CN117620917A - 磨具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供磨具，该磨具的强度高且能够抑制加工不良的产生。磨具包含磨粒和固定磨粒的结合材料，在结合材料中含有增强结合材料的球状的填料。

Description

磨具
技术领域
本发明涉及用于被加工物的加工的磨具。
背景技术
通过将形成有多个器件的晶片分割并进行单片化，制造具有器件的器件芯片。另外，在规定的基板上安装多个器件芯片，通过树脂层(模制树脂)对器件芯片进行包覆并密封，由此形成封装基板。对该封装基板进行分割并进行单片化，由此制造具有封装化的多个器件芯片的封装器件。器件芯片、封装器件组装于移动电话、个人计算机等各种电子设备。
近年来，伴随着电子设备的小型化，要求器件芯片、封装器件的薄型化。因此，有时实施如下处理：通过磨削装置对分割前的晶片、封装基板进行磨削，从而进行薄化。磨削装置具有保持被加工物的卡盘工作台和对被加工物实施磨削加工的磨削单元。磨削单元具有主轴，在主轴的前端部安装有具有多个磨具的环状的磨轮。通过卡盘工作台保持被加工物，使卡盘工作台和磨轮旋转并且使磨具的磨削面与被加工物接触，由此被加工物被磨削(参照专利文献1)。
用于被加工物的磨削的磨具通过用结合材料(结合剂材料)将磨粒固定而形成。例如，在对包含金刚石磨粒和陶瓷结合剂材料的混合物进行混炼、造粒之后，进行加压成型并进行烧制，由此得到陶瓷结合剂磨具(参照专利文献2)。
专利文献1：日本特开2000-288881号公报
专利文献2：日本特开2006-1007号公报
磨具的结合材料含有增强结合材料的填料(骨料)。作为填料，通常使用有棱角的随机的形状(角形形状)的陶瓷粒子。如果向结合材料添加填料，则结合材料的机械强度提高，从而磨具的寿命延长。由此，降低了磨具的成本，并且抑制了磨具的更换作业所伴随的加工效率的降低。另外，确认到通过使用尺寸较大的填料，结合材料的强度进一步提高。
然而，即使使磨具的结合材料含有角形形状的填料，磨具的强度的提高也是有限的。另外，如果为了提高磨具的强度而增大角形形状的填料的尺寸，那么填料的尖锐的角会从结合材料较大地突出，从而容易与加工中的被加工物发生碰撞。其结果是，尽管原本磨粒与被加工物的接触对被加工物的加工的贡献应该是占主导的，但突出的填料的角会与被加工物发生干涉，从而有可能导致加工不良。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供强度高且能够抑制加工不良的产生的磨具。
根据本发明的一个方式，提供磨具，该磨具包含磨粒和固定该磨粒的结合材料，该结合材料含有增强该结合材料的球状的填料。
另外，优选为，该填料的平均粒径大于该磨粒的平均粒径。另外，优选为，该填料是陶瓷粒子，该陶瓷粒子的短轴与长轴的比例为0.7以上。另外，优选为，该结合材料中的该填料的含量为5wt％以上且90wt％以下。另外，优选为，该结合材料是陶瓷结合剂或树脂结合剂。
在本发明的一个方式的磨具中，固定磨粒的结合材料含有球状的填料。由此，能够提高磨具的强度，并且抑制通过磨具对被加工物进行加工时的加工不良的产生。
附图说明
图1是示出磨削装置的立体图。
图2是示出磨轮的立体图。
图3是示出磨具的一部分的剖视图。
图4是示出磨具的强度的测定结果的曲线图。
标号说明
11：被加工物；11a：正面(第1面)；11b：背面(第2面)；2：磨削装置；4：基座；4a：开口；6：支承结构；8：卡盘工作台(保持工作台)；8a：保持面；10：X轴移动单元；12：工作台罩；14：防尘防滴罩；16：Z轴移动单元；18：Z轴导轨；20：Z轴移动板；22：Z轴滚珠丝杠；24：Z轴脉冲电动机；26：支承部件；28：磨削单元；30：外壳；32：主轴；34：轮安装座；36：磨轮；38：轮基座；38a：第1面；38b：第2面；38c：开口；38d：槽；38e：磨削液供给路；40：磨具；40a：磨削面；42：控制器(控制单元、控制部、控制装置)；50：磨粒；52：结合材料(结合剂材料)；54：填料(骨料)。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个方式的实施方式进行说明。首先，对能够使用本实施方式的磨轮对被加工物进行磨削的磨削装置的结构例进行说明。图1是示出对被加工物11进行磨削的磨削装置2的立体图。另外，在图1中，X轴方向(第1水平方向、前后方向)与Y轴方向(第2水平方向、左右方向)是彼此垂直的方向。另外，Z轴方向(高度方向、铅直方向、上下方向)是与X轴方向和Y轴方向垂直的方向。
例如被加工物11是由单晶硅等半导体材料构成的圆盘状的晶片，具有彼此大致平行的正面(第1面)11a和背面(第2面)11b。被加工物11被以彼此交叉的方式呈格子状排列的多个间隔道(分割预定线)划分为多个矩形状的区域。另外，在被间隔道划分的多个区域的正面11a侧分别形成有IC(Integrated Circuit：集成电路)、LSI(Large ScaleIntegration：大规模集成电路)、LED(Light Emitting Diode：发光二极管)、MEMS(MicroElectro Mechanical Systems：微机电系统)器件等器件(未图示)。
通过沿着间隔道分割被加工物11，制造分别具有器件的多个器件芯片。被加工物11的分割能够使用通过环状的切削刀具对被加工物11进行切削的切削装置、通过激光束的照射对被加工物11进行加工的激光加工装置等各种加工装置。另外，如果在被加工物11的分割前，通过磨削装置2对被加工物11的背面11b侧进行磨削而预先对被加工物11进行薄化，则得到薄型化的器件芯片。
其中，被加工物11的种类、材质、大小、形状、结构等没有限制。例如被加工物11也可以是由硅以外的半导体(GaAs、InP、GaN、SiC等)、蓝宝石、玻璃、陶瓷、树脂、金属等构成的晶片(基板)。另外，器件的种类、数量、形状、结构、大小、配置等也没有限制，在被加工物11上也可以不形成器件。
磨削装置2具有对构成磨削装置2的各构成要素进行支承或收纳的基座4。在基座4的上表面侧设置有以长度方向沿着X轴方向的方式形成的矩形状的开口4a。另外，在基座4的后端部的上表面侧沿着Z轴方向设置有长方体状的支承结构6。
在开口4a的内侧设置有对被加工物11进行保持的卡盘工作台(保持工作台)8。卡盘工作台8的上表面为与水平面(XY平面)大致平行的平坦面，构成了对被加工物11进行保持的保持面8a。保持面8a经由形成于卡盘工作台8的内部的流路(未图示)、阀(未图示)等与喷射器等吸引源(未图示)连接。
在卡盘工作台8上连结有使卡盘工作台8沿着X轴方向移动的X轴移动单元10。X轴移动单元10例如是滚珠丝杠式的移动机构，其设置于开口4a的内侧。具体而言，X轴移动单元10具有沿着X轴方向配置的X轴滚珠丝杠(未图示)和使X轴滚珠丝杠旋转的X轴脉冲电动机(未图示)。
X轴移动单元10具有以包围卡盘工作台8的方式设置的平板状的工作台罩12。在工作台罩12的前方和后方设置有能够沿着X轴方向伸缩的波纹状的防尘防滴罩14。工作台罩12和防尘防滴罩14设置为覆盖收纳于开口4a的内侧的X轴移动单元10的构成要素(X轴滚珠丝杠、X轴脉冲电动机等)。
在使X轴移动单元10进行动作时，卡盘工作台8与工作台罩12一起沿着X轴方向移动，从而定位于开口4a的前端部(搬送位置)或后端部(磨削位置)。另外，在卡盘工作台8上连结有使卡盘工作台8绕与Z轴方向大致平行的旋转轴线进行旋转的电动机等旋转驱动源(未图示)。
在支承结构6的前表面侧设置有Z轴移动单元16。Z轴移动单元16具有沿着Z轴方向配置的一对Z轴导轨18。平板状的Z轴移动板20以能够沿着Z轴导轨18滑动的方式安装于一对Z轴导轨18。
在Z轴移动板20的背面侧(后面侧)侧设置有螺母部(未图示)。沿着Z轴方向配置于一对Z轴导轨18之间的Z轴滚珠丝杠22与该螺母部螺合。另外，在Z轴滚珠丝杠22的端部连结有使Z轴滚珠丝杠22旋转的Z轴脉冲电动机24。在通过Z轴脉冲电动机24使Z轴滚珠丝杠22旋转时，Z轴移动板20沿着Z轴导轨18在Z轴方向上移动(升降)。
支承部件26固定于Z轴移动板20的正面(前表面)侧。支承部件26支承对被加工物11实施磨削加工的磨削单元28。磨削单元28具有由支承部件26支承的圆柱状的外壳30。在外壳30中收纳有沿着Z轴方向配置的圆柱状的主轴32。主轴32的前端部(下端部)从外壳30的下表面向下方突出。另外，在主轴32的基端部(上端部)连结有电动机等旋转驱动源(未图示)。
由金属等构成的圆盘状的轮安装座34固定于主轴32的前端部。对被加工物11进行磨削的环状的磨轮36以能够装卸的方式安装于轮安装座34的下表面侧。
磨轮36具有环状的轮基座38和固定于轮基座38的多个磨具40。磨轮36利用从旋转驱动源经由主轴32和轮安装座34传递的动力，绕与Z轴方向大致平行的旋转轴线进行旋转。另外，关于磨轮36的结构和功能，将在后面叙述(参照图2)。
磨削装置2具有对磨削装置2进行控制的控制器(控制单元、控制部、控制装置)42。控制器42与磨削装置2的各构成要素(卡盘工作台8、X轴移动单元10、Z轴移动单元16、磨削单元28等)连接。控制器42通过向磨削装置2的各构成要素输出控制信号来控制磨削装置2的动作。
例如控制器42由计算机构成。具体而言，控制器42具有：处理部，其进行用于使磨削装置2运行的运算等；以及存储部，其存储用于磨削装置2的运行的各种信息(数据、程序等)。处理部构成为包含CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等处理器。另外，存储部构成为包含ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等存储器。
在通过磨削装置2对被加工物11进行磨削时，首先，被加工物11被卡盘工作台8保持。例如被加工物11以正面11a侧面对保持面8a、背面11b侧向上方露出的方式配置于卡盘工作台8上。在该状态下，在使吸引源的吸引力(负压)作用于保持面8a时，被加工物11被卡盘工作台8进行吸引保持。然后，通过X轴移动单元10使卡盘工作台8移动，从而定位于磨轮36的下方(磨削位置)。
而且，一边使卡盘工作台8和主轴32分别沿规定的方向以规定的转速旋转，一边通过Z轴移动单元16使磨轮36以规定的速度下降，从而使磨具40与被加工物11接触。由此，被加工物11的背面11b侧被削取，被加工物11被磨削、薄化。
接着，对安装于磨削装置2的磨削单元28的磨轮36的结构例进行说明。磨轮36例如通过紧固螺栓等固定件(未图示)固定于轮安装座34(参照图1)。由此，磨轮36经由轮安装座34安装于主轴32的前端部。
图2是示出具有轮基座38和多个磨具40的磨轮36的立体图。例如轮基座38由铝合金等金属构成，形成为与轮安装座34(参照图1)直径大致相同的环状。另外，轮基座38具有彼此大致平行的第1面38a和第2面38b。第1面38a相当于固定于轮安装座34(参照图1)的固定端面，第2面38b相当于未固定于轮安装座34的自由端面。
在轮基座38的中央部设置有从第1面38a到第2面38b沿厚度方向贯通轮基座38的开口38c。例如开口38c形成为直径从第1面38a朝向第2面38b扩大的圆锥台状。
在轮基座38的第2面38b侧设置有环状的槽38d。槽38d在比开口38c靠轮基座38的外周缘侧的位置与轮基座38形成为同心圆状。对被加工物11进行磨削的多个磨具40固定于槽38d的内侧。
多个磨具40例如形成为长方体状，并沿着槽38d以大致相等的间隔呈环状排列。另外，磨具40的宽度与槽38d的宽度大致相等，磨具40以长度方向(长边方向)沿着槽38d的切线方向(周向)的方式配置。另外，磨具40具有朝向与轮基座38相反的相反侧露出的矩形状的磨削面40a。磨削面40a是在磨削加工时与被加工物11接触的面，通过磨削面40a，被加工物11被磨削。
另外，轮基座38具有从第1面38a到第2面38b贯通轮基座38的多个磨削液供给路38e。磨削液供给路38e的一端侧在第1面38a开口，磨削液供给路38e的另一端侧在第2面38b的开口38c与槽38d之间的区域开口。在第2面38b露出的多个磨削液供给路38e的开口沿着轮基座38的周向以大致相等的间隔呈环状排列。
如图1所示，磨轮36安装在固定于主轴32的前端部的轮安装座34上。在该状态下使主轴32旋转时，磨轮36绕与Z轴方向大致平行的旋转轴线进行旋转。由此，多个磨具40分别沿着以磨轮36的旋转轴线为中心的环状的旋转路径进行旋转(回转)。而且，通过使旋转的磨具40的磨削面40a与被加工物11接触，被加工物11被磨削。
在通过磨轮36对被加工物11进行磨削时，向磨削液供给路38e的一端侧(轮基座38的第1面38a侧)供给纯水等液体(磨削液)，并从磨削液供给路38e的另一端侧向被加工物11和多个磨具40供给磨削液。由此，被加工物11和磨具40被冷却，并且因被加工物11的磨削而产生的屑(磨削屑)被冲洗掉。
图3是示出磨具40的一部分的剖视图。磨具40包含由金刚石、cBN(cubic BoronNitride：六方氮化硼)等构成的磨粒50和固定磨粒50的结合材料(结合剂材料)52。作为结合材料52，能够使用以SiO2等为主要成分的玻璃质的陶瓷结合剂、以树脂为主要成分的树脂结合剂等。另外，在结合材料52的内部形成有多个孔隙(未图示)。其中，磨粒50的材质和粒径、结合材料52的材质没有限制。
结合材料52含有增强结合材料52的填料(骨料)54。通过使结合材料52含有填料54，结合材料52的机械强度得到提高，磨具40的消耗得到抑制。尤其是，在本实施方式中，结合材料52含有球状的填料54。即，填料54不是有棱角的随机的形状(角形形状)，而是圆球或类似圆球的形状的粒子(粉末材料)。
具体而言，填料54的短轴a与长轴b的比例(纵横比a/b)为0.7以上，优选为0.8以上，更优选为0.9以上。另外，填料54的短轴a相当于穿过填料54的中心(重心)而连接填料54的表面上的2个点的最短的直线的长度。另一方面，填料54的长轴b相当于穿过填料54的中心(重心)而连接填料54的表面上的2个点的最长的直线的长度。例如，在填料54为椭球(以椭圆的长轴为中心旋转而得到的旋转体)状的情况下，短轴a相当于填料54的短径，长轴b相当于填料54的长径。
另外，填料54的圆形度例如为0.95以上，优选为0.96以上，更优选为0.97以上。进而，填料54的周长包络度例如为0.97以上，优选为0.98以上，更优选为0.99以上，填料54的面积包络度例如为0.94以上，优选为0.95以上，更优选为0.96以上。
例如作为填料54，使用由三氧化二铝(氧化铝、Al2O3)、二氧化硅(氧化硅、SiO2)等构成的球状的陶瓷粒子。作为能够作为填料54使用的市售品，例举出株式会社ADMATECHS制造的圆球状微粒子(商品名：ADMAFINE(注册商标))。
结合材料52所含有的填料54的量根据所要求的结合材料52的强度来调节。具体而言，结合材料52中的填料54的含量设定为5wt％以上且90wt％以下，优选设定为60wt％以上且80wt％以下。该含量相当于填料54的质量与含有填料54的结合材料52的质量(结合材料52的质量与填料54的质量的和)的比例。
另外，如后所述，确认到在使用球状的填料54时，与使用角形形状的填料的情况相比，结合材料52的强度变高(参照图4)。因此，通过使结合材料52含有球状的填料54，能够更可靠地增强结合材料52，抑制结合材料52的消耗。
另外，如后所述，确认到填料54的尺寸越大，结合材料52的强度越高(参照图4)。因此，填料54的平均粒径优选大于磨粒50的平均粒径。例如，填料54的平均粒径为磨粒50的平均粒径的1.1倍以上且20倍以下。磨粒50和填料54的粒径例如能够通过激光衍射法来测定。
另外，假设在填料54为角形形状的情况下，在使填料54的平均粒径大于磨粒50的平均粒径时，填料54的尖锐的角会从结合材料52较大地突出，容易与被加工物11发生碰撞，从而可能会产生加工不良。另一方面，在如本实施方式这样使用球状的填料54时，即使填料54从结合材料52突出，也仅是填料54的平滑的表面(曲面)与被加工物11接触。因此，即使填料54的平均粒径大于磨粒50的平均粒径，也不容易产生填料54对被加工物11的损伤，加工不良得到抑制。
如上所述，在本实施方式的磨具40中，固定磨粒50的结合材料52含有球状的填料54。由此，能够提高磨具40的强度，并且抑制在通过磨具40对被加工物11进行加工时的加工不良的产生。
另外，上述实施方式的结构、方法等能够在不脱离本发明的目的的范围内进行适当的变更来实施。
接着，针对评价本发明的磨具的强度而得到的结果进行说明。在本评价中，形成结合材料所含有的填料的材质和尺寸不同的多个磨具，并对各磨具的强度进行测定。
在本评价中，使用不含有磨粒而在结合材料(陶瓷结合剂)中含有填料的多个长方体状的磨具(长度20mm、宽度10mm、厚度4mm)。具体而言，形成包含角形形状的氧化铝作为填料的磨具A、包含球状的氧化铝作为填料的磨具B、包含球状的二氧化硅作为填料的磨具C。
更具体而言，准备填料的粒径不同的2种磨具A、4种磨具B以及3种磨具C。2种磨具A所包含的填料(角形形状的氧化铝)的粒径分别设为0.5μm、2μm。4种磨具B所包含的填料(球状的氧化铝)的粒径分别设为0.7μm、4.2μm、5μm、5.4μm。3种磨具C所包含的填料(球状的二氧化硅)的粒径分别设为1.6μm、3μm、5.7μm。
而且，针对上述共计9种磨具，利用3点弯曲试验对强度(弯曲应力)进行测定。图4是示出磨具的强度的测定结果的曲线图。
如图4所示，确认到使用了球状的填料的磨具B、C的强度比使用了相同尺寸的角形形状的填料的磨具A的强度高。推测这种差距的原因在于，角形形状的填料因锐利的角部而容易使结合材料的内部产生龟裂，而另一方面，球状的填料通过平滑的表面与结合材料接触，因此不容易使结合材料的内部产生龟裂。
另外，在对磨具B、C的强度进行比较时，确认到与包含二氧化硅的磨具C相比，包含球状的氧化铝的磨具B的强度更高。这推测是由于氧化铝粒子的强度比二氧化硅粒子高，填料的强度被反映到磨具B、C的强度。
此外，无论在磨具A、B、C的哪一方中，填料的粒径越大，磨具的强度越高。由此，确认到填料的大径化对于磨具的强度的提高是有效的。具体而言，通过使用球状的氧化铝作为填料，得到强度为10MPa以上、30MPa以上或40MPa以上的磨具B。另外，通过使用球状的二氧化硅作为填料，得到强度为5MPa以上或10MPa以上的磨具C。

Claims (5)

1.一种磨具，其特征在于，
该磨具包含磨粒和固定该磨粒的结合材料，
在该结合材料中含有增强该结合材料的球状的填料。
2.根据权利要求1所述的磨具，其特征在于，
该填料的平均粒径大于该磨粒的平均粒径。
3.根据权利要求1或2所述的磨具，其特征在于，
该填料是陶瓷粒子，
该陶瓷粒子的短轴与长轴的比例为0.7以上。
4.根据权利要求1或2所述的磨具，其特征在于，
该结合材料中的该填料的含量为5wt％以上且90wt％以下。
5.根据权利要求1或2所述的磨具，其特征在于，
该结合材料是陶瓷结合剂或树脂结合剂。
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