JP2015223652A

JP2015223652A - 研削方法

Info

Publication number: JP2015223652A
Application number: JP2014109095A
Authority: JP
Inventors: 涼子藤谷; Ryoko Fujitani; 義康中川; Yoshiyasu Nakagawa
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2014-05-27
Filing date: 2014-05-27
Publication date: 2015-12-14
Anticipated expiration: 2034-05-27
Also published as: JP6312530B2

Abstract

【課題】樹脂や金属等の被加工物の薄化を良好に行うことができ、研削砥石の形状悪化時に短時間で容易に研削性能を回復すること。
【解決手段】研削方法は、研削ホイール（５５）に配設された研削砥石（５６）により、靱性材で形成された被加工物（Ｗ）を研削加工する方法であって、研削砥石の外周端面（６５）が研削ホイールから外方に向かって広がるように、被加工物の表面に対して鋭角に傾斜されており、研削ホイールが回転させると共に、回転した研削ホイールに対してチャックテーブル（３）上の被加工物を相対的に水平移動させて、研削砥石の傾斜した外周端面によって被加工物をクリープフィード研削する構成にした。
【選択図】図６

Description

本発明は、樹脂や金属等の靱性材で形成された被加工物を研削する研削方法に関する。

通常、樹脂や金属等の靱性材は、バイト加工装置において平坦化や薄化等の加工が実施される（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のバイト加工装置では、鉛直軸回りに回転するスピンドルのマウントにホイール基台が取り付けられ、ホイール基台の外周部分の一部にダイヤモンド刃や超鋼バイト等のバイト工具が固定されている。そして、バイト工具がスピンドルの鉛直軸回りに回転されることで、チャックテーブル上に保持された被加工物の靱性材がバイト工具によって削り取られて平坦化又は薄化される。

特開２０００−１７３９５４号公報

特許文献１に記載の加工方法では、加工枚数を重ねていくとバイト工具の鋭角な形状が徐々に崩れて加工品質が悪化してしまうため、定期的にバイト工具の形状修正を行う必要があった。しかしながら、ダイヤモンド刃や超鋼バイト等のバイト工具の形状修正には放電加工等の特殊な加工が必要であり、形状修正用の別の設備や多大な時間を要するという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、靱性材を良好に加工することができると共に、短時間で容易に研削性能を回復することができる研削方法を提供することを目的とする。

本発明の研削方法は、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削ホイールを回転可能に保持する回転スピンドルを備えた研削手段と、該研削手段と該チャックテーブルとを相対的に研削送り方向に接近及び離間させる研削送り手段と、該研削手段と該チャックテーブルとを相対的に該チャックテーブルの径方向に移動させる進退手段と、備えた研削装置を使用して、靱性材で形成された被加工物を研削する研削方法であって、該研削ホイールは、該回転スピンドルに固定される固定端部と自由端部とを有するホイール基台と、該自由端部の外周部に固定された研削砥石と、から構成され、該研削砥石は、ダイヤモンド砥粒をボンド材で結合したセグメント砥石であり、該自由端部側から下方に向かって外周端面が回転方向外側に広がるように傾斜した形状に形成され、回転する該研削ホイールを、該チャックテーブル上に保持した被加工物に対して相対的に水平移動させるクリープフィード研削によって被加工物を研削することを特徴とする。

この構成によれば、研削砥石の外周端面が傾斜しており、被加工物の表面に対して外周端面のなす角度が鋭角に形成されている。そして、研削砥石の傾斜した外周端面を被加工物に作用させながら被加工物をクリープフィード研削することで、靱性材で形成された被加工物の薄化を良好に行うことができる。また、研削砥石は、ダイヤモンド砥粒をボンド材で結合して形成されているため、研削砥石の形状が悪化しても、被加工物の代わりにチャックテーブル上に保持したドレッサーボードによって研削砥石を形状修正することができる。よって、形状修正用の設備を新たに設けることなく短時間で容易に研削砥石を形状修正することができるため経済的である。

また上記研削方法において、該研削ホイールは、該研削砥石が該ホイール基台に１個、または、隣接する該研削砥石の間隔が該研削砥石の円周方向の幅よりも広い間隔で２個以上配設されて形成されている。

本発明によれば、研削砥石の傾斜した外周端面で被加工物を研削することで、樹脂や金属等の靱性材の被加工物の薄化を良好に行うことができると共に、研削砥石の形状悪化時に短時間で容易に研削砥石を形状修正することができる。

本実施の形態に係る研削装置の斜視図である。本実施の形態に係る研削装置による研削加工を示す斜視図である。本実施の形態に係る研削ホイールの部分拡大図である。本実施の形態に係る研削砥石の外周端面による研削加工の説明図である。本実施の形態に係る研削砥石の摩耗及びドレス加工に伴う形状変化の説明図である。本実施の形態に係る被加工物に対する研削動作及び研削砥石に対するドレス加工の説明図である。変形例に係る研削ホイールの側面図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る研削装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る研削装置の斜視図である。図２は、本実施の形態に係る研削装置による研削加工を示す斜視図である。なお、本実施の形態に係る研削装置は、図１に示すように研削加工専用の装置構成に限定されず、例えば、研削加工、研磨加工、洗浄加工等の一連の加工が全自動で実施されるフルオートタイプの加工装置に組み込まれてもよい。

図１に示すように、研削装置１は、被加工物Ｗを保持したチャックテーブル３を低速でＸ軸方向に加工送りしながら、単一の研削砥石５６によって被加工物Ｗの上面をクリープフィード研削するように構成されている。また、研削装置１のチャックテーブル３には、被加工物Ｗの代わりに、定期的に整形ドレス及び目立てドレス用のドレッサーボードＤが保持され、ドレッサーボードＤがクリープフィード研削されることで研削砥石５６がドレス加工される。なお、被加工物Ｗは、樹脂や金属等の靱性材で円板状に形成されたウェーハでもよいし、被研削面に靱性材の層が形成されたウェーハでもよい。

研削装置１の基台２の上面には、Ｘ軸方向に延在する矩形状の開口が形成され、この開口はチャックテーブル３と共に移動可能な移動板３１及び蛇腹状の防水カバー３２により覆われている。防水カバー３２の下方には、チャックテーブル３を径方向（Ｘ軸方向）に移動させるボールねじ式の進退手段３６が設けられている。チャックテーブル３の表面には、多孔質のポーラス材によって被加工物Ｗを吸着する保持面３４が形成されている。保持面３４は、チャックテーブル３内の流路を通じて吸引源（不図示）に接続されており、保持面３４に生じる負圧によって被加工物Ｗが吸引保持される。

基台２上のコラム２１には、研削手段５をチャックテーブル３に対して研削送り方向（Ｚ軸方向）に接近及び離間させる研削送り手段４が設けられている。研削送り手段４は、コラム２１に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール４１と、一対のガイドレール４１にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル４２とを有している。Ｚ軸テーブル４２の背面側には図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ４３が螺合されている。ボールネジ４３の一端部に連結された駆動モータ４４によりボールネジ４３が回転駆動されることで、研削手段５がガイドレール４１に沿ってＺ軸方向に移動される。

研削手段５は、ハウジング５１を介してＺ軸テーブル４２の前面に取り付けられており、円筒状の回転スピンドル５２の下端にマウント５３を設けて構成されている。回転スピンドル５２にはフランジ５４が設けられ、フランジ５４を介してハウジング５１に研削手段５が支持される。マウント５３の下面には、単一の研削砥石５６が配置された研削ホイール５５が回転可能に保持されている。研削砥石５６は、例えば、ダイヤモンド砥粒をメタルボンド等のボンド剤で固めたセグメント砥石で構成される。なお、研削砥石５６の詳細は後述する。

このように構成された研削装置１では、図２に示すように、回転スピンドル５２によって研削ホイール５５がＺ軸回りに回転されながら、研削手段５がチャックテーブル３に近づけられる。そして、被加工物Ｗに向けて研削水が供給され、研削砥石５６が被加工物Ｗに回転接触されることで、研削砥石５６と被加工物Ｗとが相対的に摺動されて被加工物Ｗが研削される。この研削砥石５６によって被加工物Ｗが研削された状態で、チャックテーブル３がＸ軸方向に低速で水平移動されることで、研削砥石５６によって被加工物Ｗがクリープフィード研削される。

ところで、本実施の形態に係る被加工物Ｗが靱性材で形成されているため、ダイヤモンド刃や超鋼バイト等のバイト工具で加工することが好ましいが、バイト工具が摩耗すると形状修正するのに時間や専用の設備が必要になる。そこで、本実施の形態に係る研削装置１では、研削砥石５６をバイト工具のような形状にすることで、靱性材で形成された被加工物Ｗを薄化し易くしている。また、研削砥石５６が摩耗した場合には、被加工物Ｗの代わりにドレッサーボードＤ（図１参照）をチャックテーブル３に保持させることで、研削装置１での研削砥石５６の形状修正を可能にしている。

以下、図３を参照して、研削ホイールについて説明する。図３は、本実施の形態に係る研削ホイールの部分拡大図である。図４は、本実施の形態に係る研削砥石の外周端面による研削加工の説明図である。図５は、本実施の形態に係る研削砥石の摩耗及びドレス加工に伴う形状変化の説明図である。なお、図４Ａは本実施の形態に係る研削砥石を示し、図４Ｂは比較例に係る研削砥石を示している。

図３に示すように、研削ホイール５５は、リング状のホイール基台５７に単一の研削砥石５６を設けて構成される。ホイール基台５７の上面はマウント５３を介して回転スピンドル５２（図２参照）に固定される固定端部６１になっており、ホイール基台５７の下面は自由端部６２になっている。自由端部６２の外周部には単一の研削砥石５６が固定されている。研削砥石５６は、側面視略平行四辺形のセグメント砥石で構成されている。この場合、研削砥石５６の外周側の外周端面６５が、ホイール基台５７の自由端部６２から下方に向かって回転方向外側、すなわちホイール基台５７の側面から外方に広がる（張り出す）ように傾斜している。

図４Ａに示すように、被加工物Ｗの表面に対して研削砥石５６の外周端面６５のなす角度が鋭角になるように、外周端面６５と底面６６との角部６７が形成されている。クリープフィード研削では、この研削砥石５６が回転スピンドル５２（図２参照）の回転軸を中心に周回され、研削砥石５６に対して被加工物ＷがＸ軸方向に水平移動される。そして、研削砥石５６の回転方向前方側の側面６８（図３参照）と外周端面６５によって被加工物Ｗが周方向（紙面奥方）に削られつつ、Ｘ軸方向に掘り進められることで研削される。

このとき、研削砥石５６の外周端面６５が傾斜しているため、被加工物Ｗの研削時に研削砥石５６に生じる研削抵抗が小さくなっている。すなわち、傾斜した外周端面６５に対する垂直方向に反力が作用する分だけ、研削砥石５６に対する水平方向（Ｘ軸方向）の反力が小さくなる。このため、研削後の被加工物Ｗの被研削面には、摩擦によって白化せずに良好な外観性が得られる。また、研削屑が細かく粉状になるため、装置内の排水口に研削屑が堆積することがない。このように、研削砥石５６の底面６６に対して鋭角に外周端面６５が傾斜することで、被加工物Ｗを良好に研削することが可能になっている。

一方、図４Ｂの比較例に示すように、通常の側面視長方形の研削砥石８１は、外周端面８２と底面８３のなす角が直角であり、本実施の形態のように鋭角に形成されていない。このため、比較例では、本実施の形態に係る研削砥石５６よりも、研削砥石８１に対して水平方向（Ｘ軸方向）に大きな反力が作用し、被加工物Ｗの研削時に研削砥石８１に生じる研削抵抗が大きくなる。このため、研削後の被加工物Ｗの被研削面が摩擦によって部分的に白化して、被研削面に濃い濃淡が生じて外観性が悪くなり、さらに研削屑が大きくなり、装置内の排水口に堆積してしまう。このように、比較例に係る研削砥石８１では、被加工物Ｗを良好に研削することができない。

また、図５の図示左側に示すように、本実施の形態に係る研削砥石５６は、外周端面６５と底面６６との角部６７が鋭角に形成されている。この外周端面６５と底面６６の角部６７が被加工物Ｗの研削に寄与しているため、図５の図示中央に示すように、経時的な摩耗によって研削砥石５６の形状が崩れ始め、角部６７から稜線が無くなって丸みを帯びてしまう。本実施の形態では、図５の図示右側に示すように、被加工物Ｗの代わりに研削砥石５６でドレッサーボードＤをクリープフィード研削することで研削砥石５６が底面６６側から削り取られる。これにより、外周端面６５と底面６６との角部６７が鋭角に形状修正される。

なお、ドレッサーボードＤは、グリーンカーバイト（ＧＣ）系、ホワイトアランダム（ＷＡ）系の砥粒をレジンボンド等のボンド剤で円板状に固めて成形されている。ドレッサーボードＤに研削砥石５６を切り込ませることで、研削砥石５６に対する整形ドレスや目立てドレスが実施される。また、ドレッサーボードＤは、チャックテーブル３（図６Ｃ参照）に保持させ易いように被加工物Ｗと同径に形成されている。

図６を参照して被加工物に対する研削動作、研削砥石に対するドレス加工について説明する。図６は、本実施の形態に係る被加工物に対する研削動作及び研削砥石に対するドレス加工の説明図である。図６Ａ及び図６Ｂは被加工物に対する研削動作を示し、図６Ｃ及び図６Ｄは研削砥石に対するドレス加工を示している。なお、図６に示す研削動作及びドレス加工は一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

図６Ａに示すように、被加工物Ｗがチャックテーブル３の中心に保持されており、研削砥石５６が被加工物Ｗの外縁よりも外側に位置付けられる。回転スピンドル５２の回転軸を中心として研削砥石５６が高速で周回されながら所定の切り込み深さまで降ろされ、研削砥石５６に対してチャックテーブル３が相対的に水平移動される。これにより、研削砥石５６によって被加工物Ｗの一端７１側から他端７２側に向かってクリープフィード研削が開始される。クリープフィード研削では、Ｘ軸方向に送られながら、研削砥石５６の回転方向前方側の側面６８と外周端面６５によって被加工物Ｗの表面が円弧状に削り取られる。

このとき、図６Ｂに示すように、研削砥石５６の外周端面６５が底面６６に対して鋭角に傾斜しているため、被加工物ＷがＸ軸方向に送られる際に被加工物Ｗに対して角部６７が進み易くなっている。このため、被加工物Ｗの研削時の研削砥石５６の研削抵抗が小さくなり、被加工物Ｗの被研削面の色に濃い濃淡が生じることがなく外観性が悪化することがない。また、研削屑が粉状に発生するため装置内の排水口に研削屑が堆積することがなく、排水口が詰まることがない。

図６Ｃに示すように、被加工物Ｗのクリープフィード研削によって研削砥石５６の角部６７が摩耗すると、被加工物Ｗの代わりにドレッサーボードＤがチャックテーブル３上に保持される。また、研削砥石５６がドレッサーボードＤの外縁よりも外側に位置付けられる。そして、回転スピンドル５２の回転軸を中心として研削砥石５６が高速で周回されながら所定の深さまで降ろされ、研削砥石５６に対してチャックテーブル３が相対的に水平移動される。これにより、研削砥石５６によってドレッサーボードＤの一端７５側から他端７６側に向かってクリープフィード研削が開始される。クリープフィード研削では、研削砥石５６がドレッサーボードＤに押し当てられながら、ドレッサーボードＤがＸ軸方向に加工送りされる。

図６Ｄに示すように、ドレッサーボードＤによって研削砥石５６の底面６６がドレスされることで、研削砥石５６の外周端面６５と底面６６との角部６７から丸みが取り除かれる。これにより、研削砥石５６の外周端面６５と底面６６との角部が鋭角に形状修正され、研削砥石５６の研削性能が回復される。このように、研削砥石５６をバイト工具のような形状にしたことで、バイト工具のように靱性材に対する研削性能を高めると共に、ドレッサーボードＤによって形状修正を容易にしている。

以上のように、本実施の形態に係る研削方法では、研削砥石５６の外周端面６５が傾斜しており、被加工物Ｗの表面に対して外周端面６５のなす角度が鋭角に形成されている。そして、研削砥石５６の傾斜した外周端面６５を被加工物Ｗに作用させながら被加工物Ｗをクリープフィード研削することで、靱性材で形成された被加工物Ｗの薄化を良好に行うことができる。また、研削砥石５６は、ダイヤモンド砥粒をボンド材で結合して形成されているため、研削砥石５６の形状が悪化しても、被加工物Ｗの代わりにチャックテーブル３上に保持したドレッサーボードＤによって研削砥石５６を形状修正することができる。よって、形状修正用の設備を新たに設けることなく短時間で容易に研削砥石５６を形状修正することができるため経済的である。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、本実施の形態において、研削ホイール５５のホイール基台５７に１個の研削砥石５６が配設される構成を例示して説明したが、この構成に限定されない。研削ホイール５５は、ホイール基台５７に２個以上の研削砥石５６が配設されてもよく、この場合には隣接する研削砥石５６の間隔が、研削砥石５６の円周方向の幅よりも広く空けられる。例えば、図７に示すように、変形例に係る研削ホイール５５は、研削ホイール５５の回転軸を中心とした点対称位置に２個の研削砥石５６が配設されてもよい。研削ホイール５５に複数の研削砥石５６を配設することにより、各研削砥石５６が摩耗によって形状が崩れるまでの期間が長くなり、ドレッサーボードＤ（図６Ｄ参照）を用いた形状修正の回数を減らすことができる。

また、上記した実施の形態において、ダイヤモンド砥粒をメタルボンドで固めて研削砥石５６を形成したが、この構成に限定されない。研削砥石５６のボンド剤としては、メタルボンドに限らず、レジンボンドやビトリファイドボンドが使用されてもよい。

また、上記した実施の形態において、研削砥石５６が側面視略平行四辺形のセグメント砥石で構成されたが、この構成に限定されない。研削砥石５６は、ホイール基台５７の自由端部６２から下方に向かって回転方向外側に広がる（張り出す）ような外周端面６５を有していればよく、例えば、研削砥石５６が側面視略台形のセグメント砥石で構成されていてもよい。

また、上記した実施の形態において、研削送り手段４は、チャックテーブル３に対して研削手段５を動かして、チャックテーブル３と研削手段５とを研削送り方向に接近及び離間させる構成にしたが、この構成に限定されない。研削送り手段４は、研削手段５とチャックテーブル３とを相対的に研削送り方向に接近及び離間させる構成であればよく、例えば、研削手段５に対してチャックテーブル３を動かして、チャックテーブル３と研削手段５とを研削送り方向に接近及び離間させてもよい。

また、上記した実施の形態において、進退手段３６は、研削手段５に対してチャックテーブル３を径方向に動かす構成にしたが、この構成に限定されない。進退手段３６は、研削手段５とチャックテーブル３とを相対的にチャックテーブル３の径方向に移動させる構成であればよく、例えば、チャックテーブル３に対して研削手段５をチャックテーブル３の径方向に移動させてもよい。

以上説明したように、本発明は、短時間で容易に研削性能を回復することができるという効果を有し、特に樹脂や金属等の靱性材で形成された被加工物を研削する研削方法に有用である。

１研削装置
３チャックテーブル
４研削送り手段
５研削手段
５２回転スピンドル
５５研削ホイール
５６研削砥石
５７ホイール基台
６１固定端部
６２自由端部
６５外周端面
６６底面
６７角部

Claims

被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削ホイールを回転可能に保持する回転スピンドルを備えた研削手段と、該研削手段と該チャックテーブルとを相対的に研削送り方向に接近及び離間させる研削送り手段と、該研削手段と該チャックテーブルとを相対的に該チャックテーブルの径方向に移動させる進退手段と、備えた研削装置を使用して、靱性材で形成された被加工物を研削する研削方法であって、
該研削ホイールは、該回転スピンドルに固定される固定端部と自由端部とを有するホイール基台と、該自由端部の外周部に固定された研削砥石と、から構成され、
該研削砥石は、ダイヤモンド砥粒をボンド材で結合したセグメント砥石であり、該自由端部側から下方に向かって外周端面が回転方向外側に広がるように傾斜した形状に形成され、
回転する該研削ホイールを、該チャックテーブル上に保持した被加工物に対して相対的に水平移動させるクリープフィード研削によって被加工物を研削することを特徴とする研削方法。
該研削ホイールは、該研削砥石が該ホイール基台に１個、または、隣接する該研削砥石の間隔が該研削砥石の円周方向の幅よりも広い間隔で２個以上配設されて形成されていること、を特徴とする請求項１記載の研削方法。