JP5436999B2 - 被加工物保持装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸着表面に開口する複数個の吸引孔を有する吸着テーブルと、吸着テーブルの吸引孔に付設された吸引手段とを具備する被加工物保持装置に関する。

ＱＦＮ基板（Quad Flat Non-leaded package）の如き被加工物は、吸着表面に開口する複数個の吸引孔を有する吸着テーブルと、吸着テーブルの吸引孔に付設された吸引手段とを具備する被加工物保持装置にて吸引保持され、回転切削ブレードにて切削される（特許文献１参照）。

特開２００８−７８４２４号公報

被加工物を吸着テーブル上面に載置し吸引保持する際に、負圧が不足すると、切削時に被加工物が変位し或いは個片化したチップが飛散する等の不具合が生じる。そのため、吸着テーブルの吸着表面に作用する負圧を可及的に増大させて被加工物を吸引保持すべきであり、従って、高機能で高価なバキュームポンプ等の吸引手段が必要になり、装置コストの増大を招いている。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、被加工物を吸着テーブルに載置し吸引保持する際に被加工物を充分な負圧で吸引保持することができるにも拘わらず比較的安価に製作することができると共に、切削時において負圧が過剰に低減することを回避乃至抑制することができる新規且つ改良された被加工物保持装置を提供することである。

本発明者等は鋭意研究及び実験の結果、吸引手段としてバキュームポンプ及びエジェクタを併用して使用することでバキュームポンプのみの使用時と比較して負圧を増大することができることを見出した。更に、実験を進め、バキュームポンプとエジェクタを併用した結果、リークに対して負圧が急激に低減してしまうのに対して、バキュームポンプのみを使用した場合にはリークに対する負圧の急激な低減を防ぐことが出来ることを見出した。そしてまた、エジェクタのエア供給口と圧縮エア供給源とを接続する配管の圧力が所定閾値以下（負圧が所定閾値以上）の時にはエジェクタのエア供給口と圧縮エア供給源とを連通状態に設定し、所定閾値より大きくなる（負圧が所定閾値より小さくなる）とエジェクタのエア供給口と圧縮エア供給源とを非連通状態に設定することによって、切削時において負圧が過剰に低減することを回避乃至抑制することができることを見出した。

即ち、本発明によれば、上記技術的課題を達成する被加工物保持装置として、吸着表面に開口する複数個の吸引孔を有する吸着テーブルと、該吸着テーブルの該吸引孔に付設された吸引手段とを具備する被加工物保持装置において、
該吸引手段はバキュームポンプ、エジェクタ及び圧縮エア供給源を含み、該エジェクタはエア供給口、エア排出口及び真空吸引口を有し、該エジェクタの該真空吸引口は該吸着テーブルの該吸引孔に接続され、該エジェクタの該エア供給源は該圧縮エア供給源に接続され、該エジェクタの該エア排出口は該バキュームポンプに接続されており、
該エジェクタの該エア供給口と該圧縮エア供給源とを接続する配管には、該エジェクタの該エア供給口と該圧縮エア供給源とを連通状態と非連通状態とに選択的に設定するための制御弁が配設されており、該エジェクタの該真空吸引口と該吸着テーブルの該吸引孔とを接続する配管には圧力検出手段が配設されており、該圧力検出手段が検出する圧力が所定閾値以下の時には該制御弁は該エジェクタの該エア供給口と該圧縮エア供給源とを連通状態に設定し、該圧力検出手段が検出する圧力が所定閾値より大きくなると該制御弁は該エジェクタの該エア供給口と該圧縮エア供給源とを非連通状態に設定する、
ことを特徴とする被加工物保持装置が提供される。

本発明者等の実験によれば、バキュームポンプと保持装置を接続している配管にエジェクタを介在させ、バキュームポンプとエジェクタを併用させると、バキュームポンプのみを使用する場合と比較して、発生する負圧が増大する。またバキュームポンプとエジェクタの併用では吸着テーブルの表面におけるエアリークの影響により負圧が低減してしまうが、保持装置に被加工物を載置した時点では負圧の増大を狙ってバキュームポンプ及びエジェクタの作動をさせ、その後、エアリークに起因して負圧が低減すると、エジェクタの作動を停止してバキュームポンプのみで発生する負圧により被加工物を保持することによって保持装置の表面におけるエアリークに起因する急激な負圧の低減を回避乃至抑制することができる。なお、本明細書内において、「負圧が増大する」とは、圧力における負の値が大きくなることを意味し、「負圧が低減する」とは、圧力における負の値が小さくなることを意味する。従って、「圧力が所定閾値以下」は圧力における負の値が所定閾値以上を意味し、「圧力が所定閾値より大きくなる」は圧力における負の値が所定閾値より小さくなることを意味する。

本発明によって構成された保持装置の要部斜視図。 本発明によって構成された保持装置のエジェクタ開時の状態を示す概略模式図。 本発明によって構成された保持装置のエジェクタ閉時の状態を示す概略模式図。 リーク実験を示す概略模式図。 リーク実験時の吸引圧力とリーク量の相関関係を示すグラフ。 被加工物４の切削加工時の状態を示す要部断面図。

以下、添付図面を参照して本発明の保持装置の好適実施形態について更に詳細に説明する。

図１には、本発明に従って構成された保持装置２の吸着テーブル６と共に吸引保持される被加工物４が図示されている。保持装置２は、図２に示すように、吸着テーブル６と吸引手段８とを具備する。保持装置２は、切削ブレードにて被加工物４を個々のチップに分割する切削装置内に配設され被加工物４を吸引保持する。図１に図示する被加工物4は、ＱＦＮパッケージ（Quad Flat Non-leaded package）、即ち、銅基板４aとその裏面に積層された樹脂４bで形成された矩形形状の半導体パッケージであり、通常は、僅かであるが反り等の変形を有している。銅基板４aには分割予定ラインＬで区画された複数個のデバイスＤが配設されている。

吸着テーブル６は、図２に図示するように、吸着部材１０と箱状部材１２と板状部材１４とからなる。箱状部材１２及び板状部材１４は、ＳＵＳ等の剛性材料で形成されている。箱状部材１２には凹部１６が形成されており、箱状部材１２の上面に板状部材１４がネジ等で箱状部材１２に固定されると、凹部１６によって吸引室１７が規定される。板状部材１４の上面には接着剤等で吸着部材１０が固定されている。吸着部材１０は樹脂等の弾性部材で形成され、被加工物４の上面面積と同一の上面面積を有する矩形形状である。図１に図示するように、吸着部材１０は水平な吸着表面１０aを有し、吸着表面１０aに開口する吸引孔１８が被加工物４の複数個のデバイスＤに対応して複数形成されている。また、被加工物４の分割予定ラインＬに対応して切削ブレード５（図６に記載）の逃げ溝である切削溝２０が形成されている。吸着部材１０に形成された複数個の吸引孔１８に連通して、板状部材１４には複数個の吸引孔２２が形成されている。箱状部材１２の底壁には貫通孔２４が形成されている（図２参照）。この貫通孔２４は、吸引室１７及び吸引孔２２を介して、吸着テーブル６の吸着表面１０aに開口する吸引孔１８に連通されている。

次いで、上記の吸着テーブル６の吸引孔１８に付設される吸引手段８について説明する。吸引手段８は、図２に図示するように、バキュームポンプ２６、エジェクタ２８及び圧縮エア供給源Eを含む。エジェクタ２８はエア供給口２８a、エア排出口２８b及び真空吸引口２８cを有する周知構造のものである。エジェクタ２８の真空吸引口２８ｃは吸着テーブル６の貫通孔２４に接続され、エジェクタ２８のエア供給口２８aは圧縮エア供給源Eに接続され、エジェクタ２８のエア排出口２８ｂはバキュームポンプ２６に接続されている。エジェクタ２８内にエア供給口２８aから矢印３０の方向に、圧縮エア源Eからの圧縮エアが供給されると、圧縮エアが高速でエジェクタ２８内を流れ、真空吸引口２８ｃに負圧が生成される。

図２に図示するように、エジェクタ２８のエア供給口２８aと圧縮エア供給源Eとを接続する配管３２aには、エジェクタ２８のエア供給口２８ａと圧縮エア供給源Ｅとを連通状態と非連通状態とに選択的に設定するための制御弁３４が配設されている。制御弁３４は、図示しない制御手段により配管経路を選択的に連通・遮断するように開閉する電磁バルブでよく、図示の実施形態においてはダブルソレノイドバルブから構成される。また、エジェクタ２８の真空吸引口２８ｃと吸着テーブル６の貫通孔２４とを接続する配管３２ｃには配管３２ｃ内の圧力（負圧）を検出する圧力検出手段３６が配設されている。

図２においては、バキュームポンプ２６が駆動され、制御弁３４によりエジェクタ２８のエア供給口２８aと圧縮エア供給源Ｅとを連通状態に設定されている。圧縮エア源Eからエジェクタ２８のエア供給口２８aからエジェクタ２８内に圧縮エアが流れることにより真空吸引口２８ｃに発生する負圧と、バキュームポンプ２６の吸引作用による負圧との協働によって、吸着部材１０の上面に作用する負圧は、バキュームポンプ２６のみ使用する場合（バキュームポンプ２６の最大負圧）よりも増大する。図３においては、バキュームポンプ２６が駆動され、制御弁３４によりエジェクタ１４のエア供給口２８aと圧縮エア供給源Ｅとが非連通状態に設定されている。エジェクタ２８に圧縮エアは流れずエジェクタ２８は作用せず、配管３２ｃを介して吸着部材１０の上面にはバキュームポンプ２６の吸引作用が働く。

続いて、上記の様に構成された保持装置２の吸着テーブル６の上面のエアリーク量と負圧との関係を検証する実験について、詳細を説明する。図４に示すように、保持装置２の吸引手段８に、吸着テーブル６に替えて検証用テーブル３８を接続する。検証用テーブル３８は、SUS等の金属で形成されたテーブル４０の表面に複数個の開口４２を有し、かかる複数個の開口４２に連通する吸引路４４が形成されている。開口４２の内径は５ｍｍに形成され、開口４２の内壁には図示しない雌ネジ部が形成されており、かかる雌ネジ部に外径５mmの雄ネジ４６を螺合し開口４２に隙間がないように封止できるようになっている。検証実験時に使用する検証用テーブル４０には、１０個の開口４２が形成されている。雄ネジ４６を一つ外すと内径５mmの開口４２が開口し、テーブル４０上面に内径５mmの開口でリークが発生している状況を模擬している。雄ネジ４６の外す個数によりテーブル３２上面の開口によるエアリーク量（以下「リーク量」という）を定量的に変更できる。

本検証実験においては、上記検証用テーブル３８を使用して、テーブル３２上面のリーク量と負圧の関係を、バキュームポンプ２６とエジェクタ２８を併用した場合（エジェクタ有り）とバキュームポンプ２６のみの場合（エジェクタ無し）との比較検証を行った。バキュームポンプとしては水封式バキュームポンプのモータ出力の異なるポンプＡ及びポンプＢの２種のポンプを使用し、下記表１の４条件について検証を行った。ポンプＡは２．２ｋｗ、ポンプＢは１．５ｋｗ、のモータ出力の水封式バキュームポンプである。それぞれの条件で、リーク量が開口内径０mm、５mm、１０mm、１５mm、２０mm、２５mmとなるように徐々に雄ネジ４６を外していき、各リーク量での負圧を圧力検出手段３６にて検出した。実験時には上述の検証用テーブル３８並びにバキュームポンプA及びＢに加えて、下記仕様の配管、エジェクタを使用した。
エジェクタ 真空吸引口２８ｃ ：内径３８．１mm
エア排出口２８ｂ ：内径２５．４mm
エア供給口２８ａ ：内径２５．４mm
配管 ３２a,３２b,３２c ：内径２５．４mm
圧縮エア供給圧 ：０．５乃至０．８ＭＰａ

４条件にて実験を行った結果を図５に示す。実験結果から、リークしていない場合（リーク量内径0mmの場合）には、条件２及び条件４のバキュームポンプ２６とエジェクタ２８とを連通状態（エジェクタ併用）（図２）にした際の負圧が、条件１及び条件３のバキュームポンプ２６とエジェクタ２８を非連通状態（エジェクタ無し）（図３）にした際の負圧よりも増大する。即ち、より強固に被加工物４を吸引保持することができることが理解される。一方、リーク量が内径５mm以上の場合には、条件２及び条件４の連通状態（エジェクタ併用）の負圧が急激に低減している。条件１及び条件３のエジェクタ無しでは、比較的負圧の低減が少ない。特に、条件１のモータ出力が大きいポンプＡではリーク量の影響が最も少ない。即ち、バキュームポンプ２６とエジェクタ２８とを併用した場合にはテーブル３２の上面に作用する負圧が増大するが、リークした際には負圧が急激に低減してしまう。バキュームポンプ２６とエジェクタ２８を非連通にすると、リークしても負圧の低減は比較的少ない。

上記実験結果から、バキュームポンプ２６とエジェクタ２８併用の際の特性を踏まえて構成された上述する保持装置の作動について説明する。最初に、切削装置に配設された本発明に従って構成された保持装置２の吸着テーブル６上に被加工物４を載置する。多少反りを有する被加工物４を上部から押圧し反りを物理的に矯正しながら、バキュームポンプ２６を作動させると共に、制御弁３４はエジェクタ２８のエア供給口２８ａと圧縮エア供給源Ｅとを連通状態に設定する。その結果、負圧が増大するため、図６に示すように、物理的に矯正された被加工物４と吸着テーブル６の密接状態が維持され、被加工物４を吸着テーブル６上により強固に吸引保持させることができる。その後、切削水を供給しながら高速回転する切削ブレード５を、図６に示すように、吸着テーブル６の切削溝２０に切り込み、分割予定ラインＬに沿って切削を行う。切削時には常時、圧力検出手段３６にて配管３２ｃの負圧の検出を行う。

切削を進めていくと徐々に負圧が低減していく。その理由は必ずしも明確ではないが、高速回転する切削ブレード５が被加工物４に切り込む際に個片化された被加工物４が僅かに動き吸引孔１８からリークすると推定される。切削を進め圧力検出手段３６が検出する負圧が所定閾値より小さくなる（即ち圧力が所定閾値より大きくなる）と制御弁３４はエジェクタ２８のエア供給口２８aと圧縮エア供給源Ｅとを非連通状態に設定する。その結果、リークした場合においても、負圧の急激な低減を抑制することができ、ある程度の吸引保持力を維持した状態で切削を続行できる。所定閾値は、図５に図示する条件１，３及び条件２，４のグラフが交差する近辺の圧力−（マイナス）９５乃至−９０ｋＰａに設定するのが好ましい。

２ 保持装置
４ 被加工物
６ 吸着テーブル
１４ エジェクタ
２６ バキュームポンプ
３２ 配管
３４ 制御弁
３６ 圧力検出手段
３８ 検証用テーブル
Ｅ 圧縮エア源

Claims (1)

1. 吸着表面に開口する複数個の吸引孔を有する吸着テーブルと、該吸着テーブルの該吸引孔に付設された吸引手段とを具備する被加工物保持装置において、
   該吸引手段はバキュームポンプ、エジェクタ及び圧縮エア供給源を含み、該エジェクタはエア供給口、エア排出口及び真空吸引口を有し、該エジェクタの該真空吸引口は該吸着テーブルの該吸引孔に接続され、該エジェクタの該エア供給源は該圧縮エア供給源に接続され、該エジェクタの該エア排出口は該バキュームポンプに接続されており、
   該エジェクタの該エア供給口と該圧縮エア供給源とを接続する配管には、該エジェクタの該エア供給口と該圧縮エア供給源とを連通状態と非連通状態とに選択的に設定するための制御弁が配設されており、該エジェクタの該真空吸引口と該吸着テーブルの該吸引孔とを接続する配管には圧力検出手段が配設されており、該圧力検出手段が検出する圧力が所定閾値以下の時には該制御弁は該エジェクタの該エア供給口と該圧縮エア供給源とを連通状態に設定し、該圧力検出手段が検出する圧力が所定閾値より大きくなると該制御弁は該エジェクタの該エア供給口と該圧縮エア供給源とを非連通状態に設定する、
   ことを特徴とする被加工物保持装置。

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