(57)【要約】【課題】切削加工中に外周刃ブレードの刃面が折れたり欠けたりすることがなく、工具寿命が長いダイシング用工具を提供する。【解決手段】ダイシング用工具１０は、超音波スピンドルユニットに固定されて軸線周りに回転するとともに、超音波スピンドルユニットにより発振された超音波変位により、ダイシング用工具１０のブレード部２の刃面を伸縮させて切削加工を行う。スピンドル軸部取り付け側の外側周縁部５であって、ブレード部２側に面した外周端面８に、外側周縁部５の半径よりも１ｍｍブレード部２側に延長して形成された部分が位相調整部６として機能しており、この位相調整部６が、フランジ部１内を伝播する超音波変位の位相のずれを調整して、半径方向のみに変位するように超音波変位をブレード部２へと伝達する。このようにして、ブレード部２の砥粒層２ａの刃厚方向への変位が抑えられ、加工物の切削側面をたたくような現象を減らすことができる。【選択図】  図２
2007049044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転駆動し、超音波変位を付与する超音波振動子に連結されて軸線方向に伸縮する超音波共振体を備えるスピンドルに取り付けられるフランジと、
前記フランジの外周面に備えられ、刃面となる砥粒層が端部に形成されたブレードとを備え、
前記フランジは、該フランジ内を伝播する超音波変位の位相を調整して、前記超音波変位による前記ブレードの刃厚方向の変位を半径方向の変位へと変換する位相調整部を備えたダイシング用工具。
【請求項２】
軸線回りに回転駆動し、超音波変位を付与する超音波振動子に連結されて軸線方向に伸縮する超音波共振体を備えるスピンドルに取り付けられるフランジ本体と、
前記フランジ本体との間に、刃面となる砥粒層が端部に形成されたブレードを挟持する挟持体と
から構成されるフランジを備え、
前記フランジは、該フランジを伝播する超音波変位の位相を調整して、前記超音波変位による前記ブレードの刃厚方向の変位を半径方向の変位へと変換する位相調整部を備えたダイシング用工具。
【請求項３】
前記フランジは、
中心に前記スピンドルに取り付けるための締結具を差し込む孔を備えた取付部と、
該取付部の周縁に位置する内側周縁部と、
該内側周縁部の周縁に位置し、前記内側周縁部よりも厚みが薄い外側周縁部と
を有し、
前記位相調整部は、前記内側周縁部または前記外側周縁部のいずれか一方または両方に設けられた請求項１または２記載のダイシング用工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波共振体により伝播された超音波変位で刃面を微伸縮させて切削加工を行うダイシング用工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイシング加工とは、薄い板状工作物を采の目上に切断したり、溝を施したりする際に用いる加工法である。このようなダイシング加工は、例えば、半導体製造において、シリコンウエハをチップのサイズに分断する際に用いられている。この場合、円盤状であって、外周部分に刃面となる砥粒層が形成された外周刃ブレードが使用され、外周刃ブレードを高速回転させてウエハ表面を削るように加工することによって、シリコンウエハをチップのサイズに分断することが可能となる。
【０００３】
半導体として用いられるシリコンは硬くて脆い材質であり、加工が難しく、加工液の供給量不足やノズルの取り付け位置、ブレードの設置精度や加工条件の選定などの微小な不具合により、加工時のうねりやチッピング（工作物切断後の加工溝のエッジ部分に発生する欠けのこと）を招き、加工精度に大きな影響を及ぼす。
【０００４】
そこで、このような硬くて脆い脆性材料の加工特性を向上させるために、超音波を利用した加工法がこれまでに考案されており、ダイシング加工にも超音波変位を応用することで、工作物のチッピングや切断面うねりが減少することが既に報告されている（非特許文献１参照）。
【０００５】
ダイシング加工に用いられる外周刃ブレードの軸線方向に超音波変位を付与すると、外周刃ブレードが共振を起こす。これにより、外周刃ブレードの刃面が超音波変位により半径方向に伸長し、衝撃加工力が加工面に加わって、シリコンウエハの表面を叩く動作が重畳して加工力を増すと同時に、砥石のセルフドレッシング効果をもたらす。そして、外周刃ブレードの刃面が超音波変位により収縮すると、砥石と加工面との間に隙間が生じることで、研削液の侵入が容易となり、切り屑の排出、加工点の冷却を促進するという利点が得られる。ブレードの収縮運動により、砥石の目詰まり抑制などの利点も挙げられる。
【０００６】
【非特許文献１】森井俊行、丹野善剛、石川憲一、諏訪部仁，第３３回学生員卒業研究発表会講演会講演論文集，日本機械学会北陸信越学生会，２００４年３月，ｐ．２５９−２６０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ブレードを外周面に備えるフランジの軸線方向に超音波変位を付与し、ブレードを共振させて加工を行うことによって従来よりも加工精度の向上は図れる。しかし、ブレードを外周面に備えるフランジの軸線方向に超音波変位を付与しても、フランジ内を伝播する間に超音波の位相にずれが生じ、ブレードはその半径方向だけでなく刃厚方向にも変位してしまう。ブレードが刃厚方向にも変位すると、ブレードが加工物の切削面だけでなく、切削側面をもたたくような現象を起こし、そのまま加工を続けるとブレードの刃面が折れたり欠けたりしてしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みて、ブレードの刃厚方向の変位を抑えることにより、切削加工中にブレードの刃面が折れたり欠けたりすることがなく、工具寿命が長いダイシング用工具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】
【０００９】
本発明のダイシング用工具は、軸線回りに回転駆動し、超音波変位を付与する超音波振動子に連結されて軸線方向に伸縮する超音波共振体を備えるスピンドルに取り付けられるフランジと、フランジの外周面に備えられ、刃面となる砥粒層が端部に形成されたブレードとを備え、フランジは、フランジ内を伝播する超音波変位の位相を調整して、超音波変位によるブレードの刃厚方向の変位を半径方向の変位へと変換する位相調整部を備えたことを特徴とする。
【００１０】
フランジの軸線方向に付与された超音波はフランジ内を伝播し、フランジの端面で反射を繰り返しながら外周面のブレードへと向かう。本発明のダイシング用工具は、フランジに位相調整部を設けたことにより、フランジ内で反射しながら伝播する超音波は、フランジの位相調整部によって位相が調整されて、半径方向のみに変位するようにブレードへと伝達される。従って、ブレードの刃面となる砥粒層のブレードの刃厚方向への変位が抑えられる。
【００１１】
また、本発明のダイシング用工具は、軸線回りに回転駆動し、超音波変位を付与する超音波振動子に連結されて軸線方向に伸縮する超音波共振体を備えるスピンドルに取り付けられるフランジ本体と、フランジ本体との間に、刃面となる砥粒層が端部に形成されたブレードを挟持する挟持体とから構成されるフランジを備え、フランジは、フランジを伝播する超音波変位の位相を調整して、超音波変位によるブレードの刃厚方向の変位を半径方向の変位へと変換する位相調整部を備えたことを特徴とする。
【００１２】
フランジが、フランジ本体と、このフランジ本体との間にブレードを挟持する挟持体とを備える割り型のフランジであることにより、超音波加工用として製造されていないブレードであっても、割り型のフランジに挟んで固定することによって、超音波切削加工用のダイシング用工具として使用することができる。また、フランジが割り型フランジであることにより、ブレードの交換が容易となるので、所望する加工精度を満たす砥粒層が形成されたブレードを適宜選択しながら切削加工を行うことができる。また、万が一、ブレードの刃面が折れたり欠けたりした場合でも、すぐに新しいブレードと交換することが可能となる。
【００１３】
また、本発明のダイシング用工具におけるフランジは、中心にスピンドルに取り付けるための締結具を差し込む孔を備えた取付部と、該取付部の周縁に位置する内側周縁部と、該内側周縁部の周縁に位置し、内側周縁部よりも厚みが薄い外側周縁部とを有し、位相調整部は、内側周縁部または外側周縁部のいずれか一方または両方に設けられた構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のダイシング用工具によれば、フランジに位相調整部を設けたことにより、刃厚方向の変位が抑えられるので、加工物の切削側面をたたくような現象が減少し、これに起因するブレードの折れや、刃面の欠けを防ぐことができ、工具寿命の長いダイシング用工具とすることができる。また、本発明のダイシング用工具によれば、シリコンなどの脆い材料であっても、刃先を安定させた状態でダイシングすることができるので、工作物のチッピングや切断面うねりを防いで加工精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、図面を用いて本発明の第１実施形態におけるダイシング用工具について説明する。図１は、第１実施の形態におけるダイシング用工具を取り付ける超音波スピンドルユニットを示す図であり、（ａ）は一部断面図、（ｂ）は右側面図である。図２は、第１実施の形態におけるダイシング用工具を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【００１６】
図１および図２に示すように、本実施の形態におけるダイシング用工具１０は、超音波スピンドルユニット２０のスピンドル軸部２１にボルト等の締結具によって固定され、スピンドルモータ２２により軸線周りに回転するスピンドル軸部２１によって軸線周りに回転するとともに、超音波スピンドルユニット２０により発振された超音波変位により、後述するダイシング用工具１０のブレード部の刃面を伸縮させて切削加工を行う。
【００１７】
図１に示すように、超音波スピンドルユニット２０は、４０ｋＨｚの固有振動数を有する振動子２３を内蔵している。振動子２３で発振された超音波は、この発振された超音波と同じほぼ固有振動数を有するホーン２４を共振させて伸長および収縮を繰り返しながらスピンドル軸部２１にまで超音波変位を伝達する。
【００１８】
図２に示すように、本実施の形態におけるダイシング用工具１０は、鍔状に形成されたフランジ部１と、刃面となる砥粒層２ａが端部に形成されたブレード部２とにより構成されている。
【００１９】
フランジ部１は、スピンドル軸部２１に取り付けるためのボルトなどの締結具（図示せず）を差し込む差込孔３ａを備えた取付部３と、取付部３の周縁に位置する内側周縁部４と、内側周縁部４の外周縁に位置する外側周縁部５とにより鍔状に形成されている。なお、図２中、上側がスピンドル軸部取り付け側であり、下側がボルト締め付け側となる。
【００２０】
内側周縁部４は、刃厚（図２中Ｔ１）が４０ｍｍで、半径（図２中Ｒ１）が２０ｍｍとなっている。また、外側周縁部５は、刃厚（図２中Ｔ２）が２０ｍｍで内側周縁部４よりも薄くなっている。なお、内側周縁部４と外側周縁部５との境界部分となる角部７は、Ｒ状の滑らかな曲面となっている。また、スピンドル軸部取り付け側の外側周縁部５であって、ブレード部２側に面した外周端面８に、外側周縁部５の半径（図２中Ｒ２：４０ｍｍ）よりも１ｍｍブレード部２側に延長して形成された部分が位相調整部６として機能する。このように、スピンドル軸部取り付け側の外周周縁部５の外周端面８に位相調整部６が設けられたことにより、ダイシング用工具１０は非対称形状となっている。
【００２１】
ブレード部２は、外側周縁部５の外周側に設けられており、このブレード部２の外周端部には、刃面となる砥粒層２ａが形成されている。砥粒層２ａは、ダイヤモンド砥粒をメタルボンドで固着させたものであり、幅（図２中Ｔｇ）が１ｍｍ、突出し量（図２中Ｇ）が５ｍｍに形成されている。
【００２２】
次に、本実施の形態において、ダイシング用工具１０を超音波スピンドルユニット２０に取り付けて、超音波変位を発振させる方法について説明する。
【００２３】
まず、ボルトをダイシング用工具１０の取付部３の差込孔３ａに通し、トルクレンチなどの締め付け工具によって締め付けることによって、ダイシング用工具１０を超音波スピンドルユニット２０に取り付ける。なお、トルクレンチの締め付けトルクの設定が異なった状態で使用すると、超音波変位が発振しないことや、発振時の不協和音の発生、ブレード部２の発熱などの不具合が生じるので、ブレード部２の発振状態を確認しながら取り付ける。
【００２４】
この状態で、振動子２３を駆動させて軸線方向に超音波を発振すると、この超音波と共振する固有周波数を持つホーン２４が共振してスピンドル軸部２１まで超音波変位が伝達される。これにより、スピンドル軸部２１に取り付けられたダイシング用工具１０のフランジ部１にまず超音波変位が伝達される。なお、本実施の形態における超音波スピンドルユニット２０は、本実施の形態におけるダイシング用工具１０固有の共振周波数で超音波を発振するので、超音波スピンドルユニット２０により発振された超音波がダイシング用工具１０に伝達されたことにより、ダイシング用工具１０は共振状態となっている。
【００２５】
フランジ部１まで伝達された超音波変位は、取付部３から放射状にフランジ部１内を伝播し始める。そして、フランジ部１の内側周縁部４の端面まで進むと超音波変位が反射され、伝播の方向を変えながら外側周縁部５へと伝播が進む。このようにしてフランジ部１内に放射状に伝播された超音波変位は、フランジ部１のスピンドル軸部取り付け側ならびにボルト締め付け側の端面で反射を繰り返しながらブレード部２へと進む。
【００２６】
このとき、超音波変位がフランジ部１内を伝播する途中で、次第に、放射状に伝播した超音波変位同士の位相のずれが生じる。超音波変位の位相のずれが生じたままで超音波変位がブレード部２へと伝播すると、ブレード部２の刃面となる砥粒層２ａは、半径方向だけでなく刃厚方向にも変位してしまう。しかしながら、本実施の形態におけるダイシング用工具１０は、外側周縁部５のスピンドル軸部取り付け側にのみ設けられた位相調整部６を超音波変位が伝播することによって、フランジ部１内を伝播途中に生じた位相のずれが調整され、ブレード部２の砥粒層２ａが半径方向のみに変位するようにブレード部２へと伝達される。これにより、ブレード部２の砥粒層２ａの刃厚方向への変位が抑えられる。
【００２７】
このように、本実施の形態によれば、ダイシング用工具１０のフランジ部１に位相調整部６を設けたことにより、フランジ部１内を伝播する超音波変位の位相のずれを調整して、ブレード部２の砥粒層２ａの刃厚方向への変位を抑えることができるので、ブレード部２が加工物の切削側面をたたくような現象を減らすことができる。従って、ブレード部２が折れたり、刃面となる砥粒層２ａが欠けたりすることを防ぐことができ、工具寿命の長いダイシング用工具１０とすることができる。
【００２８】
なお、超音波の発振周波数や、ダイシング用工具１０のフランジ部１の形状によって位相調整部６の位置は変わる。例えば、内側周縁部４のスピンドル軸部取り付け側に設けてもよい。また、内側周縁部４と外側周縁部５との境界部分となる角部７のＲを変化させたり、外側周縁部５の外周端面８の面取りを行ったり、外周端面８が傾斜角度を持つように調製したりしてこれを位相調整部として機能させてもよい。つまり、超音波の発振周波数やダイシング用工具のフランジ部の形状に応じて位相調整部として機能する部分を設け、フランジ部のスピンドル軸部取り付け側とボルト締め付け側との質量を調整することによって、フランジ部内を伝播する超音波変位の位相のずれを調整し、砥粒層が刃厚方向へ変位することを抑えることができる。
【００２９】
（実施の形態２）
次に、図面を用いて本発明の第２実施形態におけるダイシング用工具ついて説明する。図３は、第２実施の形態におけるダイシング用工具の分解斜視図であり、図４は、第２実施の形態におけるダイシング用工具の断面図である。
【００３０】
図３および図４に示すように、本実施の形態におけるダイシング用工具３０は、ボルトなどの締結具により超音波スピンドルユニット２０に取り付けられるフランジ本体３２と、締結具によってフランジ本体３２に固定される挟持体３４とにより構成される割り型のフランジ部３１と、中心部が円形に開口した円盤状に形成され、フランジ本体３２と挟持体３４との間に挟み込まれて固定されるブレード３３とを備える。
【００３１】
本実施の形態における挟持体３４は、本発明の第１実施の形態におけるダイシング用工具１０の外側周縁部５のうちボルト締め付け側にあたる部分がフランジ本体３２と別部材で構成されたものである。挟持体３４は、フランジ本体３２との間にブレード３３とを挟んだ状態で、挟持体３４の貫通孔３４ａ、フランジ本体３２の外側周縁部３７に形成された貫通孔３７ａの順に、ボルトなどの締結具を貫通させて締め付けることによって、フランジ本体３２に固定される。
【００３２】
本実施の形態におけるダイシング用工具３０には、本発明の第１実施の形態におけるダイシング用工具１０と同様に、スピンドル軸部取り付け側となるフランジ本体３２に、挟持体３４の半径（図４中Ｒ３）よりも１ｍｍブレード３３側に延長させて形成された位相調整部３５が設けられている。
【００３３】
本実施の形態におけるダイシング用工具３０のフランジ部３１は、フランジ本体３２と挟持体３４とにより構成する割り型フランジであるため、ブレード３３の交換が容易となる。従って、所望する加工精度を満たす砥粒層が形成されたブレードを適宜選択しながら切削加工を行うことができる。また、超音波加工用として製造されていないブレード３３であっても超音波切削加工用に使用することができる。また、万が一、ブレード３３が折れたり、刃面となる砥粒層３３ａが欠けたりした場合でも、すぐに新しいブレードと交換することが可能となる。
【００３４】
本実施の形態においても、ダイシング用工具３０のフランジ部３１を構成するフランジ本体３２に位相調整部３５が形成されていることにより、フランジ部３１内を伝播する超音波変位は、位相のずれが調整されて半径方向のみに変位するようにブレード３３へと伝達される。このようにして、ブレード３３の砥粒層３３ａの刃厚方向への変位が抑えられるので、加工物の切削側面をたたくような現象を減らすことができる。従って、ブレード３３が折れたり、刃面となる砥粒層３３ａが欠けたりすることを防止することができるので、工具寿命の長いダイシング用工具３０とすることができる。
【００３５】
なお、本実施の形態においても、発振する超音波の周波数や、ダイシング用工具のフランジ部の形状によって位相調整部３５を設ける位置は変わる。例えば、フランジ本体３２の内側周縁部３６のスピンドル軸部取り付け側に位相調整部を設けてもよい。また、内側周縁部３６と外側周縁部３７との境界部分となる角部３８のＲを変化させたり、外側周縁部３７の外周端面の面取部３９の角度を変化させたりして位相調整部として機能させてもよい。また、ブレード３３を、フランジ本体３２の軸線直角方向の中心位置（図４中Ｓ）よりもわずかにスピンドル軸部取り付け側またはボルト締め付け側にずらした状態で取り付けることによっても超音波変位の位相のずれを調整することができるので、挟持体３４の刃厚（図４中のＴ３，Ｔ４）を厚くしたり薄くしたりすることによって、フランジ本体３２または挟持体３４のどちらかに位相調整部として機能する部分を設ける構成としてもよい。
【実施例】
【００３６】
本発明の第１実施の形態におけるダイシング用工具１０について、ブレード部２の砥粒層２ａの半径方向ならびに刃厚方向の伸縮の変位を測定し、位相調整部６が設けられていないダイシング用工具４０のブレード部４２の砥粒面４２ａの変位と比較した。なお、比較対象となるダイシング用工具４０の形状を図５に示す。図５に示すように、比較対象のダイシング用工具４０のブレード部４２の一部は非対称形状となっている。
【００３７】
ダイシング用工具１０ならびに比較対象となるダイシング用工具４０に、それぞれ４０ｋＨｚの超音波変位を伝播して、ブレード部の砥粒層の半径方向および刃厚方向の変位を測定したところ、ダイシング用工具１０においては、半径方向の変位に対する刃厚方向の変位は０．６４６％、ダイシング用工具４０においては９．２５％であった。
【００３８】
以上の結果から、本発明の第１実施の形態におけるダイシング用工具１０は、位相調整部６を設けたことにより、ダイシング用工具１０のフランジ部１を伝播する間に生じる超音波変位の位相のずれを調整し、ブレード部２の刃厚方向の変位を抑えることができることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のダイシング用工具は、切削加工中に外周刃ブレードの刃面が折れたり欠けたりすることがなく、工具寿命が長いダイシング用工具として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１実施の形態におけるダイシング用工具を取り付ける超音波スピンドルユニットを示す図であり、（ａ）は一部断面図、（ｂ）は右側面図である。
【図２】第１実施の形態におけるダイシング用工具を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】第２実施の形態におけるダイシング用工具の分解斜視図である。
【図４】第２実施の形態におけるダイシング用工具の断面図である。
【図５】比較対象となるダイシング用工具の側面断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０，３０  ダイシング用工具
１，３１  フランジ部
２  ブレード部
２ａ  砥粒層
３  取付部
３ａ  差込孔
４，３６  内側周縁部
５，３７  外側周縁部
６，３５  位相調整部
７，３８  角部
８  外周端面
２０  超音波スピンドルユニット
２１  スピンドル軸部
２２  スピンドルモータ
２３  振動子
２４  ホーン
３２  フランジ本体
３３  ブレード
３３ａ  砥粒層
３４  挟持体
３４ａ，３７ａ  貫通孔
３９  面取部
【図１】
2007049044.tif 000003
【図２】
2007049044.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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