KR20120040106A - 연삭 휠 - Google Patents

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KR20120040106A
KR20120040106A KR1020110103136A KR20110103136A KR20120040106A KR 20120040106 A KR20120040106 A KR 20120040106A KR 1020110103136 A KR1020110103136 A KR 1020110103136A KR 20110103136 A KR20110103136 A KR 20110103136A KR 20120040106 A KR20120040106 A KR 20120040106A
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grinding wheel
wheel
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료고 마지
류지 오시마
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

본 발명은 연삭면에 스크래치 및 균열의 발생없이 경질 취성 재료를 원하는 두께로 연삭 가능한 연삭 휠을 제공하는 것을 과제로 한다.
피가공물을 연삭하는 연삭 휠로서, 휠 마운트에 장착되는 휠 마운트 장착면을 갖는 환형 베이스와, 상기 환형 베이스의 자유단부에 링형상으로 설치되며 붕소를 도핑한 다이아몬드 지립을 함유한 복수의 연삭 지석을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연삭 휠{GRINDING WHEEL}
본 발명은 경질 취성 재료를 연삭하기에 적합한 연삭 휠에 관한 것이다.
IC, LSI 등의 많은 디바이스가 표면에 형성되고, 개개의 디바이스가 격자형으로 형성된 분할 예정 라인(스트리트)에 의해 구획된 실리콘 웨이퍼는 절삭 블레이드를 포함하는 다이싱 장치에 의해 분할 예정 라인을 절삭하여 개개의 디바이스로 분할되고, 분할된 디바이스는 휴대 전화, PC 등의 전기 기기에 이용된다.
또, LED(발광 다이오드), LD(레이저 다이오드) 등의 많은 발광 디바이스가 표면에 형성되고, 개개의 발광 디바이스가 분할 예정 라인(스트리트)에 의해 구획된 사파이어 웨이퍼는 레이저 빔을 조사하는 레이저 가공 장치에 의해 개개의 발광 디바이스로 분할되고, 분할된 발광 디바이스는 전구, 휴대전화, PC 등의 전기 기기에 이용된다(예컨대, 일본 특허 공개 평10-305420호 공보 참조).
실리콘 웨이퍼 또는 사파이어 웨이퍼는 다이싱 장치 또는 레이저 가공 장치를 사용하여 개개의 디바이스로 분할하기 전에 연삭 장치에 의해 이면이 연삭되고, 방열성, 휘도의 향상을 도모하기 위해 얇게 가공된다(예컨대, 일본 특허 공개 제2010-46744호 공보 참조).
일본 특허 공개 평10-305420호 공보 일본 특허 공개 제2010-46744호 공보
그러나, 특히 사파이어 웨이퍼를, 다이아몬드 지립을 주성분으로 하는 복수의 연삭 지석이 환형 베이스의 자유단부에 링형상으로 설치된 연삭 휠로 연삭하면, 연삭면에 스크래치가 생기고, 또한 사파이어 웨이퍼가 100 ㎛ 이하의 두께로 연삭되면 균열이 생겨 품질을 현저히 저하시킨다는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적하는 바는 사파이어 웨이퍼와 같은 경질 취성 재료라 하더라도 연삭면에 스크래치 및 균열의 발생없이 원하는 두께로 연삭 가능한 연삭 휠을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 피가공물을 연삭하는 연삭 휠로서, 휠 마운트에 장착되는 휠 마운트 장착면을 갖는 환형 베이스와, 상기 환형 베이스의 자유단부에 링형상으로 설치되며 붕소를 도핑한 다이아몬드 지립을 함유한 복수의 연삭 지석을 포함하는 것을 특징으로 하는 연삭 휠이 제공된다.
바람직하게는, 연삭 지석은 붕소를 도핑한 다이아몬드 지립을 레진 본드, 비트리파이드 본드, 메탈 본드 중 어느 하나에 혼련하여 소결한 소결 지석으로 구성된다. 또는, 연삭 지석은 붕소를 도핑한 다이아몬드 지립을 니켈 도금으로 고정한 전기 주조 지석으로 구성된다.
본 발명은 붕소를 도핑한 다이아몬드 지립에 의해 연삭 지석을 형성하고, 이 연삭 지석을 환형 베이스의 자유단부에 복수개 설치하여 연삭 휠을 구성하기 때문에, 사파이어 웨이퍼, SiC 웨이퍼, 유리판 등의 경질 취성 재료를 연삭하더라도, 윤활성과 내열성에 의해 충격력과 지립의 마모가 완화되어, 스크래치 및 균열의 발생없이 경질 취성 재료를 원하는 두께로 연삭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 연삭 휠을 포함한 연삭 장치의 외관 사시도이다.
도 2는 사파이어 웨이퍼의 표면에 보호 테이프를 점착하는 양태를 나타내는 사시도이다.
도 3의 (A)는 제1 실시형태의 연삭 휠의 사시도, 도 3의 (B)는 그 종단면도이다.
도 4는 연삭시의 척테이블과 연삭 휠의 위치 관계를 나타내는 사시도이다.
도 5의 (A)는 제2 실시형태의 연삭 휠의 사시도, 도 5의 (B)는 그 종단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명 실시형태의 연삭 휠을 포함한 연삭 장치(2)의 외관 사시도를 나타내고 있다. 도면 부호 4는 연삭 장치(2)의 하우징(베이스)이고, 하우징(4)의 후방에는 칼럼(6)이 설치된다. 칼럼(6)에는, 상하 방향으로 신장되는 한쌍의 가이드 레일(8)이 고정된다.
이 한쌍의 가이드 레일(8)을 따라서 연삭 유닛(연삭 수단; 10)이 상하 방향으로 이동 가능하게 장착된다. 연삭 유닛(10)은 스핀들 하우징(12)과, 스핀들 하우징(12)을 유지하는 지지부(14)를 갖고, 지지부(14)는 한쌍의 가이드 레일(8)을 따라서 상하 방향으로 이동하는 이동 베이스(16)에 부착된다.
연삭 유닛(10)은 스핀들 하우징(12) 내에 회전 가능하게 수용된 스핀들(18)과, 스핀들(18)의 선단에 고정된 휠 마운트(20)와, 휠 마운트(20)에 나사 체결되어 환형으로 설치된 복수의 연삭 지석을 갖는 연삭 휠(22)과, 스핀들(18)을 회전 구동시키는 전동 모터를 포함한다.
연삭 장치(2)는 연삭 유닛(10)을 한쌍의 안내 레일(8)을 따라서 상하 방향으로 이동시키는 볼나사(28)와 펄스 모터(30)로 구성되는 연삭 유닛 이동 기구(32)를 포함한다. 펄스 모터(30)를 구동시키면, 볼나사(28)가 회전하여, 이동 베이스(16)가 상하 방향으로 이동한다.
하우징(4)의 상면에는 오목부(4a)가 형성되고, 이 오목부(4a)에 척테이블 기구(34)가 설치된다. 척테이블 기구(34)는 척테이블(36)을 가지며, 도시하지 않은 이동 기구에 의해 웨이퍼 착탈 위치(A)와, 연삭 유닛(10)과 마주보는 연삭 위치(B) 사이에서 Y축 방향으로 이동한다. 도면 부호 38, 40은 벨로우즈이다. 하우징(4)의 전방측에는, 연삭 장치(2)의 오퍼레이터가 연삭 조건 등을 입력하는 조작 패널(42)이 설치된다.
도 2를 참조하면, 사파이어 웨이퍼(11)의 표면측 사시도가 도시되어 있다. 사파이어 웨이퍼(11)의 표면(11a)에는 복수의 분할 예정 라인(13)이 격자형으로 형성되고, 이들 분할 예정 라인(13)에 의해 구획된 각 영역에 LED(발광 다이오드), LD(레이저 다이오드) 등의 발광 디바이스(15)가 형성된다.
사파이어 웨이퍼(11)는 그 표면(11a)에 복수의 발광 디바이스(15)가 형성된 디바이스 영역(17)과, 디바이스 영역(17)을 둘러싸는 외측 둘레 잉여 영역(19)을 갖는다. 사파이어 웨이퍼(11)의 연삭에 앞서, 그 표면(11a)에는 발광 디바이스(15)를 보호할 목적으로 보호 테이프(23)가 점착된다.
도 3의 (A)를 참조하면, 본 발명 제1 실시형태의 연삭 휠(22)의 사시도가 도시되어 있다. 도 3의 (B)는 그 종단면도이다. 연삭 휠(22)은 휠 마운트(20)에 장착되는 휠 마운트 장착면(22a)을 갖는 환형 베이스(24)와, 환형 베이스(24)의 자유단부에 환형으로 설치된 복수의 연삭 지석(26)으로 구성된다.
연삭 지석(26)은 직방체 형상으로 형성된 레진 본드 지석이고, 그 두께 t는 약 3?5 mm이다. 환형 베이스(24)에는, 휠 마운트(20)에 나사 체결하기 위한 4개의 나사 구멍(27)과, 복수의 연삭수 공급 구멍(44)이 형성된다.
레진 본드는 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지 등으로 구성된다. 본 실시형태에서는, 레진 본드로서 페놀 수지를 사용하고, 붕소를 도핑한 다이아몬드 지립을 페놀 수지에 혼련하여 직방체 형상으로 성형하고, 소결 온도 180℃?200℃에서 7 내지 8시간 소결하여 소결 연삭 지석(26)을 제조했다.
소결 연삭 지석(26)은 레진 본드 소결 지석에 한정되지 않고, 메탈 본드 소결 지석 또는 비트리파이드 본드 소결 지석을 채택할 수도 있다. 메탈 본드 소결 지석은 붕소를 도핑한 다이아몬드 지립을 메탈 본드에 혼련하여 직방체 형상으로 성형하고, 소결 온도 600℃?700℃에서 약 1시간 소결하여 제조된다. 여기서, 메탈 본드로는, 구리와 주석 합금인 브론즈를 주성분으로 하고, 코발트, 니켈 등을 미량 혼입한 것을 채택하는 것이 바람직하다.
비트리파이드 본드 소결 지석은 붕소를 도핑한 다이아몬드 지립을 비트리파이드 본드에 혼련하여 직방체 형상으로 성형하고, 소결 온도 700℃?800℃에서 약 1시간 소결하여 제조한다. 여기서, 비트리파이드 본드로는, 이산화규소(SiO2)를 주성분으로 하고, 장석 등을 미량 혼입한 것을 채택하는 것이 바람직하다.
붕소를 도핑한 다이아몬드 지립은, 예컨대 일본 특허 공표 제2006-502955호에 개시된 바와 같은 분말 셀 방법에 의해 제조된다. 이 분말 셀 방법에서는, 그래파이트와, 촉매 또는 용매 금속과, 임의의 다이아몬드 종결정과, 붕소원을 포함하는 충분히 고밀도인 혼합물을 형성한다. 이 혼합물을 다이아몬드를 제조하는 데 충분히 고온 고압의 분위기 속에서 충분한 시간 동안 유지하고, 탄소 원자를 붕소로 치환하여 붕소를 도핑한 다이아몬드 지립을 제조할 수 있다.
이와 같이 구성된 연삭 장치(2)의 연삭 작업에 관해 이하에 설명한다. 보호 테이프(23)를 아래에 두고 척테이블(36)에 흡인 유지된 사파이어 웨이퍼(11)가 도 1의 연삭 위치(B)에 위치 결정되면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 척테이블(36)을 화살표 a 방향으로 30?500 rpm으로 회전시키면서, 연삭 휠(22)을 척테이블(36)과 동일한 방향으로, 즉 화살표 b방향으로 예를 들어 1000 rpm으로 회전시키고, 연삭 유닛 이동 기구(32)를 작동시켜 연삭 지석(26)을 웨이퍼(11)의 이면(11b)에 접촉시킨다.
그리고, 연삭 휠(22)을 정해진 연삭 이동 속도(예를 들어 0.2?3.0 ㎛/초)에서 아래쪽으로 정해진 양만큼 연삭 이동시켜, 웨이퍼(11)의 연삭을 실시한다. 도시하지 않은 접촉식 또는 비접촉식의 두께 측정 게이지에 따라 웨이퍼의 두께를 측정하면서 웨이퍼를 원하는 두께, 예를 들어 100 ㎛로 마무리한다.
웨이퍼(11)의 연삭시에는, 도 3의 (B)의 확대도에 나타낸 바와 같이, 연삭수 공급 구멍(44)을 통해 연삭 영역에 연삭수를 공급하면서 사파이어 웨이퍼(11)의 연삭을 실행한다. 연삭면을 관찰한 결과, 경면이 된 것이 판명되었다.
도 5의 (A)를 참조하면, 본 발명의 제2 실시형태의 연삭 휠(22A)의 사시도가 도시되어 있다. 도 5의 (B)는 그 종단면도이다. 본 실시형태의 연삭 휠(22A)은 환형 베이스(24A)의 자유단부에 복수의 연삭 지석 삽입 구멍(45)을 가지며, 이 연삭 지석 삽입 구멍(45) 내에 파이프 형상 전기 주조 지석(46)이 삽입 고정되게 구성된다.
파이프 형상 전기 주조 지석(46)은, 예를 들어 붕소를 도핑한 다이아몬드 지립을 혼입한 니켈 도금액 속에 알루미늄 선재를 삽입하여, 알루미늄 선재의 표면에, 붕소를 도핑한 다이아몬드 지립을 함유한 니켈 도금을 성장시키고, 그 후 알루미늄 선재를 용해하여 제거함으로써 형성된다.
도 5의 (B)의 부분 확대도에서, 파이프 형상 전기 주조 지석(46)의 직경 D는 2?5 mm, 파이프의 두께 t는 0.1?1.0 mm, 전기 주조 지석(46)의 베이스(22A)로부터의 돌출량 P는 1?10 mm이 바람직하다.
본 실시형태의 연삭 휠(22A)은 파이프 형상 전기 주조 지석(46)이 경질이기 때문에, 사파이어 웨이퍼 등의 경질 취성 재료의 연삭에 특히 적합하다. 연삭시에 연삭 휠(22A)의 연삭수 공급 구멍(44A)을 통해 공급된 연삭수는 화살표 a 및 b가 가리키는 바와 같이 양쪽으로 나뉘어져 연삭 영역에 공급된다.
실시예 1
페놀 수지로 이루어진 레진 본드에, 평균 입자 직경 5 ㎛의 붕소를 도핑한 다이아몬드 지립(체적비 10?20%)과, 필러로서 평균 입자 직경 1 ㎛의 SiC 입자(체적비 35?25%)를 혼입하여 직방체 형상으로 성형했다. 이 성형체를 180에서의 소결 온도에서 약 8시간 소결하여 레진 본드 지석을 제조했다.
이 레진 본드 지석을 복수개 환형 베이스(24)의 자유단부에 고정하여 연삭 휠을 형성했다. 이 연삭 휠을 휠 마운트(20)에 장착하여, 스핀들의 회전수 1000 rpm, 척테이블의 회전수 500 rpm, 연삭 휠의 이동 속도 0.2 ㎛/초의 가공 조건으로 두께 300 ㎛의 사파이어 웨이퍼를 연삭했다. 그 결과, 사파이어 웨이퍼에 스크래치 및 균열의 발생없이 90 ㎛의 두께까지 연삭할 수 있어, 연삭면을 경면으로 마무리할 수 있었다.
이 레진 본드 지석의 마모량은 8.5 ㎛이며, 종래의 레진 본드 지석에 비해 마모량을 1/2 이하로 저감할 수 있었다. 또, 이 레진 본드 지석을 장착한 연삭 휠에 의하면, 연삭 개시로부터 약 10초만에 부하 전류치가 안정되었다.
실시예 2
브론즈를 주성분으로 하고, 코발트 및 니켈을 약간 혼입한 메탈 본드에, 평균 입자 직경 5 ㎛의 붕소를 도핑한 다이아몬드 지립(체적비 10?20%)과, 필러로서 평균 입자 직경 1 ㎛의 SiC 입자(체적비 35?25%)를 혼입하여 직방체 형상으로 성형했다. 이 성형체를 700℃의 소결 온도에서 약 1시간 소결하여 메탈 본드 지석을 제조했다.
이 메탈 본드 지석을 복수개 환형 베이스(24)의 자유단부에 환형으로 고정하여 연삭 휠을 형성했다. 이 연삭 휠을 휠 마운트(20)에 장착하여, 실시예 1과 동일한 조건으로 사파이어 웨이퍼를 연삭한 결과, 사파이어 웨이퍼에 스크래치 및 균열의 발생없이 90 ㎛의 두께까지 연삭할 수 있어, 연삭면을 경면으로 마무리할 수 있었다.
이 메탈 본드 지석의 마모량은 7.5 ㎛이며, 붕소를 도핑하지 않은 종래의 메탈 본드 지석의 마모량에 비해 그 마모량을 약 1/2로 저감할 수 있었다. 또한, 메탈 본드 지석을 갖는 연삭 휠에 의하면, 연삭 개시로부터 약 10초만에 부하 전류치가 안정되었다.
실시예 3
이산화규소를 주성분으로 하고, 장석을 약간 혼입한 비트리파이드 본드에, 평균 입자 직경 5 ㎛의 붕소를 도핑한 다이아몬드 지립(체적비 10?20%)과, 필러로서 평균 입자 직경 1 ㎛의 SiC 입자(체적비 35?25%)를 혼입하여 직방체 형상으로 성형했다. 이 성형체를 700℃의 소결 온도에서 약 1시간 소결하여 비트리파이드 본드 지석을 제조했다.
이 지석을 복수개 환형 베이스(24)의 자유단부에 고정하여 연삭 휠을 형성했다. 이 연삭 휠을 휠 마운트(20)에 장착하여, 실시예 1과 동일한 조건으로 사파이어 웨이퍼를 연삭한 결과, 사파이어 웨이퍼에 스크래치 및 균열의 발생없이 90 ㎛의 두께까지 연삭할 수 있어, 연삭면을 경면으로 마무리할 수 있었다.
이 비트리파이드 지석의 마모량은 8 ㎛이며, 종래의 비트리파이드 지석의 마모량에 비해 그 마모량을 약 1/2로 저감할 수 있었다. 또한, 이 비트리파이드 지석을 갖는 연삭 휠에 의하면, 연삭 개시로부터 약 10초만에 부하 전류치가 안정되었다.
(비교예 1)
페놀 수지로 형성된 레진 본드에, 평균 입자 직경 5 ㎛의 다이아몬드 지립(체적비 10?20%)과 평균 입자 직경 1 ㎛의 SiC 입자(체적비 35?25%)를 혼입하여 직방체 형상으로 성형했다. 이 성형체를 180℃의 소결 온도에서 약 8시간 소결하여 레진 본드 지석을 제조했다.
이 레진 본드 지석을 복수개 환형 베이스(24)의 자유단부에 고정하여 연삭 휠을 형성했다. 이 연삭 휠을 휠 마운트(20)에 장착하여, 실시예 1과 동일한 조건으로 사파이어 웨이퍼를 연삭한 결과, 사파이어 웨이퍼에 스크래치가 생기고 두께가 150 ㎛에 도달하면 균열이 발생했다. 그 결과, 종래의 레진 본드 지석에서는 사파이어 웨이퍼의 연삭에 적합하지 않은 것이 판명되었다.
종래의 레진 본드 지석의 마모량은 20 ㎛이며, 실시예 1의 레진 본드 연삭 지석의 마모에 비해 약 2배였다. 또한, 이 종래의 레진 본드 지석을 갖는 연삭 휠에 의하면, 연삭 개시로부터 부하 전류치가 좀처럼 안정되지 않고, 안정될 때까지 장시간을 요했다.
실시예 4
평균 입자 직경 5 ㎛의 붕소를 도핑한 다이아몬드 지립을 혼입한 니켈 도금액을 만들었다. 이 니켈 도금액 속에 알루미늄 선재를 삽입하여 전기 주조했다. 전기 주조후 알루미늄 선재를 용해하여 평균 입자 직경 5 ㎛의 붕소를 도핑한 다이아몬드 지립을 체적비로 15?20% 함유한 파이프 형상 전기 주조 지석을 제조했다.
이 전기 주조 지석을 복수개 환형 베이스(24A)의 자유단부에 고정하여 연삭 휠을 형성했다. 이 연삭 휠을 휠 마운트(20)에 장착하여, 스핀들의 회전수 1000 rpm, 척테이블의 회전수 30 rpm, 연삭 휠의 이동 속도 3 ㎛/초의 가공 조건으로 두께 300 ㎛의 사파이어 웨이퍼를 연삭했다. 그 결과, 사파이어 웨이퍼에 스크래치 및 균열의 발생없이 70 ㎛의 두께까지 연삭할 수 있었다.
이 전기 주조 지석의 마모량은 5 ㎛이며, 붕소를 도핑하지 않은 종래의 전기 주조 지석의 마모량에 비해 그 마모량이 약 1/2로 저감했다. 또, 이 전기 주조 지석을 갖는 연삭 휠에 의하면, 연삭 개시로부터 약 15초만에 부하 전류치가 안정되었다.
(비교예 2)
평균 입자 직경 5 ㎛의 다이아몬드 지립을 혼입하여 니켈 도금액을 만들었다. 이 니켈 도금액 속에 알루미늄 선재를 삽입하여 전기 주조했다. 전기 주조후 알루미늄 선재를 용해하여 평균 입자 직경 5 ㎛의 다이아몬드 지립을 체적비로 15?20% 함유한 파이프 형상 전기 주조 지석을 형성했다.
이 전기 주조 지석을 복수개 환형 베이스(24A)의 자유단부에 환형으로 고정하여 연삭 휠을 형성했다. 이 연삭 휠을 휠 마운트(20)에 장착하여, 실시예 4와 동일한 조건으로 사파이어 웨이퍼를 연삭한 결과, 사파이어 웨이퍼에 스크래치가 생기고 두께가 110 ㎛에 도달하면 균열이 발생했다. 따라서, 이 파이프 형상 전기 주조 지석은 사파이어 웨이퍼의 연삭에 적합하지 않은 것이 판명되었다.
종래의 전기 주조 지석의 마모량은 9 ㎛이며, 실시예 4의 전기 주조 지석의 마모에 비해 약 2배의 마모량이었다. 또, 이 전기 주조 지석을 갖는 연삭 휠에 의하면, 연삭 개시로부터 부하 전류치가 좀처럼 안정되지 않고, 안정될 때까지 장시간을 요했다.
2 : 연삭 장치 10 : 연삭 유닛
11 : 사파이어 웨이퍼 18 : 스핀들
20 : 휠 마운트 22, 22A : 연삭 휠
23 : 보호 테이프 24, 24A : 환형 베이스
26 : 연삭 지석(레진 본드 지석) 36 : 척테이블
46 : 파이프 형상 전기 주조 지석

Claims (3)

  1. 피가공물을 연삭하는 연삭 휠에 있어서,
    휠 마운트에 장착되는 휠 마운트 장착면을 갖는 환형 베이스와,
    상기 환형 베이스의 자유단부에 링형상으로 설치되며 붕소를 도핑한 다이아몬드 지립을 함유한 복수의 연삭 지석
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 연삭 휠.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연삭 지석은 붕소를 도핑한 다이아몬드 지립을 레진 본드, 비트리파이드 본드, 메탈 본드 중 어느 하나에 혼련하여 소결한 소결 지석으로 구성되는 것인 연삭 휠.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연삭 지석은 붕소를 도핑한 다이아몬드 지립을 니켈 도금으로 고정한 전기 주조 지석으로 구성되는 것인 연삭 휠.
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