KR20160021904A - 다이싱 장치 및 다이싱 방법 - Google Patents
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Abstract
취성재료로 구성되는 워크에 대해서도 크랙이나 깨어짐을 발생시키는 일 없이 연성 모드로 안정되게 정밀도 좋게 절단 가공을 한다. 워크(W)을 절단 가공하는 다이싱 장치(10)에 있어서, 다이아몬드 지립(砥粒)을 소결해서 형성된 다이아몬드 소결체(80)에 의해 원반상(圓盤狀)으로 구성되고, 상기 다이아몬드 소결체(80)는 상기 다이아몬드 지립(砥粒)의 함유량이 80% 이상인 다이싱 블레이드(26)와, 상기다이싱 블레이드(26)를 회전시키는 스핀들(28; 회전 기구)과, 상기 다이싱 블레이드(26)에 의해 상기 워크(W)에 일정한 칼자국 깊이를 주면서 상기 워크(W)을 상기다이싱 블레이드(26)에 대하여 상대적으로 이동시키는 이동 기구를 구비한다.
Description
본 발명은, 반도체장치나 전자 부품이 형성된 웨이퍼 등의 워크에 대하여 절단이나 홈을 내는 등의 절단 가공을 실시하는 다이싱 장치 및 다이싱 방법에 관한 것이다.
반도체장치나 전자 부품이 형성된 웨이퍼(wafer) 등의 워크(work)를 각각의 칩으로 분할하는 다이싱 장치에는 적어도 스핀들에 의해 고속으로 회전되는 다이싱 블레이드와, 워크(work)를 재치(載置)하는 워크 테이블과, 워크 테이블과 블레이드의 상대적 위치를 변화시키는 X, Y, Z, θ의 각 이동축이 설치되어 있어 이들 각 이동축의 동작에 의해 워크에 대하여 절단이나 홈 등의 절단 가공을 실시한다.
이러한 다이싱 장치로 이용되는 다이싱 블레이드로서는 지금까지 여러 가지 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 2 참조).
특허문헌 1에는 다이아몬드 지립(砥粒)을 니켈이나 구리 등 연질 금속의 합금을 결합재로 하여 전기도금 기술을 이용한 전기 주조법으로 금속모재(알루미늄 플랜지)의 단면에 고착시킨 전기 주조 블레이드가 기재되어 있다.
특허문헌 2에는 화학기상증착(CVD)법에 의해 경도가 서로 다른 다이아몬드층을 순차 적층함으로써 다수의 다이아몬드층으로 이루어지는 기재(基材)에 의해 구성되는 다이아몬드 블레이드가 기재되어 있다.
그런데, 최근 반도체 패키지의 소형화, 고집적화로의 요구가 높아지고 있어 반도체 칩의 박편화(薄片化)가 진행되고 있다. 그에 따라 예를 들면, 두께 100μm이하 극박(極薄)의 워크가 요구되어 오고 있다. 이러한 극박(極薄)의 워크는 대단히 갈라지기 쉬우므로 극박(極薄)의 워크를 다이싱하는 경우에는 다이싱 블레이드에 의해 형성되는 절단 홈의 홈 폭을 될 수 있는 한 세밀하게 할 필요가 있다. 예컨대 두께 100μm 정도의 워크를 절단 가공할 때는 다이싱 블레이드의 칼날 두께(厚)로서 워크의 두께보다도 얇게 할 필요가 있어 적어도 100μm 이하의 두께로 할 필요가 있다. 반면에 워크의 두께보다도 두터운 칼날 두께(厚)의 다이싱 블레이드로 절단 가공을 할 경우 워크가 절단되기 이전에 깨져버리는 일이 있다. 이 때문에 예를 들면, 두께 50μm 정도의 워크에 깊이 30μm 정도의 홈 가공을 할 경우에는 당연히 홈의 폭도 30μm 이하로 하지 않으면 안 되기 때문에 다이싱 블레이드의 칼날 두께(厚)를 30μm 이하로 억제할 필요가 있다.
그렇지만, 종래의 다이싱 블레이드에는 이하에 나타낸 기술적인 문제가 있어 극박(極薄)의 워크에 대하여 안정되고 정밀도 좋게 절단 가공을 할 수 없다.
또한, 취성재료(脆性材料)에 대해서는 깨어짐의 원인으로 되는 크랙을 회피하는 것이 어렵다. 구리나 알루미늄 및 유기 필름이나 수지 등의 연성을 갖는 재료에 대해서는 깨지지 않을 뿐, 버(burr)가 나오기 쉬운 성질을 가져 버(burr)의 발생을 회피하는 것이 어렵다.
(돌출 조정 불가에 의한 크랙의 문제)
먼저, 특허문헌 1에 기재된 전기 주조 블레이드는 도 19에 나타낸 바와 같이, 다이아몬드 지립(92; 砥粒)이 결합재(94; 메탈 본드) 내에 산재하고 있고 표면에는 예리한 선단부를 갖는 다이아몬드 지립(92; 砥粒)이 돌출한 상태로 되어 있다. 이때 다이아몬드 지립(92; 砥粒)의 돌출 위치나 돌출량은 뿔뿔이 흩어져서 원리적으로 지립 돌출을 정밀도 좋게 제어하는 것은 곤란하다. 이 때문에 1개의 가공 단위에 있어서의 칼자국 깊이를 고정밀도로 제어할 수는 없다. 특히 두께가 100μm 이하의 극박의 워크에 대하여 절단 가공이 행하여질 경우, 어떤 일정 이상의 칼자국에서 크랙이 발생하고, 다이아몬드 지립(砥粒)의 선단부가 워크에 대하여 치명적인 칼자국을 주어버릴 수 있다. 그 결과 크랙끼리가 결부되는 것으로, 많든 적든 간에 칩핑(chipping)이 발생해버리는 문제가 있다.
이러한 문제가 생기는 원인으로서는 전기 주조 블레이드의 표면 형태에 있다. 즉, 도 19에 나타낸 바와 같이, 전기 주조 블레이드에 있어서는 다이아몬드 지립(92; 砥粒)이 결합재(94)에 의해 결합되어 있지만, 그 표면 형태는 결합재(94) 속에 다이아몬드 지립(92; 砥粒)이 배열된 형태로 존재하고 있다. 그 때문에 전기 주조 블레이드에 있어서는 전체적인 평균 높이 위치로 되는 기준평면 (98)은 결합재(94)의 표면 가까이에 존재하고, 그 기준평면(98)으로부터 다이아몬드 지립(92)이 돌출하는 상태로 되어 있다. 그리고 이 상태로 다이싱 가공을 진척시켜 가면, 다이아몬드 지립(92)에서는 아니고, 그것을 결부시키는 결합재(94)의 표면부분이 감소하여 다이아몬드 지립(92)의 돌출량이 더욱 커지게 된다. 이러한 것으로부터 상술한 바와 같이, 다이아몬드 지립(92)의 돌출 위치나 돌출량을 정밀도 좋게 제어하는 것은 곤란하다. 칼자국이 크게 변화할 경우, 재료의 임계 칼자국 깊이(Dc값)이상의 칼자국이 들어가면 크랙이 발생하고, 본 발명이 목적으로 하는 연성 모드의 가공은 불가능하게 된다.
특히 전기 주조 블레이드의 경우는 자생발인(自生發刃)되는 용어가 있듯이, 절단 도중에 마모한 다이아몬드 지립(92)은 그대로 탈락하고, 그 다음에 그 아래에 있는 새로운 다이아몬드 지립(92)이 작용하는 형태로 된다. 그러나, 이러한 다이아몬드 지립(92)의 탈락을 용인하면, 탈락한 다이아몬드 지립(92)이 블레이드와 워크의 중간에 개입해 결과적으로 크랙을 조장하게 된다. 다이아몬드가 탈락하는 것을 전제로 한 블레이드에 의한 가공에 있어서는 원리적으로 크랙의 발생을 막는 것은 불가능하다.
(예리화가 곤란한 문제)
또한, 전기 주조 블레이드의 경우 기계가공에 의해 블레이드 선단부를 얇게 예리하게 가공하더라도 다이아몬드 지립(砥粒)이 드문드문하게 존재하기 때문에 한결같이 얇게 가공하거나, 테이퍼지게 가공하더라도 그 가공에 따라 표면에서 다이아몬드 지립(砥粒)이 탈락해버리므로 블레이드 선단부를 예리화하는 것에는 한계가 있다.
즉, 얇은 블레이드를 제작하기 위해서는 전착(電着)의 도금을 할 때에 한결같이 얇게 도금한 것을 제작하고, 그것을 기재(基材)로부터 떼서 블레이드로 하지만, 블레이드로 한 것을 뒤에서 가공에 의해 형성하고, 얇게 하는 것은 곤란하다.
(열전도성의 나쁨으로부터 오는 열축적의 문제)
또한, 전기 주조 블레이드는 열전도성이 나쁘고, 절단 가공시에 홈 측면과의 마찰 저항에 의한 발열에 의해 블레이드 내에 열이 축적되기 쉽고, 블레이드의 휘어짐을 초대하는 우려도 있다.
전기 주조 블레이드가 니켈을 결합재료로서 제작되었을 경우, 표 1에 나타낸 바와 같이, 니켈의 열전도율은 기껏 92W/mㆍK 정도다. 또, 구리를 결합재로 했을 경우라도 398W/mㆍK정도의 열 전도율밖에 없다. 이와 같이 블레이드의 열 전도성이 나쁘면, 열이 축적되기 쉽게 블레이드가 뒤집히는 것이나, 가공중의 발열로 다이아몬드가 그래파이트(graphite)화 하기도 하기 때문에 순수(純수)를 뿌리면서 냉각해서 가공을 하는 경우가 많다. 한편, 다이아몬드의 열전도율은 2100W/mㆍK이며, 니켈이나 구리와는 월등히 차이가 난 열전도율을 갖는다.
| 비중 | 열팽창계수 [ ×10-6/K] |
열전도율 [W/mㆍk] |
비커스 경도 Hv | |
| Ni | 8.9 | 13 | 92 | 638 |
| Cu | 8.96 | 16.7 | 398 | 369 |
| 다이아몬드 | 3.52 | 3.1 | 2100 | 8000 ∼ 12000 |
(자의적인 등 간격의 조각 칼날을 형성할 수 없는 문제)
한편, 특허문헌 2에 기재되는 다이아몬드 블레이드에는 이하에 나타낸 바와 같은 문제가 있다.
먼저, 상기한 다이아몬드 블레이드는 CVD법으로 형성되어 있기 때문에 대단히 치밀한 막으로 형성된 블레이드가 되지만, 그 결과, 다이아몬드 블레이드의 표면은 대부분 평면 상이 되고, 자의적으로 칼자국을 주기 위한 오목부 형상이나 부스러기 제거를 위한 포켓을 형성할 수 없다. 또, 결과적으로 미소한 요철(凹凸)이 형성되었다고 하여도 성막(成膜) 전에 자의적으로 입계(粒界)의 크기를 설정할 수 없다. 따라서, 요철의 피치 등을 자의적으로 설계할 수 있는 것이 아니다.
(적층의 경우 바이메탈 효과의 문제)
또한, 다른 조성의 다이아몬드층을 적층하여 형성할 경우, 그 조성에 의해 열팽창이 변화되기 쉬워진다. 이 때문에 다이싱 가공 중에 발열해 오면 각 다이아몬드층 사이에서 열 응력이 발생하고, 블레이드의 진원도나 평면도를 유지할 수 없게 될 가능성이 있다. 이때 경우에 따라서는 휘어짐이 발생하기도 한다. 특히 블레이드가 얇게 되면, 그 영향은 보다 현저하게 된다.
(CVD 성막(成膜)에 의한 블레이드 제작에 있어서의 진동 정밀도의 문제)
또한, CVD법에서 다이아몬드 블레이드를 제작할 경우, 성막(成膜) 분포에 의해 블레이드의 칼 두께 분포가 결정된다. 특히 성막(成膜) 분포에 파도가 있을 경우에 그 파도를 제거할 수는 없다. 즉, 기계가공에서 파도를 제거하려고 하여도 크랙이 들어가는 등 하고 말아 얇은 블레이드를 형성하는 것은 곤란하다. 따라서 고정밀도인 진동이 없는 스핀들 플랜지(flange)에 기준면끼리를 합쳐서 달고, 진동 정밀도를 향상시키는 것은 원리적으로 어렵다.
(이종 재료를 접합함으로써 평면도 확보)
또한, 블레이드에 의한 절단 홈의 홈 폭을 세밀하게 하기 위해서는 블레이드의 외주부(선단부)는 될 수 있는 한 세밀한 쪽이 바람직하지만, 플랜지(flange)에 당접시키는 부분은 고정밀도인 기준이 되는 평면을 유지하기 위해서 휘어짐이 발생하지 않는 정도의 두께를 필요로 한다. 그러나 블레이드를 일체물로서 제작하는 동시 이러한 두께의 다른 부분을 소유하는 블레이드로 할 경우, 성막(成膜)에 의한 방법에서는 일체물로 제작할 수 있지 않고 실질 불가능 이다. 한편, 그 때문에 이종의 재료를 접합하고서는 열 응력의 관계로 변형하여 진원도, 평면도를 어지럽혀버리기 때문에 후술하는 본 발명과 같은 연성 모드의 가공을 실현하는 것이 어려울 경우가 있다. 여기에서 연마나 절삭 가공을 할 때에 나선형이나 유선형의 부스러기가 나오는 것 같은 상태로 워크의 가공을 할 경우를 연성 모드의 가공이라고 한다.
또한, 블레이드 외주에 고경도(高硬度)의 다이아몬드 칩을 메워 넣는 구성은 다이아몬드 부분과 기재(基材)의 부분에서 열팽창이나 열전도율이 다르기 때문에 바이메탈 효과로 블레이드 전체의 평면도를 확보하기 어려운 것 외에 칩을 원주상으로 배열하면, 온도분포가 축대칭의 말끔한 온도 분포가 안 되기 때문에 역시 열 응력에 의해 평면도가 악화 되게 된다.
또한, 크랙 프리의 연성모드 다이싱으로 하기 위해서는 0.1mm 이하의 얇은 블레이드에서 지극히 국소적인 영역에 홈 내지 절단 폭을 한정할 필요가 있지만, 다이아몬드 칩과 모재를 붙인 구성에서는 이러한 얇은 블레이드를 형성할 수는 없다. 다이아몬드 칩부와 기타 모재 부분의 연속적인 평면도를 확보하는 것이 어렵다.
더구나 다이아몬드 칩 부분은 지극히 경도가 높지만, 모재의 금속 부분의 탄성효과로 다이아몬드 칩이 받는 충격을 모재 부분이 흡수할 수 있다. 연성 모드로 가공을 할 경우는, 지극히 미소한 칼자국을 계속적으로 넣을 필요가 있지만, 이러한 충격을 모재가 흡수해버리면, 지극히 미소(微小)한 칼자국 아래에서 연성 모드의 가공을 할 수는 없다.
이상으로부터 열전도의 점, 형상적인 평면도나 평면의 연속성의 점, 가공에 의한 충격을 흡수하지 않고 국소적으로 효과적인 전단력을 주는 점 등에 비추어보면, 다이아몬드 칩을 메워 넣는 블레이드는 문제가 된다.
(성막(成膜) 방법에서는, 막퇴적 방향에 의해 응력분포가 달라 블레이드 휘어짐이 발생)
또한, 상기한 다이아몬드 블레이드에서는 CVD법에 의해 성막된 다이아몬드층으로 이루어지는 막(膜) 내에 압축 응력이 형성되므로 막이 퇴적함에 따라 응력의 들어가는 쪽이 다르다. 이 때문에 최종적으로 막을 벗겨내서 블레이드로 할 때에 좌우의 양면에 있어서 압축 응력의 들어가는 쪽에 차이가 있고, 결과적으로 블레이드가 크게 뒤집히게 된다. 이러한 블레이드의 휘어짐을 수정하려고 해도 수정하는 수단은 없고, 막의 응력에 의해 제품의 수율이 나빠지게 되는 것이 염려된다.
또, 블레이드에 있어서는 외주부에 조각 칼날을 설치할 필요가 있다. 그 조각 칼에는 어떠한 자의적인 연속한 요철이 필요하게 되고, 예리한 나이프와 같이 외주부에 완전히 요철이 없는 똑같은 예리한 칼날을 형성했다고 하여도 취성재료나 경우에 따라서는 연성 재료 등 재료에 미소하게 칼자국을 넣으면서 부스러기를 제거하면서 가공을 진척시킨다고 하는 본 발명의 과제를 해결하는 데 있어서는 외주부의 미소 요철 없이 실질적인 절단 가공을 하는 것은 불가능하다.
(스크라이빙의 문제)
또한, 다른 문제로서 블레이드 자체의 문제가 아니지만, 예로 블레이드를 정밀도 좋게 제작하고, 선단부가 예리하며 동시에 절단 가공시의 열에 있어서도 평면상태가 변화되는 것이 없는 이상적인 블레이드를 제작할 수 있었다고 하여도, 그 블레이드의 사용 방법도 중요하게 된다. 특히, 블레이드 자체를 워크에 대하여 연직방향으로 눌러서 크랙을 주어 절단 진행시키는 스크라이빙(scribing) 등의 경우는 분명히 취성파괴(脆性破壞)를 이용한 가공이 되기 때문에 후술하는 본 발명과 같은 연성 모드의 가공을 할 수는 없다.
스크라이빙(scribing)에서는 워크와 블레이드는 미끄러지지 않도록 상대속도는 0로 한다. 블레이드 구성으로서, 스크라이빙(scribing)의 경우, 재료에 수직 응력을 주기 위해서 블레이드는 자유롭게 회전하는 것이 필요하고, 블레이드 내의 베어링 내지는 축 부분을 연직 아래쪽으로 압압(押壓)하는 형식이 된다.
블레이드를 워크에 따라 슬라이드시키기 위한 블레이드 보유 부분과, 워크와 접하여 회전하는 블레이드 부분은 완전 고정하고 있어서는 안 된다. 블레이드에 대하여 전혀 놀이가 존재하지 않고, 모터에 직결하고 있는 일은 없다.
이러한 것으로부터 종래의 스크라이빙(scribing)의 블레이드 구성에서는 축과 베어링 부분의 사이 미끄럼 부분이 중요하게 된다.
그에 따라 본 태양은 스크라이빙(scribing)이 아니기 때문에 모터와 블레이드는 직결한 구조로 되어 있어 축과 베어링이라는 관계는 존재하지 않고, 서로 끼워서 정밀도 좋게 동축 구성으로 조립되어 있다.
그 때문에 블레이드 단면과 모터 직결의 플랜지(flange) 단면의 면 맞춤이 중요하게 된다. 즉, 다이싱 블레이드에는 플랜지(flange) 단면과 맞추기 위한 기준평면이 필요하게 된다.
(워크에 대하여 일정 칼자국 깊이를 유지해서 커팅하는 것)
또한, 절단함에 따라서 제거 부피가 크게 변화하여 1개의 조각 칼날이 제거하는 부피 자체가 변화하고, 그 결과 1개의 조각 칼날이 제거하는 동시에 소정의 임계 칼자국 깊이를 제어할 수 없고, 결과적으로 절단 가공 중에 절단 저항이 크게 변화하여 그 언바란스함으로부터 워크 재료 내에 크랙을 끼칠 경우도 있다. 이러한 경우도 취성파괴(脆性破壞)를 유발하는 원인으로 되어 연성 모드의 가공을 실현할 수는 없다. 즉, 워크에 대하여 미시적으로 하나의 조각 칼날이 일정한 칼자국 깊이를 유지하기 위해 워크에 대하여도 일정한 칼자국을 주어서 가공 중은 정상 상태를 확보할 필요가 있다.
또한, 워크가 평판상 시료가 아닐 경우는 워크를 고정하는 것이 잘되지 않는 경우가 있다. 예를 들면, 원주상의 워크를 그대로 절단할 경우, 워크가 움직여버려 칼자국이 일정치도 않고, 워크가 절단에 의해 진동하기도 한다.
다음에 한쪽에서 최근은 Cu/Low-k재료(구리재료와 저유전율의 재료가 혼재한 재료)와 같이 연성재료와 취성재료가 혼재한 재료도 있다. Low-k재료와 같이 취성재료에 있어서는 취성파괴를 일으키지 않도록 재료의 변형 영역 내에서 워크를 가공 해야 한다. 한편, Cu는 연성재료이기 때문에 깨질 일은 없다. 그러나, 이러한 재료는 깨지지 않고 한쪽으로 대단히 연장되는 경향이 있다. 이러한 연성이 높은 재료는 블레이드에 달라붙는 동시에 블레이드가 빠진 부분에서 큰 버(burr)를 발생시킨다. 또, 원형 블레이드에서는 상부에 수염과 같은 버(burr)를 형성하는 경우도 많다.
또한, 연성이 높은 재료에서는 잘라도 재료가 블레이드에 끌려가는 경우, 블레이드에 달라붙는 문제가 있다. 블레이드에 달라붙으면, 블레이드의 눈금(홈)이 빨리 막힘고 말아 블레이드의 조각 칼날 부분이 워크 재료로 덮어져 버려 연삭 능력이 현저하게 저하되는 문제가 생긴다.
본 발명은 이러 같은 실정을 고려하여 발명한 것으로, 취성재료로 구성되는 워크에 대해서도 크랙이나 깨어짐이 발생하는 일 없이 연성 모드로 안정되어 정밀도 좋게
절단 가공을 할 수 있는 다이싱 장치 및 다이싱 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 태양에 관한 다이싱 장치는 워크를 절단 가공하는 다이싱 장치에 있어서, 다이아몬드 지립(砥粒)을 소결해서 형성된 다이아몬드 소결체에 의해 원반상(圓盤狀)으로 구성되고, 상기 다이아몬드 소결체는 상기 다이아몬드 지립(砥粒)의 함유량이 80vol%(이하, 단지「%」라고도 표시한다.) 이상인 다이싱 블레이드와, 상기 다이싱 블레이드를 회전시키는 회전 기구와, 상기 당싱 블레이드에 의해 상기 워크에 일정한 칼자국 깊이를 주면서 상기 워크를 상기 다이싱 블레이드에 대하여 상대적으로 이동시키는 이동 기구를 구비한다.
본 발명의 일 태양에 있어서, 다이싱 블레이드는 다운 컷 방향으로 회전하면서 상기 워크에 칼자국을 내는 것이 바람직하다.
한편, 다운 컷 방향이란 워크를 다이싱 블레이드에 대하여 상대적으로 이동시킬 때에 다이싱 블레이드의 조각 칼날이 워크 표면에 잘라 들어가는 것 같은 회전 방향을 말한다.
또한, 본 발명에 일 태양이 있어서, 상기 다이싱 블레이드의 외주부에는 상기 다이아몬드 소결체의 표면에 형성된 오목부로 이루어지는 조각 칼날[미소 절칼(切刃)]이 주방향(周方向)에 따라 연속해서 설치되어 있는 것이 바람직하다.
다이아몬드 소결체로 구성되어 있기 때문에 종래의 다이아몬드보다 부드러운 결합재로 전착(電着)된 다이아몬드 전착에 의한 재료와는 완전히 다르다.
종래의 전착(電着) 다이아몬드의 경우, 다이아몬드에 비해서 결합재가 후퇴하기 위해 다이아몬드가 돌출하고, 결과적으로 평균적인 수준선에 대하여 다이아몬드 지립(砥粒)의 돌출이 커지고 있었다. 그 결과 돌출 량이 큰 지립(砥粒) 부분으로 과대한 칼자국 깊이가 되어 재료 고유의 임계 칼자국 깊이를 넘어서 크랙이 미치게 된다.
그것에 대하여 본 발명의 경우는 다이싱 블레이드는 대부분 다이아몬드로 구성되어 있어 다이아몬드로 둘러싸여진 오목부분이 조각 칼날이 된다. 그 때문에, 주변이 후퇴하여 돌출한 지립(砥粒)이 형성되는 일은 없다. 그 결과 과대한 칼자국 깊이로 되는 일은 없고, 오목부가 조각 칼날로서 작용한다. 평면의 기준면이 다이아몬드면 이며, 그 여기저기에 오목 부분이 존재하므로 기본적으로는 오목 부분이 조각 칼날로서 가공을 하게 된다.
이와 같이 다이아몬드 지립(砥粒)이 전체 속에 지배적으로 존재하고, 그 동안에 확산해서 남겨진 소결 조제가 존재함으로써 형성되는 조각 칼날은 다이아몬드 지립(砥粒)의 속에 형성된 오목 조각 칼날로 된다. 또한 이때의 다이아몬드 지립(砥粒)의 함유율에 대해서는 후술하지만 80% 이상의 다이아몬드 지립(砥粒)의 함유량을 소유해서 처음으로 그 빈 부분이 조각 칼날로서 작용한다. 함유율이 감소하면, 다이아몬드 지립(砥粒)으로 형성되는 외연(外緣)에 오목 부분이 형성된다고 하는 형식이 아니기 때문에, 요철(凹凸) 부분이 대부분 같아지지만, 철부(凸分)가 지배적으로 되어 상대적으로 돌출하는 부분이 생겨 워크에 치명적인 크랙을 끼치지 않는 일정 이하의 안정된 칼자국 깊이를 주는 조각 칼날로 되지 않는다.
또한, 본 태양에 관한 블레이드는 소결 다이아몬드로 구성되어 있는 것이 큰 특징이 된다. 소결 다이아몬드는 미리 입자 직경이 갖추어진 다이아몬드를 깔고, 미량의 소결 조제를 첨가하여 고온 고압화로 제작된다. 소결 조제는 다이아몬드 지립(砥粒)내에 확산하여 결과적으로 다이아몬드끼리를 강고하게 연결시키게 된다.
전착 블레이드나 전기 주조 블레이드에서는 다이아몬드끼리가 이어지지 않는다. 다이아몬드가 박힌 것을 주변의 금속으로 고정하는 것으로 다이아몬드 지립(砥粒)을 고정하는 방식이다.
소결의 경우는, 소결 조제가 다이아몬드 내에 확산하는 것으로 다이아몬드 입자끼리가 강고(强固)하게 결합 된다. 다이아몬드 입자끼리를 결합함으로써 다이아몬드의 특성을 살릴 수 있다. 다이아몬드의 강성, 경도, 열전도 등에 있어서 다이아몬드 함유량이 많으면, 거의 다이아몬드에 가까운 물리 물성을 살리는 것이 가능해진다. 이것은 다이아몬드끼리를 결합시키는 것에 따른다.
전기 주조 블레이드 등의 다른 제조법과 비교하여 고온 고압화로 소성되어서 제작되는 것으로, 다이아몬드끼리가 결합 된다. 이러한 소결 다이아몬드는 예를 들면 GE사의 컴팩스 다이야몬드(상표) 등이 이것에 상당한다. 컴팩스 다이아몬드는 단결정으로 구성되는 미립자끼리를 소결 조제로 결합시키고 있다.
다이아몬드의 함유량으로 말하면, 천연 다이아몬드나 인공 다이아몬드 등도 당연히 다이아몬드 함유량은 많아 강고(强固)한 다이아몬드로서 존재한다. 이러한 단결정 다이아몬드는 탈락할 때에는 계면에 따라 깨어짐을 일으키기 쉽다. 예를 들면, 모든 블레이드를 단결정 다이아몬드로 했을 경우, 원반상으로 형성했다고 하여도 어떤 방향에 계면이 있다면 계면에서 둘로 갈라지는 것도 있다. 가공의 진행에 의해 다이아몬드가 마모할 경우에도 계면에 따른 면방위(面方位)에 의존해서 마모가 일어난다고 하는 문제도 있다.
단결정 다이아몬드의 경우, 다이아몬드가 마모하는 과정에서 어떤 단위로 다이아몬드를 마모시켜 가는 것인가, 재료 내에서의 마모 과정을 엄밀하게 제어할 수는 없다.
한편, 마찬가지로 DLC(다이아몬드 라이크 카본)과 같이 CVD에서 기상 성장하여 제작된 부재도 다결정체로 되지만, 결정입계(結晶粒界)의 크기를 정밀도 좋게 제어할 수 없다. 그 때문에 입계(粒界)로부터 결정이 마모할 때에도 어느 정도 균일하게 마모시킬지 설정할 수 없고, 가공에 의해 마모해 탈락하는 결정 단위나 입계(粒界)의 단위를 엄밀하게 제어할 수는 없다. 따라서 때로는 크게 결손하거나, 일부의 결함에 과잉한 응력이 들어가서 크게 깨지거나 하는 일이 일어날 수 있다.
그것에 대하여 다이아몬드 미립자끼리를 고온 고압화로 소성한 PCD(Polycry stalline Diamond)에 있어서는 DLC등과 마찬가질 다결정 다이아몬드로 되지만, 그 결정 구성은 완전히 다르다. 미립자끼리를 소성한 PCD는 다이아몬드 미립자 자체는 단결정체이며, 대단히 경도가 높은 완전한 결정체이다. PCD는 그 단결정체끼리를 결합시키기 위해 소결 조제를 섞어서 단결정끼리를 연결시키고 있다. 그때 결합 부분은 완전하게 방위가 갖추어지지 않기 때문에 전체로서는 단결정이 아니고 다결정체로서 결합하는 모양이 된다. 그 때문에 마모 과정에서도 결정 방위 의존성은 존재하지 않고, 어느 방향이여도 일정한 큰 강도를 갖는다.
이상으로부터 PCD의 경우 모든 구성은 완전한 단결정이 아니기 때문에 다결정이지만, 크기가 갖추어진 미소한 단결정이 빽빽하게 집합한 상태에서의 다결정체이다.
이러한 구성에 의해 가공에 있어서의 마모 과정에 있어서, 외주의 조각 칼날의 상태 및 외주 조각 칼날의 피치 단위의 제어 점에서 정밀도 좋게 초기의 상태를 유지할 수 있다. 다이싱에 의해 마모해 가는 과정에서 단결정 바로 그것이 갈라지는 것보다도 단결정과 단결정을 연결하는 부분이 경도나 강도적으로도 상대적으로 약하므로 그 입계(粒界) 부분에서 결합이 끊어져서 탈락한다.
PCD에 있어서는 조각 칼날을 형성하는데 단결정의 사이에 있는 결정 입계(粒界)에 따라 마모해 가므로 자연스럽게 등 간격인 조각 칼날이 설정되게 된다. 이렇게 해서 할 수 있었던 요철(凹凸)은 모두 조각 칼날이 된다. 또한, 등 간격에 존재하는 자연스러운 요철의 조각 칼날의 사이에도 입자의 입계(粒界)에 의한 요철의 조각 칼날도 존재하고, 이들 모두가 다이아몬드로 구성되기 때문에 조각 칼날로서 존재한다.
이와 같이 본 발명에 관한 블레이드가 PCD에 의한 구성인 것과, 원반형상인 것과도 맞물려 특히 효과를 발휘한다. 원반상(圓盤狀)의 외주로 조각 칼날이 존재하고, 그것이 가공 점에 순차 작용하는 형으로 가공 점에 도달한다. 조각 칼날은 가공중에 끊임없이 가공 점에 있는 것은 아니고, 회전하면서 극부분(極部分) 원호만으로 가공에 기여하기 위해 가공과 냉각이 되풀이되기 때문에 선단부가 과잉하게 과열될 일은 없고, 그 결과 다이아몬드가 열화학적으로 반응하는 일이 없어 안정되게 가공에 기여하게 된다.
다음에, 등 간격인 조각 칼날의 형성은 후에 설명하는 본 발명의 과제인 연성 모드 다이싱에는 불가결한 요소로 된다. 즉, 연성 모드 다이싱에서는 후에도 설명하는 바와 같이 하나의 조각 칼날이 재료에 주는 칼자국 깊이가 중요하게 되고, 또한 하나의 조각 칼날이 워크에 주는 칼자국 깊이는「블레이드 외주부의 조각 칼날 간격」이 필요 요소에 관련된다. 이 점 하나의 칼날이 워크에 주는 임계 칼자국 깊이와 조각 칼날 간격의 관계는 후에 기재하지만, 하나 칼날의 임계 칼자국 깊이를 규정하기 위해서는 안정된 조각 칼날 간격의 설정이 필수가 된다. 이 조각 칼날 간격을 정밀도 좋게 설정하는 데, 입자 직경이 맞는 단결정 지립(砥粒)끼리를 소결시켜서 결합한 PCD가 호적(好適)이 되는 것이다.
한편, 보충적으로서, 본 발명의「등 간격인 조각 칼날의 형성」에 있어서, 본 발명에서 PCD소재에 있어서의 다이아몬드 지립(砥粒) 배치를 한 블레이드와, 일반적인 다른 사례에 있어서의 다이아몬드 지립(砥粒)의 배치를 한 종래 블레이드의 차이를 설명한다.
전기 주조 블레이드에 있어서는 지립(砥粒)의 함유율은 적다. 일본국 특허 공개 2010-005778호 공보 등에 있어서도 지립(砥粒)층의 속에 차지하는 다이아몬드 지립(砥粒)의 함유율은 10% 정도다. 따라서 지립(砥粒) 함유율이 70%을 넘는 것 같은 설정은 드물다. 그 때문에 각 지립(砥粒)은 드문드문하게 존재한다. 어느 정도 균일하게 배치하지만, 하나의 지립(砥粒)의 충분한 돌출을 확보하기 위해서는 지립(砥粒) 간격도 크다.
일본국 특허 3308246호에서는 희토류 자석 절단용의 다이싱 블레이드가 기재되어 다이아몬드 및/또는 CBN의 복합 소결체에 의해 형성된다고 하고 있다. 다이아몬드 또는 CBN의 함유량은 1 ∼ 70VOL%로 하고 있고, 더 바람직하게는 5 ∼ 50%로 하고 있다. 다이아몬드 함유량이 70%을 넘으면, 뒤집힘ㆍ구부러짐의 점에서 문제없지만, 충격에 대하여 약해져 파손되기 쉽다고 하고 있다.
일본국 특허 4714453호에 있어서도 세라믹스, 금속, 유리 등의 복합재료에 대하여 절단, 홈 가공하는 공구를 개시하고 있다. 다이아몬드를 소성하여 제작하는 공구에 있어서, 지립(砥粒)은 소성체 중에 3.5 ∼ 60VOL% 함유한다고 기재되어 있다. 여기에서의 기술과제는 본드재가 고탄성율, 고경도이여도 지립(砥粒)의 보유력이 높은 것이며, 기재된 구성으로 하면 항상 충분한 지립(砥粒)의 돌출을 유지할 수 있다고 한다.「지립(砥粒)의 돌출」을 충분히 유지함으로써 자생발인(自生發刃) 을 효과적으로 유지하여 고속도 가공을 가능하게 하는 것이 기재되어 있다.
이와 같이 종래 사례를 고려하면, 전기 주조 블레이드에 있어서도 다이아몬드 소결체의 블레이드에 있어서도, 지립(砥粒)의 틈새에 다이아몬드를 깐다고 하는 것은 하지 않고 있다. 또한, 깔 수 있었던 지립(砥粒)의 틈새에 다이아몬드를 조각 칼날로 한다고 하는 사고방식도 존재하지 않는다. 본 발명에 있어서, 연성 모드로 가공하기 위해서는 후에 수식에서도 설명하지만, 하나의 조각 칼날이 주는 임계 칼자국 깊이가 중요하게 되고, 그 칼자국 깊이를 일정 이하로 유지하기 위해서는 조각 칼날의 간격이 중요하게 된다. 또, 조각 칼날도 크게 고립해서 돌출하는 지립(砥粒)을 만드는 것이 아니고, 다이아몬드를 깔고, 깐 오목한 부분을 이용해서 등 간격의 조각 칼날을 형성한다.
도 22a 및 22b에 다이아몬드 지립(砥粒) 함유율에 따른 지립(砥粒) 간격의 모양을 모식적으로 나타냈다. 일정한 지립(砥粒) 간격으로 과잉한 칼자국을 주지 않는 조각 칼날을 형성하기 위해서는 다이아몬드를 밀접하게 깐 뒤, 일부의 지립(砥粒)이 연속적으로 제거되어 휩쓸려 나가는 것이 필요하다. 그러기 위해서는 깔기 위해서 적어도 70% 이상의 다이아몬드 지립(砥粒) 함유율은 최저라도 필요하게 된다. 그리고 나서 일부의 다이아몬드를 제거하지 않으면 안 된다. 80% 이상의 다이아몬드 지립(砥粒)의 함유량으로 소결하면, 도 22a와 같이 적어도 공간적으로 틈 없이 다이아몬드를 깔 수 있었던 상태를 형성할 수 있고, 거기에서 지립(砥粒) 자체를 제거하면서 휩쓸려 나가는 것으로 자연스럽게 등 간격의 조각 칼날을 갖는 블레이드를 형성할 수 있게 된다. 또한, 그렇게 해서 할 수 있었던 요철은 모두 조각 칼날로서 작용한다.
이상으로부터, 등 간격의 조각 칼날을 형성하기 위해서는 고밀도로 지립(砥粒)을 깐 뒤에 고온 고압화로 소성된 재료로 구성할 필요가 있다.
한편, 도 22b와 같이 다이아몬드 지립(砥粒)의 함유율이 70% 이하인 경우, 등 간격의 조각 칼날을 자의적으로 형성하는 것은 어려워진다. 이것은 함유율이 70% 이하에서는 다이아몬드 지립(砥粒)이 풍부한 부분과 그렇지 않은 부분이 아무래도 생겨나 다이아몬드 지립(砥粒)이 드문드문한 부분에는 그 안에 고립된 지립(砥粒)의 존재에 의해 조각 칼날의 간격이 커져버릴 가능성이 있기 때문이다. 조각 칼날의 간격이 클 경우, 또는 드문드문한 부분이 있어서 예컨대 다이아몬드 지립(砥粒)이 하나만 크게 돌출하고 있는 경우는 엄밀한 돌출량을 설정할 수 없어 워크에 대하여 치명적인 크랙을 끼치는 칼자국 깊이를 주게 된다.
앞에 나타낸 일본국 특허 4714453호에서는 충분한 지립(砥粒)의 돌출 하에서 고속도가공을 하는 과제를 해결하기 위해 다이아몬드 지립(砥粒)의 함유율이 70% 이하로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명에서는 연성 모드로 크랙 프리의 다이싱을 하는 것이 과제이다. 그 때문에 지립(砥粒) 사이의 오목 부분을 조각 칼날로서 작용시키는 동시에 조각 칼날의 간격을 일정 간격으로 유지하기 위해 다이아몬드 함유율은 최저라도 70% 이상인 쪽이 좋고, 이상적으로는 80% 이상 있는 것이 바람직하다.
또한, 이 경우의 블레이드는 단지 커터와 같이 날카로운 칼날로 절단하는 것은 아니다. 즉, 선단을 예리한 칼날로 제작하고,집게와 같은 원리로 자르는 것이 아니다. 깎으면서 워크를 제거하여 홈을 넣어 나갈 필요가 있다. 계속적으로 잘라낸 부스러기를 배출하면서 다음의 칼날로 재료 내에 칼자국, 그것을 연속적으로 할 필요가 있다. 따라서 단지 선단은 예리하면 좋은 것이 아니고 미소한 조각 칼날이 필요하게 된다.
이러한 조밀하게 다이아몬드가 막힌 구성의 경우, 조각 칼날 부분은 입계(粒界) 부분뿐만 아니라, 외주 부분이 자연스러운 거칠에 의해서도 일정한 조각 칼날 간격이 형성된다. 이러한 조각 칼날 간격은 후에 구체적인 간격을 가지는 사례를 나타내지만, 다이아몬드 입자 직경과 조각 칼날 간격은 완전히 다른 사이즈로 되는 것도 있다.
이러한 다이아몬드 입자 직경과 다른 조각 칼날 간격을 가질 경우에서는, 통상의 전기 주조식의 블레이드와는 조각 칼날의 사고방식이 다르게 된다. 즉, 종래 블레이드에서 다이아몬드는 결합재에 매립되어 존재하고 있기 때문에 각각의 다이아몬드끼리는 독립해서 존재하게 되고, 따라서 조각 칼날의 크기는 다이아몬드 입자 직경과 동일하게 된다. 즉, 하나의 다이아몬드가 하나의 조각 칼날을 형성한다. 이러한 구성에서는 자생발인(自生發刃) 단위는 하나하나의 다이아몬드이며, 즉, 하나하나의 조각 칼날에 상당한다. 조각 칼날의 단위와 자생발인(自生發刃) 칼날의 단위는 변하지 않는다. 예를 들면, 어느 정도 워크에 대한 관계를 필요로 할 경우, 홈이 필요하게 되는 조각 칼날도 크게 할 필요가 있지만, 그 몫 자생발인(自生發 刃)은 지립(砥粒) 바로 그것이 탈락하기 때문에 자생발인(自生發刃) 단위도 커져버려 그 몫 수명이 지극히 짧아지게 된다.
이상으로부터 종래의 전기 주조 블레이드 등에 있어서는 지립(砥粒)의 크기와 조각 칼날의 크기가 같아지게 되는 것이 칼날의 상태를 유지하기 위한 제약이 되어 버린다.
그것에 대하여 본 발명의 소결 다이아몬드를 이용한 블레이드의 경우, 작은 다이아몬드끼리가 결합하고 있다. 다이아몬드끼리를 결합해서 구성되는 소결 다이아몬드의 블레이드 외주부에는 다이아몬드 입자보다도 큰 조각 칼날이 형성된다. 조각 칼날의 단위와 비교하여 소결체를 구성하는 하나하나의 지립(砥粒)인 다이아몬드의 입자 직경은 1μ정도로 대단히 작다.
본 발명에 관한 블레이드를 사용할 경우, 가공에 따라 하나하나의 다이아몬드가 탈락하지만, 조각 칼날 전체가 탈락할 일은 없다. 또한 탈락할 때도 전기 주조 블레이드와 같이 하나의 조각 칼날을 구성하는 지립(砥粒)이 누락되는 것이 아니고, 다이아몬드끼리가 결합하고 있는 부분의 속에서 일부의 다이아몬드가 결여되어 떨어지게 된다.
그 결과, 자생발인(自生發刃)하는 과정에 있어서 본 발명의 경우, 조각 칼날의 크기보다도 작은 영역에서 다이아몬드가 마멸에 의해 벗겨져 떨어지고, 조각 칼날 자체의 크기는 크게 변화하는 일은 없다. 하나의 조각 칼날 내에서 지극히 미소하게 부분적으로 벗겨져 떨어지면서 다이싱이 진행하는 형으로 된다. 그 결과, 조각 칼날의 크기 자체가 변화하지 않고, 한편, 조각 칼날 전체가 마멸해서 칼이 나빠지는 것도 없다. 작게 부분적으로 자생하면서 하나의 조각 칼날의 최대 홈 깊이는 일정 이내로 유지된다. 결과로서 연성 모드 가공을 지속시킬 수 있어 안정된 칼 드는 정도를 양립하는 것이 가능하게 되는 것이다.
또한, 다른 생각을 한다면 종래의 결합재, 예를 들면 니켈 등으로 전착하여 지립(砥粒)을 굳힌 드레서(dresser)의 경우 하나의 지립(砥粒)이 탈락하면, 그 탈락한 부분은 구멍이 되기 때문에 조각 칼은 없어지고 그 부분에 상당하는 가공성은 없어져버린다. 그 때문에 가공성을 유지하기 위해서는 다음 조각 칼날을 돌출하기 쉽도록 결합재를 빠르게 마모시켜서 다음의 지립(砥粒)이 돌출하도록 설계하지 않으면 안 된다.
그것에 대해 본 발명의 구성에서는 다이아몬드가 결락(缺落) 한 부분은, 작은 오목이 되어 그 오목 부분도 다른 다이아몬드 지립(砥粒)에 둘러 싸여진 영역으로서 큰 조각 칼날 내에 존재하는 미소 조각 칼날로서 존재하고, 워크에 파고 들어가는 계기가 되는 미소 거칠기를 구성한다. 즉, 다이아몬드가 결락(缺落)한 부분이 그대로 다음 조각 칼날이 된다고 하는 점에서 완전히 종래 구성과는 자생발인(自生發刃)의 사고방식이 다르다는 것이다.
이러한 조각 칼날 사고방식, 간격 및 하나의 조각 칼날이 낸 임계 칼자국 깊이는 다이싱에 있어서의 설정 조건으로서, 조각 칼날을 외주에 필요한 블레이드에서 일정한 블레이드의 칼자국을 설정하고, 그 칼자국의 설정에 걸맞은 워크에 대한 이송 속도로 보낼 필요가 있다. 따라서 표면 형상에 따라 일정 칼자국으로 일정 보냄으로 블레이드를 동작시키는 장치가 전제가 된다. 워크가 평면인 경우, 가공 대상인 워크 표면에 평행하게 일정 칼자국을 설정해서 블레이드를 상대적으로 보낼 필요가 있다.
다음에 원반상(圓盤狀)의 블레이드를 회전시킴으로써 각각의 외주 단부(가장자리부)의 조각 칼날이 가공 점에서 워크의 제거 가공을 행한 후, 그대로 허공을 가르는 모양이 되어 블레이드가 자연스럽게 냉각된다. 특히, 워크에 접촉하는 부분은 블레이드의 지극히 일부이기 때문에 대부분이 허공을 가르는 모양이 되어 냉각되게 된다.
절삭 등의 경우, 조각 칼날이 끊임없이 워크와 계속해서 접촉하여 조각 칼날 부분이 마찰에 의해 열을 지니고, 다이아몬드이여도 열화학적으로 마멸(摩滅)해 가는 것이 있지만, 워크 표면에 대하여 원반상(圓盤狀)의 블레이드를 세워서 워크에 칼자국을 냄으로써 열적인 영향에 의한 다이아몬드의 마멸(摩滅)을 크게 회피할 수 있다.
또, 본 발명의 일 태양에 있어서, 상기 다이아몬드 소결체는 연질 금속의 소결 조제를 이용해서 상기 다이아몬드 지립(砥粒)을 소결한 것이 바람직하다.
연질 금속을 소결 조제함으로써 블레이드가 도전성이 된다. 블레이드가 도전성이 아닐 경우, 블레이드 외주 단부의 외경을 정확하게 어림잡는 것은 어렵고, 더욱 스핀들에 설치하는 것에 의한 설치 오차 등을 고려하면, 워크에 대한 블레이드 선단 위치를 정확하게 어림잡는 것은 어렵다.
그래서 블레이드는 도전성의 블레이드를 사용하는 동시에, 도전성의 블레이드와 기준이 되는 평면상 기판을 고정하는 척(chuck)판을 도통하도록 설치해 두어 도전성 블레이드가 척(chuck)판에 접촉한 시점에 도통함으로써 블레이드와 척판의 상대 높이를 찾을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 태양에 있어서, 상기 오목부(凹部)는 상기 다이아몬드 소결체를 마모 내지는 드레싱 처리함으로써 형성된 오목부(凹部)에 의해 구성되는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 일 태양에 있어서, 상기 다이아몬드 지립(砥粒)의 평균 입자 직경은 25μm 이하인 것이 바람직하다.
여기서 앞에 나타낸 일본국 특허 제3308246호에서는 희토류 자석 절단용 다이아몬드 블레이드가 기재되어 있지만, 다이아몬드 함유율은 1 ∼ 70vol%로, 다이아몬드의 평균 입자 직경은 1 ∼ 100μm인 것이 바람직하다고 하고 있다. 또 실시 예 1에 있어서는 다이아몬드의 평균 입자 직경은 150μm로 하고 있다. 이것은 구부러짐 휘어짐이 적어서 중심 금속의 내마모성을 향상시키는 것을 목적으로 하고 있다.
또한, 마찬가지로 일본국 특허 제3892204호의 블레이드에서는 다이아몬드의 입자 직경은 평균 입자 직경이 10 ∼ 100μm으로 유효하지만, 더 바람직하게는 40 ∼ 100μm의 평균 입자 직경으로 하고 있다.
일본국 특허 공개 제2003-326466호에서는 세라믹스나 유리, 수지나 금속을 다이싱하는 블레이드이지만, 평균 입자 직경이 0.1μm ∼ 300μm가 좋다고 하고 있다.
이와 같이 종래의 블레이드에서는 비교적 큰 사이즈의 다이아몬드 입자 직경이 적당하다고 하고 있다.
본 발명에 있어서 다이아몬드 지립(砥粒)의 평균 입자 직경은 다이아몬드 함유량과 더불어 25μm 이하인 것이 바람직하다.
25μm 이상인 경우, 다이아몬드끼리가 접촉하는 면적 비율은 각별히 감소, 그 몫 일부는 소결하는 것으로 결부되지만 대다수 부분은 소결 조제가 없어 공간이 되어버린다.
블레이드의 두께 방향은 최저라도 두께 방향에 미립자가 2개에서 3개 분의 존재하는 폭이 없으면, 각 지립(砥粒)끼리를 서로 결부시킨 강고한 블레이드 자체를 형성할 수는 없다. 25μm 이상의 미립자로 구성하게 되면, 두께 방향은 최저라도 50μm 이상은 필요하게 된다. 그러나, 두께 방향에서 50μm보다 두꺼운 블레이드는 존재하는 조각 칼날의 직선성으로부터 하나의 칼날이 내는 칼자국 최대 깊이는 예를 들면 SiC등에 있어서는 0.1μm의 Dc 값보다 커져 버린다. 따라서, 미소하게 연성 모드 가공으로 되지 않을 가능성이 있어 이상적인 연성 모드의 가공은 어려워지고, 원리적으로 취성파괴를 일으켜버리는 확률이 대단히 커지게 된다. 이 점은 나중에 상세하게 설명한다.
따라서, 다이아몬드의 입자 직경은 25μm 이하로 하는 것이 바람직하다. 단, 최소 입자 직경에 대해서는 현상(現狀) 0.3 ∼ 0.5μm 정도까지의 미립 다이아몬드에 대해서 시도하고 있지만, 그 이하의 초미립 다이아몬드에 대해서는 불분명하다.
또한, 본 발명의 일 태양에 있어서, 상기 다이싱 블레이드의 외주부는 상기 외주부의 내측 부분 보다도 얇게 구성되어 있는 것이 바람직하고, 상기 다이싱 블레이드의 외주부의 두께는 50μm 이하인 것이 보다 바람직하다.
여기서 다이싱 블레이드의 외주부는 워크 내에 들어가는 부분의 폭을 말한다. 워크에 들어가는 부분은 연성 다이싱의 경우, 워크 두께보다 블레이드 폭이 크면 워크를 나누어 버리는 일이 있다. 이것에 대해서는 나중에 상술한다.
또한, 본 발명의 일 태양에 있어서, 상기 회전 기구에는 상기 다이싱 블레이드를 회전시키는 회전축에 수직한 금속제의 플랜지(flange) 면이 설치되어 있어 상기 다이싱 블레이드는 한 쪽면에 기준 평면부를 갖추고, 상기 기준 평면부를 상기 플랜지(flange)면에 당접시킨 상태로 상기 회전축에 고정되는 것이 바람직하다. 이 태양에 있어서, 상기 다이싱 블레이드의 기준 평면부는 상기 회전축을 중심으로 하는 환상으로 구성되어 있는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 다른 태양에 관한 다이싱 장치는 워크를 절단 가공하는 다이싱 장치에 있어서, 다이아몬드 지립(砥粒)을 소결해서 형성된 다이아몬드 소결체에 의해 원반상(圓盤狀)으로 구성되고, 상기 다이아몬드 소결체는 상기 다이아몬드 지립(砥粒)의 함유량이 80vol% 이상인 다이싱 블레이드와, 상기 다이싱 블레이드를 회전시키는 회전 기구와, 상기 다이싱 블레이드에 의해 상기 워크에 일정한 칼자국 깊이를 주고, 상기 다이싱 블레이드에 미립자를 주면서, 상기 워크를 상기 다이싱 블레이드에 대하여 상대적으로 이동시키는 이동 기구를 갖춘다.
본 발명의 다른 태양에 관한 다이싱 방법은 워크를 절단 가공하는 다이 싱 방법에 있어서, 다이아몬드 지립(砥粒)을 소결해서 형성된 다이아몬드 소결체에 의해 원반상(圓盤狀)으로 구성되고, 상기 다이아몬드 소결체는 상기 다이아몬드 지립(砥粒)의 함유량이 80vol% 이상인 다이싱 블레이드를 회전시키면서 상기 워크에 일정한 칼자국 깊이를 주는 공정과, 상기 다이싱 블레이드에 의해 상기 워크에 일정한 칼자국 깊이가 주어진 상태로 상기 워크를 상기 다이싱 블레이드에 대하여 상대적으로 이동시키는 공정을 포함한다.
본 발명의 또 다른 태양에 있어서, 다이싱 블레이드는 다운 컷 방향으로 회전하면서 상기 워크에 칼자국을 주는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 또 다른 태양에 있어서, 상기 다이싱 블레이드의 외주부에는 상기 다이아몬드 소결체의 표면에 형성된 오목부[미소 절칼(切刃)]이 주방향에 따라 연속해서 설치되어 있는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 또 다른 태양에 있어서, 상기 다이아몬드 소결체는 연질 금속의 소결 조제를 이용해서 상기 다이아몬드 지립(砥粒)을 소결한 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 또 다른 태양에 있어서, 상기 다이아몬드 지립(砥粒)의 평균 입자 직경은 25μm 이하인 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 또 다른 태양에 있어서, 상기 다이싱 블레이드의 외주부는 상기 외주부의 안쪽 부분보다도 얇게 구성되어 있는 것이 바람직하고, 상기 다이싱 블레이드의 외주부의 두께는 50μm 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 또다른 태양에 있어서, 상기 다이싱 블레이드를 회전시키는 회전축에 수직한 금속제의 플랜지(flange)면이 설치되어 있어 상기 다이싱 블레이드는 한 쪽면에 기준 평면부를 갖추고, 상기 기준 평면부를 상기 플랜지(flange)면에 당접시킨 상태로 상기 회전축에 고정되는 것이 바람직하다. 이 태양에 있어서, 상기 다이싱 블레이드의 기준 평면부는 상기 회전축을 중심으로 하는 환상으로 구성되어 있는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 의하면, 다이아몬드 지립(砥粒)의 함유량이 80% 이상으로 이루어지는 다이아몬드 소결체에 의해 원반상(圓盤狀)으로 일체적으로 구성된다. 그 때문에, 종래의 전기 주조 블레이드에 비해서 워크에 대한 다이싱 블레이드의 칼자국 깊이를 고 정밀도로 제어하는 것이 가능하게 된다. 그에 따라 과잉한 칼자국이 주어지는 일이 없고, 워크에 일정한 칼자국 깊이를 주면서 워크를 다이싱 블레이드에 대하여 상대적으로 이동시킬 수 있다. 그 결과, 취성재료로 구성되는 워크에 대하여도 다이싱 블레이드의 칼자국 깊이를 워크의 임계 칼자국 깊이 이하로 설정한 상태로 칼자국을 내는 것이 가능해지고, 크랙이나 깨어짐을 발생시키는 일 없이 연성 모드로 안정되어서 정밀도 좋게 절단 가공을 할 수 있다.
도 1은 다이싱 장치의 외관을 나타낸 사시도,
도 2는 다이싱 블레이드의 정면도,
도 3은 도 2의 A-A 단면을 나타내는 측단면도,
도 4a는 절칼(切刃)부의 구성의 일 예를 나타낸 확대 단면도,
도 4b는 절칼(切刃)부의 구성의 다른 일 예를 나타낸 확대 단면도,
도 4c는 절칼(切刃)부의 구성의 추가 다른 일 예를 나타낸 확대 단면도,
도 5는 다이아몬드 소결체 표면 부근의 모양을 모식적으로 나타낸 개략도,
도 6은 다이아몬드 지립의 평균 입자 직경이 50㎛인 블레이드에 의해 홈 가공을 한 경우의 워크 표면의 모양을 나타내고, 크랙이 발생하고 있는 사례를 나타낸 도면,
도 7은 다이싱 블레이드가 스핀들에 설치된 상태를 나타낸 단면도,
도 8a는 비교실험 1(실리콘 홈 가공)의 결과를 나타낸 도면(본 실시 형태),
도 8b는 비교실험 1(실리콘 홈 가공)의 결과를 나타낸 도면(종래기술),
도 9a는 비교실험 2(사파이어 홈 가공)의 결과를 나타낸 도면(본 실시 형태 ),
도 9b는 비교실험 2(사파이어 홈 가공)의 결과를 나타낸 도면(종래기술),
도 10a는 비교실험 3의 결과를 나타낸 도면(블레이드 두께 20㎛의 경우),
도 10b는 비교실험 3의 결과를 나타낸 도면(블레이드 두께 50㎛의 경우),
도 10c는 비교실험 3의 결과를 나타낸 도면(블레이드 두께 70㎛의 경우),
도 11a는 비교실험 4의 결과를 나타낸 도면(워크 표면),
도 11b는 비교실험 4의 결과를 나타낸 도면(워크 단면),
도 12a는 비교실험 5의 결과를 나타낸 도면(워크 표면),
도 12b는 비교실험 5의 결과를 나타낸 도면(워크 단면),
도 13a는 비교실험 6의 결과를 나타낸 도면(본 실시 형태),
도 13b는 비교실험 6의 결과를 나타낸 도면(종래기술),
도 14는 양측 테이퍼 타입의 절칼부(切刃部)를 소유하는 블레이드를 이용해서 다이싱 가공이 행하여질 때의 모양을 모식적으로 나타낸 설명도,
도 15는 버(burr)나 칩핑이 발생하는 모양을 나타낸 도면,
도 16은 블레이드를 평행 이동시켜 가공할 때의 최대 칼자국 깊이를 기하학적으로 계산하는 경우의 설명도,
도 17a는 블레이드의 외주단(外周端)을 거칠기 계기로 측정한 결과를 나타낸 도면,
도 17b는 블레이드의 외주단(外周端)을 거칠기 계기로 측정한 결과를 나타낸 도면,
도 18a는 블레이드의 외주단(外周端)의 표면상태를 나타낸 도면(블레이드 선단측면),
도 18b는 블레이드의 외주단(外周端)의 표면상태를 나타낸 도면(블레이드 선단),
도 19는 블레이드 선단이 워크 재료에 대하여 칼자국 모양을 나타낸 모식도,
도 20a는 블레이드의 두께에 관한 설명에 사용한 설명도,
도 20b는 블레이드의 두께에 관한 설명에 사용한 설명도(블레이드의 두께가 워크의 두께보다도 큰 경우),
도 20c는 블레이드의 두께에 관한 설명에 사용한 설명도(블레이드의 두께가 워크의 두께보다도 작은 경우),
도 21은 전기 주조 블레이드 표면의 모양을 나타낸 개략도,
도 22a는 다이아몬드 지립 함유율에 따른 지립 간격의 모양을 나타낸 모식도(지립 함유율이 80% 이상인 경우),
도 22b는 다이아몬드 지립 함유율에 따른 지립 간격의 모양을 나타낸 모식도(지립 함유율이 70% 이하인 경우),
도 23은 섬유 레이저(fiber laser)로 조각 칼날을 형성한 경우의 블레이드 외주단(外周端)의 단면도(100㎛ 간격으로 50㎛ 구멍),
도 24는 미립자 공급기구의 정면도,
도 25는 미립자 공급기구의 측면도이다.
도 2는 다이싱 블레이드의 정면도,
도 3은 도 2의 A-A 단면을 나타내는 측단면도,
도 4a는 절칼(切刃)부의 구성의 일 예를 나타낸 확대 단면도,
도 4b는 절칼(切刃)부의 구성의 다른 일 예를 나타낸 확대 단면도,
도 4c는 절칼(切刃)부의 구성의 추가 다른 일 예를 나타낸 확대 단면도,
도 5는 다이아몬드 소결체 표면 부근의 모양을 모식적으로 나타낸 개략도,
도 6은 다이아몬드 지립의 평균 입자 직경이 50㎛인 블레이드에 의해 홈 가공을 한 경우의 워크 표면의 모양을 나타내고, 크랙이 발생하고 있는 사례를 나타낸 도면,
도 7은 다이싱 블레이드가 스핀들에 설치된 상태를 나타낸 단면도,
도 8a는 비교실험 1(실리콘 홈 가공)의 결과를 나타낸 도면(본 실시 형태),
도 8b는 비교실험 1(실리콘 홈 가공)의 결과를 나타낸 도면(종래기술),
도 9a는 비교실험 2(사파이어 홈 가공)의 결과를 나타낸 도면(본 실시 형태 ),
도 9b는 비교실험 2(사파이어 홈 가공)의 결과를 나타낸 도면(종래기술),
도 10a는 비교실험 3의 결과를 나타낸 도면(블레이드 두께 20㎛의 경우),
도 10b는 비교실험 3의 결과를 나타낸 도면(블레이드 두께 50㎛의 경우),
도 10c는 비교실험 3의 결과를 나타낸 도면(블레이드 두께 70㎛의 경우),
도 11a는 비교실험 4의 결과를 나타낸 도면(워크 표면),
도 11b는 비교실험 4의 결과를 나타낸 도면(워크 단면),
도 12a는 비교실험 5의 결과를 나타낸 도면(워크 표면),
도 12b는 비교실험 5의 결과를 나타낸 도면(워크 단면),
도 13a는 비교실험 6의 결과를 나타낸 도면(본 실시 형태),
도 13b는 비교실험 6의 결과를 나타낸 도면(종래기술),
도 14는 양측 테이퍼 타입의 절칼부(切刃部)를 소유하는 블레이드를 이용해서 다이싱 가공이 행하여질 때의 모양을 모식적으로 나타낸 설명도,
도 15는 버(burr)나 칩핑이 발생하는 모양을 나타낸 도면,
도 16은 블레이드를 평행 이동시켜 가공할 때의 최대 칼자국 깊이를 기하학적으로 계산하는 경우의 설명도,
도 17a는 블레이드의 외주단(外周端)을 거칠기 계기로 측정한 결과를 나타낸 도면,
도 17b는 블레이드의 외주단(外周端)을 거칠기 계기로 측정한 결과를 나타낸 도면,
도 18a는 블레이드의 외주단(外周端)의 표면상태를 나타낸 도면(블레이드 선단측면),
도 18b는 블레이드의 외주단(外周端)의 표면상태를 나타낸 도면(블레이드 선단),
도 19는 블레이드 선단이 워크 재료에 대하여 칼자국 모양을 나타낸 모식도,
도 20a는 블레이드의 두께에 관한 설명에 사용한 설명도,
도 20b는 블레이드의 두께에 관한 설명에 사용한 설명도(블레이드의 두께가 워크의 두께보다도 큰 경우),
도 20c는 블레이드의 두께에 관한 설명에 사용한 설명도(블레이드의 두께가 워크의 두께보다도 작은 경우),
도 21은 전기 주조 블레이드 표면의 모양을 나타낸 개략도,
도 22a는 다이아몬드 지립 함유율에 따른 지립 간격의 모양을 나타낸 모식도(지립 함유율이 80% 이상인 경우),
도 22b는 다이아몬드 지립 함유율에 따른 지립 간격의 모양을 나타낸 모식도(지립 함유율이 70% 이하인 경우),
도 23은 섬유 레이저(fiber laser)로 조각 칼날을 형성한 경우의 블레이드 외주단(外周端)의 단면도(100㎛ 간격으로 50㎛ 구멍),
도 24는 미립자 공급기구의 정면도,
도 25는 미립자 공급기구의 측면도이다.
이하, 첨부 도면에 따라서 본 발명에 관한 다이싱 장치 및 다이싱 방법의 바람직한 실시의 형태에 대해서 설명한다.
도 1은 다이싱 장치의 외관을 나타낸 사시도 이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 다이싱장치(10)는 다수의 워크(W)가 수납된 카세트를 외부장치와의 사이에서 주고 받는 로드포트(12)와, 흡착부(14)를 가져 워크(W)를 장치 각부로 반송하는 반송수단(16)과, 워크(W)의 표면을 촬상하는 촬상수단(18)과, 가공부(20)와, 가공 후의 워크(W)를 세정하고 건조시키는 스피너(22; spinner), 및 장치 각부의 동작을 제어하는 컨트롤러(24) 등으로 구성되어 있다.
가공부(20)에는 2개 마주보고 배치되어 선단에 블레이드(26)가 설치된 고주파 모터 내장형의 에어 베어링식 스핀들(28)이 설치되어 있어 소정의 회전속도로 고속회전하는 동시에, 서로 독립해서 도면의 Y방향의 인덱스 보냄과 Z방향의 칼자국 보냄이 행해진다. 또한, 워크(W)를 흡착 재치(載置)하는 워크 테이블(30)이 Z방향의 축심을 중심으로 회전가능하게 구성되어 있는 동시에, X테이블(32)의 이동에 의해 도면의 X방향으로 연삭 이송되도록 구성되어 있다.
워크 테이블(30)은 부압(負壓)을 이용해서 워크(W)를 진공 흡착하는 포러스척(다공질체)을 갖추어서 구성된다. 워크 테이블(30)에 재치(載置)된 워크(W)는 포러스척(도시 않음)에 진공 흡착된 상태로 보유 고정된다. 그에 따라 평판상 시료인 워크(W)는 포러스척에 평면 교정된 상태로 전면(全面) 한결같이 흡착된다. 이 때문에 다이싱 가공시에 워크(W)에 대하여 전단 응력이 작용하여도 워크(W)에 위치 차이가 생기는 일이 없다.
이러한 워크 전체를 진공 흡착하는 워크 보유 방식은 블레이드가 워크에 대하여 끊임없이 일정한 칼자국 깊이를 주는 것으로 이어진다.
예를 들면, 워크가 평판상에 교정되지 않는 시료인 경우 등에서는 워크 표면의 기준면을 정의하는 것이 어렵고, 그 때문에 그 기준면으로부터 어느 정도 블레이드의 칼자국 깊이를 설정할지가 어려워진다. 워크에 대한 일정한 블레이드의 칼자국 깊이를 설정할 수 없는 경우, 하나의 조각 칼날이 끊임없이 안정된 칼자국을 내는 임계 칼자국 깊이도 설정할 수 없게 되어 안정된 연성모드 다이싱은 어렵다.
워크가 평판상에 교정되어 있으면 워크 표면의 기준면을 정의할 수 있어 기준면으로부터의 블레이드 칼자국 깊이를 설정할 수 있기 때문에, 하나의 조각 칼날 당 임계 칼자국 깊이를 설정할 수 있어 안정된 연성모드 다이싱이 가능하게 된다.
한편, 진공 흡착이 아니어도 경질 기판상에 전면(全面) 접착하는 형이여도 상관 없다. 전면 강고(强固)하게 접착된 면을 기준으로서 얇은 기판이여도 표면을 규정할 수 있으면, 안정된 연성모드 다이싱이 가능하게 된다.
도 2는 다이싱 블레이드의 정면도이다. 도 3은 도 2의 A-A 단면을 나타내는 측단면도 이다.
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 다이싱 블레이드(26; 이하, 단지 「블레이드」라고 한다.)는 링형의 블레이드이며, 그 중앙부에는 다이싱장치(10)의 스핀들(28)에 장착하기 위한 장착구멍(38)이 돌출 설치되어 있다.
한편, 블레이드(26)는 소결 다이아몬드로 구성되어 원반상(圓盤狀)이나 링상이며, 동심원상의 구성이라면, 온도 분포는 축 대칭으로 된다. 동일 소재로 축 대칭의 온도분포이면, 반경 방향에 있어서 포아송 비(Poisson's ratio)에 따르는 전단 응력이 작용하는 일은 없다. 그 때문에 외주 단부는 이상적인 원형을 유지하고 또, 외주단(外周端)은 동일 면상을 유지하는 것이기 때문에, 회전에 의해 워크에 일직선상으로 작용한다.
블레이드(26)는 다이아몬드 지립(砥粒)을 소결해서 형성된 다이아몬드 소결체(PCD)에 의해 원반상(圓盤狀)으로 일체적으로 구성된다. 이 다이아몬드 소결체는 다이아몬드 지립(砥粒)의 함유량(다이아몬드 함유량)이 80% 이상이며, 각 다이아몬드 지립(砥粒)은 소결 조제(예를 들면 코발트 등)에 의해 서로 결합되어 있다.
블레이드(26)의 외주부(外周部)는 워크(W)에 대하여 칼자국 낸 부분이며, 그 내측 부분보다도 얇은 칼날상으로 형성된 절칼부(40; 切刃部)가 설치되어 있다. 이 절칼부(40; 切刃部)에는 다이아몬드 소결체의 표면에 형성된 미소한 오목으로 이루어지는 조각 칼날(미소 절칼)이 블레이드 외주단부(26a; 가장자리부)의 주(周) 방향에 따라 미소 피치(예컨대 10μm)로 연속적으로 형성되어 있다.
본 실시 형태에 있어서, 절칼부(40)의 두께(칼날 두께)는 적어도 워크(W)의 두께보다 얇게 구성된다. 예를 들면 100μm의 워크(W)에 대하여 절단 가공을 할 경우에는 절칼부(40)의 두께는 50μm 이하가 바람직하고, 더 바람직하게는 30μm 이하, 더욱 바람직하게는 10μm 이하로 구성된다.
절칼부(40)의 단면 형상으로서는 외측(선단측)으로 향해서 두께가 서서히 얇게되는 테이퍼상으로 형성되어 있어도 좋고, 균일한 두께를 소유하는 스트레이트 상으로 형성되어 있어도 좋다.
도 4a로부터 4c는 절칼부(40)의 구성 예를 나타낸 확대 단면도이다. 한편, 도 4a로부터 4c는 도 3의 B부를 확대한 부분에 상당한다.
도 4a에 나타낸 절칼부(40A)는 한 쪽의 측면부 만이 테이퍼상으로 비스듬히 가공된 편측(片側) 테이퍼 타입(편 V타입)의 것이다. 이 절칼부(40A)는 예를 들면, 가장 얇게 형성되는 외주단부(外周端部)의 두께(T1)가 10μm, 한 쪽의 측면부가 테이퍼상으로 가공된 부분의 테이퍼각(θ1)은 20°로 되어 있다. 한편, 블레이드(26)의 내측부분(후술하는 당접 영역(36)을 제외한다)의 두께는 1mm 이다(도 4b 및 4c에 있어서도 같다.).
도 4b에 나타낸 절칼부(40B)는 양측의 측면부가 테이퍼상으로 비스듬히 가공된 양측 테이퍼 타입(양쪽 V타입)의 것이다. 이 절칼부(40B)는 예를 들면, 가장 얇게 형성되는 외주단부(外周端部)의 두께(T2)가 10μm 이며, 양측의 측면부가 테이퍼상으로 가공된 부분의 테이퍼 모서리각(θ2)은 15°로 되어 있다.
도 4c에 나타낸 절칼부(40C)는 양측의 측면부가 스트레이트상으로 평행하게 가공된 스트레이트 타입(평행 타입)의 것이다. 이 절칼부(40C)는 예를 들면, 가장 얇게 스트레이트 상으로 가공된 선단부의 두께(T3)가 50μm로 되어 있다. 한편, 스트레이트상의 선단부의 내측 부분(중앙측 부분)은 한 쪽의 측면부가 테이퍼상으로 가공되어 있어 그 테이퍼각(θ3)은 20°로 되어 있다.
도 5는 다이아몬드 소결체의 표면 부근의 모양을 모식적으로 나타낸 개략도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 소결조제(86)에 의해 다이아몬드 소결체(80)는 고밀도로 다이아몬드 지립(82; 다이아몬드 입자) 끼리가 서로 결합한 상태로 되어 있다. 이 다이아몬드 소결체(80)의 표면에는 미소한 오목(오목부)으로 이루어지는 조각 칼날(84; 미소 절칼)이 형성된다. 이 오목은 다이아몬드 소결체(80)를 기계적으로 가공함으로써 코발트 등의 소결조제(86)가 선택적으로 마모함으로써 형성되는 것이다. 다이아몬드 소결체(80)는 지립(砥粒) 밀도가 높기 때문에 소결조제(86)가 마모한 곳에 형성되는 오목은 미소한 포켓상으로 되고, 전기 주조 블레이드와 같이 예리한 다이아몬드 지립(砥粒)의 돌출은 없다(도 21 참조). 이 때문에 다이아몬드 소결체(80)의 표면에 형성되는 오목은 워크(W)를 절단 가공할 때에 생기는 부스러기를 반송하는 포켓으로서 기능하는 동시에, 워크(W)에 대하여 칼자국을 주는 조각 칼날(84)로서 기능한다. 그에 따라 부스러기 배출성이 향상하는 동시에 워크(W)에 대한 블레이드(26)의 칼자국 깊이를 고정밀도로 제어하는 것이 가능하게 된다.
여기서 본 실시 형태의 블레이드(26)에 대해서 더욱 자세하게 설명한다.
본 실시 형태의 블레이드(26)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 소결조제(86)를 이용해서 다이아몬드 지립(82; 砥粒)을 소결해서 형성된 다이아몬드 소결체(80)에 의해 일체적으로 구성된다. 이 때문에 다이아몬드 소결체(80)의 틈에는 지극히 조금 소결조제(86)가 존재하지만, 소결조제는 다이아몬드 지립(砥粒) 자체의 속에도 확산하고 있어 실제는 다이아몬드끼리가 강고하게 결합하는 형태로 된다. 이 소결 조제(86)는 코발트나 니켈 등이 사용되어 다이아몬드와 비교하면 경도적으로 낮고, 그 때문에 다이아몬드끼리가 결합한다고는 해도 소결조제가 풍부한 부분은 단결정 다이아몬드와 비교하면 조금 강도적으로 약해지게 된다. 이러한 부분이 워크(W)를 가공할 때에 마모해서 감소하고, 다이아몬드 소결체(80)의 표면(기준평면)에 대하여 적당한 오목으로 된다. 또, 다이아몬드 소결체(80)를 마모 처리 가공함으로써 다이아몬드 소결체(80)의 표면에는 소결조제가 제거된 오목이 형성된다. 또한, GC[그린 카보런덤(carborundum)]의 날 세우기용 지석으로 날 세우기를 하거나, 경우에 따라서는 단단한 취성재료인 초경합금을 절단함으로써 소결조제 이외에 일부의 다이아몬드가 결락(缺落)하고, 다이아몬드 소결체의 외주부에 적당한 거칠기가 형성된다. 이 외주부의 거칠기를 다이아몬드 입자 직경보다도 크게 함으로써 하나의 조각 칼날 내에서 미소한 다이아몬드 지립(砥粒)의 결락(缺落)이 일어나서 조각 칼날의 마멸이 일어나기 어려워진다.
다이아몬드 소결체(80)의 표면에 형성된 오목은 연성모드에서의 가공에 있어서 유리하게 작용한다. 즉, 이 오목은 전술한 바와 같이, 워크(W)를 절단 가공할 때에 생기는 부스러기를 배출하기 위한 포켓으로서 기능하는 동시에, 워크(W)에 대하여 칼자국을 주는 조각 칼날(84)로서 기능한다. 이 때문에 워크(W)에의 칼자국 량은 저절로 소정범위로 제한되어 치명적인 칼자국을 주는 일은 없다.
또한, 본 실시 형태의 블레이드(26)에 의하면, 다이아몬드 소결체(80)로 일체적으로 구성되므로 다이아몬드 소결체(80)의 표면에 형성되는 오목의 수나 피치, 그 폭에 대해서도 자의적으로 조정하는 것이 가능하게 된다.
즉, 본 실시 형태의 블레이드(26)를 구성하는 다이아몬드 소결체(80)는 소결 조제(86)를 이용해서 다이아몬드 지립(82; 砥粒)이 서로 결합된 것이다. 이 때문에 서로 결합하고 있는 다이아몬드 지립(82; 砥粒)의 사이에는 소결조제(86)가 있어 입계(粒界)가 존재한다. 이 입계(粒界) 부분이 오목에 상당하기 위해 다이아몬드 지립(82; 砥粒)의 입자 직경(평균 입자 지름)을 설정함으로써 저절로 오목 피치, 개수가 정해지게 된다. 또, 연질금속을 사용한 소결조제(86)를 사용함으로써 선택적인 오목의 가공을 할 수 있게 되고, 소결조제(86)를 선택적으로 마모시키는 것도 가능해진다. 또, 그 거칠기에 대해서도 블레이드(26)를 회전시키면서 마모 처리나 드레싱 처리를 설정함으로써 그 거칠기를 조정하는 것이 가능해진다. 즉, 다이아몬드 지립(82; 砥粒)의 입자 직경 선택에 따라 형성되는 입계(粒界) 피치에 의해 다이아몬드 소결체(80)의 표면에 형성되는 오목이 이루어지는 조각 칼날(84)의 피치나 폭, 깊이, 개수를 조정하는 것이 가능하게 된다. 이러한 조각 칼날(84)의 피치나 폭, 깊이, 개수는 연성모드의 가공을 하는데 중요한 역할을 다한다.
이와 같이 본 실시 형태에 의하면, 다이아몬드 지립(82; 砥粒)의 입자 직경 선택과 마모 처리, 드레싱 처리라고 하는 제어성이 좋은 파라미터를 적당히 조정함으로써 정밀도 좋게 결정의 입계(粒界)에 따라 소망의 조각 칼날(84)의 간격을 달성할 수 있다. 또한, 블레이드(26)의 외주부에는 다이아몬드 소결체(80)의 표면에 형성된 오목으로 이루어진 조각 칼날(84)이 주(周) 방향에 따라 일직 선상에 늘어 놓는 것이 가능하게 된다.
여기서 비교로서 다이아몬드 지립(砥粒)을 소결한 휠에 관하여 유사한 것으로서 스크라이빙(scribing)에 사용되는 휠이 있지만, 스크라이빙휠과의 혼동을 피하기 위해서 굳이 차이를 언급해 둔다.
스크라이빙에 사용되는 휠은 예를 들면 일본국 특허공개 제2012-030992호 공보 등에 나타나 있다. 상기 문헌에는 소결 다이아몬드로 형성되어 원환상(圓環狀)의 칼날이 외주부에 칼끝을 소유한 휠이 개시되어 있다. 스크라이빙과 본 발명의 다이싱은 양측 모두 재료를 분단하는 기술에서 같은 부류에 있다고 여겨지기 쉽지만, 그 가공 원리에 따라 구체 구성은 완전히 다르다.
먼저, 상기 문헌과 본 발명과의 결정적인 차이로서, 상기 문헌의 스크라이빙과는 상기 문헌단락[0020]에 기재된 바와 같이, 취성재료로 형성된 기판의 표면에 스크라이빙 라인(세로깨어짐)을 넣는 장치이며, 스크라이빙에 의해 수직 방향으로 자라는 수직 크랙이 발생한다(상기 문헌 단락[0022]참조). 이 크랙을 이용해서 할단(割斷) 한다.
그것에 대하여 본 발명은 크랙이나 칩핑을 발생시키지 않고 재료를 전단적으로 제거하는 가공방법으로서 원리가 완전히 다르다. 구체적으로는 블레이드 자체가 고속회전하고, 워크면에 대하여 대부분 수평방향으로 작용해서 워크를 제거해 가기 때문에 워크의 수직방향으로는 응력은 걸리지 않는다. 또, 그 칼자국 깊이는 재료의 변형 영역 내에 그치고, 크랙이 발생하지 않는 칼자국 깊이로 가공하기 위해서 결과로서 가공 후는 크랙이 없는 면을 얻을 수 있다. 이상으로부터 가공 원리가 완전히 다르다.
이상의 가공 원리의 차이에 비추어 블레이드의 사양에 있어서의 구체적인 차이를 이하에 열거한다.
ㆍ(칼끝 꼭지각의 점)
스크라이빙은 재료 내부에 크랙을 발생시키는 것 뿐이기 때문에 재료 내에 대부분 억지로 들어가지 않는다. 칼 끝의 능선(稜線) 만을 작용시키기 위해 칼 끝 각은 둔각(상기문헌 단락 [0070] 참조)인 것이 보통이다. 예각 더구나 20°이하로 하는 것은 비틀림에 의한 결손 등을 고려하면 도저히 생각될 수 없다.
그것에 대해 다이싱에서는 재료 내부에 억지로 들어가서 억지로 들어간 부분을 제거해 가기 위해서 칼 끝은 스트레이트인가 기껏 칼날의 꼭지각은 블레이드 진행 방향에 있어서의 다이싱 저항에 의한 좌굴(座屈)을 고려한 정도로 V자인 정도이다. 최대로도 꼭지각은 20°이하이다.
또한, 20°이상의 꼭지각으로 하면, 절단 후의 단면이 비스듬해져버려서 단면적이 증대하는 것 이외에 가공의 메커니즘적으로도 블레이드 선단을 끊어서 진행시키는 요소보다도 블레이드의 측면에서 연삭되는 부피가 늘어나게 된다. 그 결과 가공의 효율성이 저하되고, 때로는 가공이 진행되지 않는다. 다이싱의 경우 블레이드 외주에 조각 칼날을 형성하고, 선단의 조각 칼날로 효율 좋게 잘라 진행시켜갈 뿐으로 블레이드 측면은 워크와의 윤활성을 향상시켜서 연마하는 양을 저하되게 하면서 경면화하는 것이 요구된다. 블레이드의 측면에서 연마하는 양이 많아지면, 측면에서의 연삭량이 필연적으로 많아지고, 절단 후의 단면이 경면화할 수 없게 된다. 따라서 다이싱에서는 스트레이트 형상이 가장 바람직하지만, 최저에서도 블레이드가 좌굴(座屈)하지 않는 정도로 극히 작은 V자인 것이 좋고, 그 꼭지 각은 기껏 20°이하이다.
ㆍ(재료 조성의 점)
스크라이빙은 휠이 워크에 당접시켜진 상태(먹어 들어간 상태)로 진행 방향이 변화하면 비틀기의 응력에 의해 칼 끝이 결손하는 일이 있다. 그 때문에 휠이 같은 다이아몬드의 소결체이었다 하여도 다이아몬드의 중량%를 65% ∼ 75%로 하고 있다. 그 결과, 내마모성, 내충격성뿐만 아니라 내 비틀림 강도특성을 향상시키고 있다. 다이아몬드의 중량%를 75% 이상으로 하면, 휠의 경도 자체는 상승하지만, 내 비틀림 강도가 저하된다. 따라서 비교적 다이아몬드 함유량은 적게 설정된다.
그것에 대하여 다이싱은 블레이드가 고속회전해서 재료를 일정량 제거하면서 직선적으로 진행한다. 그 때문에 비틀기의 응력은 걸리지 않는다. 그 대신 다이아몬드 함유량이 적을 경우, 칼자국을 냈을 때에 겉보기의 경도가 저하되어버리기 때문에 워크로부터의 반력이나, 블레이드의 조각 칼날이 캅집내는 시간 내에 워크가 탄성회복해버려 소정의 칼자국 깊이를 유지할 수 없는 경우가 있다. 그 때문에 다이싱의 경우, 블레이드의 경도는 워크의 경도와 비교하여 튀어 오르기가 일어나지 않고 소정의 칼자국 인채로 잘라 진행시키는 것을 할 수 있도록 충분히 크다. 연성모드로 재료의 변형 영역 내에서 가공시의 조각 칼날 작용 시간 내에 있어서의 탄성회복을 허용하지 않고 가공을 진행시키는 데는 단결정 다이아몬드[크누우프( knoop) 경도로 10000 정도]와 동등한 표면 경도가 필요하고, 크누우프(knoop) 경도로 약8000 정도는 필요하게 된다. 결과로서 다이아몬드 함유량은 80% 이상은 필요하게 된다. 단, 다이아몬드 함유량이 98% 이상이 되면, 소결조제의 비율이 극단적으로 줄어들기 때문에 다이아몬드끼리의 결합력이 약해지고 블레이드 바로 그것의 인성(靭性)이 저하되어 물러서 결여되기 쉬워진다. 따라서 다이아몬드 함유량은 80% 이상이 필요하며, 실용적인 점을 가미하면, 98% 이하로 하는 쪽이 바람직하다.
이상으로부터 스크라이빙휠에 사용되는 PCD와 본 발명의 다이싱 블레이드에 사용하는 PCD는 재료로서는 동종이었다고 하여도 그 가공 원리가 완전히 다르기 때문에 요구되는 PCD의 조성, 구체적으로는 다이아몬드 함유량은 완전히 다른 것으로 된다.
ㆍ(휠 구조와 기준면의 점)
*더욱 휠의 구조가 다르다. 스크라이빙휠은 홀더를 갖추고 있고, 홀더는 스크라이빙휠을 회전 자유롭게 보유하는 요소이다. 홀더는 주로 핀과 지지 틀체를 소유하므로 핀의 부분(축의 부분)은 회전하지 않는다. 휠의 내경부가 베어링이 되고, 축인 핀의 부분과 상대적으로 스치는 것에 의해 회전하고, 재료 표면에 수직방향의 스크라이빙라인(세로 깨어짐)을 형성한다.
그것에 대하여 본 발명에 관한 블레이드는 회전하는 스핀들에 블레이드는 같은 축으로 설치되어 있다. 스핀들과 블레이드는 일체적으로 고속회전시킨다. 블레이드는 스핀들 축에 대하여 수직으로 설치할 필요가 있어 회전에 의한 진동을 없게 할 필요가 있다.
그 때문에, 블레이드에는 기준평면이 존재한다. 블레이드에 존재하는 기준면은 스핀들에 미리 수직으로 설치한 플랜지(flange)의 기준단면과 당접시켜서 고정한다. 그에 따라 블레이드의 스핀들 회전축에 대한 수직도가 확보된다. 이 수직도가 확보되어 처음으로 블레이드가 회전함으로써 외주부에 형성되는 조각 칼날이 워크에 대하여 일직선상으로 작용하게 된다.
또한, 스크라이빙 경우의 기준면은 원판 블레이드의 축과 평행한 원통면에서 블레이드를 수직으로 압압(押壓)하는 것을 전제로 해서 규정하고 있다. 그렇지만, 본 발명에 관한 블레이드에 있어서의 블레이드의 기준면은 먼저 말한 바와 같이, 스핀들의 플랜지(flange)에 대향하는 블레이드의 측부단면(원판면) 이다. 블레이드의 기준면을 블레이드의 측면(원판면)으로 함으로써 블레이드는 블레이드 중심에 대하여 균형잡힌 상태로 정밀도 좋게 회전한다. 따라서 블레이드 선단에 형성된 조각 칼날은 블레이드가 고속회전하고 있어도 블레이드 중심을 기준으로 해서 일정 반경 위치에서 정의되는 소정의 높이 위치에서 정밀도 좋게 조각 칼날이 작용하고, 소정 높이의 워크에 대하여도 수직한 응력을 주는 일 없이 워크면에 대하여 수평하게 조각 칼이 작용하여 제거해 가는 것뿐이다. 그 때문에 워크가 취성재료이여도 워크면에 대하여 수직 응력에 의해 크랙을 미치게 하는 것은 일절 없다.
ㆍ(가공원리의 점)
이 수직방향에 크랙을 주어서 가공할 것인가,그렇지 않으면 일체 크랙을 발생시킬 일 없이 가공할지가 스크라이빙과 본 발명에 관한 다이싱의 결정적으로 다른 원리의 차이이다.
ㆍ(외주 칼 홈의 역활)
또한, 스크라이빙은 표면 만큼 스크라이버의 수직 응력에 의해 압압(押壓)하여 스크라이빙라인을 설치한다. 스크라이빙 경우의 외주 칼날의 역할은 휠의 칼 끝 돌기부가 취성재료 기판에 당접하면서(먹어 들어가면서) 재료에 수직한 크랙을 발생시키기 위한 것이다(상기 문헌 단락 [0114]참조). 즉, 홈 이외의 부분이 재료에 먹어 들어가서 수직 크랙을 미치게 하는 정도의 스크라이빙라인을 설치할 수 있는 것 같은 홈이다. 따라서, 홈이라고 하는 것보다도 홈과 홈 사이의 산 부분이 재료에 어떻게 먹어 들어가는지가 중요해진다.
그것에 대하여 다이싱의 경우는 외주 단부에 설치되는 오목부는 조각 칼날의 역할을 다한다. 오목부와 오목부 사이의 부분은 외주의 윤곽을 형성하고, 그 사이에 설치되는 조각 칼날이 워크 표면에 대하여 크랙을 끼치지 않는 정도의 임계 칼자국 깊이로 하도록 설정된다. 따라서 다이싱의 경우는 조각 칼날을 형성할 필요가 있다.
또한, 스크라이빙의 경우 홈 깊이는 스크라이빙라인을 형성하기 위해 잠식량을 주는 정도로 홈 깊이를 형성하지만, 다이싱의 경우는 워크 내로 억지로 들어가 하나 하나의 조각 칼날로 워크를 연삭 제거하지 않으면 안 된다. 그 때문에 블레이드 선단은 완전히 워크 내에 억지로 들어가면서 블레이드의 진동은 허용되지 않고, 재료의 깊이까지 워크면에 대하여 수직하게 조각 칼날을 작용시키지 않으면 안 된다.
본 발명에 관한 블레이드의 경우는 외주 단부에 일정 간격의 오목부의 조각 칼날을 갖는다. 그 조각 칼날 간격은 후에 나타내는 대로 하나의 조각 칼날이 주는 임계 칼자국 깊이가 크랙을 끼치지 않는 정도라면 좋다. 그것을 위해서는 조각 칼날 간격을 적정하게 유지할 필요가 있다.
또, 스크라이빙휠은 스크라이빙휠이 취성재료와 당접한 채 스크라이빙휠의 칼 끝의 방향이 90°변경되어 이것을 캐스터(caster) 효과라고 부른다.
다이싱 블레이드에서 칼날은 재료 내에 억지로 들어가 있기 때문에 칼 끝의 방향을 90°변경할 수는 없다. 예를 들면, 스트레이트 형상이나 꼭지각이 20°이하의 다이싱 블레이드에서 당접시키면서 칼끝을 변경시키면 칼날은 꺾여버린다.
한편, 연질금속으로 이루어지는 소결 조제(86)를 이용해서 소결된 다이아몬드 소결체(80)의 경우, 그 표면에 오목을 형성하는 방법으로서는 마모 처리나 드레싱 처리 등이 가장 적합하지만, 이것에 제한되지 않는다. 예를 들면, 코발트나 니켈과 같은 소결 조제를 이용할 수 있을 경우, 산계(酸系)의 에칭에 의해 화학적으로 부분 용해함으로써 다이아몬드 소결체(80)의 표면에 오목을 형성하는 것도 가능하다.
이것에 대하여 종래의 전기 주조 블레이드에서는 다이아몬드 지립(砥粒) 자체가 조각 칼날의 역할을 다하지만, 그 조각 칼날의 피치나 폭 등을 조정하기 위해서는 초기에 다이아몬드 지립(砥粒)을 분산시키는 분산 정도에 의존할 수밖에 없기 때문에 기술적으로 곤란하다. 즉, 다이아몬드 지립(砥粒)의 분산이라고 하는 애매함을 많이 포함하여 실질적으로는 제어할 수 없다. 또, 다이아몬드 지립(砥粒)의 분산이 불충분해서 응집하고 있는 부분이 존재하거나, 지나치게 분산되어 성긴 부분이 있더라도 이를 자의적으로 조정하는 것은 곤란하다. 이와 같이 종래의 전기 주조 블레이드에서는 조각 칼날의 배열을 제어하는 것은 불가능하다.
또한, 종래의 전기 주조 블레이드에 있어서 미크론 오더의 다이아몬드 지립(砥粒)을 하나하나 인위적으로 배열하는 것은 현상(現狀)의 기술에는 없고, 효율 좋게 조각 칼날을 일직선상으로 정렬시켜서 배열하는 것은 거의 불가능하다. 또, 조각 칼날의 빽빽한 부분과 성긴 부분이 혼재해 조각 칼날의 배열을 실질적으로 제어할 수 없는 종래의 전기 주조 블레이드에서는 워크(W)에 대한 칼자국 량을 제어하는 것은 곤란하여 원리적으로 연성 모드의 가공을 할 수는 없다.
본 실시 형태의 블레이드(26)에 있어서, 다이아몬드 소결체에 함유되는 다이아몬드 지립(砥粒)의 평균 입자 직경은 25μm 이하(보다 바람직하게는 10μm 이하, 더욱 바람직하게는 5μm 이하)인 것이 바람직하다.
본 발명자가 행한 실험 결과에 의하면, 다이아몬드 지립(砥粒)의 평균 입자직경이 50μm인 경우, 웨이퍼 재료가 SiC에서는 0.1mm의 칼자국 량으로 다이싱한 경우에 크랙이 생겼다. 아마 다이아몬드가 탈락한 것이 요인이다. 50μm 이상의 다이아몬드 평균 입자 직경으로 소결한 경우, 다이아몬드 입자끼리가 밀착하는 면적이 작아져 국소적인 면적에서 큰 입자끼리를 결합시키게 된다. 그 때문에 재료의 조성적인 점에서 내충격성에 매우 약해져 버리기 쉽다라고 하는 결점을 가진다. 국소적인 충격으로 50μm 이상의 단위로 다이아몬드가 탈락해버리면, 그 탈락을 계기로 대단히 큰 조각 칼날이 형성된다. 그 경우, 고립된 조각 칼날로서 소정의 임계 칼자국 깊이 이상의 칼자국 깊이를 주게 되고, 결과적으로 칩핑(chipping)이나 크랙을 발생시켜버리는 것이 확률적으로 지극히 높아진다. 또한, 50μm 정도의 다이아몬드가 탈락하면, 남겨진 부분의 조각 칼날이 커지는 것뿐만 아니라, 그 탈락한 다이아몬드 지립(砥粒) 바로 그것이 워크와 블레이드의 사이에 얽혀 더욱 크랙을 끼칠 수도 있다. 25μm 이하의 미립자라면 그러한 크랙이 정상적으로 일어나는 결과는 얻을 수 없다.
도 6은 다이아몬드 지립(砥粒)의 평균 입자 직경 50μm의 블레이드에 의해 홈 가공을 행한 경우의 워크 표면의 모양을 나타내고, 크랙이 발생하고 있는 사례를 나타낸다.
또, 다이아몬드 지립(砥粒)의 평균 입자 직경을 50μm, 25μm, 10μm, 5μm, 1μm, 0.5μm 의 각각으로 한 블레이드에 의해 홈 가공을 했을 경우의 크랙 또는 칩핑(chipping)의 발생율을 평가한 결과를 표 2에 나타냈다. 평가 결과는 A, B, C, D의 순서대로 크랙 또는 칩핑(chipping)의 발생율이 높아지는 것을 나타낸다. 기타의 조건에 대해서는 아래와 같다.
ㆍ표준평가 조건 : SiC기판(4H)[육방정(六方晶)]
ㆍ스핀들 회전수 : 20000rpm
ㆍ이송 속도 : 1mm/s
ㆍ칼자국 깊이 : 100μm
ㆍ평가 지침 : 10μm 이상의 칩핑(chipping)이 있는지 여부로 평가(이상적으로는 완전히 칩핑(chipping)이 없는 것.).
| 다이아몬드 평균 입자 직경 |
50 | 25 | 10 | 5 | 1 | 0.5 |
| 크랙이나 칩핑의 발생 |
D 칩핑이 나오기 쉽다. |
C 가끔 있지만, 거의 없음 |
B | A | A | B |
또, 사파이어에서는 0.2μm의 칼자국에서 크랙이 생겼다. 석영, 실리콘에서도 같은 칼자국에서 크랙이 발생했다.
게다가, 다이아몬드 지립(砥粒)의 평균 입자 직경이 50μm 인 경우, 블레이드의 칼날 두께(블레이드 외주 단부의 두께)를 50μm 이하로 하는 것도 어렵고, 블레이드(26)을 제작할 때에 블레이드(26)의 외주부에서 칼날 결함이 많다. 또, 100μm(0.1mm)의 칼날 두께로 블레이드를 제작하려고 해도 큰 틈이 있는 부분도 있고, 더구나 조금의 충격으로 깨져버릴 것도 있어 현실적으로 블레이드를 안정되게 제작하는 것은 곤란했다.
한편, 다이아몬드 지립(砥粒)의 평균 입자 직경이 25μm, 5μm, 1μm, 0.5μm인 경우에는 SiC, 사파이어, 석영 및 실리콘의 각 취성재료라도 평균 입자 직경이 50μm의 경우와 같은 칼자국을 행해도 크랙은 발생하지 않았다. 즉, 이들의 취성재료에서는 다이아몬드 지립(砥粒)의 평균 입자 직경 50μm에서는 서버 미크론(sub-micron) 오더의 칼자국으로 크랙이 발생하고, 그 이상의 평균 입자 직경의 다이아몬드 지립(砥粒)을 이용하는 경우에는 필연적으로 칼자국이 커져서 치명적인 크랙을 초래하게 된다. 이것에 대하여 평균 입자 직경이 25μm 이하(보다 바람직하게는 10μm이하, 더욱 바람직하게는 5μm 이하)의 다이아몬드 지립(砥粒)을 이용하는 경우에는 칼자국을 작게 억제할 수 있어 고정밀도인 칼자국 깊이의 제어가 가능해진다.
한편, 본 실험이 일반적인 가공 조건으로서는 블레이드 외경 50.8mm, 웨이퍼(wafer) 사이즈 2인치, 칼자국 10μm 홈, 스핀들 회전수 20,000rpm, 테이블 이송 속도 5mm/s 이다.
이렇게 구성되는 블레이드(26)의 제조 방법으로서는 텅스텐 카바이드를 주성분으로 하는 기대(基台) 위에 다이아몬드 미분말을 두어서 형에 넣는다. 다음에 이 형 안에 소결 조제로서 코발트 등의 용매금속(소결 조제)을 첨가한다. 다음에 5GPa 이상의 고압, 또한 1300℃ 이상의 고온 분위기 아래에서 소성ㆍ소결한다. 그에 따라 다이아몬드 지립(砥粒)끼리가 직접 서로 결합하여 대단히 강고(强固)한 다이아몬드의 잉곳(ingot)이 형성된다. 이렇게 하여 예를 들면, 지름 60mmm 사이즈로 소결 다이아몬드층(다이아몬드 소결체)이 0.5mm, 텅스텐 카바이드층이 3mm 인 원주(圓柱) 잉곳(ingot)을 얻을 수 있다. 텅스텐 카바이드 위에 형성된 다이아몬드 소결체로서는 스미토모(住友) 전공 하드 메탈사제 DA200 등이 있다. 다이아몬드 소결체만을 꺼내 블레이드 기재(基材)를 소정 형상으로 외주 마모처리 내지는 드레싱 처리 가공을 실시함으로써 본 실시 형태의 블레이드(26)를 얻을 수 있다. 또한, 원주(圓柱) 잉곳(ingot)의 다이아몬드 표면[절칼부(40)를 제외한다]은 회전시 진동을 없애기 위한 기준면 형성으로서 스카이프(scaif) 연마(연마용 원반)를 함으로써 표면 거칠기(산술평균 거칠기 Ra) 0.1μm 정도의 경면으로 가공해 두는 것이 바람직하다.
여기서 상기 제조 방법에 있어서의 마모처리ㆍ드레싱 처리는 다음과 같은 조건으로 할 수 있다.
마모 처리로서는 다음의 조건 등이 있다.
ㆍ블레이드 회전수 : 10000rpm
ㆍ이송 속도 : 5mm/s
ㆍ워크 가공 대상 : 석영 유리(유리 재료)
ㆍ가공 처리 시간 : 30분간
ㆍ상기 처리에 의해 조금 1∼2μm 정도의 코발트 소결 조제가 제거되어서 오목((凹)이 형성되었다. 게다가 대단히 얇은 에칭액[약산계(弱酸系)]를 얇게 칠해서 순수(純水) 공급 없이 드라이 환경에서 처리함으로써 더욱 오목이 깊어졌다.
드레싱 처리(마모 처리)로서 다음의 조건이여도 좋다.
ㆍ블레이드 회전수 : 10000rpm
ㆍ이송 속도 : 5mm/s
ㆍ워크 가공 대상 : GC600 드레싱 지석(70mm□)
[GC600으로는 탄화규소질 연삭재의 입도 600번째(#600)를 의미한다. 입도(粒度)는 일본공업규격(JIS:Japan Industrial Standards) R6001에 근거한다]
ㆍ가공 처리 시간 : 15분간
ㆍ이 처리에서도 조금 코발트 소결 조제가 제거되어서 오목(凹)이 형성되었다.
한편, 블레이드 외주부 중 블레이드 외주 단부와 블레이드 측면부는 거칠기를 변경하는 쪽이 바람직하다. 구체적으로는 블레이드 외주 단부는 조각 칼날에 상당하고, 마모 처리에 의해 결정 입계(粒界)에 따라 조각 칼날 간격을 조정하게 된다. 특히 블레이드 외주 단부는 워크 재료에 칼자국을 넣으면서 어느 정도는 크게 가공 제거해 감으로써 조금 거칠게 가공한다.
한편, 블레이드 측면부는 적극적으로 가공 제거를 하는 것은 아니고, 워크 재료의 홈 측면부와의 접촉시에 홈 측면부를 깎아 내는 정도로 거칠어지고 있으면 좋다. 또, 블레이드 측면부에 돌기가 있으면, 홈 측면부에 깨어짐을 유발해버리므로 돌기부를 형성하는 일 없이 가공하는 한편, 홈 측면부와의 접촉 면적을 저하하여 조금이라도 마찰에 의한 열의 발생을 경감할 필요가 있다. 그 때문에 측면부는 세밀한 거칠기로 하는 쪽이 바람직하다.
종래의 전기 주조 블레이드 등에서는 지립(砥粒)을 도금으로 굳혀서 제작하기 위해 면 전체가 같은 지립(砥粒) 분포가 되고, 그 결과 블레이드 외주단부와 블레이드 측면의 지립(砥粒)의 붙는 쪽의 형태를 크게 나눌 수 없었다. 즉, 워크를 잘라 진행시키기 위한 블레이드 외주 단부와, 워크와 스치면서 미소하게 깎는 정도로 하는 측면부로서 분명히 거칠기 상황을 변화시킬 수는 없었다.
본 발명에 관한 블레이드의 경우는 대부분이 다이아몬드로 구성되어 그 상태로부터 형성 가공할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 관한 블레이드의 경우 측면부를 들부수기 위해서는 다이아몬드 랩핑(lapping) 등을 해도 상관없다. 미소한 다이아몬드(입자 직경 1μm ∼ 150μm)로 표면을 들부숨으로써 예를 들면 Ra가 0.1μm ∼ 20μm 정도의 거칠기를 형성하는 것이 가능해진다.
한편, 블레이드 외주부는 블레이드 측면부와 다르고, 워크를 가공하면서 칼집을 진행시켜 갈 필요가 있기 때문에, 측면부와 달리 조각 칼날로서의 거칠게 붙인 편이 좋다. 이러한 거칠기는 예를 들면, 펄스 레이저 등으로 외주부에 형성할 수 있다.
펄스 레이저로 조각 칼날을 형성할 경우는 다음에 나타낸 조건 등이 바람직하게 사용된다.
레이저 발진기 : 미국 IPG사제
파이버 레이저 : YLR-150-1500-QCW
이송 테이블 : JK702
파장 : 1060nm
출력 : 250W
펄스 폭 : 0.2msec
초점위치 : 0.1mm
블레이드 회전수 : 2.8rpm
가스 : 고순도 질소가스 0.1L/min
구멍 직경 : 50μm
블레이드 재료 : 스미토모(住友) 전공제 DA150(다이아몬드 입자 직경 5μm)
외경 : 50.8mm
이러한 펄스식 파이버 레이저에 의해 도 23에 나타낸 바와 같이, 0.1mm 피치로 블레이드 외주단상(外周端上)에 지름 0.05mm의 일정 간격으로 연속한 반원상(半圓狀)의 날카로운 조각 칼날을 형성할 수 있다. 이러한 조각 칼날의 형성에서는 다이아몬드 입자 직경은 5μm의 크기이지만, 하나의 조각 칼날 자체는 50μm 조각 칼날로 할 수 있다. 또 이것을 등 간격으로 형성하면, 회전수를 고속으로 함으로써 겉보기의 간격이 작아져 연성 모드의 다이싱을 가능하게 한다(예: 스핀들 회전수 10000rpm 이상의 경우 등).
파이버 레이저에서는 하나의 조각 칼날의 크기는 5μm 정도의 크기로부터 큰 것에서는 1mm까지 여러 가지 구멍 직경으로 조각 칼날의 크기를 형성할 수 있지만, 통상은 레이저의 빔 직경에서 5μm으로부터 200μm 정도 까지를 비우는 것이 가능하다.
전기 주조법 등, 도금으로 다이아몬드를 굳힌 재료로 끝 상실을 형성하는 것이 아니고, 소결 다이아몬드의 재료로 구성하여 그 원반(圓盤)으로 한 외주 단에 미소한 절단 결함을 연속해서 구성함으로써 하나하나의 절단 결함이 조각 칼날로서 작용한다.
일본국 특허 공개 2005-129741호 공보는 전기 주조법으로 제조한 블레이드에 있어서, 외주부에 절단 결함을 형성하는 방법이 기재되어 있지만, 이 경우의 절단 결함은 자른 부스러기 배출 기능이나 막히기를 방지하는 기능으로서 절단 결함이 설치되어 있고 조각 칼날로서 설치되어 있지 않다. 전기 주조법으로 제조되었을 경우, 절단 결함의 에지 부분에 반드시 다이아몬드가 존재하는 것도 아니고, 결합재와 함께 존재하므로 결합재가 가공과 함께 마모해 감으로써 재료로서 조각 칼날로서 작용하는 것이 아니다.
그것에 대하여 블레이드가 다이아몬드 소결체로 구성될 경우, 외주부에 비워둔 조각 칼날의 선단은 그대로 조각 칼날로서 작용한다. 또, 조각 칼날의 크기 50μm와 비교해서 다이아몬드 지립(砥粒) 직경은 5μm로 작기 때문에 하나의 조각 칼날 중에서 하나의 다이아몬드 지립(砥粒)이 깨져 떨어짐으로써 조각 칼날 내에서 작게 자생하는 것도 가능해진다. 종래의 전기 주조법에 있어서의 지석(砥石)은 다이아몬드 지립(砥粒)이 그대로 조각 칼날로서 작용하기 때문에 조각 칼날의 크기와 자생 단위는 같은 크기이지만, 본 발명의 경우 자의적인 조각 칼날을 형성함으로써 조각 칼날의 크기와 그 중에서 다이아몬드가 자생하는 단위를 바꿀 수 있어 그 결과, 오랫동안 칼 드는 정도를 확보할 수 있다.
게다가, 블레이드의 측면부의 거칠에 대하여 블레이드의 외주 단부의 거칠기를 크게 함으로써 블레이드 외주단에서 잘라 진행시키면서도 블레이드 측면은 잘잘한 거친 면으로 워크를 연삭하면서 경면화할 수 있다. 종래 전기 주조법에 의한 블레이드에서는 외주단부의 거칠기와 측면부의 거칠기를 독립해서 변화시키는 것이 어렵고, 실질로는 못했지만 본 발명과 같이 소결 다이아몬드를 사용함으로써 자의적으로 외주단부에 등 간격의 조각 칼날을 형성하는 동시에 블레이드 측면은 잘잘하게 부순 면으로 하는 것이 가능해진다. 그것에 의해 외주의 칼 드는 정도를 확보해서 효율 좋게 잘라 진행시키면서도 워크 측면에서는 완전히 독립해서 경면 마무리 가공을 독립해서 하는 것이 가능해진다.
한편, 블레이드 외주만에 고경도(高硬度)의 다이아몬드 칩을 하나하나 메워넣는 구성(예를 들면, 일본국 특허 공개 평7-276137호 공보 등)은 조각 칼날은 등 간격으로 형성될지도 모르지만, 일체의 원반상(圓盤狀)의 PCD로 형성되어 있지 않기 때문에 전술한 대로 열전도의 점, 형상적인 평면도나 평면의 연속성의 점, 가공에 의한 충격을 흡수할 일 없이 국소적으로 효과적인 전단력을 워크에 주는 점, 더구나 연성 모드로 가공을 하는 점 등에서 본 발명에 관한 블레이드와는 완전히 다른 것은 명백하다.
이러한 조각 칼날의 간격이나 측면부 표면의 거칠기는 가공 대상재료에 따라서 적당히 조정하는 것이다.
도 7은 블레이드(26)가 스핀들(28)에 설치된 상태를 나타낸 단면도이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 스핀들(28)은 도시하지 않은 모터(고주파 모터)를 내장한 스핀들 본체(44)와, 스핀들 본체(44)에서 회동 가능하게 축지(軸支) 되어 그 선단부가 스핀들 본체(44)에서 돌출한 상태로 배치 설치된 스핀들 축(46)으로 주로 구성된다.
허브 플랜지(48; flange)는 스핀들 축(46)과 블레이드(26)의 사이에 개장(介裝)되는 부재이며, 테이퍼 상으로 형성된 설치 구멍(48a; 孔)이 설치되는 동시에, 원통상의 돌기부(48b)가 설치된다. 이 허브 플랜지(48; flange)에는 블레이드(26)의 스핀들 축(46; 회전축)에 대한 수직도를 결정하기 위한 기준면이 되는 플랜지면(48c; flange)이 설치되어 있다. 이 플랜지면(48c; flange)에는 후술하는 바와 같이 블레이드(26)의 블레이드 기준면(36a)이 당접된다.
블레이드(26)에는 편측의 단면에 절칼부(40;切刃部)보다도 안쪽 부분에 후육(厚肉)으로 형성된 환상부(36; 당접 영역)가 설치되어 있다(도 2 및 도 3 참조). 이 환상부(36)에는 허브 플랜지(48; flange)의 플랜지면(48c)이 당접하는 블레이드 기준면(36a)가 형성되어 있다. 블레이드 기준면(36a)은 환상부(36)가 형성되는 단면에 있어서 다른 위치보다도 높은 위치에 설치되어 있는 것이 바람직하고, 이것에 의해 평면도를 내놓기 쉽다. 또, 블레이드 기준면(36a)를 구성하는 환상부(36)의 두께는 블레이드 외주부에 설치되는 절칼부(40;切刃部)와 비교해서 충분히 두껍게 할 필요가 있다.
블레이드 외주부는 절단시에 재료표면에 있어서 취성파괴를 일으키지 않기 위해서 절단 폭도 세밀하게 할 필요가 있고, 그 두께로서는 50μm 이하로 하지 않으면 안 된다.
그렇지만, 그 블레이드 외주부의 두께 그대로 블레이드 기준면 부분을 포함시키고, 모두를 50μm 이하의 두께로 제작할 경우, 블레이드의 평면을 내는 과정에서 가공했을 때의 가공 찌그러짐이 큰 문제로 된다. 특히, 블레이드 전면(全面)을 50μm 정도의 두께로 제작하면, 블레이드 양 측면끼리의 찌그러진 밸런스로 한쪽의 측에 블레이드가 뒤집히게 된다. 블레이드가 조금이라도 뒤집혀 있을 경우 외주 단부는 대단히 얇으므로 대단히 작은 응력으로 원래 뒤집혀 있는 측으로 블레이드가 좌굴 변형해 버려 결과적으로 사용할 수 없다.
이 때문에 블레이드 기준면을 형성하는 부분은 블레이드의 면에 가공 찌그러짐이 남아있었다고 하여도 그 찌그러져서 휘어짐이 발생할 만큼 두껍지 않아야 한다. 직경으로 해서 50mm 정도의 원판(圓板)으로 가공 찌그러짐에 의한 휘어짐이 발생하지 않는 정도의 블레이드의 기준면 부분의 두께는 최저라도 0.25mm 이상, 바람직하게는 0.5mm 이상인 쪽이 좋다. 이 정도의 블레이드 기준면 부분의 두께가 없으면, 블레이드 기준면으로서 평면을 유지할 수 없다. 평면을 유지할 수 없으면 블레이드 외주단부를 일직선상으로 워크에 작용시키는 것이 곤란해진다.
이상의 것으로부터, 본 실시 형태의 블레이드(26)에서는 다음 조건을 만족하는 것이 필요하다.
즉, 블레이드 기준면(36a)은 블레이드(26)의 양 측면의 가공 찌그러짐의 균형이 깨지고 있었다고 하여도 평면을 유지하지 않으면 안 되기 때문에 최저라도 기준면부의 두께는 0.3mm 이상은 필요하다.
한편, 블레이드 외주단부는 재료에 크랙을 유발시키지 않기 위해서도 극미 소영역으로 가공하지 않으면 안 된다. 그것을 위하여 블레이드 외주부에 설치되는 절칼부(40)의 두께는 50μm 이하로 할 필요가 있다.
즉, 예를 들면 지름 50mm의 블레이드 전체로 보면, 평면도 유지 때문에 모두를 일체로 제작할 필요가 있고, 블레이드 내주부는 평면도 유지 때문에 두껍게 하지 않으면 안 되는 한편, 블레이드 외주부는 얇게 하지 않으면 안 된다.
한편, 평면도를 내는 방법으로서는 스카이프 연마 등에 의한 경면 가공을 사용할 수 있다.
블레이드(26)의 설치 방법으로서는 먼저, 허브 플랜지(48; flange)의 설치 구멍(48a; 孔)에 테이퍼 상으로 형성된 스핀들 축(46)을 끼워 합쳐지게 해서 도시하지 않은 고정 수단으로 허브 플랜지(48; flange)를 스핀들 축(46)에 위치 결정 고정한다. 그 다음에 허브 플랜지(48; flange)의 돌기부(48b)에 블레이드(26)의 장착 구멍(38; 孔)을 끼워 합쳐진 상태로 블레이드 너트(52)를 돌기부(48b)의 선단에 형성된 나사부에 비틀어 박음으로써 블레이드(26)를 허브 플랜지(48)에 위치 결정 고정한다.
이와 같이, 블레이드(26)가 허브 플랜지(48; flange)를 통해서 스핀들 축(46)에 설치한 때, 블레이드(26)의 스핀들 축(46)에 대한 수직도는 허브 플랜지(48; flange)의 플랜지면(48c)의 평면도와 블레이드(26)의 블레이드 기준면(36a)의 평면도 및 그 양자를 포개는 설치 정밀도로 결정된다. 이 때문에 허브 플랜지(48; flange)의 플랜지면(48c; 회전축에 대하여 수직한 면)과, 이 플랜지면( 48c)에 접촉하는 블레이드(26)의 블레이드 기준면(36a)은 예를 들면, 경면 가공에 의해 평탄화되어 스핀들 축(46)에 대한 수직도가 고 정밀도로 되도록 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해 허브 플랜지(48)를 통해서 블레이드(26)를 스핀들 축(46)에 장착할 때 플랜지면(48c)과 블레이드 기준면(36a)을 접촉시킨 상태로 위치 결정 고정함으로써 블레이드(26)를 스핀들 축(46)에 대하여 고 정밀도로 수직하게 할 수 있다.
또한, 블레이드(26)의 중심 위치의 정밀도는 블레이드(26)의 장착 구멍(38; 孔)과 허브 플랜지(48)의 돌기부(48b)와 끼워 합쳐지는 정밀도로 결정되는 것이므로 장착 구멍(38)의 내주면 및 돌기부(48b)의 외주면의 가공 정밀도를 높임으로써 이들의 동축도를 확보할 수 있어 양호한 설치 정밀도를 실현할 수 있다.
그 결과 블레이드 단체(單體) 정밀도에 더하여 고 정밀도인 스핀들 축(28)에 대한 설치 정밀도도 확보함으로써 고 정밀도인 절단 가공이 실현된다.
즉, 연성 모드로 가공하기 위해서는 블레이드(26)의 절칼부(40;切刃部)의 두께를 얇게 구성할 뿐만 아니라, 그 절칼부(40;切刃部)을 블레이드(26)의 회전축(28; 스핀들축)에 대하여 수직인 방향으로 거의 일직선상으로 작용시킬 수 있도록 고 정밀도인 설치가 필요하지만, 그 요구 정밀도를 충분히 채울 수 있다.
본 실시 형태에서는 블레이드(26)를 축 지지하는 허브 플랜지(48;flange) 및 스핀들축(46)은 스텐레스[예컨대 SUS304, SUS304는 일본공업규격(JIS: Japan Indus trial Standards)에 근거하는 스텐레스강, 이하, 본 실시 형태에 있어서의 스텐레스강은 일본공업규격에 기초를 둔다] 등의 금속재료로 구성되어 있다. 한편, 블레이드(26)는 상술한 대로 다이아몬드 소결체(80)에 의해 일체적으로 구성되어 있다. 즉, 블레이드 기준면(36a)은 금속 기준면으로 유지할 수 있는 구성으로 되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 절단 가공에 의해 블레이드 외주부의 절칼부(40)가 열을 가지고, 혹은 스핀들축(46) 측에 열이 났다고 하여도 우선은 블레이드(26)의 내부에 균일하게 열이 전해진다. 즉, 블레이드(26)는 열전도율이 대단히 높은 다이아몬드 소결체(80)로 구성되는 것에 대해 블레이드(26)를 축 지지하는 허브 플랜지(48) 및 스핀들축(46)은 다이아몬드 소결체(80)와 비교하면 각별히 열전도율이 낮은 스텐레스로 구성된다. 이 때문에 이들에 생긴 열은 블레이드(26)에 따라 주(周) 방향으로 전해지고, 블레이드(26)의 주(周) 방향에서 곧 균일화되어 방사상의 온도분포로 된다. 다이아몬드 부분만이 열이 곧 전해지면서 스텐레스 스핀들축(46)이나 허브 플랜지(48)에는 단면적 등의 점에서 열이 전해지기 어렵게 접촉부도 적기 때문에 결과적으로 다이아몬드 부분이 더욱 열의 균일화가 촉진되어 그 균일한 상태로 열적 평형이 확보되게 된다.
또한, 블레이드 외주부에 있어서 열팽창을 저해하는 부재도 없고, 또 바이메탈 효과도 없기 때문에 블레이드(26)의 외주부는 진원도 및 평면도를 양호하게 유지할 수 있다. 그 결과 블레이드 외주 단부에 설치되는 조각 칼날(84)은 워크(W)에 대하여 일직선상으로 작용하게 된다.
한편, 본 실시 형태에서는 블레이드(26)가 허브 플랜지(48)를 통해서 스핀들 축(46)에 장착되는 구성을 나타냈지만, 블레이드(26)가 스핀들축(46)에 직접 장착되는 구성으로 하여도 좋고, 같은 효과를 얻을 수 있다.
다음에 본 실시 형태의 블레이드(26)를 이용한 다이싱 방법에 대하여 설명한다. 이 다이싱 방법은 실리콘, 사파이어, SiC(실리콘 카바이드), 유리 등의 취성재료에 대하여 크랙이나 칩핑(chipping) 등의 취성파괴를 수반하지 않고 소성 변형시키면서 안정되고 정밀도 좋게 절단 가공을 할 수 있는 방법이다.
먼저, 로드포트(12)에 재치(載置) 된 카세트로부터 워크(W)가 꺼내져 반송 수단(16)에 의해 워크 테이블(30) 상에 재치(載置) 된다. 워크 테이블(30) 상에 재치(載置) 된 워크(W)는 촬상수단(18)에 의해 표면이 촬상되어 워크(W) 상의 다이싱되는 라인의 위치와 블레이드(26)의 위치가 도시하지 않은 X, Y, θ의 각 이동축에 의해 워크 테이블(30)을 조정하여 맞춘다. 위치 맞춤이 종료하여 다이싱이 개시되면, 스핀들(28)이 회전을 시작하여 블레이드(26)가 워크(W)를 절단 내지 홈을 내는 양만큼 스핀들(28)이 소정의 높이까지 Z방향으로 내려가 블레이드(26)가 고속으로 회전한다. 이 상태로 워크(W)는 블레이드 위치에 대하여 워크 테이블(30)과 함께 도시하지 않은 이동축에 의해 도 1에 나타낸 X방향으로 가공 보냄과 동시에 소정의 높이까지 내릴 수 있었던 스핀들 선단에 붙어 있는 블레이드(26)로 다이싱이 행해진다.
이때 블레이드(26)의 워크(W)에 대한 칼자국 깊이(칼자국 량)가 설정된다. 외주에 다수의 조각 칼날을 가진 블레이드(26)를 고속회전시킴으로써 1개의 조각 칼날[84; 미소절칼(微小切刃)]이 임계 칼자국 깊이(Dc값) 이하로 되도록 설정되지 않으면 안 된다. 이 임계 칼자국 깊이는 취성재료의 취성파괴를 일으키는 일 없이 소성변형에 의한 연성 모드에서의 절단 가공이 가능한 최대 칼자국 깊이이다.
여기서 워크 재료와 크랙을 끼치지 않는 하나의 칼당의 임계 칼자국 깊이의 관계를 표 3에 나타냈다.
| 워크재료 | 임계 칼자국 깊이 Dc값[㎛] |
| SiC | 0.26 |
| Si3N4 | 1.98 |
| Al2O3 | 1.03 |
| ZrO2 | 6.22 |
| Si | 0.15 |
표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 예를 들면 워크 재료가 실리콘인 경우에는 그 임계 칼자국 깊이는 0.15μm인 것부터 블레이드(26)의 워크(W)에 대한 칼자국 깊이는 0.15μm 이하로 설정된다. 만일 칼자국 깊이가 0.15μm을 넘을 경우에는 워크 재료에의 크랙 발생은 피할 수 없다.
또한, 표 3에 나타낸 워크 재료 중에는 실리콘의 임계 칼자국 깊이(0.15μm)가 가장 작고, 다른 재료와 비교해서 깨지기 쉬운 것을 알 수 있다. 이것으로부터 대개의 재료에서는 0.15μm 이하의 칼자국 깊이라면, 원리상 크랙을 발생하는 일 없이 재료의 변형 범위에서 가공을 진행시킬 수 있는 연성 모드 가공이 가능해진다.
또, 블레이드(26)의 워크(W)에 대한 주속도[블레이드 주속도(周速度)]는 블레이드(26)의 워크(W)에 대한 상대 이송속도(가공 이송속도)에 비교해서 충분히 크게 설정된다. 예를들면, 블레이드(26)의 회전수 20,000rpm, 블레이드(26)의 외경 50.8mm인 때, 블레이드(26)의 회전속도 53.17m/s에 대하여 블레이드(26)의 상대 이송속도는 10mm/s로 설정된다.
한편, 블레이드(26)의 칼자국 깊이나 회전속도, 블레이드(26)의 워크(W)에 대한 상대 이송속도의 제어는 도 1에 나타낸 컨트롤러(24)에 의해 행하여진다.
이러한 연성 모드에서의 다이싱 가공은 절단 라인의 홈 깊이가 최종 칼자국 깊이로 될 때까지 1회당의 칼자국 깊이가 임계 칼자국 깊이 이하로 설정된 상태로 반복해 행하여진다.
그리고, 워크(W)에 대한 1개의 절단 라인에 따르는 다이싱 가공이 종료하면, 블레이드(26)는 다음에 가공하는 옆의 절단 라인에 인덱스 이송되고 위치 결정되어 상기와 같은 가공 순서에 의해 해당 절단 라인에 따른 다이싱 가공이 실시된다.
그리고, 상기 다이싱 가공이 반복됨으로써 소정수의 절단 라인에 따른 다이 싱 가공이 모두 종료하면, 워크 테이블(30)과 함께 워크(W)를 90°회전시켜서 상기와 같은 가공 순서에 의해 전술한 절단 라인과 직교하는 방향의 절단 라인에 따른 다이싱 가공이 행하여진다.
이렇게 하여 모든 절단 라인에 따른 다이싱 가공이 모두 완료하면, 워크(W)는 다수의 칩으로 절단 분할된다.
여기서 본 발명의 효과를 검증하기 위해 상기 다이싱 가공 방법에 있어서, 본 실시 형태의 블레이드(26)와 종래의 전기 주조 블레이드를 이용해서 워크에 대하여 홈 가공을 한 결과에 대해서 설명한다.
[비교 실험1](실리콘 웨이퍼)
*본 실시 형태의 블레이드(26)로서는 양측 테이퍼 타입(양 V타입)의 것을 사용했다. 한편, 종래의 전기 주조 블레이드로서는 블레이드 두께가 50μm[입도(粒度) #600]를 사용했다. 기타의 조건에 대해서는 아래와 같다.
ㆍ장치: 블레이드 다이싱 장치 AD20T[도쿄정밀(東京精密)제]
ㆍ블레이드 회전수: 20000rpm
ㆍ워크 이송속도(가공 이송속도): 10mm/s
ㆍ칼자국 깊이: 30μm
ㆍ워크: 실리콘 웨이퍼(두께 780μm)
비교실험 1의 결과를 도 8a 및 8b에 나타냈다. 한편, 도 8a 및 8b는 홈 가공 후의 워크 표면의 모양을 나타낸 것이다.
도 8a에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 블레이드(26)를 이용한 경우에는 워크에 대하여 크랙이 발생하는 일 없이 절단 홈을 형성할 수 있었다.
한편, 도 8b에 나타낸 바와 같이, 종래의 전기 주조 블레이드를 이용한 경우에는 워크 표면에 미소한 크랙이 발생했다. 또한 절단 홈의 저면에도 크랙이 생기고 있었다.
이와 같이, 본 실시 형태의 블레이드(26)를 이용한 경우에는 종래의 전기 주조 블레이드를 이용한 경우에 비해 크랙을 발생시키는 일 없이 연성 모드로 안정되어 정밀도 좋은 절단 가공을 할 수 있는 것을 확인했다.
[비교 실험2](사파이어 웨이퍼)
다음에, 비교 실험 1과 같은 블레이드를 이용하여 이하의 조건으로 비교 실험을 했다.
ㆍ장치: 블레이드 다이싱 장치 AD20T[도쿄정밀(東京精密)제]
ㆍ블레이드 회전수: 20000rpm
ㆍ워크 이송속도(가공 이송속도): 10mm/s
ㆍ칼자국 깊이: 50μm
ㆍ워크: 사파이어 웨이퍼(두께 200μm)
비교실험 2의 결과를 도 9a 및 9b에 나타냈다. 한편, 도 9a 및 9b는 홈 가공 후의 워크 표면의 모양을 나타낸 것이며, 도 9a는 본 실시 형태의 블레이드(26)를 이용한 경우, 도 9b는 종래의 전기 주조 블레이드를 이용한 경우이다.
도 9a 및 9b로부터 명확한 바와 같이, 워크를 사파이어 웨이퍼로 변경한 경우에 있어서도 실리콘 웨이퍼를 대상으로 한 비교 실험1과 같은 결과를 얻을 수 있는 것을 확인했다.
[비교 실험3](SiC 웨이퍼)
다음에 스트레이트 형상의 블레이드를 이용하여 이하의 조건으로 비교 실험을 했다. 블레이드 두께는 20μm, 50μm, 70μm 두께로 했다.
ㆍ장치: 블레이드 다이싱 장치 AD20T[도쿄정밀(東京精密)제]
ㆍ블레이드 회전수: 20000rpm
ㆍ워크 이송속도(가공 이송속도): 2mm/s
ㆍ칼자국 깊이: 200μm
ㆍ워크: 4H-SiC 웨이퍼 Si면(두께 330μm)
도 10a부터 10c는 본 실시 형태의 블레이드(26)에 의한 홈 가공 후의 워크 표면의 모양을 나타낸 것이며, 도 10a는 블레이드 두께가 20μm인 경우, 도 10Bb 블레이드 두께가 50μm인 경우, 도 10c는, 블레이드 두께가 70μm인 경우를 나타냈다.
블레이드 두께는 50μm 이하로 하는 것이 이상적이지만, SiC의 경우 70μm 칼날 두께에서는 작은 크랙은 있지만, 현저한 크랙은 없었다.
[비교 실험4](초경합금)
다음에 앞과 마찬가지 스트레이트 형상의 블레이드를 이용하여 이하의 조건으로 비교 실험을 했다.
블레이드 두께는 20μm 두께로 했다.
ㆍ장치: 블레이드 다이싱 장치 AD20T[도쿄정밀(東京精密)제, AD20T는 장치의 형번(型番)]
ㆍ블레이드 회전수: 10000rpm
ㆍ워크 이송속도(가공 이송속도): 1mm/s
ㆍ칼자국 깊이: 40μm
ㆍ워크: 초경WC(WC:텅스텐 카바이드)
도 11a 및 11b는 본 실시 형태의 블레이드(26)에 의한 홈 가공 후의 워크 표면(도 11a) 및 단면(도 11b)을 나타내고 있다. 동 도면과 같이, 초경WC와 같은 경질재료라도 이상적인 연성 모드 가공을 할 수 있는 것을 나타내고 있다.
[비교 실험5](폴리카보네이트)
다음에, 앞과 동일하게 스트레이트 형상의 블레이드를 이용하여 이하의 조건으로 비교 실험을 했다. 블레이드 두께는 50μm 두께로 했다.
ㆍ장치: 블레이드 다이싱 장치 AD20T[도쿄정밀(東京精密)제]
ㆍ블레이드 회전수: 20000rpm
ㆍ워크 이송속도(가공 이송속도): 1mm/s
ㆍ칼자국 깊이: 500μm(풀컷)
ㆍ워크: 폴리카보네이트
도 12a 및 12b는 각각 본 실시 형태의 블레이드(26)에 의한 홈 가공 후의 워크 표면 및 워크 단면을 나타내고 있다. 도 12a에 나타낸 바와 같이 워크 표면에서 보면 날카로운 절단 라인이 관찰된다. 도 12b에 나타낸 바와 같이 종래의 전기 주조 블레이드와 비교해도 경면의 절단면을 얻은 것이 분명했다.
[비교 실험6](CFRP: carbon-fiber-reinforced plastic)
다음에, 앞과 동일하게 스트레이트 형상의 블레이드를 이용하여 이하의 조건으로 비교 실험을 했다. 블레이드 두께는 50μm 두께로 했다.
ㆍ장치: 블레이드 다이싱 장치 AD20T[도쿄정밀(東京精密)제]
ㆍ블레이드 회전수: 20000rpm
ㆍ워크 이송속도(가공 이송속도): 1mm/s
ㆍ칼자국 깊이: 500μm(풀컷)
ㆍ워크: CFRP
비교실험 6의 결과를 도 13a 및 13b에 나타냈다. 한편, 도 13a 및 13b는 홈 가공 후의 워크 단면의 모양을 나타낸 것이며, 도 13a는 본 실시 형태의 블레이드(26)를 이용한 경우, 도 13b는 종래의 전기 주조 블레이드를 이용한 경우이다.
종래의 전기 주조 블레이드와 비교하면, 전기 주조 블레이드는 하나하나의 섬유를 거칠게 뜯어내기 때문에 섬유의 아름다운 단면을 관찰할 수 없지만, 본 발명에 관한 블레이드에서는 하나하나의 섬유가 얽혀 떨어져 나가는 일 없이 날카로운 섬유단면을 갖는 절단면을 얻을 수 있다.
이 결과는 본 발명에 관한 블레이드의 경우, 연속한 조각 칼날이 형성되어 각각의 오목(凹) 부분이 조각 칼날로 됨과 동시에 다이아몬드끼리가 결합하고 있다. 그 때문에 전기 주조 블레이드에서는 조각 칼날이 섬유 1개를 절단하는데도 부드러운 결합재로 충격을 흡수해버려 예리하게 조각 칼날이 작용하지 않지만, 본 발명에 관한 블레이드는 다이아몬드의 전단 응력에 의해 순시(瞬時)의 충격을 흡수하는 일 없이 예리하게 칼날 끝이 작용하기 때문이다.
다음에, 블레이드(26)의 워크(W)에 대한 칼자국 깊이를 임계 칼자국 깊이(Dc값) 이하로 하여 연성 모드 가공에서의 절단 가공이 행해지는 경우이여도 실용적인 다이싱 가공이 가능한 이유에 대해서 설명한다.
예를 들면 외경 50mm의 블레이드(26)를 이용해서 실리콘 웨이퍼로 이루어지는 워크(W)를 절단 가공할 경우를 생각한다. 한편, 블레이드 외주 단부에는 결정 입계(粒界)에 따른 조각 칼날(미소절칼)이 약 10μm 피치로 주방향(周方向)에 따라 설치되어져 있는 것으로 한다. 이 경우 블레이드의 외주 길이는 157mm(157000μm)인 것이므로 약 15700 개의 조각 칼날이 외주부에 형성되어 있는 것으로 된다.
먼저, 1개의 조각 칼날이 워크(W)에 크랙을 주지 않는 정도의 칼자국으로서 0.15μm의 칼자국을 내는 것으로 하고, 그 칼자국에 의해 한번의 제거량이 0.02μm(20nm)이다로 한다. 한편, 통상 SiC나 Si, 사파이어, SiO2 등 크랙이 발생하지 않는 임계 칼자국 깊이는 서버 미크로(sub-micron) 오더(예를 들면 약 0.15μm) 이다. 그렇다면, 블레이드 외주 단부에는 15700개의 조각 칼날이 존재하기 때문에 블레이드 1회전당 원리적으로는 0.314mm(314μm) 정도 가공을 진척시킬 수 있다. 다이싱의 스핀들로서 10,000rpm으로 하면, 1초당 166회전 한다. 따라서, 1초당의 블레이드 외주 단부에서의 절단 제거 배제 거리는 52.124mm 로 된다. 예컨대 블레이드의 이송 속도를 20mm/s로 한 경우, 워크 재료 내를 누르면 진행하는 속도보다도 워크 재료를 전단 방향으로 가공해서 제거하는 속도 쪽이 빠르다. 즉, 워크 재료를 절단하는데에는 워크 재료의 파괴가 일어나지 않는 정도로 미소 칼자국을 내어 워크 재료를 블레이드의 진행 방향과는 직교하는 수평방향으로 가공해서 뿌리치고, 그 뿌리쳐 제거된 부분을 블레이드가 진행해 가는 형태로 된다. 그 때문에 크랙이 발생하는 정도의 0.1μm 이상의 칼자국이 들어가는 여지가 없기 때문에 취성파괴를 일으키는 일 없이 소성 변형에 근거하는 연성 모드 가공 영역에서의 절단 가공이 가능하게 된다. 즉, 고속으로 블레이드를 회전시키면서 블레이드 회전에 의한 블레이드 외주 단부(선단부)의 가공 대상재료에 대한 주속도(周速度)를 블레이드의 가공 대상재료에 대한 이송 속도에 비해 크게 잡는 것으로 연성 모드에서의 가공을 하는 것이 가능해진다.
한편, 실제적으로는 다소의 블레이드의 편심도 고려해 조금 여유를 갖게 해서 실시하고, φ50.8mm의 블레이드 직경에서는 20,000rpm으로 회전시키면서 10mm/s정도의 이송 속도로 가공하면, 재료의 크랙은 발생하지 않는다.
다음에, 본 실시 형태의 블레이드(26)를 이용해서 연성 모드에서의 가공을 실현하기 위해서 각종 검토한 결과에 대해서 설명한다.
[블레이드의 절칼부(切刃部)의 단면 형상에 대하여]
본 실시 형태에 있어서, 블레이드(26)의 외주부에 설치되는 절칼부(40;切刃部)의 단면 형상은 도 4a로부터 4c에 나타낸 단면 형상 중 도 4b에 나타낸 양측 테이프 타입(양쪽 V 타입)의 것을 바람직하게 이용할 수 있다.
도 14는 양측 테이프 타입의 절칼부(40;切刃部)를 갖는 블레이드(26)를 이용해서 다이싱 가공이 행하여질 때의 모양을 모식적으로 나타낸 설명도 이다. 먼저, 블레이드(26)의 절칼부(40;切刃部)의 임의의 위치에 설치되는 선단부(40a)는 도 14중의 (A)부에서 (C)부에 나타낸 바와 같이, 워크(W)의 표면부에서 최심부(最深部; 최하점)까지 서서히 이동하면서 워크(W)의 연삭을 한다. 그 후, 도 14 중의 (C)부에서 (D)부에 나타낸 바와 같이, 절칼부(40;切刃部)의 선단부(40a)는 워크(W)의 최심부(最深部; 최하점)에서 표면부를 향해서 서서히 이동한다. 이때, 연삭 홈의 측면과 블레이드(26)의 측면의 사이에는 틈(S)이 형성된다.
즉, 블레이드(26)의 절칼부(40;切刃部)가 워크(W)의 표면부터 내측으로 칼자국을 내는 영역에 있어서 블레이드 회전 방향 상류측에서는 워크(W)의 연삭이 행하여지는 절단부(60)로 되는 한편으로 그 하류측에서는 블레이드 측면[절칼부(40)의 측면]과 홈측면의 사이에 틈(S)이 형성되어 워크(W)의 연삭은 행하여지지 않고, 상류측의 절단부(60)에서 연삭된 부스러기가 홈 내로 배출되는 배출부(62)로 된다.
일반적으로 버(burr)나 칩핑(chipping)은 블레이드를 재료에서 뺄 때, 홈측면과 스쳐서 생긴다. 이 때문에 예를 들면 도 15에 나타낸 바와 같이, 양측의 측면부가 스트레이트 상으로 평행하게 가공된 스트레이트 타입의 블레이드(90)을 이용할 경우, 블레이드 선단부[절칼부(切刃部)]가 워크(W) 내부에 침입부터 외측로 빠져 나갈 때까지 블레이드 측면은 끊임없이 절단 홈의 측면과 접촉한다. 이 때문에, 양측 테이프 타입의 블레이드(26)에 비해 블레이드 선단부가 워크(W) 내부에서 빠질 때에 절단 홈의 측면과 블레이드 측면이 스치기 쉽고, 그 결과 버(burr)나 칩핑(chipping)을 일으키는 요인으로 된다[도 15 중의 (D)부, (E)참조]. 또, 다이아몬드 지립(砥粒)을 메워넣은 전기 주조 블레이드를 이용할 경우, 블레이드 측면에서 돌출하는 지립(砥粒)이 홈 측면을 끌어 긁어 홈 측면의 버(burr)나 칩핑의 발생을 조장하기 쉬워진다.
이것에 대해 양측 테이프 타입의 절칼부(40;切刃部)을 갖는 블레이드(26)에 의하면, 상기한 바와 같이 블레이드(26)가 워크(W)로부터 빠지는 때에는 블레이드 측면과 홈 측면의 사이에 틈(S)이 생기고 있기 때문에, 버(burr)나 칩핑(chipping)이 생기는 적이 없다. 또, 부스러기의 배출에 따라 연삭시에 생기는 열을 부스러기와 함께 배출할 수 있다. 이것에 의해 블레이드(26)의 휘어짐을 막는 것이 가능해진다.
즉, 블레이드(26)의 절칼부(40;切刃部)가 워크(W) 칼자국을 내서 최하점으로 향할 때까지 워크(W)에 칼자국을 내고, 그 후, 블레이드(26)가 워크(W)의 최하점을 통과하여 블레이드(26)가 워크(W)로부터 뽑아져 나오는 과정에서 블레이드 측면과 홈 측면의 사이에 틈(S)이 형성된 상태로 블레이드(26)가 워크(W)로부터 빠져 나오기 때문에 칩핑(chipping) 등의 발생을 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다.
게다가, 상기와 같은 절단 가공을 함으로써 블레이드 측면과 홈 측면의 접촉에 따르는 마찰에 의해 생기는 열의 발생을 극력 억제하는 것에도 기여한다. 그 결과, 열의 상승에 의한 절단 저항의 증대 등을 억제하여 부스러기의 블레이드(26)에의 용착을 방지할 수 있다. 또, 블레이드(26)를 워크(W)로부터 뽑아 내는 과정에서 틈(S)을 만들면서 부스러기를 홈 내에 버려 제거함으로써 부스러기에 열을 갖게 하여 열을 배출하는 효과도 있다. 이러한 절단 부스러기는 후의 세정에서 씻어 버릴 수 있다. 게다가 블레이드(26)의 발열이나 워크(W)의 발열을 억압하는 것이 가능하게 되므로 블레이드(26)나 워크(W)에 다량의 물을 공급하지 않아도 이들 발열을 막는 것이 가능해지고, 드라이한 환경에서 가공하는 것이 가능해진다.
[다이아몬드 지립(砥粒)의 입자 직경과 함유량의 관계에 대해서]
본 실시 형태에 있어서, 연성 모드로 가공하기 위해서는 블레이드(26)의 주 방향(周方向)에 있어서의 지립(砥粒) 배열에 대해서 고려할 필요가 있는바 그 이유는 아래와 같다.
먼저, 만일 0.15μm의 칼자국을 넣기 위해서는 그 칼자국을 넣기 위한 조각 칼날(미소 절칼)의 크기로서는 1자릿수 정도의 큰 지립(砥粒) 직경이나 조각 칼날 간격인 쪽이 바람직하다. 3자릿수 이상 큰 조각 칼날 간격이 될 경우, 조각 칼날 간격의 편차도 고려하면, 미소한 칼자국을 넣는 것은 어렵다.
일반적으로 평판상 시료에 대하여 대략 등 간격으로 조각 칼날이 설정된 블레이드를 평행 이동시켜서 가공할 때의 최대 칼자국 깊이를 기하학적으로 계산한다. 이하 도 16을 기초로 하면, 해칭(hatching)한 부분을 1칼날당의 자른 부스러기 부분으로 하면, 블레이드 중심(O)과 자른 부스러기의 한점(A)을 잇는 선에 의해 결정되는 AC 되는 길이가 1칼날당의 최대 칼자국 깊이(gmax)로 된다.
한편, D는 블레이드 직경, Z는 블레이드 조각 칼날수, N은 블레이드의 매분 회전수, Vs는 블레이드의 원주속도(πDN), Vw는 워크의 이송속도, Sz는 블레이드 1칼날당 이송량, a는 칼자국 깊이로 한다.
그래서
이면, 칼자국 깊이(gmax)는 블레이드 직경(D)에 비해서 충분히 작다라고 하면,
따라서,
여기서 블레이드의 칼날수(Z) 대신, 조각 칼날 간격(λ)을 사용하여 Z=πD/λ로서 수학식 1에 대입하면, 1칼당의 최대 칼자국 깊이가 구해진다.
여기서 πDN은 분명히 블레이드 주속도(Vs)와 다름없다. 즉, 블레이드에 의한 평판가공에 있어서 조각 칼날 간격(λ)과 1칼당의 최대 칼자국 깊이의 관계는 다음식으로 주어진다.
단, gmax: 단위 조각 칼날 당 칼자국 깊이, λ: 조각 칼날 간격, Vω: 워크 이송속도, Vs: 블레이드 속도, a: 블레이드 칼자국 깊이, D: 블레이드 직경이라 한다.
앞으로도, 단위 조각 칼날 당 칼자국 깊이를 일정 이하로 하기 위해서는 조각 칼날의 간격이 중요하게 되는 것이 분명하다. 또, 블레이드의 회전속도도 중요하게 된다.
이 gmax의 식에 나타낸 관계에 의하면, Vω: 40mm/s, Vs: 26166mm/s, a: 1mm, D: 50mm, λ: 25μm로 하여도 0.027μm 정도의 칼자국 깊이량만으로 되어 0.1μm 이하의 칼자국 깊이량이 된다. 이 범위라면, 임계 칼자국 깊이 이하이기 때문에 연성 모드 가공의 범위이다.
연성 모드 가공을 하기 위해서는 반드시 상기의 조건을 만족하지 않으면 안 된다.
더구나 실용적인 조건으로서 2인치 직경의 블레이드(지름 50mm)를 10000rpm으로 회전시켜서 가공하는 조건으로 워크 두께가 0.5mm, 워크의 이송 속도를 10mm/s로 해서 블레이드 외주 부분의 조각 칼날 간격을 1mm피치로 형성했다고 하자(Vω:10mm/s, Vs:157x104mm/s, a:0.5mm, D:50mm, λ:1mm).
*그 조건이여도 위의 식에 대입하면, 하나의 칼날이 들어가는 임계 칼자국 깊이는 0.08μm이 되고, 여전히 0.1μm 이하의 칼자국 깊이가 된다. 따라서, 블레이드가 편심 하지 않고 이상적으로 모든 조각 칼날이 워크의 제거 가공에 작용한다고 했을 경우, 임계적으로는 블레이드 외주부에 형성할 수 있는 조각 칼날 간격은 1mm 이하까지라면, 치명적인 크랙이 생기는 과잉한 칼자국을 주는 일 없이 가공을 진행시키는 것이 가능하게 된다.
한편, SiC에서는 크랙을 생기게 하지 않는 임계 칼자국 깊이는 0.1μm 정도이지만, 다른 사파이어, 유리, 실리콘 등에 있어서는 동(同) 크랙을 끼치지 않는 임계 칼자국 깊이는 0.2 ∼ 0.5μm 정도이기 때문에 임계 칼자국 깊이를 0.1μm 이하로 설정하고 있으면, 대부분의 취성재료는 크랙을 끼칠 일 없이 재료의 소성변형영역 내에서 가공을 할 수 있다.
따라서 블레이드 주위에 붙이는 조각 칼날 간격은 1mm 이하인 쪽이 바람직하다.
한편, 블레이드 주위의 조각 칼날 간격은 1μm 이상인 쪽이 좋다. 만일, 평균적인 조각 칼날 간격이 1μm 이하인 경우, 즉, 서버 미크론(sub-micron) 오더의 조각 칼날 간격을 소유할 경우, 임계 칼자국 깊이 량과 재료 제거의 깊이 단위가 거의 같은 정도로 되어 있다. 즉, 양자로도 서버 미크론(sub-micron) 오더가 되지만, 이러한 조건에서는 실제로 하나의 조각 칼날이 기대하는 제거량에 도달하는 것은 어렵고, 반대로 눈이 막히는 모드에 의해 가공 속도는 급격하게 저하된다.
이러한 상황 아래에서는 하나의 조각 칼날의 임계 칼자국 깊이는 별도로 해서 하나의 조각 칼날이 제거할 수 있는 깊이 자체에 무리가 있다라고 생각된다.
한편, 상기의 생각은 워크를 절단하는 단면적이 일정할 경우에 성립된다. 즉, 시료는 대략 평판상 시료에 있어서 블레이드를 고속회전시켜 블레이드를 평판상 워크에 대하여 일정한 칼자국 깊이로 설정하고, 워크를 슬라이드시키면서 절단 가공하는 블레이드에 관한 내용에 있어서 일치한다.
또한, 상기한 수학식은 하나의 조각 칼날이 주는 임계 칼자국 깊이는 조각 칼날 간격에 의한 것도 중요한 것이다. 하나의 조각 칼날의 칼자국 깊이 량은 다음의 조각 칼날과의 간격에 영향을 주고, 어떤 부분에서 조각 칼날 간격이 큰 부분이 있으면, 소망의 임계 칼자국 깊이보다 깊게 칼자국 크랙을 미치게 할 가능성을 나타내고 있다. 따라서, 조각 칼날 간격은 중요한 요소이며, 안정된 조각 칼날 간격을 얻기 위해서 그 조각 칼날 간격을 재료조성으로부터 자연스럽게 설정되도록 단결정 다이아몬드를 소결한 PCD재료가 바람직하게 사용되는 것이다.
단, 다이아몬드 지립(砥粒)의 입자 직경(평균 입자 직경)이 커도, 그 틈이 빽빽하게 깔 수 있어 실질적인 지립(砥粒) 간격이 그 입자 직경 보다도 작은 오더라면, 더욱 지립(砥粒)의 칼자국을 억제하고, 제어하는 것이 가능해진다. 실제로는 이상적인 입자 직경으로서 1μm로부터 5μm 정도의 다이아몬드 지립(砥粒)이 바람직하다.
한편, 입자 직경이 반드시 조각 칼날 간격으로 된다고는 할 수 없다. 정확하게 쓰루잉(trueing) 되어 있는 경우는 조각 칼날의 간격은 입자 직경에 상당할 지도 모르지만, 통상 자르기 시작해서 드레싱 된 상태에서는 조각 칼날 간격은 지립(砥粒) 직경보다도 커진다.
즉, 입계(粒界)로 엄밀하게 규정되면, 하나의 지립(砥粒)의 양편에 존재하는 틈이 조각 칼날에 상당한다고 해석되지만, 실제는 몇 가지의 지립(砥粒)이 덩어리에서 누락되어 자연스럽게 일정 주기의 조각 칼날을 형성하게 된다. 이것은 블레이드를 평균적으로 황폐하게 함으로써 조각 칼날 피치를 형성할 수 있다.
도 17a 및 17b에는 블레이드 외주단을 거칠기 계기로 측정한 결과를 나타냈다. 더구나 도 18a 및 18b에는 표면 상태의 사진을 나타냈다. 소결체이기 때문에 기본적으로는 표면에 보이는 부분은 모두 지립(砥粒)인 다이아몬드로 구성된다.
또한, 표면의 요철은 다이아몬드 입계(粒界)로부터 형성되어 있고, 자연스러운 대략 등 간격의 요철 형상이 구성된다. 이 하나하나의 오목부가 재료에 칼자국을 내기 위한 조각 칼날로서 작용한다. 이 조각 칼날 피치는 도면으로부터 명확한 바와 같이, 4mm 레인지로 260개, 263개의 산수(山數)가 있기 때문에, 약 15μm 피치의 조각 칼날 간격으로 되어 있는 것이 분명하다. 한편, 본 재료는 스미토모(住友) 전공 하드 메탈사제의 DA200으로 구성되어 있고, 구성되는 다이아몬드 입자의 입자 직경은 공칭 1μm이다. 이렇게 입자 직경은 작아도 조각 칼날 간격은 그것보다도 크게 형성되어 있고, 도면으로부터 분명한 바와 같이 대략 등 간격으로 형성되어 있다.
이러한 등 간격인 조각 칼날은 단결정의 미립자를 소결시켜서 만들어진 다이아몬드 소결체에 의해 블레이드 그것을 형성하고 있는 것에 의한 것이다.
이와 같이, 블레이드 선단 부분은 워크에 홈을 내기 위해 크게 요철을 붙이도록 하고 있지만, 그것에 대하여 블레이드 선단 부분에 비해서 블레이드 측면 부분은 워크 절단 후의 단면을 경면으로 되도록 연삭 한다. 그 때문에 블레이드 선단부는 홈을 내기 위해서 거칠게 형성하고 있고, 블레이드 측면부는 그것에 대해서 잘잘하게 형성하고 있다.
한편, 종래의 전기 주조 블레이드에서 통상 다이아몬드 지립(砥粒)의 간격은 그 입자 직경과 비교해서 각별히 크다. 이것은 드문드문하게 흩뿌린 다이아몬드 지립(砥粒)을 단지 도금하고 있기 때문이며 도금하는 시점에서 완전히 다르다.
이것에 대하여 본 실시 형태의 블레이드(26)에서 다이아몬드 소결체는 소결 조제가 소결에 의해 다이아몬드 내에 용융해서 다이아몬드끼리가 강고하게 결합하기 때문에 대단히 경질 동시에 고강도로 구성된다. 또한 다이아몬드 소결체는 전기 주조 블레이드와 비교해서 상대적으로 다이아몬드 함유량이 많아(예를 들면, 일본국 특허공개 소61-104045호 공보를 참조), 전기 주조 블레이드와 비교하면 상대적으로 강도가 크다.
또, 블레이드 재료 내부의 대부분이 다이아몬드로 차지되어 있기 때문에 다이아몬드 부피보다도 그 이외의 부분(소결 조제 포함) 쪽을 작게 하는 것이 가능해지고, 다이아몬드 소결체의 경우, 만일 입자 직경이 커도 다이아몬드 지립의 틈을 실질적으로 미크론 오더로 하는 것이 가능해진다.
또한, 다이아몬드 지립(砥粒)의 사이 오목 부분이 본 발명에서는 지극히 중요한 역할을 다한다. 다이아몬드 지립(砥粒)은 대단히 경질이지만, 소결 조제로서 넣은 코발트 일부는 다이아몬드 내에 침투하지만, 일부는 다이아몬드 지립(砥粒) 사이에 남아있다. 이 부분은 다이아몬드와 비교하면 경도적으로 조금 부드러우므로 절단 가공에 있어서 마모하기 쉽게 오목 들어가는 모양이 된다. 즉, 다이아몬드끼리에 끼워져 있었던 부분이 있어서 그 사이의 오목을 미소한 조각 칼날로 함으로써 과잉한 칼 자국을 주는 일 없이 안정된 칼자국을 얻으려고 하고 있는 것이다. 또, 미소한 조각 칼날은 다이아몬드끼리에 끼워져 있었던 오목부분뿐만 아니라 다이아몬드 입자 자체가 결락해서 가능했던 오목 부분도 조각 칼로서 작용시키는 것도 있다. 이 조각 칼날 간격은 앞의 수학식에 나타낸 하나의 칼 당의 임계 칼자국 깊이를 넘지 않는 정도의 간격으로 설정해 두면 좋다.
예를 들면, 25μm 입자 직경의 다이아몬드 지립(砥粒)을 소결로 굳힐 경우를 생각한다. 여기에서는 이해하기 쉽게 하기 위해서 다이아몬드 지립(砥粒)은 25μm사방의 입방체인 것이라고 가정한다. 다이아몬드 지립(砥粒)끼리를 결합하기 위해서 25μm의 외측에서 양측 1μm의 부분을 다른 입자와 결합하기 위한 결합 부분으로서 이용하는 것으로 한다. 그러면, 27μm 사방의 입방체가 된다. 그 경우에 다이아몬드 지립(砥粒) 부분이 차지하는 부피%는 78.6% 정도로 된다. 따라서 80% 이상 정도의 다이아몬드 함유량이 있으면, 예로 25μm 입자 직경의 다이아몬드 지립(砥粒)이여도 그 다이아몬드 지립(砥粒) 사이의 틈, 즉 입자 간격은 실질 기껏 1∼2μm 정도로 되고, 그 오목 부분이 칼자국을 주기 위한 조각 칼날(미소 절칼)로 된다. 또한, 2μm 정도의 입자 간격이라면, 그 입자 간격에 있어서 그 피치의 입자가 워크 재료에 압입 되었다고 하여도 그 워크 재료의 변위는 다이아몬드 지립(砥粒)의 간격과 비교해서 1자리 이상 작아지게 된다. 즉, 0.15μm 그 이하로 된다. 또, 25μm 피치로 조각 칼날(미소 절칼)이 형성되어 있다고 해 50mm의 블레이드 직경의 경우, 전주(全周) 약 157mm 당 6280개의 조각 칼날이 형성되어 있다. 만일 블레이드를 20000rpm으로 회전시킨다고 해서 1초당 조각 칼날은 2093333개 작용시킬 수 있다.
이 1개의 조각 칼날이 0.15μm 이하의 칼자국을 내고, 만일 그 1/5인 0.03 μm 정도 1초당 제거한다고 한다. 그렇게 하면 2093333개의 미소 절칼이라면 1초당 62799μm 정도 제거 가능해지고, 이론상 1초당 6cm정도 칼자국을 내는 것이 가능해진다.
이러한 점에서도 이론상 25μm 입자 직경의 다이아몬드 지립(砥粒)이여도 80% 이상의 다이아몬드 함유량을 소유하고 있으면, 다이아몬드 지립(砥粒)끼리가 결합하고 있는 틈의 부분은 1∼2μm 정도로 되고, 그 결과 과잉한 칼자국 깊이량을 주는 일 없이 안정된 칼자국 깊이량으로서 0.15μm으로 하는 것이 가능해진다.
또한, 다이아몬드 지립(砥粒)의 입자 직경이 25μm이 아니고, 그 이하이여도 다이아몬드 함유량을 80%이상으로 하면 칼자국이나 재료 제거량의 점에 있어서 임계 칼자국 깊이를 넘는 적이 없기 때문에 문제는 없고, 크랙을 발생하는 일 없이 연성 모드에서의 가공을 하는 것이 가능해진다.
이상과 같이 다이아몬드 소결체의 경우, 다이아몬드 지립(砥粒; 다이아몬드 입자) 사이가 빽빽하게 막혀 있기 때문에 다이아몬드 함유량이 대단히 높고, 각각의 다이아몬드 지립(砥粒)이 그 다이아몬드 지립(砥粒)의 사이즈 조각 칼날로서 작용한다.
또, 다이아몬드 지립(砥粒)의 입자 직경과 비교하여 다이아몬드 지립(砥粒)사이의 거리가 각별히 작아져 조각 칼자국 량으로서 정확하게 제어하는 것이 가능해진다. 그 결과 칼자국 깊이가 소정의 당초 계획한 조각 칼날 깊이 이상으로 커지는 일 없이 가공중 끊어지지 않는 안정된 칼자국 깊이를 보증한다. 그 결과 미스 없이 연성 모드의 절단 가공을 하는 것이 가능해진다.
한편, 25μm 정도의 큰 입자 직경에서는 다이아몬드 지립(砥粒)의 함유율을 더욱 많게 할 수 있고, 통상 시판되고 있는 것이라면 93% 정도의 함유율(다이아몬드 함유량)의 것이 있다. 그러면, 더욱 소결 조제의 비율이 감소하여 즉, 다이아몬드 지립(砥粒) 끼리의 틈은 실제로 미소해진다.
단, 25μm 이상의 큰 입자 직경의 다이아몬드를 사용할 경우, 앞에서 말한 것처럼 조각 칼날 간격으로서는 연성 모드 가공을 하는데 충분한 것이지만, 한편으로 블레이드의 두께(厚)를 50μm 이하로 할 경우에는 그러한 큰 지립(砥粒)에서는 제작할 수 없다.
왜냐하면 예를 들면, 40μm의 칼날 두께(厚)로 제작할 경우는 적어도 블레이드 단면에 둘 이상의 다이아몬드 지립(砥粒)을 갖추고 있지 않으면 안 되지만, 이론상 두 개가 들어가지 않고, 1.6개이기 때문이다.
[워크 재료의 변형을 고려한 블레이드의 두께에 대하여]
연성 모드의 가공을 안정되게 하기 위해서는 전술한 바와 같이, 깊이 방향에 있어서는 칼자국을 0.15μm 정도 이하로 할 필요가 있다. 이 칼자국을 안정적으로 하기 위해서는 칼자국 폭으로부터 고려되는 워크 재료의 두께 방향변위(세로방향변위)도 고려하지 않으면 안 된다.
즉, 넓은 범위에서 블레이드면[블레이드(26)의 회전축에 수직한 면]에 평행한 방향에 칼자국을 내어 제거할 경우, 거기에 따르는 워크 재료의 변형은 세로방향(칼자국 깊이방향)에도 퍼진다. 즉, 워크 재료의 포아송 비(Poisson's ratio)를 고려하고, 어느 정도 유한의 칼자국 폭으로 할 필요가 있다. 왜냐하면, 극단적으로 칼자국 폭을 크게 하면, 포아송 비(Poisson's ratio)의 영향에 의한 재료 변형으로 세로방향에도 그 변형 여파가 미쳐버린다. 그에 따라 소정의 설정한 임계 칼자국 깊이 이상의 칼자국 량이 들어가버려 결과적으로 워크(W)의 깨어짐을 유기(誘起) 할 일이 있기 때문이다.
여기서, 포아송 비(Poisson's ratio)의 영향을 고려했을 경우에 안정적으로 칼자국을 낼 수 있는 블레이드의 칼날 두께(블레이드의 폭)에 대하여 검토한다. 표 4는 취성재료의 영률과 포아송 비(Poisson's ratio)와의 관계를 나타낸 것이다.
| 워크 재료 | 영률[Gpa] | 포아송 비(Poisson's ratio) |
| 실리콘 | 130 | 0.177 |
| 석영 | 76.5 | 0.17 |
| 샤파이어 | 335 | 0.25 |
| SiC | 450 | 0.17 |
여기서는 1개의 조각 칼날이 워크 재료에 칼자국을 내는 것으로 한다. 또, 세밀한 스트레이트인 블레이드 선단은 특단 자의적으로 예리화하는 것이 아니고 항상 가공하면 단면 형상은 거의 반원형으로 되는 것으로 한다.
그러한 경우 예를 들면 0.15μm의 칼자국을 직육면체 상의 블레이드 선단에 준다로 하면, 거의 1μm 정도의 폭으로 평행하게 칼자국을 주면, 포아송 비( Poisson's ratio)에 의하면 블레이드 선단은 부수적으로 세로 방향에 단순하게 0.17μm 정도 변위하게 되고, 이것은 실제의 칼자국 량 가까이 된다. 실제로는 포아송 비(Poisson's ratio)의 영향은 세로변위뿐만 아니라, 수평방향에도 미치기 때문에 개산으로 1μm 정도의 폭이라면 칼자국 량으로서 줄 수 있다.
그러나, 도 19에 나타낸 바와 같이, 대략 반원상의 블레이드 선단(블레이드 외주단부)을 워크 재료에 대하여 0.15μm 칼자국의 경우는 그 칼자국의 폭으로서 평행하게 한결같이 변위시키고 있는 것은 아니어서 외주의 시작을 고려하면, 약 5μm의 원호상의 폭이라면 포아송 비(Poisson's ratio)의 영향을 받지 않고 칼자국을 내는 것이 가능해진다. 즉, Rsinθ=2.5이 되고, R(1-cosθ)=0.15로 된다.
이것을 역산하면, 선단 부분의 블레이드 반경은 약 25μm 정도로 되고, 상기 5μm 폭의 칼자국을 주는 꼭지각(θ)은 12° 정도로 된다.
따라서, 재료에 칼자국 블레이드의 폭으로서는 약 50μm 이내로 억제해 둘 필요가 있다. 그 이상으로 되면, 각 점 평면적으로 동시에 재료에 작용하는 것으로 되어 때로는 미소한 크랙을 유발하는 것에 연결된다.
한편, 그 이상의 곡률, 즉, 30μm 정도의 블레이드 두께라면, 기본적으로 상기의 상태보다도 국소적으로 조각 칼날이 작용하기 때문에 기본적으로 조각 칼날의 가로 폭이 칼자국 깊이에 영향을 끼칠 일이 없어 안정적으로 칼자국을 낼 수 있다.
한편, 블레이드의 폭에 대해서는 연성 모드의 가공을 할때의 관점도 있지만, 블레이드 단체의 좌굴 강도와도 크게 관계된다.
상기 블레이드의 폭은 워크 두께로부터도 제한을 받는다.
여기에 블레이드의 폭과 워크 두께의 관계를 나타냈다.
워크는 일반적으로는 다이싱 테이프에 지지되어 있다. 다이싱 테이프는 탄성체이기 때문에 워크와 같은 단단한 재료와는 다르고, 조금의 응력으로 다소 세로방향(Z방향)으로 변위하기 쉽다. 여기서 워크를 블레이드로 절단할 때는 워크 내의 절단되는 부분의 단면형상, 도 20a에 나타내지는 사선 부분이 중요해진다.
블레이드 두께(l; 접촉 영역)가 워크 두께(h) 보다도 큰 l>h의 경우, 도 20b에 나타낸 바와 같이, 블레이드가 접하는 부분(가공 제거되는 부분)은 가로로 긴 직사각형이 된다. 이러한 제거 대상의 단면 부분이 가로로 긴 직사각형이 될 경우에 있어서는 상부에서 분포하중이 작용하면, 휘기에 의해 활 모양으로 구부러지는 상태가 발생하고, 그 휘기의 최대 변위는 이하로 된다(실제로는 판자의 휘기이지만, 단순하게 대들보의 문제라고 생각해 분포 하중이 작용한다고 가정).
단면이 깊이(b)로 높이(h)의 직사각형 대들보의 경우,
이기 때문에, 위 수학식은 이하로 된다.
최대 휘기는 대들보의 중앙 부분으로 워크 두께(h)의 3승에 반비례하고, 블레이드 접촉 영역(l)의 4승에 비례한다.
특히, (l/h)3에 있어서, l/h이 1을 경계로 해서 l/h이 1보다 작아지면 휘기는 각별히 작아지고, 반대로 l/h가 1보다 커지면 휘기는 각별히 커진다. 그에 따라 블레이드 두께(l; 블레이드 접촉 영역)와 워크 두께(h)의 상대적인 두께의 형상으로 휘기가 발생할 경우와 발생하지 않는 경우로 나누어진다.
이 블레이드 접촉 영역이 워크 두께보다도 클 경우(l>h) 워크는 접촉 영역내에서 휘기가 발생하지만, 워크가 휠 경우 단속적으로 면내에서 상하로 휘기에 의한 워크의 진동이 발생하여 소정의 칼자국을 달성할 수 없게 된다. 결과적으로 워크의 세로방향의 진동으로 블레이드로부터 치명적인 칼자국이 주어져 워크 표면에 깨어짐이 발생한다.
따라서, 특히 본 발명의 PCD블레이드에 의한 가공에서는 크랙 프리의 가공을 하기 때문에 소정의 칼자국 깊이를 안정되게 충실하게 지킬 필요가 있다. 그것을 위하여는 조각 칼날 간격 제어에 의한 칼자국 깊이를 설정하는 외에도 워크 바로 그것의 가공시에 있어서의 세로진동을 억제함으로써 소정의 칼자국을 정밀도 좋게 확보하지 않으면 안 된다.
그 때문에도 블레이드 두께는 도 20c에 나타낸 바와 같이 대상 워크의 두께보다도 얇게 하지 않으면 안 된다.
예를 들면, 워크 두께가 50μm 이하인 경우는 블레이드의 두께는 당연 50μm 이하로 할 필요가 있다.
이 경우에 워크는 접촉영역 내에서 휘는 일은 없다. 한편, 접촉 영역 내에서 굴곡 내지는 압축시키는 응력이 작용하지만, 워크는 가로 방향에는 빽빽한 연속체로 포아송 비(Poisson's ratio)에 의해 변형이 구속된다. 그 때문에 국소적으로는 워크로부터 반력으로서 블레이드로부터 주어진 응력에 작용하여 결과적으로 깨어짐을 발생하는 일 없이 소정 칼자국에서의 가공이 가능해진다.
[종래의 블레이드와의 비교]
특허문헌 1에 있는 바와 같은 전기 주조 블레이드의 경우, 다이아몬드를 분산시켜 그 위에서 도금을 하기 위해 다이아몬드는 드문드문하게 존재하고, 게다가 그것들은 돌출한 구성으로 된다. 그 결과 돌출 부분은 당연한 것 같이 과잉한 칼자국을 주어버리는 일도 있어 취성파괴를 유발한다. 한편, 홈의 저부나 측면부도 연속하고 있는 부분은 워크 재료도 서로 치밀하게 구성되어 있기 때문에 곧 바로 크랙은 들어가기 어렵지만, 블레이드가 없어지는 부분이 크랙이나 깨어짐이 가장 들어가기 쉽다. 그것은 블레이드가 빠질 때에 버(burr)가 나오는 것과 같아서 워크 재료는 연속이 아니고 지지가 없기 때문이다.
또한, 특허문헌 2의 블레이드 경우는 CVD법으로 성막 되어 있기 때문에 돌출한 크랙은 없다. 단, 블레이드 단부의 조각 칼날의 배열, 블레이드 측면부의 평면상태나 굴곡 등 제어하는 것은 불가능하다.
특히, 블레이드 측면부에 한하면, 성 막 때의 막두께의 고르지 못함은 그대로 블레이드의 두께 고르지 못함에 상당한다. 또, 성 막의 표면 바로 그것은 무구한 면이기 때문에 재료 측면과 완전히 접촉해서 마찰 열을 유발하는 것이나, 미묘한 굴곡이 있어 그 굴곡이 재료를 깨기도 한다.
그것에 대하여 본 실시 형태의 블레이드(26)에서는 연질 금속의 소결 조제를 이용해서 소결된 다이아몬드 소결체로 일체적으로 구성되기 때문에 블레이드 외주 단부와 블레이드 측면부를 마모 처리로 형성하는 것이 가능하게 된다. 특히 블레이드 외주 단부는 조각 칼날이 되기 위해 전술한 바와 같이 소정의 조각 칼날로 하기 위해서 더욱 마모 처리 조건을 변경하는 것도 가능하다. 한편, 블레이드 측면부의 역할로서는 자른 부스러기를 배제하는 것이 우선 첫째이지만, 워크 측면과의 접촉을 가미하면, 어느 정도 접촉하면서도 과도하게 접촉하지 않고, 안정되어 워크 측면을 미소하게 삭감하는 정도로 블레이드 측면부가 파손되고 있는 것이 바람직하다.
이렇게 블레이드의 외주 단부와, 블레이드 측면부를 각각 그 상태에 따라서 소망의 표면상태로 설계하고, 그러한 표면으로 제작할 수 있는 것에 대해서는 어느 쪽의 인용 문헌의 기술로도 불가능하다.
한편, 스크라이빙에서 사용되는 블레이드의 경우 이하와 같은 이유로 연성 모드에서의 가공에는 알맞지 않다.
즉, 스크라이빙에서는 블레이드 자체를 회전시키는 것은 아니어서 등 간격으로 갖추어진 미소한 조각 칼날 자체가 필요하게 되는 것이 아니다. 또한 예를 들면, 조각 칼날이 있었다고 하여도 미크론 오더의 결정 입계(粒界)에 따른 미소 절칼(切刃)이 아니고, 큰 조각 칼날로 할 경우 고속회전의 다이싱에서는 재료에 크랙을 주어버려 도저히 사용할 수 없다.
또, 결정 입계(粒界)에 따른 미소한 조각 칼날을 가지는 블레이드를 스크라이빙에서 사용해도 그 미소한 조각 칼날은 스크라이빙의 크랙을 주는 조각 칼날로서 기능하는 것은 아니다.
또한, 스크라이빙은 블레이드를 연직 방향으로 압압(押壓)한다. 그 때문에 블레이드 내를 통하는 축에 수직 아래 방향으로 응력을 주고, 블레이드를 축에 대하여 미끄러지게 구성한다. 축과 블레이드를 고정해서 사용하는 것이 아니기 때문에 축에 대한 블레이드의 클리어런스(clearance)는 낮게, 또, 블레이드 자체가 고속회전하지 않으므로 블레이드의 한쪽 면에 기준면을 설치할 필요도 없다.
또, 50μm 이하, 특히 30μm 이하의 세밀한 칼날 끝의 스크라이빙용의 블레이드를 제작해도 블레이드는 얇은 베어링으로 받고, 또 블레이드의 한쪽 면에 넓은 면으로 받는 기준면이 존재하지 않기 때문에 워크에 대한 정밀도 좋은 진직도(眞直度)를 확보할 수 없다. 그 결과 세밀한 칼날 끝의 블레이드는 좌굴 변형해버리게 되어 사용할 수 없다.
[블레이드의 강도에 대하여]
다음에, 블레이드 재료의 강도(탄성율)와 워크 재료의 강도(탄성율)의 관계에 대해서 설명한다.
블레이드가 워크에 일정량 칼자국으로 그대로 잘라 진행시키기 위해서는 블레이드 재료는 워크 재료에 대하여 큰 강도가 필요하게 된다. 만일 단순하게 블레이드 재료가 워크 재료에 대하여 부드러운 재료, 즉, 영률이 작은 재료로 구성되어 있는 경우, 지극히 세밀한 블레이드 선단 부분을 워크 표면에 작용시켜 블레이드를 진행시키려고 하여도 워크 재료가 고탄성율의 부재라면, 워크 표면을 미소하게 변형시킬 수 없고, 그것을 억지로 변형시키려고 하면 블레이드 자체가 좌굴 변형한다. 그 때문에 결과적으로 가공이 진행하지 못한다. 여기서 양단 지지의 긴 기둥의 좌굴 하중(P)은 다음식으로 주어진다.
한편, E: 영률, I: 단면 2차 모멘트, l: 긴 기둥의 길이(블레이드 직경에 대응)로 한다.
만일, 워크 재료보다 낮은 탄성율을 소유하는 블레이드의 경우, 블레이드의 좌굴 변형을 억제하면서 가공을 진전시키려면, 좌굴 변형하지 않는 정도의 단면 2 차모멘트가 필요하고, 구체적으로는 블레이드 두께를 두껍게 하지 않을 수 없다. 그러나, 특히 취성재료를 가공할 경우에 블레이드 두께가 워크 두께보다 두꺼운 경우, 워크 재료 표면을 변형시켜 눌러 나누어버린다. 따라서 블레이드 두께는 워크 두께보다도 얇게 하지 않으면 안 된다.
그렇게 하면 결과적으로는, 블레이드 재료는 워크 재료보다도 고탄성율의 것을 사용하지 않으면 안 되게 된다.
이러한 관계는 종래의 전기 주조 블레이드와 본 실시 형태의 블레이드(26)의 차이에 상당한다. 즉, 전기 주조 블레이드에서는 니켈 등의 결합 재료로 다이아몬드 지립을 결합하고 있어 소재적으로는 니켈 베이스로 된다. 니켈의 영률은 219GPa이지만, 예컨대 SiC는 450GPa다. 니켈에 전착(電着) 되어 있는 다이아몬드 지립(砥粒) 자체는 970GPa이지만, 그것들은 개별로 독립하여 존재하기 때문에 결과적으로 니켈의 영률에 지배된다. 그렇게 하면 원리상, 워크 재료가 고탄성이기 때문에 부수적으로 블레이드 두께를 더해서 대응하지 않으면 안 된다. 그 결과 전기 주조 블레이드의 두께를 두껍게 해서 접촉 면적을 크게 하는 것을 할 수밖에 없어 크랙이나 깨어짐을 유발하게 된다.
이것에 대하여 본 실시 형태의 블레이드(26)의 경우, 다이아몬드 소결체의 영률은 다이아몬드끼리가 결합하고 있기 때문에 700 ∼ 800GPa 상당이다. 이것은 대부분 다이아몬드의 영률에 필적한다.
여기서 블레이드(26)의 탄성율이 워크(W)의 탄성율에 비해서 클 경우, 블레이드(26)는 칼자국을 주었을 때에 블레이드(26)에서는 아니고 워크(W) 측의 표면이 변형하게 된다. 워크(W)측이 변형한 채 그대로 칼자국을 내서 가공 제거해 가는 것이 가능해진다. 게다가 그 과정에서 블레이드(26)가 좌굴 변형하는 일은 없다. 따라서, 대단히 예리한 블레이드(26) 이여도 좌굴하는 일없이 가공을 진척시키는 것이 가능해진다.
표 5에 각 재료의 영률을 나타냈다. 표 5로부터 분명한 바와 같이, 다이아몬드 소결체(PCD)는 사파이어나 SiC 등 대부분의 재료와 비교해도 각별히 영률이 높다. 이 때문에 워크 재료 두께보다 세밀한 블레이드이여도 가공하는 것이 가능해진다.
| 재료 | 영률[GPa] | 비커스 경도 Hv |
| 실리콘 | 130 | 1050 |
| 석영 | 76.5 | 1100 |
| 사파이어 | 335 | 2300 |
| SiC | 450 | 2300 |
| 니켈 | 219 | 600 |
| 동 | 129.8 | 369 |
| PCD | 700 ∼ 800 | 8000 ∼ 12000 |
다음에, 워크 재료와 블레이드 재료의 경도(硬度) 관계를 설명하지만, 경도(硬度)의 관계도 앞의 탄성율과 같다.
블레이드 재료의 경도(硬度)가 워크 재료의 경도에 비해서 낮을 경우, 예를 들면 전기 주조 블레이드의 경우는 다이아몬드를 연질의 구리나 니켈이 지지하고 있다. 표면의 다이아몬드 지립(砥粒)은 대단히 경도가 높지만, 그 아래에서 다이아몬드 지립(砥粒)을 떠받치고 있는 니켈의 경도는 다이아몬드와 비교하면 지극히 낮다. 따라서 다이아몬드 지립(砥粒)에 충격이 주어지면, 그 아래의 니켈이 충격을 흡수하게 된다. 결과적으로 전기 주조 블레이드의 경우는 니켈의 경도가 지배적으로 되기 때문에 결과, 경질의 다이아몬드 지립(砥粒)이 워크 재료에 충돌하여 워크에 칼자국을 내려고 해도 결합재가 그 충격을 흡수하기 때문에 결과적으로 소정의 칼자국을 주는 것이 어렵다. 따라서 가공을 진행시키기 위해서는 어떤 일정 이상의 블레이드 회전수를 다이아몬드에 충격적으로 주지 않으면, 가공이 진행하지 않는다. 또한, 이때에 니켈에 일순(一瞬) 충격이 흡수되어 그 반력이 다이아몬드 지립(砥粒)을 타고 큰 힘으로 워크 재료를 압압(押壓)하기 때문에 워크 재료를 취성파괴시켜버린다.
그것에 대하여 본 실시 형태의 블레이드(26)의 경우, 다이아몬드 소결체는 다이아몬드 단결정에 필적하는 경도를 소유하여 사파이어, SiC 등의 경취성재료와 비교해도 각별히 높은 경도이다. 그 결과, 다이아몬드 소결체의 표면에 형성되는 오목부로 이루어지는 조각 칼날[미소 절칼(微小切刃)]이 워크 재료에 작용해도 그 충격은 그대로 미소한 조각 칼날 부분에 국소적으로 작용하여 예리한 선단 부분과 더불어 극미소 부분을 정밀도 좋게 제거 가공하는 것이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 블레이드(26)에 의하면, 다이아몬드 지립(82; 砥粒)의 함유량이 80% 이상으로 이루어지는 다이아몬드 소결체(80)에 의해 원반상으로 일체적으로 구성되어 이 블레이드(26)의 외주부에는 다이아몬드 소결체의 표면에 형성된 오목부로 이루어지는 조각 칼날[미소 절칼(微小切刃)]이 주방향(周方向))에 따라 연속적으로 배열된 절칼부(40;切刃部)가 설치된다. 이 때문에, 종래의 전기 주조 블레이드에 비해 워크에 대한 블레이드(26)의 칼자국 량을 고정밀도로 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, 취성재료로 구성되는 워크에 대하여도 블레이드(26)의 칼자국 량을 워크의 임계 칼자국 량 이하로 설정한 상태로 칼자국을 냄으로써 크랙이나 깨어짐을 발생시킬 일 없이 연성 모드로 안정되어 정밀도 좋은 절단 가공을 할 수 있다.
또한, 다이아몬드 소결체(80)의 표면에 형성된 오목부는 워크(W)를 가공할 때에 생기는 부스러기를 반송하는 포켓으로서 기능 한다. 이것에 의해 부스러기의 배출성이 향상하는 동시에 가공시에 생기는 열을 부스러기와 함께 배출하는 것이 가능해진다. 또, 다이아몬드 소결체(80)는 열전도율이 높으므로 절단 가공시에 발생하는 열이 블레이드(26)에 축적되는 일이 없고, 절단 저항의 상승이나 블레이드(26)의 휘어짐을 막는 효과도 있다.
또, 본 실시 형태의 블레이드(26)을 채용한 다이싱 가공에서 블레이드(26)의 회전 방향은 다운 컷 방향인 것이 바람직하다. 즉, 워크(W)에 대하여 칼자국을 주면서 워크(W)를 블레이드(26)에 대하여 상대적으로 이동시킬 때, 도 14에 나타낸 바와 같이, 블레이드(26)의 조각 칼이 워크 표면에 잘라 들어가는 것 같은 회전 방향으로 블레이드(26)를 회전시키면서 다이싱 가공을 하는 태양이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태의 블레이드(26)을 채용한 다이싱 가공에서는 블레이드(26)에 의해 워크(W)에 일정한 칼자국을 주면서 워크(W)를 블레이드(26)에 대하여 상대적으로 이동시킬 때, 블레이드(26)에 미립자를 주면서 하는 태양이 바람직하다.
여기서 상기 태양이 바람직한 이유에 대해서 이하에 자세하게 설명한다.
본 실시 형태와 같이 다이아몬드 소결체로 구성된 원반상(圓盤狀)의 블레이드인 경우, 다이아몬드 입자의 사이에 있는 입계(粒界) 부분에 오목이 생긴다. 그 오목 부분이 조각 칼날로서 작용한다. 또는, 자연스럽게 형성된 거칠기에 의한 요철에서 조각 칼날이 형성되어 특히 오목 부분에 조각 칼날이 형성된다.
블레이드의 외주 부분의 작용은 주로 조각 칼날이 작용해서 워크에 조각 칼날의 칼자국을 더욱 잘라 진행시키면서 부스러기를 제거해 가지 않으면 안 된다.
한편, 블레이드 측면은 워크 자름을 진행시킨다고 하는 것보다는 이미 블레이드 선단부에서 잘라 진행된 측면을 블레이드의 측면에서 삭감하면서 길들이는 것이 중요해진다. 그것을 위하여는 블레이드 측면은 조각 칼날이 적극적으로 작용한다고 하는 것보다도 워크 측면과 블레이드 측면이 몰려들지 않고 부드럽게 윤활하면서 워크 측면을 삭감할 필요가 있다.
이 블레이드 측면에 있어서 워크 측면과 블레이드 측면을 몰려들지 않고 부드럽게 윤활 시키는 방법으로서, 다이싱 블레이드에 미립자를 작용시키는 것이 효과적인 방법이다.
특히, 블레이드 선단부가 막 제거한 홈 부분은 워크 측면도 새로운 측면이 나왔을 뿐이어서, 워크 재료에 따라서는 대단히 활성인 면이 나타난다. 활성인 면은 다른 재료와 상호작용하기 쉽게 특히 블레이드 재료인 다이아몬드 소결체와 달라 붙는 것도 있다. 이러한 것을 막기 위해서는 블레이드 선단이 제거한 직후에 있어서의 블레이드 측면부와 워크 재료의 사이의 윤활을 고려할 필요가 있다.
*그래서 소결 다이아몬드로 구성된 블레이드 측면에 미립자를 작용시키는 것이 블레이드와 워크의 사이 윤활 효과를 향상시키는 효과로서 큰 역할을 다한다.
소결 다이아몬드로 구성된 블레이드의 측면에 미립자를 작용시킬 경우, 소결 다이아몬드는 앞에서도 말한 바와 같이, 입계(粒界) 부분이나 자연스러운 거칠로 구성된 요철표면에 있어서, 오목 부분을 많이 소유하고 있다. 그 오목 부분에 미립자가 받아들여진다. 블레이드 측면이 워크에 마찰하면서 가공할 때에 그 다이아몬드 소결체로 형성된 오목 부분에는 쌓인 미립자가 뛰어들어서 블레이드 측면과 워크 측면의 사이를 연속적으로 전동(轉動) 한다. 이 연속적인 미립자의 진동을「베어링 효과」라고 부르지만, 블레이드와 워크 표면의 달려들어 물기를 방지하고, 블레이드와 워크의 사이 윤활효과를 형성한다.
또한, 이 윤활효과는 단순하게 블레이드와 워크 사이의 간의 달려들어 물기를 방지하는 윤활효과에만 그치지 않는다. 미립자의 베어링 효과는 전동하는 미립자는 워크의 측면을 연마하는 작용도 가진다.
미립자가 진동함으로써 미립자가 워크 측면에 스치는 것에 의해 워크 측면의 연마를 하고 그 결과, 워크 측면은 단순하게 고정 지립(砥粒)으로 연마한 것 같은 연마 조흔(條痕)을 남기는 일 없이 예쁜 경면을 형성할 수 있다.
이러한 윤활효과는 회전에 따른 형태로 블레이드 양 측면에 홈이 형성되고 있을 경우, 미립자가 진동하기 쉬워져 즉, 베어링 효과가 나타난다. 예컨대 블레이드 반경 방향의 단면에 있어서 블레이드가 워크에 억지로 들어가는 부분의 단면부분에 있어서 측면 표면을 잘잘한 V자의 홈을 내두면 좋다. 그러면, 미립자가 V 홈의 사이로 들어가고, 블레이드의 회전에 따라 V 홈에 따라서 진동한다. 그 결과, 워크 재료와 블레이드의 사이에 미립자가 V자 홈에 따라 전동해 베어링 효과가 나타난다. 전동효과가 나타나면, 미립자는 고정 지립(砥粒)과는 다르게 어느 정도 각각의 미립자가 방향을 바꾸어서 랜덤하게 작용하기 때문에 한 방향의 연마 조흔(條痕)이 남는 일은 없고, 워크 재료 측면은 연마효과가 발휘된다. 결과적으로 연마 조흔(條痕)을 제거한 경면을 얻는 것이 가능해진다.
이러한 미립자를 이용하면서 가공하는 방식으로서, 예를 들면 미립자를 미리 소성하는 등 해서 굳혀 두고, 그 굳힌 미립자로 형성한 블레이드의 표면에서 미립자가 흘러넘쳐 떨어지면서 흘러 내려 떨어진 미립자가 블레이드 측면에서 전동해서 경면 가공하는 블레이드를 상기할지도 모른다.
그러나, 이러한 전동시키는 미립자를 미리 블레이드 표면에 소성한 블레이드에서는 가공이 진행하는 동시에 블레이드는 미립자가 탈락하는 분만큼, 서서히 자세해져 간다. 즉, 안정된 일정한 홈 폭을 형성할 수는 없다. 또, 안정되어서 끊임없이 연속해서 미립자를 계속해서 공급하는 것도 어려워진다.
또, 미립자를 연속적으로 작용시키기 위해서는 블레이드 측면이 연속적으로 마모하면서 미립자를 공급하는 것을 의미하지만, 이러한 블레이드에서는 미립자를 비축해 두는 오목 부분을 안정되게 구성하는 것은 어렵고, 또 오목 부분을 경도가 높은 다이아몬드로 형성할 수도 없다. 또, 블레이드 부재 바로 그것도 강성이 높은 자의적인 요철을 형성한 블레이드를 공급할 수는 없다.
게다가, 이러한 벗겨지기 쉬운 재료에서는 밑 바탕을 지지하는 블레이드 자체의 경도를 확보할 수 없기 때문에 미립자가 진동하면서도, 워크에 일정한 칼자국을 주는 것이 어려워진다.
한편, 종래의 니켈 등의 결합 재료로 고정된 전기 주조 블레이드에서는 이러한 윤활효과는 얻을 수 없다. 왜냐하면, 전기 주조 블레이드에서는 결합 재료의 표면에 대하여 여기저기 다이아몬드가 돌출한 형태를 하고 있다. 즉, 평면상에 여기저기 돌기물이 있는 것 같은 표면 형태를 하고 있다.
다이아몬드가 돌출한 상태로 존재하기 때문에 기준 평면을 형성하는 결합재가 제거되어 가면, 지립(砥粒)의 임계 칼자국 깊이를 제어할 수 없게 된다. 따라서 치명적인 크랙을 워크 측면에 끼쳐버린다. 상기 태양과 같이 미립자를 유입시키더라도 일부 경우에 따라서는 오목이 없어도 워크 측면은 경면화할 지도 모르지만, 블레이드 측면에 미립자를 작용시켜 연마효과를 발현시키더라도 한쪽에서 고정 지립(砥粒)의 돌출한 다이아몬드가 연삭하는 상황의 경우, 여전히 워크 측면부분은 연삭 조흔(條痕)이 남는 동시에, 돌출에 의한 잠재적인 크랙이 억지로 들어간다. 진동하면서 경면화시키는 미립자의 효과는 이러한 한편, 크랙을 미치게 하면서 취성파괴를 수반하는 가공 현상과 병용하면 의미를 이루지 않게 되어버린다.
또, 블레이드 표면을 보았을 경우, 평면 중에 돌출한 다이아몬드가 흩어져 있는 상태에 있다. 즉, 미립자가 블레이드 측면에 축적하는 오목 부분이 존재하지 않는다.
만일, 다이아몬드가 누락된 부분, 즉, 니켈 등의 결합재 사이에 미립자가 축적되었다고 하여도 니켈 등의 금속재료에 의해 형성된 오목 부분에서는 미립자에 사용되는 재료와 비교해 경도가 낮다. 오목 부분으로부터 미립자가 빠져 나갔다고 하여도 니켈 등의 금속재료로 주위가 형성된 오목 부분은 오목 부분이 조각 칼날로서의 작용을 갖지 않고, 미립자가 없어진 부분은 반대로 그 니켈 등의 연질금속의 블레이드측이 마모하는 것만으로, 한편 워크를 연마 제거하는 효과는 거의 없다. 그 결과, 블레이드 자체가 서서히 꺾어 잡아져 가는 것만으로 워크를 연마하는 효과를 기대할 수 없다.
블레이드의 결합 재료가 미립자에 의해 마모할 경우 블레이드 두께가 미립자에 의한 결합재에 대한 연마 제거 작용에 의해 가공 도중에도 변화되는 것을 의미한다. 예를 들면 홈 가공 등에 있어서, 홈 폭이 엄밀하게 제어되었을 경우에 있어서는 블레이드가 순식간에 마모하는 과정에서는 도저히 사용할 수 있는 것은 아니고, 가공하는 블레이드로서 의미를 이루지 않는 것이 된다.
그것에 대하여 본 실시 형태와 같이 다이아몬드 소결체로 구성된 블레이드의 경우, 먼저 전제로서 다이아몬드의 소결체로 구성되어 있는 것이다. 또, 그 다이아몬드의 함유량도 80%이상 있는 것이 바람직하다.
그 다이아몬드 소결체로 구성되어 있는 블레이드에 대하여 미립자는 소결체의 오목부에 쌓이고, 거기에서 워크와 스치는 것에 의해 미립자가 밖으로 나온 상태로 전동(轉動)한다. 오목부의 주위가 다이아몬드로 구성되기 때문에 정말로 다이아몬드로 구성된 오목부의 연(緣)의 부분으로 미립자가 작용해 워크의 연마를 한다.
오목 부분은 소결 조제의 비율이 비교적 높기 때문에, 마찰에 의해 선택적으로 제거되어 오목을 형성하고 있지만, 오목이 아닌 부분은 반대로 다이아몬드 리치이며, 워크 재료보다도 통상 경도는 높아진다. 따라서, 오목 부분으로부터 나온 미립자는 오목의 연(緣) 부분으로 고경도의 다이아몬드를 유지할 수 있고, 그 고경도의 다이아몬드로 구성되는 연(緣)에서 미립자가 전동해서 작용한다. 그 결과, 워크측에 연마하는 압력이 가해져 효율적으로 워크를 연마한다.
이와 같이, 효율적인 미립자의 보유와 그 미립자가 경질 다이아몬드 상에서 전동하는 효과를 양립시키는 것이 가능해진다.
(미립자의 공급 방법)
미립자의 공급 방법으로서는, 상기한 바와 같은 작용 효과를 얻을 수 있는 것이라면 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 이하에 나타낸 방법(제1∼제3예)을 바람직하게 채용할 수 있다.
<제 1예>
미립자의 공급 방법의 하나의 예(제 1예)로서, 블레이드 바로 그것에 모세관구조체로 액체에 포함시킨 미립자를 블레이드에 칠하는 방법이 있다.
사용하는 미립자로서는, WA 화이트 알루미나(alumina) 지립(砥粒), GC 그린 카보런덤 지립(砥粒), 다이아몬드 지립(砥粒): 등의 미립자가 바람직하게 사용된다. 입자 직경은 0.01μm로부터 10μm 정도의 다양한 입자 직경의 미립자를 사용해도 좋다. 입자 직경이나 사용하는 미립자의 재료는 워크 재료나 그 목적에 따라 적당히 최적화하면 좋다. 예컨대 PC기판이나 구리기판의 컷 측면의 연삭 조흔(條痕)의 제거를 목적으로 한 커팅의 경우는, 입자 직경으로서 1μm 정도의 WA가 적합하다.
또한, 이들의 미립자를 그대로 분체로서 사용할 경우, 잘잘한 미립자라면 고속회전하는 블레이드의 풍압에서 불어 날려버린다. 따라서 미립자를 액체에 현탁해서 사용하는 것이 좋다. 현탁하는 용매로서 가장 간이적인 액체로서는 물을 들 수 있지만, 블레이드 표면에 미립자를 효율적으로 부착되게 하기 위해서는 에탄올이나 IPA(이소프로필알콜;isopropyl alcohol) 등에 현탁한 것이라도 상관없다. 또, 랩핑(lapping) 오일 등 윤활유를 사용해도 상관없다. 미립자를 현탁하기 위한 용매는 워크의 특성 등에 의해 적당히 최적화하면 좋다. 랩핑(lapping) 오일 등을 사용했다고 하여도 블레이드 만에 공급되고, 워크에는 직접 공급되지 않는다.
블레이드에 공급된 미립자를 포함하는 액체는 워크의 절단면에만 작용하고, 워크 표면에 작용하지 않는다. 따라서, 워크로부터 해 보면 윤활효과로 열의 발생을 막는 동시에 워크 표면에 특단의 액체를 공급하는 것도 아니다. 그 때문에 종래 웨트(wet) 환경에서는 표면의 칩을 적셔버려 소자를 망쳐 놓은 워크에 대하여도 마치 드라이 가공처럼 가공할 수 있다.
액체를 작용시키는 장소는 워크에 블레이드가 칼자국 직전에 넣는 것이 바람직하다. 블레이드는 고속회전하고 있어 일부는 그 원심력으로 불어 날려버리기 때문에 블레이드가 워크에 억지로 들어가기 직전인 것이 바람직하다.
한편, 블레이드에 도포하는 것이 미립자를 포함하지 않는 액체일 경우라면, 완전히 뜻을 이루는 것도 아니다. 미립자를 포함하지 않는 액체를 칠할 경우 기본적으로 절단한 워크 측면을 연마한다고 하는 능력은 작용하지 않는다. 따라서, 미립자를 포함하지 않는 액체는 도포하여도 뜻을 이루는 것은 아니다.
또, 미립자를 포함하지 않는 액체는 점성이 낮아 미립자를 포함함으로써 미립자와 액체 사이의 계면 장력이 작용하여 결합력이 높아지고, 그 결과로서 전체적으로 점성을 높이는 것이 가능해진다. 점성을 높일 수 있으면, 블레이드에 도포했을 경우라도 블레이드의 원심력으로 미립자를 포함하는 액체가 불어 날릴 일은 없고, 효율적으로 블레이드 측면 내지는 선단에도 미립자를 포함하는 액체를 도포하는 것이 가능하다.
*예를 들면, 미립자를 포함하는 슬러리(slurry)를 공급하면서 가공하는 방법이 있지만, 때로는 워크 내의 절단하는 장소 이외의 다른 장소를 적셔버리기 때문에 엄밀하게 워크를 드라이한 상태로 가공할 경우는 적용할 수 있는 것이 아니다.
또, 워크에 따라서 액상의 슬러리(slurry)를 공급할 경우, 워크에 슬러리(slurry)가 고착하는 것이 아니고, 워크에 따라 흐르는 정도에 점성이 낮을 필요가 있다. 그러나 그러한 경우, 고속회전으로 회전하는 블레이드에 슬러리(slurry)가 접하면, 슬러리(slurry)가 불어 날려버리는 문제가 있다. 특히, 다이아몬드 소결체로 구성되는 블레이드에서는 오목 부분이 대단히 작게 그러한 부분의 포켓에 효과적으로 미립자를 받아들일 때에 있어서, 블레이드의 풍압이나 원심력이 지배적이어서 미립자가 블레이드 위로 체류하기 어려울 경우도 있다.
이것에 대하여, 본 예에 있어서의 미립자의 공급 방법에서는 미립자를 액체에 현탁하고, 그 현탁액을 블레이드 측면에 도포한다. 도포하는 방법으로서는 솔과 같은 모세관 구조체를 이용하고, 액체의 모세관 원리로 고체로 회전하는 블레이드 고체에 액체를 도포하면서 공급하여 액체에 포함되는 미립자성분을 남겨 블레이드에 미립자를 작용시키는 방법이 생각된다.
통상적으로 미립자를 블레이드에 작용시키려 해도 고속회전하는 블레이드 측면에 고체 미립자를 도포해서 부착되게 하는 것은 대단히 어렵다.
그래서 액체를 이용하고, 액체에 미립자를 녹여 혼합해서 현탁액의 상태로 하고, 그 상태로 미립자를 블레이드 표면에 작용시키는 것이 효율적으로 좋은 방법이다.
먼저, 액체에 미립자를 녹여 혼합함으로써 점성이 상승해서 표면 장력이 커지고, 젤 상으로 할 수 있다. 미립자의 사이에 액체가 억지로 들어가 표면 장력을 증가하는 것이 가능해진다.
이렇게 미립자를 액체에 녹여 혼합함으로써 액체만을 블레이드에 도포할 경우와는 다르게 점성을 가진 표면 장력이 높은 액체로서 블레이드 표면에 확실하게 작용시키는 것이 가능해진다.
이 블레이드 표면에 미립자를 포함하는 액체를 도포하는 방식으로서는 예를 들면, 도 24 및 도 25에 나타낸 미립자의 공급 기구를 바람직하게 채용할 수 있는다. 동 도면에 나타낸 바와 같이, 블레이드(26)는 스핀들(28; 도 1 참조) 측에 고정된 플랜지(flange) 커버(100)에 의해 포위되고 있어 이 플랜지(flange) 커버( 100)의 부분에 설치할 수 있었던 액체 공급 수단으로서의 액체 공급관(102)과, 액체 공급관(102)으로부터 미립자를 포함하는 액체의 공급을 받고, 이 공급을 받은 미립자를 포함하는 액체를 모세관 현상에 의해 블레이드(26)의 양 측면 측에 이송시키는 모세관 구조부재(104)를 갖춘 공급 기구(106)가 설치되어 있다.
모세관 구조부재(104)로서는, 솔상부재(刷毛狀部材), 붓상부재(筆狀部材) 혹은 발포체 부재의 어느 것인가가 이용되고 있다. 즉, 틈에 작은 공간이 연속적으로 존재하는 구조부재가 이용되고 있다. 모세관 구조부재(104)는 도 25에 나타낸 바와 같이, 액체 공급관(102)의 하단부와 블레이드(26)의 주 측면의 사이에서 다소 휘고, 그 선단이 블레이드(26)의 회전 방향에 따르도록 양쪽 사이드부터 블레이드(26)의 양쪽 주 측면에 접촉하고 있다. 모세관 구조부재(104)는 미립자를 포함하는 액체를 블레이드(26)의 주 측면에 균일하게 칠해 넣기 위해 소요폭으로 형성되어 있다.
또한, 도 25에 나타낸 바와 같이 액체 공급관(102)의 하단부에는 모세관 구조 부재(104)의 선단부를 블레이드(26)의 주측면(周側面)으로 가이드하는 강성 재제의 가이드 부재(108)가 설치되어 있다. 모세관 구조 부재(104)로서의 솔상부재(刷毛狀部材), 붓상부재(筆狀部材) 등의 구성재로서는 예를 들면, 폴리에스텔 소재의 선재나 면섬유 등의 부드러운 선상부재도 바람직하게 사용할 수 있다. 부드러운 선상 부재 등을 사용하면, 고속으로 회전하는 블레이드(26) 측면에 접촉했다고 하여도 블레이드(26) 측면을 과도하게 손상시킬 일은 없다.
그리고, 이러한 부드러운 선상 부재를 사용한 모세관 구조 부재(104) 이여도, 모세관 구조 부재(104)의 선단부를 강성재제의 가이드 부재(108)로 블레이드(26)의 주측면(周側面)으로 가이드함으로써 모세관 구조 부재(104) 내의 틈에 존재하는 액체의 중력 등의 영향을 받을 일 없이 부드러운 선상 부재로 되는 모세관구조 부재(104)의 선단부를 블레이드(26)에 접촉시키도록 가이드 할 수 있어서 고속회전하는 블레이드(26)의 주측면(周側面)에 미립자를 포함하는 액체를 확실하게 공급하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 본 예에 있어서의 미립자의 공급 방법에 의하면, 미립자를 포함한 액체를 블레이드 측면에 처바르는 것이 가능해진다. 이것에 의해 블레이드에 액체를 작용시키는 도포 대상의 모세관 구조체 자체를 블레이드에 접촉시켜 액체와 고체의 사이에 일하는 계면 장력을 이용하여 액체 내에 포함되는 미립자를 워크 측면 부분에 진척시켜 넣을 수 있다.
고속회전하고 있는 블레이드에 대하여 액체를 세차게 부는 방식에서는 액체가 블레이드상에서 날아가 버려버려, 그 결과 효율적으로 블레이드에 미립자를 작용시킬 수는 없지만, 블레이드에 액체를 계면장력을 이용해서 처바르는 것으로, 효율적으로 블레이드 측면에 따라 미립자를 공급하는 것이 가능해진다.
미립자를 포함하는 액체를 블레이드에 칠하면, 액체는 블레이드 표면의 오목 부분에 액체의 계면 장력에 의해 부착된다. 블레이드는 세워 회전으로 고속회전하고 있기 때문에 블레이드에 부착된 액체의 일부는 건조하여 미립자에 의한 연마에 의한 발열을 기화열에 의해 빼앗아 갈 수 있다. 그에 따라 연마해도 과잉하게 발열하는 일 없이 연마를 할 수 있다.
블레이드에 도포하는 것만으로 기타, 워크에 물을 뿌리는 등의 냉각을 하는 적이 없다. 경우에 따라서는, 블레이드에 소량의 액체를 작용시킬만으로, 워크에 대하여는 드라이해서 가공하는 것이 가능해진다.
그 결과, 미립자의 전동(轉動)에 의한 물리적인 연마 가공을 보다 효율적으로 진척시키는 것이 가능해진다.
또, 미립자가 오목 부분으로부터 빠져나올 때에 아래의 다이아몬드 입자에서 형성된 오목의 에지 부분과 워크의 사이에 미립자가 끼워져 전동(轉動)하기 때문에 워크에 전동하는 미립자의 칼자국이 확실하게 주어지면서 워크를 확실하게 연마할 수 있다.
(제 2예)
미립자의 공급 방법의 다른 예(제 2예)로서, 워크상에서 블레이드가 진행해 가는 부분에 미리 젤상의 미립자를 도포해 두는 방법이 있다.
이 방법에서는 블레이드가 진행하는 부분에 미리 소량의 물에 고농도의 미립자를 현탁하고, 그것을 블레이드가 진행하는 부분으로 미세한 선상에 부착해 둔다. 부착시키는 방법으로서는 주사기와 같은 것으로 밀어내서 부착되게 해도 상관없다.
(제 3예)
미립자의 공급 방법의 또 다른 예(제 3예)로서, 입자가 도포된 얇은 시트를 워크 위에 붙이고, 그 얇은 시트로 커트하는 것으로 자연스럽게 시트상의 미립자를 말려들게 하면서 워크와 블레이드의 사이에 미립자를 작용시켜 가는 방법이 있다.
이 방법에서는 얇은 시트 상에 미리 고밀도의 미립자를 도포해 둔다. 절단 내지는 홈 가공하는 기판상에 붙인다.
기판상의 소정의 부분을 가공할 때에 표면에 붙일 수 있었던 얇은 시트와 함께 가공하게 되지만, 그 얇은 시트를 가공하면서 기판을 가공함으로써 얇은 시트에 도포하고 있는 미립자를 블레이드 표면에 부착되게 하면서 자연스럽게 블레이드 표면에 미립자를 공급하고, 그 블레이드 표면에 부착된 미립자를 끌어들이면서 기판을 가공하는 것이 가능해진다.
이상, 본 발명의 다이싱 장치 및 다이싱 방법에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이상의 예로는 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 개량이나 변형을 해도 좋은 것은 물론이다.
10…다이 신구 장치, 20…가공부,
26…블레이드, 28…스핀들,
30…워크 테이블, 36…환상부,
38…장착 구멍(孔), 40…절칼부,
42…다이아몬드 지립(砥粒), 44…스핀들 본체,
46…스핀들 축, 48…허브 플랜지(flange),
80…다이아몬드 소결체, 82…다이아몬드 지립(砥粒),
84…조각 칼날(미소 절칼), 86…소결 조제
26…블레이드, 28…스핀들,
30…워크 테이블, 36…환상부,
38…장착 구멍(孔), 40…절칼부,
42…다이아몬드 지립(砥粒), 44…스핀들 본체,
46…스핀들 축, 48…허브 플랜지(flange),
80…다이아몬드 소결체, 82…다이아몬드 지립(砥粒),
84…조각 칼날(미소 절칼), 86…소결 조제
Claims (22)
- 워크를 절단 또는 가공하는 다이싱 장치에 있어서,
다이아몬드 지립(砥粒)끼리의 소결 결합체인 다결정 다이아몬드에 의해 원반상(圓盤狀) 일체적으로 구성된 다이싱 블레이드와,
상기 다이싱 블레이드를 회전시키는 회전기구와,
상기 다이싱 블레이드에 의해 상기 워크에 일정한 칼자국 깊이를 주면서 상기 워크를 상기 다이싱 블레이드에 대하여 상대적으로 이동시키는 이동 기구를 구비한 다이싱 장치. - 제 1항에 있어서, 상기 다결정 다이아몬드는 상기 다이아몬드 지립의 함유량이 80vol% 이상인 다이싱 장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 다이싱 블레이드는 다운 컷 방향으로 회전하면서 상기 워크에 칼자국을 주는 다이싱 장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 다이싱 블레이드의 외주부에는 상기 다결정 다이아몬드의 표면에 형성된 오목부가 주방향(周方向)에 따라 연속해서 형성되어 있는 다이싱 장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 다결정 다이아몬드는 연질금속의 소결 조제를 이용해서 상기 다이아몬드 지립(砥粒)을 소결한 것인 다이싱 장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 다이아몬드 지립(砥粒)의 평균 입자 직경은 25μm 이하인 다이싱 장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 다이싱 블레이드의 외주부는 상기 외주부의 내측 부분보다도 얇게 구성되어 있는 다이싱 장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 다이싱 블레이드의 외주부의 두께는 50μm 이하인 다이싱 장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 회전 기구에는 상기 다이싱 블레이드를 회전시키는 회전축에 수직한 금속제의 플랜지(flange) 면이 설치되고,
상기 다이싱 블레이드는 한쪽 면에 기준 평면부를 갖추고, 상기 기준 평면부를 상기 플랜지(flange) 면에 당접시킨 상태로 상기 회전축에 고정되는 다이싱 장치. - 제 9항에 있어서, 상기 다이싱 블레이드의 기준 평면부는 상기 회전축을 중심으로 하는 환상(環狀)으로 구성되어 있는 다이싱 장치.
- 워크를 절단 또는 가공하는 다이싱 장치에 있어서,
다이아몬드 지립(砥粒)끼리의 소결 결합체인 다결정 다이아몬드에 의해 원반상(圓盤狀) 일체적으로 구성된 다이싱 블레이드와,
상기 다이싱 블레이드를 회전시키는 회전 기구와,
상기 다이싱 블레이드에 의해 상기 워크에 일정한 칼자국 깊이를 주어 상기 다이싱 블레이드에 미립자를 주면서 상기 워크를 상기 다이싱블레이드에 대하여 상대적으로 이동시키는 이동 기구를 구비한 다이싱 장치. - 제 11항에 있어서, 상기 다결정 다이아몬드는 상기 다이아몬드 지립(砥粒)의 함유량이 80vol% 이상인 다이싱 장치.
- 워크를 절단 또는 가공하는 다이싱 방법에 있어서,
다이아몬드 지립(砥粒)끼리의 소결 결합체인 다결정 다이아몬드에 의해 원반상(圓盤狀) 일체적으로 구성된 다이싱 블레이드를 회전시키면서 상기 워크에 일정한 칼자국 깊이를 주는 공정과,
상기 다이싱 블레이드에 의해 상기 워크에 일정한 칼자국 깊이가 주어진 상태로 상기 워크를 상기 다이싱 블레이드에 대하여 상대적으로 이동시키는 공정을 포함하는 다이싱 방법. - 제 13항에 있어서, 상기 다결정 다이아몬드는 상기 다이아몬드 지립(砥粒)의 함유량이 80vol% 이상인 다이싱 방법.
- 제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 다이싱 블레이드는 다운 컷 방향으로 회전하면서 상기 워크에 칼자국을 주는 다이싱 방법.
- 제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 다이싱 블레이드의 외주부에는 상기 다결정 다이아몬드의 표면에 형성된 오목부가 주방향(周方向)에 따라 연속해서 형성되어 있는 다이싱 방법.
- 제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 다결정 다이아몬드는 연질금속의 소결 조제를 이용해서 상기 다이아몬드 지립(砥粒)을 소결한 것인 다이싱 방법.
- 제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 다이아몬드 지립(砥粒)의 평균 입자 직경은 25μm 이하인 다이싱 방법.
- 제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 다이싱 블레이드의 외주부는 상기 외주부의 내측 부분 보다도 얇게 구성되어 있는 다이싱 방법.
- 제 18항에 있어서, 상기 다이싱 블레이드를 회전시키는 회전축에 수직한 금속제의 플랜지(flange)면이 설치되고,
상기 다이싱 블레이드는 한쪽 면에 기준 평면부를 갖추고, 상기 기준 평면부를 상기 플랜지(flange)면에 당접시킨 상태로 상기 회전축에 고정되는 다이싱 방법. - 제 20항에 있어서, 상기 다이싱 블레이드의 기준 평면부는 상기 회전축을 중심으로 하는 환상(環狀)으로 구성되어 있는 다이싱 방법.
- 제 19항에 있어서, 상기 다이싱 블레이드의 외주부의 두께는 50μm 이하인 다이싱 방법.
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