TW201936330A

TW201936330A - 電鍍磨石

Info

Publication number: TW201936330A
Application number: TW108106102A
Authority: TW
Inventors: 山本和寬; 林毅
Original assignee: 日商迪思科股份有限公司
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2019-09-16
Also published as: JP7098231B2; JP2019147221A; TWI781293B; KR20190102994A; KR102605418B1; CN110193790A; CN110193790B

Abstract

[課題]提供一種能夠抑制加工不良的產生之電鍍磨石。[解決手段]具備以包含鎳的電鍍層固定磨粒的磨石部，且磨石部中含有滑石。又，磨石部中，可以含有磨石部的2.0體積%以上15.0體積%以下的滑石。此外，磨石部中含有的滑石之平均粒徑可以為0.6μm以上10.0μm以下。又，電鍍磨石可以是僅由圓環狀的磨石部所構成。此外，電鍍磨石也可以是由具有把持部之圓環狀的基台，以及形成在基台的外緣部之磨石部所構成。

Description

電鍍磨石

本發明是關於一種具備以電鍍層固定磨粒的磨石部之電鍍磨石。

切割裝置廣泛地用於各種工件的切割加工中。例如，將半導體晶圓分割為多片元件晶片時的切割加工是使用切割裝置來實施。此外，在LED（Light Emitting Diode，發光二極體）封裝中，使用將環氧樹脂含浸於玻璃纖維而形成的玻璃環氧基板等，在分割該玻璃環氧基板以獲得元件封裝時，藉由切割裝置進行切割加工。

切割加工是使用安裝於切割裝置所具備的主軸之前端部上的圓環狀之磨石（切割刀片）而實施。該磨石是例如藉由以包含鎳等的電鍍層固定以金剛石等製成的磨粒所形成。在專利文獻1中，揭示了一種將電鍍用基盤浸漬於混入有金剛石等磨粒的硫酸鎳等電解液中，使該基盤上成長包含磨粒的電鍍層以製造圓環狀的磨石之方法。

當使切割裝置的主軸旋轉，使圓環狀的磨石一邊旋轉一邊切入工件時，從磨石的電鍍層露出的磨粒會與工件接觸以切割工件。並且，若持續切割加工則電鍍層磨耗而露出的磨粒會脫落，新的磨粒會自電鍍層露出。此作用被稱作自銳性（self-sharpening），藉由自銳性維持磨石的切割功能。
[習知技術文獻]
[專利文獻]

[專利文獻1] 日本特開2000-87282號公報

[發明所欲解決的課題]
在以包含鎳的電鍍層固定磨粒的磨石中，磨粒相對強固地被固定在電鍍層上。因此，即使切割工件磨粒也難以自電鍍層脫落，而難以產生自銳性。若不適度地產生自銳性，則會產生例如切割屑堆積在露出的磨粒間而切割阻力增大（氣孔堵塞）、露出的磨粒由於磨耗而變平滑使磨石的銳利度降低（磨粒鈍化）等現象。若以此種狀態的磨石進行切割加工，會產生在工件上形成被稱作崩裂的崩缺等之加工不良。

又，特別如玻璃、陶瓷、透明環氧樹脂，或樹脂與電極的複合材料等，被稱作難切割材料之切割加工困難的材料之切割加工中，難以產生自銳性。因此，當使用以包含鎳的電鍍層固定磨粒之磨石時，會有原來就難以切割的難切割材料之切割加工變得更加困難的問題。

本發明是有鑑於此種問題而提出，以提供一種能夠抑制加工不良的產生之電鍍磨石為課題。

[解決課題的技術手段]
根據本發明的一個態樣，提供一種電鍍磨石，其具備以包含鎳的電鍍層固定磨粒的磨石部，且該磨石部中含有滑石。

又，在本發明的一個態樣中，該磨石部中，可以含有磨石部的2.0體積%以上15.0體積%以下的滑石。此外，在本發明的一個態樣中，該磨石部中含有的滑石之平均粒徑可以為0.6μm以上10.0μm以下。

又，在本發明的一個態樣中，該電鍍磨石可以是僅由圓環狀的該磨石部所構成。此外，在本發明的一個態樣中，該電鍍磨石也可以是由具有把持部之圓環狀的基台，以及形成在該基台的外緣部之該磨石部所構成。

[發明功效]
根據本發明的一個態樣之電鍍磨石，具備含有滑石的磨石部，所述滑石為硬度比鎳低且具有潤滑性的材料。藉由使用該電鍍磨石進行切割加工，能夠促進電鍍磨石的自銳性並且降低電鍍磨石與工件之間的摩擦，且抑制加工不良的發生。

以下，參閱附圖說明本發明的實施方式。本實施方式是關於藉由電鍍所形成的磨石（電鍍磨石）。圖1（A）及圖1（B）中，顯示可以在本實施方式中使用的電鍍磨石之構成例。

圖1（A）是顯示由磨石部3所組成的電鍍磨石1之構成例的立體圖。電鍍磨石1是僅由在中央部具有貫通孔3a之圓環狀的磨石部3所構成，其整體係藉由電鍍所形成的切削刀刃。磨石部3是藉由以例如包含鎳的電鍍層將金剛石等磨粒固定而形成。藉由圓環狀的磨石部3所構成之電鍍磨石1被稱作墊圈型式（washer type）。

圖1（B）是顯示具備基台7及磨石部9的電鍍磨石5之構成例的立體圖。電鍍磨石5是由在中央部具有貫通孔7a之圓環狀的基台7以及在基台7的外緣部藉由電鍍形成的磨石部9所構成。磨石部9是藉由以例如包含鎳的電鍍層將金剛石等磨粒固定而形成。在基台7的外緣部電鍍有磨石部9之電鍍磨石5被稱作輪轂型式（hub type）。

此外，基台7在其中央部具有在寬度方向突出之圓環狀的把持部7b。使用切割裝置進行切割加工時，切割裝置的使用者（操作員）可握著把持部7b以將電鍍磨石5安裝至切割裝置。

電鍍磨石1及5是安裝於設置在切割裝置上的主軸之前端部。當在此狀態下使主軸旋轉時，電鍍磨石1及5以主軸的軸心作為旋轉軸而旋轉。然後，藉由在使電鍍磨石1及5旋轉的狀態下切入工件，實施工件的切割加工。

另外，使用電鍍磨石1及5切割的工件之材料並沒有限制。可以使用在各種材料的切割加工中，例如矽或SiC等半導體材料、玻璃、陶瓷、玻璃環氧樹脂，或樹脂與電極的複合材料等。

工件的切割是藉由從磨石部3及9的電鍍層露出之磨粒接觸工件而進行。並且，若持續切割加工則電鍍層磨耗而露出的磨粒會脫落，新的磨粒會自電鍍層露出。此作用被稱作自銳性，藉由自銳性維持磨石的切割功能。

然而，在以包含鎳的電鍍層固定磨粒的磨石部3及9中，磨粒相對強固地被固定在電鍍層上。因此，即使切割工件磨粒也難以自電鍍層脫落，而難以產生自銳性。特別是在切割玻璃、陶瓷、玻璃環氧樹脂，或樹脂與電極的複合材料等，切割加工困難的材料（難切割材料）的情況下，更是難以產生自銳性。若以此種狀態的磨石部3及9進行切割加工，會產生在工件上形成被稱作崩裂的崩缺等之加工不良。

於是，在本實施方式中，使電鍍磨石1的磨石部3及電鍍磨石5的磨石部9含有滑石（水合矽酸鎂（Mg₃ Si₄ O₁₀ (OH)₂ ））。滑石比鎳硬度低（莫氏硬度1），若使磨石部3及9含有滑石則電鍍層會變脆弱而容易磨耗，可以有望促進自銳性。藉由適度地使自銳性發生來維持電鍍磨石1及5的切割功能，能夠抑制切割加工時的加工不良的產生。

再來，由於滑石是具有潤滑性的材料，若使磨石部3及9含有滑石，則切割加工時能夠期待電鍍磨石1及5與工件之間的摩擦會降低。藉由此摩擦的降低，抑制切割加工時工件的崩缺（崩裂）等的切割不良之發生。

磨石部3及9中含有的滑石量，能夠根據電鍍層的材料、磨粒的材料及粒徑、工件的材料等適當地設定，但較佳為設定在會降低加工不良且電鍍磨石1及5的強度能保持在一定以上的範圍。

例如能夠使磨石部3及9中含有滑石，使相對於磨石部3及9的滑石含量為2.0體積%以上15.0體積%以下，較佳為2.2體積%以上15.0體積%以下，更佳為2.2體積%以上6.2體積%以下。該滑石的含量，可以藉由例如阿基米德法測量。

此外，滑石的粒徑也能夠和滑石的含量一樣地適當設定。例如，能夠使用以雷射繞射法測量時的平均粒徑為0.6μm以上10.0μm以下之滑石。

如以上所述，藉由在以包含鎳的電鍍層固定磨粒之磨石部3及9中含有滑石，能夠抑制切割加工時的加工不良。

接著，說明關於在磨石部中含有滑石之電鍍磨石的製造方法之例子。圖1（A）所示電鍍磨石1及圖1（B）所示電鍍磨石5分別能夠使用電解電鍍等製造。

圖2是示意性顯示用於墊圈型式電鍍磨石1之製造的製造裝置2之構成例的剖面圖。如圖2所示，製造電鍍磨石1時，首先準備容納混入有金剛石等磨粒之鎳電鍍液16的電鍍浴槽4。鎳電鍍液16的材料可以任意地選擇，例如能夠使用包含硫酸鎳或硝酸鎳等之鎳的電解液。

此外，在鎳電鍍液16中添加使電鍍磨石1的磨石部3含有的滑石。具體來說，如圖2所示，將滑石與界面活性劑混合而生成的混合液18被添加至鎳電鍍液16中。此界面活性劑具有使滑石在鎳電鍍液16中分散的功能。另外，界面活性劑的材料可以任意地選擇。當在鎳電鍍液16中添加混合液18時，滑石會概略均勻地分散在鎳電鍍液16中。

接著，將以不銹鋼和鋁等金屬材料形成的圓盤狀基台20與鎳電極6，浸漬於電鍍浴槽4內的鎳電鍍液16中。在基台20的表面上，形成有對應所需磨石部3之形狀的遮罩22例如，在形成如同圖1（A）所示的圓環狀磨石部3的情況下，形成為在俯視中具有圓環狀開口部的遮罩22。

此外，基台20經由開關8而連接到直流電源10的負端子（負極），鎳電極6連接至直流電源10的正端子（正極）。另外，開關8也可以配置於鎳電極6與直流電源10之間。

接著，一邊藉由馬達等旋轉驅動源12使葉片14旋轉以攪拌鎳電鍍液16，一邊使配置在基台20與直流電源10之間的開關8短路。藉此，將基台20作為陰極並將鎳電極6作為陽極以使直流電流在鎳電鍍液16中流通，在基台20的表面上遮罩22沒有覆蓋的區域中電鍍包含鎳的電鍍層，並且形成包含滑石及磨粒的磨石部3。

圖3（A）是顯示磨石部3形成於基台20之表面的狀態之剖面圖。如圖3（A）所示，在基台20的表面上遮罩22沒有覆蓋的區域中，形成圓環狀的磨石部3，其包含鎳的電鍍層中滑石與磨粒概略均勻地分散。

之後，將形成於基台20表面上的磨石部3從基台20剝離。圖3（B）是顯示磨石部3從基台20剝離的樣子之剖面圖。藉此，磨石部3自基台20分離，並得到由磨石部3所構成的墊圈型式的電鍍磨石1。

再者，圖1（B）所示的電鍍磨石5也能夠以與電鍍磨石1相同的方法製造。圖4是示意性顯示用於輪轂型式電鍍磨石5之製造的製造裝置24之構成例的剖面圖。另外，對於以下所說明的構成之外，可以參酌製造裝置2（圖2）的說明。

首先，與電鍍磨石１的製造方法同樣地，準備容納混入有金剛石等磨粒之鎳電鍍液16的電鍍浴槽4。然後，將混合滑石與界面活性劑而生成的混合液18添加至鎳電鍍液16中。能夠用於鎳電鍍液16及混合液18的材料，與電鍍磨石1的製造方法相同所以省略說明。

接著，將以不銹鋼和鋁等金屬材料形成的基台26與鎳電極6，浸漬於電鍍浴槽4內的鎳電鍍液16中。另外，基台26經過之後的步驟而成為支撐電鍍磨石5之磨石部9的基台7（參閱圖1（B）），所以基台26的形狀是對應基台7的形狀。

具體來說，如圖5（A）所示，基台26是對應電鍍磨石5的基台7之形狀而形成為圓環狀，在其中心部設置有貫通孔26a。此貫通孔相當於設置在基台7的中央部之貫通孔7a（參閱圖1（B））。

在基台26的表面上，形成有對應所需磨石部9之形狀的遮罩28。例如，在如同圖1（B）所示沿著基台7之外緣部形成圓環狀磨石部9的情況下，形成遮罩28，其在俯視中具有沿著基台26之外緣部形成的圓環狀開口部。然後，與電鍍磨石1的製造方法同樣地，在基台26的表面上遮罩28沒有覆蓋的區域中電鍍包含鎳的電鍍層，並且形成包含滑石及磨粒的磨石部9。

之後，將遮罩28自基台26去除。藉此，得到在表面上形成有磨石部9的基台26。圖5（A）是顯示磨石部9形成於基台26之表面的狀態之剖面圖。

接著，藉由蝕刻基台26的外緣部，使覆蓋在基台26上的磨石部9之一部分露出。藉此，如圖5（B）所示，得到在基台7的外緣部形成有磨石部9之輪轂型式的電鍍磨石5。此外，也可以藉由上述蝕刻調整把持部7b的形狀。

藉由使用以上的製造方法，能夠製造具備含有滑石之磨石部3及9的電鍍磨石1及5。

接著，說明關於具備含有滑石之磨石部的電鍍磨石的評估結果。在此，以磨石部中含有的滑石量不同之多個電鍍磨石分別切割工件，測量由切割所產生在工件上的崩缺（崩裂）之尺寸，藉此評估加工的精確度。此外，測量在磨石部中含有的滑石量不同之多個電鍍磨石的彈性係數，並由此彈性係數評估電鍍磨石的強度。

評估中，使用根據上述製造方法製造的、在磨石部中含有滑石之墊圈型式（參閱圖1（A））的電鍍磨石。電鍍磨石的外徑為53.4mm、內徑為40mm、厚度為0.10mm，磨粒是使用以篩子來分級時的平均粒徑為9μm的金剛石粒。另外，磨粒的集中度為50（12.5體積%）。

此外，為了評估滑石含量的影響，製作了磨石部中包含不同滑石量的7種電鍍磨石。在電鍍磨石的製作中，使用以雷射繞射法測量時的平均粒徑為0.8μm的滑石。使用阿基米德法測量所製作的7種電鍍磨石之磨石部中含有的滑石量後，在7種磨石部中分別含有相對磨石部為0.0體積%（未添加滑石的電鍍磨石）、1.0體積%、2.2體積%、6.2體積%、11.4體積%、15.0體積%及17.5體積%。

接著，分別將7種電鍍磨石整修形狀，磨銳並進行正圓校正。之後，由切割裝置的卡盤台吸引保持工件，並分別對7種電鍍磨石進行了一邊供給切割水至電鍍磨石（水溫20℃的純水）一邊使電鍍磨石切入工件以切割該工件的加工。

使用長度100mm、寬度100mm及厚度0.4mm的硼矽酸玻璃作為工件。接著，使電鍍磨石以每分鐘30000轉的速度旋轉，將電鍍磨石配置為其下端位於工件下端更下方，並通過沿著與工件的長度方向大致平行的方向使工件和電鍍磨石以5mm/s的速度相對地移動以切割工件。通過在工件寬度方向上以5.0mm間隔進行19次該切割加工，將工件分割為20小片。

之後，使卡盤台在水平方向旋轉90度，並利用以同樣的條件沿著與其寬度方向大致平行的方向切割工件，將各小片進一步分割成20片。如此一來，將工件分割為400個晶片。

之後，從所獲得的400個晶片中選擇5個晶片，並分別對於5個晶片測量由於切割加工而產生在切割面上的崩裂之與工件厚度方向垂直方向上的長度。然後，將崩裂的最大長度作為崩裂尺寸，並計算出5個晶片之崩裂尺寸的平均值（平均崩裂尺寸）。

對於各個使用滑石含量不同的7種電鍍磨石所得的晶片，進行上述平均崩裂尺寸的計算。圖6是顯示電鍍磨石的磨石部中含有的滑石量與平均崩裂尺寸之間的關係之圖形。另外，在圖6中，以使用未含有滑石的電鍍磨石（滑石的含量為0.0體積%的電鍍磨石）所得的晶片之平均崩裂尺寸作為基準（100%），並顯示使用其他電鍍磨石所得的晶片之平均崩裂尺寸的比率。

如圖6所示，滑石的含量為2.2體積%以上時平均崩裂尺寸會大幅地降低。這被推測為是因為當滑石的含量為2.2體積%以上時，磨石部所包含的電鍍層比滑石更脆弱而適度地產生自銳性，並且藉由滑石的潤滑性降低電鍍磨石與工件之間的摩擦，而加工的精確度提高了。從而，電鍍磨石的磨石部中含有的滑石量，特別較佳為在2.2體積%以上。

此外，為了評估滑石的含量不同的7種電鍍磨石的強度，測量了各電鍍磨石的彈性係數。彈性係數是從在切割加工後的電鍍磨石之前端部負載預定的負重所得到的應力－歪斜曲線計算出來。然後，彈性係數高的電鍍磨石愈不容易變形且強度愈高，以此來評估電鍍磨石的強度。

圖7是顯示電鍍磨石的磨石部中含有的滑石量與電鍍磨石彈性係數之間的關係之圖形。另外，在圖7中，以未含有滑石的電鍍磨石（滑石的含量為0.0體積%的電鍍磨石）的彈性係數作為基準（100%），並顯示其他電鍍磨石的彈性係數之比率。

根據圖7，滑石的含量為1.0體積%以上6.2體積%以下的電鍍磨石之彈性係數，比未含有滑石的電鍍磨石之彈性係數更高，且強度提高。雖並不是很清楚這樣少量添加滑石時電鍍磨石的彈性係數會上升的理由，但可以推測為是因為滑石的添加量為少量的情況下，滑石粒子在電鍍層的內部均勻地分散，會抑制電鍍層的轉移。

滑石的含量從1.0體積%增加時，彈性係數會逐漸降低。這被推測為是因為根據滑石含量的增加，磨石部所包含的電鍍層變脆弱。然而，不論是哪個電鍍磨石，都沒有觀察到在切割加工時電鍍磨石會變形而蛇行的樣子，能夠確認各電鍍磨石皆具備對工件的切割所需的強度。

但是，滑石的含量達到17.5體積%時彈性係數的比率約為30%，可知道彈性係數急劇地降低。以該電鍍磨石，會有特別是難切割材料等之加工變成困難的情況。因此，為了不使電鍍磨石的強度大幅降低而減少平均崩裂尺寸，特別較佳為將滑石的含量設為2.2體積%以上15.0體積%以下。

此外，特別是滑石的含量為6.2體積%以下的電鍍磨石，相較於未含有滑石的電鍍磨石彈性係數高，且電鍍磨石的強度會提高。因此，當將滑石的含量設為2.2體積%以上6.2體積以下時，能夠使電鍍磨石的強度提高並且抑制崩裂的產生。

根據以上的評估結果，藉由使用使磨石部含有滑石的電鍍磨石，能夠降低切割加工時的崩裂，並進行高精確度的切割加工。

其他，上述實施方式的構造、方法等，在不脫離本發明目的之範圍下，可作適當變更以實施。

1‧‧‧電鍍磨石

3‧‧‧磨石部

3a‧‧‧貫通孔

5‧‧‧電鍍磨石

7‧‧‧基台

7a‧‧‧貫通孔

7b‧‧‧把持部

9‧‧‧磨石部

2‧‧‧製造裝置

4‧‧‧電鍍浴槽

6‧‧‧鎳電極

8‧‧‧開關

10‧‧‧直流電源

12‧‧‧旋轉驅動源

14‧‧‧葉片

16‧‧‧鎳電鍍液

18‧‧‧添加劑

20‧‧‧基台

22‧‧‧遮罩

24‧‧‧製造裝置

26‧‧‧基台

28‧‧‧遮罩

圖1中圖1（A）是顯示由磨石部所組成的電鍍磨石之構成例的立體圖，圖1（B）是顯示具備基台及磨石部的電鍍磨石之構成例的立體圖。

圖2是示意性顯示用於墊圈型式電鍍磨石之製造的製造裝置之構成例的剖面圖。

圖3中圖3（A）是顯示磨石部形成於基台之表面的狀態之剖面圖，圖3（B）是顯示磨石部從基台剝離的樣子之剖面圖。

圖4是示意性顯示用於輪轂型式電鍍磨石之製造的製造裝置之構成例的剖面圖。

圖5中圖5（A）是顯示磨石部形成於基台之表面的狀態之剖面圖，圖5（B）是顯示使覆蓋在基台上的磨石部之一部分露出的狀態之剖面圖。

圖6是顯示電鍍磨石的磨石部中含有的滑石量與平均崩裂尺寸的比率之間的關係之圖形。

圖7是顯示電鍍磨石的磨石部中含有的滑石量與電鍍磨石彈性係數的比率之間的關係之圖形。

Claims

一種電鍍磨石，其特徵在於：具備以包含鎳的電鍍層固定磨粒的磨石部，該磨石部中含有滑石。
如請求項1所述的電鍍磨石，其中，該磨石部中，含有該磨石部的2.0體積%以上15.0體積%以下的滑石。
如請求項1或2所述的電鍍磨石，其中，該磨石部中含有的滑石之平均粒徑為0.6μm以上10.0μm以下。
如請求項1或2所述的電鍍磨石，其中，該電鍍磨石是僅由圓環狀的該磨石部所構成。
如請求項1或2所述的電鍍磨石，其中，該電鍍磨石是由具有把持部之圓環狀的基台，以及形成在該基台的外緣部之該磨石部所構成。