CN106475883A - 切削磨具 - Google Patents

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Abstract

提供一种切削磨具，对切削加工中的崩边的产生和切削磨具的消耗进行抑制。在包含有金刚石磨粒和硼化合物的切削磨具(65)中，金刚石磨粒的平均粒径在5μm以上且50μm以下的范围内，硼化合物的平均粒径被设为比金刚石磨粒的平均粒径的1/5大且在金刚石磨粒的平均粒径的1/2以下。

Description

切削磨具
技术领域
本发明涉及在被加工物的切削加工中使用的切削磨具。
背景技术
已有如下记载(例如，参照专利文献1)：为了对在半导体制造中使用的由硬质脆性材料(石英、陶瓷等)构成的基板进行切削，当使用添加了硼化合物的切削磨具时能够取得良好的结果。硼化合物具有优异的固体润滑性。因此，通过在切削磨具中混入硼化合物，能够降低在利用切削磨具对被加工物进行切削的情况下的切削阻力而抑制加工点处的加工热量的产生，并能够抑制切削磨具的消耗。
进而，为了使在切削中产生的加工热量高效地从被加工物释放到切削磨具侧，在以往的情况中，将具有较高的热传导率的SiC或GC(绿色碳化硅)作为填料而混入到切削磨具中。
专利文献1：日本特开2012-056012号公报
然而，即使在使用添加了硼化合物的切削磨具对由硬质脆性材料构成的被加工物进行切削加工的情况下，也未能充分地减小产生在被加工物的背面的分割预定线的边缘的崩边。并且，由于需要一边提高加工品质一边提高生产性，所以需要较高地确保切削磨具的固体润滑性并进一步抑制在切削加工时产生的加工热量，从而进一步抑制切削磨具的消耗。
发明内容
因此，存在如下的课题：在使用混入了硼化合物的切削磨具对由硬质脆性材料构成的被加工物进行切削的情况下，抑制被加工物中因切削而导致的崩边的产生，并抑制切削磨具的消耗。
用于解决上述课题的本发明是包含金刚石磨粒和硼化合物的切削磨具，其中，该金刚石磨粒的平均粒径在5μm以上且50μm以下的范围内，该硼化合物的平均粒径比该金刚石磨粒的平均粒径的1/5大且在该金刚石磨粒的平均粒径的1/2以下。
优选所述金刚石磨粒和所述硼化合物被树脂粘合剂或金属粘合剂固定。
优选所述硼化合物为碳化硼(B4C)或立方氮化硼(cBN)。
在本发明的切削磨具中，通过对硼化合物的平均粒径与金刚石磨粒的平均粒径的比(粒径比)进行控制，在对被加工物进行切削的情况下能够抑制产生在被加工物的背面上的崩边，并且还能够抑制切削磨具的消耗量。
附图说明
图1是示出具有切削磨具的主轴单元的一例的分解立体图。
图2是示出切削装置的一例的立体图。
图3是示出在使用实施例1的切削磨具和以往的磨具对被加工物进行了切削的情况下的、切削进给速度与磨具消耗量的关系的图表。
图4是示出在使用实施例1的切削磨具和以往的磨具对被加工物进行了切削的情况下的、切削进给速度与产生在被加工物的背面上的崩边的大小的关系的图表。
图5是示出在使用实施例1的切削磨具和以往的磨具对被加工物进行了切削的情况下的、切削进给速度与产生在被加工物的背面上的崩边(显微镜照片)的关系的表。
图6是示出在使用实施例1的切削磨具、比较例的切削磨具、实施例2和实施例3的切削磨具对被加工物进行了切削的情况下的、各切削磨具的B4C的平均粒径与产生在被加工物的背面上的崩边的大小的关系的图表。
标号说明
65：切削磨具；650：安装孔；6A：主轴单元；60：主轴外壳；61：主轴；62：固定凸缘；620：凸缘部；621：凸部；621a：螺纹；63：螺母；67：装拆凸缘；67a：卡合孔；68：固定螺母；1：切削装置；A：装拆区域；B：切削区域；10：升降机构；11：盒；12：搬出搬入单元；13：暂放区域；14：对位单元；15a：第一搬送单元；15b：第二搬送单元；16：清洗单元；17：对准单元；170：拍摄单元；18：显示单元；30：卡盘工作台；300：吸附部；300a：保持面；301：壳体；31：罩；32：固定单元；6：切削单元；69：切削水提供喷嘴；W：被加工物；Wa：被加工物的正面；Wb：被加工物的背面；S：分割预定线；D：器件；F：环状框架；T：划片带。
具体实施方式
例如，图1所示的切削磨具65是外形呈环状的垫圈型的树脂粘合磨具，是通过由酚醛树脂等构成的树脂粘合剂将金刚石磨粒与作为硼化合物的B4C固定而成的。在切削磨具65中，金刚石磨粒作为主磨粒而发挥作用，B4C作为辅助磨粒而发挥作用。
例如，切削磨具65的制造方法如以下所述。首先，在以酚醛树脂、环氧树脂以及聚酰亚胺树脂等为主要成分的树脂粘合剂中分别以体积比10～20％混入平均粒径为45μm的金刚石磨粒和平均粒径为15μm的B4C，并搅拌而使它们混合。接着，对该混合物进行冲压并成型为规定的厚度(在实施例1中为150μm厚)，外形也成型为环状。之后，在180℃到200℃的烧结温度下烧结7～8个小时，从而制造出具有图1所示的安装孔650的切削磨具65。另外，作为硼化合物也可以不使用B4C而使用cBN(Cubic Boron Nitride：立方氮化硼)，硼化合物的平均粒径能够在比金刚石磨粒的平均粒径的1/5大且在金刚石磨粒的平均粒径的1/2以下的范围内进行适当地变更，优选比金刚石磨粒的平均粒径的1/5大且在金刚石磨粒的平均粒径的1/3以下。并且，金刚石磨粒与硼化合物的体积比能够在2：1到1：8的范围内进行变更。进而，也可以使用对其一部分涂布了镍等金属的金刚石磨粒。并且，也可以在磨具中添加百分之几的碳来作为导通材料。
切削磨具65并不限定于环状的垫圈型的树脂粘合磨具，例如，也可以采用毂型的切削磨具，该切削磨具的切刃与由铝合金铸件等制作的基体成形为一体。在该情况下，切刃由树脂粘合剂、金刚石磨粒和B4C构成。
并且，也可以不使用树脂粘合剂而使用金属粘合剂来作为固定各磨粒的粘合剂。例如外形呈环状的垫圈型的金属粘合磨具的制造方法为以下所述。首先，在金属粘合剂中分别以体积比10～20％混入平均粒径为45μm的金刚石磨粒和平均粒径为15μm的B4C，并搅拌而使它们混合，其中，该金属粘合剂在以铜和锡的合金为主要成分的青铜中混入了微量的钴和镍等。对该混合物进行混合搅拌并冲压而成型为规定的厚度，外形也成型为环状。之后，在600℃到700℃的烧结温度下烧结大约1个小时，由此，能够制造出环状的垫圈型的金属粘合模具。无论在使用树脂粘合剂、金属粘合剂中的任意一种的情况下，为了防止因金刚石磨粒的突出量过小而不能进行加工，均使金刚石磨粒的粒径为5μm以上。
图1所示的主轴单元6A所具有的主轴外壳60将主轴61收纳为能够旋转。主轴61的轴向是在水平方向上相对于X轴方向垂直的方向(Y轴方向)，主轴61的前端部从主轴外壳60朝向-Y方向突出。通过螺母63将供切削磨具65安装的固定凸缘62固定在该突出部分。固定凸缘62具有：凸缘部620，其朝向径向(与主轴61的轴向和水平方向垂直的方向)外侧延伸；以及凸部621，其从凸缘部620沿厚度方向(Y轴方向)突出而形成，并在其侧面上设置有螺纹621a。
在凸部621插入到切削磨具65的安装孔650中的状态下，在凸部621上安装环状的装拆凸缘67。装拆凸缘67具有与凸部621对应的卡合孔67a。当在凸部621上安装装拆凸缘67时，将与螺纹621a螺合的环状的固定螺母68相对于螺纹621a拧紧。通过装拆凸缘67将切削磨具65按压在凸缘部620上，由此，切削磨具65被装拆凸缘67和固定凸缘62从Y轴方向两侧夹住而固定在主轴61上。并且，通过未图示的电动机对主轴61进行旋转驱动，切削磨具65也随之高速旋转。
图2所示的切削装置1是例如通过具有图1所示的切削磨具65的切削单元6对保持在卡盘工作台30上的被加工物W实施切削加工的装置。图2所示的切削单元6能够通过未图示的分度进给单元而沿Y轴方向移动，且能够通过未图示的切入进给单元而在Z轴方向上移动。
在切削装置1的前表面侧(-Y方向侧)具有盒11，该盒11设置在沿Z轴方向往复移动的升降机构10上。在盒11中收纳多张隔着划片带T被支承于环状框架F的被加工物W。在盒11的后方(+Y方向侧)配设有相对于盒11进行被加工物W的搬出搬入的搬出搬入单元12。在盒11与搬出搬入单元12之间设置有供作为搬出搬入对象的被加工物W暂时载置的暂放区域13，在暂放区域13内配设有使被加工物W与规定的位置对位的对位单元14。
在暂放区域13的附近配设有第一搬送单元15a，该第一搬送单元15a在卡盘工作台30与暂放区域13之间搬送被加工物W。第一搬送单元15a所吸附的被加工物W从暂放区域13被搬送至卡盘工作台30。
在第一搬送单元15a的附近配设有对切削加工后的被加工物W进行清洗的清洗单元16。并且，在清洗单元16的上方配设有第二搬送单元15b，该第二搬送单元15b对切削加工后的被加工物W进行吸附并将被加工物W从卡盘工作台30搬送至清洗单元16。
卡盘工作台30的外形例如是圆形，具有对被加工物W进行吸附的吸附部300和对吸附部300进行支承的壳体301。吸附部300与未图示的吸引源连通，将被加工物W吸引保持在吸附部300的露出面即保持面300a上。卡盘工作台30被罩31从周围围住并能够通过未图示的旋转单元而旋转。并且，在图示的例子中在卡盘工作台30的周围配设有两个对环状框架F进行固定的固定单元32。
卡盘工作台30能够在进行被加工物W的装拆的区域即装拆区域A与进行切削单元6对被加工物W的切削的区域即切削区域B之间借助配设于罩31的下方的未图示的切削进给单元而在X轴方向上往复移动。在卡盘工作台30的移动路径的上方配设有对被加工物W的待切削的分割预定线S进行检测的对准单元17。对准单元17具有对被加工物W的正面Wa进行拍摄的拍摄单元170，能够根据由拍摄单元170取得的图像来检测待切削的分割预定线S。例如，在显示器等显示单元18上显示出由拍摄单元170取得的图像。
在对准单元17的附近配设有切削单元6，该切削单元6在切削区域B内对保持在卡盘工作台30上的被加工物W实施切削加工。切削单元6与对准单元17一体地构成，两者连动而沿Y轴方向和Z轴方向移动。例如，切削单元6具有：主轴单元6A，其具有切削磨具65；以及切削水提供喷嘴69，其对切削磨具65与被加工物W的接触部位提供切削水。
以下，使用图2来说明例如在利用切削磨具65对图2所示的被加工物W进行切削的情况下的切削装置1的动作和切削单元6的动作。
被切削装置1切削的被加工物W例如是石英基板，在被加工物W的正面Wa上，在由分割预定线S划分的格子状的区域内形成有多个器件D。并且，将被加工物W的背面Wb粘接在划片带T的粘接面上，并将划片带T的外周部粘接在环状框架F上，由此，被加工物W成为隔着划片带T被支承于环状框架F的状态。另外，被加工物W的种类并不限定于由石英构成的基板，还包含由硼硅酸玻璃构成的基板或由氧化铝等陶瓷构成的基板等。
首先，通过搬出搬入单元12将被加工物W以隔着划片带T被环状框架F支承的状态从盒12搬出至暂放区域13。并且，在暂放区域13内，在通过对位单元14将被加工物W对位在规定的位置之后，第一搬送单元15a对被加工物W进行吸附而将被加工物W从暂放区域13移动至卡盘工作台30。接着，环状框架F被固定单元32固定，被加工物W也被吸引在保持面300a上，由此，通过卡盘工作台30来保持被加工物W。
在通过卡盘工作台30保持了被加工物W之后，未图示的切削进给单元在-X方向上对保持有被加工物W的卡盘工作台30进行进给，通过拍摄单元170来拍摄被加工物W的正面Wa而对待切削的分割预定线S的位置进行检测。与对分割预定线S进行检测相伴随地，通过未图示的分度进给单元在Y轴方向上驱动切削单元6，并进行待切削的分割预定线S与切削磨具65的Y轴方向上的对位。
接着，进一步在-X方向上对卡盘工作台30进行进给，并且未图示的切入进给单元使切削单元6在-Z方向上下降，并通过高速旋转的切削磨具65对分割预定线S进行切削。
当被加工物W在-X方向上被进给到切削磨具65对分割预定线S切削完毕的X轴方向的规定的位置时，暂时停止被加工物W的切削进给，未图示的切入进给单元使切削磨具65从被加工物W离开，并向+X方向送出卡盘工作台30而使其回到原来的位置。并且，一边按照相邻的分割预定线S的间隔在Y轴方向上对切削磨具65进行分度进给，一边依次进行同样的切削，由此，对同方向的所有的分割预定线S进行切削。
(实验例1)
在实验例1中，使用图1所示的切削磨具65以切削进给速度5mm/秒或切削进给速度20mm/秒对被加工物W(石英基板)进行全切割。关于切削磨具65，在树脂粘合剂中分别以体积比10～20％混入平均粒径为45μm的金刚石磨粒和平均粒径为15μm的B4C(以下，将该切削磨具65称为“实施例1的切削磨具65”。)而构成。并且，作为比较例，使用以往的磨具以切削进给速度5mm/秒和切削进给速度20mm/秒对被加工物W(石英基板)进行全切割。以往的磨具是作为磨粒仅包含有金刚石磨粒而不包含硼化合物的环状的垫圈型的树脂粘合磨具。另外，以往的磨具的金刚石磨粒的平均粒径为45μm。
金刚石和cBN中，具有比#325大的粒径的磨粒通过由JIS(Japanese IndustrialStandards：日本工业标准)B4130规定的筛选(筛分级)法来确定粒径。在本例中，关于金刚石磨粒，使用了由该筛选法确定的粒径为45μm(～#320)的磨粒来作为平均粒径为45μm的磨粒。关于粒径比#325小的磨粒，通过激光衍射散射法等来决定。
如图3所示的图表那样，关于在以切削进给速度5mm/秒对被加工物W进行了切削的情况下的每单位切削距离的切削磨具的消耗量(图表的纵轴)，在使用了以往的磨具的情况下大约为1.6μm/m，在使用了实施例1的切削磨具65的情况下大约为0.4μm/m，确认了实施例1的切削磨具65比以往的磨具更能抑制消耗量。并且，关于在将切削进给速度设为20mm/秒的情况下的每单位切削距离的切削磨具的消耗量(图表的纵轴)，在使用了以往的磨具的情况下大约为11μm/m，在使用了实施例1的切削磨具65的情况下大约为5.6μm/m，在该情况下也确认了实施例1的切削磨具65比以往的磨具更能抑制消耗量。即，确认了在以任意一种的切削进给速度进行切削的情况下，实施例1的切削磨具65都比以往的磨具更能抑制磨具的消耗量。
进而，如图4所示的图表(纵轴示出了崩边的大小)那样，关于在以切削进给速度5mm/秒对被加工物W进行了切削的情况下的产生在被加工物W的背面Wb上的崩边的大小(崩边的宽度)，在使用了以往的磨具的情况下，处在大约100μm到大约200μm的范围内，尤其集中在大约155μm到大约175μm的范围内。另一方面，在以切削进给速度5mm/秒使用了实施例1的切削磨具65的情况下，产生在被加工物W的背面Wb上的崩边的大小处在大约60μm到大约180μm的范围内，集中在大约55μm到大约100μm的范围内。这样，确认了在以切削进给速度5mm/秒对被加工物W进行了切削的情况下，在使用了实施例1的切削磨具65的情况下崩边的大小较小。
并且，在切削进给速度为20mm/秒的情况下，在使用了以往的磨具的情况下的崩边的大小处在大约75μm到大约170μm的范围内，集中在大约100μm到大约135μm的范围内。另一方面，在以切削进给速度20mm/秒使用了实施例1的切削磨具65的情况下的崩边的大小处在大约70μm到大约135μm的范围内，集中在大约70μm到大约90μm的范围内。这样，也确认了在以切削进给速度20mm/秒对被加工物W进行了切削的情况下，同样在使用了实施例1的切削磨具65的情况下崩边的大小较小。即，可以确认在以任意一种的切削进给速度进行切削的情况下，实施例1的切削磨具65都比以往的磨具更能抑制产生在被加工物W的背面Wb上的崩边。
通过图5的表所示的对被加工物W的背面Wb进行拍摄的显微镜照片也可以确认该结果。即，当对图5的表中所示的显微镜照片(A)(利用以往的磨具以切削进给速度5mm/秒进行切削的情况)与显微镜照片(C)(利用实施例1的切削磨具65以切削进给速度5mm/秒进行切削的情况)进行比较时，能够确认如下情况：能够在显微镜照片(C)中确认的产生在分割预定线S的边缘的崩边比能够在显微镜照片(A)中确认的崩边的宽度小。同样，当对图5的表中所示的显微镜照片(B)(利用以往的磨具以切削进给速度20mm/秒进行切削的情况)与显微镜照片(D)(利用实施例1的切削磨具65以切削进给速度5mm/秒进行切削的情况)进行比较时，能够确认如下情况：能够在显微镜照片(D)中确认的产生在分割预定线S的边缘的崩边比能够在显微镜照片(B)中确认的崩边的宽度小。
以上，在实验例1中，能够确认如下情况：通过使切削磨具中不仅包含金刚石磨粒还包含硼化合物(B4C)，能够抑制切削磨具的消耗量且还抑制了产生在被加工物的背面上的崩边。
(实验例2)
在实验例2中，如图6所示，使用实施例1的切削磨具65、比较例的切削磨具65a、实施例2的切削磨具65b和实施例3的切削磨具65c以恒定的切削进给速度对被加工物W(硼硅酸玻璃)进行全切割。关于切削磨具65a和实施例2的切削磨具65b以及实施例3的切削磨具65c的任意一个，仅变更了实施例1的切削磨具65所包含的B4C的平均粒径，其他的结构与实施例1的切削磨具65相同。切削磨具65a所包含的B4C的平均粒径为4.5μm，大约是金刚石磨粒的平均粒径45μm的1/10。切削磨具65b所包含的B4C的平均粒径为9μm，大约是金刚石磨粒的平均粒径45μm的1/5。切削磨具65c所包含的B4C的平均粒径为20μm，大约是金刚石磨粒的平均粒径45μm的4/9(1/2以下)。另外，虽然各磨具所包含的金刚石磨粒的平均粒径为45μm，但在5μm以上且50μm以下即可。例如，切削磨具65b所包含的B4C的平均粒径比金刚石磨粒的平均粒径45μm的1/5大。另外，关于金刚石和cBN，具有比#325大的粒径的磨粒通过由JISB4130规定的筛选(筛分级)法来确定。在本例中，关于金刚石磨粒，作为平均粒径为45μm的磨粒使用了通过该筛选法确定的粒径为45μm(～#320)的磨粒。关于粒径比#325小的磨粒，通过激光衍射散射法等来确定。
如图6的图表(纵轴示出了崩边的大小)所示，在切削磨具65a的情况下，产生在被加工物W的背面Wb上的崩边的大小广泛地分散在大约70μm到大约180μm的范围内。另一方面，在实施例2的切削磨具65b的情况下，虽然崩边的大小处在大约80μm到大约160μm的范围内，但尤其集中在大约125μm到大约140μm的范围内。并且，在实施例1的切削磨具65的情况下，崩边的大小处在大约75μm到大约165μm的范围内，尤其集中在大约120μm到大约125μm的范围内。在实施例3的切削磨具65c的情况下，虽然崩边的大小处在大约90μm到大约180μm的范围内，但尤其集中在大约120μm到大约160μm的范围内。因此，与作为比较例的切削磨具65a相比，实施例1的切削磨具65、实施例2的切削磨具65b和实施例3的切削磨具65c更能抑制崩边的分散且使崩边的大小集中在容许的范围内。
并且，虽然未进行图示，但实施例1的切削磨具65、实施例2的切削磨具65b和实施例3的切削磨具65c能够抑制每单位切削距离的切削磨具的消耗量。
以上，在实验例2中，能够确认如下情况：通过对硼化合物的平均粒径与金刚石磨粒的平均粒径的比(粒径比)进行控制，能够抑制在对被加工物W进行切削的情况下产生在被加工物W的背面Wb上的崩边，且抑制切削磨具的消耗量。
一般地，当增大金刚石磨粒的粒径时，能够提高被加工物W的加工进给速度，并且，当增大金刚石磨粒的粒径时，切削磨具65的消耗度也变小。当切削磨具65的消耗度变大时，必须频繁地进行用于使切入深度恒定的对切削磨具65的原点设定(set up：设置)而导致生产性降低，所以需要减小切削磨具65的消耗度。然而，当增大金刚石磨粒的粒径而提高被加工物W的加工进给速度时，被加工物W的背面崩边变大。因此，根据所容许的崩边的大小来决定能够使用的磨粒的粒径、加工进给速度。
以往，针对同样的切削对象，使用金刚石磨粒的粒径为30～40μm左右的磨粒且低速地进行切削而减小崩边，但在实验例1和实验例2中，通过将硼化合物的粒径与金刚石磨粒的粒径的比设定在规定的范围内，能够高速且将崩边抑制为较小地进行加工，进而能够抑制切削磨具65的消耗量。因此，使用例如具有30～50μm的粒径的金刚石磨粒，并加入具有比金刚石磨粒的粒径(平均粒径)的1/5大且在金刚石磨粒的粒径的1/2以下的平均粒径的硼化合物，由此，能够实现提高加工速度、降低消耗量、控制背面崩边中的至少一项。
作为其他例子，在对板厚超过1mm的基板进行切削时，当考虑到背面崩边的大小时，分割预定线S的宽度需要为200～250μm的条件是本领域技术人员的共同认识，但就加工进给速度与切削磨具65的消耗度的平衡而言，包含粒径为70～80μm左右的金刚石磨粒作为主磨粒，并使该主磨粒与具有比金刚石磨粒的粒径(平均粒径)的1/5大且在金刚石磨粒的粒径的1/2以下的粒径(平均)的硼化合物混合，由此，能够起到如下效果：虽然提高了润滑性并提高了加工速度，仍能够抑制背面崩边。
同样在本例中，由于对切削磨具65中混合了B4C或cBN等硼化合物从而提高了润滑性，所以即使金刚石磨粒的粒径为最大70～80μm，也能够将背面崩边的大小抑制为与以往相同的水平(在使用了粒径为50～60μm左右的小的金刚石磨粒的加工中所产生的背面崩边的大小)。进而，通过使用比以往大的金刚石磨粒并且混入硼化合物，能够提高加工速度并且还能够抑制切削磨具的消耗。

Claims (3)

1.一种切削磨具，其包含金刚石磨粒和硼化合物，其中，
该金刚石磨粒的平均粒径在5μm以上且50μm以下的范围内，
该硼化合物的平均粒径比该金刚石磨粒的平均粒径的1/5大且在该金刚石磨粒的平均粒径的1/2以下。
2.根据权利要求1所述的切削磨具，其中，
所述金刚石磨粒和所述硼化合物被树脂粘合剂或金属粘合剂固定。
3.根据权利要求1或2所述的切削磨具，其中，
所述硼化合物为碳化硼或立方氮化硼。
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