JP5528064B2

JP5528064B2 - 切断用ブレード

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Publication number: JP5528064B2
Application number: JP2009259762A
Authority: JP
Inventors: 正人中村
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2029-11-13
Also published as: JP2011104677A

Description

本発明は、半導体装置等の各種電子材料部品の切断などに用いられる切断用ブレードに関する。

切断用ブレードによって切断されて製造される電子材料部品として、半導体素子のように半導体ウェハから切断されて分割された後にリードフレームに実装されて樹脂モールディングされるもののほかに、例えばＱＦＮ（ｑｕａｄｆｌａｔｎｏｎ−ｌｅａｄｅｄｐａｃｋａｇｅ）と称されるもののように、リードフレーム上に一括して多数の素子を実装してこれらをまとめてモールディングした後に切断することにより個片化されて製造される電子材料部品や、あるいはＩｒＤＡ（赤外線データ通信協会）規格の光伝送モジュール（以下、単にＩｒＤＡと略称する。)のように、ガラスエポキシ樹脂製の基体に形成されたスルーホールの内周面にＮｉ、Ａｕ、Ｃｕ等のめっきが施された基板を有してやはり切断により個片化される電子材料部品などが知られている。
このような電子材料部品の切断においては、例えばＱＦＮではモールディング樹脂中に間隔をあけて配置されたＣｕ等の延性の高い金属リードフレームを切断することとなるため、切断の際の薄刃砥石の送り方向や回転方向にこのリードフレーム等の金属バリが生じ易いという問題がある。

金属バリの発生を抑制する切断用ブレードとして、下記特許文献１には硬化樹脂中にウィスカーを添加したもの、あるいは、特許文献２には硬化樹脂中にＷＣ粉末を所定量添加したものがそれぞれ提案されている。

特開平１―１１５５７４号公報特開２００６−６２００９号公報

ところで、前記した硬化樹脂中にウィスカーを添加した切断用ブレードやＷＣ粉末を添加した切断用ブレードにあっては、硬化樹脂中に添加したウィスカー等が方向性をもって配列されるため、ある方向に対しては比較的強い耐摩耗性を有するものの、他の方向に対しては強い耐摩耗性が得られず、全体として良好な耐摩耗性が得られないという欠点があった。
特に、ドクターブレード法を用いて成型される切断用ブレードにあっては、硬化樹脂中のウィスカー等の配列方向が一方向に定まってしまい、異方性が顕著に現れる。
加えて、前述した切断用ブレードにあっては、成型後に特定方向へ樹脂の収縮率が大きくなることに起因して、製品としての寸法精度が低下し、所望の切断性能が得られないという欠点があった。

本発明は、このような背景の下になされたもので、ボンド部中に添加されるフィラーの異方性を緩和し、耐摩耗性並びに切断性能の向上が図れ、加えて金属バリの発生も抑えることができる切断用ブレードを提供することを目的としている。

前記の課題を解決するために、本発明は、以下の手段を提案している。
すなわち、本発明に係る切断用ブレードは、円環形の板状をなし、その外周縁部によって切断を行い、少なくとも１層以上からなり、ボンド部中に分散配置されるフィラーとして、四面体の中心から各頂点に向かって針状部が四方に伸びた３次元結晶構造のフィラーを有し、前記３次元結晶構造のフィラーは、前記針状部の長さが０．１μｍ〜１００μｍの範囲とされ、金属酸化物の結晶構造体からなっていることを特徴とする。

前記のように構成された切断用ブレードによれば、四面体の中心から各頂点に向かって針状部が四方に伸びた、いわゆるテトラポットに近似した３次元結晶構造のフィラーを有しており、この構造のフィラーは、方向性がなくどの方向から見ても全体の長さや幅は変わらない。
このため、このようなフィラーが添加されたボンド部は、異方性が緩和されることとなり、どの方向に対しても略同一の耐摩耗性を確保でき、結果的に耐摩耗性に優れるものとなる。また、成型後のボンド部においては、特定方向への収縮率が高くなるといった事態を回避でき、製品としての寸法精度の向上が図れる。これに伴い、切断性能が向上するとともに、バリの発生を抑制できる。

また、前記３次元結晶構造のフィラーは、前記針状部の長さが０．１μｍ〜１００μｍの範囲とされている。仮に、針状部の長さが０．１μｍ未満であると、フィラーとしての大きさを確保することができず、該フィラーを添加する際の効果である、機械的強度を補うことができにくくなる。また、針状部の長さが１００μｍを越えると、針状部自体が損傷し易くなり、例えばボンド部に添加する際あるいはその後の成型時において、針状部が折れたりあるいは曲がったりするおそれがあり、３次元結晶構造の利点が得にくくなる。

また、前記３次元結晶構造のフィラーは、金属酸化物の結晶構造体からなっている。金属酸化物の結晶構造体であると、前述した３次元結晶構造のものを容易に得ることができる。たとえば、亜鉛を所定雰囲気中で酸化熱処理を行うことで、四面体の中心から各頂点に向かって針状部が四方に伸びた３次元結晶構造のものを容易に得ることができる。

前記金属酸化物の結晶構造体のフィラーは、前記３次元結晶構造のフィラーのほか他の形状のフィラーを備え、それら金属酸化物の結晶構造体からなる３次元結晶構造のフィラーと金属酸化物の結晶構造体からなる他の形状のフィラーとの体積比が１０：９０〜９０：１０の範囲であることが好ましい。
金属酸化物の結晶構造体のフィラーは、損傷され易いものが多く、例え針状部が折れる等してその形状が変わる場合であっても、３次元結晶構造のフィラーと金属酸化物の結晶構造体からなる他の形状のフィラーとの体積比が１０：９０〜９０：１０の範囲であれば、３次元結晶構造のフィラーの特徴である異方性を緩和する機能を充分発揮できる。

超砥粒抜きの前記ボンド部における、前記金属酸化物の結晶構造体のフィラーの体積パーセントが１〜４０％に設定されていることが好ましい。
この場合、金属酸化物の結晶構造体のフィラーの体積パーセントが１〜４０％に設定されていれば、金属酸化物の結晶構造体のうち３次元結晶構造のものがもつ機能、つまり、異方性を緩和する機能を充分発揮することができ、もって、耐摩耗性並びに切断性能の向上が図れるとともに金属バリの発生も抑えることができる。
より好ましくは、前記体積パーセントは２０〜３０％に設定される。
また、切断用ブレードの厚さが、０．０５〜０．５ｍｍであることとしてもよい。

本発明に係る切断用ブレードによれば、ボンド部中に添加されるフィラーの異方性を緩和し、耐摩耗性並びに切断性能の向上が図れ、加えて金属バリの発生も抑えることができる。

本発明の一実施形態を示す切断用ブレードの側面図である。図１に示す実施形態の切断用ブレードにおける薄刃砥粒層の外周縁部の拡大断面図である。図１に示す実施形態の切断用ブレードで用いられた酸化亜鉛の結晶構造体の各種を示す斜視図である。本発明の実施例および比較例１〜３によって切断したＱＦＮの断面図である。本発明の実施例および比較例１〜３によって切断したＩｒＤＡ基板の断面図である。

図１〜図３は、本発明の一実施形態を示すものであり、図１は切断用ブレードの側面図、図２は図１に示す切断用ブレードにおける薄刃砥粒層の外周縁部の拡大断面図、図３は図１に示す実施形態の切断用ブレードで用いられた酸化亜鉛の結晶構造体の各種を示す斜視図である。

本実施形態の切断用ブレードは図１に示すように軸線Ｏを中心とした円環形で厚さ０．０５〜０．５ｍｍ程度の薄肉板状をなし、それ自体が図２に示すような薄刃砥粒層１によって形成されていて、その内径部が切断装置の主軸に取り付けられて上記軸線Ｏ回りに回転されつつ該軸線Ｏに垂直な方向に送り出されることにより、この薄刃砥粒層１の外周縁部、すなわち上記厚さと等しい極小さな幅の外周面１Ａと、両側面１Ｂの外周側、およびこれら外周面１Ａと両側面１Ｂとが交差する円周状の両エッジ部１Ｃとによって、上述したＱＦＮやＩｒＤＡのような樹脂中に金属材を有する電子部品材料の切断に使用される。

そして、この薄刃砥粒層１は、フェノール樹脂やポリイミド樹脂等の耐熱樹脂よりなる樹脂結合剤相（ボンド部）２に、ダイヤモンドやｃＢＮ等の超砥粒３と酸化亜鉛の結晶構造体からなるフィラー４とがそれぞれ略均一に分散されて保持された構成とされている。

ここで、酸化亜鉛の結晶構造体からなるフィラー４としては図３（ａ）〜（ｂ）に示すように、種々の形状のものがある。図３（ａ）には正四面体あるいは単なる四面体の中心から各頂点に向かって針状部４ａａが四方に伸びた３次元結晶構造のフィラー４ａを示す。図３（ｂ）には前記３次元結晶構造のフィラー４ａにおいて、４本ある針状部４ａａのうちの１本が根元から折れた形状のフィラー４ｂを示す。図３（ｃ）には前記３次元結晶構造のフィラー４ａにおいて、４本ある針状部４ａａのうちの２本が根元から折れた形状のフィラー４ｃを示す。図３（ｄ）には板状に形成されたフィラー４ｄを示す。
その他、前記３次元結晶構造のフィラー４ａにおける針状部４ａａの先端部分が折れてなる、単なる針状部形状のフィラーもある。

前記正四面体あるいは単なる四面体の中心から各頂点に向かって針状部が四方に伸びた３次元結晶構造のフィラー４ａは、亜鉛を所定雰囲気中で酸化熱処理を行うことで得られる単結晶体である。また、このフィラー４ａは、針状部４ａａの平均繊維長が１０μｍ、比重が５．７８、かさ比重が０．１、融点が２０００℃、昇華点が１７２０℃、熱膨張係数が３．１８×１０^-6℃の性質をもつ。

ここで、前記３次元結晶構造のフィラー４ａは、針状部４ａａの長さが０．１μｍ〜１００μｍの範囲とされている。
また、前記酸化亜鉛の結晶構造体からなるフィラー４のうち、前記３次元結晶構造のフィラー４ａと酸化亜鉛の結晶構造体からなる他の形状のフィラー（４ｂ、４ｃ、４ｄ）との体積比は、１０：９０〜９０：１０の範囲に設定されている。

また、前記切断用ブレードにおいて、超砥粒３抜きの樹脂結合剤相２における、前記金属酸化物の結晶構造体のフィラー４の体積パーセントは、１〜４０％に設定されており、より好ましくは２０〜３０％に設定されている。

上記構成の切断用ブレードは以下のようにして作られる。
まず、例えばフェノール樹脂を所定量秤量し、ＩＰＡ溶媒を１０ｍｌ加えてフェノール樹脂を溶解させる。次に、溶解させた樹脂溶液と酸化亜鉛の結晶構造体からなるフィラー４や必要に応じてＷＣ等の他のフィラーを添加し、ドクターブレード法により、例えば、厚さ０．３ｍｍのシートを成型する。
次いで、このシートを乾燥させた後、該シートから直径７０ｍｍの円板状ブレードをくり抜き、この円板状ブレードをホットプレスにて圧縮成型する。成型条件は、熱板２００℃、１８０℃×３０分間、圧力１０トンである。
こうして得られる円板状ブレードを所定サイズとなるよう、外周部と内周部を切断あるいは研削加工することで所望形状の切断用ブレードを得ることができる。

このように構成された切断用ブレードにおいては、四面体の中心から各頂点に向かって針状部が四方に伸びた、いわゆるテトラポットに近似した３次元結晶構造のフィラー４ａを有しており、このような構造のフィラー４ａは、方向性がなくどの方向から見ても全体の長さや幅は変わらない。
このため、このようなフィラー４ａが添加された樹脂結合剤相２は、異方性が緩和されることとなり、どの方向に対しても略同一の耐摩耗性を確保でき、結果的に耐摩耗性に優れるものとなる。また、成型後の樹脂結合剤相２においては、ある方向への収縮率が高くなるといった事態が回避でき、製品としての寸法精度の向上が図れる。これに伴い、切断性能が向上するとともに、バリの発生を抑制できる。

ここで、前記３次元結晶構造のフィラー４ａは、前記針状部４ａａの長さが０．１μｍ〜１００μｍの範囲とされている。これにより、このフィラーの特有の効果である異方性を緩和する効果を充分発揮することができる。仮に、針状部４ａａの長さが０．１μｍ未満であると、フィラーとしての大きさを確保することができず、該フィラーを添加する際の効果である、機械的強度を補う点が得られなくなる。また、針状部４ａａの長さが１００μｍを越えると、針状部４ａａ自体が損傷し易くなり、例えば樹脂結合剤相２に添加する際あるいは成型時において、針状部４ａａが折れたりあるいは曲がったりするおそれがあり、３次元結晶構造の利点が得られなくなる。

また、前記３次元結晶構造のフィラー４ａは、金属酸化物の結晶構造体からなっている。金属酸化物の結晶構造体であると、前記３次元結晶構造のものを容易に得ることができる。たとえば、前述したように、亜鉛を所定雰囲気中で酸化熱処理を行うことで、四面体の中心から各頂点に向かって針状部が四方に伸びた３次元結晶構造のものを容易に得ることができる。

ここで、金属酸化物の結晶構造体のフィラー４は、損傷され易いものが多く、例えば針状部が折れる等してその全体形状が変わる場合がある。しかしながら、ここでは、３次元結晶構造のフィラー４ａと金属酸化物の結晶構造体からなる他の形状のフィラーとの体積比が１０：９０〜９０：１０の範囲に設定されており、この範囲内であれば、３次元結晶構造のフィラー４ａの特徴である異方性を緩和する機能を充分発揮できる。

また、この実施形態では、超砥粒抜きの前記樹脂結合剤相２における、前記金属酸化物の結晶構造体のフィラー４の体積パーセントが１〜４０％に設定されている。このように金属酸化物の結晶構造体のフィラー４の体積パーセントが１〜４０％に設定されていれば、金属酸化物の結晶構造体のうち３次元結晶構造のものがもつ機能、つまり、異方性を緩和する機能を充分発揮することができ、もって、耐摩耗性並びに切断性能の向上が図れるとともに金属バリの発生も抑えることができる。

なお、本発明は前記した実施形態に限定されることなく、必要に応じて適宜設計変更可能である。
例えば、図１に示す切断用ブレードでは、薄刃砥粒層１が一つであるが、これに限られることなく、このような薄刃砥粒層１が複数あるものにも本発明は適用可能である。

また、前記実施形態は、ボンド部として耐熱樹脂よりなる樹脂結合剤相２を例に挙げて説明したが、これに限られることなく、セラミックス質の結合剤相を用いるビトリファイドボンドであっても本発明は適用可能である。
また、前記実施形態では、樹脂結合剤相２に添加されるフィラーとしては、必ずしも、酸化亜鉛の結晶構造体からなるフィラー４に限られることなく、他の金属酸化物の結晶構造体であってもよく、さらに金属酸化物の他にＷＣ粉末やＳｉＣウィスカーあるいはグラスファイバ等を加えてもよい。

以下、より具体的な実施例を挙げて本発明の効果について説明する。
〈第１実施例〉
本実施例では、フィラーとしてＷＣ粉末の含有量を一定とし（２５％）、酸化亜鉛の結晶構造体４の添加割合を種々変えた８種の本発明に係わる切断用ブレードを用意した。この切断用ブレードは、外径５８ｍｍ、内径４０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍである。また、樹脂結合剤相２はフェノール樹脂、超砥粒３は粒度♯２３０のダイヤモンド砥粒であって集中度は７５である。この切断用ブレードにより、ドレッサープレートを切断し、摩耗試験を行った。
また、上記実施例１〜８と同じ形状であって、酸化亜鉛の結晶構造体４の添加する代わりに、ＳｉＣウィスカーやグラスファイバをそれぞれ１０体積％添加したものを比較例１，２とし、これら比較例１，２の切断用ブレードを用いて実施例１〜８と同様の摩耗試験を行った。
このときの、実施例１〜８、比較例１、２の切断用ブレードの組成を下記の表１に示す。

試験条件は以下のとおりである。
使用サイダー東京精密製／Ａ―ＷＤ−１０Ａ
使用ドレスプレートＷＡ ♯２００
スピンドル回転数１５０００ｍｉｎ⁻¹
送り速度１００ｍｍ／ｓ
冷却水：周方向１．２Ｌ／ｍｉｎ、両側面０．８Ｌ／ｍｉｎ
また、１セットごとに３０本の溝入れ加工を施し、これを５セット行い、合計１５０本の溝入れ加工を行った。摩耗試験結果を下記の表２、表３に示す。

表２は５セット行った結果の平均摩耗を、また表３には５セット行ったときの累計摩耗をそれぞれ表している。
また、これら摩耗量を下記の表４、表５ではそれぞれグラフに表した。

これらの表から明らかなように、酸化亜鉛の結晶構造体のフィラーを添加した実施例１〜８の切断用ブレードでは摩擦量が少なく、特に、前記フィラーを２０体積％あるいは３０体積％の範囲で添加した実施例２，３の切断用ブレードの摩耗量が少なかった。
これは、酸化亜鉛の結晶構造体のフィラーのうち、３次元結晶構造のフィラーの異方性緩和機能が充分発揮されたものと推測される。なお、酸化亜鉛の結晶構造体のフィラーの添加割合が４０体積％以上になると、フェノール樹脂の結合力が弱まり、逆に摩耗量が増えることがわかった。
また、酸化亜鉛の結晶構造体のフィラーを有さず、代わりにＳｉＣウィスカーやグラスファイバのフィラーを添加した比較例１，２の切断用ブレードでは、摩耗量が大きいことがわかった。

また、ドクターブレード法を採用して成型したシートから直径７０ｍｍの円板状ブレードをくり抜き、この円板状ブレードをホットプレスにて圧縮成型して焼結させ、この焼結体の反りを測定した。
その結果を下記の表６に示す。

この結果から明らかなように、実施例１〜６では、１０１μｍ〜１５０μｍあるいは１５１μｍ〜２００μｍ程度の反り量がもっとも多いのに対し、比較例１，２では３００μｍ以上の反り量が最も多いことがわかった。この理由は、比較例１，２のように酸化亜鉛の結晶構造体のフィラーを有しない切断用ブレードは、３次元結晶構造のフィラーの異方性緩和機能を有さないためと推測される。
〈第２実施例〉

本実施例では、第１実施例で説明した、それぞれフィラーの組成が異なる実施例１〜８並びに比較例１，２の切断用ブレードを用いて、まず図４に示すようにモールディング樹脂１１中にＣｕリードフレーム１２が間隔をあけて配置されたＱＦＮの切断を行い、その切断初期と５００ｍ切断時とで、切断抵抗と１０ｍ切断中の薄刃砥粒層の摩耗量とを計測するとともに、切断面を観察してＣｕリードフレーム１２から延びるバリの大きさ（図４に示すように、横方向（送り方向）に延びるバリの大きさをＸ、上方向に延びるバリの大きさをＹとする。）を測定した。これらの結果を切断初期については表７に、５００ｍ切断時については表８にそれぞれ示す。なお、切断抵抗は、この切断用ブレードを取り付けた切断装置の主軸を回転させるモーターの負荷電流（Ａ）として計測しており、無負荷時には２．６Ａであった。

試験条件は以下のとおりである。
使用サイダー東京精密製／Ａ―ＷＤ−１０Ａ
使用ドレスプレートＷＡ ♯２００
スピンドル回転数２１０００ｍｉｎ⁻¹
送り速度８０ｍｍ／ｓ
冷却水：周方向１．２Ｌ／ｍｉｎ、両側面０．８Ｌ／ｍｉｎ
なお、上記Ｃｕリードフレーム１２の外径ｄは０．３ｍｍ、隣接するＣｕリードフレーム１２間のピッチＰは０．３５ｍｍであった。

これらの結果を、切断初期については表７に、５００ｍ切断時については表８にそれぞれ示す。

次に、実施例１〜８および比較例１，２と同形状、同寸法、同樹脂結合剤の切断用ブレードにより、図５に示すようにガラスエポキシ樹脂よりなる基材１３に間隔をあけて形成されたスルーホールの内周面に、両端にフランジ状部１４Ａを有するようにしてＮｉ−Ｃｒ−Ａｕの金属めっき１４が施されたＩｒＤＡ基板の切断を行い、上記ＱＦＮ切断の場合と同様に切断初期と５００ｍ切断時とで、切断抵抗と摩耗量、および上記金属めっき１４から延びるバリの大きさ（図５に示すようにスルーホール内に横方向（送り方向）に延びるバリの大きさをＸ、基板底部から下方向に延びるバリの大きさをＹとする。）を測定した。これらの結果を、切断初期については表９に、５００ｍ切断時については表１０にそれぞれ示す。
ただし、これら実施例１〜８および比較例１，２の切断用ブレードを用いた試験条件は、前述したとおりである。
また、スルーホールの長さＬは０．１８ｍｍ、スルーホールの内径Ａは０．１７ｍｍ、スルーホール内周面に施された金属めっき１４の内径Ｂは０．０４ｍｍ、フランジ状部１４Ａの外径Ｃは０．７ｍｍ、隣接するスルーホール間のピッチＰは２．０ｍｍであった。

これら表７〜１０の結果より、ＱＦＮおよびＩｒＤＡ基板の切断のいずれにおいても、まず樹脂結合剤相に酸化亜鉛の結晶構造体のフィラーを添加していない比較例１、２の切断用ブレードでは、酸化亜鉛の結晶構造体のフィラーを添加した実施例１〜８の切断用ブレードに比べ、切断抵抗、バリ、および摩耗量のすべてが切断初期から大きく、その傾向は５００ｍ切断時で一層顕著となる。これに対して、樹脂結合剤相に酸化亜鉛の結晶構造体のフィラーを分散した実施例１〜８の切断用ブレード、特に酸化亜鉛の結晶構造体のフィラーを２０体積％、３０体積％の範囲で添加した実施例２、３の切断用ブレードでは、切断初期から切断抵抗、バリ、および摩耗量はともに低く抑えられている。そして、さらに５００ｍ切断時においては、実施例８では摩耗量が大きくなって、特にＩｒＤＡ基板の切断ではバリの大きさも増加する傾向となっているのに対し、本発明に係わる他の実施例１〜７の切断用ブレードでは、切断抵抗には変化がなく、また摩耗量や、そしてバリの大きさも十分に小さい範囲に抑えられているのが分かる。また、実施例１〜８のうちでも酸化亜鉛の結晶構造体のフィラーの含有量を２０体積％、３０体積％とした実施例２，３では特に摩耗量が小さく抑えられているのが分かる。

１薄刃砥粒層
２樹脂結合剤相（ボンド部）
３超砥粒
４酸化亜鉛（金属酸化物）の結晶構造体

Claims

円環形の板状をなし、その外周縁部によって切断を行い、
少なくとも１層以上からなり、ボンド部中に分散配置されるフィラーとして、四面体の中心から各頂点に向かって針状部が四方に伸びた３次元結晶構造のフィラーを有し、
前記３次元結晶構造のフィラーは、前記針状部の長さが０．１μｍ〜１００μｍの範囲とされ、金属酸化物の結晶構造体からなっていることを特徴とする切断用ブレード。
請求項１に記載の切断用ブレードにおいて、
前記金属酸化物の結晶構造体のフィラーは、前記３次元結晶構造のフィラーのほか他の形状のフィラーを備え、それら金属酸化物の結晶構造体からなる３次元結晶構造のフィラーと金属酸化物の結晶構造体からなる他の形状のフィラーとの体積比が１０：９０〜９０：１０の範囲であることを特徴とする切断用ブレード。
請求項２に記載の切断用ブレードにおいて、
超砥粒抜きの前記ボンド部における、前記金属酸化物の結晶構造体のフィラーの体積パーセントが１〜４０％に設定されていることを特徴とする切断用ブレード。
請求項３に記載の切断用ブレードにおいて、
超砥粒抜きの前記ボンド部における、前記金属酸化物の結晶構造体のフィラーの体積パーセントが２０〜３０％に設定されていることを特徴とする切断用ブレード。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の切断用ブレードにおいて、
当該切断用ブレードの厚さが、０．０５〜０．５ｍｍであることを特徴とする切断用ブレード。