JPS60114452A - 脆い材質から成る工作物の加工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高硬度をもった脆性材質から成る工作物の加工
方法に関する。

研削による金属及び非金属材料の除去加工は益々加工技
術の進歩をとけ、その際二つの開発目的、即ち一方では
最高精度、表面品質及び最小の不良率の達成が、他方で
は除去能率の向上が意図された。両目的は従来対立して
いた、そのわけは従来技術レベルによれば機械の構成、
（１） 就中研削工具の特殊化はある最適条件又は他の最適条件
を満足するためには特別に設定されねばならないからで
ある。

従来は二つの研削方法が公知であり、即ち１円周研削」
と「端面研削」。「円周研削」は「端面研削」として発
展し、そして部分的には既に旋削、フライス削り、及び
ホブの除去能率及び精度に匹敵する。技術レベルによる
二つの相異なる研削方法は技術文献に記載されておシ、
経済的加工について、専門文献及び製造情報において能
率限界が与えられており、そして各々達成された最新の
技術を反映している。前記両研削方法は部分的にカバー
された固有の使用領域を有し、その使用領域内で最適に
作動する。その際非常に硬い、脆いかつ敏感な材料であ
って非常に平らな平面のために端面研削方法が適用され
る。加工の際に非金属・結晶材料が収容個所に収容され
、材料は平らで大きくかつ非常に薄い円板の形で大量に
例えば電子構造部品のための基板として使用される。

例は非常に大量に電子構造部品の製造のため（２） の基板として広く゛使用されるような、けい素、ゲルマ
ニウム、サファイヤ、ザクロ石、尖晶石及びｎ＋−ｖ化
合物から成る円板形の非常に薄い工作材料の加工である
。表面加工のはじめに専ら使用されるラッピングは徐々
にダイヤモンドライニング研削砥石によって置換される
。この方法は出願人によって製造に適するように発展さ
れた。

本願発明は極端に脆性、結晶及び度々極端に硬い材料か
ら成る工作物の加工の際に従来技術に対して工作物をき
れに除去加工する際の改良された除去能率を可能にし、
その際切削工程で避けられない表面層の変質及びこのこ
とから生ずる損傷即ち表面近くの結晶層の破壊強度が従
来公知でかつ使用されて来た除去方法よシも小さくある
べきであり、そして同時にそのような材料で必要な例え
ば荒仕上、表面仕上、及び精密研削のよう一＆ＪＩ［次
行われる加工工程の数を減少できるように表面品質の改
良が得られるようにすることを課題の基礎とする。

（３） 研削された表面の損傷及び目に見える加工痕は破壊感度
を高め、かつ工作物、特に基板の電気的値を著しく変え
、かつ後の処理及び拡散過程に非常に不利な影響を有す
る。損傷が少なければ少ない程工作物は薄く研削できる
。同様に仕上のきれい入所削加工は後に続く加工工程を
簡単にしかつ短縮する、そのわけは腐蝕による避けるこ
とのできない損傷の排除にコストがかからないからであ
る。

極端に脆く、単結晶又は多結晶の工作材料であって本発
明によって加工されるものは７００ＯＮ／ＩＥ１１２〜
最大２５００ＯＮ／−のマイクロヴイッヵース硬度を有
する。

そのような工作材料の公知の例はヴイツカース硬度８５
００までのＡ１１ｌ−ＢＶ−化合物、ヴイッヵース硬度
７５００までのゲルマニウム、ヴイッヵース硬度１１５
００までの硅素、ヴイッカース硬さ１４０００までの尖
晶石、並びにヴイツカース硬度１９０００〜２１５００
までのサファイヤ及びガリウム−ガドリウム・グラナ−
）　（ＧＧＧ）である。

（４） そのような工作物は特に電子装置に使用される。更にヴ
イツカース硬度１５０００〜２５５００の炭化硅素Ｅ３
１０、ヴイツカース硬度１５０００〜２００００（即ち
単結晶では５５０００　）の窒化硅素５ｉｓＮ４並びに
ライツカ婦硬度２２５００〜５１０００のボロン、カー
バイトＢ４０のような超硬質焼結材料が有利に加工され
ることができる。

このような工作材料は機械構造、モータ構造、装置構造
に使用される。工作物の他の好適なグループはヴイツカ
ース硬度１７０００〜２８５００の切削セラミック、並
びにヴイツカース硬さ２１５０口のコランダムＡ’１２
０５を包含する。

本発明によれば課題は極端に脆い結晶材料から成る工作
物の加工のために平面端面積研削の方法の使用によって
解決される。特に好適な工作材料は単結晶の硅素である
。多結晶硅素は同様に非常に好適である。

平面端面積研削の方法はこの種の材料の加工に使用され
た研削方法とは異なシ、唯二つの運動成分、即ち砥石の
回転と砥石の研削されるべ（５） き工作物表面に垂直の接近のみを含むととである。優位
な方法とみなされるこの種の材質の加工に従来使用され
た研削方法における送シ運動は省略される。

平板端面積研削の際の研削過程は工作材料表面への回転
砥石の進入から成り、その結果この加工にとって［クリ
ープフィード研削 （Ｔａｕｃｈｓｃｈｌｅｉｆａｎ）Ｊなる呼び方が提案
サレル。

その際研削層は好ましくは研削されるべき全工作物表面
が被われるように図られるが、非常に大きい工作材料で
は繰シ返しの部分的なりＩＪ−プフイード研削が可能で
あシ、その際工作物はクリープフィード研削の度毎に研
削中だけ研削砥石軸線の方へ移られる。

従来、表面品質の低い請求を以って比較的粗い粗削りと
してのみ使用された平面端面積研削は、本発明による最
適なプロセスでは加工された表面での結晶格子破壊に陥
る硬くかつ極端に脆い材料でも驚く程完全に極度に仕上
のきれいな良好な除去作用が得られる。砥石と接触（６
） するに至る最外方の材料層の表面品質及び損傷的変化が
従来特にそのために開発された加工方法に匹敵するとし
ても、除去能率は今日公知の値よりも何倍も大きい。

極端に脆い単結晶の硅素は最終厚さ８０μｍに研削され
、一方公知の研削方法では厚さ２１６０μｍの工作物し
か安全に加工されない。測定は研削表面での工作物の結
晶格子の不利な変化が従来使用された研削方法よりも比
較的少ないことを示す。

本発明によれば裏面の研削の際に仕上それかつ一般に比
較的軟い材料で層付されており、この研削工程の間支持
面は工作物クランプ個所にある硅素円板の正面は押圧及
び圧縮個所によって僅かしか危険にされず、従って不良
品が回避される。

実際に導入された好適な研削法であって、ダイヤモンド
ライニングされた端面砥石が非常に緩かな送りでかつ小
さい切削深さで加工表面上を動かされる方法は必要な品
質パラメータを得（７） るだめに切削縁の楕円状の丸みをもった微粒砥石が前提
であった。しかしこの最適の研削状態は仕上加工機械に
は安全に再生されることができない、このことは著しい
品質変動を伴う。これに対して本発明による研削プロセ
スでは研削面が平らなことが注目されるべきである。

比較的微粒の砥粒によって従来非常に粗粒の荒削りのみ
が対象とされた程度の除去能率が得られる、しかし微粒
砥粒に固有の滑らかな表面が工作物に残るものであり、
従来に比して改良され、その上その外層で砥石と接触す
る工作物表面が僅かしか変えられず、又は破壊されない
。

千垣度と粗さは「クリープフィード研削層」の送シの端
の後に工作物は保合範囲から砥石面に対して平行に引き
出される場合に本質的に改良される。その際砥石層から
生じた砥粒尖端の痕は等様にされる。この追加的加工／
ステップは非常に簡単化された形のいわゆる「火花（Ａ
ｕｓｆｅｕｅｒｎ）　Ｊと比較されることができる。

高硬度の脆い材質の加工物の加工のための平（８） 面端面構研削の方法の使用は多面的利点をもった新しい
研削工学を創造する。

除去加工の同送シ運動は行われないので、簡単かつ非常
に安定した機械の構造ができる。公知の自動単一ステー
ション又は多ステーシヨン研削機械は工作物支持体及び
送り装置として円形テーブルで作業し、その際制限され
た外部に向って増大する種々の送り速度が生じた。研削
砥粒係合中材料歪及び材料品質に不利に作用する欠点は
なくなる、そのわけは場合によっては上記のように直線
運動として、例えば研削主軸の最終的な「火花」が、非
常に精密かつ均一な表面を得るために実施されることが
できるからである。

多くのステーションを備えた従来からある円形テーブル
自動研削盤は全ての研削ステーションにおいて、前研削
か精密研削か超精密研削かどうかに拘らず等しい送り速
度を有する。本発明による平面端面積研削であって、研
削中送り運動の行われないものでは、「火花運動」はそ
（９） の都度側々にかつ最適に僅かな機械的コストをもって適
合されることができ、その際一般に線状「火花運動」は
最後の研削ステーションでのみ必要とされる。研削の間
工作物支持体は停止するので、（例えば円形テーブルが
一定タイミングで）非常に精密なかつ処理の簡単な工作
物給・排出が得られる。

有利な点はこの周期の間研削ステーションと工作物の給
・排範囲との間の完全に空間的な分離が可能にされるこ
とであり、このことは高精度の工作物では非常に重要で
ある、そのわけは次の基板が載せられるまで工作物クラ
ンプ個所は清掃されて、きれに保持されうるからである
。

工作物支持台と基板との間の僅かな塵分子は表面を押圧
し、非常に薄い基質円板ではその形態の故に「目尻の皺
」と称される怖れられている不所望な極部的きずにつな
がる。

本願発明は比較的小さい工作物歪及び工具歪でもって何
倍高い除去能率をもつ利点をもたらす。

（１０） このことは６０〜２５０μｍ好ましくは８０〜２００μ
ｍの非常に薄い厚さの脆い材料の研削を可能にする、そ
のわけは工作材料の結晶格子は有利な方法で僅かしか変
形されないからである。別の利点は研削の間工作物支持
テーブルが機械フレーム上に固定して載置されており、
従って非常に振動安定である点である。

本発明の他の利点は研削砥石の長寿命をもたらす僅かな
工具コストであり、このために研削プロセスに可能最多
の砥粒が関与することＫなシ、このことは砥粒負荷を軽
減し、切屑排出を容易にし、その際単一砥粒上に作用す
る、研削面に関する一定かつ振動のない切削力は空間固
定のヴエクトルとして表わされる。必要な送シ運動に制
限されず、バイダからの砥粒の破損は遅延される。

本発明による方法に必要な砥石は複雑でなく容易に製造
される。一般に円板、平板、又は細長板の形の砥石、好
ましくはダイヤモンド砥粒が基体に固定される。その際
自由になった個々（１１） の研削要素の間の中間空間は冷却効果を高めかつ切削排
出を容易にする。

個々の研削要素、即ち研削セグメントの間の距離は加工
されるべき表面よりも小さい。この方法で工作物は二つ
のセグメントの間に押圧され、それから砥石の回転につ
れて従来の研削工程が行われ、その際研削セグメントの
エツジのみが有効となる。

しかしその寸法が工作物の大きさにマツチしている貫通
層をもった砥石も使用されることができる。

本発明による方法では非金属工作物の研削の際に精密な
表面をうろことになる経済的な精密な砥粒が使用される
。

本発明の有利な実施形態を図面に基いて詳く説明する。

第１図に示された硅素から成る基板社電子的集積回路の
製造のだめの前提となるような寸法を有する。

第２図に示された装置の実施形態は実質１矩（１２） 形の機械７レーム１から成シ、機械フレームの水平の上
面上にはタイミングをとって回動可能又は水平に移動可
能であって、研削工程の間クランプされることができる
テーブル２が工作物６の収容と搬送のために支承されて
いる。工作物収容部は支持台４から突出しており、支持
台には駆動モータ８、及び工作物に面した研削面７を備
えた砥石６を有する研削主軸５が固定されている。支持
台４は精密かつ剛固な案内要素９によってスタンド１に
垂直昇降可能に固定されている。

この垂直昇降運動は例えば電動送りスピンド＃１０によ
って導入されることができる。この送シスピンドル１０
は本発明による砥石６を「クリープフィード研削」にお
いて工作物の最終寸法まで下方へ、送シ、かつ早送りで
全支持台全体を上方へ持上げる。支持台のこの運動の間
テーブル２のタイミングをとった回転又は水平移動によ
って加工された工作物は砥石の範囲から離れ、同時に新
たに加工されるべき工作物（１３） が砥石の下に持ち来されかつ作業位置に位置決めされる
。

この同時の工作物給排は支持台の戻り運動とマツチして
行われ、その結果搬送運動が終結されずかつ工作物支持
台が再びクランプされる間断しい工作物と砥石との間に
いかなる接触も行われない。

第５図は本発明によ多使用される方法のための砥石を示
す。砥石４０は工作物４１１Ｃ面した研削面４２を有し
、研削面は研削工程の開位置固定され、送）運動を伴わ
ない工作物４１で面で充分被われている。との方法で研
削中砥面４２の全ての砥粒が切削に有効となることが確
保される。

第４ａ図〜４ｄ図は本発明のために使用される研削面の
可能な種々の形態を示す。

第４ａ図は砥粒ベレット４３から形成された研削面を示
す。

第４ｂ図と第４Ｃ図は砥石を示し、その研削層は矩形即
ち台形の研削層要素４４．４５から形成（１４） されている。

第４ｄ図及び第４ｅ図では研削層要素は棒状４６又は彎
曲状４７に形成されている。全ての実施形態４ａ〜４ｅ
において各々円形工作物４１が表わされており、その際
砥石面は工作物を全面的に被うことが明らかである。砥
石の各実施形態では研削の間工作物に面した砥石層セグ
メントの全ての砥粒が切削に有効になることが確保され
る。このことは従来の端面研削と明確に相違する、従来
のものでは砥石縁の砥粒のみが切削に有効であった。

本発明の他の利点は砥石負荷及び砥石の工作物への保合
範囲が全研削時間中一定であることである。

それによって非常に均一な研削ちと及び非常に安定した
研削経過が達成される。

本発明による平面端面横研削法唸例えばＤ工Ｎ８５８９
部分１１、第１０頁に記載されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は代表的な大きさの基板、 （１５） 第２図は平面端面積研削の本発明による使用のための装
置の実施形態、 第３図は第１図による装置における砥石の研削面と工作
物との間の大きさの関係の図式図、そして 第４ａ図〜第４８図は本発明により使用される方法のた
めの砥石の研削に有効な形態の例を示す。 代理人　江崎光好 代理人　江崎光史 （１６） ＦＩＧ、１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　７０００　Ｎ／１１２以上のヴイツカース硬度
   をもった非常に硬い、脆い結晶から成る円板状の工作物
   を６０〜２５０μｍの厚さに加工するための平面端面積
   研削方法。
2. （２）非常に硬い、脆い結晶から成る円板状の工作物を
   ８０〜１２０μｍの厚さに加工するだめの特許請求の範
   囲第１項記載の方法。