JP2013094924A

JP2013094924A - 貫通電極付きセラミック基板の研削方法

Info

Publication number: JP2013094924A
Application number: JP2011241925A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Ito; 利東伊東; Hideji Nozaki; 英司野崎; Eiichi Yamamoto; 栄一山本
Original assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Current assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2013-05-20

Abstract

【課題】貫通電極付きセラミック基板の研削加工速度を向上させる。
【解決手段】貫通電極付きセラミック基板（ワーク）ｗのカップホイール型研削砥石３ａによる研削加工作業と一緒に前記カップホイール型研削砥石３ａの刃先３ａｇをドレッサー４の成形砥石４ｇでインプロセスドレッシング作業を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミック基板に金属（銀、金、銅）電極が設けられた貫通電極付きセラミック基板をカップホイール型研削砥石を用いて表面を研削加工して基板の厚みを薄肉化する、セラミック基板の研削方法に関する。貫通電極付きセラミック基板は、発光デバイスに利用される。

特開２０１０−１５３７４２号公報（特許文献１）は、発光デバイス（ＬＥＤ）に利用される貫通電極付きガラスセラミック基板の製造方法を提案する。ガラスセラミック基板としてグリーンシート焼結セラミック基板も利用できることも開示する。

特開２００５−１９７５号公報（特許文献２）は、互いに同種の無機物質（窒化アルミニウムやアルミナ）で構成される結晶子径平均１〜５０μｍの複数の結晶相が異種の無機物質で構成される粒界相を介して接合した構造を含むセラミック基板を、粒度＃２，０００〜＃３０，０００の砥粒（ダイヤモンド、ＳｉＣ、アルミナ、ＢＮ）を導電性金属ボンド剤（鉄、鋳鉄、カーボン）で結合した導電性砥石を用いた電解インプロセスドレッシング研削により加工してその少なくとも一つの面の算術表面粗さＲａが０．０４μｍ以下のセラミック基板を作成し、そのＲａが０．０４μｍ以下の表面上に金属薄膜層をスパッタリングやＣＶＤ方法で接合したメタライズセラミック基板を開示する。

また、セラミック材の研削方法として特開２０１０−８３８７５号公報（特許文献３）は、水静圧軸受けされた砥石軸に軸承されたダイヤモンドレジノイド砥石車を用い、水静圧軸受けされた回転軸に軸承されたロータリーテーブル上にセラミック材（ワーク）を載せ、このワークを回転させながら前記砥石車でワーク表面をロータリー研削加工する方法を開示する。この特許文献３の段落００４１には、砥石車の磨耗を回復するドレッシング作業は、研削開始前、または、研削終了後に行う記載がなされている。

上記特許文献２および特許文献３記載のワークは、セラミック材であって貫通電極付きセラミック基板ではない。なお、セラミック基板の素材としては、アルミナ、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化珪素（ＳｉＣ）などが通常使用されている。

本願特許出願がなされる現在の発光デバイス製造現場では、厚み４．７から４．８ｍｍ対角長さ３２１ｍｍの１６角貫通電極付きセラミック基板（ワーク）をバキュームチャック回転テーブル上に載置し、粒度＃３００〜＃６００の砥粒（ダイヤモンド、ＳｉＣ、ＢＮ）をボンド剤で結合（メタルボンドまたはビトリファイドボンド）したカップホイール型砥石を用い、その砥石を軸承する砥石軸をワークに急速度で接近させ、エアーカット作業後に前記接近速度の１／１０速度でワークに前記砥石を移動させてワークに当接させた後、砥石軸を前進させて砥石とワークを摺擦するインフィード研削をなし、ワーク厚みが所望の厚み（４．５ｍｍ）となったらスパークアウトさせ、砥石軸を研削開始位置まで後退させる基板の平坦化加工方法が実施されている。砥石の磨耗を回復するドレッシング作業は、ダイヤモンドレジンボンド成形砥石、ｃＢＮレジンボンド成形砥石を用いて基板の研削開始前、または、研削終了後に行なわれている。また、両面研削装置のキャリアにワークを保持させ、ワークの表裏面をダイヤモンド研削砥石で６分間かけてワークの厚みを減らす基板の平坦化加工方法も実施されている。

特開２０１０−１５３７４２号公報の図１特開２００５−１９７５号公報の図１特開２０１０−８３８７５号公報の図１

上述の現在の現場で貫通電極付きセラミック基板（ワーク）をカップホイール型研削砥石で薄肉化する方法は、ドレッシング作業が研削加工の開始前、または研削加工終了後に行われている。それゆえ、ワークの研削加工の途中で砥石によるワーク表面の研削取り代速度が随時低下し、研削作業時間が長くなる。

本発明者らは、前記特許文献２記載のように研削砥石によるワークの研削加工とドレッサーによる研削砥石の成形を同時に行うインプロセス加工方法を採用すれば、研削速度を暫時低下させることなくワークの研削加工時間を短縮できることを見出し、本発明に想到した。また、ワークの厚みをインプロセスゲージもしくは非接触変位センサーで基板の研削加工中に測定すれば、前記エアーカット工程、スパークアウト工程も省略でき、ワークの研削加工時間をより短縮できる。

本発明の請求項１は、貫通電極付きセラミック基板（ワーク）をバキュームチャック回転テーブル上に載置し、粒度＃３００〜＃８００の砥粒をボンド剤で結合したカップホイール型研削砥石を用い、そのカップホイール型研削砥石を前記ワーク表面上で摺擦させて厚みを減少させるワークの研削加工をするとともに、この研削加工中に前記カップホイール型研削砥石をドレッサーでインプロセスドレス成形することを特徴とする、貫通電極付きセラミック基板の研削方法を提供するものである。

本発明の請求項２は、貫通電極付きセラミック基板が銀貫通電極付きアルミナセラミック基板であり、カップホイール型研削砥石がダイヤモンドメタルボンドカップホイール型研削砥石であることを特徴とする請求項１記載の貫通電極付きセラミック基板の研削方法を提供するものである。

研削砥石によるワークの研削加工と研削砥石のドレッシング作業を同時に平行して行うので、研削加工中、研削砥石の目立てが常時、ドレッサーにより実施されるので研削砥石のワーク研削速度が低下することはない。

図１はワークの研削装置の要部を示す正面図である。

図１に示す研削装置１は、ポーラスセラミックチャックテーブル２ａを回転軸２ｂに軸承させた吸着チャック機構２、砥石軸３ｂに軸承されたカップホイール型研削砥石３ａを備える砥石ヘッド３、研削砥石の刃先３ａ_ｇをドレッシングする成形砥石４ｇを備えるドレッサー４および研削液供給ノズル５を備える。セラミックプレートｗ１に貫通電極ｗ２を備える貫通電極付きセラミック基板（ワーク）ｗは、前記ポーラスセラミックチャックテーブル２ａ上に載置される。

前記カップホイール型研削砥石３ａおよびドレッサーの成形砥石４ｇの砥粒素材として砥番＃３００〜＃８００のダイヤモンド、ｃＢＮ、ＳｉＣの砥粒を用いたビトリアイドボンド砥石、メタルボンド砥石、レジンボンド砥石などが利用できる。なかでも、ダイヤモンドメタルボンドカップホイール型研削砥石が研削速度の面で優れる。

研削液としては、純水、イオン交換水、エタノールアミン水溶液、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液、苛性カリ水溶液等の導電性水溶液、セリア水分散液、アルミナ水分散液、ダイヤモンド水分散液などが利用できる。

上記研削装置１を用いて貫通電極付きセラミック基板（ワーク）ｗを研削加工する方法は、ワークｗをバキュームチャック２のポーラスセラミックテーブル２ａ上に載置し、回転軸２ｂを１００〜２５０ｍｉｎ^−１回転させることによりワークを回転させ、粒度＃３００〜＃８００の砥粒をボンド剤で結合したカップホイール型研削砥石３の砥石軸３を８００〜２，０００ｍｉｎ^−１回転させながら下降させて、そのカップホイール型研削砥石の砥石刃先３ａ_ｇを前記ワーク表面上で摺擦させて厚みを所望量（２〜３ｍｍ）減少させるワークの研削加工をするとともに、この研削加工中に前記カップホイール型研削砥石の砥石刃先３ａ_ｇをドレッサー４の成形砥石４ｇでインプロセスドレス成形する。研削加工中、ワークの表面には研削液供給ノズル５より研削液が１０〜２０リットル／分の割合で供給される。

実施例１
肉厚４．３２７ｍｍのＡｇ貫通電極付きアルミナセラミック基板（ワーク）ｗを８０ｍｉｎ^−１回転させつつ、Ａ社製の砥番＃３２５のダイヤモンドメタルボンドカップホイール型研削砥石“ＭＴ＃３２５”（グレード名）を用い、カップホイール型研削砥石３の砥石軸３を１，１００ｍｉｎ^−１回転させながら下降させて、そのカップホイール型研削砥石の砥石刃先３ａ_ｇを前記ワーク表面上で摺擦させて２０μｍダウンフィードの研削加工を１２０秒間行った。研削加工中、ワーク表面には、研削液（純水）が１４リットル／分の割合で供給された。また、この研削加工中に前記カップホイール型研削砥石の砥石刃先３ａ_ｇをドレッサー４の成形砥石４ｇでインプロセスドレス成形した。研削加工の取り代量は、１２８．４μｍであった。

研削加工された厚み４．１９９ｍｍのＡｇ貫通電極付きアルミナセラミック基板の面粗さＲａ，Ｒｙは、中央でＲａ０．１１８μｍ、Ｒｙ０．９０７μｍ、１／４ミッドル部でＲａ０．１１５μｍ、Ｒｙ０．５５９μｍ、縁部でＲａ０．１１５μｍ、Ｒｙ０．７９９μｍであった。また、Ａｇ貫通電極付きアルミナセラミック基板の厚みのバラツキ（Ｐ−Ｖ）は、研削加工初期が６６．９μｍであったのが研削加工終了時は１３．９μｍであった。

比較例１
実施例１において、成形砥石による研削砥石の刃先のインプロセスドレッシング作業を行わない外は実施例１と同様にして、Ａｇ貫通電極付きアルミナセラミック基板を研削加工した。研削加工の取り代量は、６３．４μｍであり、研削加工終了時期の研削速度はオーバーロード気味であった。

比較例２
Ａｇ貫通電極付きアルミナセラミック基板（ワーク）ｗを１５０ｍｉｎ^−１回転させつつ、Ｂ社製の砥番＃５００のダイヤモンドビトリファイドボンドカップホイール型研削砥石“ＶＴ＃５００”（グレード名）を用い、カップホイール型研削砥石３の砥石軸３を８００ｍｉｎ^−１回転させながら下降させて、そのカップホイール型研削砥石の砥石刃先３ａ_ｇを前記ワーク表面上で摺擦させて２０μｍダウンフィードの研削加工を１２０秒間行った。研削加工中、ワーク表面には、研削液(純水)が１４リットル／分の割合で供給された。また、この研削加工中に前記カップホイール型研削砥石の砥石刃先３ａ_ｇのドレッサー４の成形砥石４ｇでのインプロセスドレス成形は行わなかった。、研削取り代量は、５７．８μｍであった。

研削加工された厚み４．２７２ｍｍのＡｇ貫通電極付きアルミナセラミック基板の面粗さＲａ，Ｒｙは、中央でＲａ０．２６２μｍ、Ｒｙ１．５７０μｍ、１／４ミッドル部でＲａ０．１７４μｍ、Ｒｙ１．０８２μｍ、縁部でＲａ０．２８１μｍ、Ｒｙ１．４５５μｍであった。また、Ａｇ貫通電極付きアルミナセラミック基板の厚みのバラツキ（Ｐ−Ｖ）は、研削加工初期が６８．４μｍであったのが研削加工終了時は８．７μｍであった。

実施例２
厚み４．２６１ｍｍのＡｇ貫通電極付きアルミナセラミック基板（ワーク）ｗを２００ｍｉｎ^−１回転させつつ、旭ダイヤモンド工業株式会社製の砥番＃４００のダイヤモンドメタルボンドカップホイール型研削砥石“ＡＭ＃４００”（グレード名）を用い、カップホイール型研削砥石３の砥石軸３を１，８００ｍｉｎ^−１回転させながら下降させて、そのカップホイール型研削砥石の砥石刃先３ａ_ｇを前記ワーク表面上で摺擦させて２０μｍダウンフィードの研削加工を１２０秒間行った。研削加工中、ワーク表面には、研削液(純水)が１４リットル／分の割合で供給された。また、この研削加工中に前記カップホイール型研削砥石の砥石刃先３ａ_ｇをドレッサー４の成形砥石４ｇでインプロセスドレス成形した。研削取り代量は１３０．５μｍであった。

研削加工された厚み４．１３１ｍｍのＡｇ貫通電極付きアルミナセラミック基板の面粗さＲａ，Ｒｙは、中央でＲａ０．２３３μｍ、Ｒｙ０．２５３μｍ、１／４ミッドル部でＲａ０．１８６μｍ、Ｒｙ１．０１０μｍ、縁部でＲａ０．２０１μｍ、Ｒｙ１．２７２μｍであった。また、Ａｇ貫通電極付きアルミナセラミック基板の厚みのバラツキ（Ｐ−Ｖ）は、研削加工初期が７２．４μｍであったのが研削加工終了時は２．８μｍであった。

カップホイール型砥石による貫通電極付きアルミナセラミック基板（ワーク）の表面研削加工と平行して前記カップホイール型砥石の刃先をドレッサーでインプロセスドレッシングすることにより、ワークの研削速度を途中で低減させることなくワーク表面を平坦化加工できる。

ｗワーク
１研削装置
２バキュームチャック機構
３研削ヘッド
３ａカップホイール型砥石
４ドレッサー
４ｇ成形砥石
５研削液供給ノズル

Claims

貫通電極付きセラミック基板（ワーク）をバキュームチャック回転テーブル上に載置し、粒度＃３００〜＃８００の砥粒をボンド剤で結合したカップホイール型研削砥石を用い、そのカップホイール型研削砥石を前記ワーク表面上で摺擦させて厚みを減少させるワークの研削加工をするとともに、この研削加工中に前記カップホイール型研削砥石をドレッサーでインプロセスドレス成形することを特徴とする、貫通電極付きセラミック基板の研削方法。
貫通電極付きセラミック基板が銀貫通電極付きアルミナセラミック基板であり、カップホイール型研削砥石がダイヤモンドメタルボンドカップホイール型研削砥石であることを特徴とする、請求項１記載の貫通電極付きセラミック基板の研削方法。