CN1927537A - 切削工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种切削工具，该切削工具能够对用各种粘接剂来固定磨粒而形成的砂轮片进行安装，并能够对砂轮片进行研磨加工，来将其修整到所需厚度的。该切削工具安装在设有超声波振动机构的旋转主轴上，具有：振动传递部件，安装在上述旋转主轴上；以及，圆环状的砂轮片，安装在上述振动传递部件上，在中央部具有开口，上述砂轮片具有外周部的切削刃部和内圆部的固定部，上述固定部利用粘接剂固定在上述振动传递部的安装部。

Description

切削工具

技术领域

本发明涉及具有砂轮片的切削工具，更详细地说涉及在对砂轮片施加超声波振动的同时对半导体晶片和光器件晶片等被加工物进行切削的切削装置中所使用的切削工具。

背景技术

在半导体器件制造工序中，在大致为圆片形状的半导体晶片的表面上，利用排列成格子状的所谓划片线的分割预定线，将表面划分成多个小区，在该划分的区内形成IC、LSI等器件。然后，沿划片线对半导体晶片进行切割，分割成分别形成有器件的区域，制成各个半导体芯片。并且，在蓝宝石基片的表面上制作了氮化镓类化合物半导体等层叠的光器件晶片也沿划片线切割，分割成各个的发光二极管、激光二极管、CCD等光器件，广泛应用于电气设备。

沿上述晶片的划片线的切割，通常利用所谓划片刀的切削装置来进行。该切削装置具有：对晶片等被加工物进行保持的吸附台，用于对被该吸附台所保持的被加工物进行切削的切削机构、以及使吸附台和切削机构进行相对移动的切削传送机构。切削机构包括：切削工具，具有旋转主轴和安装在该旋转主轴上的砂轮片；以及主轴单元，具有用于对旋转主轴进行旋转驱动的驱动机构。在这样的切削装置中，一边使切削工具按照20000～40000rmp的旋转速度进行旋转，一边使切削工具和吸附台上所保持的被加工物相对地进行切削传送。

尽管如此，形成器件的晶片，采用硅、蓝宝石、氮化硅、玻璃、钽酸锂等脆生硬质材料。若利用砂轮片进行切削，存在的问题是切断面上产生缺口，使器件质量降低。并且，蓝宝石等莫氐硬度高的晶片，虽然并非不能够用砂轮片进行切削，但实际上很困难。

为了解决上述问题，提出了这样一种切削方法，即在安装了具有砂轮片的切削工具的旋转主轴上设置超声波振子，通过在该超声波振子上施加交流电压，在砂轮片上施加超声波振动的同时进行切削(例如，参见专利文献1(日本专利第3469516号公报))。

上述切削方法所使用的切削工具，由安装在旋转主轴上的振动传递部件、和通过镀镍来把金刚石等磨粒固定到该振动传递部件上的砂轮片构成。这样，利用经电镀把砂轮片固定到振动传递部件上并一体化的切削工具，能够把超声波振动可靠传递到砂轮片上。然而，不限于用镀镍来固定金刚石等磨粒的砂轮片适用于所有被加工物的切削，最好能够根据被加工物的材质来选择通过树脂结合剂来结合磨粒的树脂粘结砂轮片、用金属结合剂来结合磨粒的金属粘接砂轮片、以及陶瓷结合剂来结合磨粒的陶瓷粘结砂轮片。

并且，在希望把砂轮片的厚度修整到所需厚度的情况下，把砂轮片夹持在底盘和上盘之间进行研磨加工，即可把例如厚度为50μm的砂轮片修正到45μm的厚度。但存在的问题是：用电镀法固定到振动传递部件上的砂轮片中，振动传递部件造成障碍，不能够实施研磨加工。

发明内容

本发明是针对上述情况而提出的方案，其主要目的是提供一种如下的切削工具，该切削工具能够对用各种粘接剂来固定磨粒而形成的砂轮片进行安装，并能够对砂轮片进行研磨加工而将其修整到所需厚度的。

为了解决上述主要技术课题，切削工具，安装在设有超声波振动机构的旋转主轴上，其特征在于：

具有：振动传递部件，安装在上述旋转主轴上；以及，圆环状的砂轮片，安装在上述振动传递部件上，在中央部具有开口，

上述砂轮片具有外周部的切削刃部和内圆部的固定部，上述固定部利用粘接剂固定在上述振动传递部的安装部。

最好在上述振动传递部的安装部上设有位置限制部，该位置限制部上嵌合上述砂轮片的开口。

并且，最好上述粘接剂的硬度设定为肖氏D60以上。

发明效果

本发明的切削工具利用粘接剂把圆环状的砂轮片的内周部的固定部固定到振动传递部的安装部，所以，能够对用各种粘接剂来固定磨粒而形成的砂轮片进行安装。并且，在圆环状的砂轮片通过粘接剂固定在振动传递部的安装部之前，可通过研磨加工修整成所需的厚度。

附图说明

图1是安装了按本发明构成的切削工具的切削装置的立体图。

图2是图1所示的切削装置上安装的主轴单元的断面图。

图3是表示在构成本发明的切削工具的振动传递部件上固定砂轮片的方法中的剥离剂涂敷工序的说明图。

图4是表示在构成本发明的切削工具的振动传递部件上固定砂轮片的方法中的粘接剂涂敷工序和刀片粘接工序的说明图。

图5是表示在构成本发明的切削工具的振动传递部件上固定砂轮片的方法中的加压粘合工序的说明图。

图6是表示在振动传递部件上粘合砂轮片的粘接剂的硬度和对砂轮片施加的超声波振动振幅的关系的曲线图。

具体实施方式

以下参照附图，更详细地说明按照本发明构成的切削工具的最佳实施方式。

图1是安装了按本发明构成的切削工具的切削装置的立体图。图示的实施方式的切削装置具有大致为直方体形状的装置外壳2。在该装置外壳2内，保持被加工物的吸附台3设置成能够在切削传送方向的箭头X方向上移动。吸附台3具有吸盘支承台31和设在该吸盘支承台31上的吸盘32，通过未图示的吸附机构的动作，把被加工物吸附保持在该吸盘32上面的保持面上。并且，吸附台3通过未图示的旋转机构能够旋转。而且，在吸附台31上设有夹持器33，用于固定支承框架，以便通过保护带支承作为被加工物的下述晶片。这样构成的吸附台3依靠未图示的切削传送机构，能够在箭头X所示的切削传送方向上移动。

图1所示的切削装置具有作为切削机构的主轴单元4。主轴单元4安装在未图示的移动基台上，通过未图示的分度进给机构，在与上述箭头X所示的切削进给方向相垂直的箭头Y所示的分度方向上移动；并通过未图示的切入进给机构，在切入方向的箭头Z所示的方向上移动。以下参照图2，说明该主轴单元4。

图2所示的主轴单元4具有：主轴外壳41；在该主轴外壳41内旋转自如地设置的旋转主轴42；以及，安装在该旋转主轴42的前端上的切削工具43。主轴外壳41大致形成圆筒状，具有在轴向上穿通的轴孔411。在上述主轴外壳41内所形成的轴孔411内插通安装的旋转主轴42，具有在其前端部设有螺纹孔421的工具安装部422，在其中央部设有向径向突出形成的止推轴承法兰盘423。这样，在主轴外壳41上所形成的轴孔411内插通设置的旋转主轴42，通过供给到轴孔411内壁之间的高压空气被旋转自如地支承。

工具安装部422上所安装的切削工具43包括振动传递部件44和圆环状的砂轮片45，该砂轮片45安装在该振动传递部件44上，在中央部具有圆形开口451，所述工具安装部422设在旋转主轴42的前端部上。振动传递部件44具有：中央大径部441、从该中央大径部411的一个端面441a突出形成同轴状的第1小径部442、以及从中央大径部441的另一端面441b突出形成同轴状的第2小径部443。中央大径部441的一个端面441a成为砂轮片45的安装面，在一个端面441a上突出1mm左右而设置了位置限制部444，该位置限制部444用于和砂轮片45的开口451相嵌合。而且，第1小径部442和第2小径部443形成同一外径、同一长度。在这样形成的振动传递部件44上，形成了通过轴中心的穿通孔445。

上述圆环状砂轮片45由外周部的切削刃部452和内周部的固定部453构成。该环状砂轮片45可以采用以下各种刀片：通过镍等金属镀敷而把磨粒粘结到圆环状的铝板的一个面上后，腐蚀除去铝板，从而形成圆环状的电铸刀片；用树脂结合剂来结合磨粒形成圆环状的树脂粘接刀片；用金属结合剂来结合磨粒形成圆环状的金属粘接刀片；以及用陶瓷结合剂来粘结磨粒形成圆环状的陶瓷粘接刀片等。这种圆环状的砂轮片45，利用适当的粘接剂把内周部的固定部453固定到振动传递部件44的中央大径部441的安装面即一个端面441a上。这时，通过砂轮片45的开口451与位置限制部444相嵌合，砂轮片45被可靠地固定在振动传递部件44的中央大径部441的安装部即一个端面441a的规定位置上。

以下参照图3～图5，说明把砂轮片45固定到振动传递部件44的中央大径部441的安装部即一个端面441a上的方法。而且，在把砂轮片45固定到振动传递部件44上之前，最好对砂轮片45进行研磨加工，修整成所需的厚度。

为了把砂轮片45固定到振动传递部件44上，首先，如图3(a)所示，把砂轮片45的一个面放置到振动传递部件44的中央大径部441的一个端面441a上。这时，把砂轮片45的开口451嵌合到位置限制部444。然后，如图3(b)和(c)所示，在砂轮片45的开口451和振动传递部件44的位置限制部444之间的嵌合部、和振动传递部件44的中央大径部441的外周缘部和该外周缘部附近的砂轮片45的侧面，涂敷剥离剂456(剥离剂涂敷工序)。

然后，如图4(a)所示从振动传递部件44上取下砂轮片45，在振动传递44的中央大径部441的安装部即一个端面441a涂敷环氧树脂类或丙烯类粘接剂455(粘接剂涂敷工序)。而且，最好所采用的粘接剂455在固化状态下的硬度按照JIS K 6253肖氐D硬度在60以上。并且，如图4(b)所示，在涂敷了粘接剂455的中央大径部441的一个端面441a上安装粘接砂轮片45的固定部453(刀片粘接工序)。这时，使砂轮片45的开口451与位置限制部444相嵌合。

进行上述刀片粘接工序之后，进行加压固定工序，对砂轮片45的固定部453进行加压，粘合到作为振动传递部件44的中央大径部441的安装部的一个端面441a上。首先如图5(a)所示，加压固定工序中，将砂轮片45被粘接在中央大径部441的一个端面441a上的振动传递部件44置于加压下侧夹具10上。加压下侧夹具10由圆盘状的金属材料形成，在其中心部设置嵌合孔101，该嵌合孔101用于和振动传递部件44的第2小径部443相嵌合。在这样构成的加压下侧夹具10的嵌合孔101***振动传递部件44的第2小径部443，这样把振动传递部件44的中央大径部441安装在加压下侧夹具10上。

如图5(a)所示，如果在加压下侧夹具10上安装振动传递部件44的中央大径部441，则如图5(b)所示，在振动传递部件44和砂轮片45上安装加压上侧夹具11。加压上侧夹具11和上述加压下侧夹具10一样，由圆盘状的金属材料形成，在其中心部设有嵌合孔111，用于和振动传递部件44的第1小径部442相嵌合。并且，在加压上侧夹具11的图5(b)中的下面，在嵌合孔111的周围设置了凹部112，其深度比上述位置限制部444的厚度深。该凹部112的周壁直径形成为比位置限制部444的直径稍大。通过将这样构成的加压上侧夹具11的嵌合孔111嵌合在振动传递部件44的第1小径部442，加压下侧夹具11的下面被置于振动传递部件44的中央大径部441上所粘接的砂轮片45的图5(b)中的上面。

而且，在加压下侧夹具10的图5(a)和(b)中，通过在下面设置凹部102，尺寸与上述加压上侧夹具11上所设置的凹部112相同，加压下侧夹具10和加压上侧夹具11成为同一形状，这两种夹具均可用于下侧夹具和上侧夹具中的任一个。并且，通过在加压下侧夹具10的上面和下面设置凹部102，并在加压上侧夹具11的上面和下面设置凹部112，从而即使分别上下颠倒也能够进行上述作业。

然后，如图5(b)所示，按照规定压力(例如0.4～0.5MPa)对加压下侧夹具10和加压上侧夹具11进行约12小时的加压。其结果，砂轮片45的固定部452利用涂敷在振动传递部件44的中央大径部441的一个端面441a上的粘接剂445(参见图4(a))，粘合在该中央大径部441的一个端面441a上(加压粘合工序)。这时，由于上述加压，从砂轮片45的开口451和振动传递部件44的位置限制部444的嵌合部、以及振动传递部件44的中央大径部441的外周缘部会溢出粘接剂455a，该溢出的粘接剂455a附着在上述砂轮片45和振动传递部件44的中央大径部441的外周缘部上所涂敷的剥离剂456(参见图3的(b)和(c))上。所以，在从加压下侧夹具10和加压上侧夹具11上取下切削工具45后，通过对上述剥离剂456进行剥离，如上所述，也可以除去溢出的粘接剂455a，所述切削工具45再振动传递部件44的中央大径部441的一个端面441a上粘合了砂轮片45。

返回图2继续说明，通过将***设置于穿通孔445中的紧固螺栓46与设在旋转主轴42的工具安装部422上的螺纹孔421螺合，将上述结构的切削工具43安装在旋转主轴42上。而且，在把切削工具43安装到旋转主轴42的工具安装部422上时，在工具安装部422和第1小径部442之间、以及第2小径部443和紧固螺栓46的头部之间，夹入了由合成树脂构成的衬垫47、47。

图示的实施方式的主轴单元4，具有用于对旋转主轴42进行旋转驱动的电动机5。图示的电动机5由永磁式马达构成。永磁式电动机5具有：由永久磁铁构成的转子51，安装在旋转主轴42的中间部上所形成的马达安装部424上；以及定子线圈52，设在该转子51的外周侧的主轴外壳41上。这样构成的电动机5，通过由下述电力供给机构向定子线圈52施加交流动率，来使转子51旋转，使安装了该转子51的旋转主轴4旋转。

图示的实施方式的主轴单元4具有超声波振子6，用于向设在旋转主轴42上的砂轮片45施加超声波振动。超声波振子6具有：圆环状的压电体61，在旋转主轴42的轴向上被极化；以及圆环状的2块电极板62、63，安装在该压电体61的两侧极化面上。压电体61由钛酸钡、钛酸锆酸铅、钽酸锂等压电陶瓷构成。若这样构成的超声波振子6安装在旋转主轴42上，由下述电力供给机构向电极板62、63施加规定频率的交流功率，则会产生超声波振动。而且，超声波振子6也可以在轴向上设置多个。

图示的实施方式的主轴单元4具有电力供给机构7，用于向上述超声波振子6施加交流功率，并向上述电动机5施加交流功率。

电力供给机构7具有设在主轴单元4的后端部的旋转变压器8。旋转变压器8具有：受电机构81，其设置在旋转主轴42的后端上；以及供电机构82，其设置在该受电机构81的对面，位于主轴外壳41的后端部上。受电机构81具有：转子侧磁芯811，其安装在旋转主轴42上；以及受电线圈812，其缠绕在该转子侧磁芯811上。这样构成的受电机构81的受电线圈812的一端，连接在上述超声波振子6的电极板61上；另一端连接在电极板62上。上述供电机构82，具有：定子侧磁芯821，其布置在受电机构81的外周侧；以及供电线圈822，其设置在该定子侧磁芯821上，这样构成的供电机构82的供电线圈822通过电气布线73、74而供给交流电力。

图示的实施方式的电力供给机构7具有：交流电力的交流电源91，用于向上述旋转变压器8的供电线圈822供电；电压调整机构92，用作电力调整机构；频率调整机构93，用于调整向上述供电机构82供给的交流电力的频率；控制机构94，用于控制电压调整机构92和频率调整机构93；以及输入机构95，用于向该控制机构输入向切削刀片45施加的超声波振动的振幅等。而且，图2所示的电力供给机构7通过控制电路96和电气布线521、522，向上述电动机5的定子线圈52供应交流电力。

图示的实施方式的主轴单元4如上构成，以下说明其作用。

当进行切削作业时，从电力供给机构7向电动机5的定子线圈52供应交流电力。其结果，电动机5旋转，旋转主轴42旋转，使得安装在切削工具43的振动传递部件44上的砂轮片45旋转，该切削工具43安装在该旋转主轴42的前端上。

另一方面，电力供给机构7通过控制机构94来控制电压调整机构92和频率调整机构93，把交流电力的电压控制到规定电压，并且，把交流电力的频率变换成规定频率(例如20kHz)，供给到构成旋转变压器8的供电机构82的供电线圈822。若这样向供电线圈822施加规定频率的交流电力，则通过旋转的受电机构81的受电线圈812，向超声波振子6的电极板62和电极板63之间施加规定频率的交流电力。其结果，超声波振子6在径向上反复位移，进行超声波振动。该超声波振动通过旋转主轴42而传递到切削工具43的振动传递部件44，振动传递部件44在径向上进行超声波振动。所以，安装在振动传递部件44上的砂轮片45在径向上进行超声波振动。而且，施加到砂轮片45上的超声波振动的振幅，与施加到超声波振子6上的交流电力的电量成正比。但本发明人等通过实验判明在施加电压为50v～60v时振幅稳定。并且，已知施加到砂轮片45上的超声波振动的振幅，根据在上述粘接剂固化的状态下的硬度不同而异。

以下参照图6，详细说明上述粘接剂的硬度和砂轮片45上所施加的超声波振动的振幅的关系。

图6是通过如下测量的实验结果，即准备了多个切削工具43，该切削工具43是利用硬度不同的粘接剂把由电铸刀片构成的砂轮片45粘合在振动传递部件44上，该切削工具43分别安装在图2所示的主轴单元4的旋转主轴42上，向超声波振子6施加频率为20kHz、电压为55v的交流电压，在砂轮片45的径向上测量了振幅。

从图6中可以判断，用肖氏硬度D28.5的粘接剂来粘合的砂轮片45的振幅约为1.5μm左右。若用肖氏硬度D60的粘接剂来粘合砂轮片45，则砂轮片45的振幅约为4.5μm。并且，若粘接剂的硬度为肖氏D70以上，则砂轮片45的振幅为5μm以上。在超声波振动加工中，最好对加工起作用的砂轮片的振幅为4μm以上，所以最好采用肖氏硬度D60以上的粘接剂。

返回到图1，继续说明。图示的实施方式的切削装置具有位置对准机构12，用于对上述吸附台3上所保持的被加工物的表面进行摄像，用于检测应当由上述砂轮片45进行切削的区域。该位置对准机构12具有显微镜和CCD摄像机等由光学机构构成的摄像机构。并且，切削装置具有显示机构13，用于显示由位置对准机构12拍摄的图像等。

在上述装置外壳2中的片盒放置区14a设有片盒放置台14，用于放置装入被加工物的片盒。该片盒放置台14构成为可通过未图示的升降机构来在上下方向上移动。在片盒放置台14上放置用于放入被加工物100的片盒15。放入片盒15内的被加工物100，在晶片的表面形成有格子状的划片线，在由该格子状的划线来划分的多个矩形区形成有电容器、LED和电路等器件。这样形成的被加工物100放入片盒15内，其放入状态是其背面粘贴在环状支承框架101上所安装的保护带102的表面上。

并且，图示的实施方式的切削装置，具有：搬出机构17，用于向临时放置台16上搬出被加工物100(通过保护带102被支承在环状框架101上的状态)，该被加工物放入位于片盒放置台14上的片盒15内；传送机构18，用于向上述吸附台3上传送已搬出到临时放置台16上的被加工物100；清洗机构19，用于清洗已在吸附台3上进行了切削加工的被加工物100；以及清洗传送机构20，用于向清洗机构19内传送已在吸附台3上进行了切削加工的被加工物100。

以下主要参照图1，简单说明以上结构的切削装置的动作。

片盒放置台14上所放置的片盒15的规定位置上所放入的被加工物100，通过利用未图示的升降机构来使片盒放置台14上下移动，从而将被加工物定位于搬出位置上。然后，搬出机构17进行进退动作，把位于搬出位置上的被加工物100搬出到临时放置台16上。已搬出到临时放置台16上的被加工物100，通过传送机构18的旋转动作而被传送到上述吸附台3上。如果被加工物100放置到吸附台3上，则未图示的吸附机构进行动作，把被加工物100吸附到吸附台3上。并且，通过保护带102来对被加工物100进行支承的支承框架101被上述夹持器33固定。这样，保持被加工物100的吸附台3被移动到位置对准机构11的正下面。当吸附台3在位置对准机11的正下面定位时，由位置对准机构12来检测出被加工物100上所形成的划片线，使主轴单元4在作为分度方向的箭头符号Y方向上进行移动调节，对划片线和切削工具43的砂轮片45进行精密位置对准作业。

然后，一边使砂轮片45向箭头符号Z所示的方向按规定量切入进给，并在规定方向上旋转，一边使吸附保持被加工物100的吸附台3在作为切削进给方向的箭头X所示的方向(与砂轮片45的旋转轴相垂直的方向)上，按规定切削进给速度进行移动。由此，保持在吸附台3上的半导体晶片100利用砂轮片45沿规定划片线进行切断。在该切削工序中，利用电力供给机构7向超声波振子6施加例如频率20kHz、电压55v的交流电力。其结果，如上所述，超声波振子6在径向上反复位移，进行超声波振动。该超声波振动通过旋转主轴42传递到切削工具43的振动传递部件44上，振动传递部件44在径向上进行超声波振动。所以，振动传递部件44上所安装的砂轮片45在径向上进行超声波振动。因此，砂轮片45造成的切削阻力减小，所以，即使晶片100是蓝宝石等难切削的材料也能够很容易进行切削。

Claims (3)

1、一种切削工具，安装在设有超声波振动机构的旋转主轴上，其特征在于：

具有：振动传递部件，安装在上述旋转主轴上；以及，圆环状的砂轮片，安装在上述振动传递部件上，在中央部具有开口，

上述砂轮片具有外周部的切削刃部和内圆部的固定部，上述固定部利用粘接剂固定在上述振动传递部的安装部。

2、如权利要求1所述的切削工具，其特征在于，在上述振动传递部的安装部上设有位置限制部，该位置限制部上嵌合上述砂轮片的开口。

3、如权利要求1或2所述的切削工具，其特征在于，上述粘接剂的硬度设定为肖氏D60以上。

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