(57)【要約】【課題】ブレードによる切断の適切化を図る。【解決手段】振動変換部３の外周面より直径方向外側に突出した環状突起４を有する共振器２が、硫酸ニッケル溶液にダイヤモンド粉末の混入されたメッキ液に浸され、共振器２に電解メッキを行うことにより、ダイヤモンドを主成分としたブレード５が環状突起４を種として環状突起４の外径よりも大きい外径でかつ環状突起４よりも外側に突出する部分の厚さが内側より外側に行くにしたがって徐々に厚くなった台形断面を有する形状に成長され、その後、環状突起４の外周部がブレード５の外周部よりも内側となるようにエッチングにより除去されて、ブレード５が環状突起４に設けられている。【選択図】        図１
2005014186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器に設けられた振動変換部の外周面には環状突起が当該外周面より振動変換部の径方向外側に突出し、環状突起にはダイヤモンドを主成分とするブレードが環状突起を種として環状突起の外径よりも大きい外径に成長された超音波振動切断用ツールにおいて、少なくともブレードの環状突起よりも外側に突出する部分の厚さが内側より外側に行くにしたがって徐々に厚くなったことを特徴とする超音波振動切断用ツール。
【請求項２】
振動変換部および振動変換部の外周面より外径方向の外側に行くにしたがって徐々に厚さの薄くなる環状突起を有する共振器がダイヤモンド粉末の混入されたメッキ液に浸され、電解メッキ法により環状突起を種としてダイヤモンドを主成分としたブレードを少なくともブレードの環状突起よりも外側に突出する部分の厚さが内側より外側に行くにしたがって徐々に厚くなるように成長させることを特徴とする超音波振動切断用ツールの製造方法。
【請求項３】
ブレード成長後に環状突起の外周部がブレードの外周部よりも内側となるように除去されることを特徴とする請求項２記載の超音波振動切断用ツールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波振動切断用ツールおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波振動切断用ツールには、共振器に設けられた振動変換部の外周面には環状突起が当該外周面より振動変換部の径方向外側に突出し、環状突起にはダイヤモンドを主成分とするブレードが環状突起を種として環状突起の外径よりも大きい外径に成長された、ものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１６２４９３号公報（第１頁、要約、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の超音波振動切断用ツールは、ブレードの厚さが内側から直径方向外側に渡り同一寸法になっているため、超音波振動切断用ツールで半導体ウエハのような切断対象部品を切断する場合、ブレードで切断対象部品に切り込まれる溝がブレードの厚さと同じ幅に形成されることから、ブレードが切断対象部品から過負荷を受け、ブレードおよび切断対象部品の冷却効果が低く、ブレードが切断対象部品を適切に切断することができない。
【０００５】
そこで、本発明は、ブレードの形状を変えることで適切な切断を行うことができる超音波振動切断用ツールおよびその製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超音波振動切断用ツールにあっては、共振器に設けられた振動変換部の外周面には環状突起が当該外周面より振動変換部の径方向外側に突出し、環状突起にはダイヤモンドを主成分とするブレードが環状突起を種として環状突起の外径よりも大きい外径に成長された超音波振動切断用ツールにおいて、少なくともブレードの環状突起よりも外側に突出する部分の厚さが内側より外側に行くにしたがって徐々に厚くなったことにより、超音波振動切断用ツールを用いて半導体ウエハのような切断対象部品を切断する場合、ブレードの厚さの厚い外周面から先に切断対象部品の表面から内部に挿入されるので、ブレードで切断されることで、切断対象部品に形成された切断跡たる溝の側面とブレードとの斜面との間に三角形の隙間が確保される。よって、ブレードの切断に伴い発生する切削残渣がブレードの回転に伴い上記三角形の隙間から除去されるので、ブレードが切断対象部品から過負荷を受けることがなく、ブレードおよび切断対象部品の冷却効果が高くなり、ブレードが切断対象部品を適切に切断することができる。本発明に係る超音波振動切断用ツールの製造方法にあっては、振動変換部および振動変換部の外周面より外径方向の外側に行くにしたがって徐々に厚さの薄くなる環状突起を有する共振器がダイヤモンド粉末の混入されたメッキ液に浸され、電解メッキ法により環状突起を種としてダイヤモンドを主成分としたブレードを少なくともブレードの環状突起よりも外側に突出する部分の厚さが内側より外側に行くにしたがって徐々に厚くなるように成長させることにより、少なくとも環状突起よりも外側に突出する部分の厚さが内側より外側に行くにしたがって徐々に厚くなった台形断面のブレードを有する超音波振動切断用ツールを容易に製造することができる。また、本発明に係る超音波振動切断用ツールの製造方法にあっては、ブレード成長後に環状突起の外周部がブレードの外周部よりも内側となるように除去されれば、ブレードの外径を適切に形成することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１−図５は本発明の一実施形態である。図１は、超音波振動切断用ツール１の構造を示す。図２は、超音波振動切断用ツール１の製造方法を示す。図３は、超音波振動切断用ツール１とブースタ１１と振動子１５との結合構造を示す。図４は、超音波振動切断加工を示す。図５は、切断中のブレード５と切断対象部品４１とを示す。
【０００８】
図１を参照し、超音波振動切断用ツール１の構造について説明する。超音波振動切断用ツール１は、共振器２、振動変換部３、環状突起４、ブレード５、工具嵌合部６、ねじ孔７等を備える。
【０００９】
共振器２は、音響特性の良い材料の１つであるアルミニウムより成り、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。共振器２の両端には矢印Ｘで示す軸方向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、共振器２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３は振動波形Ｗ１の最小振動振幅点ｆ２の位置で共振器２の外周面より外側に共振器２と同軸状に突出する環状である。振動変換部３は共振器２より大きな外径と最小振動振幅点ｆ２を中心として軸方向両側に等分に振分けられた幅とを有し、振動の伝達方向を軸方向より矢印Ｙで示す径方向に変換する。この振動伝達方向が径方向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ｆ５，ｆ６は振動変換部３の外周部側に存在する。
【００１１】
環状突起４は振動変換部３の外周面より外側に共振器２と同軸状に突出した環状である。環状突起４は最小振動振幅点ｆ２の位置より軸方向一側近傍に位置がずれている。この環状突起４の最小振動振幅点ｆ２の位置より軸方向一側近傍に位置がずれた側の側面は斜面になっている。この斜面によって、環状突起４の厚さは内側より外径方向外側に行くにしたがって徐々に薄くなる。環状突起４の外径はブレード５の外径よりも小さい。ブレード５は、電解メッキ法により環状突起４を種として環状突起４の外径よりも大きな外形に成長したダイヤモンドを主成分として最小振動振幅点ｆ２の位置に設けられる。電解メッキ法により成長することにより、ブレード５は少なくとも環状突起４よりも外側に突出する部分の厚さが内側より径方向外側に行くにしたがって徐々に厚くなった台形断面を有する。具体的には、ブレード５の環状突起４の側の面は環状突起４の斜面に沿った斜面となり、ブレード５の環状突起４と反対側の面は環状突起４の斜面と対象な角度を有する斜面になっている。
【００１２】
この実施形態では、ブレード５の振動変換部３の外周面の側の厚さが最も薄く、ブレード５の外周面の側の厚さが最も厚い。環状突起４の斜面およびブレード５の斜面の角度は振動変換部３の直径に対し例えば０．００３ｍｍ／１．００ｍｍの勾配である。ブレード５の外周面は矢印Ｙで示す径方向に振動する。このブレード５の外周面が径方向に振動することは、振動変換部３からの突出量により決まる。ブレード５の外径が振動変換部３の外径より大きすぎると、ブレード５の外周面は矢印Ｘ１方向への振動も生じてしまうので、ブレード５の外径は振動変換部３の外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。工具嵌合部６は共振器２の外周面に振動変換部３と干渉しない位置に設けられる。ねじ孔７は共振器２の両端面の中心より内側に形成される。
【００１３】
図２を参照し、超音波振動切断用ツール１の製造方法について説明する。この製造方法では、先ず、図２のａ図に示すように、アルミニウムよりなる共振器２の初期形状を作る。この初期形状は、共振器２がブレード５以外の振動変換部３、環状突起４、工具嵌合部６、ねじ孔７等を備える。環状突起４は振動変換部３の外周面より外側に共振器２と同軸状に突出した環状である。環状突起４は図３の最小振動振幅点ｆ２の位置より軸方向一側近傍に位置がずれている。この環状突起４の最小振動振幅点ｆ２の位置より軸方向一側近傍に位置がずれた側の側面は斜面になっている。次に、図２のｂ図に示すように、共振器２の環状突起４を除いた部分、つまり、共振器２、振動変換部３、工具嵌合部６、ねじ孔７等をマスキング部材１０で被覆（マスキング）する。
【００１４】
その後、図２のｃ図に示すように、前記マスキングされたｂ図の部材をメッキ槽３１に入れてダイヤモンドのブレード５を環状突起４を種として環状突起４の斜面および外周面に成長させる。メッキ槽３１には硫酸ニッケル溶液とダイヤモンド粉末とが混合されたメッキ液３２が満たされており、環状突起４のブレード成長部以外の部分にはメッキ用電源の正極３３が接続され、メッキ用電源の負極３４がメッキ槽３１に接続される。そして、前記マスキングされたｂ図の部材がメッキ液３２の中に浸けられ、メッキ液３２が回転羽３５で攪拌されつつ、メッキ用電源が投入される。この電解メッキ法により、図２のｄ図に示すように、メッキ液３２中のダイヤモンド粉末が環状突起４を種として環状突起４の斜面および外周面に成長してダイヤモンドを主成分としたブレード５となる。
【００１５】
この成長したブレード５は、図３の最小振動振幅点ｆ２に位置し、少なくとも環状突起４よりも外側に突出する部分の厚さが内側より径方向外側に行くにしたがって徐々に厚くなった台形断面を有する。この実施形態の場合、成長したブレード５は、振動変換部３の外周面側の厚さが最も薄く、ブレード５の外周面の側の厚さが最も厚い、台形断面を有する。このブレード５の台形断面は、電解メッキ法において、メッキの進行に伴い、例えば負極３４の位置を変えたり、または、正極３３と負極３４との間に供給される電圧を変えたりすることによって達成される。ブレード５の最も厚い部分の厚さｔは例えば数ミクロン〜２００ミクロンである。電解メッキ法によるブレード５の成長が終了すると、共振器２がメッキ槽３１より取り出され、上記マスキング部材１０が除去される。
【００１６】
次に、図２のｅ図に示すように、環状突起４の外周面に成長した部分の高さ（ブレード５の直径方向の寸法）だけブレード５を研削加工によって除去する。更に、図２のｆ図に示すように、ブレード５の研削後において、環状突起４の外周部４ａに対する除去部分以外が図外のマスキング部材により被覆された後、環状突起４の外周部４ａがアルミニウムエッチングで除去され、環状突起４の外径がブレード５の外径よりも小寸法に設定され、図１に示す共振器２とブレード５とが一体化された超音波振動切断用ツール１が得られる。
【００１７】
図３を参照し、超音波振動切断加工に供される超音波振動切断用ツール１の形態について説明する。共振器２の一端にはブースタ１１が無頭ねじ１６により結合され、ブースタ１１の一端には振動子１５が無頭ねじ１７により結合される。ブースタ１１は、チタン、アルミニウム、焼き入れされた鉄等の何れかの音響特性の良い材料より成り、振動子１５より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１１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。ブースタ１１は前後の支持部１２と工具嵌合部１３を備える。
【００１８】
支持部１２は厚肉な付根部１２ａと肉薄部１２ｂおよび肉厚部１２ｃよりなるクランク形状である。付根部１２ａはブースタ１１の最小振動振幅点ｆ１２；ｆ１４の位置でブースタ１１の外側面より径方向外側に突出する環状である。肉薄部１２ｂは付根部１２ａの周縁より軸方向と平行する方向に突出した筒状である。肉厚部１２ｃは肉薄部１２ｂの先端より径方向外側に突出する環状である。支持部１２のクランク形状は左右対象形状であるが、左右同じ向きでも良い。工具嵌合部１３はブースタ１１の外周面に支持部１２と干渉しない位置に設けられる。
【００１９】
図４を参照し、超音波振動切断用ツール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ＩＣ等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３のブースタ１１および振動子１５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１１の前後の図３の支持部１２が超音波振動回転機構２１に取付けられ、超音波振動切断用ツール１の図１の振動変換部３やブレード５および環状突起４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に切断対象部品としてＩＣの組込まれた半導体ウエハ２３が固定される。
【００２０】
そして、作業者が超音波振動切断装置２０の図外の操作盤を操作し、切断開始が超音波振動切断装置２０の制御部２４に指示されると、制御部２４が超音波振動切断装置２０のＣＣＤカメラ２５に撮影開始を指示する。これによって、ＣＣＤカメラ２５が搭載台２２上の半導体ウエハ２３の画像信号を制御部２４に出力し、制御部２４が画像信号と基準画像情報とに基づく演算結果である位置ずれを搭載台２２に出力して搭載台２２の調整機能を働かせて超音波振動回転機構２１に対する半導体ウエハ２３の位置合せを終了する。
【００２１】
この後、制御部２４が超音波振動回転機構２１と搭載台２２の３軸駆動機構２６を制御し、ブレード５が一方向に回転するととも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。その四角形の１回の軌跡において、ブレード５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の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、制御部２４が搭載台２２に９０度回転を指示して搭載台２２の調整機能を働かせ、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９０度変化させる。その状態において、制御部２４が３軸駆動機構２６の制御を再開し、ブレード５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に対する超音波振動回転による切断作業が終了する。前記半導体ウエハ２３の切断工程において、ブレード５は超音波振動切断装置２０の冷却系統２７により冷却される。
【００２２】
このように図１の超音波振動切断用ツール１を用いて半導体ウエハのような切断対象部品を切断する場合、図５に示すように、ブレード５の厚さの厚い外周面から先に切断対象部品４１の表面から内部に挿入されるので、ブレード５で切断されることで、切断対象部品４１に形成された切断跡たる溝４２の側面とブレード５との斜面との間に三角形の隙間４３が確保される。よって、ブレード５の切断に伴い発生する切削残渣がブレード５の回転に伴い上記三角形の隙間４３から除去されるので、ブレード５が切断対象部品４１から過負荷を受けることがなく、ブレード５および切断対象部品４１の冷却効果が高くなり、ブレード５が切断対象部品４１を適切に切断することができる。
【００２３】
前記実施形態では切断対象部品４１として半導体ウエハを用いたが、切断対象部品４１としては金、銀、アルミニウム、半田、銅等の粘りのある柔らかいもの、セラミックス、シリコン、フェライト等の硬くて脆いもの、合成樹脂と金属とより成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成る積層構造となっているもの等でも良い。
【００２４】
前記実施形態では環状突起４およびブレード５は最小振動振幅点ｆ２を基準として設けられたが、環状突起４およびブレード５は振動変換部３の外周面の軸方向範囲であるならば、最小振動振幅点ｆ２より位置がずれて設けられても同様に適用できる。その理由は、振動変換部３の外周面はどの部分も振動波形Ｗ２で示す径方向に変換された超音波振動における振動振幅が同じであるからである。
【００２５】
超音波振動切断用ツール１を製造する方法において、電解メッキに対するマスキング部材１０で共振器２、振動変換部３、環状突起４、工具嵌合部６、ねじ孔７等をマスキング部材１０で被覆（マスキング）する場合、図６に示すように、マスキング部材１０で環状突起４の外周面も被覆すれば、図２のｅ図に示す研削加工を省くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態のツールを示す側面図。
【図２】一実施形態のツールの製造方法を示す工程図。
【図３】一実施形態のツールとブースタと振動子との結合構造の側面図。
【図４】一実施形態のツールを用いた切断加工を示す側面図。
【図５】一実施形態のツールを用いた切断形態を示す断面図。
【図６】異なる実施形態のマスキングを示す断面図。
【符号の説明】
１  超音波振動切断用ツール
２  共振器
３  振動変換部
４  環状突起
５  ブレード
【図１】
2005014186.tif 000003
【図２】
2005014186.tif 000004
【図３】
2005014186.tif 000005
【図４】
2005014186.tif 000006
【図５】
2005014186.tif 000007
【図６】
2005014186.tif 000008