(57)【要約】      （修正有）【課題】金属基板に効率よく溝を形成することが可能な溝形成方法を提供する。【解決手段】金属基板１０の上面１２に加工予定ラインに沿って溝１３を形成する金属基板の溝形成方法において、金属基板の上面からレーザー光線を照射して、加工予定ラインに沿ってレーザー加工溝１４を形成するレーザー加工溝形成ステップと、レーザー加工溝形成ステップを実施した後に、レーザー加工溝に沿って該レーザー加工溝よりも幅広の切削ブレード３１で切削して、レーザー加工溝及び該溝内に生成されたデブリ屑１５を完全に除去しつつ加工予定ラインに沿って溝を仕上げる仕上げステップとで溝を形成するようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板の上面に加工予定ラインに沿って溝を形成する金属基板の溝形成方法であって、
金属基板の上面からレーザー光線を照射して、加工予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成ステップと、
該レーザー加工溝形成ステップを実施した後に、該レーザー加工溝に沿って該レーザー加工溝よりも幅広の切削ブレードで切削して、該レーザー加工溝及び該溝内に生成されたデブリ屑を完全に除去しつつ該加工予定ラインに沿って溝を仕上げる仕上げステップと、
から構成されることを特徴とする金属基板の溝形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属基板の溝形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品に使用される各種金属基板、セラミック基板、樹脂基板、ガラス基板、サファイア基板等の被加工物はダイシング装置によって個々のチップに分割され、各種電子機器に広く利用されている。この種のダイシング装置として、回転動作によって切削を行う切削ブレードを備えるものが知られている。切削ブレードは回転可能なスピンドルに装着されており、切削ブレードを所定の切り込み深さまで下降させながら回転させ、切削ブレードの回転軸に対して垂直な切削送り方向に切削ブレードと被加工物を相対的に移動させることにより、被加工物を分割予定ラインに沿って切削する。
【０００３】
肉厚の各種金属基板、セラミック基板、樹脂基板、ガラス基板、サファイア基板等の難切削材に対する切削加工では、一ライン毎の切削において、切削ブレードが支持基板に達する完全切断位置まで一度で切り込みを行おうとすると切削負荷が過大になり、切削ブレードや該切削ブレードを回転可能に支持するスピンドルに損傷が生じるおそれがある。そのため、一ラインの切削において、切削ブレードを漸次下降させて切削溝形成を複数回繰り返し行う切削溝形成工程と、最終的に支持基板まで切り込む完全切断工程とを含む多段階加工により分割を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。このように少量ずつ切削溝を形成していくことで、１回の切削加工における切削負荷を小さくすることができ、難切削材の分割を良好に行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８４３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特に靭性が高く肉厚の大きい金属基板において切削溝を形成する場合や、切削溝の幅が極めて小さく使用可能な切削ブレードの厚み（幅）及び砥粒の大きさが制約される場合には、１回の切削の切り込み量を浅くして低速で多数回切削することで加工を行う必要があり、所望の加工が完了するまでに多大な時間を要していた。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、金属基板に溝を形成する加工のスループットを向上させることができる金属基板の溝形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、金属基板の上面に加工予定ラインに沿って溝を形成する金属基板の溝形成方法であって、金属基板の上面からレーザー光線を照射して、加工予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成ステップと、該レーザー加工溝形成ステップを実施した後に、該レーザー加工溝に沿って該レーザー加工溝よりも幅広の切削ブレードで切削して、該レーザー加工溝及び該溝内に生成されたデブリ屑を完全に除去しつつ該加工予定ラインに沿って溝を仕上げる仕上げステップと、から構成されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の金属基板の溝形成方法によれば、金属基板にレーザー光線を照射してレーザー加工溝を形成することにより、加工予定ラインに沿う領域における金属基板の体積を減少させることができると共に金属基板を変質させて脆化させることができる。そして、レーザー加工溝内に形成された金属変質（デブリ）屑を除去しながらレーザー加工溝に沿って切削ブレードで切削を行うので、切削の負荷が小さく効率的に加工予定ラインに沿って溝を仕上げることができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明の金属基板の溝形成方法によれば、金属基板に溝を形成する加工におけるスループット向上を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態の金属基板の溝形成方法におけるレーザー加工溝形成ステップを示す図である。
【図２】本実施の形態の金属基板の溝形成方法における仕上げステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る金属基板の溝形成方法について説明する。なお、以下の実施の形態はあくまでも一例を示すものであり、以下の内容に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
【００１２】
本実施の形態における加工対象である金属基板１０は、アルミニウムやステンレス鋼等の材質からなっている。金属基板１０の下面には保持テープ１１が貼着されており、保持テープ１１の外縁部分は保持フレーム（図示略）に対して貼着されている。金属基板１０は保持テープ１１を介して保持フレームに支持された状態で搬送され、図１に示すレーザー加工溝形成ステップと、図２に示す仕上げステップを経て、金属基板１０の上面１２側に溝１３（図２）が形成される。溝１３は所定の幅Ｗ１と深さＤ１を有しており、その詳細については後述する。
【００１３】
図１に示すように、まず、レーザー加工溝形成ステップが実施される。レーザー加工溝形成ステップでは、レーザー加工装置に金属基板１０が搬送される。レーザー加工装置の保持テーブル２０上に保持テープ１１を介して金属基板１０が保持され、保持テープ１１の周縁の保持フレームがクランプ部（図示略）により固定される。
【００１４】
レーザー加工装置は、金属基板１０の上面１２の上方に位置するレーザー光照射手段２１を有する。レーザー光照射手段２１は、上面１２に対する垂直方向（図１の上下方向）へ相対移動して金属基板１０に対する集光点の位置を変化させることが可能である。また、保持テーブル２０とレーザー光照射手段２１は、加工予定ラインに沿う加工送り方向（図１の紙面に対して垂直な方向）に相対移動可能であり、且つ加工予定ラインと垂直な割り出し送り方向（図１の左右方向）に相対移動可能である。この切削送り方向や割り出し送り方向の相対移動は、保持テーブル２０（金属基板１０）側とレーザー光照射手段２１側のどちらを移動させるものでもよい。
【００１５】
レーザー光照射手段２１の出射口が、金属基板１０の上面１２上に設定されている加工予定ラインの真上に位置付けられ、レーザー光照射手段２１から金属基板１０に向けてレーザー光線Ｌが照射される。レーザー光線Ｌは、金属基板１０に対して吸収性を有する波長に調整されている。
【００１６】
そして、レーザー光線Ｌの集光点が調整されながら、保持テーブル２０とレーザー光照射手段２１が加工送り方向（図１の紙面に対して垂直な方向）に相対移動することで、金属基板１０にレーザー加工溝１４が形成される。図１に示すように、レーザー加工溝１４は、上面１２側から下方に進むにつれて幅を狭くし、概ねレーザー光線Ｌの集光点を頂点とするＶ字状の断面領域に形成される。レーザー加工溝１４の幅Ｗ２（上面１２に近い最も幅広部分の幅）と深さＤ２はそれぞれ、続く仕上げステップで完成される溝１３（図２）の幅Ｗ１と深さＤ１よりも小さくなるように、レーザー光線Ｌの集光点や照射強度が設定されている。
【００１７】
レーザー加工溝１４の形成に際して、金属基板１０のうち加工予定ラインに沿う部分の一部は変質（脆化）したデブリ屑１５としてレーザー加工溝１４内に残る。なお、レーザー加工溝形成ステップでは、デブリ屑１５としてレーザー加工溝１４に残らずに周囲に飛散したデブリが金属基板１０の上面１２に付着することを防止するために、水溶性の保護膜（不図示）を上面１２上に形成してもよい。
【００１８】
金属基板１０上に複数の加工予定ラインが存在する場合は、１つの加工予定ラインに沿うレーザー加工溝１４の形成が完了したら、次の加工予定ラインの真上にレーザー光照射手段２１の出射口が位置するように保持テーブル２０とレーザー光照射手段２１を割り出し送り方向に相対移動させ、再びレーザー光線Ｌの照射を行って加工予定ラインに沿う新たなレーザー加工溝１４を形成する。
【００１９】
なお、図１では、レーザー加工溝形成ステップで形成されるレーザー加工溝１４を、内面が平滑なＶ溝として模式的に示しているが、実際にはレーザー加工溝１４の内面は不規則な凹凸を有している場合が多い。また、図１に示すレーザー加工溝１４の深さＤ２は、レーザー光線Ｌの集光点を基準としたおおよその値であり、レーザー加工溝１４内に残存するデブリ屑１５を含めると、レーザー加工溝１４の深さも不均一になる場合が多い。そのため、レーザー加工溝形成ステップのみで、図２に示すような断面形状及び内面の精度を有する溝１３を得ることは難しい。
【００２０】
図１に示すレーザー加工溝形成ステップが実施された後に、図２に示す仕上げステップが実施される。仕上げステップでは、レーザー加工溝１４が形成された状態の金属基板１０が切削装置に搬送される。切削装置の保持テーブル３０上に保持テープ１１を介して金属基板１０が保持され、保持テープ１１の周縁の保持フレームがクランプ部（図示略）により固定される。
【００２１】
図２に示すように、切削装置は、保持テーブル３０の上方に回転可能に支持された切削ブレード３１を有している。切削ブレード３１は、切削用の砥粒を結合剤で固めて円環状に成形した刃部を周縁に有しており、スピンドル（図示略）の先端に装着されている。図２に切削ブレード３１としてハッチングを付して表しているのは、切削ブレード３１における刃部の部分である。以下の説明で切削ブレード３１の寸法や特性について言及する場合、この刃部を対象として述べているものとする。切削ブレード３１の厚さ（幅）は、先のレーザー加工溝形成ステップで形成されたレーザー加工溝１４の幅Ｗ２（図１）よりも大きく、溝１３の幅Ｗ１（図２）に対応している。
【００２２】
切削装置のスピンドルを回転駆動させることで、切削ブレード３１が金属基板１０の上面１２に対して垂直な面に沿って回転する。切削ブレード３１は、上面１２に対する垂直方向（図２の上下方向）へ相対移動して金属基板１０に対する切り込み量を精密に変化させることが可能である。また、保持テーブル３０と切削ブレード３１は、加工予定ラインに沿う切削送り方向（図２の紙面に対して垂直な方向）に相対移動可能であり、且つ加工予定ラインと垂直な割り出し送り方向（図２の左右方向）に相対移動可能である。この切削送り方向や割り出し送り方向の相対移動は、保持テーブル３０（金属基板１０）側と切削ブレード３１側のどちらを移動させるものでもよい。
【００２３】
仕上げステップでは、切削ブレード３１が加工予定ラインに対して位置合わせされる。この位置合わせでは、切削ブレード３１の厚さ方向の中心がレーザー加工溝１４の幅Ｗ２（図２）の中央に対応して位置する。そして、切削ブレード３１を所定の切り込み深さまで下降させ、切削ブレード３１を回転駆動しながら保持テーブル３０と切削ブレード３１を切削送り方向（図２の紙面に対して垂直な方向）に相対移動させ、金属基板１０に対する切削加工が行われる。
【００２４】
一つの加工予定ライン上を切削ブレード３１が一度移動したときの切削を１ストロークとした場合、上面１２からの切削ブレード３１の切り込み量を漸次変化させて（徐々に大きくさせて）、複数ストロークの切削加工を行って溝１３を形成する。すなわち、仕上げステップで最初に行う切削ストロークでは、切削ブレード３１の切り込み量は、溝１３の最終的な深さＤ１よりも浅くなるように設定される。そして、各回の切削ストロークでは、金属基板１０のうちレーザー加工溝１４の両側部分を切削ブレード３１の砥粒によって切削すると共に、レーザー加工溝１４内にあるデブリ屑１５も切削ブレード３１によって切削される。切削の進行に伴い、レーザー加工溝１４内に存在するデブリ屑１５と、切削ブレード３１によって新たに切削されたレーザー加工溝１４の両側部分とが、切削屑として溝内から完全に除去されて溝１３が形成されていく。
【００２５】
所定のストローク数の切削を行い、切削ブレード３１の切り込み量が深さＤ１に達した段階で、１ライン分の溝１３の形成が完了する。図２に示す切削ブレード３１の位置は、切削ブレード３１の切り込み量が深さＤ１に達した状態のものである。図２において切削ブレード３１と重なる位置に一点鎖線で仮想的に示したレーザー加工溝１４とデブリ屑１５は、実際には切削による除去済みであり存在していない。別言すれば、図２において、レーザー加工溝１４の外側領域のうち切削ブレード３１と重なる部分と、デブリ屑１５の領域とが、仕上げステップで切削される部分である。金属基板１０上の全ての加工予定ラインに沿って以上の切削による溝１３の形成が完了したら、切削装置から金属基板１０が搬出される。
【００２６】
このように、仕上げステップでは、予め形成したレーザー加工溝１４に沿って切削ブレード３１による切削が行われる。レーザー加工溝１４に沿う領域では、レーザー加工によって金属基板１０の体積が減少している。また、レーザー加工溝１４内に残っているデブリ屑１５はレーザー加工前の金属基板１０から変質して脆くなった状態にあり、切削ブレード３１の切り込み動作に対する負荷が小さく、且つ切削ブレード３１に目詰まりを生じさせにくいため、切削しやすい。
【００２７】
従って、切削ブレード３１における砥粒の大きさやブレードの厚み等の機械的な構成条件が同じであると仮定すると、レーザー加工溝１４を形成せずに（レーザー加工溝形成ステップを経ずに）切削加工のみを行う場合に比べて、本実施の形態の方が、溝１３が完成するまでの切削ストローク数を大幅に少なくすることができる。その結果、効率的に加工予定ラインに沿って溝１３を仕上げることができ、レーザー加工溝形成ステップに要する時間を含めたとしても、溝形成加工のスループットを向上させることができる。また、１ラインの溝１３を形成するために切削ブレード３１にかかる負荷が軽減されるため、切削ブレード３１の耐久性が向上するという利点もある。
【００２８】
以上の本実施の形態に係る金属基板の溝形成方法は、形成される溝の幅が極めて小さい場合に特に有効である。形成する溝幅が狭いと、それに応じて切削ブレードの厚さ（幅）も小さくなる。切削ブレードが極めて薄くなると、金属加工に用いられる砥粒の中で粒径が最小レベルのものを用いた場合でも、切削ブレードの厚さ内に収まる砥粒の数がごく僅かになる。すると、切削ブレードの切削力と強度が著しく制約されるため、切削加工時の１ストロークで切り込める量や切削加工の進行速度が制限される。
【００２９】
一例として、縦横寸法が１００ｍｍと１００ｍｍで厚さが２ｍｍのアルミニウム製の基板を被加工物（図示の金属基板１０）として、幅Ｗ１（図２）が２０μｍ、深さＤ１（図２）が２００μｍの溝１３を４ライン形成した結果を以下に示す。
【００３０】
図２の仕上げ加工ステップで用いる切削ブレード３１は、刃部の厚さが１５μｍであり、粒径が４μｍから６μｍの砥粒をニッケルボンドで結合させて構成される。このような極薄で砥粒径が極小の切削ブレード３１は、通常はシリコン基板などの脆性材料の切削に使用される。そのため、一般的な金属加工で用いられる切削ブレード（厚さ３００μｍ程度で砥粒の粒径が３０μｍから４０μｍ程度）に比して切削力が低く、且つ切削の際に目詰まりを生じやすい。
【００３１】
図１のレーザー加工溝形成ステップを行わずに、金属基板１０の平滑な上面１２から直接に切削ブレード３１による切削加工を行った場合、上記スペックの切削ブレード３１では、損傷を生じない範囲で設定可能な１ストローク目の切削ブレード３１の切り込み量が５μｍ、各ストロークの切削ブレード３１の単位時間あたりの切削送り量が０．５ｍｍ／ｓ（秒）となった。そして、１ラインの溝１３が完成するまでに、切削送り方向への切削ブレード３１の移動が総計で４０ストロークであった。切削ブレード３１による１ストロークの切削加工にかかる時間が２２０秒であり、４０ストロークの切削には８８００秒、すなわち１４６分４０秒を要した。
【００３２】
これに対して、図１のレーザー加工溝ステップでレーザー加工溝１４（幅Ｗ２が１２μｍ、深さＤ２が１５０μｍ）を形成してから、上記スペックの切削ブレード３１による切削加工を行った本実施の形態の溝形成方法では、１ストローク目の切削ブレード３１の切り込み量が５μｍ、各ストロークの切削ブレード３１の単位時間あたりの切削送り量が２ｍｍ／ｓ（秒）で、総計４０ストロークで１ラインの溝１３が完成した。切削ブレード３１による１ストロークの切削加工にかかる時間が５５秒であり、４０ストロークの切削が２２００秒、すなわち３６分４０秒で完了した。また、レーザー加工溝形成ステップにおける単位時間あたりの加工送り量は７０ｍｍ／ｓ（秒）であり、レーザー加工溝ステップに要する時間は切削加工の時間に比して非常に短くて済む。
【００３３】
このように、本実施の形態の溝形成方法では、レーザー加工溝形成ステップを行わずに切削加工を行った場合に比して、１ラインあたりの加工時間を顕著に短縮させることができる。その結果、４ラインの溝１３を形成する加工における大幅なスループット向上が実現される。
【００３４】
以上の比較から分かる通り、本実施の形態に係る金属基板の溝形成方法によると、切削工程において著しい加工効率の向上（切削時間の短縮）を実現できた。この切削効率の向上は、その前に行うレーザー加工溝形成ステップに要する時間を差し引いても、所定数の溝１３を形成するための時間を大幅に短縮させるものである。また、１つの切削装置で長い加工時間を専有するよりも、レーザー加工装置と切削装置に分けてそれぞれが比較的短い加工時間の作業を同時進行させる方が、多くの枚数の金属基板を加工する場合の総スループットの向上に有利である。
【００３５】
なお、図１に示すレーザー加工溝形成ステップでは、レーザー光線Ｌの出力は、金属基板１０に対してレーザー加工溝１４を形成するだけでなく、レーザー加工溝１４の周辺部分を改質（脆化）するような強さに調整してもよい。すなわち、レーザー光線Ｌの出力はレーザー加工溝１４を形成するために最低限必要な出力よりも強く設定してもよい。これにより、レーザー加工溝１４の周辺での金属基板１０の被切削性が向上し、仕上げステップでの切削ブレード３１による切削加工の効率をさらに高めることができる。
【００３６】
本実施の形態では、金属基板１０に溝１３を形成する加工段階までを示したが、これに続いて、金属基板１０を溝１３以外の分割ラインに沿って複数枚に分割する等の加工を行ってもよい。金属基板１０を単純に切削加工で完全に分割する場合には、細幅の溝１３を形成するための切削ブレード３１よりも切削力及び強度が高いタイプの切削ブレードを用いることが可能である。なお、レーザー加工溝形成ステップ（図１）において、溝１３に対応した加工予定ラインに沿うレーザー加工溝１４とは別に、分割加工ラインに沿うレーザー加工溝を形成して、金属基板１０を分割する際の加工性（被切削性）を向上させることも可能である。
【００３７】
本実施の形態では、金属基板１０の材質としてアルミニウムとステンレス鋼を例示したが、これ以外の材質からなる金属基板の溝形成にも本発明を適用することが可能である。
【００３８】
本実施の形態では、図２に示す切削ブレード３１の外周端が、溝１３の溝幅方向にストレートに延びる形状になっているが、切削ブレード３１の外周端の形状を変更することも可能である。これに伴い、溝１３の底面形状を図２に示すものと異ならせることができる。
【００３９】
また、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。
【００４０】
また、本発明の実施の形態は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上説明したように、本発明の溝形成方法は、金属基板に加工予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成ステップと、レーザー加工溝に沿って該レーザー加工溝よりも幅広の切削ブレードで切削して、デブリ屑を除去しつつ加工予定ラインに沿って溝を仕上げる仕上げステップとを有することにより、金属基板に対する加工性及び溝を有する金属製品の生産性向上に寄与することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０    金属基板
１１    保持テープ
１２    上面
１３    溝
１４    レーザー加工溝
１５    デブリ屑
２０    保持テーブル
２１    レーザー光照射手段
３０    保持テーブル
３１    切削ブレード
Ｌ      レーザー光線
【図１】
2018176399.tif 000003
【図２】
2018176399.tif 000004