JP2006318981A - Ultrasonic vibration cutting equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】 切削ブレードとスピンドルとを密着させることにより,切削ブレードとスピンドルとを一体的に構成して好ましい性能を発揮するとともに,接合面を互いに削り合うことを防止することが可能な超音波振動切削装置を提供する。
【解決手段】 本発明に係る超音波振動切削装置10は,スピンドル25と,スピンドル25を回転可能に支持するスピンドルハウジング26と,スピンドル25の先端部に装着される切削ブレード22と,スピンドル25に設けられスピンドル25を超音波振動させる振動子33とを備え,振動子33からスピンドル25を介して伝達される超音波振動の伝達方向を変換し,切削ブレード22を径方向に超音波振動させて被加工物12を切削する装置であって,切削ブレード22とスピンドル25との接合部に,切削ブレード22とスピンドル25とを密着させる密着部材50を介在させることを特徴とする。
【選択図】 図3
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic vibration capable of preventing a joint surface from being scraped together while exhibiting a preferable performance by integrally forming a cutting blade and a spindle by bringing the cutting blade and the spindle into close contact with each other. A cutting device is provided.
An ultrasonic vibration cutting device 10 according to the present invention includes a spindle 25, a spindle housing 26 that rotatably supports the spindle 25, a cutting blade 22 that is attached to the tip of the spindle 25, and a spindle 25. Provided with a vibrator 33 that ultrasonically vibrates the spindle 25, converts the transmission direction of ultrasonic vibration transmitted from the vibrator 33 via the spindle 25, and causes the cutting blade 22 to vibrate ultrasonically in the radial direction. An apparatus for cutting the workpiece 12, characterized in that a contact member 50 for bringing the cutting blade 22 and the spindle 25 into close contact is interposed at a joint between the cutting blade 22 and the spindle 25.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は,超音波振動切削装置に関し,特に,切削ブレードを径方向に超音波振動させて被加工物を切削する超音波振動切削装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic vibration cutting device, and more particularly to an ultrasonic vibration cutting device that cuts a workpiece by ultrasonically vibrating a cutting blade in a radial direction.
半導体ウェハ等の被加工物をチップ状に分割するために,切削砥石である切削ブレードによって半導体ウェハを格子状に切削加工するダイシング装置等の切削装置が知られている。このような切削装置においては,加工点における温度上昇を抑えることや,切削抵抗を増加させずにチッピングを減少させることが継続的な課題となっている。かかる課題の解決手段として,超音波振動を利用して切削することが検討されている。 In order to divide a workpiece such as a semiconductor wafer into chips, a cutting apparatus such as a dicing apparatus that cuts a semiconductor wafer into a lattice with a cutting blade that is a cutting grindstone is known. In such a cutting apparatus, it is a continuous problem to suppress the temperature rise at the processing point and to reduce chipping without increasing the cutting resistance. As means for solving such a problem, cutting using ultrasonic vibration has been studied.
このような超音波振動を利用した切削方法の一例として,特許文献1には,切削ブレードを超音波振動させて切削することが記載されている。この方法では,切削ブレードをその厚さ方向(回転軸方向)に撓ませるようにして超音波振動させており,超音波振動する切削ブレードによって半導体ウェハの切削溝を広げるような力が働くため,どうしても切削抵抗が増加し,チッピングが発生し易いという問題があった。 As an example of a cutting method using such ultrasonic vibration, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 describes cutting by causing a cutting blade to vibrate ultrasonically. In this method, the cutting blade is ultrasonically vibrated so as to bend in the thickness direction (rotation axis direction), and a force that widens the cutting groove of the semiconductor wafer by the ultrasonically vibrating cutting blade works. There was a problem that cutting resistance increased and chipping was likely to occur.
このような問題を解決する方法として,例えば特許文献2には,切削ブレードをその径方向に超音波振動させて被加工物を切断する方法が記載されている。この方法では,切削ブレードが取り付けられたスピンドルの回転軸方向に超音波振動を伝達させ,切削ブレードと共に取り付けられた振動伝達方向変換部によって振動方向を変換して,切削ブレードを径方向に振動させている。 As a method for solving such a problem, for example, Patent Document 2 describes a method of cutting a workpiece by ultrasonically vibrating a cutting blade in its radial direction. In this method, ultrasonic vibration is transmitted in the direction of the rotation axis of the spindle to which the cutting blade is attached, and the vibration direction is changed by the vibration transmission direction changing portion attached together with the cutting blade, so that the cutting blade is vibrated in the radial direction. ing.
このように,径方向に超音波振動させた切削ブレードによって被加工物を切削加工することにより,超音波振動させていない切削ブレードによる通常の切削加工と比較して,(1)切削抵抗を低減できるため,チッピングを抑制できる,(2)加工点に切削水が供給され易くなるため,加工点における温度上昇が抑えられ,熱による歪が生じ難い,(3)振動により切削ブレードに付着したコンタミネーションが振り落とされるため,切削ブレードにコンタミネーションが付着しない,(4)切削ブレードに対する負担が軽減され寿命が延びる,といった利点がある。 In this way, by cutting the workpiece with a cutting blade that is ultrasonically vibrated in the radial direction, (1) cutting resistance is reduced compared to normal cutting with a cutting blade that is not ultrasonically vibrated. Therefore, chipping can be suppressed. (2) Since cutting water is easily supplied to the machining point, the temperature rise at the machining point is suppressed and distortion due to heat hardly occurs. (3) Contamination adhered to the cutting blade by vibration. Since the nation is shaken off, there is an advantage that no contamination adheres to the cutting blade, and (4) the burden on the cutting blade is reduced and the life is extended.
上記のような超音波振動切削装置では,切削ブレードと共に取り付けられた振動伝達方向変換部によって,切削ブレードを径方向に振動させるために,切削ブレードの形状や大きさ,スピンドルの長さや径,または超音波振動子の出力だけでなく,切削ブレードおよび超音波振動子がスピンドルに取り付けられる位置まで,正確に設計しなければならない。 In the ultrasonic vibration cutting apparatus as described above, in order to vibrate the cutting blade in the radial direction by the vibration transmission direction changing portion attached together with the cutting blade, the shape and size of the cutting blade, the length and diameter of the spindle, or Not only the output of the ultrasonic transducer, but also the position where the cutting blade and ultrasonic transducer are attached to the spindle must be designed accurately.
通常,上記超音波振動切削装置では,超音波振動子から伝達される振動波形の最小振動振幅点を,振動伝達方向変換点とし,この振動伝達方向変換点と同一位置若しくはその近傍の位置に,切削ブレードが配置されている。この振動伝達方向変換点において,超音波振動の伝達方向が,スピンドルの回転軸方向(以下,単に「軸方向」という場合もある。)から,切削ブレードの径方向(以下,単に「径方向」という場合もある。)に変換される。このように伝達方向が径方向に変換された超音波振動の振動波形における最大振動振幅点が,切削ブレードの刃先位置に位置するように,切削ブレードのブレード径や超音波振動の周波数等が調整されている。 Usually, in the above ultrasonic vibration cutting apparatus, the minimum vibration amplitude point of the vibration waveform transmitted from the ultrasonic vibrator is set as the vibration transmission direction conversion point, and at the same position as or near the vibration transmission direction conversion point, A cutting blade is arranged. At this vibration transmission direction conversion point, the transmission direction of the ultrasonic vibration is changed from the rotational axis direction of the spindle (hereinafter sometimes simply referred to as “axial direction”) to the radial direction of the cutting blade (hereinafter simply referred to as “radial direction”). In some cases). The blade diameter of the cutting blade, the frequency of the ultrasonic vibration, etc. are adjusted so that the maximum vibration amplitude point in the vibration waveform of the ultrasonic vibration whose transmission direction is converted into the radial direction is located at the cutting edge position of the cutting blade. Has been.
よって,上記振動伝達方向変換点や上記最大振動振幅点が予定した位置から少しずれただけでも,切削ブレードの径方向の超音波振動が十分な振幅を得られないおそれや,切削ブレードが超音波振動しないおそれがある。 Therefore, there is a possibility that the ultrasonic vibration in the radial direction of the cutting blade cannot obtain a sufficient amplitude even if the vibration transmission direction conversion point or the maximum vibration amplitude point is slightly deviated from the planned position. May not vibrate.
このような理由から,上記超音波振動の波形を好適に伝達および変換するためには,できるだけスピンドルと切削ブレードとが一体的に構成されていることが好ましい。しかし,切削ブレードは消耗品のために,スピンドルと一体的に構成してしまうと,スピンドルまで交換することになり,現実的ではない。したがって,スピンドルと切削ブレードとをできるだけ一体的に構成できるように,砥石部と基台部とが一体的に構成された切削ブレード(ハブブレード)を使用し,切削ブレードの基台部の一側には,スピンドルと同一の径を有する接合部を設けて,スピンドルの先端部と接合している。そして,切削ブレードの基台部の他側から,スピンドルと同一の径を有するスペーサを介して,ボルトで接合することによって,切削ブレードをスピンドルに対して一体的に構成できるようにしている。このスペーサは,先端部において超音波振動の波形が最大振動振幅点となるための調整部材として使用されている。なお,スペーサは切削ブレードと一体的に形成しても良いが,切削ブレードが取り扱い難くなるため,分離できる構成が好ましい。 For these reasons, it is preferable that the spindle and the cutting blade are integrally formed as much as possible in order to suitably transmit and convert the ultrasonic vibration waveform. However, because the cutting blade is a consumable part, if it is configured integrally with the spindle, the spindle will be replaced, which is not practical. Therefore, a cutting blade (hub blade) in which the grinding wheel portion and the base portion are integrally formed is used so that the spindle and the cutting blade can be configured as integrally as possible, and one side of the base portion of the cutting blade is used. Is provided with a joint having the same diameter as the spindle and joined to the tip of the spindle. Then, the cutting blade can be integrally formed with the spindle by joining from the other side of the base portion of the cutting blade with a bolt via a spacer having the same diameter as the spindle. This spacer is used as an adjusting member for making the waveform of ultrasonic vibration a maximum vibration amplitude point at the tip. The spacer may be formed integrally with the cutting blade. However, since the cutting blade becomes difficult to handle, a structure that can be separated is preferable.
このように,超音波振動切削装置では,切削ブレードとスピンドルとを相互に密着して強固に固定されるように構成されている。 As described above, the ultrasonic vibration cutting apparatus is configured to firmly fix the cutting blade and the spindle in close contact with each other.
しかしながら,切削ブレードの基台部と,スピンドルの先端部またはスペーサとを接合する場合,それぞれの接合面が十分に高い精度の平坦性を有していないと接合面が密着しないので,切削ブレードとスピンドルとを一体的に構成することができず,十分な振幅が得られないなど好ましい性能を発揮できない,という問題があった。 However, when joining the base of the cutting blade and the tip of the spindle or the spacer, the joining surfaces do not adhere to each other unless the respective joining surfaces have sufficiently high accuracy flatness. There was a problem that the spindle could not be integrated with the spindle, and the desired performance could not be exhibited, for example, sufficient amplitude could not be obtained.
また,それぞれの接合面の平坦度が低い状態で使用していると,それぞれの接合面を互いに削り合ってしまい,さらに平坦度を低下させるという悪循環に陥ってしまう,という問題があった。 In addition, when the flatness of each joint surface is used, there is a problem that the respective joint surfaces are scraped together and fall into a vicious circle in which the flatness is further lowered.
そこで,本発明は,このような問題に鑑みてなされたもので,その目的は,切削ブレードとスピンドルとを密着させることにより,切削ブレードとスピンドルとを一体的に構成して好ましい性能を発揮するとともに,接合面を互いに削り合うことを防止することが可能な,新規かつ改良された超音波振動切削装置を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and the object thereof is to bring the cutting blade and spindle into close contact with each other so as to exhibit favorable performance. At the same time, it is an object of the present invention to provide a new and improved ultrasonic vibration cutting apparatus capable of preventing the joint surfaces from being scraped together.
上記課題を解決するために,本発明のある観点によれば,スピンドルと,スピンドルを回転可能に支持するスピンドルハウジングと,スピンドルの先端部に装着される切削ブレードと,スピンドルに設けられスピンドルを超音波振動させる振動子とを備え,振動子からスピンドルを介して伝達される超音波振動の伝達方向を変換し,切削ブレードを径方向に超音波振動させて被加工物を切削する超音波振動切削装置が提供される。この超音波振動切削装置においては,切削ブレードとスピンドルとの接合部に,切削ブレードとスピンドルとを密着させる密着部材を介在させることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, according to one aspect of the present invention, a spindle, a spindle housing that rotatably supports the spindle, a cutting blade that is attached to the tip of the spindle, and a spindle provided on the spindle that exceeds the spindle. An ultrasonic vibration cutting device that includes a vibrator for ultrasonic vibration, converts a transmission direction of ultrasonic vibration transmitted from the vibrator through a spindle, and cuts a workpiece by ultrasonically vibrating a cutting blade in a radial direction. An apparatus is provided. This ultrasonic vibration cutting apparatus is characterized in that a close contact member for closely contacting the cutting blade and the spindle is interposed at a joint portion between the cutting blade and the spindle.
また,切削ブレードとスペーサとが分離した別部材として構成されている場合には,切削ブレードとスペーサとの間も互いに金属どうしの接合となるために,密着部材を使用する必要がある。そこで,上記超音波振動切削装置は,切削ブレードのスピンドルとの接合部とは反対側に配設されて切削ブレードを支持するスペーサをさらに備え,このスペーサと切削ブレードとの接合部に,切削ブレードとスペーサとを密着させる密着部材を介在させてもよい。 Further, when the cutting blade and the spacer are configured as separate members, it is necessary to use a close contact member because the cutting blade and the spacer are also joined to each other. Therefore, the ultrasonic vibration cutting apparatus further includes a spacer that is disposed on the opposite side of the cutting blade from the joint with the spindle and supports the cutting blade, and the cutting blade is provided at the joint between the spacer and the cutting blade. An adhesion member that closely contacts the spacer may be interposed.
また,上記密着部材は,例えば樹脂のような軟質材料により形成されることが好ましい。ただし,このような軟質材料としては,樹脂に限られるものではなく,密着部材の硬度(ロックウェル硬さHRR)が,5<HRR<70である材質のものであればよい。 Further, the contact member is preferably formed of a soft material such as a resin. However, such a soft material is not limited to a resin, and may be any material having a hardness of the adhesion member (Rockwell hardness HRR) of 5 <HRR <70.
このように,切削ブレードとスピンドルとの接合部に,樹脂や紙などの軟質材料により形成される密着部材を介在させることにより,接合面の加工精度が悪くても(平坦度が低くても),密着部材に接合面の凹凸を吸収させて,切削ブレードとスピンドルとを密着させることができる。 Thus, even if the processing accuracy of the joint surface is poor (even if the flatness is low) by interposing an adhesion member formed of a soft material such as resin or paper at the joint between the cutting blade and the spindle. The cutting blade and the spindle can be brought into close contact with each other by absorbing the unevenness of the joint surface to the close contact member.
また,このように切削ブレードとスピンドルとの接合部に密着部材を介在させることで,平坦度の低い接合面の凹凸に起因した接合面どうしの摩擦により,接合面が削られて平坦度が一層低下してしまう,という悪循環も阻止することができる。 In addition, by interposing an adhesion member at the joint between the cutting blade and the spindle in this way, the joint surface is scraped by friction between the joint surfaces due to the unevenness of the joint surface with low flatness, and the flatness is further increased. The vicious circle of decline can also be prevented.
本発明によれば,切削ブレードとスピンドルとの接合部に,軟質材料により形成された密着部材を介在させることによって,接合面の平坦度が低い場合であっても,密着部材によって切削ブレードとスピンドルとを密着させることができる。したがって,切削ブレードとスピンドルとを一体的に構成できるので,好ましい性能を発揮できるとともに,接合面を互いに削り合ってしまうという問題を防止することができる。 According to the present invention, an adhesive member formed of a soft material is interposed in a joint portion between a cutting blade and a spindle, so that the cutting blade and the spindle are adhered by the adhesive member even when the flatness of the joint surface is low. Can be brought into close contact with each other. Therefore, since the cutting blade and the spindle can be configured integrally, it is possible to exhibit desirable performance and to prevent the problem that the joint surfaces are scraped together.
以下に添付図面を参照しながら,本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書及び図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(ダイシング装置10の全体構成)
まず,図1に基づいて,本発明の第1の実施形態に係る超音波振動切削装置の一例として構成されたダイシング装置10の全体構成について説明する。なお,図1は,本実施形態に係るダイシング装置10を示す全体斜視図である。
(Overall configuration of dicing apparatus 10)
First, based on FIG. 1, the whole structure of the
図1に示すように,ダイシング装置10は,例えば,半導体ウェハなどの被加工物12を切削加工する切削ユニット20と,被加工物12を保持する保持手段であるチャックテーブル15と,切削ユニット移動機構(図示せず)と,チャックテーブル移動機構(図示せず)とを備える。
As shown in FIG. 1, the
切削ユニット20は,スピンドルに装着された切削ブレード22を備えている。この切削ユニット20は,径方向に超音波振動する切削ブレード22を高速回転させながら被加工物12に切り込ませることにより,被加工物12を切削して極薄のカーフ(切溝)を形成することができる。
The
また,チャックテーブル15は,例えば,上面が略平坦な円盤状のテーブルであり,その上面に真空チャック(図示せず)等を具備している。このチャックテーブル15は,例えば,ウェハテープ13を介してフレーム14に支持された状態の被加工物12が載置され,この被加工物12を真空吸着して安定的に保持することができる。
The chuck table 15 is, for example, a disk-shaped table having a substantially flat upper surface, and is provided with a vacuum chuck (not shown) on the upper surface. For example, the
切削ユニット移動機構は,切削ユニット20を,Y軸方向に移動させる。このY軸方向は,切削方向(X軸方向)に対して直交する水平方向であり,例えば,切削ユニット20内に配設されたスピンドルの軸方向である。このようなY軸方向の移動により,切削ブレードの刃先を被加工物12の切削位置(切削ライン)に位置合わせすることができる。また,この切削ユニット移動機構は,切削ユニット20をZ軸方向(垂直方向)にも移動させる。これにより,被加工物12に対する切削ブレード22の切り込み深さを調整することができる。
The cutting unit moving mechanism moves the cutting
チャックテーブル移動機構は,通常のダイシング加工時には,被加工物12を保持したチャックテーブル15を切削方向(X軸方向)に往復移動させて切削送りして,被加工物12に対し切削ブレード22の刃先を直線的な軌跡で作用させる。
During normal dicing, the chuck table moving mechanism reciprocates the chuck table 15 holding the
かかる構成のダイシング装置10は,高速回転する切削ブレードを被加工物12に切り込ませながら,切削ユニット20とチャックテーブル15とを相対移動させることにより,被加工物12をダイシング加工することができる。
The dicing
(切削ユニット20の構成)
次に,図2に基づいて,本実施形態に係る切削ユニット20の構成について説明する。なお,図2は,本実施形態に係る切削ユニット20を示す斜視図である。
(Configuration of the cutting unit 20)
Next, based on FIG. 2, the structure of the cutting
図2に示すように,切削ユニット20は,例えば,切削ブレード22と,切削ブレード22と一体化された基台部21と,基台部21をスピンドル25の先端部に固定する固定部材の一例であるスペーサ23と,スピンドル25と,スピンドルハウジング26と,切削水供給ノズル27と,ホイルカバー28と,を主に備える。
As shown in FIG. 2, the cutting
切削ブレード22は,例えば,略リング形状を有する極薄の切削砥石(切り羽)であり,ダイヤモンド等の砥粒を電鋳して形成される。この切削ブレード22は,切削ブレード22を支持する基台部21と一体的に構成されている。すなわち,切削ブレード22と基台部21は,砥石部とマウント部とが一体化された所謂ハブブレードを構成している。かかる切削ブレード22および基台部21は,スペーサ23および固定ボルト(図示せず)によって,スピンドル25の先端部に装着される。すなわち,図2に示したように,スペーサ23には,固定ボルトが貫通する貫通孔23aが形成されており,この固定ボルトは,スペーサ23および基台部21をY軸方向に貫通してスピンドル25の先端部に形成された雌ねじ部に締結される(図3参照)。これにより,スペーサ23および固定ボルトで基台部21を係止して,スピンドル25の先端部に固定できる。
The
また,本実施形態においては,スペーサ23と基台部21との間,および基台部21と雌ネジ部24との間にそれぞれ密着部材を介在させているが,詳細については後述する(図3および図5参照)。
In the present embodiment, close contact members are interposed between the
また,スピンドル25は,例えば,後述するモータ(図示せず)の回転駆動力を切削ブレード22に伝達するための回転軸であり,装着された切削ブレード22を例えば30,000rpmで高速回転させる。このスピンドル25の大部分は,スピンドルハウジング26に覆われているが,その先端部は,スピンドルハウジング26から露出しており,かかる先端部にブレード22および基台部21が装着される。
The
また,スピンドルハウジング26は,スピンドル25を覆うようにして設けられたハウジングである。このスピンドルハウジング26は,内部に設けられたエアベアリングによって,スピンドル25を高速回転可能に支持することができる。
The
ここで,図3に基づいて,本実施形態に係るスピンドルハウジング26の内部構成について説明する。なお,図3は,本実施形態に係る切削ユニット20におけるスピンドルハウジング26の内部構成を示す縦断面図である。
Here, based on FIG. 3, the internal structure of the
図3に示すように,切削ユニット20のスピンドルハウジング26の内部には,例えば,スピンドル25と,スピンドル25を回転可能に支持するラジアルエアベアリング30およびスラストエアベアリング31と,ラジアルエアベアリング30及びスラストエアベアリング31に高圧エアを供給するためのエア供給路(図示せず)と,ラジアルエアベアリング30およびスラストエアベアリング31によって噴出されたエアを排出するための排気路(図示せず)と,ロータ321およびステータ322を有するモータ32と,ステータ322に電力を供給するためのステータ用給電部34と,スピンドル25の後端部側に設けられた超音波振動子としてのPZT振動子33と,PZT振動子33に電力を供給するための非接触給電装置40と,が設けられている。
As shown in FIG. 3, the
非接触給電装置40から電力が供給されたPZT振動子33は,超音波振動を発生してスピンドル25を超音波振動させる。この超音波振動は,スピンドル25の軸方向(Y軸方向)に伝達され,スピンドル25の先端部に装着された切削ブレード22に向かう。
The PZT vibrator 33 to which power is supplied from the non-contact
さらに,このようにスピンドル25の軸方向(Y軸方向)に伝達される超音波振動を切削ブレード22の径方向(XZ平面方向)に変換するときの振動伝達方向変換点のY軸位置が,スピンドル25に対する切削ブレード22の装着位置(切削ブレード22のY軸位置)と同一となるように,スピンドル25の構造,配置や,PZT振動子33の周波数などが調整されている。
Furthermore, when the ultrasonic vibration transmitted in the axial direction (Y-axis direction) of the
再び図2に基づいて,切削ユニット20の構成についての説明を続ける。切削水供給ノズル27は,例えば切削ブレード22の両側に脱着可能に設けられ,切削ブレード22の側面及び加工点付近に切削水を供給して冷却する。また,ホイルカバー28は,切削ブレード22の外周を覆うにして設けられ,切削ブレード22を保護するとともに,切削水や切削屑などの飛散を防止する。
The description of the configuration of the cutting
かかる構成の切削ユニット20は,スピンドル25により切削ブレード22を高速回転させ,かかる切削ブレード22の刃先を被加工物12に切り込ませて相対移動させる。これにより,例えば,被加工物12の加工面を切削加工して,切削ラインに沿って極薄の切溝(カーフ)を形成することができる。
The cutting
以上のような構成によって,スピンドル25の軸方向に超音波振動を伝達させ,切削ブレード22と略同一位置にある振動伝達方向変換点で,当該伝達された超音波振動の伝達方向を切削ブレード22の径方向に変換できる。これにより,切削ブレード22を径方向に超音波振動させる,すなわち,リング形状の切削ブレード22を高周波で拡径,縮径を繰り返すように振動させながら,当該切削ブレード22によって被加工物12を切削することができる。
With the above configuration, ultrasonic vibrations are transmitted in the axial direction of the
(切削ブレード22を径方向に超音波振動させる原理)
このように切削ブレード22を径方向に超音波振動させる原理についは,例えば上記特許文献2に記載されており公知であるが,以下に,図4に基づいて簡単に説明する。
(Principle of ultrasonically vibrating the
The principle of ultrasonic vibration of the
図4は,本実施形態に係る切削ユニット20において,PZT振動子33からの超音波振動に共振する振動波形W1と,伝達方向が径方向に変換された振動波形W2とを示す説明図である。振動波形W1は,共振による超音波振動の瞬間的な変位(振動振幅)を表し,振動波形W2は,伝達方向が径方向に変換された超音波振動の瞬間的な変位(振動振幅)を表す。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a vibration waveform W1 that resonates with ultrasonic vibration from the PZT vibrator 33 and a vibration waveform W2 in which the transmission direction is converted to the radial direction in the cutting
図4に示すように,スピンドル25の軸上(Y軸上)には,振動波形W1の最大振動振幅点A,C,E,Gと,最小振動振幅点B,D,F,Hが存在する。通常,最小振動振幅点B,D,F,Hでは,スピンドル25の径方向の伸長が最大となる。したがって,スピンドル25とスピンドルハウジング26との間隔は,少なくとも最小振動振幅点B,D,F,Hにおけるスピンドル25の最大拡径量よりも大きくしなければならない。しかし,その他の点に関しては,切削ユニット20がエアスピンドル機構を採用しているため,メカスピンドル機構の場合のように最小振動振幅点B,D,F,H付近を構造的に補強したりする必要はない。
As shown in FIG. 4, the maximum vibration amplitude points A, C, E, and G and the minimum vibration amplitude points B, D, F, and H of the vibration waveform W1 exist on the axis of the spindle 25 (on the Y axis). To do. Usually, at the minimum vibration amplitude points B, D, F, and H, the radial extension of the
振動波形W1の最小振動振幅点Bは,振動伝達方向変換点であり,この振動伝達方向変換点と同一位置若しくはその近傍の位置に,切削ブレード22が配置されている。振動伝達方向変換点Bにおいて,超音波振動の伝達方向が,スピンドル25の軸方向から,切削ブレード22の径方向に変換される。このように伝達方向が径方向に変換された超音波振動の振動波形W2における最大振動振幅点α,βが,切削ブレード22の刃先位置に位置するように,切削ブレード22のブレード径や超音波振動の周波数等が調整されている。
The minimum vibration amplitude point B of the vibration waveform W1 is a vibration transmission direction conversion point, and the
さらに,上記超音波振動を好適に伝達および変換するために,切削ブレード22と基台部21とが一体構成されており,かつ,スペーサ23と基台部21とスピンドル25先端部とが相互に密着して強固に固定されるように構成されている。さらに,基台部21は,振動伝達方向変換点Bを中心としてY軸方向に対称な形状となるように成形されている。
Further, in order to suitably transmit and convert the ultrasonic vibration, the
以上のようにして,スピンドル25を軸方向に伝達してきた超音波振動の伝達方向を径方向に変換することにより,切削ブレード22は拡径,縮径を繰り返して,切削ブレード22の刃先が径方向に振動する。
As described above, by changing the transmission direction of the ultrasonic vibration transmitted through the
なお,振動伝達方向変換点Bにおいて,振動伝達方向の変換を促すために,ホーンなどの振動伝達方向変換部材を配置することもできるが,振動伝達方向変換点の位置と切削ブレード22の位置とが略同一であれば,この振動伝達方向変換部材を別途に配設しなくても,振動伝達方向を変換することは可能である。
Note that a vibration transmission direction conversion member such as a horn can be arranged at the vibration transmission direction conversion point B to facilitate the conversion of the vibration transmission direction, but the position of the vibration transmission direction conversion point and the position of the
(切削ブレード22およびスピンドル25先端部周辺の構成)
次に,図3および図5に基づいて,本実施形態に係る切削ユニット20における特徴部分である密着部材50について説明する。なお,図5(a)は,本実施形態に係る切削ユニット20における切削ブレード22およびスピンドル25先端部周辺の構成を示す分解組立図であり,図5(b)は,本実施形態に係る密着部材50(52,54)の正面図である。
(Configuration around cutting
Next, based on FIG. 3 and FIG. 5, the
ここで,本実施形態に係るダイシング装置10のように,切削ブレード22の径方向に超音波振動させる超音波振動切削装置においては,上述したように,切削ブレード22の基台部21と,スピンドル25の先端部またはスペーサ23とを接合する場合,それぞれの接合面が十分に高い精度の平坦性を有していないと接合面が密着しないので,切削ブレード22とスピンドル25とを一体的に構成することができない。このため,十分な振幅が得られない場合や超音波振動をしない場合など好ましい性能を発揮できない,という問題があった。
Here, in the ultrasonic vibration cutting device that vibrates ultrasonically in the radial direction of the
また,切削ブレード22とスピンドル25との接合面や切削ブレード22とスペーサ23との接合面の平坦度が低い状態で使用していると,それぞれの接合面を互いに削り合って,さらに平坦度を低下させるという悪循環に陥ってしまう,という問題があった。
Also, if the flatness of the joint surface between the cutting
上記の問題を解消するためには,切削ブレード22とスピンドル25とを一体的な構造として,切削ブレード22とスピンドル25とを密着させて接合する必要がある。しかし,切削ブレード22やスピンドル25は金属で形成されており,金属どうしの平坦面の接合は,高い加工精度が要求されるため,コストが高くなるし,不良品の発生率も高くなってしまう。そこで,本実施形態に係る切削ユニット20では,接合面の加工精度が悪くても(平坦度が低くても),切削ブレード22とスピンドル25とを密着させることができるように,切削ブレード22とスピンドル25との接合部に,樹脂や紙などの軟質材料により形成される密着部材50を介在させている。これにより,接合面の凹凸を吸収させて,切削ブレード22とスピンドル25とを密着させることができる。また,このように密着部材50を介在させることで,平坦度の低い接合面の凹凸に起因した接合面どうしの摩擦により,接合面が削られて平坦度が一層低下してしまう,という悪循環も阻止することができる。
In order to solve the above problem, it is necessary to make the
具体的には,図3および図5(a)に示すように,本実施形態に係る切削ユニット20においては,スピンドル25の雌ネジ部24と切削ブレード22の基台部21との間の接合部に,スピンドル25と切削ブレード22を密着させるための密着部材52を介在させ,雌ネジ部24の接合面の凹凸および基台部21のスピンドル25側の接合面の凹凸を吸収させている。また,本実施形態に係る切削ユニット20のように,切削ブレード22とスペーサ23とが分離した別部材として構成されている場合には,切削ブレード22とスペーサ23との間も互いに金属どうしの接合となるために,密着部材を使用する必要がある。したがって,本実施形態においては,切削ブレード22の基台部21とスペーサ23との間の接合部に,切削ブレード22とスペーサ23とを密着させるための密着部材54を介在させ,基台部21のスペーサ23側の接合面の凹凸およびスペーサ23の接合面の凹凸を吸収させている。
Specifically, as shown in FIGS. 3 and 5A, in the cutting
なお,本実施形態においては,切削ブレード22とスペーサ23とが分離した構成となっているが,本発明はこのような場合に限られず,切削ブレードとスペーサとが一体的に構成されていてもよい。また,このような場合には,切削ブレードとスペーサとを密着させるための密着部材を必要としないのは当然である。
In this embodiment, the
そして,図5(a)に示すように,上述したようなスピンドル25,密着部材52,切削ブレード22および基台部21,密着部材54,スペーサ23が,この順に配置され,切削ブレード22および基台部21は,スペーサ23および固定ボルト29によって,スピンドル25の先端部に装着される。すなわち,スペーサ23,基台部21,密着部材50(52,54)には,スピンドルの軸方向に貫通する貫通孔(23a,52a,54a等)が形成されており,固定ボルト29は,スペーサ23,基台部21および密着部材52,54をY軸方向に貫通してスピンドル25の先端部に形成された雌ねじ部24に締結される。これにより,図3に示すように,スペーサ23および固定ボルト29で基台部21を係止して,切削ブレード22をスピンドル25の先端部に固定できる。
5A, the
次に,図5(b)に基づいて,本実施形態に係る切削ユニット20の特徴部分である密着部材50(52,54)について説明する。
Next, the contact member 50 (52, 54) which is a characteristic part of the cutting
本実施形態に係る密着部材52,54は略円盤状の形状であり,その大きさは,スピンドル25の先端部と切削ブレード22の基台部21とが接合する接合面と略同一の大きさ,すなわち,スピンドル25やスペーサ23の径と略同一の径を有している。また,密着部材52,54の厚みは,3〜100μm程度である。
The
また,密着部材52,54の中心部には,上述したように,固定ボルト29が貫通する略円形の貫通孔52a,54aが形成されている。この貫通孔52a,54aの径は,固定ボルト29の胴部の径と略同一かそれよりも若干大きく形成されている。
Further, as described above, substantially circular through
密着部材52,54の材質としては,金属やセラミック板などの硬質材料は接合面の凹凸を吸収することが困難であるので不向きであり,樹脂などのような接合面の凹凸を吸収できる程度の軟質材料が好ましい。しかし,密着部材52,54の材質は樹脂に限られるものではなく,切削ブレード22をスピンドル25に装着する際に,固定ボルト29で締めつけるトルクTを10Nm<T<30Nmの範囲で行うと考えると,密着部材52,54の硬度(ロックウェル硬さHRR)は,
5<密着部材の硬度(HRR)<70・・・(1)
となる材質の材料であればよい。ただし,密着部材として,銅や亜鉛などのような金属の材質のものを使用すると,密着部材が摩擦により金属粉となり,被加工物を汚染してしまうおそれがあるため,金属は,その硬度が上記式(1)範囲内であっても好ましくない。
As the material of the
5 <Hardness of contact member (HRR) <70 (1)
Any material can be used. However, if a metal member such as copper or zinc is used as the contact member, the contact member may become metal powder due to friction and contaminate the workpiece. Even within the range of the above formula (1), it is not preferable.
なお,密着部材52,54は,一方の面を接着面として切削ブレード22の接合面側,あるいはスピンドル25先端部の接合面側に予め貼り付けてあれば,扱い易いと考えられる。また,液体からなる密着部材を接合面に塗布した後,乾燥させて接合面に固着させることも有効である。
Note that it is considered that the
以上,添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが,本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された範疇内において,各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this example. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are of course within the technical scope of the present invention. Understood.
例えば,上記実施形態では,超音波振動切削装置としてダイシング装置10の例を挙げて説明したが,本発明は,かかる例に限定されない。例えば,スピンドル25により高速回転する切削ブレード22を用いて被加工物12を切削加工する装置であれば,例えば,ダイシング加工以外の切削加工を行う各種の切削装置であってもよい。
For example, in the above embodiment, the dicing
また,上記実施形態にかかる切削ユニット20では,スピンドル25の支持機構として,エアスピンドルの例を挙げて説明したが,本発明はかかる例に限定されない。例えば,スピンドル25の支持機構は,スピンドル25をベアリングで機械的に支持するメカスピンドルであってもよい。本発明は,切削ブレード22を径方向に超音波振動させる超音波振動切削装置であれば,如何なるスピンドルの支持機構であっても適用可能である。
In the
また,上記実施形態では,PZT振動子33は,スピンドル25の後部側に配設されたが,本発明はかかる例に限定されない。例えば,PZT振動子33は,スピンドル25の中央部または先端部側などに配設されてもよい。
In the above embodiment, the PZT vibrator 33 is disposed on the rear side of the
また,上記実施形態では,スペーサ23および固定ボルト29を用いて基台部21をスピンドル25の先端部に固定したが,本発明は,かかる例に限定されず,任意の固定部材を用いてもよい。例えば,スピンドル25の先端部に形成された雄ねじ部と螺合する固定ナットを用いて,基台部21を挟み込むようにして,スピンドル25の先端部に固定してもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
また,上記実施形態では,スペーサ23と切削ブレード22とが分離した例を挙げて説明したが,本発明は,かかる例に限定されず,スペーサと切削ブレードとが一体的に構成されていてもよい。
Moreover, although the said embodiment gave and demonstrated the example which the
また,基台部21の形状は上記実施形態の例に限定されず,切削ブレード22を支持可能であれば,任意の形状とすることができる。このとき,基台部21は,振動伝達方向変換点B(図5参照)を中心として,スピンドル25の軸方向に対称な形状とすることが好ましい。これにより,超音波振動の伝達方向を好適に変換して切削ブレード22に好適に伝達できる。
Moreover, the shape of the
本発明は,切削ブレードを径方向に超音波振動させながら切削を行う超音波振動切削装置に適用可能である。 The present invention is applicable to an ultrasonic vibration cutting apparatus that performs cutting while ultrasonically vibrating a cutting blade in the radial direction.
10 ダイシング装置
12 被加工物
20 切削ユニット
21 基台部
22 切削ブレード
23 スペーサ
25 スピンドル
26 スピンドルハウジング
33 PZT振動子
50 密着部材
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記切削ブレードと前記スピンドルとの接合部に,前記切削ブレードと前記スピンドルとを密着させる密着部材を介在させることを特徴とする,超音波振動切削装置。 A spindle, a spindle housing that rotatably supports the spindle, a cutting blade attached to the tip of the spindle, and a vibrator that is provided on the spindle and that vibrates the spindle ultrasonically. In an ultrasonic vibration cutting apparatus for converting a transmission direction of ultrasonic vibration transmitted through the spindle and ultrasonically vibrating the cutting blade in a radial direction to cut a workpiece:
An ultrasonic vibration cutting apparatus characterized in that an adhesive member that closely contacts the cutting blade and the spindle is interposed at a joint between the cutting blade and the spindle.
前記切削ブレードと前記スペーサとの接合部に,前記切削ブレードと前記スペーサとを密着させる密着部材を介在させることを特徴とする,請求項1に記載の超音波振動切削装置。 A spacer that is disposed on the opposite side of the cutting blade from the joint with the spindle and further supports the cutting blade;
The ultrasonic vibration cutting device according to claim 1, wherein an adhesion member that closely contacts the cutting blade and the spacer is interposed at a joint portion between the cutting blade and the spacer.
The ultrasonic vibration cutting device according to claim 1, wherein the contact member is formed of a resin.
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JP2005137512A JP2006318981A (en) | 2005-05-10 | 2005-05-10 | Ultrasonic vibration cutting equipment |
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- 2005-05-10 JP JP2005137512A patent/JP2006318981A/en active Pending
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