的刀具座的关系的分解立体图。在主轴单元30的主轴壳体32中，以能够旋转的方式收纳有由未图示的伺服电动机驱动旋转的主轴26。主轴26具有锥形部26a和末端小径部26b，在末端小径部26b形成有外螺纹34。
标号36为刀具座，刀具座34由凸台部(凸部)38和与凸台部38一体地形成的固定凸缘40构成，在凸台部38形成有外螺纹42。而且，刀具座36具有装配孔43。
通过将装配孔43插到主轴26的末端小径部26b和锥形部26a，并将螺母44螺合紧固于外螺纹34，如图3所示，刀具座36被安装于主轴26的末端部。
图3是示出固定有刀具座36的主轴26与切削刀具28的装配关系的分解立体图。切削刀具28被称作毂状刀具，其通过将切削砂轮(切削刃)50电沉积于具有圆形毂部48的圆形基座46的外周而构成，所述切削砂轮(切削刃)50为在镍母材中分散有金刚石磨粒和B4C(碳化硼)等硼化合物的砂轮。作为硼化合物，还可以采用HBN(Hexagonal Boron Nitride：六方氮化硼)或者CBN(Cubic Boron Nitride：立方氮化硼)。
通过将切削刀具28的装配孔52插到刀具座36的凸台部38，并将固定螺母54螺合固定于凸台部38的外螺纹42，如图4所示，切削刀具28被安装于主轴26。
参照图5，其示出了表示将环状或者垫圈状的切削刀具56装配于主轴26的形态的分解立体图。切削刀具56由烧结砂轮构成，该烧结砂轮是将金刚石磨粒和B4C等硼化合物在树脂结合剂中混匀并烧结而成的。
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在酚醛树脂中混匀并成形为垫圈状刀具形状，以180℃～200℃的烧结温度烧结7至8小时，从而制造出整体由烧结砂轮构成的切削刀具56。
烧结砂轮并不限定于树脂结合剂烧结砂轮，也可以采用金属结合剂烧结砂轮或者陶瓷结合剂烧结砂轮。金属结合剂烧结砂轮这样形成：将金刚石磨粒和B4C在金属结合剂中混匀并成形为垫圈状刀具形状，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、镍等而成的材料。
陶瓷结合剂烧结砂轮这样形成：将金刚石磨粒和B4C在陶瓷结合剂中混匀并成形为垫圈状刀具形状，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的材料：以二氧化硅(SiO2)为主要成分，并混入了少量的长石等而成的材料。
将切削刀具56插到刀具座36的凸台部38，并且将装卸凸缘58插到凸台部38，将固定螺母54螺合紧固于外螺纹42，由此切削刀具56被固定凸缘40和装卸凸缘58从两侧夹着安装到主轴26上。
参照图6，其示出了采用第一实施方式的毂状刀具28作为切削刀具的切削单元24的放大立体图。标号60为罩住切削刀具28的刀具罩，在该刀具罩60安装有沿切削刀具28的侧面伸长的未图示的切削液喷嘴。切削液经由管72供给到未图示的切削液喷嘴。
标号62为装卸罩，其通过螺钉64安装于刀具罩60。装卸罩62具有切削液喷嘴70，在装卸罩62安装在刀具罩60时，切削液喷嘴70沿切削刀具28的侧面伸长。切削液经由管74供给到切削液喷嘴70。
标号66为刀具检测块，其通过螺钉68安装于刀具罩60。在刀具检测块66安装有由发光部和受光部构成的未图示的刀具传感器，通过该刀具传感器检测切削刀具28的切削砂轮50的状态。
在由刀具传感器检测出切削砂轮50的崩刃等的情况下，将切削刀具28更换为新的切削刀具。标号76是用于调整刀具传感器的位置的调整螺钉。
【实施例1】
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。在该镍镀液中电铸如图3所示的毂状刀具的外周，形成厚度为30μm的电铸砂轮，该电铸砂轮含有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。
将具有该电铸砂轮的毂状刀具28装配于主轴26，并以主轴转速为10000rpm、切入深度为30μm、进给速度为10mm/秒的加工条件，切削厚度为100μm的蓝宝石晶片。图7的(A)中示出了切削后的形成有两条切削槽的蓝宝石晶片的从表面侧观察到的状态的显微镜照片。放大倍数为200倍。由该图可以明确，在切削槽的两侧基本未产生崩碎。
【实施例2】
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。在该镍镀液中电铸毂状刀具的外周，形成厚度为30μm的电铸砂轮，该电铸砂轮含有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。
将外周具有该电铸砂轮的毂状刀具装配于主轴，并以与实施例1相同的条件切削蓝宝石晶片，结果确认到在切削槽的两侧基本未产生崩碎。
【实施例3】
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。在该镍镀液中电铸毂状刀具的外周，形成厚度为30μm的电铸砂轮，该电铸砂轮含有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。
将具有该电铸砂轮的毂状刀具28装配于主轴26，并以与实施例1相同的条件切削蓝宝石晶片。其结果是，确认到在切削槽的两侧基本未产生崩碎。
(比较例1)
混入粒径为5μm的金刚石磨粒来制作出镍镀液。在该镍镀液中电铸毂状刀具的外周，制造具有厚度为30μm的电铸砂轮50的毂状刀具28，该电铸砂轮50含有15％～20％的体积比的粒径为5μm的金刚石磨粒。
将该毂状刀具装配于主轴26的末端，并以与实施例1相同的条件进行蓝宝石晶片的切削。图7的(B)中示出了切削后的形成有两条切削槽的蓝宝石晶片的从表面侧观察到的状态的显微镜照片。放大倍数为200倍。
由该图可知，在切削槽的两侧产生了大量的比较大的崩碎，外周具有该切削砂轮的切削刀具不适于蓝宝石晶片的切削。
【实施例4】
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，并成形为垫圈形状。将该成形体以180℃的烧结温度烧结大约8小时，从而形成了厚度为200μm的垫圈状树脂结合剂砂轮。
将该树脂结合剂砂轮装配于主轴，并以主轴转速为20000rpm、切入深度为1080μm、进给速度为15mm/秒的加工条件，切削厚度为1000μm的石英基板。图8的(A)中示出了从背面对切削后的石英基板进行摄影的状态的显微镜照片。放大倍数为200倍。确认到：不仅图8的(A)所示的背面侧，在表面侧也基本未产生崩碎。
【实施例5】
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，并成形为垫圈形状的切削砂轮。将该切削砂轮以700℃的烧结温度烧结大约1小时，从而制造出厚度为200μm的垫圈形状的金属结合剂砂轮。将该金属结合剂砂轮装配于主轴，并以与实施例4相同的条件切削石英基板，结果确认到在石英基板的表面侧和背面侧基本未产生崩碎。
【实施例6】
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，并成形为垫圈形状，将该成形体以700℃的烧结温度烧结大约1小时，从而制造出厚度为200μm的垫圈形状的陶瓷结合剂砂轮。将该陶瓷结合剂砂轮装配于主轴，并以与实施例4相同的条件切削石英基板。其结果是，确认到在石英基板的表面侧和背面侧基本未产生崩碎。
(比较例2)
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％～20％混入粒径为1μm的SiC(碳化硅)粒子，并成形为垫圈形状，将该成形体以180℃的烧结温度烧结大约8小时，从而制造出厚度为200um的树脂结合剂砂轮。
将该树脂结合剂砂轮装配于主轴，并以实施例4相同的条件切削石英基板。在图8的(B)中示出了切削后的石英基板的背面侧的显微镜照片。放大倍数为100倍。由该图可以明确，在石英基板的背面侧产生大量的比较大的崩碎，可知现有的树脂结合剂砂轮不适于石英基板的切削。

Claims (4)

1.一种切削砂轮，其为切削被加工物的切削砂轮，其特征在于，
该切削砂轮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所述的切削砂轮，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所述的切削砂轮，其特征在于，
切削砂轮由电铸砂轮构成，该电铸砂轮是通过镀镍将金刚石磨粒和硼化合物固定而形成的。
4.根据权利要求1或2所述的切削砂轮，其特征在于，
切削砂轮由烧结砂轮构成，该烧结砂轮是将树脂结合剂、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。
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