HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Hochglanz-Polierschleifen nach
dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein Beispiel für eine derartige Vorrichtung wird von US
5,683,200 A offenbart.
Beschreibung der verwandten Technik
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Ein kompliziertes und hochgenaues Stanzwerkzeug ist unbedingt notwendig, um einige
Teile herzustellen, so beispielsweise einen Leiterrahmen eines Halbleiters, in dem eine
ähnlich komplizierte und hochgenaue integrierte Schaltung installiert wird. Ein derartiges
Stanzwerkzeug sollte durch Profilschleifen eines ultraharten Materials hergestellt
werden. Daher müssen Profilschleifverfahren ausgeführt werden, um nicht nur genau zu
profilieren, sondern auch, um wirkungsvoll auf Hochglanz zu schleifen und eine
qualitativ hochwertige Oberfläche herzustellen, die die Leistung (Schärfe, Lebensdauer usw.)
eines Stanzwerkzeug bestimmt. Beim herkömmlichen Schleifen ist es jedoch schwierig,
sowohl das Formen mit hoher Genauigkeit als auch das Hochglanzschleifen mit hoher
Qualität gleichzeitig mit hohem Wirkungsgrad auszuführen.
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Bisher ist ein metallisch gebundener Schleifstein mit hoher Haltekraft für komplizierte
Profilschleifverfahren eingesetzt werden. Bei einem derartigen Verfahren kann das
Formen mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden, wobei jedoch das Schleifen nicht so
ausgeführt werden kann, dass eine qualitativ hochwertige Hochglanzpolitur entsteht.
Daher sollten die Profilschleifvorgänge separat voneinander ausgeführt werden. Jedoch
sollte ein dünner scharfer Schleifstein zum Formen eines Stanzwerkzeuges mit einer
Struktur, die so schmal ist wie ein Leiterrahmen, so geformt sein, dass die Veränderung
der Genauigkeit berücksichtigt wird, die durch Verformung des Schleifsteins verursacht
wird. Daher lässt das mechanische Abrichten nur sehr schwer einsetzen.
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Das heißt, die folgenden Probleme entstehen aufgrund von separaten Verfahren beim
Hochglanz-Profilschleifen nach dem Stand der Technik:
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(1) Die Form eines Schleifsteins, der für ein kompliziertes Profilierungsverfahren
eingesetzt wird, ermöglicht kein Formen mit hoher Genauigkeit nach dem Verschleiß, da das
vordere Ende (Bearbeitungsteil) des Schleifsteins sehr spitz ist, so dass es durch
Verschleiß leicht abstumpft;
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(2) Regenerieren nach dem Verschleiß des spitzen Teils führt nicht zur
Aufrechterhaltung der Schärfe des Schleifsteins beim Profilierungsverfahren, da es schwierig ist, den
Schleifstein abzurichten.
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Es ist jedoch von den Anmeldern der vorliegenden Anmeldung das Schleifverfahren mit
elektrolytischem Abrichten während der Bearbeitung (im Folgenden als ELID-
(electrolytic in-process dressing grinding method) Schleifverfahren bezeichnet) als eine
Schleifmethode entwickelt und veröffentlicht worden, mit der äußerst wirkungsvolles,
hochgenaues Hochglanzschleifen möglich ist, das mit herkömmlicher Formtechnologie nicht
bewerkstelligt werden konnte. Bei dem ELID-Schleifverfahren wird der elektrisch
leitende Bindeteil eines metallisch gebundenen Schleifsteins durch elektrolytisches Abrichten
aufgelöst. Ein wirkungsvolles Hochglanzschleifen eines ultraharten Materials ist mit dem
Schleifverfahren möglich, bei dem ein metallisch gebundener Schleifstein eingesetzt
wird, der feine Körnchen enthält. Es ist besonders wertvoll, dass das ELID-
Schleifverfahren mit einer Abrichteinrichtung für den metallisch gebundenen Schleifstein
hochwirksame und außerordentlich genaue Bearbeitung ermöglicht.
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Jedoch ist für die Profilierungsbearbeitung des Stanzwerkzeuges, insbesondere bei
einer derartig schmalen Struktur wie einem Leiterrahmen, ein dünner Schleifstein mit
einem scharten vorderen Ende erforderlich. Daher tritt, obwohl der Einsatz des ELID-
Schleifverfahrens effektives und hochgenaues Hochglanzschleifen ermöglicht, das
folgende Problem auf: Es ist sehr schwierig, die Form der Spitze beizubehalten, und
darüber hinaus ist hochgenaues Formen ebenfalls kompliziert, da die scharfe Spitze
(Bearbeitungsteil) des Schleifsteins intensiv elektrolytischem Abrichten unterzogen wird.
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Eine Vorrichtung zum Ausbilden einer konvexen Spitze an einem Werkstück ist aus
US 5,683,390 bekannt.
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Daher ist es wünschenswert, das ELID-Schleifverfahren zusätzlich mit einer Funktion
zum Formen des metallisch gebundenen Schleifsteins zu versehen, um sowohl
hochgenaues Formen als auch qualitativ hochwertiges Schleifen mit hoher Effektivität zu
gewährleisten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung ist geschaffen worden, um diese Anforderung zu erfüllen. Der
Zweck der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Hochglanz-Profilschleifen zu
schaffen, die effektives und gleichzeitiges Bearbeiten ermöglicht, um hochgenau zu
formen und qualitativ hochwertig auf Hochglanz zu schleifen.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Hochglanz-Profilschleifen nach
Anspruch 1.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht Schleifbearbeitung eines komplexen und
hochgenauen Stanzwerkzeuges, das bei der Herstellung eines Leiterrahmens für einen
Halbleiterchip eingesetzt wird. Das ist darauf zurückzuführen, dass es das Formen eines
Schleifsteins ermöglicht, eine Belastung beim Formen zu verringern, die durch ein
mechanisches Formen bewirkt werden kann. Des Weiteren ist es darauf zurückzuführen;
dass der metallisch gebundene Schleifstein, der feine Körnchen enthält, mit dem ELID-
Schleifverfahren abgerichtet wird, so dass gleichzeitiges effektives Ausführen von
Hochglanz-Profilschleifen möglich ist.
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Des Weiteren können Formen und Abrichten eines Schleifsteins separat und gleichzeitig
ausgeführt werden, um effektives Abziehen und Abrichten eines Schleifsteins mit einer
bestimmten Form zu ermöglichen. Des Weiteren wird die Schärfe des Schleifsteins
durch die Auswirkung des ELID-Schleifens kontinuierlich aufrechterhalten, und die Form
des Schleifsteins kann, wenn erforderlich, beim Vorgang des Formens des Schleifsteins
aufrechterhalten werden, so dass es möglich wird, die Schritte beim Schleifen zum
Formen zu verringern und die Zeit für die Arbeitsablaufplanung zu verkürzen.
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Gemäß einer bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung besteht der leitende
Schleifstein (1) aus Körnohen aus Diamant oder CBN und einem leitenden Bindeteil zum
Fixieren der Körnchen. Diese Zusammensetzung ermöglicht das Funken-Abrichten
sowie das ELID-Schleifen, um den leitenden Bindeteil wirkungsvoll zu entfernen und den
Schleifstein zu formen und abzuziehen.
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Des Weiteren enthält der halbleitende Teil der scheibenartigen Elektrode zum Formen
vorzugsweise Diamantkörnchen. Dadurch kann die Kombination aus Funken-Abrichten
und Diamantkörnchen beim Schleifen eingesetzt werden.
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Andere Zwecke sowie vorteilhafte Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden in
der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen dargestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine Vorderansicht der Vorrichtung zum Hochglanz-Profilschleifen der
vorliegenden Erfindung.
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Fig. 2 ist eine schematische Ansicht des Hauptteils von Fig. 1.
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Fig. 3 ist eine Teilansicht in der Richtung der Pfeile im Wesentlichen entlang der
Linie A-A.
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Fig. 4 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Ausführung der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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Fig. 5 ist ein Versuchsergebnis einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 6 ist eine weitere erläuternde Ansicht, die eine Ausführung der vorliegenden
Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
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Im Folgenden wird die bevorzugte Ausführung der Erfindung unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen beschrieben. Die gleichen Zeichen werden in den entsprechenden Figuren
für ein und dasselbe Teil verwendet, um eine doppelte Beschreibung zu vermeiden.
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Fig. 1 ist eine Vorderansicht der Vorrichtung zum Hochglanz-Profilschleifen. Wie in
dieser Figur dargestellt, weist die Vorrichtung zum Hochglanz-Profilschleifen der
vorliegenden Erfindung eine Spannungsanlegeeinrichtung 9, in der ein leitender Schleifstein 1 um
seine Achse gedreht wird und als eine positive Elektrode dient, eine Abrichtelektrode 2,
die der Oberfläche des Schleifsteins gegenüber ohne Kontakt als eine negative
Elektrode befestigt ist, eine scheibenartige Formelektrode 4 zum Formen als eine negative
Elektrode, die um ihre Achse separat von dem leitenden Schleifstein 1 gedreht wird und
die mit der Oberfläche des leitenden Schleifsteins 1 in Kontakt ist, Zuführeinrichtungen
10, 11 und 12, die einem Raum zwischen dem Schleifstein und der Abrichtelektrode 2
sowie der scheibenartigen Formelektrode 4 ein leitendes Schleiffluid zuführen, eine
Bewegungseinrichtung 20, die die scheibenartige Formelektrode 4 zusammen mit der
Oberfläche des leitenden Schleifsteins 1 bewegt, sowie eine Betätigungseinrichtung 24
auf, die den Schleifstein 1 relativ zu einem zu überarbeitenden Objekt 22 bewegt.
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Das heißt, in Fig. 1 ist eine Abrichtelektrode 2 in der Nähe eines leitenden Schleifsteins
1 der Vorrichtung zum Hochglanz-Profilschleifen gegenüber ausgerichtet ohne Kontakt
angebracht. Eine scheibenartige Formelektrode 4 hingegen ist in einem Gestell 3
installiert, in dem ein Objekt zur Verarbeitung über eine Antriebseinrichtung 5 installiert wird.
Die scheibenartige Formelektrode 4 wird um ihre Achse separat von dem leitenden
Schleifstein 1 gedreht. Des Weiteren sind die Abrichtelektrode 2 und die scheibenartige
Formelektrode 4 im Hauptkörper der Vorrichtung so installiert, dass sich ein isolierendes
Material 6, wie beispielsweise eine Kunststoffplatte, zwischen ihnen befindet, um sie
elektrisch von dem Hauptkörper der Vorrichtung zu isolieren.
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Fig. 2 ist eine schematische Ansicht des Hauptteil in Fig. 1, und Fig. 3 ist eine
Teilansicht in der Richtung der Pfeile im Wesentlichen entlang der Linie A-A. Das zu
bearbeitende Objekt 22 und eine dünne Platte 22 zum Kopieren der Form des leitenden
Schleifsteins 1 sind in dem Gestell 3 für die Installation eines zu bearbeitenden Objektes
installiert. Des Weiteren wird, wie in Fig. 2 dargestellt, eine von einer
Stromquellenvorrichtung 9 als einer Spannungsanlegeeinrichtung bezogene Spannung angelegt, so
dass der leitende Schleifstein 1 eine positive Elektrode und die scheibenartige
Formelektrode 4 sowie die Abrichtelektrode 2 negative Elektroden sind. Des Weiteren sind
eine Zuführvorrichtung 10, die leitendes Schleiffluid zuführt, Düsen 11 und 12 sowie ein
Röhrensystem 11a und 12a, das zwischen ihnen verläuft, für das leitende Schleiffluid als
Zuführeinrichtung installiert, um das leitende Schleiffluid einem Raum zwischen dem
Schleifstein 1 und der Abrichtelektrode 2 sowie einem Kontaktpunkt zwischen dem
Schleifstein 1 und der scheibenartigen Elektrode 4 sowie einem Kontaktpunkt des
Schleifsteins 1 mit dem zu verarbeitenden Objekt zuzuführen und das leitende
Schleiffluid durch sie hindurchzuleiten.
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Des Weiteren ist ein Projektor 8 im Oberteil der Vorrichtung installiert, der ein
aufgenommenes Bild auf einem Bildschirm anzeigt. Die relative Position des leitenden
Schleifsteins 1, des zu bearbeitenden Objektes 22 und der scheibenartigen
Formelektrode 4 wird jederzeit von dem Projektor 8 überwacht. Die Form des Schleifsteins 1 ergibt
sich, wenn der Schleifstein 1 mit der dünnen Platte 21, die an dem Gestell 3 zum
Installieren eines Objektes angebracht ist, in Kontakt gebracht wird und die Form des
Schleifsteins 1 auf die dünne Platte 21 kopiert wird, wobei dies zusätzlich zu der direkten
Überwachung mit dem Projektor 8 möglich ist.
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Die vorliegende Vorrichtung weist eine Betätigungseinrichtung 24, wie beispielsweise
einen X-Y-Tisch auf, der mit NC-Steuerung separat und gleichzeitig den Schleifstein 1 in
die Vorwärts-Rückwärts-Richtung 16 sowie der Links-Rechts-Richtung 17 in Fig. 3
entsprechend der Anweisung einer Steuereinheit 7 bewegen kann, um die Position des
leitenden Schleifsteins 1, des Objektes 22 sowie der plattenartigen Formelektrode 4
zueinander in zwei Dimension frei steuern zu können.
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Gemäß dem Aufbau der Vorrichtung zum Hochglanz-Profilschleifen, wie sie in Fig. 3
dargestellt ist, wird die scheibenartige Formelektrode 4 relativ entsprechend der
Oberfläche des Schleifsteins 1 und der speziellen Form des Schleifsteins bewegt, indem der
leitende Schleifstein 1 separat und gleichzeitig in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung 16
sowie der Links-Rechts-Richtung 17 bewegt wird, wobei der Schleifstein 1 mit der
scheibenartigen Elektrode 4 in Kontakt ist, das leitende Schleiffluid dem Kontaktpunkt
des leitenden Schleifsteins 1 mit der scheibenartigen Formelektrode 4 zugeführt wird
und ein Funken erzeugt wird. Daher kann die vorliegende Formeinrichtung eines
Schleifsteins unabhängig von der Abrichteinrichtung eines Schleifsteins mittels dem
ELID-Schleifverfahren und gleichzeitig dazu bewegt werden, und das Formen und
Abrichten eines Schleifsteins können mit hoher Effektivität ausgeführt werden.
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Ein Schleifstein wird unter Verwendung der Vorrichtung zum Hochglanz-Profilschleifen
abgerichtet, indem eine Spannung zwischen dem leitenden Schleifstein und der
Formelektrode 4 angelegt wird, der leitende Schleifstein 1 mit der Formelektrode 4 in Kontakt
gebracht wird, der leitende Schleifstein 1 geformt wird, indem ein Funken an dem
Kontaktpunkt erzeugt wird, und gleichzeitig eine Spannung zwischen dem leitenden Schleif
Stein 1 und der Abrichtelektrode 2 gegenüber dem Schleifstein ohne Kontakt angelegt
wird, leitendes Schleiffiuid zwischen sie geleitet wird und der leitende Schleifstein
elektrolytischem Abrichten unterzogen wird.
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Das heißt, der leitende Schleifstein 1 wird zusammen mit der gewünschten Form des zu
bearbeitenden Objektes 22 bei gleichzeitiger Überwachung der relativen Position des
leitenden Schleifsteins 1 und des zu bearbeitenden Objektes zueinander mit dem
Projektor 9 durch die Betätigungseinrichtung 24 bewegt, die den leitenden Schleifstein 1
separat und gleichzeitig in die Vorwärts-Rückwärts-Richtung 16 und die Links-Rechts-
Richtung 17 bewegen kann. Die Formeinrichtung zu bearbeitenden Objektes kann
gleichzeitig mit einer Einrichtung durch das ELID-Schleifverfahren und separat dazu
bewegt werden und wird gleichzeitig beim Profiliervorgang sowie beim Hochglanzschleifen
des zu bearbeitenden Objektes eingesetzt.
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Der leitende Schleifstein 1 kann dem Profilierungsprozess unterzogen werden, um eine
gewünschte Form mit hoher Genauigkeit zu erzeugen, indem der leitende Schleifstein 1
mit der Formelektrode 4 in Kontakt gebracht wird und ein Funken an dem Kontaktpunkt
erzeugt wird, um den leitenden Schleifstein 1 zu formen (Funken-Abrichten). Des
Weiteren kann gemäß dem beschriebenen Verfahren der leitende Schleifstein 1 durch das
ELID-Schleifen zwischen dem leitenden Schleifstein 1 und der Abrichtelektrode 2, die
dem Schleifstein ohne Kontakt gegenüberliegt, abgerichtet werden, und qualitativ
hochwertiges Hochglanzschleifen kann effektiv ausgeführt werden.
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Des Weiteren kann mit einer Vorrichtung zum Hochglanz-Profilschleifen mit diesem
Aufbau Schleifbearbeitung eines komplexen und hochgenauen Stanzwerkzeuges
ausgeführt werden, das bei der Herstellung eines Leiterrahmens für einen Halbleiterchip
eingesetzt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass durch das Formen eines Schleifsteins
eine Belastung beim Formen verringert werden kann, die durch ein mechanisches
Formen verursacht werden kann. Des Weiteren ist es darauf zurückzuführen, dass der
metallisch gebundene Schleifstein, der feine Körnchen enthält, mit dem ELID-
Schleifverfahren abgerichtet wird, so dass gleichzeitiges Ausführen von Hochglanz-
Profilschleifen effektiv möglich ist.
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Darüber hinaus können Formen und Abrichten eines Schleifsteins separat und
gleichzeitig ausgeführt werden, so dass außerordentlich effektives Abziehen und Abrichten
eines Schleifsteins mit einer bestimmten Form möglich ist. Darüber hinaus wird die
Schärfe des Schleifsteins durch einen Effekt des ELID-Schleifens kontinuierlich
aufrechterhalten, und die Form des Schleifsteins kann, wenn erforderlich, beim Vorgang
des Formens des Schleifsteins aufrechterhalten werden, so dass die Schritte beim
Schleifen zum Formen verringert werden können und die Zeit für die
Arbeitsablaufplanung verkürzt werden kann.
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Vorzugsweise besteht ein leitender Schleifstein (1) aus Körnchen aus Diamant oder
CBN und einem leitenden Bindeteil zum Fixieren der Körnchen. Durch diese
Zusammensetzung kann mit dem Funken-Abrichten und dem ELID-Schleifen der leitende
Bindeteil wirkungsvoll entfernt werden und der Schleifstein kann geformt und abgerichtet
werden.
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Die scheibenartige Elektrode 4 umfasst einen leitenden Teil und einen halbleitenden
Teil. Durch diese Zusammensetzung kann die elektrische Leitfähigkeit (elektrischer
Widerstand) des halbleitenden Teils auf einen Wert eingestellt werden, der für das Funken-
Abrichten geeignet ist.
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Des Weiteren enthält ein halbleitender Teil der scheibenartigen Formelektrode 4
vorzugsweise Diamantkörnchen. Durch diese Zusammensetzung kann beim Schleifen die
Kombination aus Funken-Abrichten und Diamantkörnchen eingesetzt werden.
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Zunächst kam es beim versuchsweisen Funken-Abrichten mit der in Fig. 4 (A)
dargestellten Einrichtung zur gleichen Werkstoffabnahme wie bei einer Schnitttiefe über sehr
kurze Zeit. Im Unterschied dazu kam es bei einem herkömmlichen WA-Schleifstein
(sogenannter Weiß-Alundum-Schleifstein, der als Hauptbestandteil Körnchen aus
γ-Aluminiumoxid enthält) als einem Abricht-Schleifstein verglichen mit der Schnitttiefe zu
nahezu keinerlei Werkstoffabnahme. Fig. 3 zeigt eine Beziehung zwischen der Schnitttiefe
und der Verringerung des Radius. Aus diesen Ergebnissen folgt, dass der herkömmliche
WA-Schleifstein nur schlecht für das mechanische Abrichten von sehr hartem
Schleifstein, wie beispielsweise metallisch gebundenem Schleifstein, der aus Gusseisen
besteht und für das ELID-Schleifen eingesetzt wird, geeignet und nicht wirkungsvoll ist.
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Anschließend wurde Funken-Abrichten des einseitigen V-Schleifsteins (leitender
Schleifstein 1) mit der in Fig. 4 (B) dargestellten Einrichtung ausgeführt. Als
Bedingungen beim Funken-Abrichten wirkten 110 V, ein maximaler Strom von 10 A, und eine
Pulsbreite sowohl bei AN als auch bei AUS von 2 us. Um optimales Funken-Abrichten
auszuführen, bestand eine scheibenartige Elektrode (4) zum Formen aus einem
leitenden Teil und einem halbleitenden Teil, und die elektrische Leitfähigkeit (elektrischer
Widerstand) des halbleitenden Teils wurde auf einen Wert eingestellt, der für das Funken-
Abrichten geeignet war. Dadurch betrug die Rauigkeit des Schleifsteins vor dem
Abrichten ungefähr 100 um bei der Standardfläche und ungefähr 40 um bei der geneigten
Fläche (15º) und verringerte sich nach 3 Stunden auf 5 um.
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Ein konischer Teil des zu bearbeitenden Objektes, der in Fig. 6 dargestellt ist, wurde mit
dem ELID-Schleifen unter Verwendung des einseitigen V-Schleifsteins (leitender
Schleifstein 1) in Kombination mit Funken-Abrichten geschliffen, und die Rauigkeit der
Oberfläche wurde gemessen. Bei diesem zu bearbeitenden Objekt handelt es sich um
eine ultraharte Legierung (V10 entsprechend JIS) und die Rauigkeit einer Oberfläche
vor dem Schleifen betrug 1,31 umRy. Beim ELID-Schleifen wurde eine Spannung von
30 V angelegt, der maximale Strom betrug 2 A und die Impulsbreite 2 us AN/4 us AUS.
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Dadurch entstand eine Oberflächenrauigkeit nach der Abschlussbearbeitung von
0,069 umRa sowie 0,24 umRy, d. h., gegenüber der herkömmlichen Profilschleiffläche
wurde eine sehr gute Oberflächenqualität erreicht.
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Wenn der leitende Schleifstein elektrisch, unabhängig und gleichzeitig abgerichtet und
geformt wird, können Form und Schärfe des Schleifsteins bei den überaus effektiven
Form- und Schleifbedingungen aufrechterhalten werden, und auch der überaus effektive
Vorgang des Hochglanzpolierens sowie des Profilierens des Objektes, wie
beispielsweise eines Stempels für einen Leiterrahmen mit einer komplexen Form, der bisher schwer
auszuführen war, wird möglich. Hochgenaue Profilierungsbearbeitung ist möglich
geworden, und dadurch wird mit dem Stempel, der für den Leiterrahmen eingesetzt wird
und hohe Bearbeitungsgenauigkeit aufweist, ein sehr genauer Leiterrahmen hergestellt.
Bei dem Stempel für den Leiterrahmen ermöglicht eine Hochglanzpolieren unterzogene
Fläche eine bessere Leistung (Schärfe, Lebensdauer, usw.) als in der Vergangenheit.
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Dies bedeutet, dass ein Verfahren und eine Vorrichtung für das
Hochglanz-Profilschleifen eine ausgezeichnete Auswirkung haben und es ermöglichen, effektiv und
gleichzeitig eine hochgenaue Profilierverarbeitung sowie qualitativ hochwertiges
Hochglanzschleifen auszuführen.
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Obwohl die bevorzugte Ausführung der Erfindung beschrieben wurde, ist die Ausführung
in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu verstehen.