CN114074381A - 切削方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供切削方法，对切削刀具赋予超声波振动而对被加工物进行切削，并且减少切削刀具的过度磨损。切削方法使用切削装置对被加工物进行切削，该切削装置具有：卡盘工作台，其对被加工物进行保持；以及切削单元，其具有切削刀具和超声波振子，该切削刀具对卡盘工作台所保持的被加工物进行切削，该超声波振子使切削刀具在切削刀具的径向上进行超声波振动，该切削方法具有：保持步骤，利用卡盘工作台对被加工物进行保持；以及切削步骤，在被加工物所设定的多条切削线中的同一切削线上实施超声波切削和通常切削，该超声波切削利用进行超声波振动的切削刀具对被加工物进行切削，该通常切削利用未进行超声波振动的切削刀具对被加工物进行切削。

Description

切削方法
技术领域
本发明涉及切削方法，使用具有包含超声波振子的切削单元的切削装置对被加工物进行切削。
背景技术
在对半导体晶片等板状的被加工物沿着在该被加工物的正面侧呈格子状设定的分割预定线进行切削的情况下，通常使用切削装置。切削装置具有切削单元和配置于切削单元的下方的卡盘工作台。
切削单元包含圆柱状的主轴。在主轴的一端部安装有具有圆环状的切削刃的切削刀具，在主轴的另一端部连结有电动机等旋转驱动源。
在对被加工物进行切削的情况下，首先，利用卡盘工作台的保持面对被加工物的背面侧进行吸引保持以便使正面侧向上方露出。并且，通过将高速旋转的切削刀具沿着各分割预定线切入被加工物，将被加工物分割成多个芯片。
在被加工物由脆性硬质材料或高硬度的材料形成的情况下，被加工物的切削变得比较困难。因此，已知通过对切削刀具施加超声波振动而使切削刀具在径向上振动并且对被加工物进行切削(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2007-53234号公报
当对切削刀具赋予超声波振动时，容易切削被加工物，但相应地促进刀具的磨损，因此存在切削刀具的寿命变短、切削刀具的更换频度增加的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于，对切削刀具施加超声波振动而对被加工物进行切削，并且减少切削刀具的过度磨损。
根据本发明的一个方式，提供一种切削方法，使用切削装置对被加工物进行切削，该切削装置具有：卡盘工作台，其对该被加工物进行保持；以及切削单元，其具有切削刀具和超声波振子，该切削刀具对该卡盘工作台所保持的该被加工物进行切削，该超声波振子使该切削刀具在该切削刀具的径向上进行超声波振动，该切削方法具有如下的步骤：保持步骤，利用该卡盘工作台对该被加工物进行保持；以及切削步骤，在该被加工物所设定的多条切削线中的同一切削线上实施超声波切削和通常切削，其中，该超声波切削利用进行超声波振动的该切削刀具对该被加工物进行切削，该通常切削利用未进行超声波振动的该切削刀具对该被加工物进行切削。
优选在该切削步骤中，在对同一切削线上的一部分实施了该超声波切削之后，停止超声波振动，不使该切削刀具向分度进给方向移动，而从在该同一切削线上最后实施了该超声波切削的位置起实施该通常切削。
在本发明的一个方式所涉及的切削方法的切削步骤中，在被加工物所设定的多条切削线中的同一切削线上实施超声波切削和通常切削，其中，该超声波切削利用进行超声波振动的该切削刀具对该被加工物进行切削，该通常切削利用未进行超声波振动的该切削刀具对该被加工物进行切削。因此，在超声波切削中，能够维持切削刀具的适度的磨损促进并且对被加工物进行切削，而且，在通常切削中，能够抑制切削刀具的过度磨损。
附图说明
图1是切削装置的立体图。
图2是切削装置的局部剖视侧视图。
图3是示出切削装置中的卡盘工作台等的图。
图4是示出切削方法的流程图。
图5是示出实施例中的切削方法中的切削顺序的图。
图6是利用实施例的切削方法进行了切削后的玻璃基板的图像。
图7的(A)是利用第1比较例的切削方法进行了切削后的玻璃基板的图像，图7的(B)是利用第2比较例的切削方法进行了切削后的玻璃基板的图像。
图8是示出第2实施方式的切削方法中的切削顺序的图。
标号说明
2：切削装置；4：切削单元；6：主轴外壳；8：主轴；8a：电动机安装部；10：螺钉；11：被加工物，11a：正面；11b：背面；12：切削刀具；12a：切削刃；12b：径向；13：分割预定线；13a：规定位置；13b：切削槽；14：电动机；14a：转子；14b：定子线圈；15：器件；17：划片带；19：框架；21：框架单元；16：超声波振子；18：压电元件；20、22：电极板；23：玻璃基板；23a：规定位置；24：旋转变压器；26：受电部；26a：转子铁芯；26b：受电线圈；28：供电部；28a：定子铁芯；28b：供电线圈；32：交流电源；32a：控制电路；34：电压频率调整单元；36：电力提供单元；40：卡盘工作台；40a：保持面；42：框体；42a：凹部；42b：流路；44：多孔板；46：吸引源；48：电磁阀；50：加工进给单元。
具体实施方式
参照附图，对本发明的一个方式所涉及的实施方式进行说明。图1是切削装置2的立体图，图2是切削装置2的局部剖视侧视图，图3是示出切削装置2中的卡盘工作台40等的图。
切削装置2具有对被加工物11进行切削的切削单元4。切削单元4具有与Y轴方向(分度进给方向)大致平行地配置的圆筒状的主轴壳体6。在主轴壳体6的内部以能够旋转的方式收纳有圆柱状的主轴8的一部分(参照图2)。
在主轴8的一端部形成有螺纹孔。利用固定于该螺纹孔的螺钉10，在主轴8的一端部安装切削刀具12。切削刀具12在外周部具有圆环状的切削刃12a。切削刃12a由磨粒和固定磨粒的结合材料构成。
在主轴8的另一端部设置有圆柱状的电动机安装部8a。在电动机安装部8a上连结有使主轴8旋转的电动机14的转子14a。转子14a例如具有永久磁铁。
在转子14a的外周侧分离地配置有固定于主轴壳体6的定子线圈14b。当从后述的交流电源32经由控制电路32a向定子线圈14b提供交流电力时，转子14a旋转。
另外，控制电路32a调整向定子线圈14b提供的电流。控制电路32a的动作由切削装置2的控制单元(未图示)控制。在电动机14的与电动机安装部8a相反的一侧连结有对切削刀具12赋予超声波振动的超声波振子16。
超声波振子16具有沿主轴8的轴向极化的环状的压电元件18。压电元件18由钛酸钡、锆钛酸铅、钽酸锂等压电陶瓷形成。在压电元件18的两侧的极化面上分别固定有环状的电极板20、22。
在超声波振子16的与电动机14相反的一侧连结有旋转变压器24。旋转变压器24具有圆柱状的受电部26。受电部26包含：经由超声波振子16而与主轴8连结的转子铁芯26a；以及卷绕于转子铁芯26a的外周部的受电线圈26b。
在受电部26的外侧，以包围受电部26的方式分离地配置有环状的供电部28。供电部28包含：配置在受电线圈26b的外周侧的环状的定子铁心28a；以及配置在定子铁心28a的内周侧面的供电线圈28b。
从交流电源32经由电压频率调整单元34向供电线圈28b提供电力。电压频率调整单元34例如是函数发生器，由切削装置2的控制单元(未图示)控制电压频率调整单元34的动作。
交流电源32和电压频率调整单元34构成以规定的频率和规定的电压向供电部28提供交流电力的电力提供单元36。当向供电线圈28b提供电力时，向受电线圈26b以非接触的方式施加交流电压。
在受电线圈26b的一端连接有电极板20，在受电线圈26b的另一端连接有电极板22，因此施加于受电线圈26b的交流电压被施加于电极板20、22。
当对电极板20、22施加超声波频率的交流电压时，超声波振子16在主轴8的轴向上以超声波的频率振动。主轴8的轴向的振动在主轴8的一端部被转换为切削刀具12的径向12b的振动，切削刀具12在径向12b上以超声波的频率振动，即进行超声波振动。
在切削单元4的下方配置有卡盘工作台40。卡盘工作台40具有圆盘状的框体42(参照图3)。在框体42的上部形成有圆盘状的凹部42a，在凹部42a中固定有由多孔质陶瓷形成的圆盘状的多孔板44。
多孔板44的上表面与框体42的上表面大致成为同一平面，构成卡盘工作台40的保持面40a。在凹部42a的中央部连接有流路42b的一端，在该流路42b的另一端连接有喷射器等吸引源46。
另外，在流路42b的一端与另一端之间设置有电磁阀48。在电磁阀48为打开状态时，由吸引源46产生的负压经由流路42b向多孔板44传递，在多孔板44的上表面产生负压。
在此，对由保持面40a保持的被加工物11进行说明。如图1所示，圆盘状的被加工物11由硅等半导体晶片形成，在被加工物11的正面11a侧呈格子状而设定有多条分割预定线13(切削线)。
在由多条分割预定线13划分的各区域中，形成有IC(Integrated Circuit：集成电路)、LSI(Large Scale Integration：大规模集成电路)等器件15。但是，被加工物11的种类、材质、大小、形状、构造等没有限制。
被加工物11也可以是由硅以外的化合物半导体(GaN、SiC等)、玻璃、陶瓷、树脂、金属等形成的晶片或基板。另外，形成于被加工物11的器件15的种类、数量、形状、构造、大小、配置等没有限制。在被加工物11上也可以不形成器件15。
在被加工物11的背面11b侧粘贴有树脂制的划片带17。划片带17为圆形，划片带17的直径比被加工物11的直径大。在划片带17的中央部粘贴被加工物11，在划片带17的外周部上粘贴由金属形成的环状的框架19的一个面。
这样，构成被加工物11借助划片带17而被框架19支承的框架单元21。另外，在图2和图3中，省略了划片带17和框架19。
在卡盘工作台40的下方设置有使卡盘工作台40绕与Z轴方向(高度方向、上下方向)大致平行的旋转轴旋转的θ台(未图示)。该θ台由加工进给单元50支承(参照图2)。
加工进给单元50是滚珠丝杠式的移动机构，使卡盘工作台40和θ台沿着X轴方向(加工进给方向)移动。此外，X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向是相互垂直的方向。
接着，对使用切削装置2对被加工物11进行切削的切削方法进行说明。图4是示出切削方法的流程图。首先，如图3所示，利用卡盘工作台40的保持面40a对被加工物11的背面11b侧进行保持(保持步骤S10)。
在保持步骤S10之后，对被加工物11进行切削(切削步骤S20)。在切削步骤S20中，首先，利用照相机单元(未图示)检测分割预定线13，利用θ台(未图示)调整被加工物11的朝向以便使1条分割预定线13与X轴方向大致平行。
之后，将高速旋转的切削刀具12定位于1条分割预定线13的延长线上，将切削刀具12的下端定位于背面11b与保持面40a之间的高度。进而，使超声波振子16进行动作。
接着，如图1所示，使卡盘工作台40在X轴方向上移动，在1条分割预定线13中从一侧至规定位置13a进行如下的超声波切削：利用以超声波的频率进行振动的状态的切削刀具12对被加工物11进行切削。另外，在切削时，从切削水提供喷嘴向加工点提供纯水等切削水。
在至规定位置13a实施了超声波切削后，将切削单元4分度进给规定长度。然后，在与形成有切削槽13b的1条分割预定线13在Y轴方向上相邻的其他分割预定线13上，从其他分割预定线13的一侧至规定位置13a同样地实施超声波切削。
同样地，在沿着一个方向的全部分割预定线13通过超声波切削形成了切削槽13b之后，停止对超声波振子16的供电，使旋转的切削刀具12下降而切入至最初进行了切削的分割预定线13的规定位置13a。
然后，从规定位置13a至该分割预定线13的另一侧，进行如下的通常切削：利用未以超声波的频率进行振动的状态的切削刀具12对被加工物11进行切削。同样地，对于剩余的分割预定线13，从规定位置13a至该分割预定线13的另一侧实施通常切削。
在沿着沿一个方向的全部分割预定线13形成了切削槽13b之后，使卡盘工作台40旋转90度，使未切削的分割预定线13与X轴方向大致平行。然后，对全部的未切削的分割预定线13同样地实施超声波切削和通常切削。由此，被加工物11被分割成多个芯片。
在本实施方式的切削步骤S20中，通过在同一分割预定线13(同一切削线)上实施超声波切削和通常切削，沿着各分割预定线13形成切削槽13b。另外，同一分割预定线13(同一切削线)是指呈一直线状连续地设定的一条分割预定线13(一条切削线)。
在超声波切削中，能够维持切削刀具12的适度的磨损促进并且对被加工物11进行切削。与此相对，在通常切削中，由于不使切削刀具12振动，因此能够抑制切削刀具12的过度磨损。因此，能够维持切削刀具12的适度的磨损促进并且抑制切削刀具12的过度磨损。
【实施例】
接着，对实施例进行说明。图5是示出实施例中的切削方法中的切削顺序的图，图6是利用实施例的切削方法进行了切削后的玻璃基板23(钠玻璃制)的图像。另外，在图6中，省略了未形成切削槽的部分。
在本实施例中，使用一条边为100mm、另一条边为100mm、厚度为0.5mm的正方形的板状的玻璃基板23。按照沿着该玻璃基板23的一条边方向的方式设定40条切削线。另外，各切削线在玻璃基板23的另一条边方向上离散地设定。
特别是，在本实施例中，从一条边的一端至位于15mm的位置的规定位置23a，按照从#1至#40(虚线)的顺序实施超声波切削，接着，从规定位置23a至一条边的另一端，按照从#41至#80(单点划线)的顺序实施通常切削(参照图5)。
另外，由#1和#41示出的切削线为同一切削线，由#N和#N+40示出的切削线也为相同的切削线(另外，N为2以上且40以下的自然数)。
在切削时，使切削刀具12以20000rpm旋转，将吸引保持有玻璃基板23的卡盘工作台40以20mm/s进行加工进给。另外，在切削时，从切削水提供喷嘴向加工点以2.5l/min提供纯水(未图示)作为切削水。
由此，在各切削线上形成具有深度430μm的切削槽(参照图6)。在本实施例中，在完成了40个切削槽的形成时，切削刀具12的切削刃12a在径向12b上消耗了0.9μm。
图7的(A)是利用第1比较例的切削方法进行了切削后的玻璃基板23的图像。另外，在图7的(A)中，省略了未形成切削槽的部分。在第1比较例中，按照#1～#40的顺序实施从玻璃基板23的一条边的一端到另一端的通常切削，由此在玻璃基板23的另一条边方向上离散地形成40条切削槽。
切削刀具12的转速和卡盘工作台40的加工进给速度与上述的实施例相同，也同样地提供切削水。在完成了40条切削槽的形成时，切削刀具12的切削刃12a在径向12b上消耗了0.5μm。
切削刃12a的消耗量比实施例降低，但根据图7的(A)与图6的比较可知，在第1比较例中，在切削顺序的后方产生了显著的加工不良。加工不良在图7的(A)中以黑色示出。推测加工不良的发生原因是结合材料未适当消耗而产生了磨粒的堵塞。
图7的(B)是利用第2比较例的切削方法进行了切削后的玻璃基板23的图像。另外，在图7的(B)中，省略了未形成切削槽的部分。在第2比较例中，按照#1～#40的顺序实施从玻璃基板23的一条边的一端到另一端的超声波切削，由此在玻璃基板23的另一条边方向上离散地形成40条切削槽。
切削刀具12的转速和卡盘工作台40的加工进给速度与上述的实施例相同，也同样地提供切削水。由图7的(B)与图6的比较可知，在第2比较例中几乎不产生加工不良。但是，切削刃12a的消耗量与实施例相比显著增加。
具体而言，在40条切削槽的形成结束时，切削刀具12的切削刃12a在径向12b上消耗了2.55μm。如果将第1比较例和第2比较例与实施例进行比较，可以说在实施例的切削方法中能够维持切削刀具12的适度的磨损促进并且能够抑制切削刀具12的过度磨损。
接着，对第2实施方式进行说明。图8是示出第2实施方式的切削方法中的切削顺序的图。在第2实施方式中，在从1条切削线的一端至另一端实施了切削之后，进行分度进给，从相邻的1条切削线的一端至另一端实施切削。
但是，在第2实施方式中，首先，如虚线所示，从玻璃基板23的一端至规定位置23a(对同一切削线上的一部分)实施超声波切削，之后停止超声波切削。
然后，不使切削刀具12向Y轴方向移动，如单点划线所示，从规定位置23a(在同一切削线上最后实施了超声波切削的位置)至玻璃基板23的另一端进行通常切削。
这样，通过在同一切削线上实施超声波切削和通常切削，在超声波切削中，能够维持切削刀具12的适度的磨损促进并且对玻璃基板23进行切削，并且在通常切削中，能够抑制切削刀具12的过度磨损。
此外，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，则能够适当变更而实施。例如，也能够按照第2实施方式的切削方法对上述的被加工物11进行切削。

Claims (2)

1.一种切削方法，使用切削装置对被加工物进行切削，
该切削装置具有：
卡盘工作台，其对该被加工物进行保持；以及
切削单元，其具有切削刀具和超声波振子，该切削刀具对该卡盘工作台所保持的该被加工物进行切削，该超声波振子使该切削刀具在该切削刀具的径向上进行超声波振动，
其特征在于，
该切削方法具有如下的步骤：
保持步骤，利用该卡盘工作台对该被加工物进行保持；以及
切削步骤，在该被加工物所设定的多条切削线中的同一切削线上实施超声波切削和通常切削，其中，该超声波切削利用进行超声波振动的该切削刀具对该被加工物进行切削，该通常切削利用未进行超声波振动的该切削刀具对该被加工物进行切削。
2.根据权利要求1所述的切削方法，其特征在于，
在该切削步骤中，在对同一切削线上的一部分实施了该超声波切削之后，停止超声波振动，不使该切削刀具向分度进给方向移动，而从在该同一切削线上最后实施了该超声波切削的位置起实施该通常切削。
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