JP2011025375A

JP2011025375A - 電鋳ブレード

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Publication number: JP2011025375A
Application number: JP2009174916A
Authority: JP
Inventors: Keizo Nishida; 圭三西田
Original assignee: NIC KK
Current assignee: NIC KK
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】砥粒の粒径を大きくすることにより反りや剛性不足の問題を解消し、焼成前のセラミックスやガラエポ基板など、切断速度が速く、切り屑を多く排出する材料を切断加工する場合においても、十分な切断性能を確保でき、しかも、刃痩せが生じない電鋳ブレードを提供する。
【解決手段】砥粒がめっき層によって固定された砥石部を備えた電鋳ブレードにおいて、ブレードの厚み寸法とほぼ同じ粒径の砥粒を、砥粒間距離が０．５〜３ｍｍの範囲でブレード外径方向に二次元的規則性を有して配置することにより、チップポケットを大きくして切り屑を容易に排出できる構造とし、また砥粒の粒径を大きくすることでの耐摩耗性改善により高速切断下でのブレードの刃痩せ抑制を可能にした。
【選択図】図８

Description

本発明は、砥粒とめっき層によって構成された電鋳ブレードに関する。

電鋳ブレードは、各種材料の切断や溝入れ加工に用いられ、半導体ウェハー、ＣＳＰ基板、サファイアウェハー、石英基板等を切断し、個々の半導体チップ、レーザーダイオード、コンデンサ等の各種デバイスに分割する機能を有している。この種の用途に用いる電鋳ブレードとして、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒、ＷＡ砥粒、ＧＣ砥粒等の砥粒をニッケルめっき等によって固定化したもの（例えば、特許文献１参照。）が提案されている。

電鋳ブレードを用いて被加工物を切断あるいは溝入れ加工する際には、切り屑の排出を容易にし、かつ切断加工点を冷却するなどの目的から切削水が供給される。特に、焼成前のセラミックスやガラエポ基板などの切断加工では、加工速度が速く、多量の切り屑が排出されることから、切削水量も多量必要となる。セラミックスコンデンサの製造において、焼成前セラミックスの切断加工には、通常、０．０５〜０．２ｍｍ程度の厚みの電鋳ブレードが使用される。これらのブレードには、主に粒径８〜６０μｍ程度の砥粒が使用され、例えば、０．０５ｍｍの厚みのブレードには、粒径８／１６ないし８／２０μｍ（ＩＳＯ基準で表示）程度のダイヤモンド砥粒が使用される。また、切断速度は、１００〜４００ｍｍ／秒という非常に高速であり、切削水は１リットル／分以上と多量供給される。

電鋳ブレードを用いて、これらの焼成前セラミックスやガラエポ基板などを切断加工した場合、排出される切り屑により、電鋳ブレード切断作用部、すなわち外周部の先端近傍が薄くなる刃痩せ現象が生じ、電鋳ブレードの寿命が著しく短くなるという問題がある。

切り屑の排出性を良くすることで、電鋳ブレードの寿命を向上させる方法として、砥粒径を大きくすることがこれまで知られていた。しかしながら、電鋳ブレード厚みの１／３以上の粒径の砥粒により構成された電鋳ブレードは、その剛性が極端に低くなり、また製造過程で反りが発生し易いなどの問題がある。これは電鋳ブレードがめっき液中に砥粒を分散させ、ステンレスの基台上に砥粒が沈積した状態でのめっき操作、及びめっき液中に砥粒を再分散する操作、この２種類の操作を交互に繰り返し、砥粒をめっき層に固定する方法で製造されていることに起因している。特に、本特許で提供する電鋳ブレードの厚みと同等の粒径の砥粒を使用した場合に至っては、ブレードとしての形状を維持することも不可能とされていた。

めっき法による砥石として、電着工具が知られている。台金の作用面に、スクリーン印刷などにより、接着剤を所望の間隔をもつ複数の点状に塗布し、これに任意の粒径の砥粒を仮固定した後、めっきにより固着させる電着砥石の製造方法が開示（例えば、特許文献２参照。）されている。しかし、砥粒を固着させているめっき層の厚さは、砥粒径の４０〜５０％の厚さであり、しかも剛性のある台金の作用面に砥粒が突き出た形態でめっきされたものであり、電鋳ブレードとは異質のものである。

特開２００３−２０５４７０号公報特開２０００−１５３４６３号公報

砥粒の粒径を大きくすることによる反りや剛性不足の問題を解消し、焼成前セラミックスやガラエポ基板など、切断速度が速く、切り屑を多く排出する材料を切断加工する場合においても、十分な切断性能を確保でき、しかも、刃痩せが生じない電鋳ブレードを提供する。

砥粒がめっき層によって固定された砥石部を備えた電鋳ブレードにおいて、ブレードの厚み寸法とほぼ同じ粒径の砥粒を、砥粒間距離が０．５〜３ｍｍの範囲でブレード外径方向に二次元的規則性を有して配置することにより、チップポケットを大きくして切り屑を容易に排出できる構造とし、また砥粒の粒径をブレードの厚み寸法とほぼ同じ粒径と大きくすることで、耐摩耗性を改善し高速切断下でのブレードの刃痩せ抑制を可能にした。
本発明者は鋭意研究を重ねた結果、電鋳ブレードの刃痩せ現象を抑制するために、砥粒の粒径を大きくしても、電鋳ブレードとしての反りや剛性不足を解消できることを見出した。まず、前処理としてスクリーン印刷又はインクジェット印刷により砥粒をステンレス製基台に０．５〜３ｍｍの間隔で二次元方向に規則的に配置するための接着剤を印刷し、この接着剤上に所望する電鋳ブレードとほぼ同じ粒径の砥粒をふりかけて接合、仮固定した後、該基台をめっき層中に浸し、該砥粒をめっき層で固定すると共に、砥粒径とほぼ同じ厚みまでめっきすることにより、前記課題を解決した

即ち、本発明は、以下の(１)ないし(３)の電鋳ブレードを要旨としている。（１）砥粒がめっき層によって固定されてなる砥石部を有する電鋳ブレードであって、該砥粒の粒径がブレードの厚み寸法とほぼ同じで、砥粒間距離が０．５〜３ｍｍの範囲でブレード外径方向に二次元的規則性を有して配置されていることを特徴とする電鋳ブレード。（２）めっき層に、ブレードの厚み寸法の１／３以下の補助粒径の砥粒を１種以上含む（１）記載の電鋳ブレード。（３）砥粒は、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒、ＧＣ砥粒、ＷＡ砥粒のいずれかである（１）及び（２）に記載の電鋳ブレード。

ステンレス製基台に予め接着剤などでブレードの厚みとほぼ同等の粒径の砥粒を０．５〜３ｍｍ間隔で二次元方向に規則的に固定し、その後、該基台をめっき槽中に浸漬して、該砥粒をめっき層で固定することにより製造された電鋳ブレードは、反りがなく、かつブレード倒れもない剛性の高い電鋳ブレードとなり、良好な切断加工が可能であった。

このような電鋳ブレードを使用することにより、焼成前セラミックスの切断加工であっても、刃痩せすることなく、長時間に渡り、良好な切断加工ができた。砥粒の規則的な配置は、チップポケットを大きくする結果となり、切り屑の排出が容易になることから、刃痩せを抑制し、結果として電鋳ブレードの寿命が向上した。

マスクの一例を示す説明図である。マスクの一例を示す説明図である。基台に接着剤で砥粒を固定したことを示す断面図である。良好な砥粒の接着状態を示す説明図である。変則的な砥粒の接着状態を示す説明図である。砥粒分散めっき装置の一例を示す説明図である。基台にめっきしたことを示す断面図である。電鋳ブレードの一例を示す断面図である。電鋳ブレードの一例を示す断面図である。ハブ電鋳ブレードの基台の一例を示す断面図である。ハブ電鋳ブレードの一例を示す断面図である。切断評価の際のブレード幅の確認方法を示す断面図である。

本発明を実施するための形態を、図面に基づいて説明する。

本発明に係る砥粒を初期固定する方法としては、スクリーン印刷のような手法であれば、例えば図１や図２に示すような０．０４ｍｍ程度の孔を有するマスク１２０を作製し、このマスク越しに接着剤となるインクを基台１００に塗布し、その後、インクが乾燥する前に、砥粒１１４を振り掛け、乾燥後に余剰砥粒を除去することにより、図３に示す所望の砥粒配列を得る。マスク１２０のデザインは、被加工物の種類、加工条件などにより任意に選択することが可能で、図１のｘおよびｙ、図２のｚの値は、特に固定するものではなく、例えば、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．５ｍｍなどの値を選択することができる。また、これら以外の砥粒の配列も可能であり、例えば、ブレード外周側になるほど砥粒の間隔を広げたり、逆に縮めたりと、自由に砥粒の配列を選択することができる。ただし、砥粒と砥粒の間隔ｘ、ｙ及びｚは最低でも3個分は空ける必要がある。もし、この間隔が狭い場合には、ブレードに反りなどの問題が生じることになる。なお、基台１００は、上面のみめっきが進行するように、側面および底面は、絶縁性材料１０１でマスキングされている。このような砥粒の配列はインクジェット方式で行うことも可能であり、また、砥粒の初期固定であるため、基台に小さな吸引用の穴を設け、吸引して砥粒を固定するような方法も可能である。

砥粒の配列は、非常に重要であり、基本としては、図４に示すように、接着剤１１３の上面に砥粒１１４が配置した状態が最良であるが、接着剤を均一に小さく塗布することが困難な場合や配置する砥粒が小さい場合は、図５に示すように、接着剤１１３の周辺に複数の砥粒１１４が配置するような形態を取ることもある。この場合であっても、電鋳ブレードの刃痩せを抑制することが可能である。

砥粒を配置固定した基台１００を図６に示す砥粒分散めっき装置１のめっき槽１０に浸漬し、適正な時間めっきすることにより、図７に示すように電鋳ブレードめっき層１０５を形成することができる。この砥粒分散めっき装置１は、スルファミン酸ニッケル等のめっき液１１を収容するめっき槽１０と、めっき液１１を撹拌する撹拌機１４を備えており、めっき液１１にはめっき金属、例えばニッケル板１２を浸漬している。ニッケル板１２には、直流電源１３のプラス側を接続し、直流電源１３のマイナス電極は、回転シャフト１０２を介してめっき液１１に浸漬した基台１００に接続されている。この電鋳ブレードめっき層を基台から剥がし、内外径を加工することにより、図８に示すような所望の電鋳ブレードを得ることが可能である。また、図８（ｂ）に示すように、化学エッチングや電解エッチングなどにより電鋳ブレードの両側面をわずかに除去することで、側面の砥粒を露出させることも可能である。

めっき液１１の中に、ブレード厚みの１／３以下の粒径の補助砥粒１１６、１１７を分散することにより、図９に示すように、めっき層中に小さな補助砥粒１１６、１１７を分散することも可能である。図９（ａ）の場合は、１種類、図９（ｂ）の場合は、２種類の異なる粒径の補助砥粒を分散した例である。このようにめっき層中に小さな補助砥粒１１６、１１７を分散させる場合は、基台１００に補助砥粒が沈積した状態でのめっき操作、めっき液中に補助砥粒を再分散する操作、この２種類の操作を交互に繰り返し、補助砥粒をめっき層に固定する。これを所定の時間行うことで、所望のブレード厚みを得ることができる。ブレード厚みとほぼ同等の粒径を有する砥粒を規則的に配置することにより製造された電鋳ブレードにおいて、めっき層にブレード厚みの１/３以下の粒径の補助砥粒を１種類以上分散することで、電鋳ブレードの耐摩耗性や剛性をさらに向上させることが可能になる。

図１０に示す基台１２５は、ハブと砥石部とが一体となったハブ電鋳ブレードを製造する際に使用する基台であり、予めハブの形状にほぼ近い形状に形成されている。この基台１２５に砥粒を配置することにより、半導体ウェハーの切断用の電鋳ブレードを製造することが可能である。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

本実施例では、焼成前のセラミックスを切削加工する、０．１ｍｍ厚みの電鋳ブレードを製造することとし、まず、ステンレスの基台１００を準備した。この基台に理想科学工業社製のプリントゴッコ（登録商標）で作製した図１に示す配列パターンのマスクで、インクを印刷した。図１のｘ及びｙの値は１ｍｍとして製造した。インクが乾燥しない内に、トラストウェル社のＴＭＭＫ−２５０の＃１７０／２００のダイヤモンド砥粒を＃１４０の篩を通しながら振り掛けた。インクの乾燥後、余剰のダイヤモンドを払い落とし。基台１００に回転シャフト１０２を取り付けて、基台の準備を完了させた。

次に、図６の砥粒分散めっき装置１のめっき槽１０にスルファミン酸めっき液１１を充填し、ダイヤモンドを配置固定した基台１００を浸漬した。５Ａ／ｄｍ^２で通電することにより、この基台の表面にニッケルめっき層１０５を析出させて、厚さ０．１ｍｍのめっき層を形成した。

このめっき層をステンレス基台１００から剥がし、内外径をワイヤー放電加工機により加工して、外径５６ｍｍ、内径４０ｍｍのリング状の電鋳ブレードとした。

焼成前のセラミックスを準備し、東京精密社製の１０Ａダイサーにて、試作した電鋳ブレードの切断評価を行った。セラミックスは、チタン酸バリウムを主原料とした、幅１００ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚み１ｍｍのものを準備した。このセラミックスを１００ｍｍ／秒の速度でフルカット切断し、切断距離１００ｍ、２００ｍ後のブレードの断面形状を測定して、刃痩せの状態を比較した。刃痩せについては、図１２に示すようにそれぞれの切断距離を加工した後に、カーボン板１３０を溝入れ加工し、溝底部から０．２ｍｍと０．４ｍｍの位置の溝幅ｗ_１及びｗ_２を工具顕微鏡で測定することで評価した。

試験結果を表１に示す。溝底部から０．２ｍｍの溝幅ｗ_１が、切断距離０ｍの溝幅に対して、切断距離１００ｍで０．００１ｍｍ、切断距離２００ｍで０．００２ｍｍ減少している。また、溝底部から０．４ｍｍの溝幅ｗ_２が、切断距離０ｍの溝幅に対して、切断距離１００ｍで０．００２ｍｍ、切断距離２００ｍで０．００２ｍｍ減少している。本切断試験の切断距離の範囲においては、溝幅の減少は極めて少ないといえる。切断距離に対して、溝幅ｗ_１及びｗ_２の減少が極めて少ないということは、電鋳ブレード外周部側面の摩耗が極めて少ないこととなり、本発明の電鋳ブレードが刃痩せに非常に有効であることが確認できた。

次に、同様の方法で準備した＃１７０／２００ダイヤモンド砥粒を配置固定した基台１００をめっき槽１０に浸漬した。本めっき槽には、東名ダイヤモンド工業社のＩＲＭ２０／３０μｍのダイヤモンド砥粒を分散させ、５Ａ／ｄｍ^２で通電することにより、この基台１００の表面にダイヤモンド補助砥粒１１６、１１７を分散含有したニッケルめっき相を析出させて、厚さ０．１ｍｍのめっき層１０５を形成した。このめっき層１０５をステンレス基台１００から剥がし、内外径をワイヤー放電加工機により加工して、外径５６ｍｍ、内径４０ｍｍのリング状の電鋳ブレードとした。このときの２０／３０μｍのダイヤモンド砥粒含有量は、組織判定から、おおよそ２０体積％であった。

実施例１と同様の方法で切断試験した結果を表１に併せ示す。溝底部から０．２ｍｍの溝幅ｗ_１は、切断距離０ｍの溝幅に対して、切断距離１００ｍ及び２００ｍいずれにおいても減少していない。本切断試験の切断距離の範囲においては、溝幅の減少がないといえる。切断距離に対して、溝幅の減少がないということは、電鋳ブレード外周部側面の摩耗がないこととなり、実施例２の電鋳ブレードが実施例１に比べて、刃痩せに対して更に有効であることが確認できた。

比較例

また、比較例として、あらかじめ＃１７０／２００のダイヤモンド砥粒を配置していない基台上に、２０／３０μｍのダイヤモンド砥粒だけを分散めっきした従来型の電鋳ブレードも準備した。ダイヤモンドの含有量は、組織判定からおおよそ２５体積％と通常の範囲であり、形状は実施例と同様に外径５６ｍｍ、内径４０ｍｍとした。

実施例１及び実施例２と同様の方法で切断試験した結果を表１に併せ示す。実施例１、実施例２および比較例、いずれの電鋳ブレードについても、切断試験前、すなわち切断距離０ｍにおける溝幅は、０．１００〜０．１０６ｍｍの値を示しており、切断試験に供するに十分な厚み精度を有する電鋳ブレードである。比較例の電鋳ブレードにおいて、溝底部から０．２ｍｍの溝幅ｗ_１が、切断距離０ｍで０．１０４ｍｍであるのに対して、切断距離１００ｍの溝幅が０．０９５ｍｍ、切断距離２００ｍで０．０８４ｍｍと減少している。一方、前述したように実施例１の電鋳ブレードについては、切断距離０ｍの溝幅に対して、切断距離１００ｍ及び切断距離２００ｍでの溝幅ｗ_１及びｗ_２の減少は極めて少ない。また、実施例２の電鋳ブレードについては、本切断試験の切断距離の範囲においては、溝幅の減少は認められなかった。切断距離に対して、溝幅の減少がない、あるいは極めて少ないということは、電鋳ブレード外周部側面の摩耗が極めて少ないこととなり、本発明の電鋳ブレードが刃痩せに非常に有効であることが確認できた。

１砥粒分散めっき装置
１０めっき槽
１１めっき液
１２ニッケル板
１３直流電源
１４撹拌機
１００基台
１０１絶縁性材料
１０２回転シャフト
１０５めっき層
１１３接着剤（インク）
１１４砥粒
１１６、１１７補助砥粒
１２０マスク
１２１マスクの穴
１２５ハブ電鋳ブレードの基台
１３０炭素板
ｘ、ｙ、ｚ砥粒間距離
ｗ_１、ｗ_２刃痩せ測定幅

Claims

砥粒がめっき層によって固定されてなる砥石部を有する電鋳ブレードであって、該砥粒の粒径がブレードの厚み寸法とほぼ同じで、砥粒間距離が０．５〜３ｍｍの範囲でブレード外径方向に二次元的規則性を有して配置されていることを特徴とする電鋳ブレード。
めっき層に、ブレードの厚み寸法の１／３以下の粒径の補助砥粒を１種以上含む請求項１記載の電鋳ブレード。
砥粒は、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒、ＧＣ砥粒、ＷＡ砥粒のいずれかである請求項１及び請求項２に記載の電鋳ブレード。