KR20140123906A - 고경도 취성 재료의 연삭용 지석 - Google Patents

Abstract

(과제) 가공시에 지립에 작용하는 힘과 지립의 탈락을 컨트롤함으로써, 사파이어나 SiC 와 같은 고경도 취성 재료를 안정된 연삭 능력으로, 높은 정밀도, 고효율로 연마하기 위해 적합한 고경도 취성 재료의 연삭용 지석의 제공.
(해결 수단) 고경도 취성 재료의 피삭재과 접촉하는 지립층 표면 (10a) 에 존재하는 다이아몬드 지립 (11) 의 수가 1 ∼ 5000 개/㎠ 가 되도록 지립 집중도를 조정한 지립층 (10) 을 갖고, 다이아몬드 지립 (11) 을 유지하는 본드 (12) 의 강도가 100 ∼ 200 ㎫ 인 것을 특징으로 하는 고경도 취성 재료의 연삭용 지석 (1) 이다.

Description

고경도 취성 재료의 연삭용 지석{GRINDING STONE FOR HIGH HARDNESS BRITTLE MATERIAL}

본 발명은 LED 의 기판 등에 사용되는 사파이어나 SiC 등의 고경도 취성 재료의 연삭용 지석에 관한 것이다.

최근의 LED 조명의 수요 증대에 수반하여, 고효율, 고정밀도의 사파이어나 SiC 연삭용 지석이 요구되고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에서는, 사파이어나 실리콘 카바이드 등의 기판 외주부를 안정된 연삭 능력으로 고정밀도 또한 장수명으로 모따기 가공할 수 있는 휠형 회전 지석이 제안되어 있다. 이 회전 지석은, 다이아몬드 지립층이 세그먼트 구조로 되어 있고, 각 세그먼트의 길이의 합계 길이를 A, 각 세그먼트 사이에 형성된 간극부의 길이의 합계를 B 로 하였을 때, B/A 를 0 보다 크게 하고 있다.

또, 특허문헌 2 에서는, 사파이어나 실리콘 카바이드 등의 기판 외주부를 안정된 연삭 능력으로 고정밀도 또한 고효율로 삭공하는 컵 지석이 제안되어 있다. 이 컵 지석은, 장착되는 세그먼트수를 14 이상으로 하고, 세그먼트와 세그먼트 사이의 간극 면적을 세그먼트의 면적에 대해 40 ％ 이상으로 하고, 또한 세그먼트의 다이아몬드 지립의 집중도를 20 이하로 한다. 실시예에 있어서, 집중도가 12.5 ∼ 30.0 인 것이 기재되어 있다.

또, 특허문헌 3 에는, 제 1 고정 지립을 사용하여 사파이어 기판의 제 1 면을 연삭하는 공정, 제 2 고정 지립을 사용하여 사파이어 기판의 제 1 면을 연삭하는 공정을 포함하고, 제 2 고정 지립이 제 1 고정 지립보다 작은 평균 입경을 갖는 것으로 한 사파이어 기판의 연삭 방법이 기재되어 있다. 지립의 일 양태로서, 약 0.5 vol％ 이상 또한 약 25 vol％ 이하, 약 1.0 vol％ 와 약 15 vol％, 약 2.0 vol％ 와 약 10 vol％ 사이로 하는 것이 기재되어 있다 (단락 [0033] 참조).

다이아몬드 지석이나 CBN 지석 등의 초지립 지석을 고속 회전시켜 공작물을 연삭하고 있으면, 서서히 지립 선단이 마모됨과 함께, 절삭 부스러기에 의해 지립을 고정시키고 있는 본드가 조금씩 깎여 간다. 그 결과, 지립이나 그 주변의 본드가 깍여져 후퇴하고, 수명을 다한 지립은 탈락되어, 아래로부터 새로운 지립이 머리를 내민다. 이와 같은 자생 작용에 의해, 지석으로 물건을 깎을 수 있다.

한편, 지립은 본드 매트릭스에 의해 단단히 유지되어 있지만, 가한 힘에 대해 본드의 유지력이 충분하지 않으면, 수명이 다하기 전에 지립이 탈락하는 경우가 있다. 다이아몬드를 지립으로 하고 있는 경우, 연삭 중인 지석과 워크 사이에서는, 지립의 선단이 항상 날카로운 상태를 유지하고 있지만, 지립 유지력이 떨어지면, 지립은 아직 사용할 수 있는 상태임에도 불구하고, 입자째 탈락하는 경우가 있다. 날이 되는 지립은, 지립의 탈락, 쉐딩이 일어나면, 비경제적일 뿐만 아니라, 지석의 표면이 돌출되어 있는「날」자체가 없어지기 때문에, 지석의 성능을 발휘할 수 없다.

또, 사용에 의해 지석의 선단이 마모되지만, 본드 후퇴가 불충분하면, 수명이 다 된 지립이 탈락하지 않고 평탄화되어 버리면 이른바「글레이징」이 된다. 이 글레이징은, 본드 후퇴의 문제에서 기인하는 경우와, 사파이어나 SiC 등의 비커스 경도 HV 1 (하중 ＝ 9.807 N) 에서 20 ㎬ 이상, 영률 400 ㎬ 이상, 파괴 인성값이 10 ㎫√m 이하인 고경도 취성 재료에서는, 가공하려고 하고 있는 워크의 경도가 지나치게 높기 때문에, 지립이 밀리는 경우에 발생한다.

초지립 지석은 이상과 같은 문제가 발생하지 않도록, 워크나 요구하는 기능에 따라, 날카로움을 좌우하는 지립, 날카로움의 유지, 지립의 고착을 좌우하는 본드, 절삭 부스러기의 제거를 좌우하는 기공의 각각을 컨트롤하여 설계된다. 종래, 사파이어와 같은 고경도 취성 재료를 가공하기 위해서는, 공지 문헌에 나타낸 바와 같이, 일반적으로 다이아몬드 지립을 사용한 가공법이 적용된다. 지석은, 다이아몬드 지립, 지립의 입도, 지립을 유지하기 위한 결합제의 종류, 결합의 강도, 지립의 집중도 등의 많은 요소의 조합에 의해 정해지고, 사파이어와 같은 고경도 취성 재료를 연마하는 경우, 목적으로 하는 재료 표면의 상태에 적합한 성능을 가진 지석이 필요하다.

일본 공개특허공보 2008-36771호 일본 공개특허공보 2008-12606호 일본 공표특허공보 2010-514580호

그러나, 사파이어 등의 고경도 취성 재료를 피삭재로 하여 실시하는 경우의 연삭의 메커니즘은 밝혀지지 않았다. 이 때문에, 연삭 성능이 불안정하여 재현성이 부족하고, 또 연삭 능력이 충분하지 않아, 마무리 성상도 나쁜 것이 실정이다. 또, 종래에는 사파이어나 SiC 와 같은 고경도 취성 재료의 연삭 수요는 그다지 많지 않고, 따라서, 시간을 들여 실시하면 충분하였지만, 작금의 LED 의 급격한 보급에 수반하여, 그 기판에 사용되는 사파이어의 고효율, 고정밀도에서의 연삭이 요망되고 있다.

그래서, 본 발명에 있어서는, 가공시에 지립에 작용하는 힘과 지립의 탈락을 컨트롤함으로써, 사파이어나 SiC 와 같은 고경도 취성 재료를 안정된 연삭 능력으로, 높은 정밀도, 고효율로 연마하기 위해 적합한 고경도 취성 재료의 연삭용 지석을 제공하는 것을 목적으로 한다.

종래, 일반적인 다이아몬드 지석은 입도 #230 (평균 입경 약 74 ㎛) 에서 지립 집중도 40 ∼ 100 으로 되어 있다. 이것은 지립이 작업을 하여, 탈락을 하고 입자 생성을 하여 새로운 지립이 출현하기 때문에, 경험적으로 결정된 것이다. 본 발명자들은, 이와 같은 발상을 근저로부터 재검토하여, 종래 전혀 검토되지 않았던 피삭재와 접촉하는 지립층 표면에 존재하는 지립의 수를 1 ∼ 5000 개/㎠ 가 되도록 지립 집중도를 조정하는 것을 생각해 내고, 게다가 이것과 지립을 유지하는 본드의 강도를 컨트롤함으로써, 사파이어 등의 고경도 취성 재료의 연삭에 사용할 수 있는 것은 아닐까하고 생각하여 본 발명을 이루기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 고경도 취성 재료의 연삭용 지석은, 고경도 취성 재료의 피삭재와 접촉하는 지립층 표면에 존재하는 다이아몬드 지립의 수가 1 ∼ 5000 개/㎠ 가 되도록 지립 집중도를 조정한 지립층을 갖고, 다이아몬드 지립을 유지하는 본드의 강도가 100 ∼ 200 ㎫ 인 것을 특징으로 한다. 또한, 지립 집중도는 지립의 체적 함유율을 나타낸 것으로 (집중도 200 은 50 ％, 집중도 100 은 25 ％), 종래의 입도 #230 (평균 입경 약 74 ㎛) 에서 지립 집중도 40 ∼ 100 의 다이아몬드 지석의 경우, 지립층 표면의 다이아몬드 지립의 수 6000 ∼ 12000 개/㎠ 정도이다. 본 발명에 의하면, 다이아몬드 지립이 고경도 취성 재료의 피삭재에 깊게 파고들어, 고속 이송에서도 저부하로 연삭할 수 있음과 함께, 자생 작용이 효과적으로 작용하여, 안정된 부하로 연속 연삭하는 것이 가능해진다.

또한, 지립층 표면의 다이아몬드 지립의 수가 5000 개/㎠ 초과에서는, 가공시에 지립 1 입자에 가해지는 힘이 분산되어 낮아져, 고경도 취성 재료의 피삭재에 파고들지 못하여, 지립이 마멸되어 연삭 불능이 된다. 고경도 취성 재료의 피삭재를 연삭하는 경우, 다이아몬드 지립이 피삭재의 표면을 미끄러지지만, 본 발명의 고경도 취성 재료의 연삭용 지석에서는, 이 피삭재와 접촉하는 지립층 표면에 존재하는 다이아몬드 지립의 수를 1 ∼ 5000 개/㎠ 로 줄임으로써, 다이아몬드 지립이 깊게 베이는 깊이를 확보하는 것이다.

또, 다이아몬드 지립의 수가 1 ∼ 5000 개/㎠ 인 경우에도, 본드 강도가 200 ㎫ 초과가 되면, 다이아몬드 지립을 유지하는 힘이 크기 때문에, 지립의 자생 작용이 작용하지 않고, 가공에 의해 조금씩 마멸된 지립이 유지된 채가 되어, 머지않아 연삭 불능이 된다. 또, 본드 강도가 100 ㎫ 미만에서는, 지립을 유지하는 힘이 지나치게 작아, 지석의 성능을 발휘할 수 없다.

본 발명에 의하면, 사파이어나 SiC 와 같은 고경도 취성 재료를 안정된 연삭 능력으로, 높은 정밀도, 고효율로 연마하기 위해 적합한 고경도 취성 재료의 연삭용 지석이 얻어진다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태에 있어서의 고경도 취성 재료의 연삭용 지석을 나타내는 도면이다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 있어서의 고경도 취성 재료의 연삭용 지석 (1) 을 나타내고 있다. 이 연삭용 지석 (1) 은, 금속제의 원판상의 대금 (臺金) (2) 과, 대금 (2) 의 외주 가장자리를 따라 고착된 복수의 세그먼트 지석 (3) 을 구비하고 있다. 세그먼트 지석 (3) 은, 일면측 (회전 축심과 평행한 방향 (도면의 상방)) 으로 돌출되는 고리상의 연삭 평면 (4) 을 구성하고 있다.

세그먼트 지석 (3) 은, 고경도 취성 재료의 피삭재와 접촉하는 지립층 표면 (10a) 에 존재하는 다이아몬드 지립 (11) 의 수가 1 ∼ 5000 개/㎠ 가 되도록 지립 집중도를 조정한 지립층 (10) 을 갖는다. 또한, 각 세그먼트 지석 (3) 의 지립층 표면 (10a) 은 1 ㎠ 전후의 대략 장방형상이고, 최소한 4 개의 각 모서리에 1 개와 중심에 1 개는 다이아몬드 지립 (11) 이 존재하는 것이 바람직하고, 이 경우에는 최저 5 개/㎠ 이상이 된다. 또, 가공 부하에 대한 내구성의 면에서, 바람직하게는 100 개/㎠ 이상, 보다 바람직하게는 500 개/㎠ 이상으로 한다. 한편, 상한 5000 개/㎠ 이하이지만, 바람직하게는 4500 개/㎠ 이하, 보다 바람직하게는 4000 개/㎠ 이하로 한다. 또, 다이아몬드 지립 (11) 을 유지하는 본드 (12) 의 강도는, 100 ∼ 200 ㎫ 로 하고 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 본드 (12) 는 메탈 본드이지만, 동일한 정도의 강도가 얻어진다면 다른 본드여도 된다.

이 연삭용 지석 (1) 에서는, 다이아몬드 지립 (11) 이 고경도 취성 재료의 피삭재에 파고들어, 고속 이송에서도 저부하로 연삭할 수 있음과 함께, 자생 작용이 효과적으로 작용하여, 안정된 부하로 연속 연삭할 수 있어, 사파이어나 SiC 와 같은 고경도 취성 재료를 안정된 연삭 능력으로, 높은 정밀도, 고효율로 연마하기 위해 적합하다.

실시예

상기 본 발명의 실시형태에 있어서의 연삭용 지석 (1) 과 종래의 연삭용 지석의 비교를 실시하였다. 본 실시예의 연삭용 지석 (1) 은, 평균 입경 약 74 ㎛ (#230) 의 다이아몬드 지립 (11) 을 각각 집중도 20 (실시예 1), 30 (실시예 2) 으로 본드 (12) 로서의 메탈 본드와 혼합하고, 소결하였다. 또, 비교예로서 평균 입경 약 74 ㎛ (#230) 의 다이아몬드 지립을 집중도 40 으로 메탈 본드와 혼합하고, 소결하였다. 소결된 세그먼트 지석을 대금에 접착하고 표면을 연마하여, 표면의 지립수가 각각 3800 개/㎠ (실시예 1), 5000 개/㎠ (실시예 2), 5500 개/㎠ (비교예 1), 6000 개/㎠ (비교예 2) 가 되는 연삭용 지석으로 하였다.

이 연삭용 지석을 종축 평면 연삭반에 장착하고, 테이블 상에 원주상으로 4 장 배열한 두께 900 ㎛ 의 4 인치 사파이어 웨이퍼를 연삭하였다. 실시예 1, 2 의 연삭용 지석에서는, 가공 속도를 400 ㎛/min 까지 올려도 가공 부하는 안정적으로 추이하여, 두께 300 ㎛ 까지 웨이퍼가 타지 않고 얇게 깎을 수 있었다.

한편, 비교예 1 의 연삭용 지석에서는, 가공 부하는 불안정하고 상하로 추이하여, 타버린 웨이퍼가 몇 장인가 발생하였다. 또, 비교예 2 의 연삭용 지석으로 가공 속도 100 ㎛/min 으로 연삭한 경우, 가공 도중에 부하가 상승하여, 계속 연삭이 불가능해졌다. 이 때, 연삭용 지석 표면의 지립은 마멸된 상태가 되어 있었고, 웨이퍼는 타서 변색된 상태가 되어 있었다.

본 발명의 고경도 취성 재료의 연삭용 지석은, 사파이어나 SiC 와 같은 고경도 취성 재료를 안정된 연삭 능력으로, 높은 정밀도, 고효율로 연마하는 데에 적합하다.

1 : 연삭용 지석
2 : 대금
3 : 세그먼트 지석
4 : 연삭 평면
10 : 지립층
10a : 지립층 표면
11 : 다이아몬드 지립
12 : 본드

Claims (1)

1. 고경도 취성 재료의 피삭재와 접촉하는 지립층 표면에 존재하는 다이아몬드 지립의 수가 1 ∼ 5000 개/㎠ 가 되도록 지립 집중도를 조정한 지립층을 갖고, 상기 다이아몬드 지립을 유지하는 본드의 강도가 100 ∼ 200 ㎫ 인 고경도 취성 재료의 연삭용 지석.

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