JP2007111803A - Ultrasonic vibration cutting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,超音波振動切削装置に関し,より詳細には,超音波振動切削装置の切削ブレードの構成に関する。 The present invention relates to an ultrasonic vibration cutting device, and more particularly to a configuration of a cutting blade of an ultrasonic vibration cutting device.
半導体ウェハをチップ状に分割するために,切削砥石部と基台部とからなる切削ブレードによって半導体ウェハを切断するダイシング装置が知られている。このようなダイシング装置においては,加工点における温度の上昇を抑えることや,切削抵抗を増加させずにチッピングを減少させることが継続的な課題となっている。かかる課題の解決手段として,例えば,人間の可聴周波数以上の音域(約20KHz以上)である超音波の振動を利用して半導体ウェハを切削することが検討されている。 In order to divide a semiconductor wafer into chips, there is known a dicing apparatus that cuts a semiconductor wafer with a cutting blade composed of a cutting grindstone portion and a base portion. In such a dicing apparatus, it is a continuous problem to suppress the temperature rise at the processing point and to reduce chipping without increasing the cutting resistance. As a means for solving such a problem, for example, it has been studied to cut a semiconductor wafer by using ultrasonic vibration having a sound range (approximately 20 KHz or more) higher than a human audible frequency.
例えば,特許文献1には,切削ブレードを超音波振動させて半導体ウェハの切削を行うことが開示されている。かかる方法では,超音波振動によって切削ブレードを厚さ方向に撓ませている。このため,超音波振動する切削ブレードによって半導体ウェハの切断溝を広げるような力が働くため,どうしても切削抵抗が増加してしまい,チッピングが発生し易いという問題があった。 For example, Patent Document 1 discloses cutting a semiconductor wafer by ultrasonically vibrating a cutting blade. In such a method, the cutting blade is bent in the thickness direction by ultrasonic vibration. For this reason, a force that widens the cutting groove of the semiconductor wafer is exerted by the ultrasonically oscillating cutting blade, which inevitably increases the cutting resistance and causes chipping.
このような問題を解決する方法として,特許文献2には,切削ブレードを取り付けた回転軸方向に超音波振動を伝達させて,切削ブレードと共に取り付けられた振動伝達方向変換部によって切削ブレードを径方向に振動させる切削装置が提案されている。 As a method for solving such a problem, Patent Document 2 discloses that the ultrasonic vibration is transmitted in the direction of the rotation axis to which the cutting blade is attached, and the cutting blade is moved in the radial direction by the vibration transmission direction changing portion attached together with the cutting blade. There has been proposed a cutting device that vibrates in a straight line.
このような超音波振動させた切削ブレードによって半導体ウェハを切断することによって,通常の切削ブレードによる切断と比較して切削抵抗が減少できるので,チッピングを抑制することができる。また,加工点に切削水が供給されやすくなるため,加工温度が上昇せず,熱による歪みが生じない。さらに,振動によって切削ブレードに付着したコンタミネーションが振り落とされるので,切削ブレードにコンタミネーションが付着しない。また,切削ブレードに対する負荷が小さくなり,切削ブレードの寿命が長くなるという利点もある。 By cutting the semiconductor wafer with such a ultrasonically oscillated cutting blade, the cutting resistance can be reduced as compared with the cutting with a normal cutting blade, so that chipping can be suppressed. In addition, since cutting water is easily supplied to the processing point, the processing temperature does not rise and distortion due to heat does not occur. Further, since the contamination attached to the cutting blade due to vibration is shaken off, the contamination does not adhere to the cutting blade. In addition, there is an advantage that the load on the cutting blade is reduced and the life of the cutting blade is extended.
かかる超音波振動装置では,切削ブレードと共に取り付けられた振動伝達方向変換部によって,切削ブレードを径方向に振動させるため,切削ブレードの形状や大きさ,スピンドルの径や長さ,あるいは超音波振動子の出力だけでなく,切削ブレードおよび超音波振動子がスピンドルに取り付けられる位置まで正確に配置させる必要がある。 In such an ultrasonic vibration device, the shape and size of the cutting blade, the diameter and length of the spindle, or the ultrasonic vibrator is used to vibrate the cutting blade in the radial direction by the vibration transmission direction changing unit attached together with the cutting blade. In addition to this output, it is necessary to accurately arrange the cutting blade and ultrasonic transducer to the position where they are attached to the spindle.
上記超音波振動切削装置では,超音波振動子から伝達される振動波形の最小振幅点を振動伝達方向変換点としており,この振動伝達方向変換点と同一またはその近傍の位置に切削ブレードが配置されている。この振動伝達方向変換点において,超音波振動の伝達方向がスピンドルの軸方向から切削ブレードの径方向に変換される。このように,超音波振動の伝達方向が切削ブレードの径方向に変換された超音波振動の振動波形における最大振動振幅点が切削ブレードの刃先に位置するように,切削ブレードのブレード径や超音波振動の周波数などが調整されている。したがって,切削ブレードの刃先は径方向のみに超音波振動するように配置されている。 In the above ultrasonic vibration cutting apparatus, the minimum amplitude point of the vibration waveform transmitted from the ultrasonic vibrator is set as the vibration transmission direction conversion point, and the cutting blade is disposed at the same position as or near the vibration transmission direction conversion point. ing. At this vibration transmission direction conversion point, the transmission direction of ultrasonic vibration is converted from the axial direction of the spindle to the radial direction of the cutting blade. Thus, the blade diameter of the cutting blade and the ultrasonic wave are set such that the maximum vibration amplitude point in the vibration waveform of the ultrasonic vibration converted from the transmission direction of the ultrasonic vibration into the radial direction of the cutting blade is located at the cutting edge of the cutting blade. The frequency of vibration is adjusted. Therefore, the cutting edge of the cutting blade is arranged so as to vibrate ultrasonically only in the radial direction.
しかし,本願発明者らが検証した結果,切削ブレードの刃先の位置を理想的に径方向のみに超音波振動する位置に配置しても,切削ブレードの径方向に対して垂直方向である厚さ方向に大きな振動(横振れ)が発生してしまい,切削した半導体ウェハの切削溝の幅を広げてしまうという問題が生じることが明らかになった。これは,切削砥石部が周方向に連続した形状となっていると,切削ブレードの刃先の長さや厚さによっては,切削ブレードを超音波振動させたときに,切削ブレードの切削砥石部が径方向に膨張するように変形することによって切削砥石部が厚さ方向に撓んでしまうためと考えられる。 However, as a result of verification by the present inventors, even if the cutting edge position of the cutting blade is ideally arranged at a position where ultrasonic vibration is performed only in the radial direction, the thickness that is perpendicular to the radial direction of the cutting blade It became clear that a large vibration (lateral vibration) was generated in the direction, and the width of the cut groove of the cut semiconductor wafer was increased. This is because if the cutting wheel has a continuous shape in the circumferential direction, depending on the length and thickness of the cutting edge of the cutting blade, when the cutting blade is vibrated ultrasonically, the cutting wheel of the cutting blade has a diameter. It is considered that the cutting grindstone portion is bent in the thickness direction by being deformed so as to expand in the direction.
本願発明者らは,この切削砥石部の横振れが切削ブレードの構造によって大きく変化することを見出した。すなわち,切削砥石部と基台部とが一体に構成された超音波振動用切削ブレードにおいて,基台部の外周から突出した切削砥石部の径方向の長さhが,切削砥石部の厚さ(刃厚)tの約20倍以上(すなわち,h/t>20)となると,急激に大きな横振れが発生することが判明した。 The inventors of the present application have found that the lateral runout of the cutting grindstone varies greatly depending on the structure of the cutting blade. That is, in the ultrasonic vibration cutting blade in which the cutting wheel portion and the base portion are integrally formed, the radial length h of the cutting wheel portion protruding from the outer periphery of the base portion is the thickness of the cutting wheel portion. It has been found that when the blade thickness is about 20 times or more of t (that is, h / t> 20), a large lateral shake occurs abruptly.
例えば,3インチの径を有する基台部と,基台部から突出した径方向の長さhが約2.0mm,刃厚tが約60μmの切削砥石部とからなる超音波振動用切削ブレードを使用したとき,突出した切削砥石部の径方向の長さhは,刃厚tの約33倍である。このとき,切削砥石部の厚さ方向両側に約60μmの横振れが発生してしまい,切削溝の幅を約2倍に広げてしまう。 For example, a cutting blade for ultrasonic vibration comprising a base portion having a diameter of 3 inches and a cutting wheel portion having a radial length h of about 2.0 mm and a blade thickness t of about 60 μm protruding from the base portion. Is used, the radial length h of the protruding cutting wheel portion is about 33 times the blade thickness t. At this time, a lateral runout of about 60 μm occurs on both sides in the thickness direction of the cutting grindstone, and the width of the cutting groove is increased about twice.
一方,突出した切削砥石部の長さhが刃厚tの約20倍以下(すなわち,h/t≦20)であれば,切削ブレードの横振れは約3μmであり,通常の切削時に生じる切削ブレードの横振れと同程度の大きさである。したがって,切削溝の幅を拡張させるほどの大きな横振れは発生しない。しかし,被加工物に対して切り込み幅が小さく,かつ切り込み深さが深い切削溝を形成する必要がある場合には,切削砥石部の基台部から突出した径方向の長さhが,切削砥石部の刃厚tの約20倍以上となる場合もある。このような場合には,精度の高い超音波振動切削を行うことができないという問題があった。 On the other hand, if the length h of the protruding cutting grindstone portion is about 20 times or less of the blade thickness t (that is, h / t ≦ 20), the side runout of the cutting blade is about 3 μm, and cutting that occurs during normal cutting It is about the same size as the blade runout. Therefore, a lateral runout that increases the width of the cutting groove does not occur. However, when it is necessary to form a cutting groove with a small cutting width and a deep cutting depth with respect to the work piece, the radial length h protruding from the base portion of the cutting grindstone is the cutting length. It may be about 20 times or more the blade thickness t of the grindstone. In such a case, there was a problem that ultrasonic vibration cutting with high accuracy could not be performed.
そこで,本発明は,上記問題に鑑みてなされたものであり,本発明の目的とするところは,切削ブレードにおいて大きな横振れが発生するのを防止することの可能な,新規かつ改良された超音波振動切削装置を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a new and improved superstructure capable of preventing the occurrence of a large lateral runout in a cutting blade. The object is to provide a sonic vibration cutting device.
上記課題を解決するために,本発明のある観点によれば,スピンドルと,スピンドルを回転可能に支持するスピンドルハウジングと,切削砥石部と切削砥石部を支持する基台部とを有し,スピンドルの先端部に固定される切削ブレードと,スピンドルに設けられて超音波振動する振動子と,を備え,振動子からスピンドルの軸方向に伝達される超音波振動の振動方向を切削ブレードの径方向に変換し,当該径方向に超音波振動する切削ブレードによって被加工物を切削する超音波振動切削装置が提供される。切削ブレードの切削砥石部の外周部には,複数のスリットが形成されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, according to one aspect of the present invention, a spindle includes a spindle, a spindle housing that rotatably supports the spindle, a cutting wheel portion, and a base portion that supports the cutting wheel portion. A cutting blade fixed to the tip of the blade and a vibrator that is provided on the spindle and ultrasonically vibrates, and the vibration direction of the ultrasonic vibration transmitted from the vibrator in the axial direction of the spindle is the radial direction of the cutting blade There is provided an ultrasonic vibration cutting apparatus that converts a workpiece into a workpiece by a cutting blade that ultrasonically vibrates in the radial direction. A plurality of slits are formed in the outer peripheral portion of the cutting wheel portion of the cutting blade.
超音波振動切削装置では,切削ブレードが径方向に超音波振動する際,切削ブレードの形状によっては切削ブレードの切削砥石部が径方向に膨張するように変形するため,厚さ方向に撓みが生じてしまう。そこで,切削砥石部の外周部に複数のスリットを形成させることにより,切削砥石部の撓みが周方向に伝達されるのを遮断し,切削砥石部の厚さ方向に大きな横振れが生じることを防止できる。 In the ultrasonic vibration cutting machine, when the cutting blade vibrates in the radial direction, depending on the shape of the cutting blade, the cutting wheel of the cutting blade is deformed so as to expand in the radial direction. End up. Therefore, by forming a plurality of slits on the outer periphery of the cutting grindstone, the bending of the cutting grindstone is blocked from being transmitted in the circumferential direction, and a large lateral vibration occurs in the thickness direction of the cutting grindstone. Can be prevented.
ここで,切削ブレードが,基台部の外周から突出した切削砥石部の径方向の長さをh,切削砥石部の厚さ(刃厚)をtとしたとき,h/t>20の関係を満たす場合に,切削ブレードの切削砥石部に複数のスリットを形成する。本願発明者らは,基台部の外周から突出した切削砥石部の径方向の長さhが,切削砥石部の刃厚tの20倍を超えたとき,切削砥石部の厚さ方向の横振れが急激に大きくなることを見出した。したがって,少なくともh/t>20の関係を満たす場合に切削砥石部の外周部に複数のスリットを形成させれば,切削砥石部で生じる大きな横振れを防止することができる。 Here, when the cutting blade has a radial length of the cutting wheel portion protruding from the outer periphery of the base portion as h, and a thickness (blade thickness) of the cutting wheel portion as t, a relationship of h / t> 20. When satisfying, a plurality of slits are formed in the cutting wheel portion of the cutting blade. When the radial length h of the cutting wheel portion protruding from the outer periphery of the base portion exceeds 20 times the blade thickness t of the cutting wheel portion, the inventors of the present invention I found out that the runout suddenly increased. Therefore, if a plurality of slits are formed in the outer peripheral portion of the cutting grindstone when at least the relationship of h / t> 20 is satisfied, it is possible to prevent a large lateral runout occurring in the cutting grindstone.
以上説明したように本発明によれば,切削ブレードにおいて大きな横振れが発生するのを防止することの可能な超音波振動切削装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic vibration cutting device capable of preventing the occurrence of large lateral vibration in the cutting blade.
以下に添付図面を参照しながら,本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書及び図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1の実施形態)
まず,図1に基づいて,本発明の第1の実施形態にかかる超音波振動切削装置の一例として構成された切削装置10の全体構成について説明する。なお,図1は,本実施形態にかかる切削装置10を示す全体斜視図である。
(First embodiment)
First, based on FIG. 1, the whole structure of the
図1に示すように,切削装置10は,例えば,半導体ウェハなどの被加工物12を切削加工する切削ユニット20と,被加工物12を保持する保持手段の一例であるチャックテーブル15と,切削ユニット移動機構(図示せず。)と,チャックテーブル移動機構(図示せず。)とを備える。
As shown in FIG. 1, a
切削ユニット20は,スピンドルに装着された切削ブレード22を備えている。この切削ユニット20は,径方向に超音波振動する切削ブレード22を高速回転させながら,その刃先を被加工物12に切り込ませることにより,被加工物12を切削して極薄のカーフ(切溝)を形成することができる。
The
また,チャックテーブル15は,例えば,上面が略平坦な円盤状のテーブルであり,その上面に真空チャック(図示せず。)等を具備している。このチャックテーブル15は,例えば,ダイシングテープ13を介してフレーム14に支持された状態の被加工物12が載置され,この被加工物12を真空吸着して安定的に保持することができる。
Further, the chuck table 15 is, for example, a disk-shaped table having a substantially flat upper surface, and is provided with a vacuum chuck (not shown) on the upper surface. For example, the
切削ユニット移動機構は,切削ユニット20を,Y軸方向に移動させる。このY軸方向は,切削方向(X軸方向)に対して直交する水平方向であり,例えば,切削ユニット20内に配設されたスピンドルの軸方向である。このようなY軸方向の移動により,切削ブレードの刃先を被加工物12の切削位置(切削ライン)に位置合わせすることができる。また,この切削ユニット移動機構は,切削ユニット20をZ軸方向(垂直方向)にも移動させる。これにより,被加工物12に対する切削ブレード22の切り込み深さを調整したり,切削ブレード22の基準位置を検出するための接触セットアップを実行したりできる。
The cutting unit moving mechanism moves the
チャックテーブル移動機構は,通常のダイシング加工時には,被加工物12を保持したチャックテーブル15を切削方向(X軸方向)に往復移動させて切削送りして,被加工物12に対し切削ブレード22の刃先を直線的な軌跡で作用させる。
During normal dicing, the chuck table moving mechanism reciprocates the chuck table 15 holding the
かかる構成の切削装置10は,高速回転する切削ブレード22を被加工物12に切り込ませながら,切削ユニット20とチャックテーブル15とを相対移動させることにより,被加工物12を格子状に切削,即ちダイシング加工することができる。
The cutting
次に,図2に基づいて,本実施形態にかかる切削ユニット20の概略構成について説明する。なお,図2は,本実施形態にかかる切削ユニット20を示す斜視図である。
Next, a schematic configuration of the cutting
図2に示すように,切削ユニット20は,例えば,切削砥石部23と基台部21とが一体構成された切削ブレード22と,先端部に切削ブレード22が装着されるスピンドル25と,スピンドル25を回転可能に支持するスピンドルハウジング26と,切削水供給ノズル27と,ホイルカバー28と,ボルト29と,調整部材40と,を主に備える。
As shown in FIG. 2, the cutting
切削ブレード22は,略リング形状を有する極薄の切削砥石部23と,該切削砥石部23を支持する基台部21とが一体構成されたハブブレードである。基台部21は,例えば,アルミニウム等の金属材などの導電性材料を成形したものである。切削砥石部23は,ダイヤモンド等の砥粒を基台部21に対して例えば電着することによって形成され,切削ブレード22の外周に配置される。このように,基台部21と切削砥石部23とは一体的に構成されているので,相互間に隙間が無く,このため超音波振動の伝達に適した構造となっている。
The
かかる切削ブレード22は,例えば,ボルト29によって,スピンドル25の先端部(図示せず。)に装着される。このとき,切削ブレード22の一側には略円柱状の調整部材40も装着される。かかる切削ブレード22の装着機構と,調整部材40の詳細については後述する(図3参照)。
The
また,スピンドル25は,例えば,後述するモータ(図示せず。)の回転駆動力を切削ブレード22に伝達するための回転軸であり,装着された切削ブレード22を例えば30,000rpmで高速回転させる。このスピンドル25の大部分は,スピンドルハウジング26に覆われているが,その先端部は,スピンドルハウジング26から露出しており,かかる先端部に切削ブレード22が装着される。
The
また,スピンドルハウジング26は,スピンドル25を覆うようにして設けられたハウジングである。このスピンドルハウジング26は,内部に設けられたエアベアリングによって,スピンドル25を高速回転可能に支持することができるが,詳細については後述する(図3参照)。
The
また,切削水供給ノズル27は,例えば切削ブレード22の両側に脱着可能に設けられ,切削ブレード22の側面及び加工点付近に切削水を供給して冷却する。また,ホイルカバー28は,切削ブレード22の外周を覆うにして設けられ,切削ブレード22を保護するとともに,切削水や切削屑などの飛散を防止する。
The cutting
かかる構成の切削ユニット20は,スピンドル25により切削ブレード22を高速回転させ,かかる切削ブレード22の切削砥石部23を被加工物12に切り込ませて相対移動させる。これにより,例えば,被加工物12の加工面を切削加工して,切削ラインに沿って極薄の切溝(カーフ)を形成することができる。
The cutting
次に,図3に基づいて,本実施形態にかかるスピンドルハウジング26の内部構成と,切削ブレード22の装着機構について詳細に説明する。なお,図3は,本実施形態にかかる切削ユニット20におけるスピンドルハウジング26の内部構成を示す縦断面図である。
Next, based on FIG. 3, the internal structure of the
図3に示すように,切削ユニット20のスピンドルハウジング26の内部には,例えば,スピンドル25と,スピンドル25を回転可能に支持するラジアルエアベアリング30およびスラストエアベアリング31と,ラジアルエアベアリング30及びスラストエアベアリング31に高圧エアを供給するためのエア供給路(図示せず。)と,ラジアルエアベアリング30およびスラストエアベアリング31によって噴出されたエアを排出するための排気路(図示せず。)と,ロータ32aおよびステータ32bを有するモータ32と,ステータ32bに電力を供給するためのステータ用給電部34と,スピンドル25の後端部側に設けられた超音波振動子としての例えばPZT振動子33と,PZT振動子33に電力を供給するための非接触給電装置35と,が設けられている。
As shown in FIG. 3, the
詳細には,スピンドル25の後部側には,モータ32を構成する回転軸であるロータ32aが設けられている。ステータ用給電部34によりステータ32bに電力を供給すると,ロータ32aおよびステータ32bの相互作用により回転駆動力が発生し,この回転駆動力によってスピンドル25が高速回転する構成である。また,スピンドル25の先端部側には,スピンドル25の軸径よりも大径のスラストプレート25aが設けられている。
Specifically, a
また,ラジアルエアベアリング30は,スピンドル25の外周に向けてエアを噴出することにより,空気圧によって,高速回転するスピンドル25をラジアル方向(XZ平面方向)に支持する。一方,スラストエアベアリング31は,スラストプレート25aにエアを噴出することにより,高速回転するスピンドル25をスラスト方向(Y軸方向)に支持する。
Further, the
このようなスピンドル25,スピンドルハウジング26,ラジアルエアベアリング30,スラストエアベアリング31,モータ32などは,エアスピンドル機構を構成しており,高速回転するスピンドル25を非接触で支持することができる。
The
また,スピンドル25には,超音波振動子として,例えば,電歪振動子であるPZT振動子33と,このPZT振動子33に電力を供給する非接触給電装置35とが設けられている。
In addition, the
PZT振動子33は,例えば,スピンドル25の後部側(切削ブレード22とは反対側)において,ロータ32aよりさらに後部側に配設されている。このPZT振動子33は,ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)等の圧電セラミックス材料などで構成されたボルト締めランジュバン型振動子などである。なお,振動子としては,この電歪振動子の例に限定されず,例えば磁歪振動子を使用することもできる。
For example, the
非接触給電装置35は,スピンドルハウジング26の内周面に配設される給電側のトランスである一次側トランス51と,スピンドル25の後端部に配設された受電側のトランスである二次側トランス52と,外部電源(図示せず。)と一次側トランス51とを接続する給電端子53とからなる。かかる構成の非接触給電装置35は,外部電源から給電端子53を介して供給された電力を,一次側トランス51から二次側トランス52に電磁誘導方式により非接触で伝達し,さらに,スピンドル25を介してPZT振動子33に供給する。この非接触給電装置35により非接触でPZT振動子33に給電することにより,スピンドル25に給電用の部材を接触させなくて済むので,スピンドル25が円滑に回転でき,エアスピンドル機構の利点を生かすことができる。
The non-contact
このようにして非接触給電装置35から供給された電力により,PZT振動子33は,超音波振動を発生させてスピンドル25を超音波振動させる。この超音波振動は,スピンドル25の軸方向(Y軸方向)に伝達され,スピンドル25の先端部24に装着された切削ブレード22に向かう。さらに,このようにスピンドル25の軸方向(Y軸方向)に伝達される超音波振動は,切削ブレード22の径方向(XZ平面方向)に変換される。この振動伝達方向変換点のY軸位置が,切削ブレード22の切削砥石部23のY軸位置と同一またはその近傍となるように,切削ブレード22の装着機構の構造や,PZT振動子33の周波数などが調整されている。
Thus, the
ここで,上記図3に基づき,本実施形態にかかる切削ブレード22の装着機構の構造について詳述する。
Here, the structure of the mounting mechanism of the
図3に示すように,本実施形態にかかる切削ブレード22は,上記のように基台部21と,基台部21に例えば電着された切削砥石部23とが,一体化された構成である。かかる切削ブレード22の基台部21の両側には,スピンドル25の先端部24と略同一の径を有する円柱状の第1接合部21a,第2接合部21bがそれぞれ突設されている。この第1接合部21aの端面(図3における基台部21の左端の平坦面)が調整部材40との第1接合面となり,また,第2接合部21bの端面(図3における基台部21の右端の平坦面)が,スピンドル25の先端部24との第2接合面となる。これらの第1,第2接合面の形状は,スピンドル25の先端部24の接合面と略同一の径の円形である。
As shown in FIG. 3, the
また,切削ブレード22の基台部21には,スピンドル25の軸方向に基台部貫通孔21cが貫通形成されている。この基台部貫通孔21cは,後述するボルト29のボルト胴部29bよりも大径となっており,基台部貫通孔21c内にボルト胴部29bが挿入された時に,両者が非接触状態となるようになっている。
Further, a base part through
また,調整部材40は,例えば,アルミニウム等の金属材を成形して構成され,スピンドル25の先端部24に対応した円柱形状を有する部材である。この円柱状の調整部材40の外径は,上記切削ブレード22の基台部21の第1接合部21aの外径と略同一となるように調整されている。かかる調整部材40は,当該基台部21の第1接合部21aの第1接合面に接合される。
The
かかる構造の調整部材40は,スピンドル25から軸方向に伝達される超音波振動の周波数に応じて,当該超音波振動の振動状態を調整するために使用する。具体的には,この調整部材40は,当該軸方向に伝達される超音波振動が調整部材40の軸方向の先端部(図3における左端部)において最大振動振幅点,つまり振動伝達方向変換点から上記超音波振動の1/4波長の距離にある点となるようにする機能を有する(図4参照)。
The adjusting
ボルト29は,調整部材40と係合するボルト頭部29aと,外周に雄ねじが形成されたボルト胴部29bとから構成される。このボルト頭部29aの径は,調整部材40内に係合可能な大きさであって,上記切削ブレード22の基台部貫通孔21cの径よりも大きくなるように調節されている。一方,ボルト胴部29bの径は,当該基台部貫通孔21cの径よりも小さくなるように調整されている。また,ボルト胴部29bは,スピンドル25の先端部24に形成された雌ねじ孔24aに螺合するようになっている。
The
かかる構成のボルト29により,調整部材40と,切削ブレード22の基台部21と,スピンドル25の先端部24とを相互に接合して,切削ブレード22及び調整部材40をスピンドル25の先端部24に装着・固定することができる。このとき,ボルト頭部29aは,調整部材40を係止し,ボルト胴部29bは,切削ブレード22の基台部貫通孔21cを非接触状態で貫通して,スピンドル25の先端部24に螺合する。
With the
また,かかる接合時には,調整部材40の接合面と,切削ブレード22の基台部21の第1接合面との間には,第1の密着部材の一例である第1の密着リング51が挟み込まれる。一方,切削ブレード22の基台部21の第2接合面と,スピンドル25の先端部24との間には,第2の密着部材の一例である第2の密着リング52が挟み込まれる。かかる第1の密着リング51及び第2の密着リング52は,例えば,軟質の樹脂や紙などの絶縁性の軟質材料で形成されたリング形状の凹凸吸収部材である。
Further, at the time of such joining, a
以上,図3を参照して,本実施形態にかかる切削ユニット20の内部構成と,切削ブレード22の装着機構の概要について説明した。以上のような構成により,スピンドル25の先端部24と,切削ブレード22の基台部21と,調整部材40とを,相互に隙間無く好適に接合して,一体構成に近い状態にできる。さらに,PZT振動子33により発生させた超音波振動をスピンドル25の軸方向に伝達させ,切削ブレード22と略同一位置にある振動伝達方向変換点で,当該伝達された超音波振動の伝達方向を切削ブレード22の径方向に変換できる。これにより,切削ブレード22を径方向に超音波振動させながら,即ち,リング形状の切削砥石部23を高周波で拡径,縮径を繰り返すように振動させながら,当該切削ブレード22によって被加工物12を切削することができる。
The outline of the internal configuration of the cutting
このように切削ブレード22を径方向に超音波振動させる原理については,例えば上記特許文献2に記載されており公知であるが,以下に,図4に基づいて簡単に説明する。
The principle of ultrasonically vibrating the
図4は,本実施形態にかかる切削ユニット20において,PZT振動子33からの超音波振動に共振する振動波形W1と,伝達方向が径方向に変換された振動波形W2とを示す説明図である。振動波形W1は,共振による超音波振動の瞬間的な変位(振動振幅)を表し,振動波形W2は,伝達方向が径方向に変換された超音波振動の瞬間的な変位(振動振幅)を表す。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a vibration waveform W1 that resonates with ultrasonic vibration from the
図4に示すように,スピンドル25の軸上(Y軸上)には,振動波形W1の最大振動振幅点A,C,E,Gと,最小振動振幅点B,D,F,Hが存在する。通常,最小振動振幅点B,D,F,Hでは,スピンドル25の径方向の伸長が最大となる。したがって,スピンドル25とスピンドルハウジング26との間隔は,少なくとも最小振動振幅点B,D,F,Hにおけるスピンドル25の最大拡径量よりも大きくしなければならない。しかし,その他の点に関しては,切削ユニット20がエアスピンドル機構を採用しているため,メカスピンドル機構を採用した場合のように最小振動振幅点B,D,F,H付近を構造的に補強したりする必要はない。
As shown in FIG. 4, the maximum vibration amplitude points A, C, E, and G and the minimum vibration amplitude points B, D, F, and H of the vibration waveform W1 exist on the axis of the spindle 25 (on the Y axis). To do. Usually, at the minimum vibration amplitude points B, D, F, and H, the radial extension of the
振動波形W1の最小振動振幅点Bは,振動伝達方向変換点であり,この振動伝達方向変換点Bと同一若しくはその近傍のY軸位置に,切削ブレード22の切削砥石部23が配置されている。振動伝達方向変換点Bにおいて,超音波振動の伝達方向が,スピンドル25の軸方向(Y軸方向)から,切削ブレード22の径方向(XZ平面方向)に変換される。このように伝達方向が径方向に変換された超音波振動の振動波形W2における最大振動振幅点α,βが,切削ブレードの刃先位置に位置するように,切削ブレード22のブレード径や超音波振動の周波数等が調整されている。
The minimum vibration amplitude point B of the vibration waveform W1 is a vibration transmission direction conversion point, and the cutting
さらに,上記超音波振動を好適に伝達および変換するために,上記のように,切削ブレード22の切削砥石部23と基台部21とが一体構成されており,かつ,調整部材40と切削ブレード22の基台部21とスピンドル25の先端部24とが,第1の密着リング51,第2の密着リング52を介して,相互に密着して強固に固定されるように構成されている。さらに,切削ブレード22の基台部21は,振動伝達方向変換点Bを中心としてY軸方向に対称な形状となるように成形されており,また,最大振動振幅点Aは,調整部材40の先端部に位置づけられている。
Further, in order to suitably transmit and convert the ultrasonic vibration, the
以上のようにして,スピンドル25を軸方向に伝達してきた超音波振動の伝達方向を径方向に変換することにより,切削ブレード22の切削砥石部23は拡径,縮径を繰り返して,その刃先が径方向に好適に超音波振動する。
As described above, by changing the transmission direction of the ultrasonic vibration transmitted through the
ここで,切削ブレード22の刃先の位置を理想的に径方向のみに超音波振動する位置に配置しても,切削ブレード22の形状によって切削ブレード22の径方向に対して垂直方向である厚さ方向に大きな振動(横振れ)が発生してしまい,切削した被加工物12の切削溝の幅を広げてしまうという問題が生じる。これは,切削砥石部23が周方向に連続した形状となっていると,切削ブレード22の刃先の長さや厚さによっては,切削ブレード22を超音波振動させたときに,切削ブレード22の切削砥石部23が径方向に膨張するように変形することによって切削砥石部23が厚さ方向に撓んでしまうためと考えられる。
Here, even if the position of the cutting edge of the
本願発明者らは,実験により,この横振れが切削ブレード22の構造によって大きく変化することを見出した。すなわち,切削砥石部23と基台部21とが一体に構成された超音波振動用切削ブレード22において,基台部21の外周から突出した切削砥石部23の径方向の長さh(以下,「切削砥石部23の刃先の長さh」という)が,切削砥石部23の厚さt(以下,「刃厚t」という)の約20倍以上,すなわち,h/t>20となると,急激に大きな横振れが発生することが判明した。
The inventors of the present application have found through experiments that this lateral runout varies greatly depending on the structure of the
かかる実験では,3インチの基台部21に固定された,刃厚tが約50μmの切削砥石部23について,切削砥石部23の刃先の長さhを変化させたときの切削砥石部23の刃先の横振れを測定した。このとき,切削砥石部23の刃先の長さhが100μm毎に異なる複数の切削ブレード22を用意して,それぞれに対して刃先の横振れを測定した。かかる測定では,切削ブレード22は静止させた状態で,PZT振動子33に例えば約30Wの電力を印加し,周波数55kHzで発振させて,径方向(図5の矢印R方向)に超音波振動させて,図5の測定箇所における切削砥石部23の横振れの大きさL(図5の矢印L方向の振れ)を測定した。この切削砥石部23の横振れの大きさLは,例えば,レーザ測定装置を用いて測定することができ,切削砥石部23の超音波振動方向(径方向)に対して垂直方向側からレーザを切削砥石部23の刃先(図5の測定箇所)に照射することによって,切削砥石部23の横振れを測定することができる。
In this experiment, with respect to the cutting
上記実験により得られた切削砥石部23の刃先の長さhと,切削砥石部23の横振れの大きさLとの関係を表したグラフを図6に示す。かかる実験により,図6に示すように,切削砥石部23の刃先の長さhが約1000μmまでは切削砥石部23の横振れの大きさLは約3μm以下であったが,切削砥石部23の刃先の長さhが約1000μmを超えると急激に切削砥石部23の横振れが大きくなることが明らかになった。すなわち,切削砥石部23の刃先の長さhが刃厚tの約20倍を超えたとき(h/t>20の関係が成り立つとき),通常の切削ブレードでは横振れが大きくなることが判明した。
A graph showing the relationship between the length h of the cutting edge of the cutting
なお,PZT振動子33に印加される電力の大きさによって径方向の振幅の大きさは変化するため横振れの大きさにも多少影響すると考えられるが,切削砥石部23の刃先の長さhが刃厚tの約20倍を超えたとき(h/t>20の関係が成り立つとき),通常の切削ブレードでは横振れが大きくなることは変わらない。また,切削ブレード22を超音波振動させたときの振幅は一般に約5〜6μmに設定されるが,PZT振動子33に印加させる電力を約30Wとすることにより,かかる範囲の振幅に設定することができる。
Although the magnitude of the radial amplitude varies depending on the magnitude of the electric power applied to the
本実施形態にかかる切削装置10では,切削砥石部23に大きな横振れが生じるのを防止するため,切削ブレード22の切削砥石部23に複数のスリットを形成させる。以下に,図7に基づいて,本実施形態にかかる切削ブレード22の構成について説明する。ここで,図7(a)は,本実施形態にかかる切削ブレード22を示す正面図であり,図7(b)は,本実施形態にかかる切削ブレード22を示す側面図である。
In the cutting
図7(a)に示すように,本実施形態にかかる切削ブレード22の切削砥石部23には,複数のスリット,例えば8つのスリット23aが等間隔に形成されている。かかるスリット23aの数は,少なくとも2つ以上形成される。ただし,スリット23aの数や切削砥石部23全体においてスリット23aが占める割合が多すぎると切削能力が低下してしまうため,切削条件(切削能力)と切削砥石部の横振れとのバランスにより,スリット23aの数は決定される。
As shown in FIG. 7A, a plurality of slits, for example, eight
スリット23aは,切削砥石部23の刃先が超音波振動しているときに厚さ方向に撓まないように分断させるために形成されるものであり,スリット23aの深さや幅の大きさは制限されるものではない。例えば,基台部21の大きさが3インチであり,切削砥石部23の刃先の長さhが約2.0mm,刃厚が約60μmである切削ブレード22を使用するとき,スリット23aの深さ(切削砥石部23の径方向に沿った長さ)約1.0〜2.0mm,幅約0.1〜1.0mmとすることができる。
The
このようなスリット23aを形成することにより,切削砥石部23の撓みが周方向に伝達されるのを遮断し,切削砥石部23の厚さ方向に大きな横振れが生じることを防止できる。
By forming such a
また,スリット23aは,基台部21の外周から突出した切削砥石部23の径方向の長さhと刃厚tとの間でh/t>20の関係が成り立つとき,特に有効に機能する。上述したように,切削砥石部23の刃先の長さhが刃厚tの約20倍を超えたとき,すなわち,h/t>20の関係が成り立つとき,切削砥石部23の横振れが急激に大きくなり,精度の高い加工を行うのが困難となる。そこで,切削砥石部23に複数のスリット23aを形成することにより切削砥石部23の横振れを低減させることができるので,例えば,被加工物12に対して切り込み幅が小さく,かつ切り込み深さの深い切削溝を形成することも可能となる。
The
以上,本実施形態にかかる切削ブレード22の構成について説明した。次に,切削ブレード22の切削砥石部23に複数のスリット23aを形成することによる切削砥石部23の横振れ防止の効果を検証するため,比較実験を行った。以下,図8に基づいて,比較実験について説明する。
The configuration of the
(比較実験)
比較実験では,図8(a)に示す,スリット23aの形成されていない通常の切削ブレード22と,図8(b)に示す,本実施形態にかかるスリット23aの形成された切削ブレード22とについて,切削砥石部23の横振れの大きさを測定し,比較した。使用した切削ブレード22は,ともに基台部21の大きさが3インチの切削ブレード22であり,切削砥石部23の刃先の長さhが約2mm,切削砥石部23の刃厚tが約60μmであった。そして,図8(b)に示す切削ブレード22の切削砥石部23にのみ,深さ約2mm,幅約1mmのスリット23aを等間隔に8つ形成した。
(Comparative experiment)
In the comparative experiment, an
本比較実験では,図8(a)に示す切削ブレード22の4つの測定箇所A〜Dと,図8(b)に示す切削ブレード22の4つの測定箇所A’〜D’とにおける,切削砥石部23の径方向の振れと横振れとについて測定した。かかる測定は,各測定箇所にレーザを照射して距離を測定するレーザ測定装置を用いて行った。この測定結果を,以下の表1および表2に示す。表1は,図8(a)に示す切削ブレード22についての測定結果であり,表2は,図8(b)に示す切削ブレード22についての測定結果である。
In this comparative experiment, the cutting stones at the four measurement points A to D of the
表1に示すように,図8(a)に示す従来の切削ブレード22における切削砥石部23の径方向の振れの平均値は約5.2μmであり,切削砥石部23の横振れの平均値は約67.5μmであった。一方,表2に示すように,図8(b)に示すスリット23aの形成された切削ブレード22における切削砥石部23の径方向の振れの平均値は約5.225μmであり,切削砥石部23の横振れの平均値は約2.35μmであった。
As shown in Table 1, the average value of the radial runout of the cutting
このように,図8(a)および図8(b)に示す2つの切削ブレード22において,切削砥石部23の径方向の振れは略同一であるが,図8(a)に示す従来の切削ブレード22では,切削砥石部23の横振れの平均値が約67.5μmと大きい。これは,切削砥石部23の刃厚tが約60μmであることを考えると,被加工物12のカーフの幅を2倍以上に広げてしまうことになる。したがって,被加工物12に対する切り込み幅が小さい切削溝を形成することは困難である。
Thus, in the two
一方,図8(b)に示すスリット23aの形成された切削ブレード22では,切削砥石部23の横振れの平均値が約2.35μmであり,切削品質として問題のない3μm以下という範囲内に収まっている。このように,切削砥石部23にスリット23aが形成されることにより,切削砥石部23の撓みが周方向に伝達するのを遮断することができ,大きな横振れの発生を防止することができる。
On the other hand, in the
以上,第1の実施形態にかかる切削装置10について説明した。本実施形態にかかる切削装置10では,切削ブレード22の切削砥石部23に複数のスリット23aを形成することにより,切削砥石部23に大きな横振れが発生するのを防止することができるので,精度の高い加工を行うことができる。また,切削砥石部23の刃先の長さhが刃厚tの約20倍を超えている場合にも,複数のスリット23aを形成することによって切削砥石部23に大きな横振れが発生するのを防止することができるので,被加工物12に対して切り込み幅が小さく,かつ切り込み深さの深い切削溝を形成することも可能となる。
The cutting
以上,添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが,本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された範疇内において,各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
例えば,上記実施形態の切削ブレード22の切削砥石部23の外周部には複数のスリット23aが形成されたが,本発明はかかる例に限定されない。例えば,切削ブレード22が,基台部21の外周から突出した切削砥石部23の径方向の長さhと刃厚tとの間でh/t≦20の関係を満たす場合には,図6に示すグラフより,切削砥石部23の横振れの大きさは3μm以下であり,大きな横振れは生じないことが分かる。したがって,切削ブレード22をh/t≦20の関係を満たすように構成することにより,切削砥石部23の外周部にスリット23aを設けなくとも,切削砥石部23の大きな横振れが発生しないので,切削砥石部23の外周部にスリット23aを設けるための加工作業や時間を必要とせずに,切削砥石部23の横振れを防止することができる。
For example, a plurality of
本発明は,超音波振動切削装置に適用可能であり,特に,超音波振動切削装置の切削ブレードに適用可能である。 The present invention can be applied to an ultrasonic vibration cutting device, and in particular, can be applied to a cutting blade of an ultrasonic vibration cutting device.
10 切削装置
13 ダイシングテープ
15 チャックテーブル
20 切削ユニット
21 基台部
22 切削ブレード
23 切削砥石部
23a スリット
24 先端部
25 スピンドル
26 スピンドルハウジング
29 ボルト
33 PZT振動子
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記振動子から前記スピンドルの軸方向に伝達される超音波振動の振動方向を前記切削ブレードの径方向に変換し,当該径方向に超音波振動する前記切削ブレードによって被加工物を切削する超音波振動切削装置において:
前記切削ブレードの前記切削砥石部の外周部に,複数のスリットを形成することを特徴とする,超音波振動切削装置。 A spindle, a spindle housing that rotatably supports the spindle, a cutting grindstone portion, and a base portion that supports the cutting grindstone portion, and a cutting blade fixed to the tip of the spindle; And a vibrator that is ultrasonically vibrated,
An ultrasonic wave that transforms the vibration direction of ultrasonic vibration transmitted from the vibrator in the axial direction of the spindle to the radial direction of the cutting blade and cuts the workpiece by the cutting blade that vibrates ultrasonically in the radial direction. In vibration cutting equipment:
An ultrasonic vibration cutting device, wherein a plurality of slits are formed in an outer peripheral portion of the cutting wheel portion of the cutting blade.
The cutting blade satisfies h / t> 20, where h is the length in the radial direction of the cutting wheel portion protruding from the outer periphery of the base portion, and t is the thickness of the cutting wheel portion. The ultrasonic vibration cutting device according to claim 1.
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