CN108335976A - 切削装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种切削装置，该切削装置能够在切削刀具的修整中消除无谓的去除。一种切削装置(1)，其中，该切削装置(1)包含：切削组件(40)，其具有切削刀具(42)，该切削刀具(42)具有对修整板(25)进行切削的切刃(58)；弹性波检测传感器(64)，其配设于切削组件，对当通过切削刀具切削修整板时所产生的弹性波进行检测；以及控制组件(80)。控制组件具有存储部(80a)，在利用切削刀具对修整板进行切削而进行修整时，弹性波检测传感器的输出信号随着切削刀具被磨锐而发生变化，该存储部(80a)预先存储磨锐修整完成时的弹性波检测传感器的输出信号的值作为阈值，在来自弹性波检测传感器的输出信号达到了该阈值之后，使切削停止并结束修整。

Description

切削装置
技术领域
本发明涉及切削装置，该切削装置利用切削刀具对半导体晶片等板状物进行切削。
背景技术
以往，作为将半导体晶片、玻璃基板、树脂基板等板状物分割成器件芯片的装置，使用了具有安装在主轴的端部而进行旋转的圆形切削刀具的切削装置。切削刀具一边高速旋转一边对板状物进行切削，但因切削而产生的切削屑等会附着在切削刀具的前端而引起堵塞，存在切削加工能力降低的问题。为了解决该问题，在对板状部进行切削的间歇，进行使切削刀具切入到磨锐修整板而将堵塞去除的磨锐修整(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2000-49120号公报
在专利文献1的磨锐修整中，很难知道按照何种程度的修整进行去除时能够改善或恢复切削能力。在目前情况下，作业者凭经验来确定修整中的去除量，因此，在很多情况下超过所需地无谓地对切削刀具进行去除。其结果是，存在如下的问题：修整所需的工序的时间变长，切削刀具的更换周期变短。
发明内容
本发明是鉴于该点而完成的，其目的之一在于，提供切削装置，该切削装置能够在切削刀具的修整中消除无谓的去除。
本发明的切削装置包含：保持工作台，其对板状物进行保持；切削组件，其具有切削刀具，该切削刀具具有用于对保持在该保持工作台上的板状物进行切削的切刃；切削进给组件，其对保持工作台和切削组件在切削进给方向上相对地进行切削进给；分度进给组件，其对保持工作台和切削组件在与切削进给方向垂直的分度进给方向上相对地进行分度进给；弹性波检测传感器，其配设于切削组件或保持工作台中的任意一方，检测当通过切削刀具对保持在保持工作台上的板状物进行切削时所产生的弹性波；以及控制组件，其对该削进给组件和分度进给组件进行控制，控制组件具有存储部，在利用切削刀具对保持在保持工作台上的修整板进行切削而进行修整时，弹性波检测传感器的输出信号随着切削刀具被磨锐而发生变化，该存储部预先存储磨锐修整完成时的弹性波检测传感器的输出信号的值作为阈值，当在由保持工作台保持的修整板中对切削刀具进行修整时，如果来自弹性波检测传感器的输出信号达到了存储于存储部的该阈值，则使切削停止并结束修整。
根据该结构，对当通过修整来磨锐切削刀具时所产生的弹性波进行检测，在所检测到的弹性波达到了阈值时停止修整，由此，能够在适当的时机结束修整。由此，能够进行修整而不会将切削刀具无谓地去除，能够实现修整时间的短时间化，在此基础上，能够延长切削刀具的更换周期。
根据本发明，由于能够对修整时的弹性波进行检测而在适当的时机下结束修整，所以能够在切削刀具的修整中消除无谓的去除。
附图说明
图1是本实施方式的切削装置的立体图。
图2是本实施方式的切削单元的分解立体图。
图3是示意性地示出本实施方式的切削单元的截面等的图。
图4是示出弹性波检测传感器的检测结果的图表。
图5是变形例的修整板与子卡盘工作台的截面示意图。
标号说明
1：切削装置；22：切削进给单元(切削进给组件)；24：子卡盘工作台(保持工作台)；25：修整板(板状物)；30：分度进给单元(分度进给组件)；40：切削单元(切削组件)；42：切削刀具；58：切刃；64：弹性波检测传感器；80：控制单元(控制组件)；80a：存储部。
具体实施方式
以下，参照附图对本实施方式的切削装置进行说明。图1是本实施方式的切削装置的立体图。另外，切削装置只要是如本实施方式那样具有对修整时的弹性波进行检测的构造的结构，则并不限定于图1所示的结构。在图1中，为了方便说明，省略了一部分部件而示出，但配置了切削装置所正常具有的结构。
如图1所示，本实施方式的切削装置1构成为使切削单元(切削组件)40的切削刀具42与保持着被加工物W的卡盘工作台20相对移动而对被加工物W进行切削。被加工物W的正面被格子状的分割预定线L划分成多个区域，在由分割预定线L划分出的各区域中形成有器件D。并且，被加工物W在环状框架F的内侧粘贴于划片带T，在借助划片带T被环状框架F支承的状态下被搬入到切削装置1中。
另外，被加工物W只要是作为切削装置1的切削对象的部件，则材质没有特别地限定。被加工物W例如可以是在硅、砷化镓等半导体基板上形成有IC、LSI等半导体器件的半导体晶片，也可以是在蓝宝石、碳化硅等无机材料基板上形成有LED等光器件的光器件晶片。此外，被加工物W可以是CSP(Chip Size Package：芯片尺寸封装)基板等封装体基板、印刷基板、金属基板等，也可以是粘贴于晶片的背面的DAF(Die Attach Film：粘片膜)等粘合带。
在切削装置1的基台10的上表面上，以在X轴方向上延伸的方式形成有开口，该开口被能够与卡盘工作台20一起移动的移动板11和折皱状的防水罩12覆盖。在卡盘工作台20的正面，通过多孔质的多孔材料形成有对被加工物W进行保持的保持面21。保持面21通过卡盘工作台20内的流路而与吸引源(未图示)连接，通过产生于保持面21的负压来吸引保持被加工物W。在防水罩12的下方设置有对卡盘工作台20在X轴方向上进行切削进给的滚珠丝杠式的切削进给单元(切削进给组件)22。能够通过该切削进给单元22对卡盘工作台20和切削单元40在作为切削进给方向的X轴方向上相对地进行切削进给。
在移动板11的上方，在卡盘工作台20的附近位置还设置有子卡盘工作台(保持工作台)24。在子卡盘工作台24上吸引保持着使用于切削刀具42的磨锐修整的矩形的修整板(板状物)25。
在基台10上隔着开口而设置有升降台单元15和旋转清洗机构16。在旋转清洗机构16中，在朝向旋转中的旋转工作台16a喷射清洗水而对被加工物W进行了清洗之后，代替清洗水而吹送干燥空气从而使被加工物W干燥。
在竖立设置于基台10的上表面的门型的立壁部13上，设置有使切削单元40在Y轴方向上移动的分度进给单元(分度进给组件)30。分度进给单元30能够通过使切削单元40在Y轴方向上移动而对切削单元40和卡盘工作台20相对地进行分度进给。该分度进给的方向是Y轴方向，是与切削进给方向(X轴方向)垂直的方向。分度进给单元30具有：与Y轴方向平行的一对导轨31，它们配置在立壁部13的前表面上；以及Y轴工作台32，其以能够滑动的方式设置在一对导轨31上。并且，在立壁部13上还设置有对各切削单元40在Z轴方向上进行切入进给的切入进给单元(切入进给组件)35。切入进给单元35具有：与Z轴方向平行的一对导轨36，它们配置在Y轴工作台32上；以及Z轴工作台37，其以能够滑动的方式设置在一对导轨36上。
在Z轴工作台37的下部设置有对被加工物W进行切削的切削单元40。在Y轴工作台32和Z轴工作台37的背面侧分别形成有螺母部，这些螺母部与滚珠丝杠33、38螺合。在Y轴工作台32用的滚珠丝杠33和Z轴工作台37用的滚珠丝杠38的一端部，分别连结有驱动电动机34、39。利用驱动电动机34、39来使各自的滚珠丝杠33、38旋转驱动，从而使切削单元40沿着导轨31在Y轴方向上移动，并且沿着导轨36在Z轴方向上移动。驱动电动机34、39的控制是通过控制单元(控制组件)80进行的。在后面对控制单元80进行叙述。
另外，能够通过切削进给单元22、分度进给单元30和切入进给单元35使切削单元40相对于卡盘工作台20在X、Y、Z轴方向上相对地移动，同样地也能够使切削单元40相对于子卡盘工作台25在X、Y、Z轴方向上相对地移动。
切削单元40构成为将切削刀具42以能够旋转的方式安装在从主轴外壳41突出的主轴(未图示)的前端。切削刀具42利用结合剂将金刚石等磨粒结合(烧结)而形成为圆板状。在后面对切削单元40的详细的结构进行叙述。
切削装置1还具有控制单元80。控制单元80对至少包含切削进给单元22、分度进给单元30和切入进给单元35在内的装置各部进行统一控制。控制单元80由执行各种处理的处理器和存储器等构成。存储器根据用途由ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等一个或多个存储介质构成。
接着，对上述切削装置1所执行的被加工物W的切削加工方法进行说明。首先，通过搬送单元(未图示)将借助划片带T而固定于环状框架F的被加工物W作为单元而搬送至卡盘工作台20上，并进行吸引保持。接着，在对被加工物W进行了对准之后，使卡盘工作台20在X轴方向上移动，将被加工物W定位在切削单元40的下方附近。并且，利用分度进给单元30，使切削单元40按照被加工物W的分割预定线在Y轴方向上移动而定位。
之后，使切削单元40下降并按照被加工物W的切入深度在Z轴方向上对该切削单元40进行定位。在该定位之后，使卡盘工作台20相对于高速旋转的切削刀具42在X轴方向上相对移动，沿着被加工物W的分割预定线L形成切削槽。然后，每当形成一条切削槽，便使切削单元40在Y方向上按照分割预定线L的Y方向的间距间隔量移动，通过反复进行同样的动作而依次形成切削槽。在对与X轴平行的全部的分割预定线形成切削槽之后，借助θ工作台(未图示)使卡盘工作台20旋转90°并进行与上述同样的切削，在全部的分割预定线L上形成切削槽而将被加工物W纵横地切削。
当以这种方式反复进行切削加工时，因切削而产生的切削屑等会附着在切削刀具的前端而引起堵塞，切削加工能力会降低。因此，在切削装置1中，对切削刀具42进行定期修整。在进行修整时，利用子卡盘工作台24来保持修整板25。然后，与对被加工物W进行切削的情况同样，使切削单元40相对于子卡盘工作台24相对地移动，通过切削刀具42对修整板25切入规定的深度。由此，切削刀具42的切刃58(参照图3)被磨锐，磨粒在切刃58的边缘部分露出而形成新的切刃。
接着，参照图2和图3对本实施方式的切削单元进行说明。图2是本实施方式的切削单元的分解立体图。图3是示意性地示出本实施方式的切削单元的截面等的图。另外，在图2和图3中，为了方便说明，省略了覆盖在切削刀具的外周的轮罩而示出。并且，只要切削单元是安装有本实施方式的切削刀具的结构，则并不限定于图2和图3所示的结构。
如图2和图3所示，切削单元40具有固定在Z轴工作台37(参照图1)的下部的主轴外壳41。主轴外壳41具有外壳主体44和安装在外壳主体44的一端侧的圆筒状的外壳罩45。
在外壳主体44的内部收纳有绕Y轴旋转的主轴46。主轴46例如是空气主轴，其借助压缩空气层而以相对于外壳主体44浮动的状态被支承。主轴46的前端部分46a从外壳主体44突出。
在外壳罩45的中央形成有圆形的开口45a。并且，在外壳罩45的外壳主体44侧设置有形成了孔45b的卡合部45c。只要将主轴46的一端侧贯穿插入到开口45a中，使螺钉48(在图2中未图示，参照图3)穿过卡合部45c的螺纹孔45b而螺入到外壳主体44的螺纹孔44a中，则能够将外壳罩45固定在外壳主体44上。
在主轴46的前端面形成有螺纹孔46b。并且，在主轴46的前端部分46a安装有固定凸缘50。固定凸缘50具有圆筒形状的凸台部51和从凸台部51的周面起向径向外侧扩展的凸缘形状的安装部52。
在固定凸缘50的中央形成有贯穿凸台部51的开口50a。主轴46的前端部分46a从背面侧(主轴外壳45侧)嵌入到开口50a中。在该状态下，将垫圈54定位在开口50a内，并使固定用的螺栓55穿过该垫圈54而螺入到螺纹孔46b中，由此，固定凸缘50被固定在主轴46上。
切削刀具42是在大致圆板状的轮毂基台57的外周安装有环状的切刃58的轮毂刀具，在轮毂基台57的中央形成有供固定凸缘50的凸台部51插入的插入孔59。关于切刃58，将金刚石或CBN(Cubic Boron Nitride：立方氮化硼)等磨粒与金属或树脂等结合材料(结合材料)混合而形成为规定的厚度。另外，作为切削刀具42，也可以使用仅由切刃构成的垫圈刀具。
当轮毂基台57的插入孔59被压入至凸台部51时，凸台部51从轮毂基台57突出。在凸台部51的突出部分的外周面形成有外螺纹51a，该外螺纹51a与环状的固定螺母61螺合而将切削刀具42固定在固定凸缘50上。这样，在主轴46的前端安装有固定凸缘50，进而在固定凸缘50上安装有切削刀具42。
在切削单元40中设置有弹性波检测传感器64，该弹性波检测传感器64检测在通过切削刀具42对保持在子卡盘工作台24上的修整板25(均参照图1)进行切削时产生的弹性波。
弹性波检测传感器64例如由具有检测弹性波的功能的AE传感器(acousticemission sensor：声发射传感器)构成。具体来说，弹性波检测传感器64具有固定在固定凸缘50的内部的超声波振子66。该超声波振子66例如由钛酸钡(BaTiO3)、钛锆酸铅(Pb(Zi，Ti)O3)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)等材料形成，其将切削刀具42的振动转换成电压(振动信号)。超声波振子66也可以对规定的频率的振动产生共振，根据该共振频率来确定弹性波检测传感器64所能够检测到的振动的频率。在该情况下，也可以预先在多个固定凸缘50上设置共振频率不同的超声波振子66，根据加工条件等适当地选择并使用这些固定凸缘50中的任意一个。
弹性波检测传感器64包含：第1线圈单元67，其设置在固定凸缘50上并与超声波振子66连接；以及第2线圈单元68，其设置在外壳罩45上并与第1线圈单元67对置。作为第1线圈单元67和第2线圈单元68，能够列举出由导线卷绕而成的圆环状的线圈。
第1线圈单元67与第2线圈单元68磁结合，由超声波振子66产生的电压通过第1线圈单元67与第2线圈单元68之间的相互感应而传送到第2线圈单元68侧。
如图3所示，第2线圈单元68经由信号处理部81与控制单元80连接。信号处理部81具有将弹性波检测传感器64所检测出的输出信号转换成输出电压的放大器等。因此，弹性波检测传感器64所检测出的输出信号作为被信号处理部81进行了转换的输出信号(输出电压等)而输入至控制单元80。
控制单元80包含存储部80a，该存储部80a由上述的存储器构成，在该存储部80a中预先存储有用于与来自弹性波检测传感器64的输出信号进行比较的阈值。并且，控制单元80具有比较部80b和停止控制部80c。比较部80b在修整的过程中对存储部80a所存储的阈值与来自弹性波检测传感器64的输出信号进行比较，判断该输出信号是否到达了阈值。然后，根据比较部80b的判断结果，通过停止控制部80c来进行如下控制：停止各进给单元22、30、35的动作或在规定的动作之后停止该动作，结束切削刀具42的修整。
这里，当在修整板25(参照图1)中对切削刀具42进行修整时，当修整板25的上表面与旋转的切削刀具42的切刃58接触时，会在切削刀具42中产生弹性波。弹性波的产生是与使切刃58与修整板25抵接而进行切削进给时的切刃58的表面粗糙度对应的。弹性波会传播给位于切削刀具42的附近的弹性波检测传感器64，弹性波检测传感器64对传播来的弹性波进行检测而输出作为输出信号的AE值。随着修整的进行，切刃58的表面粗糙度降低，与该降低对应地，弹性波检测传感器64的AE值也发生变化。
图4是示出弹性波检测传感器的检测结果的图表。在图4的图表中，纵轴是弹性波检测传感器64所输出的AE值，横轴是时间，是表示从产生了堵塞的状态起到修整完成为止的结果。如图4所示，与修整已完成的状态相比，在产生堵塞而变粗糙的状态下，切刃58旋转并与修整板25接触时的碰撞能量的变化较大，作为弹性波的输出信号的AE值也变大。因此，随着在修整时切削刀具42被磨锐，来自弹性波检测传感器64的AE值也相对地以变小的方式变化。在控制单元80的存储部80a中，将修整已完成的状态下的来自弹性波检测传感器64的AE值预先存储为阈值。关于该阈值，可以通过以下方式求出：根据切削刀具42的种类、修整板25的种类、加工条件等预先进行修整，并在该修整完成时利用弹性波检测传感器64对弹性波进行实际检测。另外，作为阈值，也可以是在切削加工中的精加工所能够允许的范围内对按照上述方式求出的阈值乘以规定的系数而得的区间(range)。
在切削刀具42的修整时，在控制单元80的比较部80b中，对存储部80a所存储的阈值与从弹性波检测传感器64输出并经信号处理部81处理后的AE值进行比较。通过该比较来比较并判断弹性波检测传感器64的AE值是否到达了阈值，也就是说，AE值是否比阈值小。然后，在比较部80b判断为AE值比阈值小的情况下，通过停止控制部80c来进行如下控制：停止各进给单元22、30、35的动作或在规定的动作之后停止该动作，停止切削刀具42所进行的切削而结束修整。当该修整结束时，使对被加工物W的切削加工开始或者重新开始。
这里，在以往的修整方法中，没有如本实施方式那样根据弹性波的检测结果来停止修整，而是实施凭经验预先设定了次数的修整。因此，修整带来的切削刀具的去除量也是根据修整的次数而预先确定的。
与此相对，在本实施方式的切削装置1中，对修整切削刀具42的切刃58时产生的弹性波进行检测，并对该检测结果与基于修整完成时所检测到的弹性波的阈值进行比较。因此，如果弹性波达到了阈值，则能够判断为消除了切刃58的堵塞，切刃58的表面粗糙度变得良好。由此，不用像以往方法那样实施预先设定了次数的修整，与以往方法相比能够以较少的次数完成修整，能够消除修整带来的对切刃58的无谓去除。其结果是，能够同时达成修整的精度提高和修整工序的短时间化，在此基础上，能够长时间地使用同一切削刀具42。
另外，弹性波检测传感器64的设置位置也可以是切削单元40的其他位置，能够列举出设置在将切削刀具42的外周覆盖的轮罩40a(参照图1)上，或设置在提供切削水的喷嘴(硅喷嘴)40b(参照图1)上等。
并且，关于弹性波检测传感器64的设置位置，其配设在切削单元40和子卡盘工作台24中的任意一方上即可，例如，如图5的变形例所示，能够列举出将弹性波检测传感器64设置成埋入到子卡盘工作台24的内部。在该情况下，弹性波检测传感器64也可以在俯视下配设成环状，或者在修整板25的周向上按照规定的角度分散配设。在如上述那样列举出的弹性波检测传感器64的配设位置，能够省略实施方式中的线圈单元67、68。
并且，在控制单元80中，也可以对来自弹性波检测传感器64的输出电压的波形进行傅里叶转换，将从切削刀具42发出的弹性波分成主要的频率成分而进行检测。由此，能够在切刃58存在堵塞的状态下的波形中识别出无法在消除了堵塞的波形中看到的频率下的振动模式(振动成分)，能够分析出切刃58的表面粗糙度是否良好。
并且，在本实施方式中，列举了被加工物W的分割用的切削装置1，但切削装置1不仅可以在分割中使用，还可以在被加工物W的边缘修整中使用。
并且，本发明的实施方式并不限定于上述的实施方式和变形例，也可以在不脱离本发明的技术思想的主旨的范围内进行各种变更、置换、变形。此外，如果因技术的进步或衍生出的其他技术而能够利用其他方法实现本发明的技术思想，则也可以使用该方法来实施。因此，权利要求书覆盖了能够包含在本发明的技术思想的范围内的所有实施方式。
如以上说明的那样，本发明具有在切削刀具的修整中切刃不会被无谓地去除的效果，特别是对针对切刃进行多次的修整的切削装置有用。

Claims (1)

1.一种切削装置，其中，该切削装置包含：
保持工作台，其对板状物进行保持；
切削组件，其具有切削刀具，该切削刀具具有用于对保持在该保持工作台上的板状物进行切削的切刃；
切削进给组件，其对该保持工作台和切削组件在切削进给方向上相对地进行切削进给；
分度进给组件，其对该保持工作台和切削组件在与切削进给方向垂直的分度进给方向上相对地进行分度进给；
弹性波检测传感器，其配设于该切削组件或该保持工作台中的任意一方，检测当通过该切削刀具对保持在该保持工作台上的板状物进行切削时所产生的弹性波；以及
控制组件，其对该切削进给组件和该分度进给组件进行控制，
该控制组件具有存储部，在利用该切削刀具对保持在该保持工作台上的修整板进行切削而进行修整时，该弹性波检测传感器的输出信号随着该切削刀具被磨锐而发生变化，该存储部预先存储磨锐修整完成时的该弹性波检测传感器的输出信号的值作为阈值，
当在由该保持工作台保持的该修整板中对该切削刀具进行修整时，如果来自该弹性波检测传感器的该输出信号达到了存储于该存储部的该阈值，则使切削停止并结束修整。
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