JP6189032B2

JP6189032B2 - 銀貫通電極付きセラミック基板の研削方法

Info

Publication number: JP6189032B2
Application number: JP2012263960A
Authority: JP
Inventors: 山本　栄一; 栄一山本; 翼坂東; 吉田　剛; 剛吉田
Original assignee: 株式会社岡本工作機械製作所
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2032-12-03
Also published as: JP2014108486A

Description

本発明は、カップホイール型研削砥石を用いてセラミック基板に金属（銀、金、銅、アルミニウム）電極が設けられた電極付きセラミック基板表面を研削加工して基板の厚みを薄肉化する、セラミック基板の研削方法に関する。電極付きセラミック基板は、発光デバイス（ＬＥＤ）に利用される。

特開２０１０−１５３７４２号公報（特許文献１）は、発光デバイスに利用される電極付きセラミック基板の製造方法を提案する。セラミック基板の素材として、ガラスセラミック、サファイア、炭化珪素、アルミナ、窒化珪素等が利用できることも開示する。

また、特開２０１０−１２３６０６号公報（特許文献２）は、中央部に窪みを有するパッケージ基板と、前記窪みの底辺に実装された発光素子と、前記窪みの壁面に形成された反射膜と、前記窪みの底辺から前記パッケージ基板の裏面に貫通する貫通孔に導電材料（Ａｇペースト）が充填された貫通銀電極とを備え、前記反射膜及び前記貫通電極は、前記窪みの壁面及び前記貫通孔の側壁面にナノＡｇ金属粒子を付着させて熱処理により得られた金属材料を含む発光デバイスを提案する。前記導電材料を充填する工程の後に、前記穴が形成された表面とは反対側の裏面を研削して、前記充填された導電材料を露出させて平坦化する工程を有することも開示する。

一方、特開２００５−１９７５号公報（特許文献３）は、互いに同種の無機物質（窒化アルミニウムやアルミナ）で構成される結晶子径平均１〜５０μｍの複数の結晶相が異種の無機物質で構成される粒界相を介して接合した構造を含むセラミック基板を、粒度＃２，０００〜＃３０，０００の砥粒（ダイヤモンド、ＳｉＣ、アルミナ、ＢＮ）を導電性金属ボンド剤（鉄、鋳鉄、カーボン）で結合した導電性砥石を用いた電解インプロセスドレッシング研削により加工してその少なくとも一つの面の算術表面粗さＲａが０．０４μｍ以下のセラミック基板を作成し、そのＲａが０．０４μｍ以下の表面上に金属薄膜層をスパッタリングやＣＶＤ方法で接合したメタライズセラミック基板を開示する。

また、セラミック材の研削方法として特開２０１０−８３８７５号公報（特許文献４）は、水静圧軸受けされた砥石軸に軸承されたダイヤモンドレジノイド砥石車を用い、水静圧軸受けされた回転軸に軸承されたロータリーテーブル上にセラミック材（ワーク）を載せ、このワークを回転させながら前記砥石車でワーク表面をロータリー研削加工する方法を開示する。この特許文献４の段落００４１には、砥石車の磨耗を回復するドレッシング作業は、研削開始前、または、研削終了後に行う記載がなされている。

上記特許文献３および特許文献４記載のワークは、セラミック材であって貫通電極付きセラミック基板ではない。

本願特許出願がなされる現在の発光デバイス製造現場では、厚み４．７から４．８ｍｍ対角長さ３２１ｍｍの１６角貫通電極付きセラミック基板（ワーク）をバキュームチャック回転テーブル上に載置し、粒度＃３００〜＃１，２００の砥粒（ダイヤモンド、ＳｉＣ、アルミナ、ＢＮ）をボンド剤で結合（メタルボンドまたはビトリファイドボンド）したカップホイール型砥石を用い、その砥石を軸承する砥石軸をワークに急速度で接近させ、エアーカット作業後に前記接近速度の１／１０速度でワークに前記砥石を移動させてワークに当接させた後、砥石軸を前進させて砥石とワークを摺擦するインフィード研削をなし、ワーク厚みが所望の厚み（４．５ｍｍ）となったらスパークアウトさせ、砥石軸を研削
開始位置まで後退させる方法が実施されている。砥石の磨耗を回復するドレッシング作業は、研削開始前、または、研削終了後に行なわれている。

特開２０１０−１５３７４２号公報特開２０１０−１２３６０６号公報特開２００５−１９７５号公報の図１特開２０１０−８３８７５号公報の図１

上述の現在の現場で貫通電極付きセラミック基板（ワーク）をカップホイール型研削砥石で薄肉化する方法は、ドレッシング作業が研削加工の開始前、または研削加工終了後に行われている。それゆえ、ワークの研削加工の途中で砥石によるワーク表面の研削取り代速度が随時低下し、研削作業時間が長くなる。

本発明者らは、前記特許文献３記載のように研削砥石によるワークの研削加工とドレッサーによる研削砥石の成形を同時に行うインプロセス加工方法を採用すれば、研削速度を暫時低下させることなくワークの研削加工時間を短縮できることを見出し、本発明に想到した。

しかしながら、カップホイール型研削砥石で金属電極付きセラミック基板の平面を研削加工するとともにイン・シチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）でドレッシング砥石を用いて前記カップホイール型研削砥石の砥石刃先をドレッシング成形しつつ平面研削加工を行ったところ、研削加工される金属電極付きセラミック基板の枚数が増加するに連れて基板の研削加工速度が低下することが見出された。また、電極の周縁部が砥石回転により引き伸ばされてスプライン筋（図２ｂ参照）を形成し、基板の研削加工は不合格とされる研削加工基板も多数、見出された。これらの原因は、電極素材の金属（Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ）がセラミックに比較して軟らかいので、電極研削屑がカップホイール型研削砥石の砥石刃先に付着し、基板の研削加工枚数が増加するに連れてその付着量が増加し終には研削砥石として機能を発揮しなくなるとともに、カップホイール型研削砥石の砥石刃先に付着した電極研削屑が金属電極付きセラミック基板の電極周縁に付着して砥石回転によりによりスプライン筋状となると推量される。

本発明者らは、ｉｎ−ｓｉｔｕでカップホイール型研削砥石をドレッシングする研削加工方法において、カップホイール型研削砥石の刃先に付着する電極研削屑を研削加工回転テーブル外領域へ洗い落とすことにより砥石の研削速度を低下させることなく且つ上記スプライン筋の発生も解消できると推量し、前記成形砥石によるカップホイール型研削砥石のドレッシング成形に換えて、高圧洗浄水をカップホイール型研削砥石の刃先に向けて噴出させて金属電極研削屑を洗い落とすことを試みたところ、金属電極付きセラミック基板にスプライン筋の発生のない研削加工基板（合格品）が得られることを確認し、本発明に想到した。

本発明は、銀貫通電極付きセラミック基板（ワーク）をバキュームチャック回転テーブル上に載置し、砥番＃３００〜＃１，２００のダイヤモンド砥粒がビトリファイドボンドで結合されたカップホイール型研削砥石を用い、そのカップホイール型研削砥石を定速で下降させ前記銀貫通電極付きセラミック基板の表面上で摺擦させて厚みを減少させる研削加工を行うとともに、前記銀貫通電極付きセラミック基板の研削加工に供されていない前記バキュームチャック回転テーブルの領域外に位置する部分の前記カップホイール型研削砥石の砥石刃にこの砥石刃までの距離５〜２０ｍｍの位置にあるノズル噴出口より圧力３〜１５ＭＰａの洗浄水を噴射角度５〜１８度で扇状に連続もしくは間歇的に噴射させて前記砥石刃に付着した銀貫通電極研削屑を洗い落とす砥石刃洗浄を行うことを特徴とする、銀貫通電極付きセラミック基板の研削方法を提供するものである。

研削砥石による電極付きセラミック基板の研削加工と前記研削砥石の砥石刃に付着した金属電極研削加工屑、絶縁層屑、樹脂屑などを高圧ジェット洗浄水による除去のドレッシング作業を同時（ｉｎ−ｓｉｔｕ）に平行して行うので、研削加工中、研削砥石の目立てが常時、高圧ジェット洗浄水により実施されるので研削砥石のワーク研削速度が低下することはなく、且つ、スプライン筋の発生もない基板を得ることができる。さらに、高圧ジェット洗浄水による砥石刃のドレッシング作業による砥石刃の磨耗は無視できるほど極めて小さいので、カップホイール型研削砥石の寿命に与える影響は殆どない。

図１はワークの研削加工作業の要部を示す一部切欠き正面図である。図２は研削加工された貫通Ａｇ電極付きセラミック基板表面の銀電極近傍を示す平面図である。

図１に示す電極付きセラミック基板（ワーク）ｗの研削装置１は、ポーラスセラミックチャックテーブル２ａを回転軸２ｂに軸承させた基板吸着チャック機構２、砥石軸３ｂに軸承された高い砥番のカップホイール型研削砥石３ａを備える砥石ヘッド３、該研削砥石の砥石刃先３ａ_ｇを高圧ジェット洗浄するノズル４ａを備える洗浄液噴射装置４および貫通電極付きセラミック基板の貫通電極が形成されている面に研削液を供給する研削液供給ノズル５を備える。貫通電極付きセラミック基板ｗは、電極が形成されている基板面ｗ_ｄを上方に向けて前記ポーラスセラミックチャックテーブル２ａ上に載置される。図中、６は脱気管、７は給水管、８は流体室である。流体室８を脱気管６で減圧することにより貫通電極付きセラミック基板ｗのポーラスセラミックチャックテーブル２ａ上での固定が確固したものとなる。

電極付きセラミック基板ｗとしては、セラミック基板に貫通電極が設けられた基板、セラミック基板の表面に金属電極板が貼り合わされた基板が挙げられる。セラミック素材としては、ガラスセラミック、サファイア、炭化珪素、アルミナ、窒化珪素等が利用できる。

前記カップホイール型研削砥石３は、砥粒素材として砥番＃３００〜＃１，２００のダイヤモンド、ｃＢＮ、ＳｉＣの砥粒を用いたビトリアイドボンド砥石、メタルボンド砥石、レジンボンド砥石などが利用できる。なかでも、ダイヤモンドビトリファイドボンドカップホイール型研削砥石が面平坦度仕上げおよび研削速度の面で優れる。

研削液供給ノズル５より供給される研削液としては、純水が一般であるが、セラミックおよび電極素材の金属によっては、純水以外のエタノールアミン水溶液、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液、苛性カリ水溶液、酢酸、塩酸等の導電性水溶液、セリア水分散液、アルミナ水分散液なども利用してもよい。

洗浄液噴射装置４のノズル４ａより供給される洗浄液としては、上述の研削液を用いてもよいが、排水処理の面から純水が一般的である。洗浄水の砥石刃３ａ_ｇへの噴射角度は５〜１８度の扇形状である。

洗浄液噴射装置４としては、旭サナック株式会社の精密高圧ジェット水洗浄機械“ＨＰＭＪＡＦＳ５４００Ｓ”（商品名）が利用できる。

上記研削装置１のカップホイール型研削砥石研削砥石３ｇを用いて電極付きセラミック基板（ワーク）ｗの電極付き面ｗ_ｄを平坦化加工する表面研削加工作業は、電極付きセラミック基板の電極面ｗ_ｄを上方向に向けてバキュームチャック２のポーラスセラミックテーブル２ａ上に載置し、回転軸２ｂを１００〜１５０ｍｉｎ^−１回転させることによりワークを回転させ、高粒度カップホイール型研削砥石３ａの砥石軸３ｂを１，２００〜２，０００ｍｉｎ^−１回転させながら３０μｍ／分の下降速度で下降させて、そのカップホイール型研削砥石の砥石刃先３ａ_ｇを前記ワークｗ表面上で摺擦させて厚みを所望量（２〜５０μｍ）減少させるワークの仕上げ研削加工をするとともに、この研削加工中に前記カップホイール型研削砥石のセラミック基板の表面研削加工に供されていないポーラスセラミックテーブル２ａ外領域部分の砥石刃先３ａ_ｇにこの砥石刃までの距離５〜２０ｍｍ位置にあるノズル噴出口４ａより圧力３〜１５ＭＰａ、好ましくは、１０〜１２ＭＰａの洗浄水を噴射させて砥石刃に付着した金属電極（Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ等）研削屑、絶縁層研削屑、樹脂研削屑等を洗い流す砥石刃洗浄工程（加圧水ドレッシング）を行う。上記研削加工中、ワークの表面には研削液供給ノズル５より研削液が１０〜２０リットル／分の割合で供給される。

実施例１
ワークｗとして銀電極板の多数がＳｉｃ基板表面に設けられた銀電極付きセラミック基板を用いた。

このワークｗを銀電極面が上方向を向くようにバキュームチャック２のポーラスセラミックテーブル２ａ上に載置し、回転軸２ｂを１２０ｍｉｎ^−１回転させることによりワークを回転させ、砥番＃５００のダイヤモンドビトリファイドボンドカップホイール型研削砥石３ａを用いてこのカップホイール型研削砥石３ａの砥石軸３ｂを１，６００ｍｉｎ^−１で回転させながら３０μｍ／分の下降速度で下降させて、そのカップホイール型研削砥石の砥石刃先３ａ_ｇを前記ワークｗ_ｄ表面上で摺擦させて厚みを所望量（２０μｍ）減少させるワークの仕上げ研削加工を９０秒間実施するとともに、この研削加工中に前記カップホイール型研削砥石３ａのワーク研削加工に供されていないポーラスセラミックテーブル２ａ外の領域に位置する部分の砥石刃先３ａ_ｇにこの砥石刃までの距離１０ｍｍ位置にあるノズル噴出口４ａより圧力１２ＭＰａの洗浄水を１．２リットル／分の割合で噴射角度１５度の扇形状に研削加工中連続的に噴射させ、前記砥石刃に付着した金属屑、絶縁層屑、樹脂屑等を洗い流す砥石刃洗浄工程を行った。なお、上記研削加工中、ワークの表面には研削液供給ノズル５より研削液を１５リットル／分の割合で供給した。

得られた研削加工Ａｇ電極セラミック基板ｗの銀電極のＫ−Ｖａｌｕｅは、セラミック基板面が０．０６μｍ、銀電極Ａｇが０．０８μｍであり、銀電極周縁部にはスプライン筋は見受けられなかった(図２ａ参照)。

また、上記銀電極付きセラミック基板の９０枚を同様に連続研削加工行ったが、得られた銀電極付きセラミック基板の研削加工速度のさほどの低下はなく、銀電極周縁部にもスプライン筋は見受けられなかった。

なお、上記実施例１において、カップホイール型研削砥石の摩耗量は、０．３μｍ/分
であり、９０秒間の研削で０．５μｍであった。よって、カップホイール型研削砥石３ａは、砥石刃３ａ_ｇ高さ７ｍｍの標準カップホイール型研削砥石３ａで電極付きセラミック基板１０，０００枚以上研削加工可能と予測できる。

なお、上記実施例１において、カップホイール型研削砥石３ａの高圧ジェット水洗浄時間は研削加工中の９０秒間連続噴射して行ったが、銀電極付きセラミック基板の研削加工時間中の途中、または最後の方でカップホイール型研削砥石３ａの高圧水洗浄工程を１０〜２０秒間実施する間歇式であっても充分、電極研削屑や砥石粒残渣を流し出す効果がある。

比較例１
実施例１において、高圧洗浄水の噴射による砥石刃３ａ_ｇのドレッシング作業に代えて、成形砥石によるカップホイール型研削砥石の砥石刃先３ａ_ｇの高圧ジェットドレッシングを行う外は同様にして銀電極付きセラミック基板の平面研削加工を行った。得られた研削加工Ａｇ電極セラミック基板ｗのＫ−Ｖａｌｕｅ値は実施例１とさほど差がなく、銀電極周縁部にはスプライン筋は見受けられなかった。

また、上記銀電極付きセラミック基板の２０枚を同様に連続研削加工行ったが、得られた２０枚目の銀電極付きセラミック基板の研削加工速度は、１２μｍ／分と低下し、得られた研削加工Ａｇ電極セラミック基板ｗの銀電極のＫ−Ｖａｌｕｅは、セラミック基板面が０．０７μｍ、銀電極が０．１０μｍであり、銀電極周縁部にはスプライン筋Ｓ_Ｌが見受けられた(図２ｂ参照)。

カップホイール型砥石による電極付きセラミック基板ｗの研削加工と平行して前記カップホイール型砥石の砥石刃先３ａｇを高圧ジェット洗浄水でイン・シチュ(in-situ)ドレ
ッシングすることによりワークの研削速度を低減させることなく研削加工できるのでカップホイール型砥石３ａの交換時期を遅らすことができる。また、研削加工ワークの電極周縁部に電極研削屑スプライン筋発生のない表面平坦な電極付きセラミック基板ｗが得られる。

ｗ電極付きセラミック基板
Ａｇ銀電極
Ｓ_Ｌスプライン筋
１基板の平坦化加工用の研削装置
２バキュームチャック機構
２ｂ回転軸
３研削ヘッド
３ａカップホイール型砥石
３ａ_ｇ砥石刃先
３ｂ砥石軸
４洗浄液噴射装置
４ａ洗浄液噴射ノズル
５研削液供給ノズル

Claims

銀貫通電極付きセラミック基板をバキュームチャック回転テーブル上に載置し、砥番＃３００〜＃１，２００のダイヤモンド砥粒がビトリファイドボンドで結合されたカップホイール型研削砥石を用い、そのカップホイール型研削砥石を定速で下降させ前記銀貫通電極付きセラミック基板の表面上で摺擦させて厚みを減少させる研削加工を行うとともに、前記銀貫通電極付きセラミック基板の研削加工に供されていない前記バキュームチャック回転テーブルの領域外に位置する部分の前記カップホイール型研削砥石の砥石刃にこの砥石刃までの距離５〜２０ｍｍの位置にあるノズル噴出口より圧力３〜１５ＭＰａの洗浄水を噴射角度５〜１８度で扇状に連続もしくは間歇的に噴射させて前記砥石刃に付着した銀貫通電極研削屑を洗い落とす砥石刃洗浄を行うことを特徴とする、銀貫通電極付きセラミック基板の研削方法。