JP2015160896A

JP2015160896A - マウント材およびそれを用いたワークの加工方法ならびに平面加工用マウント体

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Publication number: JP2015160896A
Application number: JP2014036834A
Authority: JP
Inventors: 岡西　幸緒; Yukio Okanishi; 幸緒岡西; 英次郎小野田; Eijiro Onoda; 健一郎金原; Kenichiro Kanehara
Original assignee: Allied Material Corp
Current assignee: Allied Material Corp
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2015-09-07
Anticipated expiration: 2034-02-27
Also published as: JP5953328B2

Abstract

【課題】酸化セリウムを用いた加工を追加することなくワークの表面の加工ダメージを除去できるマウント材およびそれを用いたワークの加工方法を提供することを目的とする。【解決手段】ワーク３を固定するためのマウント材２は、複数のセラミックス粒子と、複数のセラミックス粒子の間に介在する、複数のセラミックス粒子よりもビッカース硬度の低い軟質材とを備える。【選択図】図１

Description

この発明はマウント材およびそれを用いたワークの加工方法ならびに平面加工用マウント体に関し、より特定的には、セラミックス粒子を含むマウント材およびそれを用いたワークの加工方法に関するものである。

従来、特開２００６−１６９２８８号公報（特許文献１）では、硬化されることによって接着力が発生する主剤と、主剤の硬化を促進する硬化剤と、フィラーとを有する接着剤が開示されている。

特開２００３−１５２０２１号公報（特許文献２）では、能動面を有する半導体チップを能動面を基板に対向させて、接着剤を介して基板を押圧することによって半導体チップの側面に接着剤からなる接着部を形成し、半導体チップの面のうち能動面とは反対側の面から、半導体チップおよび接着部を同時に研削する方法が開示されている。

特開２００６−１６９２８８号公報特開２００３−１５２０２１号公報

ワークを固定して研削または研磨した後には、ワークの表面には加工ダメージが残っている。ワークの表面の加工ダメージを除去するために、酸化セリウムを用いたポリッシング加工が追加されている。

しかしながら、酸化セリウムの入手が容易ではないという問題がある。
さらに、酸化セリウムを用いた工程では粉塵が発生し、作業環境が悪化するという問題がある。

そこで、この発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、酸化セリウムを用いた加工を追加することなくワークの表面の加工ダメージを除去できるマウント材およびそれを用いたワークの加工方法ならびに平面加工用マウント体を提供することを目的とするものである。

この発明に従った、ワークを固定するためのマウント材は、複数のセラミックス粒子と、複数のセラミックス粒子の間に介在する、複数のセラミックス粒子よりもビッカース硬度の低い軟質材とを備える。

このように構成されたマウント材では、ワークを加工中にマウント材中のセラミックス粒子を用いて加工砥石をドレッシングすることができる。その結果、砥石の切れ味が向上し、ワークの表面に加工ダメージを与えることを抑制できる。

上記発明によれば、酸化セリウムを用いた加工を追加することなくワークの表面の加工ダメージを除去できる。

実施の形態に従ったマウント材を用いたマウント構造を示す平面図である。図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。

（１）ワークを固定するためのマウント材は、複数のセラミックス粒子と、複数のセラミックス粒子の間に介在する、複数のセラミックス粒子よりもビッカース硬度の低い軟質材とを備える。

（２）好ましくは、軟質材は複数のセラミックス粒子の各々を結合する。この場合、マウント材が固体となり、マウント材を用いて確実にワークを固定することができる。

（３）好ましくは、マウント材中の複数のセラミックス粒子の割合は２５体積％以上９０体積％以下である。セラミックス粒子の割合が２５体積％以上であるため、十分な量のセラミックス粒子で加工砥石をドレッシングすることが可能となる。セラミックス粒子の割合が９０体積％以下であるため、セラミックス粒子間に軟質材を十分に介在させることができる。

（４）好ましくは、複数のセラミックス粒子のビッカース硬度ＨＶは１ＧＰa以上３０ＧＰａ以下である。複数のセラミックス粒子のビッカース硬度ＨＶが１ＧＰａ以上であるため、砥粒を確実にドレッシングすることができる。複数のセラミックス粒子のビッカース硬度ＨＶが３０ＧＰａ以下であるため、砥粒を破損させることがない。

（５）好ましくは、複数のセラミックス粒子は、アルミナを含む。
（６）好ましくは、アルミナの平均粒径は０．１μｍ以上１００μｍ以下である。

（７）好ましくは、軟質材は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびポリイミド樹脂からなる群より選ばれた少なくとも一種を含む。

（８）ワークの加工方法は、（１）から（７）に記載のマウント材でワークを固定する工程と、複数のセラミックス粒子で砥石をドレスしつつ、固定されたワークを砥石で加工する工程とを備える。

（９）平面加工用マウント体は、ワークと、ワークを取り囲む上記（１）から（７）のいずれか１項に記載のマウント材とを備える。

このように構成されたマウント体では、ワークを取り囲むようにマウント材が配置されているため、砥石がワークを加工するのと同時に、セラミックス粒子が砥石をドレッシングすることができる。その結果、砥石の切れ味が向上し、ワークの表面をスムーズに加工することができる。そのため、ワークの表面にダメージを与えることがない。

［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態にかかる具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

（マウント材、およびマウント構造）
図１は、実施の形態に従ったマウント材を用いたマウント構造を示す平面図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図１および図２を参照して、マウント材２は、複数のセラミックス粒子と、複数のセラミックス粒子の間に介在する、複数のセラミックス粒子よりもビッカース硬度の低い軟質材とを備える。マウント材２は、板材１上でワーク３を固定する。

マウント材２はドーナツ形状に配置されている。マウント材２の上面はワーク３の上面とほぼ同一平面である。ワーク３の全周がマウント材２で覆われている。そのため、ワーク３と、それに隣接するワーク３との間にマウント材２が配置されていない構造と比較して、砥石は連続的にワーク３、マウント材２およびワーク３を加工する。

ワーク３およびマウント材２と離隔する位置に研削ホイール１０が位置決めされている。研削ホイール１０は、台金１２と、台金１２に固定された砥石１１とを有する。加工時には砥石１１をワーク３およびマウント材２に接触させる。

マウント材２は、固体であってもよく、ゲル状であってもよい。マウント材２はワーク３を固定するためのものであるから、ワーク３と、そのワーク３を載置するための板材１とに接触する。

ワーク３としては、たとえばガラスが用いられる。図１および図２の例では、ワーク３は板状ガラスであるが、板状に限られず、ブロック状のガラスがワーク３を構成していてもよい。さらに、図１および図２ではワーク３は７つ配置されているが、これに限られず、より多いまたは少ないワーク３が板材１上に配置されていてもよい。

ワーク３は、図１では円形状に配置されているが、円形状でなく、格子状にワーク３が配置されていてもよい。円形状にワーク３を配置することで回転する研削ホイール１０を複数のワーク３に均等に接触させることができる。格子状にワーク３を配置することで、狭い面積に多くのワーク３を配置することができる。

ワーク３の面積に対して、マウント材２の面積は２０％以上５００％以下であることが好ましい。ワーク３を板材１により確実に固定するために、板材１に凹部が設けられて、この凹部にワーク３が嵌まりあっていてもよい。この場合でも、ワーク３の周囲にマウント材２が配置される。

図２では、研削ホイール１０とワーク３とが離隔して記載されているが、研削加工時には、ワーク３の表面と砥石１１の表面とがほぼ同じ高さとされ、矢印１０ａで示す方向に研削ホイール１０が送られて砥石１１でワーク３を加工する。ワーク３を加工点にＶｍｍ／秒の速度で矢印１０ａで示す方向に送り込む場合に、ワーク３の上流にはＶｍｍ以上１０Ｖｍｍ以下の長さのマウント材２が存在することが好ましい。

この場合、砥石１１は、まずマウント材２で１秒以上１０秒以下ドレッシングされ、その後、ワーク３を加工する。その結果、切れ味のよい砥石１１でワーク３を加工することが可能となる。

（セラミックス粒子）
セラミックス粒子は、砥石をドレッシングすることができるものである。セラミックス粒子として、たとえば、ＳｉＣまたはアルミナが選択される。これらの物性は以下のとおりである。

ＳｉＣ：ビッカース硬度ＨＶ２４ＧＰａ、ヤング率４１０ＧＰａ、引っ張り強さ６００ＭＰａ
アルミナ：ビッカース硬度ＨＶ１４．５−１８ＧＰａ、ヤング率３００−４００ＧＰａ、引っ張り強さ４６５ＭＰａ
セラミックス粒子として、より詳細には、Ａ砥粒（褐色アルミナ砥粒）、ＷＡ砥粒（バイヤー法で精製されたアルミナを電気炉で溶融し、凝固させたインゴットを粉砕・製粒した白色アルミナ砥粒）、Ｃ砥粒（カーボナイト：黒色炭化ケイ素砥粒）、ＧＣ砥粒（グリーンカーボナイト：緑色炭化ケイ素砥粒）が用いられる。

超砥粒としてダイヤモンドを用いる場合には、セラミックス粒子のビッカース硬度は、ダイヤモンドのビッカース硬度の１／３以下であることが好ましく、１／５以下であることがより好ましい。

セラミックス粒子の粒度は、砥石中の砥粒の粒度以上とすることが好ましい。たとえば、＃１０００以上の粒度のＷＡ砥粒を用いることができる。粒度が＃１０００以上であれば、セラミックス粒子を容易に、かつ、安価に入手することができる。なお、粒度（＃）と平均粒径（μｍ）は、ＪＩＳＲ６００１によれば以下のように対応する。

＃２４０は平均粒径７４〜８８μｍ、＃４００は平均粒径３７〜４４μｍ、＃６００は平均粒径２６〜３１μｍ、＃８００は平均粒径１８〜２２μｍ、＃１０００は平均粒径１４．５〜１８μｍ、＃２０００は平均粒径７．１〜８．９μｍ、＃４０００は平均粒径３．１〜４．５μｍ、＃８０００は平均粒径１．５〜２μｍに相当する。

セラミックス粒子は、体積比で軟質材（樹脂）の２−４倍、好ましくは体積比で３倍以上存在する。セラミックス粒子の体積を軟質材よりも多くすることで、十分な量のセラミックス粒子で砥石をドレッシングすることが可能となる。

（軟質材）
軟質材としては、たとえば樹脂が選択される。取り扱いを容易にするために、２液性の樹脂が好ましい。２液性の樹脂は、主剤と硬化剤とにより構成される。主剤に硬化剤を添加する時期を調整することで、樹脂の硬化する時期を決定することができる。

樹脂として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、またはポリイミド樹脂を用いることができる。軟質材は、セラミックス粒子よりもビッカース硬度の低い材料で構成されてセラミックス粒子の間に介在する。

（理論）
超砥粒を傷つけにくい硬度の低いセラミックス粒子（たとえばＷＡ粒子）を用い、かつ、樹脂成分を少なくし、これをマウント材とする。ワーク（たとえばガラス）とマウント材とを超砥粒ホイールで同時に研削する。セラミックス粒子が、加工に使う超砥粒砥石（たとえば気孔を有するビトリファイドボンド砥石）の目詰まりを防止し、発刃を支援すると考えられる。

（効果）
目詰まり防止の効果を大きくするために、セラミックス粒子の粒径を大きくし、マウント材の強度が低下しない範囲で軟質材中のセラミックス粒子の量を多くする。これにより加工に用いる超砥粒ホイールをドレッシングする効果を高める。そのため、酸化セリウムを用いた加工工程を省略することができる。

マウント材にはセラミックス粒子が多く含まれ、軟質材の量が少ないため、マウント材とワークとの接着力を小さくすることができる。その結果、ワークを加工後にワークからマウント材を容易に剥がせる。

さらに、ホイールをドレッシング加工する工程を省いても、連続的にワークを加工することが可能となる。

ワークの表面のクラック、欠け、スクラッチの発生を抑制できる。また、研磨面の傾きを抑制することができる。さらに、鏡面精度を向上させることができる。

ワークの周囲にワークから距離を隔ててダミーワークを置いてこれらを加工する場合には断続的な加工になるため加工が安定しない。これに対して、砥石はワークとマウント材とを同時に加工するため、ワークおよびマウント材を砥石は連続的に加工する。その結果加工精度が向上する。

（使用粉末）
表１で示す粉末を準備した。

なお、アルミナの欄において、「ＷＡ１０００」、「ＷＡ４００」、「ＷＡ３０００」とは、組成がＷＡで粒度が＃１０００、＃４００、＃３０００であることを意味する。

(混合）
混合機で以下の表２で示す原料を混合した。

混合順序は、まず、主剤と溶剤とを混合機で混合し、その混合物にアルミナと硬化剤を追加してさらに混合した。表２における「混合結果」の「流動性」の欄において「Ａ」は混合物がよく流動したことを示し、「Ｂ」は混合物が流動したことを示し、「Ｃ」は混合物があまり流動しなかったことを示す。さらに、「固まり」の欄において「Ａ」は、混合後、混合物が固化したことを示す。

（体積比）
さらに、表２で混合されて固化した固形体における樹脂の体積、ＷＡ砥粒の体積、これらの体積比を算出した。算出結果を表３で示す。

なお、表３では、表２における主剤および硬化剤のいずれもが揮発しないものとして計算をした。

（調査項目）
サンプルの調査および評価のために、表４で示す設備を準備した。

さらに、研削のために、和井田製の平面研削盤ＳＩＧ３００Ａを準備した。
（加工に使用する工具）
粗加工および仕上げ加工用に、表５で示す工具（研削ホイール）を準備した。

（マウント構造の作成）
図１で示す形状のマウント構造を準備した。板材１の外周円１ａの直径を２００ｍｍとし、マウント材２の外周円２ａの直径を１５０ｍｍとし、内周円２ｂの直径を１００ｍｍとし、ワーク３の寸法を２０ｍｍ×５０ｍｍとした。マウント材２として、サンプルＮｏ１から５を用いた。

（加工）
表５に示す研削ホイールを用いて、ワーク３を加工した。具体的には、粗砥石で粗加工をし、仕上げ砥石で仕上げ加工を行った。詳細な条件を表６で示す。

なお、上記の粗加工および仕上げ加工とも、連続加工で実施した。
（評価）
加工されたワークを表４の項目に基づいて評価した。その結果を表７で示す。

表７におけるＰＶ（ピークバレー間）は、そのサンプル内の最高点と最低点との間の距離である。ＰＶ＝Ｒｐ＋Ｒｖで示され、Ｒｐはセンターラインからの最高値までの高さ、Ｒｖはセンターラインからの最低値までの深さである。

この結果より、マウント材のＷＡ砥粒の粒度は＃３０００の細かい方が仕上げ加工面の表面粗さは良くなる。また、ＷＡ粒度が＃４００のように粗いものでもマウント材中のＷＡの比率を高くすることで仕上げ加工面の表面粗さが良くなることがわかった。

この発明は、マウント材の分野で用いることが可能である。

１板材、２マウント材、３ワーク、１０研削ホイール、１１砥石、１２台金。

Claims

複数のセラミックス粒子と、
前記複数のセラミックス粒子の間に介在する、前記複数のセラミックス粒子よりもビッカース硬度の低い軟質材とを備えた、ワークを固定するためのマウント材。
前記軟質材は前記複数のセラミックス粒子の各々を結合する、請求項１に記載のワークを固定するためのマウント材。
前記マウント材中の前記複数のセラミックス粒子の割合は２５体積％以上９０体積％以下である、請求項１または請求項２に記載のワークを固定するためのマウント材。
前記複数のセラミックス粒子のビッカース硬度ＨＶは１ＧＰa以上３０ＧＰａ以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のワークを固定するためのマウント材。
前記複数のセラミックス粒子は、アルミナを含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のワークを固定するためのマウント材。
前記アルミナの平均粒径は０．１μｍ以上１００μｍ以下である、請求項５に記載のワークを固定するためのマウント材。
前記軟質材は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびポリイミド樹脂からなる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のワークを固定するためのマウント材。
請求項１から請求項７に記載のマウント材でワークを固定する工程と、
前記複数のセラミックス粒子で砥石をドレスしつつ、固定されたワークを砥石で加工する工程とを備えた、ワークの加工方法。
ワークと、
前記ワークを取り囲む請求項１から７のいずれか１項に記載のマウント材とを備えた、平面加工用マウント体。