(57)【要約】【課題】脆性材料を加工する際、加工時の応力や砥粒により、材料の欠けや構造体の破損が生じるという問題がある。【解決手段】第一の加工により形成された溝部に硬化性充填剤し、硬化後第二の加工を行う工程を繰り返し行い、最後に硬化性充填剤を除去する脆性材料の加工方法、並びに加工物に蒸着やメッキなどの表面処理を行いその後硬化性充填剤を除去する脆性材料の加工方法、更には脆性材料の表面に保護基板を接着し加工後に保護基板を除去する脆性材料の加工方法において、硬化性充填剤や硬化性接着剤としてシアノアクリレートを用いる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の加工により溝部を形成する工程と、該溝部に硬化性充填剤としてシアノアクリレートを充填する工程と、前記硬化性充填剤を硬化させる工程と、第二の加工を行う工程と、前記第一の加工により溝部を形成する工程から前記第二の加工を行う工程までを繰り返し行う工程と、前記硬化性充填剤を除去する工程とを有する脆性材料の加工方法。
【請求項２】
脆性材料の表面に硬化性接着剤としてシアノアクリレートにより保護基板を接着させる工程と、該保護基板を接着させた脆性材料を加工する工程と、該保護基板を除去する工程とを有する脆性材料の加工方法。
【請求項３】
前記シアノアクリレートの粘度が２００ミリパスカル秒（ｍＰａ・ｓ）から４０００ミリパスカル秒（ｍＰａ・ｓ）の範囲にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の脆性材料の加工方法。
【請求項４】
第一の加工により溝部を形成する工程と、該溝部に硬化性充填剤を充填する工程と、前記硬化性充填剤を硬化させる工程と、第二の加工を行う工程と、前記第一の加工により溝部を形成する工程から前記第二の加工を行う工程までを繰り返し行う工程と、表面処理を行う工程と、前記硬化性充填剤を除去する工程とを有する脆性材料素子の製造方法。
【請求項５】
前記硬化性充填剤がシアノアクリレートであることを特徴とする請求項４に記載の脆性材料素子の製造方法。
【請求項６】
前記シアノアクリレートの粘度が２００ミリパスカル秒（ｍＰａ・ｓ）から４０００ミリパスカル秒（ｍＰａ・ｓ）の範囲にあることを特徴とする請求項５に記載の脆性材料素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脆性材料の加工方法および脆性材料素子の製造方法に関し、とくに脆性材料の微細加工に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属微結晶焼結体であるセラミックスや異種金属からなる合金は、光的、熱的、圧力的、電気的機能を有し、各種センサー、電池、磁石、光電変換素子等の材料として注目されている。
【０００３】
一方、それらの多くは脆性材料であり、加工の際に加工面のエッジ部に欠けが生じたり、形成された構造体が次の加工工程で破損してしまうという場合がある。
【０００４】
そこで、ダイシングソーやワイヤーソーなどの機械加工による脆性材料の微細加工法においては多くの検討がなされている。
【０００５】
加工時に脆性材料の表面を保護する方法として、ＭＲ素子等の脆性材料をワイヤーソーで切断する際、切断端に発生する割れや欠け（チッピング）を防止する目的で、素子の裏面と表面を水溶性接着剤にてそれぞれベースプレートと保護基板に固定し表面側から切断を行い、加工後温水にて水溶性接着剤を除去する例が示されている（たとえば特許文献１参照。）。
【０００６】
その他、脆性材料表面と保護基板を接着し、加工後に除去する材料として、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の硬化性樹脂を用いる例が示されている（たとえば特許文献２参照。）。
また、脆性材料の表面、並びに加工により除去された部分を補強する方法として、硬化後、有機溶媒に可能なフォトレジストを脆性材料表面と保護基板の硬化性接着剤や加工除去部の補強剤として用い、加工後に有機溶媒にて除去する例が示されている（たとえば特許文献３参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１０６３２号公報（請求項１，請求項３、図１）
【特許文献２】
特開平３−２１５８２２号公報（実施例、図１）
【特許文献３】
特開平８−２８１６４１号公報（実施例、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
脆性材料を加工時の応力や砥粒から守る目的で、脆性材料と保護基板との接着や脆性材料の加工溝の補強に用いる接着剤として水溶性接着剤を用いた場合は、接着剤自身の固定力が小さいことと、加工時に供給する水により水溶性接着剤は少なからず膨潤するため、固定力と加工精度の低下を引き起こすという問題がある。
【０００９】
また、加工する際は、途中に加工物に付着した砥粒や切削粉、或いは切削油を除去する目的で洗浄オイル、界面活性剤、アルコール等の有機溶剤、或いは水などによる洗浄工程が含まれるが、上記目的の接着剤や充填剤はこれらの洗浄剤による膨潤や溶解、或いは固定力の低下を引き起こさない材料であることが必要となる。
【００１０】
上記目的の接着剤や充填剤としてエポキシ樹脂やポリイミド樹脂を用いた場合は、これらの樹脂を硬化させるには通常加熱する必要がある事、またこれらの樹脂は、硬化後に三次元架橋構造となるため、容易に有機溶剤や酸、アルカリ溶液にて除去することは難しいという問題がある。
【００１１】
また、フォトレジストは硬化させるには光を必要とするため保護基板を接着する場合は保護基板が透明である必要がある事、また加工溝の補強に用いる場合は加工溝のアスペクト比が高くなると光が溝部全体に通らず硬化不十分となり補強剤としての機能低下を引き起こすという問題がある。
【００１２】
また、脆性材料には、光的、熱的、圧力的、電気的機能を有し、各種センサー、電池、磁石、光電変換素子等に用いられるセラミックスや異種金属が含まれ、これらは加工後、蒸着、メッキ、半田などにより配線を行い素子化する。
【００１３】
上記脆性材料を加工して素子化する場合は、加工後に加工物を治具等に再度並べ、洗浄や蒸着やメッキなどによる配線を行う必要があり、これらの作業工程の簡略化が望まれている。
【００１４】
本発明は、硬化後は十分な機械的強度と耐薬品性を有することで加工時に加わる応力や異物から脆性材料を保護するとともに、砥粒の分散溶媒や加工時の洗浄剤に対して劣化せず、加工後は有機溶剤で除去可能な硬化性充填剤、並びに硬化性接着剤を用いた脆性材料の加工方法を提供することを目的としている。
【００１５】
更に、十分な耐熱性と耐薬品性を有することで、加工後に配線工程を経ても劣化せず、素子化した後に有機溶剤で除去することが可能な硬化性充填剤を用いた脆性材料の加工方法を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の脆性材料の加工方法は、第一の加工により溝部を形成する工程と、溝部に硬化性充填剤としてシアノアクリレートを充填する工程と、硬化性充填剤を硬化させる工程と、第二の加工を行う工程と、第一の加工により溝部を形成する工程から前記第二の加工を行う工程までを繰り返し行う工程と、硬化性充填剤を除去する工程とを有することを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の脆性材料の加工方法は、脆性材料の表面に硬化性接着剤としてシアノアクリレートにより保護基板を接着させる工程と、保護基板を接着させた脆性材料を加工する工程と、保護基板を除去する工程とを有することを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、本発明の硬化性充填剤または硬化性接着剤のシアノアクリレートの粘度は２００から４０００ミリパスカル秒（ｍＰａ・ｓ）の範囲であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の脆性材料素子の製造方法は、第一の加工により溝部を形成する工程と、溝部に硬化性充填剤を充填する工程と、硬化性充填剤を硬化させる工程と、第二の加工を行う工程と、第一の加工により溝部を形成する工程から第二の加工を行う工程までを繰り返し行う工程と、表面処理を行う工程と、硬化性充填剤を除去する工程とを有する事を特徴とするものである。
【００２０】
本発明の脆性材料素子の製造方法は、硬化性充填剤がシアノアクリレートであることが好ましい。
【００２１】
本発明の脆性材料素子の製造方法で用いるシアノアクリレートの粘度は２００から４０００ミリパスカル秒（ｍＰａ・ｓ）の範囲であることが好ましい。
【００２２】
（作用）
本発明の脆性材料の加工方法、脆性材料素子の製造方法において硬化性充填剤や硬化性接着剤として用いるシアノアクリレートは硬化性樹脂ではあるが硬化後はエポキシ樹脂やポリイミド樹脂の様な強固な三次元架橋構造とならないことから、硬化後特定の溶剤で溶解することが可能となる。
【００２３】
またシアノアクリレートの硬化は大気中の水分によるもので光や熱を必要としないことから、保護基板の材料に制約を受けることが無く、また脆性材料に余分な熱履歴を与えることもない。更に、加工溝の補強に用いる場合は加工溝のアスペクト比が高くとも硬化が可能である。
【００２４】
更にシアノアクリレートは、硬化後十分な接着強度、機械強度、耐薬品性、耐熱性を有することから、加工時のストレスや洗浄工程での洗浄剤の影響、素子化工程での熱や使用溶液の影響による変質や変形が起こらない事から、加工後、或いは配線工程などの素子化工程後に特定の溶剤で溶解することが可能となる。
【００２５】
以上のように、本発明の脆性材料の加工方法や脆性材料素子の製造方法を用いることで脆性材料の微細加工、並びに脆性材料を用いた素子の製造の合理化が可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１から図５を用いて説明する。
【００２７】
図１は硬化性充填剤を加工溝の補強に用いた例である。  （１）に示す脆性材料に対し、（２）に示すように、脆性材料２の片側からワイヤーソーを用いて一次溝加工を行う。その後（３）に示すように、一次溝加工後に硬化性充填剤１を加工溝部に充填後、硬化を行う。そして（４）に示すように、一次溝方向と直角の方向にワイヤーソーを用いて二次溝加工を行う。二次溝加工後、加工物を有機溶剤に浸漬し硬化性充填剤１を除去すると（５）に示す加工物形状が得られる。
【００２８】
図２は硬化性充填剤１を保護基板と脆性材料の接着剤として用いた例である。（１）に示すように、硬化性充填剤１を用いて脆性材料２と保護基板３を貼り合わせ硬化性充填剤１を硬化させる。そして（２）に示すように、保護基板３の上側からワイヤーソーを用いて溝加工を行う。そして（３）に示すように、溝加工後、加工物を有機溶剤に浸漬し硬化性充填剤１を溶解し保護基板３を取り除く。
【００２９】
図３は硬化性充填剤を保護基板との接着、並びに加工溝の補強に用いた例である。（１）に示すように、硬化性充填剤１を用いて脆性材料２と保護基板３を貼り合わせる。そして、（２）  に示すように、保護基板３の上側からワイヤーソーを用いて一次溝加工を行う。そして、（３）  に示すように、一次溝加工後に硬化性充填剤１を加工溝部に充填後、硬化させる。その後、（４）  に示すように、一次溝方向と直角の方向にワイヤーソーを用いて二次溝加工を行う。そして、二次溝加工後、加工物を有機溶剤に浸漬し硬化性充填剤１を除去すると（５）  に示す加工物形状が得られる。
【００３０】
図４、並びに図５は硬化性充填剤を加工溝の補強剤として用いた脆性材料からなる素子の製造方法を示した図である。（１）に示すように、脆性材料２の下面を熱剥離シート４を介して基台５上に接着させる。そして、（２）  に示すように、上側からワイヤーソーを用いて異なるピッチで脆性材料２を一次溝加工する。そして、（３）  に示すように、一次溝加工後に硬化性充填剤１を加工溝部に充填後、硬化させる。その後、（４）  に示すように、一次溝方向と直角の方向に異なるピッチで脆性材料２を二次溝加工する。
【００３１】
引き続き、図５の（１）  に示すように、二次溝加工後に硬化性充填剤１を加工溝部に充填し硬化させ、加熱し熱剥離シート４を剥離させ基台５を加工物から剥がし、その後、加工物の上下面をラッピングする。その後、（２）  に示すように、加工物の柱２本を一素子として上下面に電極６を設け、電極基台７と接合した後に素子毎に切り出す。そして、上記配線処置後、素子を有機溶剤に浸漬し硬化性充填剤１を除去すると（３）に示す形状の素子が得られる。
【００３２】
本発明の脆性材料の加工方法は、一般的なダイシングソーやワイヤーソー等を用いる機械加工をさすが、レーザー照射による光加工に用いることも出来る。
【００３３】
加工の際用いる砥粒は、水溶性、非水溶性砥粒のいずれを用いることも出来る。
【００３４】
また、加工工程途中の洗浄工程に用いる洗浄剤として水、洗浄用オイルの他に、エタノールやイソプロピルアルコール等のアルコール類、水溶性界面活性剤、非水溶性界面活性剤、酢酸エチル等のエステル溶剤、トリクロロエチレン等のハロゲン溶剤等があげられる。また洗浄方法として超音波を用いて洗浄することも出来る。
【００３５】
本発明の加工法に用いる硬化性充填剤であるシアノアクリレートは、水分により硬化反応を開始する樹脂である。充填箇所の隙間が大きい場合などは必要に応じて硬化促進剤を用いることも出来る。
【００３６】
本発明の加工法に用いる硬化性充填剤であるシアノアクリレートの粘度は用いる箇所にもよるが、粘度が２００から４０００ミリパスカル秒（ｍＰａ・ｓ）、更に３００から３０００ミリパスカル秒（ｍＰａ・ｓ）程度であることが好ましい。粘度が設定範囲より低い場合は、液流れが生じてしまい、また高い場合は加工により形成された溝の内部に充填剤が行き渡らないという問題が発生する。
【００３７】
シアノアクリレートの粘度調節、或いは硬化後の機械的強度を向上する目的でフィラーを添加することも可能である。
【００３８】
加工後の表面処理としては、パラジウム、金、クロム等のスパッタ蒸着処理、或いはニッケル、金、半田等のメッキ処理等があげられる。
【００３９】
加工後、或いは加工後の表面処理終了後に硬化性充填剤を溶解する有機溶剤としてはアセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、トルエンなどの芳香族溶剤、ニトロメタンやジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドなどの極性有機溶剤などを単独、或いは混合して用いることが出来る。
【００４０】
【実施例】
実施例１
厚さ２ｍｍの脆性材料を用い、硬化性充填剤としてシアノアクリレート樹脂（３０００ＤＸＨ、セメダイン（株）製）を用い図１に従って加工を行った。一次溝加工と二次溝加工は、共にφ７０μｍのワーヤーソーを用いて溝幅８０μｍ、柱幅５００μｍで行った。硬化性充填剤の硬化は常温で行なった。硬化後の硬化性充填剤の溶解はアセトン−ジメチルホルムアミド混合溶媒にて行った。
結果；加工途中の柱の倒れや欠け、並びに加工後の脆性材料の表面形状も良好であり硬化性充填剤の付着も見られなかった。
【００４１】
実施例２
厚さ２ｍｍの脆性材料を用い、保護基板と脆性材料の硬化性接着剤としてシアノアクリレート樹脂（３０００ＤＸＨ、セメダイン（株）製）を、保護基板として快削性セラミックス板（ホトベール、住金セラミックス（株）製）を用い、図２に従って加工を行った。一次溝加工はφ７０μｍのワーヤーソーを用いて溝幅８０μｍ、柱幅５００μｍで行った。硬化性接着剤の硬化は常温で行った。加工後の保護基板の除去はアセトン−ジメチルホルムアミド混合溶媒にて行った。
結果；加工途中の柱の倒れや欠けがなく、保護基板除去後の加工物の表面形状も良好であり硬化性接着剤の付着も見られなかった。
【００４２】
実施例３
厚さ３ｍｍの脆性材料を用い、硬化性充填剤としてシアノアクリレート樹脂（３０００ＤＸＨ、セメダイン（株）製）を、熱剥離シートとしてリバアルファ（１５０℃剥離用、日東電工（株））を、基台として快削性セラミックス板（ホトベール、住金セラミックス（株）製）用い、図４、並びに図５に従って脆性材料の加工と素子化を行った。一次溝加工はφ５０μｍとφ１００μｍのワーヤーソーを用いてそれぞれ溝幅５５μｍと１１０μｍとし、柱幅は１００μｍとした。二次溝加工は一次溝加工と同様のワイワーソーを用い、柱幅を３００μｍとした。硬化性充填剤の硬化は常温で行った。素子化後の硬化性充填剤の除去はアセトン−ジメチルホルムアミド混合溶媒にて行った。
結果；加工途中の柱の倒れや欠け、並びに加工後の脆性材料の表面形状も良好であり硬化性充填剤の付着も見られなかった。また、硬化性充填剤の除去溶媒による素子の電極への影響も無く、素子は正常に動作した。
【００４３】
比較例１
硬化性接着剤として３６５ｎｍの紫外線照射にて硬化する光硬化性アクリル樹脂（スリーボンド社３０４２Ｂ）を用い、保護基板として一つはガラス板と、もう一つは実施例１で用いた快削性セラミックス板を用いた他は実施例１と同様に図１に従って脆性材料の加工を行った。
結果；保護基板の材料については、セラミックス板は不透明で光を通さないためガラス板を用いることしかできなかった。また、保護基板としてガラス板を用いた場合では、保護基板の除去工程で実施例１と同様の溶媒では硬化性接着剤の溶解が出来なかった。更に各種溶媒にて溶解を試みたが、亀裂などは発生するものの溶解せず除去することは出来なかった。
【００４４】
比較例１の結果から明らかなように硬化性充填剤として光により硬化するフォトレジストや光硬化性樹脂を用いた場合は、保護基板が紫外光を透過する必要があり材料が制約されてしまう事が判る。
また光熱硬化性樹脂は硬化により強固な３次元架橋物を生成する。そのため硬化後に有機溶剤にて溶解させることは難しいことが判る。
【００４５】
比較例２
硬化性充填剤として３６５ｎｍの紫外線照射にて硬化する光硬化性アクリル樹脂（スリーボンド社３０４２Ｂ）を用いた他は実施例２と同様に図２に従って脆性材料の加工を行った。
結果；一次溝加工後、硬化性充填剤を充填し硬化させ二次溝加工を行ったところ、多くの柱が倒れてしまった。
【００４６】
比較例２の結果から明らかなように硬化性充填剤として光硬化性樹脂を用いた場合、加工溝のアスペクト比が高くなると深部まで光が通らず、完全硬化が出来ないため、微細加工物の加工溝の補強剤として用いることが出来ない事が判る。
【００４７】
比較例３
硬化性充填剤として１１０℃で硬化する熱硬化性エポキシ樹脂（２２８０Ｃ、スリーボンド（株）製）を用いた他は、実施例３と同様に図４、並びに図５に従って脆性材料の加工と素子化を行った。
結果；一次溝加工、二次溝加工、配線、素子の切り出しは行うことが出来たが、実施例１と同様の溶媒では硬化性充填剤の除去が出来なかった。更に各種溶媒にて除去を試みたが、硬化後のエポキシ樹脂は膨潤するものの溶解せず除去することは出来なかった。
【００４８】
比較例３の結果より、硬化性充填剤として熱により硬化する熱硬化性樹脂を用いた場合は、硬化により強固な３次元架橋物を生成する。このような硬化物は耐溶剤性に優れることから溶媒による膨潤はするが溶解しないため、本発明の意図する溶剤にて除去可能な硬化性充填剤として用いることが出来ない事が判る。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の脆性材料の加工方法および脆性材料素子の製造方法を用いることで、脆性材料の微細加工が可能となる。
【００５０】
また本発明の脆性材料の加工方法および脆性材料素子の製造方法を用いることで、素子の多数個取りが可能となり、微細な機能性材料の素子化工程の簡略化による大幅なコスト低減化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脆性材料の加工方法の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の脆性材料の加工方法の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の脆性材料の加工方法の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の脆性材料素子の製造方法の実施形態を示す図である。
【図５】本発明の脆性材料素子の製造方法の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１  硬化性充填剤
２  脆性材料
３  保護基板
４  熱剥離シート
５  基台
６  電極
７  電極基台
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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