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JP3128508B2 - 超音波振動カッター - Google Patents

超音波振動カッター

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JP3128508B2
JP3128508B2 JP08091533A JP9153396A JP3128508B2 JP 3128508 B2 JP3128508 B2 JP 3128508B2 JP 08091533 A JP08091533 A JP 08091533A JP 9153396 A JP9153396 A JP 9153396A JP 3128508 B2 JP3128508 B2 JP 3128508B2
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cutter
vibration
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Ultex Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、超音波振動でワ
ークを切断するカッターに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造のウエハーから半導体素子と
しての半導体チップを切断したり、金属箔を切断した
り、プリント配線基板を切断したり、合成樹脂基板を切
断する工具として、ダイシングブレード、ダイヤモンド
カッター、のこ刃等ようなカッターを所定周波数の超音
波振動に共振する共振器に一体に設けた超音波振動カッ
ターが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の超音波
振動カッターは、カッターを共振器に一体に設けたこと
から、カッターのみを交換することができず、不経済で
あることを否めなかった。
【０００４】そこで、この発明はカッターの交換を可能
として、経済的に有利な超音波振動カッターを提供しよ
うとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、所定
周波数の超音波振動に共振する共振器に設けたカッター
でワークを切断するようにした超音波振動カッターにお
いて、共振器が小径部と大径部と雄ねじ部と小径部とを
軸方向一端より他端側に一列状に配列した単一体に形成
され、小径部のうちの少なくとも１つの小径部が端面中
央部に共振器と同軸状に取付けられる相手側部材を結合
するためのねじ結合手段を有し、雄ねじ部が共振器の軸
方向振動の最小振動振幅点を含む位置に配置されている
と共に大径部の直径より小さいが小径部の直径よりも大
きな直径を有し、カッターが雄ねじ部に接触嵌合する中
心貫通孔部と大径部よりも大きな直径の外周部に沿う環
状の切断刃を持つ円盤状であり、カッターを共振器に着
脱自在に取付けるためのナットが大径部と同一の外形を
有し、カッターの中心貫通孔が雄ねじ部に嵌合され、カ
ッターが雄ねじ部に締結されたナットと大径部とで挟み
付けられた状態において、大径部とカッターとナットと
雄ねじ部とが共振器の軸方向の最小振動振幅点で軸方向
と直交する径方向に変換された振動モードとなるように
したことを特徴としている。この請求項１の構成によれ
ば、カッターを共振器の最小振動振幅点に対応させてナ
ットで着脱自在に装着したことにより、雄ねじ部に対す
るナットの締結を解除して、カッターを容易に交換する
ことができる。又、ナットと大径部と雄ねじ部とカッタ
ーとが共振器よりカッターに伝達される超音波振動の振
動方向を共振器の軸方向よりカッターの径方向に変換し
て、カッターの切断刃が径方向に振動されることによ
り、ウエハーから半導体素子としての半導体チップを切
断したり、金属箔を切断したり、プリント配線基板を切
断したり、合成樹脂基板を切断することができる。請求
項２の発明は、所定周波数の超音波振動に共振する共振
器に設けたカッターでワークを切断するようにした超音
波振動カッターにおいて、共振器が小径部と雄ねじ部と
大径部と雄ねじ部と小径部とを軸方向一端より他端側に
一列状に配列した単一体に形成され、小径部のうちの少
なくとも１つの小径部が端面中央部に共振器と同軸状に
取付けられる相手側部材を結合するためのねじ結合手段
を有 し、大径部が共振器の軸方向振動の最小振動振幅点
を含む位置に配置され、雄ねじ部が大径部の直径より小
さいが小径部の直径よりも大きな直径を有し、複数のカ
ッターが雄ねじ部に接触嵌合する中心貫通孔部と大径部
よりも大きな直径の外周部に沿う環状の切断刃を持つ円
盤状であり、複数のカッターを共振器に着脱自在に取付
けるための複数のナットが大径部と同一の外形を有し、
複数のカッターの中心貫通孔が雄ねじ部にそれぞれ嵌合
され、複数のカッターが雄ねじ部のぞれぞれに締結され
た複数のナットと大径部とで挟み付けられた状態におい
て、複数のカッターが大径部より共振器の軸方向振動の
最小振動振幅点に関して等距離に配置され、大径部と複
数のカッターと複数のナットと複数の雄ねじ部とが共振
器の軸方向の最小振動振幅点で軸方向と直交する径方向
に変換された振動モードとなるようにしたことを特徴と
している。この請求項２の構成によれば、同一形状の複
数のカッターを共振器の最小振動振幅点より等距離に振
り分けてナットで装着したことにより、雄ねじ部に対す
るナットの締結を解除して、複数のカッターを容易に交
換することができる。又、ナットと大径部と雄ねじ部と
複数のカッターとが共振器よりカッターに伝達される超
音波振動の振動方向を共振器の軸方向よりカッターの径
方向に変換して、複数のカッターの切断刃が径方向に振
動されることにより、ウエハーから半導体素子としての
半導体チップを所定幅で切断したり、金属箔を所定幅で
切断したり、プリント配線基板を所定幅で切断したり、
合成樹脂基板を所定幅で切断することができる。請求項
３の発明は、請求項２に記載のカッターの一方がカッタ
ーと略同一の質量を有するダミーカッターに代替された
ことを特徴としている。この請求項３の構成によれば、
共振器が複数のカッターを備えたような形態でありなが
ら振動振幅のバランスを良くして共振器が１つのカッタ
ーを備えた形態である請求項１の発明と同様の切断を行
うことができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１は第１実施形態を示し、１個
の共振器１に１個のカッターであるダイヤモンドカッタ
ー２を１個のナット３で取り付けている。共振器１はダ
イヤモンドカッター２よりも小径な外形を有する大径部
１ａ、大径部１ａの一端に同軸状に突設された小径部１
ｂ、大径部１ａの他端に同軸状に突設されてダイヤモン
ドカッター２の貫通孔２ａに内接嵌合する雄ねじ部１
ｃ、雄ねじ部１ｃの端部に同軸状に突設された小径部１
ｄ、小径部１ｂ，１ｄの端面の中心に形成されたねじ孔
１ｅ，１ｆを有している。ダイヤモンドカッター２はそ
の中心に貫通孔２ａを有する市販品を用いている。ナッ
ト３は共振器１の雄ねじ部１ｃに嵌合する雌ねじ部３ａ
を有している。
【０００７】この実施形態では、共振器１の雄ねじ部１
ｃにダイヤモンドカッター２の貫通孔２ａをはめ込み、
当該貫通孔２ａより突出する雄ねじ部１ｃにナット３を
締結すると共に共振器１の小径部１ｂ，１ｄの外周面に
形成されたいずれか一方の図外の工具用孔に締結工具を
はめ込んで、ナット３を締まり方向に回転操作して強固
に締結することにより、１個のダイヤモンドカッター２
が共振器１の大径部１ａに密接してナット３とで同軸状
に挟み付けられ、ダイヤモンドカッター２のダイヤモン
ドの粉末が付着された切断刃である外周部が共振器１よ
りも外側に突出した状態に組み立てられる。この組み立
てられた超音波振動カッターにおいて、共振器１の一方
の小径部１ｂには、図外の超音波発生器から供給された
電力により所定周波数の縦波の超音波振動を発生して出
力する電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電
素子又は磁歪素子等からなる電気音響変換器又は電気振
動変換器である振動子の出力端を、当該共振器１のねじ
孔１ｅと、振動子の出力端に形成された図外のねじ孔
と、これらのねじ孔に締結される図外の無頭ねじとで同
軸状に結合する。この共振器１はＳＫＤ１１等のような
超鋼から棒状に形成された後に真空雰囲気中で焼き入れ
されているか、又は焼結金属から棒状に形成されてい
て、前記結合された図外の振動子から伝達された超音波
振動をダイヤモンドカッター２に作用する超音波ホーン
そのものになっていると共に、当該振動子から見て、共
振器１がダイヤモンドカッター２を挟み付けたように結
合された状態において、図１のｃ図に示すように、最大
振動振幅点ｆ１から最大振動振幅点ｆ３までの１／２波
長の長さを有し、最小振動振幅点ｆ２が共振器１に組付
けられたダイヤモンドカッター２の厚さの１／２に位置
している。
【０００８】この実施形態の構造によれば、共振器１に
ダイヤモンドカッター２をナット３で挟み付けているの
で、共振器１に形成された図外の前記工具用孔に締結工
具をはめ込んで、ナット３を緩む方向に回転操作するこ
とにより、ダイヤモンドカッター２を容易に交換でき
て、経済的に有利である。
【０００９】また、組み立てられた超音波振動カッター
の一端に図外の振動子を結合し、これらの結合体を図外
のモーターで回転駆動するか又はホルダーの横移動で従
動回転するように超音波振動切断装置のホルダー部に片
持ち支持状態に取り付けるか又は両端支持状態に取り付
けて、振動子への電力供給で、共振器１を縦波の超音波
振動で共振させると、図１のｃ図に示すように、共振器
１では最小振動振幅点ｆ２を中心に仮想線Ｌ１，Ｌ２で
示す互いに直交して共振する振動が交互に発生し、共振
器１の最大振動振幅点ｆ１，ｆ３の部分が図１のｃ図に
矢印Ｘ１で示す方向に振動し、最小振動振幅点ｆ２に位
置するダイヤモンドカッター２の切断刃の部分が矢印Ｘ
１と直交する図１のｃ図に矢印Ｙ１で示す方向に振動す
る。このダイヤモンドカッター２の外周部を前記回転駆
動又は従動回転に応じてウエハー、金属箔、プリント配
線基板、合成樹脂基板等のワークの被切断箇所に接触す
ることにより、ウエハーから半導体素子としての半導体
チップを切断したり、金属箔を切断したり、プリント配
線基板を切断したり、合成樹脂基板を切断することがで
きる。
【００１０】図２は第２実施形態を示し、１個の共振器
１０に２個の同一形状のカッターであるダイヤモンドカ
ッター１１，１２を互いに所定間隔を有するように２個
のナット１３，１４で取り付けている。共振器１０はダ
イヤモンドカッター１１，１２よりも小径な外形を有す
る大径部１０ａ、大径部１０ａの両端に同軸状に突設さ
れてダイヤモンドカッター１１，１２の貫通孔１１ａ，
１２ａに内接嵌合する雄ねじ部１０ｂ，１０ｃ、雄ねじ
部１０ｂ，１０ｃの両端に同軸状に突設された小径部１
０ｄ，１０ｅ、小径部１０ｄ，１０ｅの両端面の中心に
形成されたねじ孔１０ｆ，１０ｇを有している。ダイヤ
モンドカッター１１，１２はその中心に貫通孔１１ａ，
１２ａを有する市販品を用いている。ナット１３，１４
は共振器１０の両側の雄ねじ部１０ｂ，１０ｃに嵌合す
る雌ねじ部１３ａ，１４ａを有している。
【００１１】この実施形態では、共振器１０の一方の雄
ねじ部１０ｂに一方のダイヤモンドカッター１１の貫通
孔１１ａをはめ込み、当該貫通孔１１ａより突出する一
方の雄ねじ部１０ｂに一方のナット１３を締結すると共
に共振器１０の一方の小径部１０ｄの外周面に形成され
た図外の工具用孔に締結工具をはめ込んで、ナット１３
を締まり方向に回転操作して強固に締結する一方、共振
器１０の他方の雄ねじ部１０ｃに他方のダイヤモンドカ
ッター１２の貫通孔１２ａをはめ込み、当該貫通孔１２
ａより突出する他方の雄ねじ部１０ｃに他方のナット１
４を締結すると共に共振器１０の小径部１０ｅの外周面
に形成された図外の工具用孔に締結工具をはめ込んで、
ナット１４を締まり方向に回転操作して強固に締結する
ことにより、２個のダイヤモンドカッター１１，１２が
共振器１０の大径部１０ａに密接して当該大径部１０ａ
の厚さである所定間隔を有するように同軸状に挟み付け
られ、ダイヤモンドカッター１１，１２のダイヤモンド
の粉末が付着された切断刃である外周部が共振器１０よ
りも外側に突出した状態に組み立てられる。この組み立
てられた超音波振動カッターにおいて、共振器１０の一
方の小径部１０ｄには、図外の超音波発生器から供給さ
れた電力により所定周波数の縦波の超音波振動を発生し
て出力する電気エネルギーを機械エネルギーに変換する
圧電素子又は磁歪素子等からなる電気音響変換器又は電
気振動変換器である振動子の出力端を、当該共振器１０
のねじ孔１０ｆと、振動子の出力端に形成された図外の
ねじ孔と、これらのねじ孔に締結される図外の無頭ねじ
とで同軸状に結合する。この共振器１０はＳＫＤ１１等
のような超鋼から棒状に形成された後に真空雰囲気中で
焼き入れされているか、又は焼結金属から棒状に形成さ
れていて、前記結合された図外の振動子から伝達された
超音波振動をダイヤモンドカッター１１，１２に作用す
る超音波ホーンそのものになっていると共に、当該振動
子から見て、共振器１０がダイヤモンドカッター１１，
１２を挟み付けたように結合された状態において、図２
のｃ図に示すように、共振器１０では最小振動振幅点ｆ
１２を中心に仮想線Ｌ１１，Ｌ１２で示す互いに直交し
て共振する振動が交互に発生し、最大振動振幅点ｆ１１
から最大振動振幅点ｆ１３までの１／２波長の長さを有
し、最小振動振幅点ｆ１２が共振器１０の大径部１０ａ
の厚さの１／２に位置し、２個のダイヤモンドカッター
１１，１２が最小振動振幅点ｆ２の左右に等距離に振り
分けられて配置されている。
【００１２】この実施形態の構造によれば、共振器１０
に２個のダイヤモンドカッター１１，１２を２個のナッ
ト１３，１４で挟み付けているので、共振器１０の小径
部１０ｄ，１０ｅの外周面に形成された図外の工具用孔
の一方又は両方に締結工具をはめ込んで、ナット１３，
１４を緩み方向に回転操作することにより、ダイヤモン
ドカッター１１，１２を容易に交換できて、経済的に有
利である。
【００１３】また、組み立てられた超音波振動カッター
の一端に図外の振動子を結合し、これらの結合体を図外
のモーターで回転駆動するか又はホルダーの横移動で従
動回転するように超音波振動切断装置のホルダー部に片
持ち支持状態に取り付けるか又は両端支持状態に取り付
けて、振動子への電力供給で、共振器１０を縦波の超音
波振動で共振させると、図２のｃ図に示すように、共振
器１０の最大振動振幅点ｆ１１，ｆ１３の部分が図２の
ｃ図に矢印Ｘ２で示す方向に振動し、最小振動振幅点ｆ
２の近傍に位置するダイヤモンドカッター１１，１２の
切断刃の部分が矢印Ｘ２と直交する図２のｃ図に矢印Ｙ
２で示す方向に振動する。このダイヤモンドカッター１
１，１２の外周部を前記回転駆動又は従動回転に応じて
ウエハー、金属箔、プリント配線基板、合成樹脂基板等
のワークの被切断箇所に接触することにより、ウエハー
から半導体素子としての半導体チップを所定幅で切断し
たり、金属箔を所定幅で切断したり、プリント配線基板
を所定幅で切断したり、合成樹脂基板を所定幅で切断す
ることができる。
【００１４】前記第２実施形態において、例えば一方の
カッター１１を用い、所定幅以外の第１実施形態のよう
な切断を行うことも可能である。この場合、ワークの材
質が合成樹脂のように柔らかくて振動振幅が小さくて済
む際には他方のカッター１２を取り外してナット１４を
装着した状態で切断することもできるが、ワークの材質
がウエハーや金属箔等のように堅くて振動振幅を大きく
する際は他方のカッター１２に代えてそれと略同一の質
量を有する図外のダミーカッターを用いて振動振幅のバ
ランスを良くする必要がある。このダミーカッターの直
径は切断に用いるカッター１１よりも小寸法とし、カッ
ター１１がワークに接触して切断する際に、ダミーカッ
ターがワークに未接触とすれば、切断作業も適正に行え
る。
【００１５】また、第１・第２実施形態において、振動
振幅が大きい場合、ナット３，１３，１４の径方向の厚
さ、つまり雌ねじ部３ａ，１３ａ，１４ａと外周面との
間の厚さはなるべく薄く形成した方が振動エネルギーの
損失を低減できる。この場合、ナット３，１３，１４の
外径は共振器１，１０の大径部１ａ，１０ａの外径と略
同一寸法とし、共振器１，１０の雄ねじ部１ｃ，１０
ｂ，１０ｃの外径とナット３，１３，１４の雌ねじ部３
ａ，１３ａ，１４ａの内径とを大寸法として、ナット
３，１３，１４の径方向の厚さを薄くすれば、振動振幅
のバランスが良くなる。
【００１６】また、第１・第２実施形態ではナット３，
１３，１４の締まり方向を切断作業時にカッター２，１
１，１２の回転方向に対して締まる方向に設定すれば、
切断作業時にナット３，１３，１４が緩まないようにで
きる。
【００１７】また、図１〜２において、ダイヤモンドカ
ッター２，１１，１２の切断刃は矩形断面に簡略化して
図示してあるが、実際には楔形断面に形成されているの
が一般的である。
【００１８】また、カッターとしてダイヤモンドカッタ
ー２，１１，１２以外のダイシングブレードやのこ刃等
をワークの材質により使い分けても各実施形態と同様の
作用効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態を示し、ａ図は外観斜視図、ｂ
図は分解断面図、ｃ図は振動波形との関係を示す波形
図。
【図２】 第２実施形態を示し、ａ図は外観斜視図、ｂ
図は分解断面図、ｃ図は振動波形との関係を示す波形
図。
【符号の説明】
１，１０ 共振器、１ｃ，１０ｂ，１０ｃ 雄ねじ部、
２，１１，１２ ダイヤモンドカッター（カッター）、
３，１３，１４ ナット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−139647（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−1587（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−266297（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−132493（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−127968（ＪＰ，Ａ) 特表 平11−514935（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B26F 3/00 B24B 27/06,41/04,1/04 B28D 5/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定周波数の超音波振動に共振する共振
    器に設けたカッターでワークを切断するようにした超音
    波振動カッターにおいて、共振器が小径部と大径部と雄
    ねじ部と小径部とを軸方向一端より他端側に一列状に配
    列した単一体に形成され、小径部のうちの少なくとも１
    つの小径部が端面中央部に共振器と同軸状に取付けられ
    る相手側部材を結合するためのねじ結合手段を有し、雄
    ねじ部が共振器の軸方向振動の最小振動振幅点を含む位
    置に配置されていると共に大径部の直径より小さいが小
    径部の直径よりも大きな直径を有し、カッターが雄ねじ
    部に接触嵌合する中心貫通孔部と大径部よりも大きな直
    径の外周部に沿う環状の切断刃を持つ円盤状であり、カ
    ッターを共振器に着脱自在に取付けるためのナットが大
    径部と同一の外形を有し、カッターの中心貫通孔が雄ね
    じ部に嵌合され、カッターが雄ねじ部に締結されたナッ
    トと大径部とで挟み付けられた状態において、大径部と
    カッターとナットと雄ねじ部とが共振器の軸方向の最小
    振動振幅点で軸方向と直交する径方向に変換された振動
    モードとなるようにしたことを特徴とする超音波振動カ
    ッター。
  2. 【請求項２】 所定周波数の超音波振動に共振する共振
    器に設けたカッターでワークを切断するようにした超音
    波振動カッターにおいて、共振器が小径部と雄ねじ部と
    大径部と雄ねじ部と小径部とを軸方向一端より他端側に
    一列状に配列した単一体に形成され、小径部のうちの少
    なくとも１つの小径部が端面中央部に共振器と同軸状に
    取付けられる相手側部材を結合するためのねじ結合手段
    を有し、大径部が共振器の軸方向振動の最小振動振幅点
    を含む位置に配置され、雄ねじ部が大径部の直径より小
    さいが小径部の直径よりも大きな直径を有し、複数のカ
    ッターが雄ねじ部に接触嵌合する中心貫通孔部と大径部
    よりも大きな直径の外周部に沿う環状の切断刃を持つ円
    盤状であり、複数のカッターを共振器に着脱自在に取付
    けるための複数のナットが大径部と同一の外形を有し、
    複数のカッターの中心貫通孔が雄ねじ部にそれぞれ嵌合
    され、複数のカッターが雄ねじ部のぞれぞれに締結され
    た複数のナットと大径部とで挟み付けられた状態におい
    て、複数のカッターが大径部より共振器の軸方向振動の
    最小振動振幅点に関して等距離に配置され、大径部と複
    数のカッターと複数のナットと複数の雄ねじ部とが共振
    器の 軸方向の最小振動振幅点で軸方向と直交する径方向
    に変換された振動モードとなるようにしたことを特徴と
    する超音波振動カッター。
  3. 【請求項３】 カッターの一方がカッターと略同一の質
    量を有するダミーカッターに代替されたことを特徴とす
    る請求項２記載の超音波振動カッター。
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