CN104772830B - 切削方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种切削方法，其能够良好地对由蓝宝石等难切削材料构成的被加工物进行分割，而不引起切削刀具的异常磨损。切削方法具备切削进给工序、X轴返回进给工序和Z轴摆动工序。在切削进给工序中，使Z轴下降规定的量以将旋转的切削刀具相对于被加工物切入规定的深度，同时使切削刀具和卡盘工作台相对地沿X轴方向以第一进给量进行切削进给，从而沿分割预定线以第一进给量切削被加工物。在X轴返回进给工序中，在实施切削进给工序后，在维持规定的深度的状态下，以比第一进给量少的第二进给量使卡盘工作台和切削刀具相对地沿X轴方向朝向与该切削进给工序相反的方向返回。在Z轴摆动工序中，在任意时刻使旋转的切削刀具进一步下降后立刻上升。
Description
技术领域
本发明涉及对由蓝宝石等难切削材料构成的被加工物进行切削的切削方法。
背景技术
对于光器件晶片，在由难切削材料例如蓝宝石等构成的基板的表面上，通过设定成格子状的分割预定线划分出多个区域，在这些区域中形成有由氮化镓类化合物半导体等构成的光器件。这样的光器件晶片被沿着分割预定线分割为一个个的光器件，光器件广泛应用于电子设备。
关于对由蓝宝石等构成的光器件晶片的分割，已知这样的方法：沿分割预定线照射具有透射性的激光束，在晶片的内部形成沿着分割预定线的变质层，从而使分割预定线的强度降低，接下来，对分割预定线施加外力，以变质层为起点进行分割(例如，参照专利文献1)。可是，由于激光照射装置价格高昂，因此，希望利用廉价的切削装置来对由蓝宝石等难切削材料构成的被加工物进行切削。
专利文献1：日本特许第3762409号公报
可是，由于由蓝宝石等难切削材料构成的被加工物非常硬，因此，如果利用现有的切削刀具进行通常的切削，则存在引起切削刀具异常磨损的情况。另外，如果利用切削刀具进行通常的切削，则必须低速地进行切削，需要相当长的时间，从而存在生产率较低等很多技术问题。另一方面，对于金属基板等韧性材料，在利用切削刀具进行的切削中，由于摩擦热的影响而难以进行切削。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够良好地对由蓝宝石等难切削材料构成的被加工物进行分割而不会引起切削刀具的异常磨损的切削方法。
为了解决上述技术问题以实现目的，本发明的切削方法是在切削装置中一边供给切削液一边对被加工物进行切削的切削方法，所述切削装置至少具备：保持构件，其具有保持被加工物的保持面；切削构件，其具有主轴，在该主轴上装配有对保持于该保持构件的被加工物进行切削的切削刀具；切削液供给构件，其向该切削构件供给所述切削液；X轴移动构件，其使该保持构件和该切削构件沿着X轴方向相对移动；Y轴移动构件，其使该保持构件和该切削构件沿着与X轴方向垂直的Y轴方向相对移动；和Z轴移动构件，其使该保持构件和该切削构件沿着铅直方向相对移动，所述切削方法的特征在于，所述切削方法具备：切削进给工序，在该切削进给工序中，使Z轴下降规定的量以将旋转的切削刀具相对于被加工物切入规定的深度，并且使该切削刀具和该保持构件相对地沿X轴方向以第一进给量进行切削进给，从而沿着分割预定线以第一进给量切削被加工物；和X轴返回进给工序，在实施了该切削进给工序后，在该X轴返回进给工序中，在维持该规定的深度的状态下，以比该第一进给量少的第二进给量使该保持构件和该切削刀具相对地沿X轴方向朝向与该切削进给工序相反的方向返回，沿着分割预定线交替进行多次该切削进给工序和该X轴返回进给工序，从而沿着分割预定线进行被加工物的切削。
另外，优选的是，上述切削方法具备Z轴摆动工序，在该Z轴摆动工序中，在所述切削进给工序和所述X轴返回进给工序的任意时刻，使旋转的切削刀具在Z轴上比该规定的量进一步下降后立刻上升。。
在本发明中，通过一边使切削刀具沿X轴方向摆动一边进行切削，由此使得切削液遍及被加工物与切削刀具之间，提高了加工点的冷却效率，因此，即使是蓝宝石等难切削材料也能够利用切削刀具进行切削而不会引起异常磨损。
此外，在本发明中，通过使切削刀具沿Z轴方向摆动，促进了切削刀具的消耗，能够防止在对由难切削材料构成的被加工物进行切削时的切削刀具的堵塞。
附图说明
图1是示出实施实施方式的切削方法的切削装置的结构例的立体图。
图2的(a)是示出实施方式的切削方法的切削进给工序开始时的状态的剖视图，图2的(b)是示出实施方式的切削方法的最初的切削进给工序后的状态的剖视图，图2的(c)是示出实施方式的切削方法的X轴返回进给工序后的状态的剖视图，图2的(d)是示出实施方式的切削方法的下一切削进给工序后的状态的剖视图。
图3的(a)是示出实施方式的切削方法的Z轴摆动工序前的状态的剖视图，图3的(b)是示出实施方式的切削方法的Z轴摆动工序中的状态的剖视图。
图4是图1所示的切削装置的控制单元的流程图的一个例子。
标号说明
1：切削装置；
10：卡盘工作台(保持构件)；
10a：保持面；
20：切削构件；
21：切削刀具；
22：主轴；
25：切削液供给喷嘴(切削液供给构件)；
30：X轴移动构件；
40：Y轴移动构件；
50：Z轴移动构件；
W：被加工物；
L：分割预定线；
H：规定的深度；
D1：第一进给量；
D2：第二进给量；
ST2、ST6：切削进给工序；
ST3：X轴返回进给工序；
ST7：Z轴摆动工序。
具体实施方式
参照附图详细说明用于实施本发明的方式(实施方式)。本发明并不受在以下的实施方式中记载的内容限定。另外，在以下所述的构成部件中，包括本领域人员能够容易想到的构成部件和实质上相同的构成部件。此外，能够将以下所述的结构适当组合。另外，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行结构的各种省略、替换和变更。
(实施方式)
基于图1至图4对实施方式的切削方法进行说明。图1是示出实施实施方式的切削方法的切削装置的结构例的立体图。图2的(a)是示出实施方式的切削方法的切削进给工序开始时的状态的剖视图。图2的(b)是示出实施方式的切削方法的最初的切削进给工序后的状态的剖视图。图2的(c)是示出实施方式的切削方法的X轴返回进给工序后的状态的剖视图。图2的(d)是示出实施方式的切削方法的下一切削进给工序后的状态的剖视图。图3的(a)是示出实施方式的切削方法的Z轴摆动工序前的状态的剖视图。图3的(b)是示出实施方式的切削方法的Z轴摆动工序中的状态的剖视图。图4是图1所示的切削装置的控制单元的流程图的一个例子。
实施方式的切削方法是下述这样的方法：在图1所示的切削装置1中，一边供给切削液一边对被加工物W进行切削，由此将被加工物W分割为一个个器件D。并且，在本实施方式中，通过本实施方式的切削方法被分割为一个个器件D的被加工物W是由蓝宝石、氮化硅等硬质的难切削材料构成的被加工物，并且是圆板状的半导体晶片或光器件晶片。如图1所示，被加工物W在由分割预定线L划分出的各区域中形成有器件D，所述分割预定线L在被加工物W的表面Wa上形成为格子状。在被加工物W的上表面Wa的背侧的背面Wb上粘贴有切割带T，环状框架F被粘贴于切割带T，被加工物W经由切割带T粘贴于环状框架F。被加工物W被切削装置1沿着分割预定线L切削而分割为一个个器件D。
如图1所示，切削装置1至少具备：卡盘工作台10(相当于保持构件)，其具有保持被加工物W的保持面10a；切削构件20，其对保持在卡盘工作台10上的被加工物W进行切削；切削液供给喷嘴25(相当于切削液供给构件)，其向切削构件20供给切削液；X轴移动构件30，其使卡盘工作台10和切削构件20沿着X轴方向相对移动；Y轴移动构件40，其使卡盘工作台10和切削构件20沿着与X轴方向垂直的Y轴方向相对移动；Z轴移动构件50，其使卡盘工作台10和切削构件20沿着铅直方向相对移动；和控制单元100。如图1所示，切削装置1是具备2个切削构件20，即，切削装置1是双主轴的切片机即所谓的对置双重式(facing dual type)的切削装置。
卡盘工作台10是将切削加工前的被加工物W载置于保持面10a上来对经由切割带T粘贴于环状框架F的开口的被加工物W进行保持的部件。卡盘工作台10是构成保持面10a的部分由多孔陶瓷等形成的圆盘形状，卡盘工作台10经由未图示的真空抽吸路径与未图示的真空抽吸源连接，通过对载置于保持面10a上的被加工物W进行抽吸来保持该被加工物W。并且，卡盘工作台10被设置成借助X轴移动构件30沿X轴方向移动自如，并且被设置成借助旋转驱动源(未图示)绕中心轴线(与Z轴平行)旋转自如。另外，在卡盘工作台10的周围设有多个夹紧部11，所述多个夹紧部11被空气致动器驱动而对被加工物W的周围的环状框架F进行夹持。
切削构件20具有主轴22，在该主轴22上装配有对保持在卡盘工作台10上的被加工物W进行切削的切削刀具21。切削构件20分别被设置成借助Y轴移动构件40相对于保持在卡盘工作台10上的被加工物W沿Y轴方向移动自如，并且被设置成借助Z轴移动构件50相对于该被加工物W沿Z轴方向移动自如。
如图1所示，一个切削构件20经由Y轴移动构件40、Z轴移动构件50等设置于从装置本体2立起设置的一个柱部3a。如图1所示，另一个切削构件20经由Y轴移动构件40、Z轴移动构件50等设置于另一个柱部3b。
切削构件20通过Y轴移动构件40和Z轴移动构件50能够将切削刀具21定位于卡盘工作台10的表面的任意位置。另外，一个切削构件20以对被加工物W的上表面Wa进行摄像的未图示的摄像构件一体地移动的方式被固定。摄像构件具备对保持在卡盘工作台10上的分割加工前的被加工物W的应分割区域进行摄像的CCD相机。CCD相机对保持在卡盘工作台10上的被加工物W进行摄像，得到用于进行校准的图像，并将得到的图像输出至控制单元100，所述校准是用于进行被加工物W与切削刀具21的位置对准。
切削刀具21为具有大致环形状的极薄的切削磨具。主轴22通过使切削刀具21旋转来对被加工物W进行切削。主轴22收纳于主轴壳体23内，主轴壳体23被支承于Z轴移动构件50。切削构件20的主轴22和切削刀具21的轴心设定成与Y轴方向平行。
切削液供给喷嘴25安装于切削构件20的主轴壳体23的前端部，向切削刀具21供给切削液。
控制单元100分别控制构成切削装置1的上述构成部件，使切削装置1执行对被加工物W的切削方法。并且，控制单元100例如以由CPU等构成的运算处理装置或具备ROM、RAM等的未图示的微处理器为主体而构成，该控制单元100与显示加工动作的状态或所述图像等的显示构件、或者在操作员录入加工内容信息等时使用的未图示的操作构件连接。
接下来，对利用实施方式的切削装置1进行的切削方法进行说明。切削方法至少包括切削进给工序、X轴返回进给工序和Z轴摆动工序，该切削方法通过切削装置1的控制单元100来实施。在切削方法中，操作员将加工内容信息录入控制单元100，在从操作员发出加工动作的开始指示的情况下，切削装置1开始进行加工动作。首先，操作员将被加工物W载置于从切削构件20离开的卡盘工作台10的保持面10a上，当从操作员发出加工动作的开始指示时，控制单元100将被加工物W抽吸保持在卡盘工作台10的表面上，并利用夹紧部11夹持环状框架F。
接下来，控制单元100借助X轴移动构件30使卡盘工作台10朝向切削构件20的下方移动，将保持在卡盘工作台10上的被加工物W定位于固定在一个切削构件20上的摄像构件的下方，并用摄像构件进行摄像。摄像构件将拍摄的图像信息输出至控制单元100。然后，控制单元100执行用于进行保持在卡盘工作台10上的被加工物W的分割预定线L与切削构件20的切削刀具21的位置对准的图案匹配等图像处理，并调整保持在卡盘工作台10上的被加工物W与切削构件20的相对位置。
然后，控制单元100存储n＝0(图4所示的步骤ST1)，并使切削构件20的切削刀具21旋转。控制单元100基于加工内容信息，并借助X轴移动构件30、Y轴移动构件40和旋转驱动源将切削构件20的切削刀具21定位于最初切削的分割预定线L的一端的上方。然后，控制单元100借助Z轴移动构件50使切削构件20下降规定的量，并从切削液供给喷嘴25供给切削液。如图2的(a)所示，控制单元100使Z轴下降规定的量以将旋转的切削刀具21相对于被加工物W的分割预定线L切入规定的深度H，同时，如图2的(b)所示，借助X轴移动构件30使切削刀具21和卡盘工作台10沿X轴方向以第一进给量D1相对地进行切削进给，从而实施沿着分割预定线L以第一进给量D1切削被加工物W的切削进给工序(步骤ST2)。
并且，在本实施方式的切削进给工序中，优选的是，例如Z轴移动构件50使切削构件20下降规定的量，以便使切削刀具21切入至切割带T的中央。并且，在本发明的切削进给工序中，恰当地设定了X轴移动构件30沿X轴方向进给卡盘工作台10的进给速度、第一进给量D1以及切削刀具21的末端距卡盘工作台10的保持面10a的高度(以下，记作刀具高度)。
控制单元100在实施了切削进给工序后实施X轴返回进给工序(步骤ST3)，在该X轴返回进给工序(步骤ST3)中，如图2的(c)所示，在维持着切削刀具21的规定的深度H的状态下，以比第一进给量D1少的第二进给量D2使卡盘工作台10和切削刀具21沿X轴方向朝向与切削进给工序相反的方向返回。并且，在本发明的X轴返回进给工序中，恰当地设定了X轴移动构件30使卡盘工作台10沿X轴方向朝向与切削进给工序相反的方向返回的返回进给速度和第二进给量D2。另外，优选的是，返回进给速度比切削进给工序的进给速度快。
并且，控制单元100存储为n＝n+1(步骤ST4)，并判定存储的n即切削进给工序和X轴返回进给工序的数量是否为预先设定的规定的次数以上(步骤ST5)。当控制单元100判定为n即切削进给工序和X轴返回进给工序的数量不是预先设定的规定的次数以上时(步骤ST5：No)，返回步骤ST2，并如图2的(d)所示这样实施切削进给工序(步骤ST2)。控制单元100重复执行步骤ST2～步骤ST5，沿着分割预定线L交替进行多次切削进给工序和X轴返回进给工序，沿着分割预定线L对被加工物W进行切削，直至切削进给工序和X轴返回进给工序的数量成为预先设定的规定的次数以上为止。
当控制单元100判定为n即切削进给工序和X轴返回进给工序的数量为预先设定的规定的次数以上时(步骤ST5：Yes)，如图3的(a)所示，在维持切削刀具21的规定的深度H的状态下，与步骤ST2相同地实施切削进给工序(步骤ST6)，在该切削进给工序(步骤ST6)中，借助X轴移动构件30使切削刀具21和卡盘工作台10沿X轴方向以第一进给量D1相对地进行切削进给，从而沿着分割预定线L以第一进给量D1切削被加工物W。然后，如图3的(b)所示，控制单元100在实施了切削进给工序后以旋转的切削刀具21不与卡盘工作台10的保持面10a接触的方式使该切削刀具21进一步下降H1，实施使Z轴比规定的量进一步下降后马上上升的Z轴摆动工序(步骤ST7)。并且，在本发明中，恰当地设定了Z轴移动构件50使切削刀具21下降后立刻上升的速度、以及使切削刀具21进一步下降的量H1。
控制单元100判定是否对所有的分割预定线L进行了切削(步骤ST8)。当控制单元100判定为没有对所有的分割预定线L进行切削时(步骤ST8：No)，返回步骤ST1。这样，控制单元100重复执行步骤ST1～步骤ST8，沿着分割预定线L交替进行多次切削进给工序和X轴返回进给工序，以沿着分割预定线L对被加工物W进行切削，并且，每隔规定的次数的切削进给工序和X轴返回进给工序实施Z轴摆动工序，直至对所有的分割预定线L进行了切削为止。
当控制单元100判定为对所有的分割预定线L进行了切削时(步骤ST8：Yes)，使卡盘工作台10从切削构件20的下方退避，然后解除卡盘工作台10的抽吸保持和夹紧部11的挟持。然后，操作员将分割出的多个器件D等从卡盘工作台10上拿走，并再次将切削前的被加工物W载置于卡盘工作台10上，重复执行所述工序，将被加工物W分割为一个个器件D。
如以上所述，根据实施方式的切削方法，在实施了使切削刀具21以第一进给量D1进行切削的切削进给工序后，实施使切削刀具21以第二进给量D2向与切削进给工序相反的方向返回的X轴返回进给工序。因此，根据切削方法，特别是在X轴返回进给工序后，切削液遍及被加工物W与切削刀具21之间，提高了加工点的冷却效率。因此，根据切削方法，能够抑制切削刀具21的温度上升，从而能够利用切削刀具21良好地对由蓝宝石等难切削材料构成的被加工物W进行分割，而不会引起切削刀具21的异常磨损。另外，根据切削方法，由于第二进给量D2比第一进给量D1少，并且X轴返回进给工序的返回进给速度比切削进给工序的进给速度快，因此，能够抑制切削所需要的时间的变长，从而能够抑制生产率降低。
此外，根据实施方式的切削方法，由于在Z轴摆动工序中使切削刀具21沿Z轴方向摆动，因此促进了切削刀具21的消耗。因此，根据切削方法，即使被加工物W由蓝宝石等难切削材料构成，但是在Z轴摆动工序中，由于切削阻力增加而使得磨粒裂开从而产生新的切削刃，也能够防止切削刀具21的堵塞。
下面，本发明的发明人们通过实验确认了本发明的效果。在表1中示出结果。
【表1】
| 切削结果 | |
| 本发明物1 | ○ |
| 本发明物2 | ○ |
| 比较例 | × |
在实验中，对本发明物1、本发明物2和比较例，都使用以树脂结合剂固定金刚石磨粒而构成的树脂结合剂刀具来作为切削刀具21，并使用以蓝宝石为母材的圆板状的光器件晶片(是φ4×0.85mm的蓝宝石晶片，并且在背面Wb粘贴有厚度为0.165mm的切割带T)来作为被加工物W，使主轴22的转速为30000(转/min)，使切削刀具21下降规定的量以便使刀具高度为0.065mm，对分割预定线L进行切削。另外，在比较例中，使切削刀具21的进给速度为15(mm/sec)。对于本发明物1，实施了前述的实施方式的切削进给工序、X轴返回进给工序以及Z轴摆动工序中的切削进给工序和X轴返回进给工序，并且，对于本发明物2，实施了切削进给工序、X轴返回进给工序和Z轴摆动工序。对于本发明物1和本发明物2，使切削刀具21在切削进给工序中的进给速度为15(mm/sec)，使第一进给量D1为1.5(mm)，使切削刀具21在X轴返回进给工序中的返回进给速度为600(mm/sec)，使第二进给量D2为0.3(mm)，并且将在Z轴摆动工序中使切削刀具21下降的刀具高度量H1设定为0.030(mm)。在本发明物1、本发明物2的切削进给工序和X轴返回进给工序中，切削刀具21切入切割带T中100μm，在本发明物2的Z轴摆动工序中，使切削刀具21从该位置再进一步向下方并向切割带T切入30μm。另外，在实验中，通过感应评价对切削中的切削刀具21的烧伤情况和切削情况进行评价，将烧伤情况和切削情况不良的表示为叉，将两者都良好的表示为圈。
根据表1，在比较例中，由于蓝宝石的导热率较差，因此产生烧伤并产生切削刀具21的异常磨损而难以切削至最后。与此相对，对于本发明物1，能够将在比较例中由于异常磨损和烧伤而无法切削至最后的蓝宝石在不发生烧伤和异常磨损的情况下加工至最后。此外，对于本发明物2，由于实施了Z轴摆动工序，因此，切削刀具21的消耗量与没有Z轴摆动工序的状态相比消耗了1.5倍(堵塞改善的趋势)，并且，背面Wb的碎屑也比没有Z轴摆动工序的状态变小。因此，根据表1可以明白，通过实施切削进给工序、X轴返回进给工序和Z轴摆动工序，能够良好地对由蓝宝石等难切削材料构成的被加工物W进行分割，而不会在切削刀具21上引起切削刀具21的异常磨损。
并且，在前述的实施方式中，每隔规定的次数的切削进给工序和X轴返回进给工序实施Z轴摆动工序，但在本发明中，并不限定于此。在本发明中，也可以不实施Z轴摆动工序，而是仅实施切削进给工序和X轴返回进给工序。另外，在本发明中，也可以在切削进给工序前且X轴返回进给工序后等的任意时刻实施Z轴摆动工序，只要在切削进给工序和X轴返回进给工序的任意时刻实施Z轴摆动工序即可。此外，在前述的实施方式中，在与切削进给工序和X轴返回进给工序不同的时刻实施Z轴摆动工序，但在本发明中，也可以与切削进给工序和X轴返回进给工序的一方同时实施Z轴摆动工序。
并且，本发明并不限定于上述实施方式。即，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形来实施。
Claims (2)
1.一种切削方法，所述切削方法是在切削装置中一边供给切削液一边对被加工物进行切削的切削方法，所述切削装置至少具备：保持构件，其具有保持被加工物的保持面；切削构件，其具有主轴，在该主轴上装配有对保持于该保持构件的被加工物进行切削的切削刀具；切削液供给构件，其向该切削构件供给所述切削液；X轴移动构件，其使该保持构件和该切削构件沿着X轴方向相对移动；Y轴移动构件，其使该保持构件和该切削构件沿着与X轴方向垂直的Y轴方向相对移动；和Z轴移动构件，其使该保持构件和该切削构件沿着铅直方向相对移动，
所述切削方法的特征在于，
所述切削方法具备：
切削进给工序，在该切削进给工序中，使Z轴下降规定的量以将旋转的切削刀具相对于被加工物切入规定的深度，并且使该切削刀具和该保持构件相对地沿X轴方向以第一进给量进行切削进给，从而沿着分割预定线以第一进给量切削被加工物；和
X轴返回进给工序，在实施了该切削进给工序后，在该X轴返回进给工序中，在维持该规定的深度的状态下，以比该第一进给量少的第二进给量使该保持构件和该切削刀具相对地沿X轴方向朝向与该切削进给工序相反的方向返回，
所述X轴返回进给工序的返回进给速度比所述切削进给工序的进给速度快，
沿着分割预定线交替进行多次该切削进给工序和该X轴返回进给工序，从而沿着分割预定线进行被加工物的切削。
2.根据权利要求1所述的切削方法，其特征在于，
所述切削方法具备Z轴摆动工序，在该Z轴摆动工序中，在所述切削进给工序和所述X轴返回进给工序的任意时刻，使旋转的切削刀具在Z轴上比该规定的量进一步下降后立刻上升。
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