CN110576522B - 切削装置 - Google Patents

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Abstract

提供切削装置，抑制在罩部件的背面上所产生的结露。该切削装置具有：卡盘工作台，其对被加工物进行保持；切削单元，其具有主轴，该主轴上安装有对卡盘工作台所保持的被加工物进行切削的切削刀具；切削水提供单元，其对切削刀具和被加工物提供切削水；切削进给单元，其设置于比卡盘工作台靠下方的位置，使卡盘工作台在切削进给方向上移动；罩部件，其位于比卡盘工作台靠下方且比切削进给单元靠上方的位置，防止从切削水提供单元提供的切削水到达切削进给单元；水箱，其接住从罩部件流下的切削水；以及干燥空气提供路，其对罩部件与切削进给单元之间的空间提供干燥的空气。

Description

切削装置
技术领域
本发明涉及使用干燥的空气而防止装置内部的结露的切削装置。
背景技术
已知有利用环状的切削刀具对晶片、树脂封装基板等板状的被加工物进行切削加工的切削装置(例如专利文献1)。一边使高速旋转的切削刀具切入至卡盘工作台上所吸引保持的被加工物一边使切削刀具和卡盘工作台相对地移动，从而沿着该移动的路径对被加工物进行切削。
例如在通过磨削装置对在正面侧形成有IC(integrated circuit：集成电路)、LSI(large-scale integrated circuit：大规模集成电路)等多个器件的晶片的背面侧进行磨削之后，通过切削装置以器件为单位进行分割。
另外，包含被树脂密封的器件的CSP(Chip Size Package：芯片尺寸封装)、QFN(Quad Flat Non-leaded Package：四方扁平无引脚封装)等是通过切削装置以封装器件为单位而对多个器件被树脂层密封的树脂封装基板进行分割而制造的。
在使用切削装置的切削工序中，通常一边对切削刀具和被加工物提供切削水一边利用切削刀具对被加工物进行切削。在对晶片、树脂封装基板等进行切削的情况下，当使切削水的温度为14℃至16℃左右的低温时，与使用比该低温高的温度的切削水的情况相比，切削后的器件等的品质提高。
例如，在切削后的QFN中，在矩形形状的芯片的侧面上露出由铜、铝等形成的多个电极垫，但通过一边提供低温的切削水一边进行切削，可抑制切削时产生的热所导致的电极垫的伸长。由此，可防止电极垫之间的短路。
这样，通过所提供的切削水的温度而改变加工条件或加工品质，因此有时在切削装置中附设恒温水提供装置，该恒温水提供装置将提供至切削装置的切削水的温度维持为一定。
专利文献1：日本特开2011-114145号公报
但是，提供至切削刀具和被加工物的14℃至16℃左右的切削水例如流到覆盖着使卡盘工作台移动的移动机构的波纹状罩等罩部件的表面上，因此罩部件也被冷却。与此相对，切削装置内部的温度为19℃至26℃左右，因此有时在未与切削水接触的罩部件的背面上产生结露。
当在罩部件的背面上产生了结露的水到达切削进给单元等切削装置内部的机械部件时，会在该机械部件上生锈，因此期望抑制结露而防止机械部件生锈。
发明内容
本发明是鉴于该问题点而完成的，其目的在于提供切削装置，抑制在罩部件的背面上产生结露。
根据本发明的一个方式，提供切削装置，其中，该切削装置具有：卡盘工作台，其对被加工物进行保持；切削单元，其具有主轴，该主轴上安装有对卡盘工作台所保持的被加工物进行切削的切削刀具；切削水提供单元，其对切削刀具和被加工物提供切削水；切削进给单元，其设置于比卡盘工作台靠下方的位置，使卡盘工作台在切削进给方向上移动；罩部件，其位于比卡盘工作台靠下方且比切削进给单元靠上方的位置，防止从切削水提供单元提供的切削水到达切削进给单元；水箱，其供从罩部件流下的切削水流入；以及干燥空气提供路，其对罩部件与切削进给单元之间的空间提供干燥的空气。
优选干燥空气提供路在干燥空气提供路的侧壁具有将干燥的空气喷射至空间的多个喷射口。
在本发明的切削装置中，对罩部件与切削进给单元之间提供干燥的空气，从而能够抑制在罩部件的背面上所产生的结露。由此，能够防止由于罩部件的背面的结露而在切削进给单元上生锈。
附图说明
图1是切削装置的立体图。
图2是切削单元的分解立体图。
图3是对切削进给单元和干燥空气提供路进行说明的局部分解立体图。
图4是图3的IV-IV剖视图。
图5是干燥空气提供路的侧视图。
图6是图5的VI-VI剖视图。
图7是对图3的VII-VII剖面附加了切削单元的图。
标号说明
2：切削装置；4：基台；4a、4b、4c：开口；6a：盒升降机；6b：盒；10：切削进给单元(X轴移动机构、加工进给单元)；10a：工作台基座；10b：X轴移动工作台；10c：X轴脉冲电动机；10d：X轴滚珠丝杠；10e：X轴导轨；11：被加工物；12：罩部件；12a：工作台罩；12b：波纹状罩；13：粘接带(划片带)；14：卡盘工作台(保持工作台)；14a：保持面；14b：多孔板；14c：框体；15：框架；16：夹具；17：被加工物单元；18：切削单元；18a：主轴；18b：主轴壳体；18c：刀具安装座；18d：切削刀具；18e：压紧螺母；18f：螺栓；18h：轴心；20：支承构造；22：切削单元移动机构(分度进给单元、切入进给单元)；24：Y轴导轨；26：Y轴移动板；28：Y轴滚珠丝杠；30：Z轴导轨；32：Z轴移动板；34：Z轴滚珠丝杠；36：Z轴脉冲电动机；38：切削水；40：清洗单元；42：清洗喷嘴；44：卡盘工作台(旋转工作台)；46：夹具；48：清洗腔室；50：拍摄单元(相机单元)；52：水箱；54：排水口；56：排水软管；58：空间；60：干燥空气提供路；60a：喷射口；60b：侧壁；60c：中心轴；D：干燥空气。
具体实施方式
参照附图，对本发明的一个方式的实施方式进行说明。图1是切削装置2的立体图。如图1所示，切削装置2具有对各构成要素进行支承的基台4。在基台4的前方的角部设置有开口4a。
在开口4a内设置有通过升降机构(未图示)进行升降的盒升降机6a。在盒升降机6a的上表面上载置有用于对多个被加工物11进行收纳的盒6b。
被加工物11例如是由硅等半导体材料形成的圆盘状的晶片。该被加工物11的正面侧由相互交叉的多条分割预定线(间隔道)划分成多个区域，在各区域内形成有IC(Integrated Circuit：集成电路)等器件。
另外，被加工物11的材质、形状、构造、大小等没有限制。例如也可以使用由其他半导体、陶瓷、树脂、金属等材料形成的基板等作为被加工物11。同样地，器件的种类、数量、形状、构造、大小、配置等也没有限制。也可以不在被加工物11上形成器件。
在被加工物11的背面侧粘贴有面积比被加工物11大的粘接带(划片带)13。粘接带13的外周部分固定于环状的框架15。即，粘接带13粘贴于框架15的开口。
粘接带13例如具有包含紫外线硬化型的树脂的粘接层。该粘接层对被加工物11和框架15发挥强力的粘接力，另一方面，当照射紫外线时，该粘接层发生硬化而使粘接力降低。
通过粘接带13对板状的被加工物11进行支承，从而形成被加工物单元17。被加工物11以该被加工物单元17的状态收纳在盒6b中。
在盒升降机6a的侧方形成有在X轴方向(加工进给方向)上较长的开口4b。在开口4b内配置有罩部件12(工作台罩12a和波纹状罩12b)。在罩部件12的下方配置有滚珠丝杠式的切削进给单元(X轴移动机构、加工进给单元)10。
通过罩部件12在空间上将罩部件12上的加工室和罩部件12下的对切削进给单元10进行收纳的收纳室分离。在工作台罩12a上设置有卡盘工作台14，该卡盘工作台14对被加工物11进行保持，通过上述的切削进给单元10在X轴方向(切削进给方向)上移动。
卡盘工作台14具有圆盘状的多孔板14b，该多孔板14b由具有细孔的多孔陶瓷等形成。多孔板14b经由设置于多孔板14b的内部的流路(未图示)等而与真空泵等吸引单元(未图示)连接。
通过吸引单元的负压，将被加工物11隔着粘接带13而吸引保持于多孔板14b的保持面14a上。多孔板14b的上表面作为用于对被加工物11进行保持的保持面14a发挥功能。保持面14a相对于X轴方向(加工进给方向)和Y轴方向(分度进给方向)大致平行地形成。
卡盘工作台14还具有由不锈钢等金属形成的框体14c。框体14c在上表面侧具有设置多孔板14b的凹部。凹部的内侧的侧面和底面与多孔板14b的侧面和底面接触。另外，在框体14c的周围设置有四个夹具16，这些夹具16用于从四边对框架15进行固定。
在与开口4b相邻的位置配置有悬臂梁状的支承构造20。在支承构造20的前表面上部设置有使切削单元18在Y轴方向和Z轴方向上移动的切削单元移动机构(分度进给单元、切入进给单元)22。
切削单元移动机构22具有配置于支承构造20的前表面且与Y轴方向大致平行的Y轴导轨24。在Y轴导轨24上以能够在Y轴方向上滑动的方式安装有构成切削单元移动机构22的Y轴移动板26。
在Y轴移动板26的背面侧(即，支承构造20侧)设置有螺母部(未图示)，在该螺母部中以能够旋转的方式连结有与Y轴导轨24大致平行的Y轴滚珠丝杠28。
在Y轴滚珠丝杠28的一个端部连结有Y轴脉冲电动机(未图示)。若利用Y轴脉冲电动机使Y轴滚珠丝杠28旋转，则Y轴移动板26沿着Y轴导轨24在Y轴方向上移动。
在Y轴移动板26的正面侧设置有与Z轴方向大致平行的一对Z轴导轨30。在一对Z轴导轨30上以能够在Z轴方向上滑动的方式安装有Z轴移动板32。
在Z轴移动板32的背面侧(即，支承构造20侧)设置有螺母部(未图示)，在该螺母部中以能够旋转的方式连结有与一对Z轴导轨30平行的Z轴滚珠丝杠34。
在Z轴滚珠丝杠34的一个端部连结有Z轴脉冲电动机36。若利用Z轴脉冲电动机36使Z轴滚珠丝杠34旋转，则Z轴移动板32沿着一对Z轴导轨30在Z轴方向上移动。
在Z轴移动板32的下部设置有对被加工物11进行切削的切削单元18。这里，使用图2对切削单元18的构造的一例进行说明。图2是切削单元18的分解立体图。切削单元18具有主轴18a，该主轴18a作为相对于Y轴方向平行的旋转轴。
主轴18a部分收纳于筒状的主轴壳体18b。主轴壳体18b通过所谓的空气轴承将主轴18a支承为能够旋转。
在露出到主轴壳体18b的外部的主轴18a的一端侧设置有圆环状的刀具安装座18c。在刀具安装座18c上设置有贯通刀具安装座18c的开口，在该开口中插入螺栓18f。
螺栓18f是所谓的外螺纹。螺栓18f的头部的承力面与刀具安装座18c的前表面接触。另外，螺栓18f的轴的一部分(例如螺纹尖部)固定于与刀具安装座18c的后表面接触的主轴18a的螺纹孔。由此，将刀具安装座18c安装于主轴18a。
在刀具安装座18c的前表面上设置有切削刀具18d，该切削刀具18d具有供螺栓18f贯通的开口。切削刀具18d具有圆环状的基台以及设置于该基台的外周的圆环状的切刃。
切刃例如是在金属或树脂等结合材料中混合金刚石或CBN(Cubic BoronNitride：立方氮化硼)等磨粒而形成的。本例的切削刀具18d是轮毂刀具，但在其他例中，也可以使用仅由切刃构成的垫圈刀具。
在切削刀具18d的前表面上设置有压紧螺母18e，该压紧螺母18e呈圆环状且具有供螺栓18f贯通的开口。压紧螺母18e与刀具安装座18c在主轴18a的轴心18h方向上夹持切削刀具18d，从而将切削刀具18d固定于刀具安装座18c。
刀具安装座18c通过螺栓18f固定于主轴18a，因此将切削刀具18d固定于刀具安装座18c，从而将切削刀具18d固定于主轴18a。这样，将切削刀具18d安装于主轴18a。
另外，切削单元18还具有包含与主轴18a连结的电动机的旋转驱动源(未图示)。该旋转驱动源与主轴18a的另一端侧连结，该主轴18a的另一端侧是与露出到外部的主轴18a的一端侧相反的一侧。
返回图1，在Z轴移动板32的下部且在与切削单元18相邻的位置设置有用于对被加工物11进行拍摄的拍摄单元(相机单元)50。所拍摄的被加工物11的图像用于进行被加工物11与切削单元18的对位等。
在相对于配置有切削单元18等的开口4b位于与开口4a相反的一侧的位置，设置有作为清洗腔室48发挥功能的开口4c。在该清洗腔室48中配置有用于对切削后的被加工物11等进行清洗的清洗单元40。
清洗单元40具有对被加工物11进行吸引保持而进行旋转的圆盘状的卡盘工作台(旋转工作台)44。卡盘工作台44包含在上表面上具有保持面的多孔板以及围绕多孔板的周围的框体。
卡盘工作台44具有与卡盘工作台14相同的吸引机构，因此省略了详细内容。但是，在卡盘工作台44的下部设置有构成与Z轴方向平行的旋转轴的主轴(未图示)。
在主轴的与卡盘工作台44相反的一侧的端部连结有电动机等旋转驱动源(未图示)，卡盘工作台44能够通过该旋转驱动源的旋转力而绕主轴的轴心旋转。另外，在卡盘工作台44的周围设置有四个夹具46，这些夹具46用于从四边对框架15进行固定。
在卡盘工作台44的上方设置有大致L字形状的两个清洗臂。在两个清洗臂各自的一端侧连接有清洗喷嘴42。清洗喷嘴42具有与卡盘工作台44对置而配置的喷射口。
两个清洗喷嘴42中的一个是经由高压泵而与清洗水提供源连接的高压清洗用的喷嘴，例如将加压至预先设定的5MPa至10MPa的值的纯水从喷射口呈柱状喷射。另一个清洗喷嘴42是与气体提供源连接的空气喷嘴，为了将残留在清洗水喷射后的被加工物11的清洗水干燥或去除而喷射空气。
在清洗臂的另一端侧连结有摆动机构(未图示)。在被加工物11的清洗时等，摆动机构使位于卡盘工作台44的上方的清洗喷嘴42在卡盘工作台44的径向上摆动。
接着，使用图3对切削进给单元10等进行说明。图3是对切削进给单元10和干燥空气提供路60进行说明的局部分解立体图。另外，使用图4和图5，对干燥空气提供路60进行说明。图4是图3的IV-IV剖视图。另外，图5是干燥空气提供路60的侧视图，图6是图5的VI-VI剖视图。
如图3所示，切削进给单元10具有与X轴方向平行的一对X轴导轨10e。在X轴导轨10e上以能够滑动的方式安装有X轴移动工作台10b。
在X轴移动工作台10b的下表面侧设置有螺母部(未图示)，在该螺母部中以能够旋转的方式连结有与X轴导轨10e平行的X轴滚珠丝杠10d。另外，在X轴滚珠丝杠10d的X轴方向的一侧(例如+X方向)的端部连结有X轴脉冲电动机10c。
利用X轴脉冲电动机10c使X轴滚珠丝杠10d旋转，从而X轴移动工作台10b能够沿着X轴导轨10e在X轴方向上移动。在该X轴移动工作台10b上设置有工作台基座10a。
在工作台基座10a上连接有工作台罩12a。工作台罩12a设置于与波纹状罩12b等同的高度位置，在X轴方向的两端与波纹状罩12b水密地连接。
即使工作台罩12a通过切削进给单元10在X轴方向上移动，通过波纹状罩12b在X轴方向上伸缩，能够确保工作台罩12a与波纹状罩12b的水密连接。
在工作台罩12a上设置有卡盘工作台14。即，包含工作台罩12a和波纹状罩12b在内的罩部件12位于比卡盘工作台14靠下方且比切削进给单元10靠上方的位置。
在本实施方式中，在Z轴方向上的罩部件12与X轴移动工作台10b之间按照在Y轴方向上夹着工作台基座10a的方式设置有一对干燥空气提供路60。
干燥空气提供路60是与X轴方向大致平行的圆筒形状的金属制的导管。本实施方式的干燥空气提供路60从切削进给单元10的X轴方向的一侧(例如+X方向)的端部(X轴脉冲电动机10c的位置)的外侧起设置到切削进给单元10的X轴方向的另一侧(例如-X方向)的端部。
在干燥空气提供路60和上述切削单元18上连接有通用的空气提供源。该空气提供源向干燥空气提供路60和切削单元18提供空气，该空气是对从切削装置2之外取入的空气去除了一定量的尘埃、油分、水分等而得到。从干燥空气提供路60提供的空气被用于切削单元18的空气轴承机构。
其中，在空气提供源与干燥空气提供路60之间还设置有将水分等去除的过滤器等水分去除机构。水分去除机构对提供至切削单元18的去除了一定量的尘埃等的空气进一步去除水分。
通过水分去除机构对空气提供源的空气进一步去除了水分而得到的干燥的空气(以下称为干燥空气D)从干燥空气提供路60的多个喷射口60a提供至罩部件12与切削进给单元10之间的空间58。
在干燥空气提供路60的侧壁60b(参照图4和图5)上设置有在X轴方向上相互分开的多个喷射口60a。在一对干燥空气提供路60中，各喷射口60a设置于相互对置的位置。
图4是按照通过喷射口60a的方式与垂直于干燥空气提供路60的中心轴60c的Y-Z平面平行地将干燥空气提供路60切断而得到的剖面。另外，在图4中，省略了比工作台基座10a的一半靠下的构造，也省略了比卡盘工作台14靠上的构造。
本实施方式的喷射口60a是设置于干燥空气提供路60的侧壁60b的开口。各喷射口60a按照能够向比喷射口60a靠下方且向X轴方向的另一方侧(例如-X方向)喷射干燥空气D的方式形成(参照图4和图5)。
通过从喷射口60a喷射的干燥空气D中的X轴方向的成分，例如在从X轴导轨10e的X轴方向的一侧(例如+X方向)的端部至X轴方向的另一侧(例如-X方向)的端部的空间58形成与X轴方向大致平行的干燥空气D的流动。
其中，与X轴方向大致平行的干燥空气D的流动也可以根据喷射口60a的朝向适当进行变更。例如在其他实施方式中，从X轴方向的另一侧(例如-X方向)向X轴方向的一侧(例如+X方向)形成干燥空气D的流动。另外，干燥空气D在空间58中沿X轴方向流动之后，例如从切削装置2的罩部件的间隙/开口排出到切削装置2的外部。
干燥空气D是含有即使罩部件12被14℃以上且16℃以下的切削水38冷却也不会在空间58产生结露的程度的水分的空气。本实施方式的干燥空气D是含有在14℃以下不结露的程度的水分的空气，即是含有比相当于14℃的饱和水蒸气量的12.08g/m3少的水分的空气。
图6是图5的VI-VI剖视图。VI-VI剖面是按照通过干燥空气提供路60的喷射口60a的方式将干燥空气提供路60与X-Y平面平行地切断而得到的剖面。在干燥空气提供路60的侧壁60b设置有贯通侧壁60b的贯通孔，该贯通孔具有母线相对于侧壁60b的厚度方向(Y轴方向)倾斜的斜圆柱形状。
位于干燥空气提供路60的外表面的贯通孔的一部分是喷射口60a。侧壁60b的贯通孔相对于X轴方向和Y轴方向倾斜，因此从喷射口60a喷射的干燥空气D的流动除了X轴方向的流动成分以外，还具有Y轴方向的流动成分。如图6所示，从喷射口60a喷射的干燥空气D的流动与在干燥空气提供路60的内部流动的干燥空气D的流动形成锐角α。
接着，使用图7对使用了切削单元18的切削加工的详细内容进行说明。图7是对图3的VII-VII剖面附加了切削单元18的图。另外，在图7中，省略了配置于卡盘工作台14上的被加工物单元17和夹具16等。
按照夹着切削单元18的切削刀具18d的前表面和后表面的方式设置有沿X轴方向延伸的一对切削水提供单元(切削水喷嘴)66a。另外，按照与切削刀具18d的外周的切刃对置的方式设置有切削水提供单元(切削水喷嘴)66b。
切削水提供单元66a、66b的切削水38的喷射口位于切削刀具18d的旋转轴的轴心18h以下的高度。切削水提供单元66a、66b经由水路而与设置于切削装置2的外部的恒温水提供装置连接，从恒温水提供装置提供例如14℃以上且16℃以下的切削水38。
切削水提供单元66a、66b在利用切削单元18对被加工物11进行切削时对切削刀具18d和被加工物11提供切削水38。另外，切削水提供单元66a朝向切削刀具18d的前表面侧和后表面侧喷射切削水38，切削水提供单元66b朝向切削刀具18d的外周喷射切削水38。
切削水38在切削刀具18d上传递而提供至切削刀具18d与被加工物11接触的加工点附近。一边使高速旋转的切削刀具18d切入至卡盘工作台14上所吸引保持的被加工物11，一边使切削刀具18d和卡盘工作台14在X轴方向上相对地移动，从而沿着该移动的路径对被加工物11进行切削。
由于切削刀具18d的高速旋转，切削水38的一部分向加工点处的旋转方向的后方侧飞散。另外，切削水38从加工点附近流下至卡盘工作台14的下方。
分散和流下的切削水38的一部分或全部流下至由工作台罩12a和波纹状罩12b构成的罩部件12上。其中，罩部件12防止从切削水提供单元66a、66b提供的切削水38到达切削进给单元10。
在罩部件12的至少侧方且下方设置有水箱52。水箱52是设置成围绕罩部件12的周围的容器，具有能够临时储存流到罩部件12的使用后的切削水38的程度的深度。水箱52是俯视矩形形状。
水箱52在底部的一部分具有排水口54，在该排水口54上连接有将使用后的切削水38导向切削装置2外的排水软管56。从罩部件12流下的切削水38通过水箱52暂时接住之后，从排水口54经由排水软管56而排出到切削装置2外。
在切削时从切削水提供单元66a、66b提供低温的切削水38，从而能够将在加工点附近产生的热去除，因此例如在对被加工物11所包含的金属等进行加工的情况下，可抑制该金属的伸长。另外，对加工点附近提供切削水38，从而能够将在切削时所产生的加工屑去除，因此可抑制切削屑附着于被加工物11。
其中，与被加工物11同样地，罩部件12也被低温的切削水38冷却。罩部件12与切削进给单元10之间的空间58的温度是室温(例如19℃至26℃左右)，因此有时在不与切削水38接触的罩部件12的背面侧产生结露。
但是，在本实施方式中，通过上述的干燥空气提供路60对罩部件12的背面侧的空间58提供干燥空气D，因此能够抑制或防止罩部件12的背面侧的结露。其结果是，能够防止水滴从罩部件12的背面滴落至切削进给单元10。
因此，能够防止在切削进给单元10上生锈。特别是能够防止在切削进给单元10的X轴导轨10e上生锈，因此可确保X轴移动工作台10b的X轴方向的顺利移动。
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。例如本实施方式的喷射口60a是设置于干燥空气提供路60的侧壁60b的开口，但喷射口60a也可以是其他空气喷嘴。

Claims (2)

1.一种切削装置，其特征在于，
该切削装置具有：
卡盘工作台，其对被加工物进行保持；
切削单元，其具有主轴，该主轴上安装有对该卡盘工作台所保持的该被加工物进行切削的切削刀具；
切削水提供单元，其对该切削刀具和该被加工物提供切削水；
切削进给单元，其设置于比该卡盘工作台靠下方的位置，使该卡盘工作台在切削进给方向上移动，该切削进给单元具有工作台基座；
罩部件，其位于比该卡盘工作台靠下方且比该切削进给单元靠上方的位置，防止从该切削水提供单元提供的该切削水到达该切削进给单元；
水箱，其供从该罩部件流下的该切削水流入；以及
一对干燥空气提供路，它们按照在与所述切削进给方向垂直的水平方向上夹着所述工作台基座的方式设置，所述一对干燥空气提供路是与该罩部件和该切削进给单元不同而另外设置的导管，所述导管对该罩部件与该切削进给单元之间的空间提供干燥的空气。
2.根据权利要求1所述的切削装置，其特征在于，
在该导管的侧壁上具有将干燥的该空气喷射至该空间的多个喷射口。
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