JP2009196058A

JP2009196058A - 薄刃砥石の製造方法

Info

Publication number: JP2009196058A
Application number: JP2008042573A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Suzuki; 勇介鈴木; Toru Nishikawa; 徹西川
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-02-25
Filing date: 2008-02-25
Publication date: 2009-09-03
Anticipated expiration: 2028-02-25
Also published as: JP5104394B2

Abstract

【課題】緩衝層を安定した緩衝効果が発揮できる厚みに形成できる薄刃砥石の製造方法を提供する。
【解決手段】砥粒２ａを金属結合材３中に分散配置してなる薄刃砥石を作成し、金属結合材３の表面に新たな砥粒２ｂをその一部を埋め込んで仮接合する。仮接合のために、平面プレートを用いて砥粒２ｂを金属結合材３に押し込み、埋め込む。新たな砥粒２ｂを仮接合した金属結合材３の表面に、軟質の金属よりなる緩衝層４を金属結合材からの新たな砥粒２ｂの突出量を越えない厚みに形成する。本発明に係る薄刃砥石では、仮接合された砥粒２ｂの大部分が突出しているので、砥粒径に拘わらず緩衝層４を厚く形成でき、チッピングを抑制できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、セラミックスや単結晶材料などの被加工物を切断加工するのに適した薄刃砥石の製造方法に関するものである。

従来、シリコン、ＧａＡｓ、フェライト等の被加工物を高精度に切削加工する薄刃砥石（ダイシングブレード）として、薄板リング状の電鋳薄刃砥石が知られている。この電鋳薄刃砥石は、ダイヤモンドやｃＢＮ等の砥粒を金属結合材中に分散配置したものであり、その厚さは数十μｍ〜数百μｍ程度の薄板リング状に形成されている。薄刃砥石は、その内周側領域を砥石軸に保持し、砥石軸を回転させることで、外周側領域で被加工物の切断加工や溝入れ加工を行うことができる。

近年の電子部品の小型化や収率向上などの理由から、電鋳薄刃砥石にもさらなる薄刃化が求められており、金属結合材としてＮｉなどの機械的強度が高い金属材料を用いることにより、厚さが５０μｍ以下の極薄電鋳砥石も提供されている。しかし、金属結合材による砥粒の保持力が大きくなると、砥粒による被加工物へのダメージが大きくなるため、切断加工時にチッピングと呼ばれる被加工物の割れ、欠けを増大させるという問題がある。

このような問題を解決するため、特許文献１には、Ｎｉ、Ｃｏ又はこれらの合金からなる金属結合材の刃先部の表面に、この金属結合材からの砥粒の突出量を越えない厚みのＳｎめっき層を形成した電鋳薄刃砥石が提案されている。この場合には、Ｓｎめっき層が金属結合材の表面を覆うことで、摺動性を向上させると共に、金属結合材より軟質のＳｎめっき層が緩衝層を構成し、被加工物へのダメージを低減し、チッピングを抑えることができるとされている。

一般的な電鋳薄刃砥石における砥粒突出量は、大きくても砥石の平均砥粒径の30％〜40％といわれている。Ｓｎめっきにて砥石の表面に砥粒突出量を超えない量の皮膜を形成する特許文献１の方法では、砥粒径の30％以上の厚さのめっきは形成できない。もし、砥粒がＳｎめっき層の中に埋没すると、被加工物と砥石間の接触面積が急増し、異常な摩擦抵抗、研削抵抗が発生し、被加工物に割れが発生しやすい。そのため、砥粒径の小さな砥粒を用いた場合には、緩衝効果を得るために必要なＳｎめっき層厚を確保できず、安定してチッピングを低減させることができない。更には、厚さ仕上げに両面ラップを用いた砥石の場合、砥粒径にかかわらずその突出量は極めて小さいため、Ｓｎめっき層を形成することすらできないという問題点がある。
特開２００２−６６９３５号公報

そこで、本発明の目的は、緩衝層を安定した緩衝効果が発揮できる厚みに形成できる薄刃砥石の製造方法を提供することにある。

本発明の係る薄刃砥石の製造方法は、砥粒を金属結合材中に分散配置してなる薄刃砥石を作成する第１の工程と、前記金属結合材の表面に新たな砥粒を、その一部を埋め込んで仮接合する第２の工程と、前記新たな砥粒を仮接合した金属結合材の表面に、前記金属結合材より軟質の金属よりなる緩衝層を、前記金属結合材からの前記新たな砥粒の突出量を越えない厚みに形成する第３の工程と、を含む薄刃砥石の製造方法である。

本発明に係る薄刃砥石の製造方法では、まず砥粒を金属結合材中に分散配置してなる薄刃砥石を作成する。この作成方法は、例えば既存の電鋳砥石の製造方法と同様でよい。次に、金属結合材の表面に新たな砥粒を埋め込んで仮接合する。仮接合の方法としては、機械的噛み込み、圧着等の手法を用いることができる。新たな砥粒は、薄刃砥石の中に分散配置されている砥粒と同じでもよいし、異なる砥粒であってもよい。仮接合によって、新たな砥粒が金属結合材の表面に保持され、砥粒径の大部分（例えば粒径の８０％以上）が金属結合材から突出した状態となる。

次に、新たな砥粒を仮接合した金属結合材の表面に、金属結合材より軟質の金属よりなる緩衝層を、金属結合材からの新たな砥粒の突出量を越えない厚みに形成する。例えば、緩衝層の形成方法としてめっき法を用いることができる。仮接合された砥粒の大部分が金属結合材から突出しているので、新たな砥粒が緩衝層の中に埋没することなく、金属結合材の表面に緩衝層を厚く形成できる。

本発明に係る薄刃砥石では、仮接合された砥粒の大部分が突出しているので、砥粒径に拘わらず緩衝層を厚く形成できる。例えば砥粒径の８０％以上が金属結合材から突出している場合には、緩衝層を砥粒径の８０％程度まで厚く形成できる。そのため、この薄刃砥石を用いて被加工物を切削すると、厚い緩衝層によって砥粒の緩衝性（クッション性）を維持でき、被加工物へのダメージを低減でき、チッピングを抑制できる。

金属結合材の表面に新たな砥粒を仮接合する方法として、新たな砥粒を金属結合材に対して金属結合材より硬質の平面プレートで押し込むことにより、新たな砥粒を金属結合材の表面に埋め込んで仮接合してもよい。このように砥粒を平面度を保って金属結合材に埋め込めば、砥粒の高さが確実に揃うので、その突出量のばらつきを小さくでき、緩衝層の膜厚を安定して確保できる。また、砥粒の突出量を揃えるための厚さ仕上げ用両面ラップを省略できるので、砥粒や緩衝層の磨耗を抑制できる。

例えば金属結合材がＮｉめっき層の場合、緩衝層をＳｎめっき層、Ｃｕめっき層、Ａｕめっき層、Ａｇめっき層のいずれかとしてもよい。いずれの組み合わせの場合も金属同士の密着性がよく、良質の多層構造を構成できる。Ｎｉのヤング率は２１０ＧＰａであるのに対し、Ｓｎのヤング率は５５ＧＰａ、Ａｕのヤング率は７８ＧＰａ、Ｃｕのヤング率は１２０ＧＰａ、Ａｇのヤング率は７３ＧＰａであるため、緩衝層としての所望の緩衝効果を発揮できる。一方、金属結合材の強度が高いので、砥粒を確実に保持できる。なお、緩衝層はＳｎ，Ａｕ，Ｃｕ，Ａｇに限るものではなく、金属結合材より低ヤング率の金属材料であればよい。

新たな砥粒の粒径は４〜１０μｍであることが望ましい。本発明では砥粒の大部分を金属結合材から突出させた状態で仮接合できるので、砥粒の粒径が４〜１０μｍの微細砥粒であっても、厚肉な緩衝層を形成できる。例えば平均砥粒径が５μｍの微細砥粒を用いた場合、４μｍ以上を金属結合材から突出させることができるので、緩衝層を４μｍ近くまで形成できる。そのため、緩衝層による緩衝効果を確実に発揮することができ、微細砥粒により寸法精度が高い切削加工と、チッピングの抑制とを両立できる。

本発明の薄刃砥石で切削できる被加工物としては、シリコンやＧａＡｓ、フェライトなどの他、ＰＺＴ等の圧電セラミックス、水晶、ＬｉＴａＯ₃単結晶、誘電体などの高硬度の材料も含む。

薄刃砥石を構成する金属結合材を電鋳により作成するものに限らず、ステンレス等の台金上に電着法により金属結合材を一体的に形成してもよいが、電鋳薄刃砥石の方がより薄肉に形成できるので、好ましい。緩衝層の形成方法は、めっき工法に限らず、溶射／印刷／塗布／蒸着／スパッタリング／ライニング／コーティング／ＣＶＤ／ＰＶＤなどの皮膜形成工法を用いても同様の効果が得られる。

本発明に係る薄刃砥石によれば、砥粒を金属結合材中に分散配置してなる薄刃砥石を作成し、金属結合材の表面に新たな砥粒を仮接合した上で、その金属結合材の表面に軟質の緩衝層を形成したので、仮接合された砥粒の大部分が金属結合材から突出しており、砥粒径に拘わらず緩衝層を厚く形成できる。そのため、この薄刃砥石を用いて被加工物を切削した時、厚い緩衝層が砥粒を緩衝性をもって保持でき、被加工物へのダメージを低減でき、チッピングを抑制できる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は本発明にかかる薄刃砥石の第１実施形態を示し、（ａ）は薄刃砥石の正面図、（ｂ）はＡ−Ａ線拡大断面図である。本実施形態の薄刃砥石１は薄板リング状の電鋳薄刃砥石であり、ダイヤモンドやｃＢＮ等の砥粒２ａを金属結合材３中に分散配置してなるものであり、その厚さは数十μｍ〜数百μｍ程度、望ましくは５０μｍ以下に設定されている。金属結合材３は、例えばＮｉめっき層又はＮｉを主体とする合金めっき層で構成されている。Ｎｉ合金としては、例えばＮｉ−Ｃｏ合金，Ｎｉ−Ｗ合金，Ｎｉ−Ｂ合金などがある。

金属結合材３の表層部には、砥粒２ａと同一材料、同一平均粒径の砥粒２ｂが金属結合材３の表面から大部分（例えば粒径の８０％以上）が突出した状態で配置されている。なお、砥粒２ａと２ｂとが異種材料であってもよいし、異なる平均粒径であってもよい。砥粒２ｂはその一端部が金属結合材３に埋め込まれた状態で保持されており、金属結合材３の表面には金属結合材３より軟質の緩衝層４が、金属結合材３からの砥粒２ｂの突出量を越えない厚みに形成されている。そのため、砥粒２ｂの中間部周囲が緩衝層４によって保持されており、砥粒２ｂの一部は緩衝層４から外部へ突出している。例えば金属結合材３がＮｉの場合、緩衝層４としてはＳｎ、Ａｕ、Ｃｕなどが使用される。砥粒２ｂの粒径が４〜１０μｍの場合、緩衝層４の厚みは１〜１０μｍ、望ましくは２〜５μｍがよい。なお、図１の（ｂ）では、表層部の全ての砥粒２ｂが緩衝層４の表面から突出している例を示したが、一部の砥粒２ｂは緩衝層４内に埋没していてもよい。緩衝層４は、少なくとも薄刃砥石１の刃先部１ａに形成されるが、刃先部１ａだけでなく薄刃砥石１の全体にわたって緩衝層４を形成してもよい。

前記構成よりなる薄刃砥石１の製造方法の一例を、図２を参照して説明する。ここでは、Ｃｕ／Ｎｉ／Ｃｕの三層構造の薄刃砥石の例について説明する。
まず、ダイヤモンド等の砥粒２ａを分散させたＮｉを含む電解めっき液を準備し、このめっき液中にステンレス等の基板と陽極板とを対向して配置し、基板を陰極に接続する。陰極と陽極間に通電すると、基板上にＮｉ合金めっき層が析出し、砥粒２ａが均一に分散された金属結合材３が形成される。金属結合材３が数十μｍ〜数百μｍとなった時点でめっきを終了し、この金属結合材３を形成した基板をめっき液から取り出し、基板から金属結合材３を剥離する。剥離した金属結合材３をリング状に成形して図２の（ａ）に示す単層砥石１Ａを得る。
次に、図２（ｂ）に示すように、新たな砥粒２ｂを金属結合材３に対して押し込むことにより、新たな砥粒２ｂを金属結合材３の両面に埋め込んで仮接合し、単層砥石１Ｂを得る。新たな砥粒２ｂを金属結合材３の表面に埋め込むため、後述するようなＷＣ（炭化タングステン）等を主成分する超硬材の平面プレートを用いることができる。これら砥粒２ｂは、例えば粒径の８０％以上が金属結合材３から突出した状態で仮接合され、しかもその突出量がほぼ揃った状態となる。
次に、単層砥石１ＢをＣｕイオンを含むめっき液に浸漬し、単層砥石１Ｂを陰極とし、この陰極に対向して陽極板を配置し、陰極と陽極間に通電すると、Ｃｕが単層砥石１Ｂ上に析出し、Ｃｕめっき層４が形成される。Ｃｕめっき層４は非導電性の砥粒２上には析出せず、金属結合材３上にのみ析出する。こうして、図２の（ｃ）に示す薄刃砥石１が得られる。表層部に存在する砥粒２ｂは、その高さがほぼ揃っているため、薄刃砥石１の両側面をラッピングする必要がない。

図３は、新たな砥粒２ｂを金属結合材３の表面に仮接合する方法の一例を示す。（ａ）では単層砥石１Ａを間にして上下に平面プレート５，６を配置し、単層砥石１Ａの上に新たな砥粒２ｂを分散状態で載置し、下側の平面プレート６の上にも同様に新たな砥粒２ｂを分散状態で載置する。平面プレート５，６は、ＷＣ（炭化タングステン）等を主成分する超硬材のような金属結合材３より硬質の材料で形成されている。なお、砥粒２ｂが一箇所に集中しないように均等な分散状態とするのがよい。次に、（ｂ）のように単層砥石１Ａを間にして硬質の平面プレート５，６を押し付け、砥粒２ｂの一部（例えば砥粒の２０％以下）を金属結合材３に埋め込む。平面プレート５，６が金属結合材３より硬質であるため、新たな砥粒２ｂは平面プレート５，６に食い込むことはない。その後、平面プレート５，６を金属結合材３から剥離すると、（ｃ）のように金属結合材３の表面に砥粒２ｂが仮接合された状態で残る。各砥粒２ｂは、平面プレート５，６の平面度によってほぼ一定高さに揃うので、砥粒２ｂの突出量もほぼ一定となる。

次に、金属結合材の表面にＣｕめっきよりなる緩衝層を形成した本発明砥石の一例の製作条件を示す。
Ｃｕめっき砥石（Cu/Ni/Cuの三層構造）
・処理基材
種別：電鋳単層砥石
結合材：Ni
砥粒径：5/10μm
形状：51×0.04×40 [mm]
・砥粒仮接合
接合砥粒：人工ダイヤモンド（砥粒径5/10μｍ）
圧着荷重：200kgf
砥粒の突き出しばらつきを約１μｍ抑制
・緩衝層形成
形成方法：Cuめっき工法
緩衝層厚：６μｍ
めっき浴：硫酸銅めっき浴
めっき電流：0.4mA
めっき時間：750s
電流密度：2.5A/dm²

今回製作した砥石を用いて被加工物を切削加工し、そのチッピング結果を測定した。このときの加工条件を以下に示す。
・加工条件
加工機：ダイサーDAD3350（株式会社ディスコ製）
主軸回転数：30000rpm
加工材料：単結晶材料（LiTaO₃）
ワーク形状：φ100ウェハ
送り速度：80mm/s
カット本数：（オリフラに対して）平行方向1.4mm、垂直方向1.0mm
上記ピッチにてウェハ１枚ダイシング加工

ダイシング素子におけるチッピング最大値を測定したところ、処理基材であるＮｉ電鋳単層砥石の場合では３０．５μｍであったのに対し、本発明品の場合には２６．０μｍに低減された。つまり、約１５％のチッピング抑制効果があった。前述の実験例は緩衝層としてＣｕめっき層を用いた例であるが、Ｓｎめっき層やＡｕめっき層においてもほぼ同様の効果が得られる。

本発明は前記実施形態に限定されるものではない。前記実施形態では、電鋳薄刃砥石を例として説明したが、ステンレスなどの台金に電着によりＮｉ等のめっき層を設けて金属結合材を構成し、この金属結合材の両側面に緩衝層をめっき処理等により形成したものでもよい。

本発明に係る薄刃砥石の第１実施形態の正面図およびＡ−Ａ線断面図である。図１に示す薄刃砥石の製造段階を示す断面図である。砥粒を仮接合する方法を示す工程図である。

符号の説明

１薄刃砥石
２ａ砥粒
２ｂ新たな砥粒
３金属結合材（Ｎｉめっき層）
４緩衝層（Ｃｕめっき層）
５，６平面プレート

Claims

砥粒を金属結合材中に分散配置してなる薄刃砥石を作成する第１の工程と、
前記金属結合材の表面に新たな砥粒を、その一部を埋め込んで仮接合する第２の工程と、
前記新たな砥粒を仮接合した金属結合材の表面に、前記金属結合材より軟質の金属よりなる緩衝層を、前記金属結合材からの前記新たな砥粒の突出量を越えない厚みに形成する第３の工程と、を含む薄刃砥石の製造方法。
前記第２の工程は、前記新たな砥粒を前記金属結合材に対して前記金属結合材より硬質の平面プレートで押し込むことにより、前記新たな砥粒を金属結合材の表面に埋め込んで仮接合することを特徴とする請求項１に記載の薄刃砥石の製造方法。
前記金属結合材はＮｉめっき層であり、前記緩衝層はＳｎめっき層、Ａｕめっき層、Ｃｕめっき層、Ａｇめっき層のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄刃砥石の製造方法。
前記新たな砥粒の粒径は４〜１０μｍであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の薄刃砥石の製造方法。