JP4421021B2

JP4421021B2 - 放電成形ユニット及び切削装置

Info

Publication number: JP4421021B2
Application number: JP23244699A
Authority: JP
Inventors: 直人皆川
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 1999-08-19
Filing date: 1999-08-19
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2019-08-19
Also published as: JP2001054866A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性を有する砥石を放電により加工して適宜の形状に成形する放電成形ユニット及びこの放電成形ユニットを搭載した切削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電により砥石を加工して成形する装置としては、例えば、特開平４−２０１０７３号公報に開示された機上放電ツルーイング／ドレッシング装置が知られている。
【０００３】
この装置によれば、砥石を取り外すことなく、機上において放電ツルーイング／ドレッシングを行うことができるが、砥石の形状が複数種類存在する場合には、成形しようとする砥石の最終形状に対応した形状の電極を個別に用意しなければならないため不経済であり、装置が大型化する要因にもなる。また、電極の取り替えなどの煩雑な作業が必要となって生産性が低下するという問題もある。そこで、例えば第２６０１７５０号特許公報に開示された方法のように、一つの電極を用いて種々の形状の砥石を成形する方法も提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この場合は砥石の形状に対応して電極の傾きや位置を調整する必要があるため、複雑な機構が必要となる。従って、このような機能を有する装置を切削装置に組み込もうとすると、切削装置を大幅に改造しなければならない。また、切削装置が大型化するという問題もある。
【０００５】
更に、電極と砥石の間においては、必ずしも常に一定方向に放電現象が起こるわけではないため、砥石を高精度に成形できないという問題もある。
【０００６】
このように、放電により砥石を加工して成形する装置においては、切削装置に組み込む場合にも切削装置の大幅な改造が不要で大型化せず、かつ、高精度に成形することができるようにすることに課題を有している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための具体的手段として本発明は、砥粒と該砥粒を固定する導電性の固定部材とによって形成された円形砥石を成形する放電成形ユニットであって、円形砥石との間で放電を行う放電端子と、該放電端子を支持する支持部とから構成されており、放電端子は、円形砥石の両側部の成形に用いる端面の端子面積が０．１〜１．０ｍｍ²の第一の側部成形端子と第二の側部成形端子と、該円形砥石の外周部を成形する外周部成形端子とから少なくとも構成される放電成形ユニットを提供する。
【０００８】
そして、この放電成形ユニットは、外周部成形端子の幅は０．１〜２．０ｍｍであること、放電端子には、刃部の形成に用いる刃部形成端子が含まれること、円形砥石を構成する砥粒の粒径は１０μｍ以下であり、導電性の固定部材はメタルボンドまたは電着成形に用いるメッキ材であること、刃部形成端子を用いてマルチブレードを成形するようにしたことを付加的要件とする。
【０００９】
また本発明は、円形砥石と、該円形砥石が装着される回転軸を備えたスピンドルユニットと円形砥石に切削水を供給する切削水供給ノズルとから構成される切削手段と、被加工物を保持するチャックテーブルとから少なくとも構成され、チャックテーブルに隣接する位置に、上記の放電成形ユニットが搭載された切削装置を提供する。
【００１０】
そして、この切削装置は、切削手段がＹ軸方向及びＺ軸方向に移動可能であり、チャックテーブルはＸ軸方向に移動可能な移動テーブルに配設されており、放電成形ユニットは、移動テーブルのチャックテーブルに隣接する位置に配設されること、円形砥石がチャックテーブルの金属部に接触した際に両者が導通することにより、回転軸と円形砥石とチャックテーブルの金属部と低電圧源とが直列に接続される回路を形成し、更に該導通を検出する導通検出手段を接続し、導通検出手段における導通の検出結果に基づき円形砥石の動作原点を決定するようにしたセットアップ手段を備え、セットアップ手段を構成する回路によって円形砥石の切削時の動作原点と放電端子の放電時の動作原点とが検出されること、放電成形ユニットの放電端子には、円形砥石と放電端子との間で放電させるための高電圧源が連結されており、セットアップ手段を構成する回路には電源切り替え手段が接続され、放電端子と円形砥石との間で放電させる際は、電源切り替え手段を低電圧源側から高電圧源側に切り替えること、放電成形ユニットの放電端子と円形砥石との間で放電させる際は、放電する位置に純水が供給されることを付加的要件とする。
【００１１】
このように構成される放電成形ユニットによれば、構造が簡単でかつ小型であるため、切削装置に組み込む場合にも切削装置の大幅な改造を必要としない。
【００１２】
また、第一の側部成形端子及び第二の側部成形端子の端面の端子面積が小さいため、放電の方向性の精度が高くなり、細かな砥粒からなる円形砥石も高精度に成形することができる。
【００１３】
更に、マルチブレードも形成することができるため、切削装置に搭載した場合には、種々の切削が可能となって切削装置の機能を向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態として、図１に示す切削装置１０に搭載される放電成形ユニット２０について説明する。
【００１５】
切削装置１０において、例えば半導体ウェーハＷを切削する際は、半導体ウェーハＷはチャックテーブル１１に吸引保持される。このチャックテーブル１１は、Ｘ軸方向に移動可能な移動テーブル１２に固定されており、移動テーブル１２の移動に伴ってＸ軸方向に移動する。
【００１６】
半導体ウェーハＷがチャックテーブル１１に保持されると、移動テーブル１２がＸ軸方向に移動することにより半導体ウェーハＷがアライメント手段１３の直下に位置付けられ、ここで切削すべき領域が検出される。そして更に移動テーブル１２が同方向に移動することにより、切削手段１４の作用を受けて半導体ウェーハＷが切削される。
【００１７】
切削手段１４は、図２に示すように、スピンドルハウジング１５によって回転可能に支持された回転軸１６に円形砥石１７が装着されたスピンドルユニット１８と、円形砥石１７を両側から挟むように配設された切削水供給ノズル１９（片方は図示せず）とから構成されており、全体としてＹ軸方向及びＺ軸方向に移動可能となっている。
【００１８】
半導体ウェーハＷの切削は、移動テーブル１２がＸ軸方向に往復移動し、切削手段１４が下降して切削水供給ノズル１９から切削水を供給すると共に、円形砥石１７が半導体ウェーハＷに切り込むことにより行われる。
【００１９】
このようにして切削を行うと、円形砥石１７の刃先の形状が摩耗により変形する場合があり、変形が生じたままの状態で切削を続行すると、切削により形成されたペレットの品質が低下するという問題がある。そこで、移動テーブル１２上のチャックテーブル１１に隣接する位置に放電成形ユニット２０を搭載し、この放電成形ユニット２０を用いて適宜円形砥石１７の刃先を成形するようにする。
【００２０】
放電成形ユニット２０は、図２及び図３に示すように、ネジ２１によって移動テーブル１２に固定された支持部２２と、支持部２２にネジ２３によって固定された超硬合金で形成されることが好ましい放電端子２４とから構成され、移動テーブル１２に取り付けることができるほど小型でかつ安価であり、切削装置の改造も不要で、取付を簡単に行うことができる。
【００２１】
放電端子２４は、図３に示す如く少なくとも第一の側部成形端子２５と第二の側部成形端子２６とからなり、本実施の形態においては、更に外周部成形端子２７と刃部成形端子２８とを備えている。
【００２２】
第一の側部成形端子２５及び第二の側部成形端子２６は、円形砥石１７の両側面の放電成形に用いる端子であり、その第一の端面２５ａと第二の端面２６ａとは、Ｙ軸方向において互いが離れる方向を向いており、第一の端面２５ａ及び第二の端面２６ａの端子面積は、例えば０．１〜１．０ｍｍ²と非常に小さくなっている。
【００２３】
また、外周部成形端子２７は、先端が比較的面積の広い平面状に形成され、円形砥石１７の外周部の放電成形の際に用いる端子であり、その幅は０．１〜２．０ｍｍである。一方、刃部成形端子２８は、先端が０．１〜１．０ｍｍ角と比較的面積の狭い平面状に形成され、マルチブレードの刃部を形成する際に用いる端子である。
【００２４】
放電成形ユニット２０を用いて円形砥石を成形するときは、円形砥石１７を回転させたままの状態で切削手段１４をＹ軸方向及びＺ軸方向に移動させ、円形砥石１７の刃先をいずれかの端子に近づけ、その端子と円形砥石との間で放電させる。
【００２５】
ここで、図４に示すように、回転軸１６と回転軸１６に装着された円形砥石１７とは電気的に導通しており、回転軸１６は導通検出手段３０に接続されている。この導通検出手段３０は、電源切り替え手段３１を介して高電圧源３２または低電圧源３３の陽極に接続されていると共に、切削手段１４のＹ軸方向、Ｚ軸方向の移動を制御する制御手段３４に接続されている。
【００２６】
また、高電圧源３２の陰極は放電成形ユニット２０の放電端子２４に接続されており、更に、低電圧源３３の陰極は金属部１１ａに接続されている。
【００２７】
即ち、電源切り替え手段３１が高電圧源３２側に接続されていて、かつ、円形砥石１７と放電端子２４との間で放電が行われているときは、円形砥石１７と回転軸１６と導通検出手段３０と高電圧源３２と放電端子２４と金属部１１ａとが直列に接続された回路を構成し、電源切り替え手段３１が低電圧源３３側に接続されていて、かつ、円形砥石１７と金属部１１ａとが接触しているときは、円形砥石１７と回転軸１６と導通検出手段３０と低電圧源３３と金属部１１ａとが直列に接続された回路を構成する。そして、後者の場合は、円形砥石１７と回転軸１６と導通検出手段３０と低電圧源３３と金属部１１ａとで、切削時の切削手段の動作原点を定めるセットアップ手段を構成する。なお、例えば、高電圧源３２の電圧は放電を行うのに充分な電圧である１４０Ｖ、低電圧源３３の電圧は２４Ｖとする。
【００２８】
このように構成される回路においては、電源切り替え手段３１を高電圧源３２側に接続することで、放電端子２４に備えた各端子と円形砥石１７との間に放電が生じる。このとき、導通検出手段３０において導通を検出したときの切削手段１４の位置を放電成型時の動作原点とすることができる。なお、放電の際には放電する位置に純水を供給する。
【００２９】
一方、電源切り替え手段３１を低電圧源３３側に接続した場合は、円形砥石１７を下降させて、図２に示したように金属部１１ａに接触したときに導通検出手段３０によって導通が検出され、このときの円形砥石１７の位置を切削時の動作原点とすることができる（セットアップ）。
【００３０】
例えば、図５に示す円形砥石１７ａは、砥粒が導電性の固定部材によって固定された砥石部４０を備えており、砥石部４０の刃先は、切削の目的に応じて種々の形状に加工されているが、摩耗により形状が変形した場合は、成形しようとする形状に合わせてそれぞれの成形端子と砥石部４０との間で放電させて加工を行う。ここで、砥粒を固定する固定部材としては、メタルボンドを用いたり、また電着による場合はニッケル等のメッキ材を用いたりするので、導電性を確保することができる。なお、成形前の円形砥石１７ａにおいては、図６において便宜的な形状を用いて示すように、外周面を外周部４１、両側の面をそれぞれ左側部４２、右側部４３とする。
【００３１】
例えば、図５に示した円形砥石１７ａを図７（Ａ）のような形状に成形する場合は、まず、切削手段１４をＹ軸方向及びＺ軸方向に移動させ、図８（Ａ）に示すように、円形砥石１７ａの右側部４３を第一の側部成形端子２５の第一の端面２５ａに対峙させる。そして、図４に示した導通検出手段３０が導通を検出したときの切削手段１４の位置を動作原点として制御手段３４に記憶させる。
【００３２】
動作原点が制御手段３４に記憶されると、その動作原点を基準として、制御手段３４の制御の下で、先端部を残して右側部４３が一様に削られるように切削手段１４を上下動させ、放電により右側部４３を成形していく。放電時は、第一の端面の端子面積が０．１〜１．０ｍｍ²と小さいため、従来より放電現象の方向性の精度が高くなる。従って、細かな砥粒からなる円形砥石も高精度に成形することができる。
【００３３】
こうして右側部４３が所望の形状に成形されると、次に、図８（Ｂ）に示すように、円形砥石１７ａの左側部４２を第二の側部成形端子２６の第二の端面２６ａに対峙させる。そして、上記と同様に、導通検出手段３０が導通を検出したときの切削手段１４の位置を動作原点として制御手段３４に記憶させ、その動作原点を基準として、先端部を残して左側部４２が一様に削られるように切削手段１４を上下動させる。
【００３４】
また、外周部４１が平坦になっていないときは、図８（Ｃ）に示すように、外周部４１を外周部成形端子２７の上方に近づけて放電が発生したときの位置を動作原点として制御手段３４に記憶させ、その動作原点において円形砥石１７ａを固定し、また必要であれば切削手段１４をＹ軸方向に移動させて外周部４１を成形する。このようにして、図７（Ａ）に示したような形状の円形砥石１７ｂが成形される。
【００３５】
次に、図７（Ｂ）に示す先端がＶ字型の円形砥石１７ｃを成形する場合について説明する。まず、上記と同様にして第一の側部成形端子２５との放電における動作原点を決定して制御手段３４に記憶させてから、その動作原点を基準として、円形砥石１７ａが目的とする形状であるＶ字型の片方のテーパ面と同角度に移動するように、切削手段１４をＹ軸方向及びＺ軸方向に同時に駆動する。このような動作によって、右側部がテーパ状に成形される。
【００３６】
更に、左側部４２と第二の側部成形端子２６との放電における原点を決定して制御手段３４に記憶させてから、その動作原点を基準として、上記のようにして左側部４２が成形された円形砥石１７ａが目的とする形状であるＶ字型のもう片方のテーパ面と同角度に移動するように、切削手段１４をＹ軸方向及びＺ軸方向に同時に駆動する。このような動作により、左側部４２がテーパ状に成形される。そして、図７（Ｂ）のような先端がＶ字型に成形された円形砥石１７ｃとなる。
【００３７】
次に、図７（Ｃ）に示す片側がテーパ状に成形された円形砥石１７ｄを成形する場合について説明する。この場合は、第二の側部成形端子２６との放電における動作原点を決定して制御手段３４に記憶させてから、その動作原点を基準として、円形砥石１７ａが目的とする形状のテーパ面と同角度に移動するように、切削手段１４をＹ軸方向及びＺ軸方向に同時に駆動する。このように移動させることにより、片側が図７（Ｃ）のようにテーパ状に成形された円形砥石１７ｄとなる。
【００３８】
図９に示すような刃先が２カ所突出したマルチブレード４５を成形する際は、上記の場合に使用した第一の側部成形端子２５、第二の側部成形端子２６、外周部成形端子２７に加えて、刃部成形端子２８を使用する。
【００３９】
例えば、図１０（Ａ）のマルチブレード４５ａにおいて、刃部４６を２点鎖線で示す位置から実線で示す位置まで削り込み、刃先４７、４８を形成するときは、刃部成形端子２８に刃部４６を近づけ、動作原点を制御手段３４に記憶させた後、その動作原点を基準として切削手段１４をＹ軸方向及びＺ軸方向に移動させて刃部４６を所望の形状にする。
【００４０】
また、刃先４７、４８を成形する場合には、図５に示した円形砥石１７ａの刃先を成形する場合と同様に、第一の側部成形端子２５、第二の側部成形端子２６、外周部成形端子２７用いて放電させながらＹ軸方向及びＺ軸方向に移動させることにより、例えば図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）に示すような刃先に成形することができる。
【００４１】
放電成形ユニットは、図１１のように構成されていてもよい。この図１１に示す放電成形ユニット５０においては、超硬合金で形成されることが好ましい第一の側部成形端子５１と第二の側部成形端子５２とが端面同士が対峙するように配設されており、この場合は左側部と右側部とを同時にかつ左右対称に正確に成形することができる。
【００４２】
以上のようにして移動テーブル１２のチャックテーブル１１に隣接する位置に搭載した放電成形ユニットを用いて円形ブレード１７を成形できるため、切削の途中でもすぐに成形を開始することができ、成形終了後は切削作業を迅速に再開することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態においては、放電成形ユニットを切削装置に搭載した場合について説明したが、放電加工機自体に組み込むこともできることはもちろんである。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る放電成形ユニットによれば、構造が簡単でかつ小型であるため、切削装置に組み込む場合にも切削装置の大幅な改造を必要とせず、簡単に取り付けることができる。
【００４５】
また、第一の側部成形端子及び第二の側部成形端子の端面の端子面積が小さいため、放電の方向性の精度が高くなる。従って、この放電成形ユニットを組み込むことにより高精度な加工が可能な放電加工機を提供することができ、また、この放電成形ユニットを切削装置に搭載した場合には、高精度な放電加工により細かな砥粒からなる円形砥石も高精度に成形することができるため、被切削物の品質が向上する。
【００４６】
更に、マルチブレードも形成することができるため、切削装置に搭載した場合には、種々の切削が可能となって切削装置の機能を向上させることができ、切削装置を汎用的に使用することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る切削装置の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】同切削装置における切削手段及び移動テーブルを示す斜視図である。
【図３】本発明に係る放電成形ユニットの実施の形態を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る切削装置に備えたセットアップ手段と放電成形ユニットとの接続状態を示す説明図である。
【図５】成形の対象となる円形砥石の一例を示す斜視図である。
【図６】同円形砥石の刃先を拡大して示す正面図である。
【図７】同円形砥石の成形後の刃先の形状を拡大して示す正面図である。
【図８】同円形砥石の刃先を成形する様子を工程別に示す説明図である。
【図９】成形の対象となるマルチブレードを示す斜視図である。
【図１０】成形後のマルチブレードの刃先の形状を拡大して示す正面図である。
【図１１】本発明に係る放電成形ユニットの設計変更例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０…切削装置１１…チャックテーブル
１１ａ…金属部１２…移動テーブル
１３…アライメント手段１４…切削手段
１５…スピンドルハウジング１６…回転軸
１７…円形砥石１８…スピンドルユニット
１９…切削水供給ノズル２０…放電成形ユニット
２１…ネジ２２…支持部２３…ネジ
２４…放電端子
２５…第一の側部成形端子２５ａ…第一の端面
２６…第二の側部成形端子２６ａ…第二の端面
２７…外周部成形端子２８…刃部成形端子
３０…導通検出手段３１…電源切り替え手段
３２…高電圧源３３…低電圧源３４…制御手段
４０…砥石部４１…外周部４２…左側部
４３…右側部４５…マルチブレード
４６…刃部
５０…放電成形ユニット５１…第一の側部成形端子
５２…第二の側部成形端子

Claims

砥粒と該砥粒を固定する導電性の固定部材とによって形成された円形砥石を成形する放電成形ユニットであって、
該円形砥石との間で放電を行う放電端子と、該放電端子を支持する支持部とから構成されており、
該放電端子は、該円形砥石の両側部の成形に用いる、端面の端子面積が０．１〜１．０ｍｍ²の第一の側部成形端子と第二の側部成形端子と、該円形砥石の外周部を成形する外周部成形端子と、から少なくとも構成される放電成形ユニット。
外周部成形端子の幅は０．１〜２．０ｍｍである請求項１に記載の放電成形ユニット。
放電端子には、刃部の形成に用いる刃部形成端子が含まれる請求項１または２に記載の放電成形ユニット。
円形砥石を構成する砥粒の粒径は１０μｍ以下であり、導電性の固定部材はメタルボンドまたは電着成形に用いるメッキ材である請求項１、２または３に記載の放電成形ユニット。
刃部形成端子を用いてマルチブレードを成形するようにした請求項３または４に記載の放電成形ユニット。
円形砥石と、該円形砥石が装着される回転軸を備えたスピンドルユニットと該円形砥石に切削水を供給する切削水供給ノズルとから構成される切削手段と、被加工物を保持するチャックテーブルとから少なくとも構成され、該チャックテーブルに隣接する位置に、請求項１、２、３、４または５に記載の放電成形ユニットが搭載された切削装置。
切削手段はＹ軸方向及びＺ軸方向に移動可能であり、該チャックテーブルはＸ軸方向に移動可能な移動テーブルに配設されており、放電成形ユニットは、該移動テーブルの該チャックテーブルに隣接する位置に配設される請求項６に記載の切削装置。
円形砥石がチャックテーブルの金属部に接触した際に両者が導通することにより、回転軸と該円形砥石と該チャックテーブルの金属部と低電圧源とが直列に接続される回路を形成し、更に該導通を検出する導通検出手段を接続し、該導通検出手段における導通の検出結果に基づき該円形砥石の動作原点を決定するようにしたセットアップ手段を備え、該セットアップ手段を構成する回路によって該円形砥石の切削時の動作原点と放電端子の放電時の動作原点とが検出される請求項６または７に記載の切削装置。
放電成形ユニットの放電端子には、円形砥石と該放電端子との間で放電させるための高電圧源が連結されており、セットアップ手段を構成する回路には電源切り替え手段が接続され、該放電端子と該円形砥石との間で放電させる際は、該電源切り替え手段を低電圧源側から該高電圧源側に切り替える請求項８に記載の切削装置。
放電成形ユニットの放電端子と円形砥石との間で放電させる際は、放電する位置に純水が供給される請求項６、７、８または９に記載の切削装置。