JP5016317B2

JP5016317B2 - ウォータージェット加工装置

Info

Publication number: JP5016317B2
Application number: JP2007024056A
Authority: JP
Inventors: 聡花島; 聡立岩; 昌明山本; 政幸松原; 茂一金井
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-02-02
Also published as: JP2008188695A

Description

本発明は、被加工物を高圧の加工水を噴射して切断するウォータージェット加工装置に関するものである。

ＩＣ，ＬＳＩ等のデバイスが複数形成されたウエーハは、ダイシング装置によって個々のデバイスに分割され、携帯電話、パソコン等の電子機器に利用される。また、格子状に配列された複数の電極フレームにデバイスが配設され封止されたＣＳＰ（Chip Size Package）、マイクロメモリ等のパッケージ基板は、バリがでやすいこと、および形状が比較的複雑でダイシング装置では分割が困難なことから、本出願人によってウォータージェット加工装置が開発され実用に供されている（例えば、特許文献１参照）。このウォータージェット加工装置は、概略的には、被加工物保持機構によって保持された被加工物にアルミナ、シリカ、ガーネット、ダイヤモンド等の砥粒を混入した高圧の加工水をノズルから噴射して被加工物を切断するというものである。

特開２００４−１３６４２７号公報

しかしながら、高圧の加工水には、アルミナ等の砥粒が混入しており、被加工物を切断する際に、加工領域の周囲に砥粒や切削屑が混入したミストが舞い上がり、クリーンルームを汚染するという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、砥粒が混入した高圧の加工水で被加工物を切断する際にミストが舞い上がることのないウォータージェット加工装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるウォータージェット加工装置は、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に砥粒が混入した加工水を噴射して切断加工を施す加工水噴射ノズルと、被加工物を切断した加工水の勢いを抑制する抑制槽と、を少なくとも備えるウォータージェット加工装置であって、前記抑制槽は、筐体と、該筐体上部に配設されて加工水を通すための該筐体の断面積よりも小さい開口部とからなり、該筐体内部は、被加工物を貫通した加工水を貯水する貯水部と、該貯水部上部の空間部とからなり、前記空間部内部を減圧し排気する排気手段が前記空間部の筐体側面に配設されていることを特徴とする。

また、本発明にかかるウォータージェット加工装置は、上記発明において、前記保持手段と前記加工水噴射ノズルと前記抑制槽とを包囲するカバー本体と、該カバー本体の内部に外気を取り入れる外気取り入れ手段と、からなるミスト処理機構が配設されていることを特徴とする。

また、本発明にかかるウォータージェット加工装置は、上記発明において、前記外気取り入れ手段は、外気を取り入れる吸気開口部と、該吸気開口部の上部から回転自在に垂下して前記カバー本体の内部に位置付けられる蓋体とからなり、前記排気手段の作動によって前記カバー本体の内部が減圧した際、前記蓋体が前記カバー本体の内部に回動して前記吸気開口部から外気を取り入れ、前記排気手段の作動が停止し前記カバー本体の内部の減圧が解除された際、前記蓋体が前記吸気開口部を閉塞することを特徴とする。

本発明にかかるウォータージェット加工装置によれば、加工水噴射ノズルから噴射されて被加工物を貫通した高圧の加工水が抑制槽内に入り込むことで加工水の勢いが抑制されるが、この際、砥粒や切削屑が混入したミストは、開口部のみ開口した閉塞的な抑制槽内では貯水部上部の空間部で集中的に発生することとなり、この空間部を排気手段によって減圧して排気させるので、ミストが効率よく排気されることとなり、クリーンルームの汚染を抑制することができるという効果を奏する。特に、保持手段と加工水噴射ノズルと抑制槽とを包囲するカバー本体と、該カバー本体の内部に外気を取り入れる外気取り入れ手段と、からなるミスト処理機構をさらに備えることで、ミストの舞い上がり飛散をより確実に防止することができ、クリーンルームの汚染を防止することができるという効果を奏する。

以下、本発明を実施するための最良の形態であるウォータージェット加工装置について図面を参照して説明する。本発明は、実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。

図１は、本実施の形態のウォータージェット加工装置の構成を示す概略斜視図である。本実施の形態のウォータージェット加工装置１は、被加工物を保持する保持手段２と、保持手段２に保持された被加工物に砥粒が混入した加工水を噴射して切断加工を施す加工水噴射ノズル３０を有する加工水噴射手段３と、被加工物を切断した加工水の勢いを抑制する抑制槽４と、を少なくとも備える。

保持手段２は、被加工物が載置される板状部材２０と、被加工物の形状に応じた形状に形成され垂直方向に貫通する矩形状の開口２１と、被加工物が載置される際の位置決め基準となる複数、例えば貫通部２１周りの４箇所に設けられた４個の位置決めピン２２とから構成されている。

保持手段２は、第１の送り手段５によって駆動されてＹ軸方向（図１中に示す矢印Ｙの方向）に移動可能とされている。第１の移動手段５は、Ｙ軸方向に配設されたボールネジ５０と、ボールネジ５０の一端に連結されボールネジ５０を回転させるパルスモータ５１と、ボールネジ５０に平行に配設された一対のガイドレール５２と、保持手段２を支持しガイドレール５２に摺接するとともに内部の図示しないナットがボールネジ５０に螺合する保持手段支持部５３と、ボールネジ５０とパルスモータ５１とガイドレール５２とを支持する可動基台５４とから構成されている。これにより、パルスモータ５１に駆動されてボールネジ５０が回転するのに伴い、ガイドレール５２にガイドされて保持手段支持部５３がＹ軸方向に移動する。

また、保持手段２は、第２の送り手段６によって駆動されてＺ軸方向（図１中に示す矢印Ｚの方向）に移動可能とされている。第２の移動手段５は、Ｚ軸方向に配設され可動基台５４の内部の図示しないナットに螺合するボールネジ６０と、ボールネジ６０の一端に連結されボールネジ６０を回転させるパルスモータ６１と、ボールネジ６０に平行に配設され可動基台５４と摺接する一対のガイドレール６２と、ボールネジ６０とパルスモータ６１とガイドレール６２とを支持する可動基台６３とから構成されている。これにより、パルスモータ６１に駆動されてボールネジ６０が回転するのに伴い、ガイドレール６２にガイドされて第１の送り手段５および保持手段２がＺ軸方向に移動する。

さらに、保持手段２は、第３の送り手段７によって駆動されてＸ軸方向（図１中に示す矢印Ｘの方向）に移動可能とされている。第３の移動手段７は、Ｘ軸方向に配設され可動基台６３の内部の図示しないナットに螺合するボールネジ７０と、ボールネジ７０の一端に連結されボールネジ７０を回転させるパルスモータ７１と、ボールネジ７０に平行に配設され可動基台６３と摺接する一対のガイドレール７２と、ボールネジ７０とパルスモータ７１とガイドレール７２とを支持する静止基台７３とから構成されている。これにより、パルスモータ７１に駆動されてボールネジ７０が回転するのに伴い、ガイドレール７２にガイドされて第２の送り手段６、第１の送り手段５および保持手段２がＸ軸方向に移動する。

また、加工水噴射手段３は、例えば粒径３０〜５０μｍ程度のアルミナセラミックス（Ａｌ₂Ｏ₃）製の砥粒と水とが混合した加工水を下方に噴射する加工水噴射ノズル３０と、この加工水噴射ノズル３０に砥粒を混入した高圧の加工水を供給する高圧ポンプ等を含む加工水供給手段３１とからなる。加工水噴射ノズル３０は、例えば直径２００μｍ程度の噴射口を備えており、静止基台７３に対してノズル支持部材３２によって支持されている。加工水供給手段３１は、砥粒が混入した高圧（例えば、６０〜７０ＭＰａ）の加工水を、配管３２１を介して加工水噴射ノズル３０に供給する。

ここで、本実施の形態のウォータージェット加工装置１は、加工水噴射ノズル３０から噴射される加工水を囲繞して筒状のウォーターカーテンを形成するウォーターカーテン形成手段８と、ミスト吸引手段９とを備えている。ウォーターカーテン形成手段８は、環状のウォーターカーテン形成部材８１と、環状のウォーターカーテン形成部材８１にウォーターカーテン用水を供給するウォーターカーテン用水供給手段８２とを備えている。ウォーターカーテン形成部材８１は、図２〜図４に示すように、中央に開口８１１を備えているとともに環状の通路８１２を備えており、その底壁には環状の通路８１２に開口する複数の噴出口８１３が環状に設けられている。また、ウォーターカーテン形成部材８１には環状の通路８１２と連通する水導入路８１４を備えた支持部８１５が設けられており、水導入路８１４が図１中に示すようにウォーターカーテン用水供給手段８２に配管８２１を介して連通されている。このように構成された環状のウォーターカーテン形成部材８１は、合成樹脂によって一体的に形成されており、図４に示すように加工水噴射ノズル３０を囲繞するように配設され、支持部８１５がノズル支持部材３２によって支持される。ウォーターカーテン用水供給手段８２は、図１に示すように、配管８２１を介して環状のウォーターンカーテン形成部材８１の水導入路８１４に圧力０．４ＭＰａ程度の水を２〜４リットル／分程度供給する。

また、ミスト吸引手段９は、環状のウォーターカーテン形成部材８１に接続されたもので、ミスト収集部材９１と、ミスト収集部材９１によって収集されたミストを吸引する図示しない吸引手段とからなる。ミスト収集部材９１は、図２および図４に示すように、環状のウォーターカーテン形成部材８１の開口８１１に嵌合する収集部９１１と、収集部９１１と連通するダクト部９１２とからなり、合成樹脂によって一体的に形成されている。収集部９１１は、環状に形成されており、中央に収集路９１１ａを備えている。また、ダクト部９１２は、収集路９１１ａと連通する吸引通路９１２ａおよび吸引通路９１２ａと連通する排出口９１２ｂを備えているとともに、加工水噴射ノズル３０が挿通する孔９１２ｃを備えている。

抑制槽４は、加工水噴射ノズル３０の直下に配設されたもので、図１および図５に示すように、ステンレス等で形成された矩形立体形状の筐体４１と、この筐体４１の上部に配設されて加工水噴射ノズル３０から噴射されて被加工物を貫通した加工水３３を通すための開口部４２とを備える。開口部４２は、加工水噴射ノズル３０の直下に位置して加工水３３を通水できれば十分であり、筐体４１の水平断面積よりも十分小さな開口断面積となるように形成されている。また、筐体４１の内部は、加工水噴射ノズル３０から噴射されて被加工物を貫通した加工水３３を貯水する貯水部４３と、貯水部４３の上部に形成される空間部４４とを備える。ここで、貯水部４３は、加工水３３の勢いを抑制するための多数の緩衝球４５が収容されることで形成されている。緩衝球４５は、加工水３３に含まれる砥粒を構成するアルミナセラミックスと同種の耐磨耗性に優れたアルミナセラミックス（Ａｌ₂Ｏ₃）により形成された、例えば直径３〜８ｍｍ程度のボールである。なお、これらの緩衝球４５は、筐体４１内に直接収容せずに、筐体４１を分割構造として網状のバスケット等を介して筐体４１内に収容させてもよい。また、筐体４１の下部側の一部には、貯水した加工水３３を排出させるための排出口４６が形成されている。

また、本実施の形態のウォータージェット加工装置１は、排気手段１０とミスト処理機構１１とを備える。排気手段１０は、筐体４１に形成された空間部４４の内部を減圧し排気するためのものであり、筐体４１の側面に対して空間部４４部分に配設されて適宜配管されるダクト１０１と、減圧のための排気を行うファン１０２と、ファン１０２に至る途中のダクト１０１に対して設けられたフィルタ１０３とを備える。

また、ミスト処理機構１１は、保持手段２と加工水噴射ノズル３０と抑制槽４とを包囲するカバー本体１１１と、カバー本体１１１の内部に外気を取り入れる外気取り入れ手段１１２とからなる。ここで、カバー本体１１１は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に可動的な保持手段２に対しては可動変位に追従して閉塞状態を維持するようにスライドシールプレート１１１ａを備えている。また、カバー本体１１１は、加工水噴射ノズル３０に対しては配管部分等を除き、その周囲のウォーターカーテン形成手段８やミスト吸引手段９も包囲するように形成されている。さらに、カバー本体１１１は、抑制槽４に対してはその全体を包囲する必要はなく、少なくとも開口部４２周りを包囲し得る構造であれば十分である。

さらに、カバー本体１１１には、カバー本体１１１の内部に形成される閉空間１１３をダクト１０１に連結する連通路１１４が形成され、排気手段１０のファン１０２によって閉空間１１３内も減圧可能とされている。同様に、ミスト吸引手段９のダクト部９１２の排出口９１２ｂも連通路１１５によってダクト１０１に連通され、排気手段１０のファン１０２を吸引手段として共用している。なお、閉空間１１３に対する排気手段やミスト吸引手段９の排気手段は、それぞれ別個に設けるようにしてもよい。また、カバー本体１１１の上面の加工水噴射ノズル３０等を避けた位置には、保持手段２に対する被加工物Ｗを後述の治具とともに出し入れするための開閉操作口１１６が設けられている。

また、外気取り入れ手段１１２は、図６に示すように、カバー本体１１１の一部を上部に高く形成してその垂直壁を開口させることにより形成されて外気をカバー本体１１１の内部に取り入れるための吸気開口部１１２ａと、この吸気開口部１１２ａの内側上部からヒンジ１１２ｂによって回転自在に垂下してカバー本体１１１の内部に位置付けられた蓋体１１２ｃとからなる。蓋体１１２ｃは、吸気開口部１１２ａを閉塞し得る大きさを有する。

次に、本実施の形態のウォータージェット加工装置１の加工動作例について説明する。図７に示すＣＳＰ基板１２は、被加工物Ｗの一例であり、例えば３つのブロック１２ａ，１２ｂ，１２ｃによって構成されている。個々のブロックには、横方向ストリートＳ１および縦方向ストリートＳ２によって区画されて複数のＣＳＰ１２０が形成されており、ストリートＳを縦横に切断することによって、個々のＣＳＰ１２０に分割される。

ＣＳＰ基板１２を個々のＣＳＰ１２０に分割するに際し、ＣＳＰ基板１２は、図８に示す第１の治具１３ａおよび図９に示す第２の治具１３ｂに支持される。いずれの治具１３ａ，１３ｂも、支持板１３０と蓋部材１３１とがヒンジ１３２によって開閉自在に連結された構成となっている。支持板１３０は、図１に示した保持手段２に形成された位置決めピン２２に嵌合する嵌合孔１３３を位置決めピン２２と同数備える。また、蓋部材１３１には、加工水を通すための貫通窓１３４が形成されている。支持板１３０の側面には、係合穴１３５が形成され、蓋部材１３１には係合穴１３５に係合する係合片１３６が形成されている。これにより、支持板１３０にＣＳＰ基盤１２が載置された状態で係合片１３６を係合穴１３５に係合させると、支持板１３０と蓋部材１３１とが閉状態でロックされ、ＣＳＰ基板１２が支持板１３０と蓋部材１３１とによって挟持される。

図８に示す第１の治具１３ａは、図７に示した横方向ストリートＳ１を切断する際に使用する治具であり、支持板１３０においては、ＣＳＰ基板１２を保持した状態における全ての横方向ストリートＳ１の下方には、加工水を通すための貫通溝１３７が横方向ストリートＳ１と同じ向きに形成されている。なお、本実施の形態では、貫通溝１３７は、端部を交互に連結することで連続して形成されている。

図９に示す第２の治具１３ｂは、図７に示した縦方向ストリートＳ２を切断する際に使用する治具であり、支持板１３０においては、ＣＳＰ基板１２を保持した状態における全ての縦方向ストリートＳ２の下方には、加工水を通すための貫通溝１３８が縦方向ストリートＳ２と同じ向きに形成されている。なお、本実施の形態では、貫通溝１３８は、端部を交互に連結することで連続して形成されている。

図１を参照して説明すると、ＣＳＰ基板１２を保持した第１の治具１３ａは、位置決めピン２２に嵌合孔１３３が嵌合されて保持手段２に保持される。そして、第１の送り手段５および第３の送り手段７による駆動により、ＣＳＰ基板１２に形成された横方向ストリートＳ１のうちの両端のいずれかを、加工水噴射ノズル３０の直下に位置付ける。

そして、加工水噴射ノズル３０から砥粒と水とが混合した加工水３３を下方に向けて高圧噴射するとともに、第３の送り手段７によってＣＳＰ基板１２をＸ軸方向に移動させながら、Ｘ軸方向に相当する横方向ストリートＳ１を切断する。横方向ストリートＳ１を１本切断した後は、第１の送り手段５によってＣＳＰ基板１２を若干Ｙ軸方向に移動させてから、再び第３の送り手段７によってＣＳＰ基板１２をＸ軸方向に移動させ、隣りの横方向のストリートＳ１を切断する。このように動作を連続的に繰り返し、第１の治具１３ａの支持板１３０に形成された貫通溝１３７に沿って加工水３３が噴射されるようにする。これによって、横方向ストリートＳ１が全て切断される。

次に、開閉操作口１１６を開けて、保持手段２から第１の治具１３ａを取り外すとともに、第１の治具１３ａからＣＳＰ基板１２を取り外し、横方向ストリートＳ１が切断済みのＣＳＰ基板１２を、第２の治具１３ｂに保持させ、この第２の治具１３ｂを保持手段２に保持させて開閉操作口１１６を閉じる。

そして、第１の送り手段５および第３の送り手段７による駆動により、ＣＳＰ基板１２に形成された縦方向ストリートＳ２のうちの両端のいずれかを、加工水噴射ノズル３０の直下に位置付ける。そして、加工水噴射ノズル３０から砥粒と水とが混合した加工水３３を下方に向けて高圧噴射するとともに、第１の送り手段５によってＣＳＰ基板１２をＹ軸方向に移動させながら、Ｙ軸方向に相当する縦方向ストリートＳ２を切断する。縦方向ストリートＳ２を１本切断した後は、第３の送り手段７によってＣＳＰ基板１２を若干Ｘ軸方向に移動させてから、再び第１の送り手段５によってＣＳＰ基板１２をＹ軸方向に移動させ、隣りの縦方向ストリートＳ２を切断する。このように動作を連続的に繰り返し、第２の治具１３ｂの支持板１３０に形成された貫通溝１３８に沿って加工水３３が噴射されるようにする。これによって、縦方向ストリートＳ２が全て切断され、個々のＣＳＰ１２０に分割される。

このような切断中は、加工水噴射ノズル３０から噴射された加工水３３がＣＳＰ基板１２（被加工物Ｗ）の切断部分を貫通し、高圧のまま開口部４２を通って抑制槽４に達する。この抑制槽４には、多数の緩衝球４５を収容した貯水部４３が設けられており、高圧の加工水３３は、緩衝球４５に衝突する。そして、加工水３３が衝突した緩衝球４５は回転し、加工水３３が衝突しなかったものも含めて多数の緩衝球４５が攪拌されるため、加工水３３の勢いは弱められる。また、勢いの弱まった加工水は、貯水部４３内に溜まっていく。

このような加工水３３の挙動において、高圧の加工水３３には、アルミナ等の砥粒が混入しており、抑制槽４内に高圧状態で入り込むと、貯水部４３の上部において砥粒や切削屑が混入したミストの舞い上がりが生ずる。ここで、本実施の形態では、抑制槽４が、ほぼ閉塞状態の筐体４１からなり、開口部４２部分が開口しているだけであるので、砥粒や切削屑が混入したミストの舞い上がりは、ほぼ閉じ込められた空間である貯水部４３の上部の空間部４４で集中的に発生することとなる。そして、切断動作中は、ファン１０２が駆動して排気手段１０が作動状態にあり、砥粒や切削屑が混入したミストの舞い上がりが集中的に生ずる空間部４４の内部を減圧し排気するので、ミストも効率よく外部に排気され、当該ウォータージェット加工装置１が配設されたクリーンルームを汚染することはない。

また、切断動作中には、加工水噴射手段３が作動し、図４に示すように、加工水噴射ノズル３０から加工水３３が被加工物Ｗ（ＣＳＰ基板１２）の表面に噴射される。一方、ウォーターカーテン形成手段８が作動すると、環状のウォーターカーテン形成部材８１に形成された複数の噴出口８１３からウォーターカーテン用水が被加工物Ｗに向けて噴出され、加工水３３を囲繞して筒状のウォーターカーテン８０が形成される。したがって、加工水噴射ノズル３０から噴射された加工水３３によって被加工物Ｗが加工される際に飛散する砥粒や切削屑の一部は筒状のウォーターカーテン８０によって遮蔽され、加工水３３による加工領域の周囲に飛散しない。また、このような加工時には、ファン１０２の駆動によりミスト吸引手段９が作動しており、ウォーターカーテン８０内に飛散して砥粒や切削屑および加工水のミストは、ミスト収集部材９１の収集路９１１ａおよび吸引通路９１２ａを通って排出口９１２ｂからダクト１０１を通って排出される。

さらに、このような切断動作中には、加工水噴射ノズル３０等がカバー本体１１１によって閉塞された雰囲気にあり、基本的に、外部へのミスト等の飛散が防止される。そして、ファン１０２の駆動により排気手段１０が作動状態にあると、ダクト１０１に対して連通路１１４で連通しているカバー本体１１１の内部の閉空間１１３も減圧される。このカバー本体１１１の内部が減圧した際には、蓋体１１２ｃがカバー本体１１１の内部に回動して吸気開口部１１２ａを開放させることでカバー本体１１１内に外気を取り入れる。一方、切断動作が終了したりして、ファン１０２の駆動が停止し、排気手段１０の作動が停止すると、カバー本体１１１の内部の減圧も解除される。カバー本体１１１の内部の減圧が解除された際には、蓋体１１２ｃは自重で復帰方向に回動し、吸気開口部１１２ｃを閉塞する。これにより、排気手段１０による閉空間１１３内の減圧・排気動作をスムーズに行わせることができる。

本発明の実施の形態のウォータージェット加工装置の構成を示す概略斜視図である。加工水噴射手段、ウォーターカーテン形成手段およびミスト吸引手段の要部を分解して示す斜視図である。ウォーターカーテン形成部材を示す水平断面図である。ウォーターカーテン形成部材とミスト収集部材を組付けた状態を示す断面図である。全体構成の要部を模式的に示す断面図である。外気取り入れ手段を示す分解斜視図である。被加工物の一例を示す平面図である。第１の治具の例を示す斜視図である。第２の治具の例を示す斜視図である。

符号の説明

２保持手段
４抑制槽
１０排気手段
１１ミスト処理機構
３０加工水噴射ノズル
３３加工水
４１筐体
４２開口部
４３貯水部
４４空間部
１１１カバー本体
１１２外気取り入れ手段
１１２ａ吸気開口部
１１２ｃ蓋体
Ｗ被加工物

Claims

被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に砥粒が混入した加工水を噴射して切断加工を施す加工水噴射ノズルと、被加工物を切断した加工水の勢いを抑制する抑制槽と、を少なくとも備えるウォータージェット加工装置であって、
前記抑制槽は、筐体と、該筐体上部に配設されて加工水を通すための該筐体の断面積よりも小さい開口部とからなり、該筐体内部は、被加工物を貫通した加工水を貯水する貯水部と、該貯水部上部の空間部とからなり、
前記空間部内部を減圧し排気する排気手段が前記空間部の筐体側面に配設されていることを特徴とするウォータージェット加工装置。
前記保持手段と前記加工水噴射ノズルと前記抑制槽とを包囲するカバー本体と、該カバー本体の内部に外気を取り入れる外気取り入れ手段と、からなるミスト処理機構が配設されていることを特徴とする請求項１に記載のウォータージェット加工装置。
前記外気取り入れ手段は、外気を取り入れる吸気開口部と、該吸気開口部の上部から回転自在に垂下して前記カバー本体の内部に位置付けられる蓋体とからなり、
前記排気手段の作動によって前記カバー本体の内部が減圧した際、前記蓋体が前記カバー本体の内部に回動して前記吸気開口部から外気を取り入れ、前記排気手段の作動が停止し前記カバー本体の内部の減圧が解除された際、前記蓋体が前記吸気開口部を閉塞することを特徴とする請求項２に記載のウォータージェット加工装置。