JP2009006407A

JP2009006407A - 薄刃砥石

Info

Publication number: JP2009006407A
Application number: JP2007167424A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Ikeda; 吉隆池田; Junji Hoshi; 純二星; Satoshi Kusano; 聡草野
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2009-01-15

Abstract

【課題】砥粒層への切屑の付着による目詰まり等を防ぎつつ砥粒層の幅痩せを抑制し、特にワークが上述のような樹脂中に金属リードフレーム、めっき、電極等が配置されたものである場合でも、バリの発生等を抑えて高品位の加工を行うことが可能な薄刃砥石を提供する。
【解決手段】金属めっき相３に砥粒４を分散してなる円形薄板状の砥粒層１を備え、この砥粒層１の側面１ＡにＴｉＮよりなるコーティング層２を被覆する。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置等の各種電子材料部品の切断や溝入れなどに用いられる薄刃砥石に関するものである。

この種の薄刃砥石としては、例えば特許文献１に、砥粒を金属結合相中に分散配置してなる円環平板形状の砥石本体を有して、この砥石本体の少なくとも切削作用領域では厚み方向を向く側面における金属結合層表面からの砥粒の突出量が砥粒の平均粒径の１／４以下とされた電鋳薄刃砥石が提案されており、さらに少なくともこの切削作用領域では、厚み方向の両端部に中間部よりも砥粒の集中度の高い高集中度層を設けることが記載されている。また、特許文献２にも、環状の切れ刃部が、砥粒をメッキで固定した集中度の低い中央電鋳砥粒層と、その両側にそれぞれ形成された集中度の高い外側電鋳砥粒層で形成されたものが提案されており、さらに特許文献３には、砥粒を母体金属で電着して形成した電着ブレードであって、該母体金属の表面に、ダイヤモンド状カーボンをコーティングしたコーティング層を、母体金属から突出した砥粒の高さよりも薄く形成したものも提案されている。
特開２００４−１３６４３１号公報特開２００２−３３１４６４号公報特開２０００−１４４４７７号公報

ところで、このような薄刃砥石によって電子材料部品等を切断して個片化する場合、特に切断されるワークとなるこの電子材料部品がＱＦＮ（ｑｕａｄｆｌａｔｎｏｎ−ｌｅａｄｅｄｐａｃｋａｇｅ）やＩｒＤＡ（赤外線データ通信協会）規格の光伝送モジュールあるいはＬＥＤワークのように、モールディング樹脂中にＣｕ等の延性の高いリードフレーム、めっき、電極等の金属部分が間隔をあけて配置されたものである場合などには、切断の際の薄刃砥石の送り方向や回転方向（下方向）にこのリードフレームや電極等の金属バリが生じ易いという問題がある。

この点、上記特許文献１に記載された薄刃砥石では、上述のように砥粒層の切削作用領域において厚さ方向の両端部すなわち砥粒層の両側面側に高集中度層を設けることにより、この両側面側で摩耗を進行し難くして砥石がその初期形状を略保った状態で摩耗してゆくようにすることで、バリを生じにくくしている。また、特許文献２に記載の薄刃砥石では、ドレッシングあるいは使用によって中央電鋳砥粒層を多量に摩耗させることにより環状の切れ刃部外周の幅方向中央部に環状凹部を形成し、この環状凹部に切粉を取り込んで排除することでバリの発生を防止しようとしているが、これら特許文献１、２に記載の薄刃砥石では、側面はニッケルめっき等による金属結合相がむき出しのままとなっているため、加工時に生成された切屑が付着して目詰まりを生じ易く、抵抗が増大するとともに加工中に砥石が高温となって焼き付きが生じるおそれもある。

しかるに、これに対して特許文献３に記載の薄刃砥石では、母体金属の表面すなわち砥粒層の側面にコーティングされたダイヤモンド状カーボンの摩擦係数が小さいため、該側面に目詰まりが生じるのを防ぐとともに加工時の抵抗も低減することはできるが、その一方でこのようなダイヤモンド状カーボンよりなるコーティング層では砥粒層の両側面における耐摩耗性を厚さ方向中央部に対して十分に高めることはできず、このコーティング層を含めて砥粒層の側面外周縁部のエッジが丸められるようにして砥粒層が幅痩せしてしまい、こうして丸められた外周縁部に上記金属部分が押し広げられることにより、金属バリが発生し易くなってしまう。また、こうして砥粒層が幅痩せすることで、切断されたワークの表裏面における切断幅に大きな差が生じたり、これら表裏面と切断面との稜線部に角欠けが生じたりして加工品位を損なうおそれもある。しかも、かかるダイヤモンド状カーボンよりなるコーティング層は加工時に発生する熱によって剥離し易く、長期に亙って目詰まりの防止や抵抗の低減等の効果を維持するのは困難であり、さらに砥粒層自体の剛性を向上させることも難しい。

本発明は、このような背景の下になされたもので、砥粒層への切屑の付着による目詰まり等を防ぎつつ砥粒層の幅痩せを抑制し、特にワークが上述のような樹脂中に金属リードフレーム、めっき、電極等が配置されたものである場合でも、バリの発生等を抑えて高品位の加工を行うことが可能な薄刃砥石を提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、金属めっき相に砥粒を分散してなる円形薄板状の砥粒層を備え、この砥粒層の側面にはＴｉＮよりなるコーティング層が被覆されていることを特徴とする。

このように構成された薄刃砥石では、砥粒層の側面に被覆されるコーティング層が高硬度で耐摩耗性の高いＴｉＮよりなるものであるので、この側面側における摩耗が厚さ方向中央部よりも促進されるのを抑えて該側面外周縁部のエッジ形状を維持することができ、このエッジが丸められるように該砥粒層が幅痩せするのを防いで、このような幅痩せによる金属バリの発生や表裏面の切断幅の相違、あるいはワークの角欠けなどを抑制することができる。また、このような高硬度のコーティング層が側面に被覆されることで砥石自体の剛性や強度も向上させることができるので、砥粒層の厚さを薄くしても直進性を確保して高精度の加工を行うことができ、例えば切断代を出来るだけ小さくして製品歩留まりの向上を図ったり、発振子等に挟ピッチで溝入れ可能を行うような場合にもこれに確実に対応したりすることが可能となる。その一方で、かかるＴｉＮよりなるコーティング層は、砥粒層における金属めっき相から容易に剥離することがなく、長期に亙って上述のエッジ形状を維持することができるとともに、切屑の付着性は低いために目詰まり等の発生を防ぐことができ、抵抗の増大や加工中の焼き付きを防止することが可能となる。

ここで、上記コーティング層は、砥粒層の円形の側面全体に被覆されていてもよいが、例えば砥粒層の両側面が一対のフランジによって挟持されて加工に供される円環薄板状の薄刃砥石では、少なくともこのフランジよりも外周側にはみ出す部分にコーティング層が被覆されていれば、上述のように高硬度のコーティング層を介して確実に砥粒層を支持して直進性を確保することができるので、このコーティング層は砥粒層の外周から該砥粒層の半径方向の幅の１／２以上の幅で被覆されていればよい。ただし、その被覆厚さは、砥粒層に分散されて上記側面から突出した砥粒が埋没してしまうほど厚いと、却って加工時の抵抗の増大や切れ味の劣化を招くおそれがあるので、該コーティング層は、上記砥粒の平均粒径の１／２以下の厚さで被覆されるのが望ましい。

一方、このようなＴｉＮよりなるコーティング層を被覆するには、周知の方法で形成した砥粒層を有する薄刃砥石を高温の炉内に保持しつつ反応ガスと反応させて被覆を行うＣＶＤ法（化学蒸着法）によることも可能であるが、このようなＣＶＤ法では砥粒層の金属めっき相が高温により変質して砥粒層自体の剛性や強度が損なわれてしまうおそれがあるので、上記コーティング層は、イオンプレーティング法やスパッタリング法に代表されるＰＶＤ法（物理蒸着法）により被覆されるのが望ましい。

このように、本発明の薄刃砥石によれば、砥粒層の幅痩せを防いで側面外周縁部におけるエッジ形状を長期に亙って維持することができ、たとえワークが樹脂中に金属部分を有するものであったとしてもバリ等の発生を防いで高品位の加工を行うことが可能となる。しかも、ＴｉＮよりなるコーティング層は砥粒層の金属めっき相から剥離し難いために長期に亙ってこのような効果を奏することができる一方、切屑の付着は抑えることができるので、かかる切屑の付着による目詰まりやこれに伴う抵抗の増大、焼き付きなども防止することができる。

図１ないし図３は、本発明の薄刃砥石の一実施形態を示す概略図である。本実施形態の薄刃砥石は図１に示すように軸線Ｏを中心とした円環形で厚さ０．０５〜０．５ｍｍ程度の薄肉板状（ただし、図２では説明のため厚さが大きく示されている。）をなしており、かかる円環薄板状の砥粒層１とその側面１Ａに被覆されたコーティング層２とから構成されていて、砥粒層１の内径部１Ｂが図示されない加工装置の主軸に挿入されるとともに、両側面１Ａ，１Ａのコーティング層２を含めた内周側部分が一対のフランジ等によって挟着されることにより該主軸に取り付けられる。そして、上記軸線Ｏ回りに回転されつつ該軸線Ｏに垂直な方向に送り出されることにより、その外周縁部によって、例えば上述したＱＦＮやＩｒＤＡ規格の光伝送モジュールあるいはＬＥＤワークのような電子部品の切断、溝入れなどの超精密加工に使用される。

上記砥粒層１は、Ｎｉ等の金属めっき相３にダイヤモンドやｃＢＮ等の超砥粒４を均一に分散したものであって、台金上に超砥粒４を取り込みつつ所定の厚さに金属めっき相３を析出させた後、台金から剥離して両側面１Ａに目立てを施すことによる、周知の電鋳法により形成される。一方、上記コーティング層２は、本実施形態ではこうして形成された砥粒層１の両側面１Ａ，１Ａに、該砥粒層１の外周から砥粒層１の半径方向の幅Ｗの１／２以上の一定の幅Ｘで、かつ超砥粒４の平均粒径の１／２以下の略一定の厚さｔで被覆されたものであり、ＰＶＤ法によってＴｉＮを被覆することにより構成されている。なお、こうして被覆されたＴｉＮよりなるコーティング層２は、砥粒層１の両側面１Ａ，１Ａ同士で上記幅Ｘおよび厚さｔが互いに略等しくされている。

より具体的に、このコーティング層２はアークイオンプレーティング法により被覆されていて、例えば上述のように形成した砥粒層１にコーティング層２を形成する部分を残してマスキングを施し、これを真空チャンバー内に保持して１×１０^−４〜３×１０^−５Ｐａの真空とした後に、まずＡｒガスを導入しながら３００Ｗの出力で高周波プラズマを発生させて、砥粒層１に−５００Ｖの直流バイアス電圧をかけることによりその表面を清浄化する。次いで、砥粒層１に−１０ｋＶのパルスバイアス電圧を印加した後に真空チャンバー内に窒素ガスを１００〜１２０（ＳＣＣＭ）の流量で導入し、高周波プラズマを発生させると同時にまたは発生させた後にＴｉ合金のターゲットを８０Ａ程度のアーク電流によるアーク放電によって蒸発させ、印加するパルスバイアス電圧を調整しながら所定の上記厚さｔとなるように、例えば１２０分程度の処理時間で蒸着することにより被覆される。

こうしてコーティング層２が被覆された薄刃砥石においては、該コーティング層２の厚さｔが超砥粒４の平均粒径の１／２以下であるので、上記目立ての際に砥粒層１の側面１Ａから平均粒径の１／２以上突出していた超砥粒４は該コーティング層２の表面にも突出することになる。また、このコーティング層２の被覆後に薄刃砥石はその内外径が所定の径に成形され、その際に砥粒層１の外周縁においてはコーティング層２が除去されて図３に示すように超砥粒４が突出させられるとともに、コーティング層２も含めた砥石の側面外周縁部は略直角のエッジ形状をなすように成形される。

従って、このように形成された本実施形態の薄刃砥石においては、砥粒層１の側面１Ａに被覆されたＴｉＮよりなるコーティング層２が、砥粒層１の金属めっき相３よりも高硬度で耐摩耗性が高いため、該砥粒層１が摩耗する際にも、この側面１Ａ，１Ａの外周縁部が先行して摩滅してそのエッジが断面で丸められるように砥粒層１が幅痩せすることがなく、断面視略直角のこのエッジ形状を維持したまま概ね均一に摩耗してゆくことになる。このため、該エッジによる鋭い切れ味も維持したままワークの切断や溝入れ加工を行うことができるので、上記構成の薄刃砥石によれば、たとえワークが、モールド樹脂中にＣｕ等の延性の高い金属リードフレームや電極、めっきを含むものであっても、かかる金属のバリが発生するのを防ぐことができ、また切断されたワークの表裏面における切断幅の差を小さくするとともに、これら表裏面と切断面との交差稜線部に角欠けが生じたりするのも防ぐことができて、高品位の加工を図ることが可能となる。

また、このようなＴｉＮよりなるコーティング層２は、従来のダイヤモンド状カーボンよりなるコーティング層のように加工時に発生する熱によって容易に剥離するようなことがなく、より長期に亙って安定的に上述の効果を奏功することができる。その一方で、かかるＴｉＮコーティング層２は、例えばＮｉ等の金属めっき相３がむき出しのままの砥粒層などに比べては切屑の付着が少なく、従って切屑による目詰まり等の発生を防いで加工時の抵抗の低減を促すことができるとともに、加工時の発熱やこれに伴う焼き付きも抑えて一層長期に亙る鋭い切れ味の持続を図ることが可能となる。

さらに、こうして硬質のＴｉＮよりなるコーティング層２が側面１Ａに被覆されることにより、本実施形態では、薄刃砥石全体としてその厚さを小さくしても剛性および強度を十分に確保することができ、これにより切断や溝入れ加工時の薄刃砥石の直進性を維持して高い加工精度を奏しつつ、切断代を出来るだけ小さくして製品歩留まりの向上を図ったり、挟ピッチの溝入れにも確実に対応したりすることが可能となる。また、こうして砥粒層１が硬質で耐摩耗性の高いＴｉＮよりなるコーティング層２によって被覆されることにより、砥石自体の耐摩耗性も向上させて長寿命化を図ることもできる。

さらにまた、本実施形態ではコーティング層２が砥粒層１の外周から該砥粒層１の半径方向の幅Ｗの１／２以上の幅Ｘで被覆されていて、一対のフランジにより薄刃砥石が挟着される際に、砥粒層１の両側面１Ａ，１Ａのコーティング層２，２がその内周側部分を該フランジに密着させて挟み込まれるようになされている。このため、これらのフランジにより硬質のコーティング層２，２を介して薄刃砥石の外周部を支持した状態で切断や溝入れ加工を行うことができ、上述のように砥石自体の剛性や強度が確保されることとも相俟って、さらに直進性の向上や高精度の加工を図ることができる。

なお、上記幅Ｘは、このようにフランジがコーティング層２を挟み込むような範囲とされていればよいので、例えば幅Ｘが円環状の砥粒層１の側面１Ａの幅Ｗと等しく、すなわちこの側面１Ａの全面にコーティング層２が被覆されたような構成とされていてもよい。ただし、本実施形態ではこのように一対のフランジによって薄刃砥石を挟着する構成としているが、例えば円環状の台金の側面に砥粒層１が形成されたハブ付きの薄刃砥石に本発明を適用することも可能である。

一方、本実施形態では上記コーティング層２が超砥粒４の平均粒径の１／２以下の厚さｔとされていて、上述のように砥粒層１の両側面１Ａから平均粒径の１／２以上突出した超砥粒４がそのままコーティング層２の表面からも突出するようにされており、このため切断や溝入れの際の加工壁面とコーティング層２の表面との間に僅かながらでもクリアランスを確保することができる。従って、加工時の抵抗を一層低減することができるとともに、このクリアランスを介して切屑の円滑な排出を図ることもでき、目詰まりの発生等をより確実に防止することが可能となる。ただし、このコーティング層２の厚さｔがあまり小さすぎると剛性や強度の確保が困難となるおそれがあるので、厚さｔは砥粒の平均粒径の１／５以上、または０．５μｍ以上とされるのが望ましく、１．０μｍ以上とされるのがより望ましい。

さらにまた、本実施形態では上記ＴｉＮよりなるコーティング層２がＰＶＤ法によって被覆されたものであって、該コーティング層２の被覆時に砥粒層１が高温に晒されることがないため、このような高温によって砥粒層１の金属めっき相３が変質したりして該砥粒層１自体の剛性や強度が損なわれたりすることもない。従って、コーティング層２を被覆したにも拘わらず却って薄刃砥石全体としての剛性・強度が損なわれたりするような事態が生じるのを防ぐことができ、その砥石厚さを小さくしても一層確実に高精度の加工を可能として、切断代の削減や挟ピッチの溝入れを図ることができる。

以下、本発明の薄刃砥石について、より具体的な実施例により説明する。本実施例ではまず、平均粒径２５μｍ（粒度＃６００）のダイヤモンド超砥粒を集中度１００でＮｉめっき相に均一に分散した外径５８ｍｍ、内径４０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍの砥粒層１をベースブレードとして製造した。次いで、このベースブレードの砥粒層１の両側面１Ａ，１Ａそれぞれに、上述した条件のアークイオンプレーティング法によるＰＶＤ法によって厚さｔを１０μｍ、５μｍ、１５μｍとしたＴｉＮよりなるコーティング層２を被覆して、本発明に基づく３種の薄刃砥石を製造した。これらを上記厚さｔの順に実施例１〜３とする。なお、これら実施例１〜３においてコーティング層２の砥石外周からの幅Ｘは砥粒層１の幅Ｗ＝９ｍｍの１／２の４．５ｍｍであった。

次いで、これら実施例１〜３および比較例としてコーティング層２を被覆していない上記ベースブレードの薄刃砥石により、幅８０ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのガラスエポキシ樹脂基板に切断加工を行い、切断長１００ｍ、５００ｍ、および１０００ｍ時点でのワークの表裏面の切断幅の差を測定するとともに、角欠けの有無を工具顕微鏡で確認した。なお、切断装置は株式会社東京精密製、型番ＡＷＤ−１００Ａであり、各薄刃砥石を外径５２ｍｍのフランジによってその主軸に挟着して、主軸回転数３００００ｍｉｎ^−１、送り速度１００ｍｍ／ｓｅｃとして切断加工を行った。この結果を、切断幅の差については表１に、角欠けについては表２にそれぞれ示す。

これら表１、２の結果より、比較例としてのベースブレードの薄刃砥石では、切断幅の差および角欠けともに実施例１〜３のいずれの薄刃砥石よりも大きく、特に切断幅の差は切断長が長くなるに従い増大が顕著となる傾向があった。これに対して、実施例１〜３の薄刃砥石では、総じて切断幅の差および角欠けともにベースブレードに比べて小さく、特に切断幅の差については切断長５００ｍまでは増大する傾向にあるものの、これより１０００ｍまででは実施例２で僅かに増大しているものの、概ね一定の大きさで安定していることが分かる。

また、これら実施例１〜３同士で比較すると、切断幅の差については、実施例１、３では大きな相違はなかったのに対し、コーティング層２の厚さｔが小さくされた実施例２ではこれら実施例１、３よりも大きくなる傾向にあった。また、角欠けについては、実施例３では切断長１００ｍから品位を損なう程度ではないものの小さな欠けが見受けられたのに対し、コーティング層２の厚さｔが砥粒４の平均粒径の１／２以下とされた実施例１、２では切断長１０００ｍまで認められなかった。

次に、上記と同じようにして平均粒径１８．５μｍ（粒度＃７００）のダイヤモンド超砥粒を集中度１００でＮｉめっき層に均一に分散した外径５８ｍｍ、内径４０ｍｍ、厚さ０．２２ｍｍの砥粒層１をベースブレードとして製造し、このベースブレードの砥粒層１の両側面１Ａ，１Ａに、上記と同様の条件のアークイオンプレーティング法によるＰＶＤ法によって厚さｔを９μｍ、５μｍ、１３μｍとしたＴｉＮよりなるコーティング層２を被覆して、本発明に基づく３種の薄刃砥石を製造した。これらを上記厚さｔの順に実施例４〜６とする。なお、これら実施例４〜６においてもコーティング層２の砥石外周からの幅Ｘは実施例１〜３と同じく砥粒層１の幅Ｗ＝９ｍｍの１／２の４．５ｍｍであった。

そして、これら実施例４〜６の薄刃砥石と、比較例としてコーティング層２を被覆していない上記ベースブレードの薄刃砥石とで、幅６０ｍｍ、長さ１２０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのガラスエポキシ樹脂基板の表面に厚さ０．８ｍｍのレジスト樹脂を、裏面に厚さ０．０２ｍｍのＣｕ金属めっきを施したワークの切断加工を行い、このときのワーク表裏面での切断幅の差と薄刃砥石の回転方向に発生したバリの大きさとを、やはり切断長１００ｍ、５００ｍ、および１０００ｍ時点で測定した。この結果を、切断幅の差については表３に、バリの大きさについては表４にそれぞれ示す。なお、このときの主軸回転数は２００００ｍｉｎ^−１、送り速度は７０ｍｍ／ｓｅｃであった。

表３の結果より、切断幅の差については、実施例５において切断長１００ｍ時点での差が大きかったほかは、実施例１〜３とその比較例とされたベースブレードの場合と同様、コーティング層２が被覆されていないベースブレードに対してコーティング層２が被覆された実施例４〜６で差が小さく抑えられており、実施例４〜６同士ではコーティング層２が厚い実施例４、６でコーティング層２が薄い実施例５よりも小さな差に抑えられていた。また、切断長の増加に対する差の増大についても、ベースブレードでは切断長が長くなるのに従い切断幅の差も大きくなっているのに対し、実施例４〜６では切断長５００ｍ以上では安定する傾向を呈している。

さらに、表４の結果より、バリの大きさについても、コーティング層２が被覆されていないベースブレードに対してコーティング層２が被覆された実施例４〜６で小さく抑えられており、実施例４〜６同士ではコーティング層２の厚さｔが砥粒４の平均粒径の１／２以下の実施例４、５で小さく、これより厚い実施例６ではやや大きくなる傾向にあった。なお、バリの大きさ自体はベースブレードも含めて切断長に関わらず略一定の傾向となった。

本発明の一実施形態を示す側面図である。図１におけるＺＺ断面図である。図２に示す断面図の外周縁部周辺を示す拡大図である。

符号の説明

１砥粒層
１Ａ砥粒層１の側面
２コーティング層
３金属めっき相
４超砥粒（砥粒）
Ｗ砥粒層１の半径方向の幅
Ｘコーティング層２の半径方向の幅
ｔコーティング層２の厚さ

Claims

金属めっき相に砥粒を分散してなる円形薄板状の砥粒層を備え、この砥粒層の側面にはＴｉＮよりなるコーティング層が被覆されていることを特徴とする薄刃砥石。
上記コーティング層は、上記砥粒層の外周から該砥粒層の半径方向の幅の１／２以上の幅で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の薄刃砥石。
上記コーティング層は、上記砥粒の平均粒径の１／２以下の厚さで被覆されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄刃砥石。
上記コーティング層は、ＰＶＤ法により被覆されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄刃砥石。