JP4767548B2 - 電着砥石及び電着砥石の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、砥粒がめっき層によって固定される電着砥石及びその製造方法に関するものである。

各種研削に用いる電着砥石には、切削に用いるもの、研磨に用いるもの等がある。例えば、切削に用いられる電着砥石は、半導体ウェーハ、ＣＳＰ基板、サファイアウェーハ、石英基板等を切断し、個々の半導体チップ、レーザダイオード、コンデンサ等の各種デバイスに分割する機能を有する。電着砥石としては、ダイヤモンド砥粒等の砥粒をニッケルめっき等によって固めた構成のものがある（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に開示された電着砥石は切削ブレードであり、切削ブレードを用いて被加工物を切削する際には、切削ブレードの切り刃（砥石部）と被加工物の接触部に切削水が供給される。この切削水は、当該接触部を冷却する冷却水として機能すると共に、切削ブレードを構成する切り刃の破損防止及び被加工物の欠け等の防止のための潤滑剤としても機能するものである。

特開２０００−１４４４７７号公報

しかし、サファイアウェーハ、石英基板等のモース硬度が比較的高い難削材を切削する場合においては、切削ブレードの切り刃と被加工物との接触部に供給する切削水が潤滑剤としての機能を十分に果たすことができないため、切削ブレードの切り刃が破損して円滑な切削が妨げられたり、被加工物が破損して品質が低下したりするという問題がある。

また、切削ブレードの切り刃を構成する砥粒はめっきによって強固に固定されるため、研削により砥粒が脱落することはあまりなく、研削能力が低下した砥粒が表面に長い間残存し、自生発刃作用が生じにくいため、サファイアウェーハ、石英基板等のモース硬度が比較的高い難削材の切削が困難であるという問題がある。一方、高い研削能力を維持しようとすると、ドレッシングを頻繁に行う必要があるため、生産性が低下するという問題がある。このような問題は、砥石を用いた研磨の場合にも同様に生じうる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、難削材を研削する場合において、潤滑剤を十分に供給して砥石や被加工物が破損するのを防止し、自生発刃作用を生じさせて研削を円滑に行うことである。

本発明は、上記電着砥石を製造する方法に関するもので、砥粒が混入しためっき液を収容しためっき浴槽に基台をめっき面が上に向いた状態で浸漬し、めっき面に沈降して堆積する砥粒をめっき層で固める砥粒電着工程と、潤滑剤が封入されたマイクロカプセルが混入しためっき液を収容しためっき浴槽にめっき面を下にして基台を浸漬し、浮上するマイクロカプセルをめっき面で受け止めてめっき層で固めるマイクロカプセル電着工程とから構成され、砥粒電着工程とマイクロカプセル電着工程とを繰り返して電着砥石を形成することを特徴とする。

砥粒電着工程を実施した後にマイクロカプセル電着工程を実施してもよいし、マイクロカプセル電着工程を実施した後に砥粒電着工程を実施してもよい。砥石部は、基台の全部または一部を除去して形成することが好ましい。

砥粒が混入しためっき液を収容するめっき浴槽とマイクロカプセルが混入しためっき液を収容するめっき浴槽とは、別個に構成されていてもよいし、同一のめっき浴槽を用いてもよい。

更に、本発明に係る電着砥石の製造方法によれば、砥粒とマイクロカプセルとが混在した電着砥石を容易に効率良く製造することができる。砥粒電着工程に用いるめっき浴槽とマイクロカプセル電着工程で用いるめっき浴槽とを同一のものとした場合や、砥粒電着工程とマイクロカプセル電着工程とで基台の高さを変えずに上下方向に反転させるだけにした場合は、更に効率的である。

本発明に係る電着砥石は、例えば図１に示す電着砥石製造装置１を用いて製造することができる。この電着砥石製造装置１は、硫酸ニッケル等のめっき液１０を収容するめっき浴槽１１と、めっき液１０を撹拌する撹拌器１２とを備えており、めっき液１０にはめっき金属、例えばニッケル棒１３が浸漬している。ニッケル棒１３には直流電源１４のプラス電極が接続されており、直流電源１４のマイナス電極は、スイッチ１５を介してめっき液１０に浸漬した基台１００に接続されている。

図１に示す基台１００は、ハブと切り刃とが一体となったハブブレードを製造する際に、砥粒及びマイクロカプセルを堆積させると共にめっき層を成長させるベースとなる基盤であり、予めハブの形状にほぼ近い形状に形成されている。

基台１００は、砥粒及び後述するマイクロカプセルが堆積しめっき層が成長するめっき面１００ａと、それ以外の面である非めっき面１００ｂとを有し、非めっき面１００ｂにはマスキング１０１が施される。中心部にはスピンドル装着用の貫通孔１００ｃが形成されており、貫通孔１００ｃにはマスキング１０２が施される。

基台１００は、図1の例では、めっき浴槽１１の底部においてめっき液１０に浸漬しており、めっき面１００ａが上を向いた状態となっている。めっき液１０には、研削砥石を構成する砥粒、例えばダイヤモンド砥粒１０３を多数混入させる。ダイヤモンド砥粒１０３は、めっき液１０より比重が大きい。なお、ダイヤモンド砥粒のほかに、ＣＢＮ砥粒、ＧＣ砥粒、ＷＡ砥粒等が用いられることもある。

図１の電着砥石製造装置１を用いて電着砥石を製造する際は、まず、スイッチ１５をオフにした状態で撹拌器１２によってめっき液１０を撹拌させる。そして、撹拌を中止すると共に、スイッチ１５をオンにしてダイヤモンド砥粒１０３を沈降させる。そうすると、沈降したダイヤモンド砥粒１０３がめっき面１００ａにて受け止められて堆積すると共に、直流電源１４から供給される電圧により成長するニッケルめっき層によって、堆積したダイヤモンド砥粒が電着固定される（砥粒電着工程）。

図２に示す電着砥石製造装置２は、図１に示した電着砥石製造装置１と同様に、硫酸ニッケル等のめっき液２０を収容するめっき浴槽２１と、めっき液２０を撹拌する撹拌器２２とを備えており、めっき液２０にはめっき金属、例えばニッケル棒２３が浸漬している。ニッケル棒２３には直流電源２４のプラス電極が接続されており、直流電源２４のマイナス電極は、スイッチ２５を介してめっき液２０に浸漬した基台１００に接続される。ただし、図１の電着砥石製造装置１の場合とは異なり、基台１００はめっき液２０の液面付近に位置させ、上下方向に反転させた状態でスイッチ２５に接続する。即ち、この状態では、基台１００のめっき面１００ａが下を向いた状態となる。

めっき液２０にはマイクロカプセル１０４を多数混入させる。ここで混入させるマイクロカプセル１０４は、めっき液２０より比重が小さいものであり、図３に示すように、その内部に封入された潤滑剤１０４ａと隔膜１０４ｂとから構成されている。マイクロカプセル１０４の粒径は、例えば５ｍ〜２０μｍ程度であり、隔膜１０４ｂは、尿素樹脂、メラミン樹脂等で構成される。

図２に示した電着砥石製造装置２においては、砥粒電着工程によって砥粒が電着された基台１００をめっき浴槽２１内に浸漬し、直流電源２４のマイナス電極に連結させると共に、スイッチ２５をオフにした状態でめっき液２０を撹拌した後に、撹拌を停止すると共に、スイッチ２５をオンにする。そうすると、図２に示すように、めっき液より比重が軽いマイクロカプセル１０４が浮上し、基台１００のめっき面１００ａ（既に砥粒がめっきされた面）において受け止められ、成長するニッケルめっき層によってマイクロカプセル１０４が固定される（マイクロカプセル電着工程）。

こうしてマイクロカプセル１０４が固定されると、図４に示すように、砥粒電着工程において固定されたダイヤモンド砥粒１０３とマイクロカプセル１０４とが混在した状態でニッケルめっき層１０５によって固定され、これを何度か繰り返すことにより砥石部１０６が形成される。このように、砥粒電着工程及びマイクロカプセル電着工程によって、砥粒とマイクロカプセルとが混在するという電着砥石の特徴が必然的にもたらされる。なお、砥粒電着工程とマイクロカプセル電着工程の順番を逆にして遂行することもできる。

上記の例では、砥粒電着工程とマイクロカプセル電着工程とを別個のめっき浴槽内にて遂行する場合について説明したが、１つのめっき浴槽に収容されためっき液に砥粒とマイクロカプセルの双方を混入させ、同一のめっき浴槽内にて砥粒電着工程及びマイクロカプセル電着工程を遂行することもできる。

同一のめっき浴槽１１を用いて砥粒電着工程とマイクロカプセル電着工程とを遂行する場合は、例えば、図５に示すように、最初にめっき面１００ａが上を向いた状態で基台１００をめっき液１０の上下方向の中央付近に位置させる。ここで、めっき液１０には例えばダイヤモンド砥粒１０３及びマイクロカプセル１０４が混入されている。

そして、スイッチ１５がオフの状態でめっき液１０を撹拌し、その後に撹拌を停止すると共にスイッチ１５をオンにすると、ダイヤモンド砥粒１０３が沈降してめっき面１００ａに受け止められ、ニッケルめっき層によって固定される（砥粒電着工程）。このとき、マイクロカプセル１０４は浮上するため、めっき面１００ａ付近には存在しない。

そして次にスイッチ１５をオフにした後に、図６に示すように、基台１００を、高さを変えずに上下方向に反転させてめっき面１００ａが下を向いた状態とし、めっき液１０を撹拌した後に、撹拌を停止してスイッチ１５をオンにすると、マイクロカプセル１０４が上昇してめっき面１００ａにおいて受け止められ、ニッケルめっき層によって固定される（マイクロカプセル電着工程）。このとき、ダイヤモンド砥粒１０３は沈降するため、めっき面１００ａ付近には存在しない。

このように、基台１００の高さを変えずに裏返すだけで砥粒電着工程とマイクロカプセル電着工程とを何回か繰り返し遂行することで、ダイヤモンド砥粒１０３とマイクロカプセル１０４とが交互にめっき面１００ａに電着固定される。なお、両工程の間で必ずしも基台１００を上下方向に移動させる必要はなく、基台１００の移動及び直流電源１４との接続に関する作業が簡略化される。

以上のようにして、図４に示したようにダイヤモンド砥粒１０３とマイクロカプセル１０４とがニッケルめっき層１０５によってめっき面１００ａに固定されて砥石部１０６が形成された後に、非めっき面１００ｂに被覆してあったマスキングを剥離すると、図７に示すように、基台１００と砥石部１０６とが一体となった状態となり、更に、砥石部１０６の外周部を露出させて切り刃とするために、基台１００の一部である外周部１００ｄを所要量エッチングすると、図８に示すように、砥石部（切り刃）１０６とハブ１０７とが一体となったハブブレード１０８が形成される。

なお、図７の状態から基台１００を全部除去すると、図９に示すように、砥石部（切り刃）のみからなりハブを有しない電鋳物である電鋳ブレード１０９を形成することができる。また、電鋳ブレード１０９を製造する場合は、例えば図１０に示すリング状の基台１１０を用いることができる。基台１１０のめっき面１１１はリング状の平面となっており、図１１に示すように、めっき面１１１以外の面にマスキング１１２を施し、砥石電着工程及びマイクロカプセル電着工程を繰り返し遂行して砥石部１１３を形成する。そして、基台１１０を全部除去するか、または砥石部１１３を基台１１０から剥離することにより、図９に示した電鋳ブレード１０９となる。

図１２に示すように、砥石部（切り刃）１１４が所要の厚みを有し、比較的薄いハブ１１５と一体となった電着ブレード１１６を形成することもできる。電着ブレード１１６を製造する場合は、図１３に示すように、比較的薄く形成されたリング状の基台１１５を用いる。図１４に示すように、基台１１５の上面及び下面のうち、外周部１１７を除く部分にマスキング１１８を施し、一方の面について砥粒電着工程及びマイクロカプセル電着工程を遂行した後にもう一方の面に砥粒電着工程及びマイクロカプセル電着工程を遂行し、砥石部１１４を形成すると、図１２の電着ブレード１１６となる。

図８、図９、図１２に示したいずれの電着砥石においても、ダイヤモンド砥粒１０３とマイクロカプセル１０４とが混在しているために、切削により切削能力が低下したダイヤモンド砥粒が脱落しやすく、切削能力の高い砥粒が表面に露出して自生発刃作用が生じるため、ガラス、サファイア、リチウムタンタレート等の難削材であっても良好な研削が可能となる。また、ドレッシングの頻度が低くなるため、生産性を向上させることができる。

また、図３に示したように、マイクロカプセル１０４には潤滑剤１０４ａが封入されているため、砥石部の表面に露出したマイクロカプセル１０４の隔膜１０４ｂは、被加工物との接触により破損し、その内部の潤滑剤１０４ａが砥石部と被加工物との接触部に供給される。したがって、難削材の切削時に切削水だけでは潤滑剤が不足する場合でも、隔膜１０４ｂの破損によって流出した潤滑剤１０４ａによって、砥石部や被加工物を破損させることなく良好な切削が可能となる。

図８、図９、図１２に示した電着砥石１０８、１０９、１１６はすべて切削に用いるものであるが、この他にも、例えば研磨に用いる電着砥石である研磨砥石を製造することもできる。例えば図１５に示す研磨砥石１２０は、比較的厚いリング状の基台１２１のめっき面に砥石部１２２が固定された研磨砥石であり、図１６に示すように、基台１２１のめっき面１２４以外の面にマスキング１２５を施し、砥粒電着工程及びマイクロカプセル電着工程により砥石部１２２を形成することができる。また、別の基台を用い、その別の基台のめっき面以外の面にマスキングを施し、めっき面の上にダイヤモンド砥粒とマイクロカプセルとが混在する砥石部１２２を形成し、基台を除去してから砥石部１２２を図１５の基台１２１に固着することもできる。

更に、図１７に示す研磨砥石１２６は、複数の砥石部１２７がホイール１２８に固着されたものであり、各砥石部１２７は、上述の砥粒電着工程及びマイクロカプセル電着工程によって製造することができる。この場合は、図１８に示すように、ほぼ矩形の基台１２９のめっき面１３０以外の面にマスキング１３１を施し、めっき面１３０の上にダイヤモンド砥粒とマイクロカプセルとが混在した砥石部１２７を形成し、その後基台１２９を除去し、各砥石部１２７を図１７のホイール１２８に固着する。

図１５の研磨砥石１２０、図１７の研磨砥石１２６のいずれを用いて研磨を行った場合でも、砥粒が脱落しやすくなるため、研磨能力が良好となる。また、マイクロカプセルが破損することにより封入された潤滑剤が被加工物の研磨面に供給されるため、研磨品質が良好となる。

砥粒電着工程の一例を示す説明図である。 マイクロカプセル電着工程の一例を示す説明図である。 マイクロカプセルの一例を示す断面図である。 マイクロカプセル電着工程終了後の砥石部及び基台を示す略示的断面図である。 砥粒電着工程の一例を示す説明図である。 マイクロカプセル電着工程の一例を示す説明図である。 マスキング除去後の電着砥石を示す略示的断面図である。 ハブブレードの一例を示す斜視図である。 電鋳ブレードの一例を示す斜視図である。 同電鋳ブレードの製造に用いる基台の一例を示す斜視図である。 同基台にマスキングを施して砥石部を形成した状態を示す略示的断面図である。 電着ブレードの一例を示す斜視図である。 同電着ブレードの製造に用いる基台の一例を示す斜視図である。 同基台にマスキングを施して砥石部を形成した状態を示す略示的断面図である。 研磨砥石の一例を示す斜視図である。 基台にマスキングを施して同研磨砥石を構成する砥石部を形成した状態を示す略示的断面図である。 研磨砥石の別の例を示す斜視図である。 基台にマスキングを施して同研磨砥石を構成する砥石部を形成した状態を示す略示的断面図である

１：電着砥石製造装置
１０：めっき液 １１：めっき浴槽 １２：ニッケル棒 １４：直流電源
１００：基台
１００ａ：めっき面 １００ｂ：非めっき面 １００ｃ：貫通孔
１０１、１０２：マスキング １０３：ダイヤモンド砥粒
１０４：マイクロカプセル
１０４ａ：潤滑剤 １０４ｂ：隔膜
１０５：ニッケルめっき層 １０６：砥石部 １０７：ハブ
１０８：ハブブレード １０９：電鋳ブレード
１１０：基台 １１１：めっき面 １１２：ハウジング １１３：砥石部
１１４：砥石部 １１５：基台 １１６：電着ブレード
１１７：外周部 １１８：マスキング
１２０：研磨砥石 １２１：基台 １２２：砥石部 １２３：基台 １２４：めっき面
１２５：マスキング
１２６：研磨砥石 １２７：砥石部 １２８：ホイール １２９：基台
１３０：めっき面 １３１：マスキング

Claims (5)

1. 基台に砥粒を堆積させると共にめっき層によって該砥粒を固めて砥石部を形成する電着砥石の製造方法であって、
   砥粒が混入しためっき液を収容しためっき浴槽に基台をめっき面が上に向いた状態で浸漬し、該めっき面に沈降して堆積する砥粒をめっき層で固める砥粒電着工程と、
   潤滑剤が封入されたマイクロカプセルが混入しためっき液を収容しためっき浴槽にめっき面を下にして基台を浸漬し、浮上する該マイクロカプセルを該めっき面で受け止めてめっき層で固めるマイクロカプセル電着工程とから構成され、
   該砥粒電着工程と該マイクロカプセル電着工程とを繰り返して電着砥石を形成する電着砥石の製造方法。
2. 前記砥粒電着工程を実施した後に前記マイクロカプセル電着工程を実施する請求項１に記載の電着砥石の製造方法。
3. 前記基台の全部または一部を除去して砥石部を形成する請求項１または２に記載の電着砥石の製造方法。
4. 前記砥粒が混入しためっき液を収容するめっき浴槽と前記マイクロカプセルが混入しためっき液を収容するめっき浴槽とが別個に構成される請求項１、２または３に記載の電着砥石の製造方法。
5. 前記砥粒が混入しためっき液を収容するめっき浴槽と前記マイクロカプセルが混入しためっき液を収容するめっき浴槽とが同一のめっき浴槽である請求項１、２または３に記載の電着砥石の製造方法。

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