JP2011104728A - 切削装置及び切削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレードの形状を非接触で高精度に測定可能な切削装置を提供する。
【解決手段】本発明の切削装置は、ワークを切削する切削装置１０であって、回転してワークを切削するブレード４０と、ブレード４０が取り付けられ、ブレード４０の回転方向と垂直な第１方向に移動可能なスピンドル３０と、ブレード４０を第１方向に移動させながらブレード４０の先端の位置を検出するレーザ変位計５０とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ変位計を用いて非接触でブレードの外径を測定可能な切削装置及び切削方法に関する。

従来から、ワークを切削するために用いられるブレードの外径を検出する方法として、接触方式と非接触方式がある。図４は、従来の切削装置１００の要部概略図である。

図４の切削装置１００において、２００はターンテーブルであり、不図示のワーク（切削対象物）をＸＹ平面内で回転可能に載置する。１５０はステージであり、ワークをＹ軸方向に移動させることができるように構成されている。３００はスピンドルである。スピンドル３００の内部には、回転駆動のためのモータが備えられている。また、４００はスピンドル３００の先端に取り付けられたブレードである。切削装置１００は、二つのスピンドル３００（３００ａ、３００ｂ）、及び、これらの先端に取り付けられた二つのブレード４００（４００ａ、４００ｂ）を備えている。二つのブレード４００ａ、４００ｂは、互いに向かい合うように設けられている。ブレード４００は、スピンドル３００の回転と共に回転し、ターンテーブル２００上に載置されたワークを切削することが可能となる。

６００は、接触式センサ（振動センサ）である。接触式センサ６００による検出方法では、スピンドル３００でブレード４００を回転させながら、接触式センサ６００のブロックに当たるようにブレード４００を低速で移動させる（ブレード４００を接触式センサ６００に近づける）。ブレード４００が接触式センサ６００のブロックに接触したとき、ブレード４００（スピンドル３００）の移動を停止し、ブレード４００の停止位置を検出する。このとき検出されたブレード４００（スピンドル３００）の位置の実測値と、切削装置１００に予め設定された設定値とを比較し、この比較結果から、ブレード４００の先端の減り量を把握することが可能になる。

７００は、非接触式センサ（ファイバセンサ）である。非接触式センサ７００は、投光部と受光部との間にファイバによる光軸が設けられている。非接触式センサ７００による検出方法では、ブレード４００を低速で移動させて（ブレード４００を非接触式センサ７００に近づけて）投光部と受光部との間の光軸を遮断し、その遮断位置（前回と今回の位置の差異）に基づいてブレード４００の減り量を検出する。

例えば特許文献１には、接触式センサである振動センサと、非接触式センサである光学センサを備えたダイシング装置が開示されている。

特開２００６−２９４６４１号公報

上述のように、従来の切削装置１００は、接触式センサ６００及び非接触式センサ７００の両方を用いてブレード４００の減り量を検出し、ブレード４００の外径を測定していた。しかしながら、接触式センサ６００を用いると、ブレード４００が接触式センサ６００のブロックに接触するため、ブレード４００及びブロックの双方にダメージを与えることになる。一方、ファイバセンサである非接触式センサ７００では、高精度な検出を行うことが困難である。また、非接触式センサ７００は、投光部と受光部との間の光量の変化を検出するが、切削水や汚染物質の影響で光量が変化して検出精度が低下するおそれがある。

図５は、従来の切削装置を用いてワーク切削を行う場合の図である。図５（ａ）は、ＵＶテープ８００上にワーク２５０を貼り付けてワーク切削を行っている場合を示す。このような場合、ＵＶテープ８００を切断しないようにブレード４００の高さ制御が要求される。しかし、ブレード４０１のように、摩耗により先端４２０が丸くなった場合、ブレード４０１の先端中央部の位置に対して高さ制御が行われたとしても、ブレード先端の側面がワーク２５０を切断しないことや、ワーク２５０にバリが発生するなどの問題が生じる。

図５（ｂ）は、ブレード４０２でワーク端面の面取りを行っている場合を示す。ブレード４０２の先端には、摩耗により窪み４５０が生じている。このような窪み４５０（ブレード先端形状）は、ブレード４０２の外径（最先端）だけ測定しても検出できない。

そこで本発明は、ブレードの形状を非接触で高精度に測定可能な切削装置及び切削方法を提供する。

本発明の一側面としての切削装置は、ワークを切削する切削装置であって、回転して前記ワークを切削するブレードと、前記ブレードが取り付けられ、該ブレードの回転方向に直交する第１方向に前記ブレードを移動可能なスピンドルと、前記ブレードを前記第１方向に移動させながら前記ブレードの先端の位置を検出するレーザ変位計とを有する。

本発明の他の側面としての切削方法は、ワークを切削する切削方法であって、スピンドルに取り付けられたブレードを回転させる工程と、前記ブレードを該ブレードの回転方向と垂直な第１方向に移動させながら、レーザ変位計を用いて該ブレードの先端の位置を検出する工程とを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、ブレードの形状を非接触で高精度に測定可能な切削装置及び切削方法を提供することができる。

本実施例における切削装置の要部概略図である。 本実施例におけるレーザ変位計を用いたブレードの先端形状（減り量）の測定方法を示す概略図である。 本実施例における測定結果の一例である。 従来の切削装置の要部概略図である。 従来の切削装置を用いてワーク切削を行う場合の図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、図１を参照して、本実施例における切削装置について説明する。図１は、本実施例における切削装置１０の要部概略図である。図１において、２０はターンテーブルであり、不図示のワーク（切削対象物）をＸＹ平面内で回転可能に載置する。ワークは、例えば、リードフレーム又はサブストレイト基板の上に半導体素子（ＩＣチップ）を搭載して樹脂封止することにより形成される。１５はステージであり、ターンテーブル２０上に載置したワークを、Ｘ軸方向（第１方向）に直交するＹ軸方向（第２方向）に移動させることができるように構成されている。ターンテーブル２０の上に載置されたワークは、後述のブレード４０により切削される。ワークが切削されることにより、ワークの所定部分に溝が形成される（溝入れ加工）。なお、切削装置１０は、溝入れだけでなく、ワークを個片化するために切断することもできる。

切削装置１０において、３０はスピンドルである。また、４０はスピンドル３０の先端に取り付けられたブレード（切削刃）である。ブレード４０は、Ｘ軸に直交する面内方向（ＹＺ面内方向：回転方向）で回転してワークを切削するように構成されている。切削装置１０は、二つのスピンドル３０（３０ａ、３０ｂ）、及び、これらの先端に取り付けられた二つのブレード４０（４０ａ、４０ｂ）を備えている。二つのブレード４０ａ、４０ｂは、互いに向かい合うように設けられている。スピンドル３０は、不図示のモータを備え、このモータにより回転可能に構成されている。ブレード４０は、スピンドル３０の回転と共に回転し、ターンテーブル２０上に載置されたワークを切削することが可能となる。ワーク切削中は、切削屑を除去するため、不図示の噴出部から洗浄水をワーク及びブレード４０に向けて噴出させる。なお、本実施例ではブレード４０（スピンドル３０）が二つ設けられているが、一つ又は三つ以上のブレード４０（スピンドル３０）を備えた切削装置についても本発明を適用することができる。

スピンドル３０は、第１方向であるＸ軸方向（図１中の左右方向）に移動可能に構成されており、ワークの切削位置をＸ軸方向に変化させることができる。すなわち、スピンドル３０は、ブレード４０の回転方向に直交するＸ軸方向（第１方向）にブレード４０を移動可能に構成されている。

また、上述のように、ワークは、ステージ１５によりＹ軸方向（図１中の上下方向）に移動可能であり、さらにターンテーブル２０によりＸＹ平面内で回転可能に配置される。このため、ステージ１５（ターンテーブル２０）の上に載置されたワークの切削方向を任意に設定することが可能となる。ワークのＸ軸およびＹ軸方向における位置は、不図示の撮像装置から得られた位置情報に基づいて制御される。撮像装置は、少なくとも一方のスピンドル３０に取り付けられており、ワークの切削を行う前にワークとブレード４０との間の位置合わせを行うために設けられる。撮像装置により取得されたワークの位置情報に基づいてワークとブレード４０との間の位置合わせが行われるため、ワークを高精度に切削することができる。

５０はレーザ変位計（非接触式センサ）である。レーザ変位計５０は、ステージ１５の上に設けられており、ブレード４０の先端形状を測定することができる。レーザ変位計５０は、光射出部５２（半導体レーザ）及び光検出部５４（位置検出素子（ＰＳＤ））を備えて構成される。光射出部５２は、測定対象物であるブレード４０の先端に向けてレーザ光を射出する。光射出部５２から射出されたレーザ光は、ブレード４０の先端表面で反射する。光検出部５４は、ブレード４０の先端で反射した反射光を検出する。

ブレード４０の先端の全ての領域で反射光を確実に検出するため、すなわちブレード４０の先端形状を測定するため、Ｘ軸方向（第１方向）ではなくＹ軸方向（第２方向）に反射したレーザ光を検出するように構成することが好ましい。このため、光射出部５２と光検出部５４はＹ軸方向に配列されている。なお、レーザ変位計５０を用いた検出時には、上述の噴出部から洗浄水を噴出するのを止め、エアブローにより切削屑や水を除去する。

このような構成により、レーザ変位計５０は、ブレード４０の先端表面で反射した反射光に基づいて、ＸＹ平面と直交する方向（Ｚ軸方向）におけるブレード４０の先端部の位置（先端形状）、すなわちブレード４０の減り量を検出する。そして、検出された減り量からブレード４０の外径が算出される。レーザ変位計５０を備えた切削装置１０によれば、接触式センサを設けることなく、高精度な検出が可能となる。

図２は、レーザ変位計５０を用いたブレード４０の先端形状（減り量）の測定方法を示す概略図である。図２（ａ）はＹ軸方向に見た場合の概略図であり、図２（ｂ）はＸ軸方向に見た場合における概略図である。図２（ａ）に示されるように、レーザ変位計５０の光射出部５２からレーザ光５５が射出され、レーザ光５５はブレード４０の先端に照射される。

図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、レーザ光５５は、レーザ変位計５０の光射出部５２からブレード４０の先端に向けて射出される。また、図２（ｂ）に示されるように、ブレード４０の先端で反射したレーザ光５５は、Ｙ軸方向において所定の反射角を持って、レーザ変位計５０の光検出部５４に戻る。

また、レーザ変位計５０による検出の際、スピンドル３０は、測定対象であるブレード４０をＸ軸方向（第１方向）に移動させる（走査する）。このように、ブレード４０をＸ軸方向に移動させながら、Ｘ軸方向の複数点において、レーザ変位計５０はブレード４０の先端の位置を検出する（サンプリングする）。そして、不図示の算出部により、走査しながら検出された複数の値（ブレード４０の先端の位置）からブレード４０の先端形状が算出される。算出部は、レーザ変位計５０の内部に設けられていてもよいし、または、レーザ変位計５０とは別の場所に設けられていてもよい。このように、本実施例では、ブレード４０の先端表面の特定の一点だけでなく、先端表面の左端から右端までの全体形状（ブレード４０の先端形状）を測定することができる。

さらに本実施例において、レーザ変位計５０は、スピンドル３０の走査方向に直交する方向（Ｙ軸方向）に反射した光を検出するように配置されている。スピンドル３０の走査方向（Ｘ軸方向）に反射した光を検出するようにレーザ変位計５０を配置すると、周囲の突出部により反射光の到達が妨げられる場合がある。このため、本実施例によれば、測定対象であるブレード４０の先端表面の左端から右端までの形状（先端形状）の連続的な測定が確実となる。

図３は、本実施例における測定方法の結果の一例であり、所定時間だけワークの切削を行った後のブレード（中古ブレード）の先端形状を測定した結果を示している。図３において、縦軸は中古ブレードの先端位置であり、横軸は中古ブレードの回転方向に直交する方向（Ｘ軸方向）の位置である。図３に示されるように、中古ブレードの先端位置から算出される中古ブレードの外径は、中央部で大きいが、右端Ｅ_Ｒ及び左端Ｅ_Ｌに近づくにつれて小さくなる。すなわち、中古ブレードの外径は円弧のような形状となる。

本実施例の切削装置１０には、レーザ変位計５０が設けられているため、ブレード４０の外径に関して切削装置１０に予め設定された値（設定値）と、実際のブレード４０の外径（実測値）との差異を高精度に測定することができる。レーザ変位計５０を用いて検出された実測値と設計値との差異は、不図示の制御部によりフィードバック制御を行う際に利用される。すなわち、制御部は、実測値と設計値との差異が小さくなるようにブレード４０の外径として保持した値を更新し、その更新値に応じてブレード４０の高さを変える（例えば、ブレード４０の減り量が１０μｍの場合には、ブレード４０の高さを１０μｍだけ低くして、ブレード４０をステージ１５に近づける）。また、ブレード４０の減り量が所定値以上になった場合には、ブレード４０を新品のブレードに交換するように構成してもよい。

このように、本実施例の切削装置及び切削方法によれば、ブレード４０による切削不良を抑制し、高品質なワークを提供することが可能になる。特に、本実施例のレーザ変位計５０は、レーザ光５５の反射角に基づいてブレードの先端位置（ブレードの先端までの距離）を検出するため、レーザ光量が変化した場合でも検出結果に影響を与えることはない。なお、レーザ変位計５０を用いた検出は、１つ又は複数のワークに対する切削毎に行われる。すなわち、所定のワークに対する切削が終了した後、レーザ変位計５０を用いてブレード４０の減り量を検出し、その減り量を補正してから次のワークに対する切削を開始する。

以上のとおり、本実施例によれば、ブレードの形状を非接触で高精度に測定可能な切削装置及び切削方法を提供することができる。本実施例の切削装置及び切削方法は、ワークに対して溝入れ加工を行う場合など、高精度な高さ制御の必要がある場合に特に効果的であるが、ワークを切断する場合にも用いられうる。

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

１０ 切削装置
１５ ステージ
２０ ターンテーブル
３０ スピンドル
４０ ブレード
５０ レーザ変位計
５２ 光射出部
５４ 光検出部
５５ レーザ光

Claims (5)

1. ワークを切削する切削装置であって、
   回転して前記ワークを切削するブレードと、
   前記ブレードが取り付けられ、該ブレードの回転方向に直交する第１方向に前記ブレードを移動可能なスピンドルと、
   前記ブレードを前記第１方向に移動させながら前記ブレードの先端の位置を検出するレーザ変位計と、を有することを特徴とする切削装置。
2. 前記レーザ変位計で検出した前記ブレードの先端の位置から該ブレードの先端形状を算出する算出部を更に有することを特徴とする請求項１に記載の切削装置。
3. 前記第１方向に直交する第２方向に前記ワークを移動可能なステージを更に有し、
   前記レーザ変位計は、前記ブレードの前記先端に向けてレーザ光を射出する光射出部、および、該ブレードの該先端で反射した反射光を検出する光検出部を有し、
   前記光射出部と前記光検出部は、前記第２方向に配列されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の切削装置。
4. ワークを切削する切削方法であって、
   スピンドルに取り付けられたブレードを回転させる工程と、
   前記ブレードを該ブレードの回転方向に直交する第１方向に移動させながら、レーザ変位計を用いて該ブレードの先端の位置を検出する工程と、を有することを特徴とする切削方法。
5. 前記レーザ変位計で検出した前記ブレードの先端の位置から該ブレードの先端形状を算出する工程を更に有することを特徴とする請求項４に記載の切削方法。