JP2007222998A - ラッピングキャリア及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】均一な厚さの水晶振動子を、低コストで製造することを可能にする高品質のラッピングキャリアを提供する。
【解決手段】ラッピング装置の上定盤と下定盤との間に装着して、薄板の研磨工程に用いるラッピングキャリアであって、円板状の支持部２と、その外周に設けられた歯車３と、支持部２に貫通孔で形成された研磨物配置穴４と、ラッピングキャリアの回転の中心となる固定部５とからなり、炭素繊維強化型プリプレグ６を複数枚積層して形成されたラッピングキャリア１。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、水晶振動子、半導体等の極薄板をウェハーの研磨によって均一な厚みの板に加工するラッピング装置に用いられるラッピングキャリア及びその製造方法に関する。

水晶振動子は電気回路における基準発振周波数を発生するための部品で、いまでは、ほとんどの装置に使われるほどの重要な部品の一つである。近年、情報・通信の大容量化に伴って無線の移動体通信分野が急速に発展し、端末機に使われる発信機の動作周波数が高くなり、このため水晶振動子の厚さの薄いものが要求され、現在では、厚さ２０〜３０μｍのものが大量に生産されている。

発振周波数を精密に制御するためには、水晶振動子である水晶の厚みの絶対値を正確に制御する必要がある。このために、水晶振動子はラッピングキャリアと呼ばれる治具を用いてラッピング装置により研磨されることで、精密な厚さのものが大量に生産されるようになっている。

ラッピングキャリアは、周囲に歯車を有する円板からなっており、その円板には研磨物を配置するための穴が形成されている。この研磨物配置穴に水晶振動子をセットして研磨を行い、精密な厚さの水晶振動子に加工する。

従来のラッピングキャリアは、その素材に薄鋼板材を使用する厚みに研磨によって揃え、これに貫通孔を形成して製造され、ラッピングキャリアの平坦性を確保するため、貫通孔は化学エッチングにより形成されている。

また、鋼板板材のラッピングキャリアの表面に表層部を設けて、反り等の変形を抑制して水晶振動子の歩留まりを向上させたり、ラッピングキャリアの耐磨耗性を向上させてキャリアの寿命を長くしたりして、水晶振動子の低コスト化を図ろうとするラッピングキャリアも知られていた（特許文献１参照）。
特開平１１−１２９１５６号公報

ラッピングキャリアは、通常、安価な６０〜８０μｍの膜厚の薄鋼板を研磨によって所望の厚さまで精密に加工する工程が必要であり、このため、長時間かけて薄鋼板材を空ラップし、これを検査、選別する工程が追加されているので、ラッピングキャリアを低コストで提供するための障害になっていた。また、素材が鋼板のためラッピング工程で削れ易く、ラッピングキャリアとして使用できる回数が１〜２回と少なかった。

また、研磨中の滑りが悪く、ラッピング中にこれが変形してか交互の水晶振動子の膜厚が、ばらついたり、水晶振動子が割れたり傷ついたりする不良が生じていた。このため、従来の研磨工程では作業時間がかかり、歩留まりが低い問題点があった。

また、ラッピングキャリアの表面に表層部を設けた場合には、変形が抑えられ、長寿命化させることが可能であったが、合金等の金属をメッキ等によって表層部とし製造しているため、ラッピングキャリア自体の製造における、作業の容易性や低コスト化がさらに求められていた。

そこで、本発明は、従来の欠点を解消するためになされ、均一な厚さの水晶振動子を、低コストで製造することを可能にする高品質のラッピングキャリアであって、かつ、それ自体の製造コストも低減されたラッピングキャリアを提供することを目的とするものである。

本発明者らは、鋭意、検討した結果、炭素繊維強化型のプリプレグを用いることで上記課題を解決することを見出し、本発明を完成させたものである。

すなわち、本発明のラッピングキャリアは、ラッピング装置の上定盤と下定盤との間に装着して、薄板の研磨工程に用いるラッピングキャリアにおいて、ラッピングキャリアが、炭素繊維強化型プリプレグを複数枚積層して形成されたものであることを特徴とするものである。

また、本発明のラッピングキャリアの製造方法は、炭素繊維強化型プリプレグを複数枚積層する積層工程と、積層工程で積層されたプリプレグを加熱加圧して互いに接着させて積層板とする接着工程と、接着工程で得られた積層板を、ラッピングキャリアの形状に加工する加工工程と、からなることを特徴とするものである。

本発明のラッピングキャリアによれば、均一な厚さの水晶振動子を高品質に製造することができ、さらに、ラッピングキャリアの表層部が耐磨耗性に優れるため、長寿命化が図れ、水晶振動子の製造コストを低減することができる。

また、本発明のラッピングキャリアの製造方法によれば、プリプレグを積層した積層板から製造することができる樹脂製のラッピングキャリアであるため、半導体基板等の積層板の製造技術を利用することができ、これまでよりもラッピングキャリア自体の製造コストを低減することができる。

以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１Ａは、本発明のラッピングキャリアの平面図であり、図１Ｂは、図１ＡのラッピングキャリアのＡ−Ａ断面図である。

本発明のラッピングキャリア１は、図１及び図２に示したように、例えば、従来と同様に、円板状の支持部２と、その外周に設けられた歯車３と、支持部２に貫通孔で形成された研磨物配置穴４と、ラッピングキャリア１の回転の中心となる固定部５と、からなり、このラッピングキャリア１は炭素繊維強化型プリプレグ６を単層又は複数枚積層することで構成されたものである。

ここで用いられる炭素繊維強化型プリプレグとしては、炭素繊維を強化繊維として有する樹脂組成物で形成されたプリプレグであれば特に限定されずに用いることができるが、ラッピングキャリアの研磨精度を上げるために剛性に優れたものであることが好ましく、例えば、炭素繊維強化型プリプレグの引張弾性率が２３０ＧＰａ以上、好ましくは４００ＧＰａ以上であることが好ましい。また、特に、耐磨耗性を向上するためには、ラッピングキャリアの最外層に積層される炭素繊維強化型プリプレグの動的摩擦係数が０．２３以下であることが好ましい。

この炭素繊維強化型プリプレグは、高剛性の炭素繊維を樹脂組成物に含浸して、これを所望の配向となるように炭素繊維を配置して樹脂組成物をＢ−ステージ化して得ることができる。

このとき、炭素繊維強化型プリプレグは、その厚さが、１０〜１００μｍであることが好ましく、これを製造したいラッピングキャリアの厚みに応じて枚数を適宜調製することで所望の厚みのラッピングキャリアとすることができる。したがって、厚みの異なるラッピングキャリアの製造も容易に行うことができる。

たとえば、水晶振動子のラッピング加工においては、上記した厚さの炭素繊維強化型プリプレグを、１〜１０枚積層して２０〜２００μｍのラッピングキャリアとすることが好ましい。

ここで用いる高剛性の炭素繊維としては、引張弾性率が２３０ＧＰａ以上、好ましくは４００ＧＰａ以上であり、樹脂との接着力が高いものであることがより好ましい。この炭素繊維としては、例えば、東レ株式会社製のトレカ系、東邦テナックス株式会社製の炭素繊維等が挙げられる。

また、ここで用いる樹脂組成物としては、熱硬化性樹脂、スーパーエンプラ等をベース樹脂とするものが挙げられ、高剛性を付与する観点から、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、高架橋型のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いたものであることが好ましい。

この炭素繊維強化型プリプレグとしては、例えば、一方向炭素繊維強化型プリプレグ、この一方向炭素繊維強化型プリプレグから同一の大きさに切り出された複数のプリプレグを平面的に組み合わせて接合した接合型プリプレグ、渦巻状炭素繊維強化型プリプレグ等が挙げられる。これらのプリプレグについては、以下、図面を参照しながら説明する。

一方向炭素繊維強化型プリプレグの平面図を図２に示したが、この図においては、内部に存在する炭素繊維の存在状態も可視的に示している。

この一方向炭素繊維強化型プリプレグ１０は、図２に示したように、シート状に成形された熱硬化性樹脂１１の内部に複数本の炭素繊維１２が同一方向に配向されて形成されるものであり、その配向方向に対する強度はきわめて優れている。

この一方向炭素繊維強化型プリプレグは、例えば、大口径ロール上に、通常のフィラメントワインディング法で、フープ巻きにより筒状のプリプレグを得た後、矩形に切り出す方法により製造することができる。このとき、隣接する炭素繊維の間隔は、接触状態により近いことが好ましい。

また、接合型プリプレグは、例えば、図３に示したような放射型プリプレグ２０が挙げられ、これは一方向炭素繊維強化型プリプレグから同一の大きさに切り出された複数の二等辺三角形状の三角プリプレグ２１を、頂角が中心になるように放射状に並べて正多角形とし、隣接する二等辺三角形の接する辺を接合して製造されるものである。なお、図３では、下部３枚の三角プリプレグのみ炭素繊維を可視的に示した。

しかしながら、この接合型プリプレグは、二等辺三角形状に限定されるものではなく、一方向炭素繊維強化型プリプレグから任意の形状に切り出されたプリプレグをそれぞれ任意の形状となるように接合すればよく、このとき、接合した後に得られるプリプレグがラッピングキャリアに用いることができる程度の剛性を有していればよい。

例えば、炭素繊維の配向としては、図４に示したように、二等辺三角形状のプリプレグ２１のその繊維方向が同一となるように切り出すことが好ましい。なお、切り出した三角プリプレグ２１のみ炭素繊維を可視的に示した。このとき、繊維方向が底辺と垂直に交わる方向（頂角から底辺方向）に揃っていると、放射型プリプレグの内部の炭素繊維の並びも放射状に類似した放射状炭素繊維強化型のプリプレグとなり、このように放射状炭素繊維強化型とすることは、放射型プリプレグの強度を全体としてほぼ均一に、高い強度で維持することを可能とし、また、反りを極力低減することができるため、好ましいものである。

また、このとき放射型プリプレグの材料となる三角プリプレグ２１は、放射状プリプレグの強度を高い水準で保つ観点から、その頂角を５〜１５°とすることが好ましく、このとき放射型プリプレグは、正２４〜７２角形状に製造される。

また、渦巻状繊維強化型プリプレグ３０は、図５に示したように、シート状に成形された熱硬化性樹脂３１の内部に炭素繊維が渦巻状に配置されるようにして形成されたものである。なお、ここでは炭素繊維を可視的に示した。炭素繊維をこのように渦巻状にすることでプリプレグの耐摺動強度は有利になり、また、炭素繊維の高摺動性もあいまって、研磨時の削れに対して高い強度を有するため、特にラッピングキャリアの最外層になるように用いることが好ましい。

この渦巻状繊維強化型プリプレグ３０は、例えば、樹脂に含浸した炭素繊維を吐出可能な微細ノズルを用いて、最終的にプリプレグとしたときにプリプレグから離型可能なフィルム上に樹脂含浸炭素繊維を渦巻状に吐出し、加熱して熱硬化性樹脂をＢ−ステージ状態とし、離型フィルムを剥離することで得られる。渦巻状の吐出は、微細ノズルから最初に吐出した部分を中心として、微細ノズル又は離型フィルムを微小に位置をずらしながら円状に移動させて行うことができる。このとき炭素繊維間の間隔は、接触状態により近いことが好ましい。

本発明のラッピングキャリアは、上記説明したような炭素繊維強化型のプリプレグを複数枚積層して形成されるものであり、その製造は、炭素繊維強化型プリプレグを複数枚積層する積層工程と、この積層工程により積層されたプリプレグを加熱加圧して互いに接着させて積層板とする接着工程と、により行うことができる。

ラッピングキャリアの形状は、得られた積層板から不要な部分をプレス又は裁断加工してラッピングキャリアの形状とするか、積層する個々のプリプレグを積層する前に、予めプレス又は裁断加工しておいて平面的にラッピングキャリア形状としておき、これを位置合わせして金型に投入し、加熱、加圧により積層板とし、ラッピングキャリアの形状とすることができる。なお、接着工程は、１３０℃、２〜３気圧で２〜３時間加熱、加圧することが好ましい。また、完全硬化の前に、減圧工程等による脱気工程を入れることが好ましい。

本発明のラッピングキャリアの製造方法によれば、所望とするラッピングキャリアの厚みを積層するプリプレグの厚さや、枚数により容易に調整することができ、また、積層材料の加工により所望のラッピングキャリアの形状とすることができることから、これまでの金属材料により製造されていたラッピングキャリアに比べて製造コストを低減することができる。

このとき、積層する組み合わせとしては、例えば、全ての層について、一方向炭素繊維強化型プリプレグ、接合型プリプレグ及び渦巻状炭素繊維強化型プリプレグから選ばれる一種の炭素繊維強化型プリプレグを用いてもよいし、これらを任意に組み合わせて用いてもよい。

ただし、摺動性を利用して耐研磨性を付与する観点から両最外層に渦巻状炭素繊維強化型プリプレグを配置することが好ましい。また、接合型プリプレグを複数枚用いる場合には、それぞれ接合線が重ならないようにずらして積層することが好ましい。

このように炭素繊維強化型プリプレグを用いたラッピングキャリアは、炭素繊維で強化されたプリプレグから製造されるため、高剛性であって、耐磨耗性が付与されたものである。そのため、その使用回数が５０〜２００回となり長寿命化が図れ、水晶振動子の製造コストを低減することができる。

また、本発明の炭素繊維強化型プリプレグは、高剛性カーボンを使用するため潤滑性に優れるという効果も有するものである。

まず、本発明の実施例に用いるプリプレグの製造方法について説明する。

（参考例１）一方向炭素繊維強化型プリプレグの製造：
繊度２１８ｇ／１０００ｍの炭素繊維（引張強度：４０２０ＭＰａ、引張弾性率：５４０ＧＰａ）を、エポキシ樹脂（エポキシ樹脂１００質量部、酸無水物硬化剤９０質量部、アミン促進剤１質量部）に含浸し、この樹脂含浸炭素繊維をマンドレルにフープ巻きにより巻きつけ、８０℃に加熱してＢ−ステージ状態とし、円筒型のプリプレグを得た。

この円筒型プリプレグを切断してシート状にし、さらに１００ｃｍ×６０ｃｍの矩形状に切り出して一方向炭素繊維強化型プリプレグを得た。

（参考例２）放射型炭素繊維強化型プリプレグの製造：
参考例１で得られた一方向炭素繊維強化型プリプレグから、図４に示したように、炭素繊維が底辺と垂直に交わる配向方向となるように、頂角が１５°の二等辺三角形プリプレグを複数枚切り出した。この二等辺三角形プリプレグを頂角が中心になるように放射状に並べ、これを８０℃で加熱加圧して、放射型プリプレグ（放射状炭素繊維強化型プリプレグ）を得た。

（参考例３）渦巻状炭素繊維強化型プリプレグの製造：
参考例１と同一の炭素繊維、エポキシ樹脂を用いて、樹脂含浸炭素繊維とし、これを微小移動可能なノズルからフッ素コートフィルム離型シート上に、渦巻状に吐出した。これを８０℃に加熱してＢ−ステージ状態とし、離型シートを剥がして渦巻状炭素繊維強化型プリプレグを得た。

（実施例１）
参考例で得られた炭素繊維強化型プリプレグをラッピングキャリア形状にして、次の順番で組み合わせて７枚積層し、１３０℃、３気圧で２時間加熱加圧成形して、積層板を得た。
表層：渦巻状繊維強化型プリプレグ
内層：放射状炭素繊維強化型プリプレグ
内層：放射状炭素繊維強化型プリプレグ
内層：放射状炭素繊維強化型プリプレグ
内層：放射状炭素繊維強化型プリプレグ
内層：放射状炭素繊維強化型プリプレグ
表層：渦巻状繊維強化型プリプレグ
この積層板を、図１の歯車型に切断、打ち抜き加工することでラッピングキャリアを製造した。得られたラッピングキャリアの使用可能回数、曲げ弾性率を測定し、その結果を表１に示した。

（実施例２〜４、比較例１）
炭素繊維強化型プリプレグの順番及び組み合わせを、それぞれ次のようにした以外は、実施例１と同様にラッピングキャリアを製造した。得られたラッピングキャリアの使用可能回数、曲げ弾性率を測定し、その結果を表１に示した。

［実施例２］
表層：渦巻状繊維強化型プリプレグ
内層：放射状炭素繊維強化型プリプレグ
内層：放射状炭素繊維強化型プリプレグ
内層：渦巻状繊維強化型プリプレグ
内層：放射状炭素繊維強化型プリプレグ
内層：放射状炭素繊維強化型プリプレグ
表層：渦巻状繊維強化型プリプレグ

［実施例３］
表層：渦巻状繊維強化型プリプレグ
内層：放射状炭素繊維強化型プリプレグ
内層：渦巻状繊維強化型プリプレグ
内層：放射状炭素繊維強化型プリプレグ
内層：渦巻状繊維強化型プリプレグ
内層：放射状炭素繊維強化型プリプレグ
表層：渦巻状繊維強化型プリプレグ

［実施例４］
表層：一方向炭素繊維強化型プリプレグ
内層：一方向炭素繊維強化型プリプレグ
内層：一方向炭素繊維強化型プリプレグ
内層：一方向炭素繊維強化型プリプレグ
内層：一方向炭素繊維強化型プリプレグ
内層：一方向炭素繊維強化型プリプレグ
表層：一方向炭素繊維強化型プリプレグ

［比較例１］
表層：カーボンクロスプリプレグ
内層：カーボンクロスプリプレグ
内層：カーボンクロスプリプレグ
内層：カーボンクロスプリプレグ
内層：カーボンクロスプリプレグ
内層：カーボンクロスプリプレグ
表層：カーボンクロスプリプレグ

（比較例２）
従来用いられている鋼板製のものとして厚さ１２０μｍのラッピングキャリアを製造した。得られたラッピングキャリアの使用可能回数、曲げ弾性率を測定し、その結果を表１に示した。

＊１：鋳鉄定盤上にラッピングキャリアを載置し、このキャリアの孔部にスライスした水晶を挿入し、上側定盤を被せた後、ラッピング液を滴下しながら、またラッピングキャリアを自転させながら公転させてラッピング作業を繰り返し行った。このとき、研磨物の表面及び外周面にスクラッチが発生するまでの回数を使用可能回数とした。
＊２：ＪＩＳ−Ｋ−６９１１に準じて測定した。

本発明のラッピングキャリアの平面図ある。 図１ＡのラッピングキャリアのＡ−Ａ断面図である。 一方向炭素繊維強化型プリプレグの平面図である。 放射型プリプレグの概略平面図である。 放射型プリプレグの素材となる二等辺三角形プリプレグの平面図である。 渦巻状炭素繊維強化型プリプレグの平面図である。

符号の説明

１…ラッピングキャリア、２…支持部、３…歯車、４…研磨物配置穴、５…固定部、６…炭素繊維強化型プリプレグ、１０…一方向炭素繊維強化型プリプレグ、１１…熱硬化性樹脂、１２…炭素繊維、２０…放射型プリプレグ、２１…三角プリプレグ、３０…渦巻状炭素繊維強化型プリプレグ、３１…熱硬化性樹脂、３２…炭素繊維

Claims (9)

1. ラッピング装置の上定盤と下定盤との間に装着して、薄板の研磨工程に用いるラッピングキャリアにおいて、
   前記ラッピングキャリアが、炭素繊維強化型プリプレグを単層で又は複数枚積層して形成されたものであることを特徴とするラッピングキャリア。
2. 前記炭素繊維強化型プリプレグとして、一方向炭素繊維強化型プリプレグを含むことを特徴とする請求項１記載のラッピングキャリア。
3. 前記炭素繊維強化型プリプレグとして、一方向炭素繊維強化型プリプレグから同一の大きさに切り出された複数の二等辺三角形状のプリプレグを、頂角が中心になるように放射状に並べた放射状プリプレグを含むことを特徴とする請求項１又は２記載のラッピングキャリア。
4. 前記放射状プリプレグにおいて、炭素繊維方向が二等辺三角形の底辺に対して垂直であることを特徴とする請求項３記載のラッピングキャリア。
5. 前記炭素繊維強化型プリプレグとして、渦巻状炭素繊維強化型プリプレグを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のラッピングキャリア。
6. ラッピングキャリアの両最外層に、渦巻状炭素繊維強化型プリプレグを用いたことを特徴とする請求項５記載のラッピングキャリア。
7. ラッピングキャリアの内層に、前記放射型プリプレグを用いたことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項記載のラッピングキャリア。
8. 炭素繊維強化型プリプレグを複数枚積層する積層工程と、
   前記積層工程で積層されたプリプレグを加熱加圧して互いに接着させて積層板とする接着工程と、
   を有することを特徴とするラッピングキャリアの製造方法。
9. 前記積層工程において、両最外層に渦巻状炭素繊維強化型プリプレグを積層することを特徴とするラッピングキャリアの製造方法。

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