CN110193790A - 电沉积磨具 - Google Patents

Abstract

提供电沉积磨具，能够抑制加工不良的产生。该电沉积磨具具有利用含镍的镀层固定了磨粒而得的磨具部，在磨具部中含有滑石。另外，磨具部可以含有磨具部的2.0体积％以上且15.0体积％以下的滑石。另外，磨具部所含有的滑石的平均粒径为0.6μm以上且10.0μm以下。另外，电沉积磨具可以仅由圆环状的磨具部构成。另外，电沉积磨具可以由具有把持部的圆环状的基台和形成于基台的外缘部的磨具部构成。

Description

电沉积磨具

技术领域

本发明涉及电沉积磨具，其具有利用镀层固定了磨粒而得的磨具部。

背景技术

切削装置被广泛用于各种被加工物的切削加工。例如使用切削装置实施将半导体晶片分割成多个器件芯片时的切削加工。另外，在LED(Light Emitting Diode：发光二极管)封装中使用在玻璃纤维中浸渗环氧树脂而形成的玻璃环氧基板等，在将该玻璃环氧基板分割而得到器件封装时，也进行切削装置的切削加工。

切削加工使用安装于切削装置所具有的主轴的前端部的圆环状磨具(切削刀具)来实施。该磨具例如利用含镍等的镀层固定由金刚石等形成的磨粒而形成。在专利文献1中公开了如下的方法：将电沉积用的基盘浸渍于混入有金刚石等磨粒的硫酸镍等电解液中，使包含磨粒的镀层在该基盘上成长而制造圆环状的磨具。

当使切削装置的主轴旋转而使圆环状的磨具一边旋转一边切入至被加工物时，从磨具的镀层露出的磨粒与被加工物接触而对被加工物进行切削。并且，当继续进行切削加工时，镀层发生磨损从而露出的磨粒脱落，新的磨粒从镀层露出。该作用被称为自发磨锐，通过自发磨锐而维持磨具的切削功能。

专利文献1：日本特开2000-87282号公报

在利用含镍的镀层固定了磨粒而得的磨具中，磨粒比较牢固地固定于镀层。因此，即使对被加工物进行切削，磨粒也不容易从镀层脱落，不容易发生自发磨锐。当未适当地发生自发磨锐时，例如会产生切削屑蓄积在露出的磨粒之间而导致切削阻力增大(堵塞)、或露出的磨粒因磨损而平滑化从而使磨具的锋利度降低(钝化)等现象。当利用这种状态的磨具进行切削加工时，会产生在被加工物上形成被称为崩边的缺损等加工不良。

另外，特别是在玻璃、陶瓷、玻璃环氧树脂、树脂与电极的复合材料等被称为难切削材料的难以进行切削加工的材料的切削加工中，不容易发生自发磨锐。因此，当使用利用含镍的镀层固定了磨粒而得的磨具时，存在原本就不容易切削的难切削材料的切削加工越来越困难的问题。

发明内容

本发明是鉴于该问题而完成的，其课题在于提供电沉积磨具，能够抑制加工不良的产生。

根据本发明的一个方式，提供电沉积磨具，其具有利用含镍的镀层固定了磨粒而得的磨具部，在该磨具部中含有滑石。

另外，在本发明的一个方式中，在该磨具部中可以含有该磨具部的2.0体积％以上且15.0体积％以下的滑石。另外，在本发明的一个方式中，该磨具部所含有的滑石的平均粒径可以为0.6μm以上且10.0μm以下。

另外，在本发明的一个方式中，该电沉积磨具可以仅由圆环状的该磨具部构成。另外，在本发明的一个方式中，该电沉积磨具可以由具有把持部的圆环状的基台和形成于该基台的外缘部的该磨具部构成。

本发明的一个方式的电沉积磨具具有磨具部，在该磨具部中含有滑石，该滑石是硬度比镍低且具有润滑性的材料。通过使用该电沉积磨具进行切削加工，能够促进电沉积磨具的自发磨锐，并且能够降低电沉积磨具与被加工物之间的摩擦，从而抑制加工不良的产生。

附图说明

图1的(A)是示出由磨具部构成的电沉积磨具的结构例的立体图，图1的(B)是示出具有基台和磨具部的电沉积磨具的结构例的立体图。

图2是示意性示出垫圈型的电沉积磨具的制造中所用的制造装置的结构例的剖视图。

图3的(A)是示出在基台的表面上形成有磨具部的状态的剖视图，图3的(B)是示出将磨具部从基台剥离的情况的剖视图。

图4是示意性示出轮毂型的电沉积磨具的制造中所用的制造装置的结构例的剖视图。

图5的(A)是示出在基台的表面上形成有磨具部的状态的剖视图，图5的(B)是示出使被基台覆盖的磨具部的一部分露出的状态的剖视图。

图6是示出电沉积磨具的磨具部所含有的滑石的量与最大崩边尺寸的比率的关系的图表。

图7是示出电沉积磨具的磨具部所含有的滑石的量与电沉积磨具的弹性模量的比率的关系的图表。

标号说明

1：电沉积磨具；3：磨具部；3a：贯通孔；5：电沉积磨具；7：基台；7a：贯通孔；7b：把持部；9：磨具部；2：制造装置；4：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；20：基台；22：掩模；24：制造装置；26：基台；28：掩模。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。本实施方式涉及通过电沉积形成的磨具(电沉积磨具)。在图1的(A)和图1的(B)中示出能够在本实施方式中使用的电沉积磨具的结构例。

图1的(A)是示出由磨具部3构成的电沉积磨具1的结构例的立体图。电沉积磨具1仅由在中央部具有贯通孔3a的圆环状的磨具部3构成，其整体成为通过电沉积形成的切刃。磨具部3例如通过利用含镍的镀层固定金刚石等磨粒而形成。由圆环状的磨具部3构成的电沉积磨具1被称为垫圈型。

图1的(B)是示出具有基台7和磨具部9的电沉积磨具5的结构例的立体图。电沉积磨具5由在中央部具有贯通孔7a的圆环状的基台7和通过电沉积形成在基台7的外缘部的磨具部9构成。磨具部9例如通过利用含镍的镀层固定金刚石等磨粒而形成。在基台7的外缘部电沉积有磨具部9的电沉积磨具5被称为轮毂型。

另外，基台7在其中央部具有向宽度方向突出的圆环状的把持部7b。当使用切削装置进行切削加工时，切削装置的使用者(操作者)对把持部7b进行把持而能够将电沉积磨具5安装于切削装置。

电沉积磨具1、5安装于切削装置所具有的主轴的前端部。当在该状态下使主轴旋转时，电沉积磨具1、5以主轴的轴心作为旋转轴进行旋转。并且，使电沉积磨具1、5在旋转的状态下切入至被加工物而实施被加工物的切削加工。

另外，对于使用电沉积磨具1、5进行切削的被加工物的材料没有限制。例如能够用于硅或SiC等半导体材料、玻璃、陶瓷、玻璃环氧树脂、树脂与电极的复合材料等各种材料的切削加工。

被加工物的切削通过从磨具部3、9的镀层露出的磨粒与被加工物接触而进行。并且，当继续进行切削加工时，镀层发生磨损从而露出的磨粒脱落，新的磨粒从镀层露出。该作用被称为自发磨锐，通过自发磨锐而维持磨具的切削功能。

但是，在利用含镍的镀层固定了磨粒而得的磨具部3、9中，磨粒比较牢固地固定于镀层。因此，即使对被加工物进行切削，磨粒也不容易从镀层脱落，不容易发生自发磨锐。特别是在对玻璃、陶瓷、玻璃环氧树脂、树脂与电极的复合材料等难以进行切削加工的材料(难切削材料)进行切削的情况下，更不容易发生自发磨锐。当利用这种状态的磨具部3、9进行切削加工时，会产生在被加工物上形成被称为崩边的缺损等加工不良。

这里，在本实施方式中，在电沉积磨具1的磨具部3和电沉积磨具5的磨具部9中含有滑石(含水硅酸镁(Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂))。滑石与镍相比，硬度低(莫氏硬度1)，当在磨具部3、9中含有滑石时，镀层脆弱化而容易发生磨损，能够期待促进自发磨锐。通过适当地发生自发磨锐而维持电沉积磨具1、5的切削功能，能够抑制切削加工时的加工不良的产生。

另外，滑石是具有润滑性的材料，因此当在磨具部3、9中含有滑石时，能够期待在切削加工时降低电沉积磨具1、5与被加工物之间的摩擦。通过该摩擦的降低，在切削加工时可抑制被加工物的缺损(崩边)等切削不良的产生。

磨具部3、9所含有的滑石的量可以根据镀层的材料、磨粒的材料和粒径、被加工物的材料等适当设定，但优选设定在能够降低加工不良且电沉积磨具1、5的强度保持为一定以上的范围。

例如能够按照滑石相对于磨具部3、9的含量为2.0体积％以上且15.0体积％以下、优选为2.2体积％以上且15.0体积％以下、更优选为2.2体积％以上且6.2体积％以下的方式在磨具部3、9中含有滑石。该滑石的含量例如能够通过阿基米德法进行测量。

另外，滑石的粒径也可以与滑石的含量同样地适当设定。例如可以使用利用激光衍射法进行测量时的平均粒径为0.6μm以上且10.0μm以下的滑石。

如上所述，通过使利用含镍的镀层固定了磨粒而得的磨具部3、9含有滑石，能够抑制切削加工时的加工不良。

接着，对在磨具部中含有滑石的电沉积磨具的制造方法的例子进行说明。图1的(A)所示的电沉积磨具1、图1的(B)所示的电沉积磨具5能够分别使用电解镀覆等进行制造。

图2是示意性示出垫圈型的电沉积磨具1的制造中所用的制造装置2的结构例的剖视图。如图2所示，在制造电沉积磨具1时，首先准备收纳有镀镍液16的镀浴槽4，该镀镍液16中混入有金刚石等磨粒。镀镍液16的材料可以任意选择，例如可以使用硫酸镍或硝酸镍等含镍的电解液。

另外，在镀镍液16中添加要使电沉积磨具1的磨具部3含有的滑石。具体而言，如图2所示，在镀镍液16中添加将滑石和表面活性剂混合而生成的混合液18。该表面活性剂具有使滑石分散在镀镍液16中的功能。另外，表面活性剂的材料可以任意选择。当在镀镍液16中添加混合液18时，滑石大致均匀地分散在镀镍液16中。

接着，将由不锈钢或铝等金属材料形成的圆盘状的基台20和镍电极6浸渍于镀浴槽4内的镀镍液16中。在基台20的表面上形成有与期望的磨具部3的形状相对应的掩模22。例如在要形成图1的(A)所示那样的圆环状的磨具部3的情况下，形成俯视时具有圆环状的开口部的掩模22。

另外，基台20经由开关8而与直流电源10的负端子(负极)连接，镍电极6与直流电源10的正端子(正极)连接。另外，开关8也可以配置于镍电极6与直流电源10之间。

接着，一边通过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，一边使配置在基台20与直流电源10之间的开关8短路。由此，以基台20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，含镍的镀层电沉积在基台20的表面的未被掩模22覆盖的区域，形成含有滑石和磨粒的磨具部3。

图3的(A)是示出在基台20的表面上形成有磨具部3的状态的剖视图。如图3的(A)所示，在基台20的表面的未被掩模22覆盖的区域形成有圆环状的磨具部3，该圆环状的磨具部3是在含镍的镀层中大致均匀地分散有滑石和磨粒而成的。

然后，将形成于基台20的表面的磨具部3从基台20剥离。图3的(B)是示出将磨具部3从基台20剥离的情况的剖视图。由此，将磨具部3从基台20分离，得到由磨具部3构成的垫圈型的电沉积磨具1。

另外，图1的(B)所示的电沉积磨具5也可以利用与电沉积磨具1同样的方法进行制造。图4是示意性示出轮毂型的电沉积磨具5的制造中所用的制造装置24的结构例的剖视图。另外，对于以下所说明的结构以外的结构，可以参考制造装置2(图2)的说明。

首先，与电沉积磨具1的制造方法同样地，准备收纳有镀镍液16的镀浴槽4，该镀镍液16中混入有金刚石等磨粒。并且，在镀镍液16中添加将滑石和表面活性剂混合而生成的混合液18。能够在镀镍液16和混合液18中使用的材料与电沉积磨具1的制造方法相同，因此省略了说明。

接着，将由不锈钢或铝等金属材料形成的基台26和镍电极6浸渍于镀浴槽4内的镀镍液16中。另外，基台26经过之后的工序而成为对电沉积磨具5的磨具部9进行支承的基台7(参照图1的(B))，因此基台26的形状是与基台7对应的形状。

具体而言，如图5的(A)所示，基台26与电沉积磨具5的基台7的形状对应而形成为圆环状，在其中心部设置有贯通孔26a。该贯通孔相当于设置在基台7的中央部的贯通孔7a(参照图1的(B))。

在基台26的表面上形成有与期望的磨具部9的形状相对应的掩模28。例如，如图1的(B)所示，在要沿着基台7的外缘部形成圆环状的磨具部9的情况下，形成俯视时具有沿着基台26的外缘部形成的圆环状的开口部的掩模28。并且，与电沉积磨具1的制造方法同样，将含镍的镀层电沉积在基台26的表面的未被掩模28覆盖的区域，形成含有滑石和磨粒的磨具部9。

然后，将掩模28从基台26去除。由此，得到在表面上形成有磨具部9的基台26。图5的(A)是示出在基台26的表面上形成有磨具部9的状态的剖视图。

并且，通过对基台26的外缘部进行蚀刻而使被基台26覆盖的磨具部9的一部分露出。由此，如图5的(B)所示，得到在基台7的外缘部形成有磨具部9的轮毂型的电沉积磨具5。另外，可以通过上述蚀刻来调整把持部7b的形状。

通过使用以上的制造方法，能够制造具备含有滑石的磨具部3、9的电沉积磨具1、5。

接着，对具备含有滑石的磨具部的电沉积磨具的评价结果进行说明。这里，利用磨具部所含有的滑石的量不同的多个电沉积磨具分别对被加工物进行切削，对因切削而产生于被加工物的缺损(崩边)的尺寸进行测量，从而对加工的精度进行评价。另外，对磨具部所含有的滑石的量不同的多个电沉积磨具的弹性模量进行测量，根据该弹性模量，对电沉积磨具的强度进行评价。

在评价中使用按照上述制造方法制造而得的在磨具部中含有滑石的垫圈型(参照图1的(A))的电沉积磨具。电沉积磨具的外径为53.4mm、内径为40mm、厚度为0.10mm，磨粒使用利用筛进行分级时的平均粒径为9μm的金刚石粒。另外，磨粒的集中度为50(12.5体积％)。

另外，为了对滑石的含量所带来的影响进行评价，制作了磨具部所含的滑石的量不同的7种电沉积磨具。在电沉积磨具的制作中，使用利用激光衍射法进行测量时的平均粒径为0.8μm的滑石。使用阿基米德法对所制作的7种电沉积磨具的磨具部所含有的滑石的量进行了测量，其结果是，在7种磨具部中分别含有相对于磨具部为0.0体积％(未添加滑石的电沉积磨具)、1.0体积％、2.2体积％、6.2体积％、11.4体积％、15.0体积％、17.5体积％的滑石。

接着，分别对7种电沉积磨具进行精整并进行磨锐和修圆。然后，分别利用7种电沉积磨具进行下述的加工：通过切削装置的卡盘工作台对被加工物进行吸引保持，一边对电沉积磨具提供切削水(水温20℃的纯水)一边使电沉积磨具切入至被加工物而对该被加工物进行切削。

被加工物使用长为100mm、宽为100mm、厚为0.4mm的硼硅酸盐玻璃。并且，配置成使电沉积磨具按照30000转/分钟的速度旋转，使电沉积磨具的下端位于比被加工物的下端靠下侧的位置，沿着与被加工物的长度方向大致平行的方向使被加工物和电沉积磨具按照5mm/s的速度相对地移动，从而对被加工物进行切削。在被加工物的宽度方向上按照5.0mm间隔进行19次该切削加工，从而将被加工物分割成20个小片。

然后，使卡盘工作台在水平方向上旋转90°，按照同样的条件沿着与被加工物的宽度方向大致平行的方向对被加工物进行切削，从而将各小片进一步分割成20份。这样，将被加工物分割成400个芯片。

然后，从所得到的400个芯片中选择5个芯片，关于5个芯片，分别对因切削加工而产生于切削面的崩边的、与被加工物的厚度方向垂直的方向上的长度进行测量。并且，将崩边的最大的长度作为崩边尺寸，计算出5个芯片的崩边尺寸的平均值(平均崩边尺寸)。

对使用滑石的含量不同的7种电沉积磨具而得到的芯片分别进行上述的平均崩边尺寸的计算。图6是示出电沉积磨具的磨具部所含有的滑石的量与平均崩边尺寸的关系的图表。另外，在图6中，以使用不含有滑石的电沉积磨具(滑石的含量为0.0体积％的电沉积磨具)而得到的芯片的平均崩边尺寸作为基准(100％)，示出使用其他电沉积磨具而得到的芯片的平均崩边尺寸的比率。

如图6所示，当滑石的含量为2.2体积％以上时，平均崩边尺寸大幅降低。据推测这是因为：当滑石的含量为2.2体积％以上时，磨具部所含的镀层因滑石而脆弱化，从而适当地发生自发磨锐，并且通过滑石的润滑性降低电沉积磨具与被加工物之间的摩擦，提高了加工的精度。因此，电沉积磨具的磨具部所含有的滑石的量特别优选为2.2体积％以上。

另外，为了对滑石的含量不同的7种电沉积磨具的强度进行评价，对各电沉积磨具的弹性模量进行测量。弹性模量根据对切削加工后的电沉积磨具的前端部施加规定的载荷而得到的应力-应变曲线计算得到。并且，弹性模量越高的电沉积磨具越不容易发生变形而强度越高，对电沉积磨具的强度进行评价。

图7是示出电沉积磨具的磨具部所含有的滑石的量与电沉积磨具的弹性模量的关系的图表。另外，在图7中，以不含有滑石的电沉积磨具(滑石的含量为0.0体积％的电沉积磨具)的弹性模量作为基准(100％)，示出其他电沉积磨具的弹性模量的比率。

根据图7，滑石的含量为1.0体积％以上且6.2体积％以下的电沉积磨具的弹性模量比不含有滑石的电沉积磨具的弹性模量高，强度提高。虽然这样添加少量的滑石时电沉积磨具的弹性模量上升的原因并不明确，但据推测是因为：在滑石的添加量为少量的情况下，滑石的颗粒在镀层的内部均匀地分散，抑制镀层的转移。

当滑石的含量从1.0体积％增加时，弹性模量慢慢降低。据推测这是因为：由于滑石的含量的增加而使磨具部所含的镀层脆弱化。但是，在任意的电沉积磨具中，在切削加工时均未观察到电沉积磨具发生变形而弯曲行进的情况，能够确认到各电沉积磨具具有被加工物的切削所需的强度。

但是，可知当滑石的含量达到17.5体积％时，弹性模量的比率为30％左右，弹性模量急剧降低。在该电沉积磨具中，有时特别是难以进行难切削材料等的加工。因此，为了不大幅降低电沉积磨具的强度而降低平均崩边尺寸，特别优选使滑石的含量为2.2体积％以上且15.0体积％以下。

另外，特别是滑石的含量为6.2体积％以下的电沉积磨具与不含有滑石的电沉积磨具相比，弹性模量高、电沉积磨具的强度提高。因此，当使滑石的含量为2.2体积％以上6.2且体积％以下时，能够提高电沉积磨具的强度，并且抑制崩边的产生。

根据以上的评价结果，通过使用在磨具部中含有滑石的电沉积磨具，能够进行降低切削加工时的崩边并且精度高的切削加工。

除此以外，上述实施方式的构造、方法等只要不脱离本发明的目的的范围，则可以适当变更并实施。

Claims (5)

1.一种电沉积磨具，其特征在于，

该电沉积磨具具有利用含镍的镀层固定了磨粒而得的磨具部，

在该磨具部中含有滑石。

2.根据权利要求1所述的电沉积磨具，其特征在于，

在该磨具部中含有该磨具部的2.0体积％以上且15.0体积％以下的滑石。

3.根据权利要求1或2所述的电沉积磨具，其特征在于，

该磨具部所含有的滑石的平均粒径为0.6μm以上且10.0μm以下。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电沉积磨具，其特征在于，

该电沉积磨具仅由圆环状的该磨具部构成。

5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电沉积磨具，其特征在于，

该电沉积磨具由具有把持部的圆环状的基台和形成于该基台的外缘部的该磨具部构成。