CN110125825B - 环状磨具以及环状磨具的制造方法 - Google Patents

环状磨具以及环状磨具的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供环状磨具以及环状磨具的制造方法，抑制环状磨具的侧面的磨耗和强度的降低。该环状磨具具备将磨粒用含镍的结合材料固定而成的磨具部，在中央具有贯通孔，该磨具部包含共计3层以上的层积结构，第1层和具有多孔质结构的第2层沿贯通孔的贯通方向交替地层积，在外部露出的两最外层为第1层。以基台作为阴极、镍电极作为阳极使直流电流在镀覆液中流通，使包含磨粒的镀覆层堆积在基台的表面而形成磨具部，除去基台的全部或一部分而使磨具部的被基台覆盖的区域的全部或一部分露出，由此制造出该环状磨具。在使镀覆层堆积时，通过使直流电流的电流密度交替地变更为规定值以下的电流密度和规定值以上的电流密度而使第1层和第2层交替地层积。

Description

环状磨具以及环状磨具的制造方法
技术领域
本发明涉及安装于切削装置的环状磨具以及该环状磨具的制造方法。
背景技术
器件芯片例如通过将包含半导体的圆板状的晶片切断来形成。例如，在晶片的表面设定交叉的多条分割预定线，在由分割预定线划分的各区域形成包含该半导体的IC(集成电路，Integrated Circuit)等器件。之后将晶片沿着该分割预定线进行分割时，形成各个器件芯片。
近年来，随着电子设备的小型化、薄型化，对搭载于该电子设备的器件芯片的小型化、薄型化的要求也正在提高。为了形成薄型的器件芯片，例如在晶片的表面形成多个器件后，对晶片的背面进行磨削，将该晶片薄化至规定的厚度，之后沿着分割预定线对晶片进行分割。
在晶片的分割中使用具备环状磨具(切削刀具)的切削装置。在切削装置中，使环状磨具一边在垂直于晶片等被加工物的面内旋转，一边切入到该被加工物中。该环状磨具具有磨粒以及分散有该磨粒的结合材料，通过使从结合材料适度地露出的磨粒与被加工物接触而对被加工物进行切削(参见专利文献1)。
在进行被加工物的切削加工时，磨粒从结合材料脱落，刃尖被消耗，新的磨粒连续不断地从该结合材料露出。该作用被称为自锐，通过该自锐作用，该环状磨具可确保一定以上的切削能力。
另外，在LED(发光二极管，Light Emitting Diode)等光器件中，使用机械特性、热特性优异、化学上也稳定的蓝宝石基板。在蓝宝石基板上形成多个光器件并按每个该光器件对蓝宝石基板进行分割时，能够形成光器件芯片。但是，蓝宝石基板是硬度非常高的被称为难切削材料的材料。
在难切削材料的切削中，例如使用将磨具部利用电解镀覆等方法电沉积在环状基台的外周缘的被称为轮毂型的环状磨具。更具体地说，该环状磨具例如是使分散有金刚石粒等磨粒的镍层等结合材料电沉积在铝基台上而形成的环状磨具。需要说明的是，通过电解镀覆而形成的环状磨具也被称为电沉积磨具。
在以镍层作为结合材料的电沉积磨具中，由于磨粒牢固地固定在结合材料中，因而该电沉积磨具不容易发生自锐，具有无法充分维持磨具的切削能力的问题。因此，为了使其容易地表现出自锐作用，开发出了具备多孔质结构的结合材料的环状磨具(参见专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-87282号公报
专利文献2：日本特开2016-168655号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在利用结合材料为多孔质结构的环状磨具对被加工物进行切削时，结合材料被消耗而适度地发生自锐，该环状磨具可确保一定以上的切削能力。但是，由于该环状磨具的侧面也容易磨耗，因而该环状磨具的强度低。
本发明是鉴于该问题而完成的，其目的在于提供一种环状磨具以及该环状磨具的制造方法，其能够抑制包含多孔质结构而容易发生自锐的环状磨具的侧面的磨耗，可抑制强度的降低。
用于解决课题的手段
根据本发明的一个方式，提供一种环状磨具，其具备将磨粒利用含镍的结合材料固定而成的磨具部，在中央具有贯通孔，其特征在于，该磨具部包含共计3层以上的层积结构，该层积结构中，第1层和具有多孔质结构的第2层沿着该贯通孔的贯通方向交替地层积，在外部露出的两最外层为该第1层。
该环状磨具优选上述第1层具有包含如下的孔的多孔质结构，该孔的直径小于上述第2层所具有的多孔质结构中包含的孔的直径。或者上述第1层不具有多孔质结构。
另外，该环状磨具优选仅由上述磨具部构成。或者进一步具备环状基台，该磨具部配设在该环状基台的外周缘。
根据本发明的另一方式，提供一种环状磨具的制造方法，其是上述环状磨具的制造方法，其特征在于，该制造方法具备下述工序：镀浴槽准备工序，准备收纳有镀镍液和添加剂的镀浴槽，该镀镍液混入有上述磨粒，该添加剂有助于多孔质结构的形成；浸渍工序，将基台和镍电极浸渍在该镀浴槽中；磨具部形成工序，以该基台作为阴极、以该镍电极作为阳极使直流电流在该镀覆液中流通，由此使包含该磨粒的镀覆层堆积在该基台的表面而形成上述磨具部；以及基台除去工序，除去该基台的全部或一部分而使上述磨具部的被该基台覆盖的区域的全部或一部分露出，在该磨具部形成工序中，通过使该直流电流的电流密度交替地变更为规定值以下的电流密度和该规定值以上的电流密度，从而使上述第1层与上述第2层交替地层积而形成该磨具部。
发明效果
本发明的一个方式的环状磨具具备磨具部，该磨具部包含共计3层以上的层积结构，该层积结构中，第1层和具有多孔质结构的第2层沿贯通孔的贯通方向交替地排列。并且，在外部露出的该层积结构的两最外层为第1层。
该环状磨具包含具有多孔质结构的第2层，因而与完全不包含该具有多孔质结构的第2层的环状磨具相比，磨具部容易被消耗，容易因消耗而发生自锐。另一方面，还包含第1层，因而与仅由具有多孔质结构的第2层形成磨具部的环状磨具相比，强度高。此外，层积结构的最外层为第1层，因而该环状磨具的侧面不容易被磨耗。
因此，根据本发明的一个方式，提供一种环状磨具以及该环状磨具的制造方法，其能够抑制包含多孔质结构而容易发生自锐的环状磨具的侧面的磨耗，可抑制强度的降低。
附图说明
图1的(A)是示意性示出由磨具部构成的环状磨具的立体图，图1的(B)是示意性示出具备环状基台和磨具部的环状磨具的立体图。
图2的(A)是示意性示出磨具部的剖视图，图2的(B)是磨具部的一例的剖面照片。
图3是示意性示出由磨具部构成的环状磨具的制造工序的剖视图。
图4的(A)是示意性示出磨具部形成工序的剖视图，图4的(B)是示意性示出基台除去工序的剖视图。
图5是示意性示出具备磨具部和环状基台的环状磨具的制造工序的剖视图。
图6的(A)是示意性示出磨具部形成工序的剖视图，图6的(B)是示意性示出基台除去工序的剖视图。
具体实施方式
对本发明的实施方式进行说明。图1的(A)是示意性示出作为本实施方式的环状磨具(切削刀具)的一例的由磨具部构成的环状磨具的立体图。图1的(A)所示的环状磨具1a是被称为垫圈型的环状磨具。
该环状磨具1a由在中央具有贯通孔的圆环状磨具部3a构成。该环状磨具1a安装于切削装置的切削单元。主轴穿过该贯通孔，通过使该主轴旋转，该环状磨具1a在垂直于该贯通孔的延伸方向的面内旋转。并且，在使旋转的环状磨具1a的磨具部3a与被加工物接触时，对被加工物进行切削。
需要说明的是，本实施方式的环状磨具并不限定于此。图1的(B)是示意性示出具备环状基台和磨具部的环状磨具的立体图。图1的(B)所示的环状磨具1b是在环状基台5的外周缘配设有磨具部3b的被称为轮毂型的磨具。该环状基台5具有把持部5a，在将该环状磨具1b相对于切削装置的切削单元进行装卸时，切削装置的使用者(操作者)对该把持部5a进行把持。
该磨具部3a,3b例如使分散有金刚石磨粒等磨粒的镍层等结合材料电沉积在基台上而形成。需要说明的是，由电解镀覆等方法形成的环状磨具1a,1b也被称为电沉积磨具。
环状磨具1a,1b的该磨具部3a,3b包含结合材料、以及分散固定在该结合材料中的磨粒。通过使从结合材料适度地露出的磨粒与被加工物接触而对被加工物进行切削。进行被加工物的切削时，磨粒从结合材料脱落，但刃尖被消耗，新的磨粒连续不断地从该结合材料露出。该作用被称为自锐，通过该自锐作用，该环状磨具1a,1b可确保一定以上的切削能力。
该被加工物例如为由硅、SiC(碳化硅)或其他半导体等材料或者蓝宝石、玻璃、石英等材料构成的大致圆板状的基板等。例如，被加工物的表面利用呈格子状排列的多条分割预定线进行划分，在划分出的各区域形成有IC(集成电路，Integrated Circuit)、LED(发光二极管，Light Emitting Diode)等器件。最终通过沿着分割预定线对被加工物进行分割而形成各个器件芯片。
需要说明的是，在以镍层作为结合材料的电沉积磨具中，由于磨粒牢固地固定在结合材料中，因而该电沉积磨具不容易发生自锐，难以充分维持磨具的切削能力。与之相对，在利用具备容易表现出自锐作用的多孔质结构的结合材料的磨具对被加工物进行切削时，该磨具的侧面容易被磨耗，该磨具的强度会降低。
因此使用本实施方式的环状磨具1a,1b，该环状磨具1a,1b具备结构相互不同的第1层和第2层交替层积而成的磨具部3a,3b。下面以垫圈型的环状磨具1a为例对磨具部的结构进行说明。
图2的(A)是示意性示出磨具部3a的剖视图。图2的(B)是实际制作的环状磨具1a的磨具部3a的剖面照片。需要说明的是，该剖面照片是通过扫描型电子显微镜(SEM；ScanningElectron Microscope)拍摄的照片。如图2的(A)和图2的(B)所示，在磨具部3a的结合材料中，包含第1层7和第2层9交替排列的共计3层以上的层积结构，在外部露出的该层积结构的两最外层为第1层7。
此处，第1层7具有包含如下的孔的多孔质结构，该孔的直径小于第2层9所具有的多孔质结构中包含的孔的直径。或者，第1层7不具有多孔质结构。与第2层9相比，具有这样的结构的第1层7是强度高、不容易被消耗的层。
需要说明的是，在第1层7具有多孔质结构的情况下，第1层7所具有的多孔质结构中包含的孔与第2层9所具有的多孔质结构中包含的孔的直径的大小关系可以通过对各个多孔质结构中包含的多个孔的平均直径进行比较来评价。或者可以根据通过SEM拍摄的照片导出。还可以用其他方法进行评价。
该环状磨具1a包含具有多孔质结构的第2层9，因而与完全不包含该具有多孔质结构的第2层9的环状磨具相比，容易因消耗而发生自锐。在构成磨具部3a的结合材料中分散有磨粒11。即使在利用环状磨具1a对难切削材料进行切削的情况下，该磨具部3a被适度地消耗，新的磨粒11也会连续不断地露出，因而可充分维持该环状磨具1a的切削能力。
另一方面，该环状磨具1a包含第1层7，因而与具备仅由第2层9构成的磨具部的环状磨具相比，强度增高。此外，磨具部3a的最外层是强度高的该第1层7，因而该环状磨具1a的侧面不容易被磨耗。
接着对图1的(A)所示的垫圈型的环状磨具1a的制造方法进行说明。图3是示意性示出仅由磨具部构成的环状磨具1a的制造工序的剖视图。环状磨具1a例如由电解镀覆等方法形成。在该制造方法中，首先实施镀浴槽准备工序，准备收纳有镀镍液16和添加剂18的镀浴槽2，该镀镍液16混入有磨粒，该添加剂18有助于包含具有多孔质结构的层的镀覆层的形成。
镀镍液16为硫酸镍或硝酸镍等的包含镍(离子)的电解液，混入有金刚石等磨粒。需要说明的是，在本实施方式中，使用6L的包含硫酸镍270g/L、氯化镍45g/L、硼酸40g/L的镀镍液16(瓦特浴)。其中，镀镍液16的构成和用量可以任意地设定。
如图3所示，该镀镍液16中还添加用于促进多孔质化的添加剂18。作为添加剂18，优选使用包含具有烷基、芳基、芳烷基等疏水性基团的水溶性铵化合物的添加剂。
作为烷基，可以举出例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基等直链或具有支链的碳原子数为1～20的烷基。
作为芳基，可以举出例如苯基、萘基等。另外，在芳基上可以键合氟原子、氯原子等卤原子、甲基、乙基等烷基、三氟甲基等卤代烷基、甲氧基、乙氧基等烷氧基、苯基等芳基等取代基。
作为芳烷基，可以举出例如2-苯基乙基、苄基、1-苯基乙基、3-苯基丙基、4-苯基丁基等碳原子数为7～10的芳烷基等。在芳烷基上可以键合与芳基同样的取代基。
作为铵化合物，可以举出十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、苯基三甲基氯化铵、苄基三甲基氯化铵、苄基三乙基氯化铵、苄基三丁基氯化铵、二癸基二甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基氯化吡啶鎓、苄基氯化吡啶鎓、它们的溴化物、硫酸盐等。需要说明的是，这些铵化合物可以单独使用，也可以将两种以上混合使用。
在本实施方式中，使用奥野制药工业株式会社制造的“top porous nickel(トップポーラスニッケル)RSN”作为添加剂18，按照相对于镀镍液16为1mL/L以上10mL/L以下进行添加。
在实施了镀浴槽准备工序之后，实施浸渍工序，将要通过电沉积形成磨具部3a的基台20a和镍电极6浸渍在镀浴槽2内的镀镍液16中。基台20a例如由不锈钢或铝等金属材料形成为圆盘状，在其表面形成有与所期望的磨具部3a的形状对应的掩模22a。需要说明的是，在本实施方式中，形成了能够形成圆环状磨具1a的掩模22a。
基台20a经由开关8而与直流电源10的负端子(负极)连接。另一方面，镍电极6与直流电源10的正端子(正极)连接。其中，开关8也可以配置在镍电极6与直流电源10之间。
在实施了浸渍工序之后，实施磨具部形成工序，以基台20a作为阴极、以镍电极6作为阳极在镀镍液16中流通直流电流，使磨粒和镀覆层堆积在未被掩模22a覆盖的基台20a的表面来形成磨具部3a。图4的(A)是示意性示出磨具部形成工序的剖视图。
具体地说，如图3所示，利用电动机等旋转驱动源12使桨叶14旋转从而对镀镍液16进行搅拌，同时使配置在基台20a与直流电源10之间的开关8短路。由此，如图4的(A)所示，能够形成磨粒大致均等地分散在含镍的镀覆层中而成的磨具部3a。在得到所期望的厚度的磨具部3a时，结束磨具部形成工序。
需要说明的是，在该磨具部形成工序中，使直流电源10的电流密度交替地变更为规定值以下的电流密度和该规定值以上的电流密度。此处，电流密度是指单位面积的电流值，更详细地说，是指该直流电流相对于形成镀覆层的面积(在掩模22a露出的基台20a的面积)的电流值。
在形成含镍的镀覆层时，在以比较高的电流密度流通直流电流时，容易形成具有孔的直径较大的多孔质结构的层。并且，所形成的镀覆层中的多孔质结构的孔的直径具有随着电流密度降低而减小的趋势，进而，在以低电流密度流通直流电流时，形成不被认定为多孔质结构的结构。
因此，在磨具部形成工序中，通过交互替代地流通规定值以下的电流密度和该规定值以上的电流密度的直流电流而交替地层积强度高的第1层7和具有多孔质结构的第2层9。此处，电流密度的该规定值是指根据镀镍液16的各成分的混合比例、预备形成的磨具部3a的结构等适宜地设定的值。
需要说明的是，为了使在环状磨具1a的外侧露出的层积结构的两最外层为强度高的第1层7，对直流电源10进行控制以使得直流电流在镀浴槽2中开始流通时和结束流通时该直流电流为小于该规定值的电流密度。
接着实施基台除去工序，除去该基台20a的全部或一部分而使该磨具部3a的被该基台20a覆盖的区域的全部或一部分露出。图4的(B)是示意性示出基台除去工序的剖视图。在图4的(B)所示的示例中，通过将磨具部3a从基台20a剥离而将基台20a全部从磨具部3a除去。由此完成了垫圈型的环状磨具1a。图2的(B)所示的剖面照片是对于利用本制造方法制造出的环状磨具1a的磨具部3a的剖面进行拍摄而得到的SEM图像。
需要说明的是，本发明并不限于上述实施方式的记载，可以进行各种变更来实施。例如，在上述实施方式中，对垫圈型的环状磨具1a的制造方法进行了说明，但本发明并不限定于此。利用该制造方法也能够制造例如图1的(B)所示的轮毂型的环状磨具1b。
此处，对轮毂型的环状磨具1b的制造方法进行说明。图5是示意性示出具备磨具部和环状基台的环状磨具1b的制造工序的剖视图。环状磨具1b与环状磨具1a同样地利用例如镀浴槽2中的电解镀覆等方法形成。在该制造方法中，与环状磨具1a的制造方法同样地实施镀浴槽准备工序。
镀浴槽2、镀镍液16以及添加剂18的构成与上述环状磨具1a的制造方法相同，因而省略说明。其中，由于与直流电源10的负极连接的基台20b的一部分为支承环状磨具1b的磨具部3b的环状基台5，因而基台20b的形状为与该环状基台5对应的形状。另外，在基台20b的表面形成与磨具部3b的形状对应的形状的掩模22b。之后与上述环状磨具1a的制造方法同样地实施浸渍工序和磨具部形成工序。
接着实施基台除去工序，除去该基台20b的一部分而使该磨具部3b的被该基台20b覆盖的区域的一部分露出。需要说明的是，如图6的(A)所示，在实施基台除去工序之前预先从基台20b除去掩模22b。
之后，如图6的(B)所示，对基台20b中未形成磨具部3b一侧的外周区域进行部分蚀刻，使被基台20b覆盖的磨具部3b的一部分露出。由此完成在环状基台5的外周区域固定有磨具部3b的轮毂型的环状磨具1b。需要说明的是，把持部5a可以通过该蚀刻形成在环状基台5上，也可以预先形成在基台20b上。
另外，在上述实施方式中，对于使该直流电流的电流密度为规定值以下来形成强度高的第1层7、使电流密度为规定值以上来形成具有多孔质结构的第2层9的情况进行了说明，但本发明的一个方式并不限定于此。也可以是，根据镀镍液16的各成分的混合比例、预备形成的磨具部3a的结构等，使该直流电流的电流密度为规定值以上来形成强度高的第1层7、使电流密度为规定值以上来形成具有多孔质结构的第2层9。
另外，上述实施方式的结构、方法等可以在不脱离本发明目的的范围内进行适宜变更来实施。
符号说明
1a,1b 环状磨具
3a,3b 磨具部
5 环状基台
5a 把持部
7 第1层
9 第2层
11 磨粒
2 镀浴槽
6 镍电极
8 开关
10 直流电源
12 旋转驱动源
14 桨叶
16 镀镍液
18 添加剂
20a,20b 基台
22a,22b 掩模
24a,24b 镀覆层

Claims (3)

1.一种环状磨具，其具备将磨粒利用含镍的结合材料固定而成的磨具部，在中央具有贯通孔，其特征在于，该磨具部包含共计3层以上的层积结构，该层积结构中，第1层和具有多孔质结构的第2层沿着该贯通孔的贯通方向交替地层积，在外部露出的两最外层为该第1层，所述第1层具有包含如下的孔的多孔质结构，该孔的直径小于所述第2层所具有的多孔质结构中包含的孔的直径。
2.一种环状磨具，其具备将磨粒利用含镍的结合材料固定而成的磨具部，在中央具有贯通孔，其特征在于，该磨具部包含共计3层以上的层积结构，该层积结构中，第1层和具有多孔质结构的第2层沿着该贯通孔的贯通方向交替地层积，在外部露出的两最外层为该第1层，所述第1层不具有多孔质结构。
3.一种环状磨具的制造方法，其是权利要求1或2所述的环状磨具的制造方法，其特征在于，
该制造方法具备下述工序：
镀浴槽准备工序，准备收纳有镀镍液和添加剂的镀浴槽，该镀镍液混入有所述磨粒，该添加剂有助于多孔质结构的形成；
浸渍工序，将基台和镍电极浸渍在该镀浴槽中；
磨具部形成工序，以该基台作为阴极、以该镍电极作为阳极使直流电流在该镀镍液中流通，由此使包含该磨粒的镀覆层堆积在该基台的表面而形成所述磨具部；以及
基台除去工序，除去该基台的全部或一部分而使所述磨具部的被该基台覆盖的区域的全部或一部分露出，
在该磨具部形成工序中，通过使该直流电流的电流密度交替地变更为规定值以下的电流密度和该规定值以上的电流密度，从而使所述第1层与所述第2层交替地层积而形成该磨具部。
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