JP2022096834A

JP2022096834A - 研削ホイール

Info

Publication number: JP2022096834A
Application number: JP2020210048A
Authority: JP
Inventors: 良吾馬路; Ryogo Umaji
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-06-30
Also published as: KR20220088314A; CN114643541A; US20220193855A1; TW202224859A

Abstract

【課題】従来よりも樹脂や金属等の延性材料が延びてバリとなってしまうことを抑制できる研削ホイールを提供すること。【解決手段】延性材料を研削する研削ホイール１は、スピンドルの下端に固定される固定端部１２と、研削する被加工物に対面する自由端部１３とを有する環状のホイール基台１０と、自由端部１３に、長辺がホイール基台１０の周方向に沿って所定の間隔で並ぶ矩形板状の複数の研削砥石２０と、を備える。研削砥石２０は、砥粒がニッケルメッキで固定された矩形板状の電鋳砥石であり、厚さ２３が１ｍｍ以下で、自由端部１３からの高さ２４／厚さ２３で示される値が５以上３５未満である。【選択図】図２

Description

本発明は、研削ホイールに関する。

半導体デバイスが形成される、シリコンやガリウムヒ素、セラミックスやガラス基板などを、研削砥石が環状に配置された研削ホイールを使って研削する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４８８５３７６号公報

特許文献１では、研削ホイールの研削砥石は、ダイヤモンド砥粒がボンドで固定された矩形板状のセグメントであり、研削ホイールの下面（自由端部）に固定され、被加工物を研削する。この研削砥石に用いられるボンドは、樹脂（レジン）系、メタル系、ビトリファイド系から選択され、研削砥石のセグメントの厚さと高さ（突出量）は研削中に割れないよう設定され、厚さは２～４ｍｍ程度、高さは４～５ｍｍ程度である。例えば半導体デバイスチップがパッケージされた樹脂パッケージ基板をこのような従来の研削ホイールで研削すると、ウェーハレベルパッケージの薄化の要求もあり、樹脂や金属が延びてバリとなってしまうという問題があった。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来よりも樹脂や金属等の延性材料が延びてバリとなってしまうことを抑制できる研削ホイールを提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の研削ホイールは、延性材料を研削する研削ホイールであって、スピンドルの下端に固定される固定端部と、研削する被加工物に対面する自由端部とを有する環状のホイール基台と、該自由端部に、長辺が該ホイール基台の周方向に沿って所定の間隔で並ぶ矩形板状の複数の研削砥石と、を備え、該研削砥石は、砥粒がニッケルメッキで固定された矩形板状の電鋳砥石であり、厚さが１ｍｍ以下で、該自由端部からの高さ／厚さで示される値が５以上３５未満である。

矩形板状の該研削砥石は、厚さが０．５ｍｍ以下であってもよい。

研削する被加工物は、被研削面に配置された樹脂、または金属を備えてもよい。

本発明は、従来よりも樹脂や金属等の延性材料が延びてバリとなってしまうことを抑制できる。

図１は、実施形態に係る研削ホイールの構成例を示す底面図である。図２は、図１の研削ホイールを示す断面図である。図３は、図１の研削ホイールを装着した研削装置を示す断面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

〔実施形態〕
本発明の実施形態に係る研削ホイール１を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係る研削ホイール１の構成例を示す底面図である。図２は、図１の研削ホイール１を示す断面図である。図２は、図１の（ＩＩ）－（ＩＩ）断面図である。図３は、図１の研削ホイール１を装着した研削装置１００を示す断面図である。実施形態に係る研削ホイール１は、図１及び図２に示すように、環状のホイール基台１０と、複数の研削砥石２０と、を備える。

研削ホイール１は、図３に示すように、研削装置１００のスピンドル１２０の下端１２１に設けられたホイール固定部１２２に固定されて、スピンドル１２０により回転軸２回りに回転駆動されて、スピンドル１２０の下端１２１側と回転軸２方向に対向して設けられた研削装置１００のチャックテーブル１１０上に保持された被加工物２００の被研削面２０１の研削処理に使用される。ここで、研削ホイール１の回転軸２は、ホイール基台１０の円環の中心軸と一致する。

研削ホイール１の研削対象である図３に示す被加工物２００は、本実施形態では、被研削面２０１に配置された延性材料を備える。延性材料は、本実施形態では、金属または樹脂である。被加工物２００は、例えば、樹脂により封止されたデバイスを複数有した円形状もしくは矩形状のパッケージ基板や、樹脂板、金属板、金属と樹脂とを含む複合材板などである。被加工物２００は、本発明ではこれに限定されず、シリコン、サファイア、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ガリウムヒ素などを母材とする円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハなどの被研削面２０１に樹脂膜や金属膜等の延性材料の膜が形成されたもの等でもよい。

ホイール基台１０は、図１及び図２に示すように、中央に、回転軸２方向に貫通する円形の貫通孔１１が形成されている。ホイール基台１０は、図３に示すように、回転軸２に直交する一方の面であり、スピンドル１２０の下端１２１に固定される側の面である固定端部１２と、回転軸２に直交する他方の面であり、研削装置１００に装着された際に研削する被加工物２００の被研削面２０１に対面する側の面である自由端部１３と、を有する。貫通孔１１は、本実施形態では、自由端部１３側に向かうに従って孔径が広がる方向にテーパが形成されているが、本発明ではこれに限定されず、テーパが形成されていなくてもよい。ホイール基台１０は、本実施形態では、例えばステンレス鋼などの金属で構成されている。

ホイール基台１０は、図１及び図２に示すように、外周部の自由端部１３側に、複数の研削砥石２０を嵌め合わせ可能な幅の環状溝１４が形成されている。環状溝１４の幅は、研削砥石２０の厚さ２３に応じて決められる。環状溝１４の深さ方向は、本実施形態では、研削ホイール１の回転軸２の方向、すなわち、ホイール基台１０の厚み方向に沿っている。環状溝１４は、図１に示す例では、全周に渡って均一の深さで連続的に形成されているが、本発明ではこれに限定されず、例えば、研削砥石２０の長辺方向の長さ２１に対応する周方向の長さの溝が、周方向に所定の間隔２２を開けて断続的に形成されていてもよい。

ホイール基台１０は、図１及び図２に示すように、環状溝１４よりも内周側に、回転軸２方向に貫通する研削水供給路１５が形成されている。研削水供給路１５は、本実施形態では、自由端部１３側の開口が貫通孔１１のテーパ部分に形成されているが、本発明ではこれに限定されず、貫通孔１１のテーパ部分よりも外周側の自由端部１３に形成されていてもよい。研削水供給路１５は、本実施形態では、周方向に沿って一定の間隔で複数箇所（図１に示す例では６箇所）に形成されている。研削水供給路１５は、研削ホイール１が研削装置１００に装着された際に、固定端部１２側の開口が所定の研削水供給源に接続されて、研削水供給源からの研削水１２６を自由端部１３側の開口から、複数の研削砥石２０よりも内周側の領域と回転軸２方向に対向する被加工物２００の被研削面２０１上の領域に供給する。研削水１２６は、本実施形態では、例えば水（純水）である。

ホイール基台１０は、図１及び図２に示すように、外周部の固定端部１２側に固定用ネジ穴１６が形成されている。固定用ネジ穴１６は、本実施形態では、周方向に沿って一定の間隔で複数箇所（図１に示す例では６箇所）に形成されている。また、固定用ネジ穴１６は、周方向において、互いに隣接する研削水供給路１５の中間の位置に対応する位置に形成されている。図３に示すように、研削装置１００のホイール固定部１２２の装着用孔１２３に挿入された複数のネジ１２４が固定用ネジ穴１６に締結されることにより、研削ホイール１がスピンドル１２０の下端１２１に固定される。

研削砥石２０は、矩形板状であり、長さ２１の長辺方向がホイール基台１０の周方向に沿う方向に向けられて、周方向に所定の間隔２２で並んで配置されている。研削砥石２０は、短辺方向が回転軸２の方向（環状溝１４の深さ方向）に沿って、厚さ２３の方向がホイール基台１０の径方向に沿った方向に向けられ、環状溝１４に挿入されて嵌め合わせられて、金属用の接着剤等によりホイール基台１０の自由端部１３側に固定される。このため、研削砥石２０は、ホイール基台１０の自由端部１３側から、研削ホイール１の回転軸２の方向（ホイール基台１０の厚み方向）に沿って突出するように固定される。研削砥石２０は、本実施形態では、矩形板状の長辺方向が環状溝１４の周方向の湾曲に合わせて湾曲されて、環状溝１４に挿入されて嵌め合わせられて固定されているが、本発明ではこれに限定されず、湾曲されずに、長辺方向がホイール基台１０の周方向の接線方向に沿う方向に向けられて、環状溝１４に嵌め合わせられて固定されてもよい。

研削砥石２０は、ダイヤモンドやＣＢＮ（Cubic Boron Nitride）等の砥粒がニッケルメッキを含む電鋳ボンドで固定された矩形板状の電鋳砥石である。研削砥石２０は、厚さ２３が１ｍｍ以下であり、厚さ２３が０．５ｍｍ以下であることが好ましい。研削砥石２０は、ホイール基台１０の自由端部１３から突出した高さ（突出量）２４と厚さ２３との比の値であるアスペクト比（高さ２４／厚さ２３）が５以上３５未満である。研削砥石２０は、環状溝１４に嵌め合わせられた側と反対側の端面が、チャックテーブル１１０上の被加工物２００の被研削面２０１と接触して、被加工物２００の被研削面２０１を研削する研削面２５となる。研削砥石２０の研削面２５は、径方向の長さが厚さ２３であり、周方向の長さが長辺方向の長さ２１であり、周方向に細長い形状である。

研削砥石２０に含まれる砥粒は、中心粒径が４μｍ以上３０μｍ以下である。研削砥石２０に含まれる砥粒は、中心粒径を粒度に変換すると、粒度が＃３６０（３６０番）以上＃２５００（２５００番）以下である。砥石の粒度の大きさは、ＪＩＳ規格「Ｒ６００１：研削といし用研磨材の粒度」で規定され、中心粒径が大きくなるに従って番号が小さくなり、中心粒径が小さくなるに従って番号が大きくなるパラメータである。

研削砥石２０は、所定の厚さ２３の大きな板状の電鋳砥石を形成した後、ワイヤー放電等により矩形状に切り出されて複数のセグメント状に形成される。研削砥石２０は、例えば、所定の厚さ２３が０．５ｍｍに形成され、長辺方向の長さ２１が１５ｍｍに、短辺方向の長さ（高さ）が５ｍｍに切り出され、隣接する研削砥石２０の所定の間隔２２を数ｍｍ程度として、１ｍｍの深さの環状溝１４に挿入されて嵌め合わせられて高さ２４を４ｍｍとして、ホイール基台１０の自由端部１３側に固定されて、アスペクト比が８となる。

次に、本明細書は、実施形態に係る研削ホイール１を装着した研削装置１００の動作を図面に基づいて説明する。研削装置１００は、まず、複数のネジ１２４をホイール固定部１２２の装着用孔１２３に挿入してから研削ホイール１の固定用ネジ穴１６に締結することで、研削ホイール１をスピンドル１２０の下端１２１に固定する。研削装置１００は、次に、チャックテーブル１１０の保持面１１１に載置された被加工物２００を、被研削面２０１を研削ホイール１側に向けて吸引保持する。

研削装置１００は、そして、図３に示すように、不図示の回転駆動源によりチャックテーブル１１０を保持面１１１に直交する回転軸１１２回りに回転させることでチャックテーブル１１０上の被加工物２００を回転させる。また、研削装置１００は、スピンドル１２０を回転駆動して研削ホイール１を回転軸２回りに回転させる。研削装置１００は、また、図３に示すように、研削水供給路１５及び研削水供給部１２５により研削砥石２０のそれぞれ内周側及び外周側の各領域と回転軸２方向に対向する被加工物２００の被研削面２０１上の各領域に研削水１２６を供給する。研削装置１００は、このように研削水１２６を供給しながら、スピンドル１２０を回転軸２の方向に沿ってチャックテーブル１１０に近接移動させることで、回転軸２回りに回転する研削ホイール１の研削砥石２０を回転軸１１２回りに回転する被加工物２００の被研削面２０１に対して近接させて接触及び押圧することにより、研削ホイール１の研削砥石２０の研削面２５でチャックテーブル１１０上の被加工物２００の被研削面２０１を研削する。

従来では、研削砥石のセグメントは、研削中に割れないように、厚さが２ｍｍ～４ｍｍ程度に、高さが４ｍｍ～５ｍｍ程度に、アスペクト比が１～２．５程度に設定されていたため、樹脂や金属等の延性材料が延びてバリとなってしまっていた。しかしながら、以上のような構成を有する実施形態に係る研削ホイール１は、厚さ２３が１ｍｍ以下の薄板状の研削砥石２０が周方向に沿って環状に配置されており、ホイール基台１０の自由端部１３側からホイール基台１０の厚み方向に沿って突出するように固定されており、研削砥石２０のアスペクト比が５以上３５未満であるため、厚さ２３が１ｍｍ以下の周方向に細長い形状の研削面２５で樹脂や金属等の延性材料を切るように削り取ることができるので、従来よりも樹脂や金属等の延性材料が延びてバリとなってしまうことを抑制できるという作用効果を奏する。

また、実施形態に係る研削ホイール１は、研削砥石２０が、砥粒がニッケルメッキを含む電鋳ボンドで固定された矩形板状の電鋳砥石であるため、従来の研削砥石のセグメントと比較して研削中に割れにくいので、厚さ２３が１ｍｍ以下や０．５ｍｍ以下と薄くても、アスペクト比が５以上３５未満となる高さ２４まで突出させても、研削砥石２０が割れることなく研削することができる。このため、実施形態に係る研削ホイール１は、アスペクト比を５以上３５未満と高くすることで、研削砥石２０が被加工物２００を研削することにより削れて使用できなくなるまでの寿命を長くすることができる。なお、研削ホイールは、アスペクト比が５未満である場合、寿命が短く、アスペクト比が３５以上である場合、研削砥石が研削中に割れて破損する恐れが生じてしまう。

また、実施形態に係る研削ホイール１は、研削砥石２０の厚さ２３が１ｍｍ以下であるため、砥粒がニッケルメッキを含む電鋳ボンドで固定した矩形板状の電鋳砥石を容易に形成でき、なおかつ、ホイール基台１０の環状溝１４へ容易に挿入できるので、研削ホイール１の製造コスト及び研削コストを低減できる。

また、実施形態に係る研削ホイール１は、研削砥石２０の厚さ２３がさらに薄く０．５ｍｍ以下である場合、周方向に細長い形状の研削面２５の厚さ２３もさらに薄く０．５ｍｍ以下となるため、さらに好適に樹脂や金属等の延性材料を切るように削り取ることができるので、従来よりも樹脂や金属等の延性材料が延びてバリとなってしまうことをさらに抑制できる。また、実施形態に係る研削ホイール１は、研削砥石２０の厚さ２３がさらに薄く０．５ｍｍ以下である場合、砥粒がニッケルメッキを含む電鋳ボンドで固定した矩形板状の電鋳砥石をさらに容易に形成でき、なおかつ、ホイール基台１０の環状溝１４へさらに容易に挿入できるので、研削ホイール１の製造コスト及び研削コストをさらに低減できる。

また、実施形態に係る研削ホイール１は、研削砥石２０が、砥粒がニッケルメッキを含む電鋳ボンドで固定された矩形板状の電鋳砥石であるため、熱伝導性の高いので、研削で発生した熱を素早く放熱することで、樹脂や金属等の延性材料が延びてバリとなってしまったり、延性材料が研削砥石２０に付着して所謂目詰まりを発生させてしまったりすることをさらに抑制できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。たとえば、実施形態では、被加工物２００が自転しながら研削されるインフィード方式の研削例を示したが、回転する研削砥石２０に対して自転しない被加工物２００をスピンドル１２０の回転軸２に対しラジアル方向から進入させて研削砥石２０で研削するクリープフィード方式の研削に本願の研削ホイール１を用いても良い。

１研削ホイール
１０ホイール基台
１２固定端部
１３自由端部
２０研削砥石
２１長辺方向の長さ
２２間隔
２３厚さ
２４高さ
１２０スピンドル
２００被加工物
２０１被研削面

Claims

延性材料を研削する研削ホイールであって、
スピンドルの下端に固定される固定端部と、研削する被加工物に対面する自由端部とを有する環状のホイール基台と、
該自由端部に、長辺が該ホイール基台の周方向に沿って所定の間隔で並ぶ矩形板状の複数の研削砥石と、を備え、
該研削砥石は、砥粒がニッケルメッキで固定された矩形板状の電鋳砥石であり、厚さが１ｍｍ以下で、該自由端部からの高さ／厚さで示される値が５以上３５未満である研削ホイール。
矩形板状の該研削砥石は、厚さが０．５ｍｍ以下である請求項１に記載の研削ホイール。
研削する被加工物は、被研削面に配置された樹脂、または金属を備える請求項１または２に記載の研削ホイール。