(57)【要約】【課題】超音波振動が共振器から刃体に好適に伝達されるように、刃体が共振器に適切に取り付けられるようにする。【解決手段】ダイヤモンドブレード８が振動変換部４に嵌め込まれる場合、半田１２がダイヤモンドブレード８と共振器側取付部５との間に挟み込まれた後、ダイヤモンドブレード８と共振器側取付部５とが半田１２を介在しつつ離れないように支持された状態において、ヒータで熱を半田１２に付与し、半田１２が付与された熱で溶融したら、当該半田１２への熱の供給を止めることによって、半田１２が冷却して固化する過程において、ダイヤモンドブレード８の金属層１１と共振器側取付部５とが互いに半田１２で固定されているので、超音波振動が共振器から刃体に好適に伝達され、刃体が共振器に損傷を受けることなく適切に取り付けられる。【選択図】図１
2008044043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動に共振する金属製の共振器と、共振器から伝達された超音波振動でワークを切断するためのダイヤモンドブレードとを備え、ダイヤモンドブレードが共振器のダイヤモンドブレードを取り付けるための共振器側取付部に半田で固定されたことを特徴とする超音波振動切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動が共振器からダイヤモンドブレードに好適に伝達されるように、ダイヤモンドブレードが共振器に適切に取り付けられる超音波振動切断工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波振動切断工具には、超音波振動でワークを切断するためのダイヤモンドブレードが超音波振動に共振する金属製の共振器にねじで取り付けられたもの（特許文献１参照）、または、超音波振動でワークを切断するためのダイヤモンドブレードが超音波振動に共振する金属製の共振器に電解メッキ法で成長されたもの（特許文献２乃至特許文献４参照）が知られている。しかしながら、前者は、ねじが高トルクで締め付けられることによって、超音波振動が共振器からダイヤモンドブレードに好適に伝達される構造であるため、ダイヤモンドブレードが割れや変形などの被害を受けることがあるという欠点がある。後者は、ダイヤモンドブレードが共振器の突起を種として電解メッキ法で成長された後、突起の外縁部または全部を除去する構造であるため、ダイヤモンドブレードにおける突起の除去で露出された部分の厚さが一様にならないことがあるという欠点がある。また、超音波振動を使用しない切断工具には、工具台座にダイヤモンドブレードを合成樹脂製の接合剤で固定した構造も知られているが、共振器とダイヤモンドブレードを合成樹脂製接合剤で固定した場合、超音波振動が合成樹脂製接合剤で吸収されて共振器からダイヤモンドブレードに好適に伝達されないので、にわかに採用しがたいのである。
【特許文献１】特許第３１２８５０８号公報
【特許文献２】特許第３４６９５１６号公報
【特許文献３】特許第３７７２１６２号公報
【特許文献４】特開２００３−２８５２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
発明が解決しようとする問題点は、超音波振動が共振器からダイヤモンドブレードに好適に伝達されるように、ダイヤモンドブレードが共振器に適切に取り付けられないという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る超音波振動切断工具は、超音波振動に共振する金属製の共振器と、共振器から伝達された超音波振動でワークを切断するためのダイヤモンドブレードとを備え、ダイヤモンドブレードが共振器のダイヤモンドブレードを取り付けるための共振器側取付部に半田で固定されたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明に係る超音波振動切断工具は、ダイヤモンドブレードが共振器の共振器側取付部に半田で固定されたことによって、ダイヤモンドブレードが共振器に取り付けられる場合に割れや変形などの被害を受けることがなく、ダイヤモンドブレードには共振器と別に形成された厚さの一様の物を使用することができ、金属接合剤が超音波振動を吸収することもないので、超音波振動が共振器からダイヤモンドブレードに好適に伝達されるという利点がある。金属接合剤が半田により構成されれば、ダイヤモンドブレードの交換が容易に行えるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１乃至図３は、発明を実施するための最良の形態である。図１のａ図は、回転切断タイプの超音波振動切断工具１の外観を示す。図１のｂ図は、共振器２とダイヤモンドブレード８と半田１２とを分解しかつ超音波振動の伝達方向Ｘ１に切断した断面を示す。図２は、超音波振動切断工具１とブースタ１４と振動子１６との結合された構造を示す。図３は回転式の超音波振動切断装置２０を示す。
【０００７】
図１において、２は共振器、３は共振本体部、４は振動変換部、５は共振器側取付部、６は工具嵌合部、７はねじ孔、８はダイヤモンドブレード、９は装着孔、１０はダイヤモンド粒子、１１は金属層、１２は半田、１３は貫通孔を示す。
【０００８】
図１のａ図に示すように、超音波振動切断工具１は、ダイヤモンドブレード８における装着孔９の周りが共振器２の共振器側取付部５に金属接合剤である半田１２で固定されたことによって、ダイヤモンドブレード８が共振器２に取り付けられた構造である。よって、ダイヤモンドブレード８が共振器２に取り付けられる場合に割れや変形などの被害を受けることがなく、ダイヤモンドブレード８には共振器２と別に形成された厚さの一様の物を使用することができ、半田１２が超音波振動を吸収することもないので、超音波振動が共振器２からダイヤモンドブレード８に好適に伝達されるという利点があるうえ、ダイヤモンドブレード８の交換が容易に行えるという利点がある。ダイヤモンドブレード８には、市販の物を用いてもよい。
【０００９】
図１のｂ図に示すように、共振器２は、音響特性の良いアルミニウムなどの金属からなる超音波ホーンを構成し、共振本体部３、振動変換部４、共振器側取付部５、工具嵌合部６、ねじ孔７を備える。共振本体部３は、一端より入力される超音波振動に共振する１／２波長の長さを有する。共振本体部３の両端には超音波振動の伝達方向Ｘ１に振動する瞬間的な変位（振動振幅）を示す振動波形Ｗ１の最大振動振幅点ｆ１；ｆ３が存在し、共振本体部３の中央には振動波形Ｗ１の最小振動振幅点ｆ２が存在する。
【００１０】
振動変換部４は、振動波形Ｗ１の最小振動振幅点ｆ２の位置で共振本体部３の外周面から超音波振動の伝達方向Ｘ１に直交する直交方向Ｙに共振本体部３と同軸状に突出する環状であって、共振本体部３より大きな直径と最小振動振幅点ｆ２を中心として超音波振動の伝達方向Ｘ１の両側に等分に振分けられた幅とを有し、超音波振動の伝達方向Ｘ１を軸方向から直交方向Ｙである径方向に変換する。伝達方向Ｘ１は、共振器２の中心線Ｌの延びる方向と同じである。直交方向Ｙに変換された超音波振動の瞬間的な変位（振動振幅）は振動波形Ｗ２である。振動波形Ｗ２における最大振動振幅点ｆ４；ｆ５は振動変換部４の外周部側に存在する。共振器側取付部５は、振動変換部４の外周面より直交方向の外側に共振本体部３と同軸状に突出した環状である。工具嵌合部６は、共振本体部３の外周面に振動変換部４と干渉しない位置に設けられる。ねじ孔７は、無頭ねじを結合するために、共振本体部３の両端面の中心より内側に形成される。
【００１１】
ダイヤモンドブレード８は、ダイヤモンド電解メッキ法によって多数のダイヤモンド粒子１０をニッケルからなる金属層１１で結合した構造であって、共振器２における共振器側取付部５の直径よりも大きな外径を有する。装着孔９は、振動変換部４に嵌め込まれるように、伝達方向Ｘ１に貫通する孔として、ダイヤモンドブレード８の中央部に設けられる。
【００１２】
半田１２は、固い固体または柔らかな糊状である。半田１２が固体の場合、装着孔９と同径の内径、共振器側取付部５と同径の外径を有する。半田１２が糊状の場合、共振器側取付部５におけるダイヤモンドブレード８の側の面、または、ダイヤモンドブレード８における共振器側取付部５の側の面に塗布される。貫通孔１３は、振動変換部４に嵌め込まれるように、伝達方向Ｘ１に貫通する孔として、固体として構成された半田１２の中央部に設けられる。
【００１３】
そして、ダイヤモンドブレード８が振動変換部４に嵌め込まれる場合、半田１２がダイヤモンドブレード８と共振器側取付部５との間に挟み込まれた後、ダイヤモンドブレード８と共振器側取付部５とが半田１２を介在しつつ離れないように支持された状態において、図外のヒータで熱を半田１２に付与し、半田１２が付与された熱で溶融したら、当該半田１２への熱の供給を止める。これによって、半田１２が冷却して固化する過程において、ダイヤモンドブレード８の金属層１１と共振器側取付部５とが互いに半田１２で固定される。つまり、共振器側取付部５とダイヤモンドブレード８とが互いに半田１２で固定され、ダイヤモンドブレード８が共振器２に取り付けられ、超音波振動切断工具１が図１のａ図に示す構造で完成する。つまり、半田１２がダイヤモンドブレード８と共振器側取付部５とをホットメルトなどの接合剤のように再溶融結合する。
【００１４】
図２を参照し、超音波振動切断工具１が超音波振動切断加工に供される形態について説明する。共振器２の一端にはブースタ１４が無頭ねじ１５により結合され、ブースタ１４の一端には振動子１６が無頭ねじ１７により結合される。ブースタ１４は、音響特性の良いアルミニウムなどの金属からなり、振動子１６から伝達された超音波振動に共振する１波長の長さを有する。ブースタ１４の両端部には、振動波形Ｗ１の最大振動振幅点ｆ１１；ｆ１５が存在する。共振器２とブースタ１４とが、無頭ねじ１５により結合された場合、１つの共振器を構成する。ブースタ１４は前後の支持部１８および工具嵌合部１９を備える。支持部１８はブースタ１４の最小振動振幅点ｆ１２；ｆ１４の位置でブースタ１４の外側面より径方向外側に突出する環状である。工具嵌合部１９はブースタ１４の外周面に支持部１８と干渉しない位置に設けられる。
【００１５】
そして、支持部１８が超音波振動回転機構２１（図３参照）で支持された状態において、振動子１６に電気エネルギーで超音波振動を発生させると、超音波振動が振動子１６からブースタ１４を経由して共振器２に伝達され、共振器２が振動子１６から伝達された超音波振動に共振し、ダイヤモンドブレード８の外周面が矢印Ｙで示す径方向に振動する。このダイヤモンドブレード８の外周面が径方向に振動することは、振動変換部４からの突出量により決まる。ダイヤモンドブレード８の直径が振動変換部４の直径より大き過ぎると、ダイヤモンドブレード８の外周面は矢印Ｘ１方向への振動も生じてしまうので、ダイヤモンドブレード８の直径は振動変換部４の直径を基に刃先が矢印Ｙ方向にのみ振動する範囲内に定められる。図２において、共振器２とブースタ１４とが無頭ねじ１５で結合されることなく単一の金属材から構成された形態の共振器でもよい。
【００１６】
図３を参照し、超音波振動切断工具１を用いた切断加工について説明する。切断対象部材としてのＩＣなどの組込まれた半導体ウエハ２３を複数のベアチップと呼ばれるさいころ状の半導体チップに切断するような切断加工を例として説明する。図２のブースタ１４及び振動子１６が超音波振動切断装置２０の超音波振動回転機構２１の内部に同軸状に組込まれ、ブースタ１４の前後の図２の支持部１８が超音波振動回転機構２１に取り付けられ、超音波振動切断工具１の図１のダイヤモンドブレード８が超音波振動回転機構２１の外側に配置される。また、超音波振動切断装置２０の搭載台２２に半導体ウエハ２３が固定される。
【００１７】
そして、超音波振動回転機構２１と３軸駆動機構２６と図２の振動子１６とが動作し、ダイヤモンドブレード８が一方向に回転すると共に超音波振動に共振しつつ前後左右上下方向の直線移動により四角形の軌跡を描くことによって、その四角形の１回の軌跡において、ダイヤモンドブレード８が半導体ウエハ２３に対する一方向の１回の切断が実行される。この３軸駆動機構２６による四角形の軌跡を描く移動が繰返されることにより、半導体ウエハ２３が複数の帯状に切断される。この帯状の切断が完了すると、搭載台２２が水平方向に９０度回転して停止し、超音波振動回転機構２１に対する半導体ウエハ２３の向きを水平面内で９０度変化させる。その状態において、超音波振動回転機構２１と３軸駆動機構２６と図２の振動子１６との動作が再開し、ダイヤモンドブレード８が帯状の半導体ウエハ２３を複数のさいころ状に切断することにより、１つの半導体ウエハ２３に対する切断作業が終了する。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
図４は、異なる第１の形態に係る押切切断タイプの超音波振動切断工具３１の外観を示す。図４において、超音波振動切断工具３１は、ダイヤモンドブレード３２が角棒状の共振器３４の共振器側取付部３５に半田１２で固定されたことによって、ダイヤモンドブレード３２が共振器３４に取り付けられた構造である。よって、ダイヤモンドブレード３２が共振器３４に取り付けられる場合に割れや変形などの被害を受けることがなく、ダイヤモンドブレード３２には共振器３４と別に形成された厚さの一様の物を使用することができ、半田１２が超音波振動を吸収することもないので、超音波振動が共振器３４からダイヤモンドブレード３２に好適に伝達されるという利点がある。ダイヤモンドブレード３２は、図１のダイヤモンドブレード８に類似し、図１のｂ図に示すようにダイヤモンド電解メッキ法によって多数のダイヤモンド粒子１０をニッケルからなる金属層１１で結合した構造である。ダイヤモンドブレード３２の先端部３６は、共振器側取付部３５からの突出量が一側から他側に行くに従って徐々に多くなる三角形になっている。共振器３４は、図６の振動子１６から入力される超音波振動に共振して共振超音波振動の伝達方向Ｚである上下方向に振動し、共振する共振周波数の１／２波長の伝達方向Ｚの長さを有する。共振器３４の上下端は最大振動振幅点になっている。共振器側取付部３５は、共振器３４の下端面から下方に突出した横方向に細長い板状である。ねじ孔３７は、共振器３４の上端中心部に無頭ボルトを締結するために形成される。
【００１９】
図５は、異なる第２の形態に係る押切切断タイプの超音波振動切断工具４１の外観を示す。図５において、超音波振動切断工具４１は、ダイヤモンドブレード４２が丸棒状の共振器４４の共振器側取付部４５に半田１２で固定されたことによって、ダイヤモンドブレード４２が共振器４４に取り付けられた構造である。よって、ダイヤモンドブレード４２が共振器４４に取り付けられる場合に割れや変形などの被害を受けることがなく、ダイヤモンドブレード４２には共振器４４と別に形成された厚さの一様の物を使用することができ、半田１２が超音波振動を吸収することもないので、超音波振動が共振器４４からダイヤモンドブレード４２に好適に伝達されるという利点がある。ダイヤモンドブレード４２は、図１のダイヤモンドブレード８に類似し、図１のｂ図に示すようにダイヤモンド電解メッキ法によって多数のダイヤモンド粒子１０をニッケルからなる金属層１１で結合した構造である。ダイヤモンドブレード４２の先端部４６は、共振器側取付部４５からの突出量が中央から両側に行くに従って徐々に低くなった二等辺三角形になっているので、図６に示す搭載台５８の直線的な横移動による１往復で２回の切断を行うことができる。共振器４４は、図６の振動子１６から入力される超音波振動に共振して共振超音波振動の伝達方向Ｚである上下方向に振動し、共振する共振周波数の１／２波長の伝達方向Ｚの長さを有する。共振器４４の上下端は最大振動振幅点になっている。共振器側取付部４５は共振器４４の下端面から下方に突出した横方向に細長い板状である。ねじ孔４７は共振器４４の上端中心部に無頭ボルトを締結するために形成される。
【００２０】
図６は、異なる第３の形態に係る押切式の超音波振動切断装置５１を示す。超音波振動切断装置５１には、図５の超音波振動切断工具３１を用いた場合を例示する。共振器３４とブースタ５３とを図外の無頭ねじで同軸上に結合して構成された１つの共振器が、超音波振動切断装置５１のホルダー５２に取り付けられる。具体的には、ブースタ５３の支持部５４がホルダー５２の貫通孔５５に上方または下方より挿入された状態で、ボルト５６が締結されることによって、ホルダー５２の周壁に形成された割溝５７が狭くなることで、貫通孔５５の直径が縮小し、ホルダー５２が支持部５４を把持してブースタ５３を支持する。ブースタ５３は良好な音響特性を有する金属にて振動子１６から出力された超音波振動と所定の共振周波数で共振する棒状であって、ブースタ５３の上下方向の長さは例えば共振周波数の１／２波長であって、ブースタ５３の上下端は最大振動振幅点となり、ブースタ５３の中央の最小振動振幅点におけるブースタ５３の外側面より支持部５４が突出する。ブースタ５３の上端には振動子１６の最大振動振幅点である出力端が図外の無頭ねじで同軸上に結合される。
【００２１】
また、超音波振動切断装置５１の搭載台５８の上に半導体ウエハ２３を搭載して横ずれしないように固定的に支持させておく。そして、超音波振動切断装置５１の支持部６５に固定されたモータ５９を一方向に回転駆動することによって、モータ５９の出力端に一緒に回転するように連結されたねじ棒６０が回転し、ねじ棒６０に嵌め込まれたナット６１および上壁６２を有する支持機構６３が支持機構６３のガイドマスト６４と支持部６５に固定されたガイドレール６６との摺接係合で案内されつつ下降し、共振器３４のダイヤモンドブレード３２が図６に示す実線示位置から仮想線示位置に停止する。この停止位置はダイヤモンドブレード３２が半導体ウエハ２３に接触するが、搭載台５８に接触しない位置である。このダイヤモンドブレード３２の停止までの間において、図外の超音波発振器から振動子１６に電気的なエネルギーを供給して振動子１６に超音波振動を発生させる。この超音波振動にブースタ５３や共振器３４及びダイヤモンドブレード３２が共振する。ダイヤモンドブレード３２は矢印Ｚで示す方向に振動する。
【００２２】
その後、搭載台５８がＸＹ駆動機構で矢印Ｘ２方向に示すように実線示位置から一点鎖線示位置の方向に直線的に水平に横移動することによって、ダイヤモンドブレード３２の下部が搭載台５８の上の半導体ウエハ２３に接触し、半導体ウエハ２３がダイヤモンドブレード３２からの超音波振動を受けて切断される。ダイヤモンドブレード３２の下部が三角形状になっているので、ダイヤモンドブレード３２の下部が半導体ウエハ２３に一部分から接触して徐々にその接触面積を増やすように半導体ウエハ２３を切断するので、ダイヤモンドブレード３２の下部の全部が一緒に半導体ウエハ２３に接触する場合に比べ、切断が適切に行われる。その理由はナイフで食物を引き切るような格好にダイヤモンドブレード３２の下部が半導体ウエハ２３に作用するからであると考えられる。
【００２３】
図６において、図５の超音波振動切断工具１を用いてもよい。
【００２４】
切断対象部品としては、半導体ウエハ２３以外に、金、銀、アルミニウム、半田、銅などの粘りのある柔らかいもの、セラミックス、ガラス、石英、シリコン、フェライトなどの硬くて脆いもの、回路基板、合成樹脂と金属とよりなる積層構造となっているもの、無機質と金属と合成樹脂とよりなる積層構造となっているものなどでも良い。
【００２５】
ダイヤモンドブレード８；３２；４２は、鉄板のような円盤状の金属基盤の外縁部に多数のダイヤモンド粒子を付着したものであってもよい。この場合、金属基盤が共振器側取付部５；３５；４５に半田１２で固定されるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ａ図は超音波振動切断工具の正面図、ｂ図は共振器とダイヤモンドブレードとの断面図（最良の形態）。
【図２】超音波振動切断工具とブースタと振動子とを結合した側面図（最良の形態）。
【図３】回転式の超音波振動切断装置の正面図（最良の形態）。
【図４】超音波振動切断工具の斜視図（異なる第１の形態）。
【図５】超音波振動切断工具の斜視図（異なる第２の形態）。
【図６】押切式の超音波振動切断装置の正面図（異なる第３の形態）。
【符号の説明】
【００２７】
１；３１；４１  超音波振動切断工具
２；３４；４４  共振器
５；３５；４５  共振器側取付部
８；３２；４２  ダイヤモンドブレード
１０  ダイヤモンド粒子
１１  金属層
１２  半田
【図１】
2008044043.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008044043.tif 000005
【図４】
2008044043.tif 000006
【図５】
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【図６】
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