JP6549927B2

JP6549927B2 - ホウ素化合物を添加した切削砥石

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Publication number: JP6549927B2
Application number: JP2015146500A
Authority: JP
Inventors: 良吾馬路; 龍司大島; 由樹石合
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2019-07-24
Anticipated expiration: 2035-07-24
Also published as: JP2017024127A; TWI680837B; KR102381100B1; CN106363544B; KR20170012027A; CN106363544A; TW201722625A

Description

本発明は、被加工物の切削加工に用いられる切削砥石に関する。

ホウ素化合物は優れた固体潤滑性を有する。そのため、ホウ素化合物を切削砥石に混入することで、切削砥石により被加工物を切削する場合における摩擦熱の発生を抑えることができ、切削砥石が消耗することを抑制できる。例えば、被加工物がサファイア等の硬質基板であっても、ｃＢＮ（立方晶窒化ホウ素）等のホウ素化合物を混入させた切削砥石を用いて切削することで、良好な切削結果が得られることがわかっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−０５６０１２号公報

しかし、潤滑剤として例えばｃＢＮ、Ｂ_４Ｃ（ボロンカーバイド）又はＨＢＮ（六方晶窒化ホウ素）を混入した切削砥石であっても、被加工物の種類によっては十分な加工特性が担保できなかった。これらの切削砥石で例えば金属基板または金属を含む基板を切削すると、金属の有する展性のために、バリ等の異形状部が基板の切削面に発生することがあった。また、例えば、切削砥石中のｃＢＮの含有量を多くして切削砥石の潤滑性を向上させようとすると、ｃＢＮの比重（３．４８ｇ／ｃｍ^３）が小さいことから切削砥石自体が軽くなるため、切削時に切削砥石の撃力が落ちる。そのため、切削砥石が目標とする切削物の加工点に正確かつ十分な切削力を伝えることができず、また、バリの発生も増加するという問題があった。

したがって、摩擦熱の発生を抑えるためのホウ素化合物を混入させた切削砥石を用いて例えば金属を含む基板を切削する場合であっても、バリ等の異形状部の発生を抑制し、また、分割により作製されたデバイスの特性を良好に保つという課題がある。

上記課題を解決するための本発明は、被加工物を切削する切削砥石であって、ダイヤモンド砥粒にホウ素化合物および金属ホウ化物を添加し、ボンドで固定し、該ダイヤモンド砥粒は該ボンドに対して体積比で１０〜２０％混入し、該ホウ素化合物はｃＢＮであって該ボンドに対して体積比で１０〜２０％混入し、該金属ホウ化物はＺｒＢ _２であって該ボンドに対して体積比で２５〜３５％混入し、該ダイヤモンド砥粒の粒径は該ホウ素化合物の粒径よりも小さい切削砥石である。

前記ダイヤモンド砥粒の粒径は前記ホウ素化合物の粒径よりも１０〜２０％小さいと好ましい。

本発明に係る切削砥石は、ダイヤモンド砥粒にホウ素化合物および金属ホウ化物を添加しボンドで固定し、ダイヤモンド砥粒はボンドに対して体積比で１０〜２０％混入し、ホウ素化合物はｃＢＮであってボンドに対して体積比で１０〜２０％混入し、金属ホウ化物はＺｒＢ _２であってボンドに対して体積比で２５〜３５％混入し、ダイヤモンド砥粒の粒径はホウ素化合物の粒径よりも小さいことで、例えば被加工物として金属を含む基板を切削する場合であっても、切削時における被加工物に対する摩擦をより小さくしてバリ等の異形状部の発生を抑制することができる。また、分割され作製されたデバイスの特性を良好に保つことができる。

また、切削砥石に含まれるダイヤモンド砥粒の粒径をホウ素化合物の粒径よりも１０〜２０％小さくすることで、切削時における被加工物に対する摩擦をさらに小さくして摩擦熱の発生を抑えて、切削砥石の消耗を抑えることができる。

さらに、ホウ素化合物をｃＢＮとし、金属ホウ化物をＺｒＢ_２とし、ボンドをレジンボンドとすることで、例えば金属を含む基板を切削する場合であっても、バリ等の異形状部の発生をより抑制し、かつ切削砥石の消耗を抑え、また、被加工物に対するダメージを抑えることで分割されたデバイスの特性を良好に保つことができる。

実施例１の切削砥石を備えるスピンドルユニットの一例を示す分解斜視図である。切削装置の一部を示す斜視図である。切削砥石で被加工物を切削している状態を示す断面図である。実施例１、比較例１または比較例２の切削砥石で被加工物を切削した際の、発生したバリの長さを示す表である。

（実施例１）
図１に示す切削砥石６５は、例えば、外形が環状のワッシャー型のレジンボンド砥石であり、ダイヤモンド砥粒にホウ素化合物であるｃＢＮ砥粒および金属ホウ化物であるＺｒＢ_２粒を添加し、フェノール樹脂等からなるレジンボンドで固定したものである。

切削砥石６５の製造方法は、例えば以下のとおりである。まず、フェノール樹脂、エポキシ樹脂及びポリイミド樹脂等を主成分とするレジンボンドに対して、平均粒径４０μｍのダイヤモンド砥粒及び平均粒径５０μｍのｃＢＮ砥粒をそれぞれ体積比で１０〜２０％混入し、さらに、平均粒径２〜３μｍのＺｒＢ_２粒を体積比で２５〜３５％混入し、攪拌して混在させる。次いで、この混合物をプレスし所定の厚み（本実施例においては、１５０μｍ厚）に成型し、外形も環状に成型する。その後、１８０℃から２００℃の焼結温度で７〜８時間焼結させることで、図１に示す装着孔６５０を備える切削砥石６５を製造する。なお、本実施例のように、ダイヤモンド砥粒の平均粒径をｃＢＮ砥粒の平均粒径よりも１０％以上小さくすることで、切削加工においてｃＢＮ砥粒（主砥粒）の補助砥粒としてダイヤモンド砥粒が作用するため好ましい。また、レジンボンド、ダイヤモンド砥粒、ｃＢＮ砥粒及びＺｒＢ_２粒の体積比は、各砥粒及びレジンボンドの種類等によって適宜変更可能である。なお、ここでは、ｃＢＮ砥粒の平均粒径が５０μｍの場合を記載したが、金属を切断する用途に使用するｃＢＮ砥粒の平均粒径は、３０〜７０μｍがよい。より好ましくは、４０〜６０μｍが望ましい。一方、ダイヤモンド砥粒の粒径は、ｃＢＮ砥粒の粒径よりも５〜３０％程度小さくてよい。より好ましくは、１０〜２０％程度小さいのがよい。また、ダイヤモンド砥粒の番手は、ｃＢＮ砥粒の番手よりも１つまたは２つ小さいものを選択してもよい。例えば、ｃＢＮ砥粒が＃２４０である場合には、ダイヤモンド砥粒は、＃２８０または＃３２０を選択する。

なお、切削砥石６５は環状のワッシャー型のレジンボンド砥石に限定されるものではなく、例えば、アルミ合金鋳物等で作られた台金と切り刃とを一体成形したハブタイプの切削砥石としてもよい。この場合には、例えば切り刃が、レジンボンド、ダイヤモンド砥粒、ｃＢＮ砥粒及びＺｒＢ_２粒で構成される。

また、各砥粒を固定するボンドとしてレジンボンドではなく、メタルボンドを用いてもよい。例えば外形が環状のワッシャー型のメタルボンド砥石の製造方法は、以下のとおりである。まず、銅と錫との合金であり主成分となるブロンズにコバルト及びニッケル等を微量混入したメタルボンドに対して、平均粒径４０μｍのダイヤモンド砥粒及び平均粒径５０μｍのｃＢＮ砥粒をそれぞれ体積比で１０〜２０％混入し、さらに平均粒径２〜３μｍのＺｒＢ_２粒を体積比２５〜３５％で混入する。この混合物を混練してプレスし所定の厚みに成型し、外形も環状に成型する。その後、６００℃から７００℃の焼結温度で約１時間焼結させることで、環状のワッシャー型のメタルボンド砥石を製造できる。

金属ホウ化物としては、ＺｒＢ_２粒以外にも、ＣｒＢ、ＣｒＢ_２、Ｃｒ_３Ｂ_２、ＴｉＢ_２、ＺｒＢ_２、ＺｒＢ_３、ＮｂＢ_２、ＴａＢ_２、ＭｏＢ、又はＷＢ等の金属ホウ化物を用いることができる。例えば、切削砥石６５中の金属ホウ化物をＴｉＢ_２とした場合には、切削砥石６５はアルミニウムを含む被加工物の切削に適したものとなる。また、切削砥石６５中の金属ホウ化物をＣｒＢ又はＣｒＢ_２とした場合には、ＣｒＢ及びＣｒＢ_２の有する耐酸化性により、切削砥石６５は酸素雰囲気中高温においてもより長期に渡り使用することが可能となる。すなわち、加工速度を上げて高速で被加工物を切削し、かつ、冷却液として作用する切削水の供給量を削減することで切削砥石と被加工物との接触部位が高温となった状態においても、切削砥石６５の劣化を防いで切削力を長期間維持することが可能となる。

図１に示すスピンドルユニット６Ａに備えるスピンドルハウジング６０は、スピンドル６１を回転可能に収容している。スピンドル６１の軸方向はＸ軸方向に対し水平方向に直交する方向（Ｙ軸方向）であり、スピンドル６１の先端部はスピンドルハウジング６０から−Ｙ方向に突出している。この突出部分に、切削砥石６５が装着される固定フランジ６２がナット６３により固定されている。固定フランジ６２は、径方向（スピンドル６１の軸方向と水平方向に直交する方向）外向きに延出されるフランジ部６２０と、フランジ部６２０から厚み方向（Ｙ軸方向）に突出して形成されその側面にネジ６２１ａが設けられたボス部６２１とを備える。

切削砥石６５の装着孔６５０にボス部６２１が挿入された状態で、ボス部６２１には環状の着脱フランジ６７が取り付けられる。着脱フランジ６７は、ボス部６２１に対応する係合孔６７ａを有している。ボス部６２１に着脱フランジ６７が取り付けられると、ネジ６２１ａと螺合するリング状の固定ナット６８がネジ６２１ａに締め込まれる。着脱フランジ６７により切削砥石６５がフランジ部６２０に押し付けられることで、切削砥石６５は、着脱フランジ６７と固定フランジ６２とによりＹ軸方向両側から挟まれてスピンドル６１に固定される。そして、図示しないモータによりスピンドル６１が回転駆動されることに伴って、切削砥石６５も高速回転する。

図２に示す切削装置１は、保持テーブル３により吸引保持される被加工物Ｗに対して、切削手段６によって切削加工を施す装置である。

図２に示す保持治具３０は、切削装置１の治具ベース３２上に搭載される。保持治具３０の保持面３０ａには、切削砥石６５が被加工物Ｗに切り込んだ際に保持治具３０と切削砥石６５との接触を回避するための複数の逃げ溝３００が形成されている。また、保持治具３０には、被加工物Ｗを吸引するための図示しない吸引孔が厚み方向（Ｚ軸方向）に貫通して形成されている。

保持治具３０を搭載する治具ベース３２は、吸引管３２ａを介して図示しない吸引源に連通しており、吸引管３２ａの一端が治具ベース３２上で開口している。そして、保持治具３０が治具ベース３２上に搭載されることにより、被加工物Ｗを吸引保持する保持テーブル３が構成される。保持テーブル３は、Ｘ軸方向に移動可能であるとともに回転可能である。

保持テーブル３の移動経路の上方には被加工物Ｗの切削すべき分割予定ラインＳを検出するアライメント手段１２が配設されている。アライメント手段１２は、被加工物Ｗの上面Ｗａを撮像する撮像手段１２０を備えており、撮像手段１２０により取得した画像に基づき切削すべき分割予定ラインＳを検出することができる。また、アライメント手段１２の近傍には、保持テーブル３に保持された被加工物Ｗに対して切削加工を施す切削手段６が配設されている。切削手段６はアライメント手段１２と一体となって構成されており、両者は連動してＹ軸方向及びＺ軸方向へと移動する。

図２に示す切削手段６は、切削砥石６５を備えるスピンドルユニット６Ａと、切削砥石６５と被加工物Ｗとの接触部位に切削水を供給する切削水供給ノズル６９とを少なくとも備える。

図２に示す被加工物Ｗは、例えば、外形が矩形状の基板であり、被加工物Ｗの上面Ｗａには、図示の例では３つのデバイス領域Ｗｃが存在する。そして、デバイス領域Ｗｃには、例えば、図３に示す分割予定ラインＳによって区画された格子状の領域に多数のデバイスＤが形成されており、個々のデバイスＤには、鉄を主成分とするステンレス材を含む電極部Ｗｄ（図２には不図示）が形成されている。そして、図３に示すように、電極部Ｗｄは分割予定ラインＳ上にも存在する。

以下に、図１〜４を用いて、図２に示す被加工物Ｗを切削砥石６５により切削する場合の切削装置１の動作及び切削砥石６５を備える切削手段６の動作について説明する。

図２に示す治具ベース３２上に保持治具３０が搭載され保持テーブル３が構成される。保持テーブル３へ被加工物Ｗが搬送され、保持治具３０の保持面３０ａに被加工物Ｗが載置される。そして、治具ベース３２に接続された図示しない吸引源により生み出される吸引力が、保持面３０ａに伝達されることにより、被加工物Ｗが保持面３０ａ上に吸引保持される。

被加工物Ｗを保持する保持テーブル３が−Ｘ方向に送られるとともに、撮像手段１２０によって被加工物Ｗの上面Ｗａが撮像されて切削すべき分割予定ラインＳの位置が検出される。分割予定ラインＳが検出されるのに伴って、切削手段６がＹ軸方向に駆動され、切削すべき分割予定ラインＳと切削砥石６５とのＹ軸方向における位置づけがなされる。

切削砥石６５と検出した分割予定ラインＳとのＹ軸方向の位置づけが行われた後、被加工物Ｗを保持する保持テーブル３がさらに−Ｘ方向に送り出されるとともに、切削手段６が−Ｚ方向に切込み送りされる。また、図示しないモータがスピンドル６１を高速回転させ、スピンドル６１に固定された切削砥石６５がスピンドル６１の回転に伴って高速回転をしながら被加工物Ｗに切込み、分割予定ラインＳを切削していく。また、切削砥石６５が被加工物Ｗに切り込む際に、切削砥石６５と被加工物Ｗとの接触部位に対して、切削水供給ノズル６９が切削水を噴射することで、切削砥石６５に切削水を供給する。

切削砥石６５が分割予定ラインＳを切削し終えるＸ軸方向の所定の位置まで被加工物Ｗが−Ｘ方向に進行すると、−Ｘ方向への被加工物Ｗの切削送りを一度停止させ、切削砥石６５を被加工物Ｗから離間させ、保持テーブル３を＋Ｘ方向へ送り出して元の位置に戻す。そして、隣り合う分割予定ラインＳの間隔ずつ切削砥石６５をＹ軸方向に割り出し送りしながら順次同様の切削を行うことにより、同方向の全ての分割予定ラインＳを切削する。さらに、保持テーブル３を９０度回転させてから同様の切削を行うと、全ての分割予定ラインＳが縦横に全てカットされる。

図３に示すように、例えば、分割予定ラインＳ上に電極部Ｗｄが存在する場合に、切削砥石６５が分割予定ラインＳ上の電極部Ｗｄに切込み、切削砥石６５が保持治具３０の逃げ溝３００にまで到達すると、分割予定ラインＳはフルカットされる。このとき、電極部Ｗｄを構成するステンレス材の有する展性により、電極部Ｗｄから逃げ溝３００に伸びるバリＢが発生する。ここで、切削により発生するバリＢの長さの許容最大値は、一般に２００μｍ未満であり、好ましくは１５０μｍ以下である。

実施例１の切削砥石６５を用いて切削を行った場合に発生したバリＢの長さは、図４に示す表Ｔの通り、バリＢの長さの平均値が９０μｍとなり、バリＢの長さの最大値が１２５μｍとなり、バリＢの長さのばらつきは３５μｍとなった。すなわち、バリＢの長さの平均値及び最大値は、バリの長さの許容最大値２００μｍ未満となった。

（比較例１）
比較例１においては、実施例１の切削砥石６５の代わりに切削砥石６５ａを用いて、実施例１の切削砥石６５を用いた場合と同様に、被加工物Ｗに対する切削を行った。切削砥石６５ａは、平均粒径が４５μｍのダイヤモンド砥粒にホウ素化合物としてＢ_４Ｃ砥粒（平均粒径１５μｍ）を添加しフェノール樹脂等からなるレジンボンドＢ１で固定した、外形が環状のワッシャー型のレジンボンド砥石であり、厚みが１５０μｍである。

比較例１の切削砥石６５ａを用いて切削を行った場合に発生したバリＢａの長さは、図４に示す表Ｔの通り、バリＢａの長さの平均値が１４０μｍとなり、バリＢａの長さの最大値が２７５μｍとなり、バリＢａの長さのばらつきは１３５μｍとなった。すなわち、バリＢａの長さの最大値は、バリの長さの許容最大値２００μｍを超過した。

（比較例２）
比較例２においては、実施例１の切削砥石６５の代わりに切削砥石６５ｂを用いて、実施例１の切削砥石６５を用いた場合と同様に、被加工物Ｗに対する切削を行った。切削砥石６５ｂは、平均粒径が３５μｍのダイヤモンド砥粒に金属ホウ化物としてＺｒＢ_２粒（平均粒径２〜３μｍ）を添加しフェノール樹脂等からなるレジンボンドＢ１で固定した、外形が環状のワッシャー型のレジンボンド砥石であり、厚みが１５０μｍである。

比較例２の切削砥石６５ｂを用いて切削を行った場合に発生したバリＢｂの長さは、図４に示す表Ｔの通り、バリＢｂの長さの平均値が１０５μｍとなり、バリＢｂの長さの最大値が２３０μｍとなり、バリＢｂの長さのばらつきは１２５μｍとなった。すなわち、バリＢｂの長さの最大値は、バリの長さの許容最大値２００μｍを超過した。

比較例１の切削砥石６５ａにより被加工物Ｗを切削した場合に発生したバリＢａの長さの最大値は許容最大値を超えている。これに対して、実施例１の切削砥石６５により被加工物Ｗを切削した場合に発生したバリＢの長さは、平均値、最大値がともに許容最大値未満となっている。この結果は、切削砥石６５ａと異なり、切削砥石６５にはＺｒＢ_２粒を含んでいるためである。すなわち、比重が約６．１ｇ／ｃｍ^３と重い金属ホウ化物であるＺｒＢ_２粒により、切削砥石６５自体の重量が重くなることで、切削砥石６５を高速回転させた場合の切削砥石６５のＹ軸方向への蛇行（Ｙ軸方向における揺れ）が減少したと考えられる。そして、切削砥石６５の蛇行が減少したことで、被加工物Ｗに切削砥石６５が切込んだ際に、切削砥石６５は電極部Ｗｄに対してより垂直に切込んでいったため、切削砥石６５は、被加工物Ｗの目標とする加工点以外の部位にはほとんど接触せず、また、分割された電極部Ｗｄと切削砥石６５との接触も減少したと考えられる。そのため、発生したバリＢの長さを許容最大値未満に収めることができたと考えられる。また、分割され作製されたデバイスＤの特性を良好に保つことができると考えられる。

また、砥石中のダイヤモンド砥粒の平均粒径（４５μｍ）がホウ素化合物であるＢ_４Ｃの平均粒径（１５μｍ）よりも大きい切削砥石６５ａと比べて、切削砥石６５は、砥石中のダイヤモンド砥粒の平均粒径が４０μｍであり、砥石中のホウ素化合物であるｃＢＮ砥粒の平均粒径５０μｍよりも１０％以上小さい。そのため、切削砥石６５が被加工物Ｗに切込むと、平均粒径がより大きなｃＢＮ砥粒がダイヤモンド砥粒に先行して被加工物Ｗに接触するため、被加工物Ｗと切削砥石６５との接触部位に発生する摩擦が少なくなったと考えられる。その結果、被加工物Ｗと切削砥石６５との接触部位に発生する摩擦熱が減り切削砥石６５の消耗が少なくなったため、切削砥石６５をより長期間使用することができると考えられる。

比較例２の切削砥石６５ｂにより被加工物Ｗを切削した場合に発生したバリＢｂの長さの最大値は、バリの長さの許容最大値を超えている。これに対して、実施例１の切削砥石６５により被加工物Ｗを切削した場合に発生したバリＢの長さは、平均値、最大値がともにバリの長さの許容最大値未満となっている。この結果は、切削砥石６５ｂと異なり、切削砥石６５にはｃＢＮ砥粒を含んでいるためである。すなわち、ｃＢＮ砥粒の有する固体潤滑性により、被加工物Ｗに切削砥石６５が切込んだ際に、電極部Ｗｄと切削砥石６５との間の摩擦熱の発生が抑えられ、バリの発生原因となる焼きつき等が抑えられたため、発生したバリＢの長さを許容最大値未満に収めることができたと考えられる。また、分割され作製されたデバイスＤの特性を良好に保つことができると考えられる。

また、砥石中に潤滑剤としてのホウ素化合物を含まない切削砥石６５ｂと比べて、切削砥石６５は、ホウ素化合物としてｃＢＮ砥粒を含み、また、砥石中のダイヤモンド砥粒の平均粒径が４０μｍであり、砥石中のホウ素化合物であるｃＢＮ砥粒の平均粒径５０μｍよりも１０％以上小さいものとしている。そのため、ｃＢＮ砥粒の有する固体潤滑性により、被加工物Ｗと切削砥石６５との接触部位に発生する摩擦熱の発生が抑制されたと考えられる。また、摩擦切削砥石６５が被加工物Ｗに切込むと、平均粒径がより大きなｃＢＮ砥粒がダイヤモンド砥粒に先行して被加工物Ｗに接触するため、被加工物Ｗと切削砥石６５との接触部位に発生する摩擦が少なくなったと考えられる。その結果、被加工物Ｗと切削砥石６５との接触部位に発生する摩擦熱が減り切削砥石６５の消耗が少なくなり、切削砥石６５をより長期間使用することができると考えられる。

６５：実施例１の切削砥石６５０：装着孔
６Ａ：スピンドルユニット
６０：スピンドルハウジング６１：スピンドル
６２：固定フランジ６２０：フランジ部６２１：ボス部６２１ａ：ネジ
６３：ナット
６７：着脱フランジ６７ａ：係合孔６８：固定ナット
１：切削装置１２：アライメント手段１２０：撮像手段
６：切削手段６９：切削水供給ノズル
３：保持テーブル
３０：保持治具３０ａ：保持治具の保持面（保持テーブルの保持面）３００：逃げ溝
３２：治具ベース３２ａ：吸引管
Ｗ：被加工物Ｗａ：被加工物の上面Ｗｃ：デバイス領域Ｗｄ：電極部
Ｓ：分割予定ラインＤ：デバイスＢ：バリ
６５ａ：比較例１の切削砥石６５ｂ：比較例２の切削砥石

Claims

被加工物を切削する切削砥石であって、ダイヤモンド砥粒にホウ素化合物および金属ホウ化物を添加し、ボンドで固定し、該ダイヤモンド砥粒は該ボンドに対して体積比で１０〜２０％混入し、該ホウ素化合物はｃＢＮであって該ボンドに対して体積比で１０〜２０％混入し、該金属ホウ化物はＺｒＢ _２であって該ボンドに対して体積比で２５〜３５％混入し、該ダイヤモンド砥粒の粒径は該ホウ素化合物の粒径よりも小さい切削砥石。
前記ダイヤモンド砥粒の粒径は前記ホウ素化合物の粒径よりも１０〜２０％小さい請求項１に記載の切削砥石。