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超音波ダイシングアプリケーション

電子部品(セラミックス部品)や光部品(光学ディスク部品、光通信部品)に対応する新たなアプリケーションとして開発された超音波ダイシングは、今までブレードダイシングでは困難であったガラスやセラミックスなど、難削材の加工が可能になります。

従来の難削材加工時の問題点
ガラス、セラミックス、金属、樹脂といった難削材のブレードダイシングでは、以下のような様々な問題が発生しやすくなります。
  1. 目潰れ*1、目詰まり*2の発生により、加工負荷が上昇します。加工負荷が上昇*3すると、チッピングやバリの増大、ブレード破損、異常磨耗、ワークの焼けなど、様々な不具合が発生します。
*1 ブレード先端の砥粒が摩滅し、ブレード表面から砥粒の突出がなくなる事があります。このよう状態になると、ブレードは正常な加工ができなくなります。
*2 ワークの切削屑やテープのりなどがブレード先端に付着し、砥粒の突出がなくなる事があります。目潰れと同様に、このような状態になるとブレードは正常な加工ができなくなります。
*3 加工負荷は、細かい粒径を使用したり、送り速度を上げたりすることでも上昇します。加工負荷の上昇は、スピンドル電流値の上昇で確認できます。
  1. 使用可能なブレードのバリエーションが限定されます。ボンドの選定では、目潰れ、目詰まり防止のために適度な消耗をさせる必要があることから、レジンボンド以外の使用が困難です。また砥粒径の選定においても、#320~#600程度の比較的大きな粒径を使う必要があります。
上述のような難削材加工におけるブレードダイシングの問題点の解決策の一つとして開発されたのが、超音波ダイシングです。
超音波ダイシング加工原理
超音波ダイシングでは、スピンドル後方に装着した超音波振動子の前後振動を、スピンドルシャフト及びブレードの基台を介してブレード半径方向に膨らむ運動に変換します。この振動変換方式により、超音波加工における理想的な振動方向を得ることができます。(図1)
超音波振動の発生メカニズム
図1 超音波振動の発生メカニズム
超音波振動により、ダイシングブレードが半径方向に瞬間的に伸縮することで、極めて短時間の間に、砥粒がワークと大きな加速度で衝突を繰り返します。(図2) その結果、微細な破砕層をワークに発生させながら加工するため、加工負荷を大幅に低減できます。(図3) また、この振動により、ブレードとワークの間に隙間が生まれることから、砥粒の冷却状況が大きく改善され、目詰まり・目潰れ防止による加工品質やライフの向上につながります。(図4)
超音波ダイシング加工メカニズム
図2 超音波ダイシング加工メカニズム
ソーダガラス加工時のスピンドル電流値比較
[加工条件]
ワーク:
ソーダガラス 1mm厚
スピンドル回転数: 12000rpm
切り込み量: 0.5mm
図3 ソーダガラス加工時のスピンドル電流値比較
超音波OFF
目潰れ防止効果
ブレード先端が磨かれて、砥粒の突出が無くなり、目潰れが発生しています。
超音波ON
目潰れ防止効果
超音波ONでは砥粒の突出が維持されています。
石英加工時の超音波ON/OFF比較写真
図4 目潰れ防止効果  
超音波ダイシングのメリット
この加工負荷を下げ、砥粒の冷却状況を改善させる効果により、様々なメリットが得られます。
  1. ガラス、石英、セラミックスなどの硬脆性材料でも、従来はブレード破損などで使用できなかった、電鋳ボンドの#2000程度の細粒径ブレードが使用できるようになります。その結果、加工品質を大きく改善することができます。また、従来と同等の粒径で加工しても、加工負荷が下がることから、大幅な送り速度の向上が期待できます。(図5、6)
石英ガラス加工時の送り速度比較
[加工条件]
ワーク:
石英ガラス 300μm厚
ブレード: #2000電鋳
スピンドル回転数: 12000rpm
図5 石英ガラス加工時の送り速度比較  
超音波OFF
石英加工時の表面チッピング
送り速度: 1㎜/sec(超音波OFF)
※ブレード破損発生
超音波ON
石英加工時の表面チッピング
送り速度: 6㎜/sec(超音波ON)
[加工条件]
ワーク:
石英ガラス 300μm厚
ブレード: #2000電鋳
スピンドル回転数: 12000rpm
図6 石英加工時の表面チッピング(図5と同条件)  
  1. 樹脂や金属などの延性材料でも、砥粒の冷却効果や超音波による強い振動により切削屑がブレード先端に付着しにくくなり、目詰まりによる加工不良(バリの増大)を防ぎます。(図7)
超音波OFF
QFN加工時の電極バリ
送り速度: 20㎜/sec(超音波OFF)
超音波ON
QFN加工時の電極バリ
送り速度: 20㎜/sec(超音波ON)
[加工条件]
ワーク: QFN (フルメタル)
ブレード: #360電鋳
スピンドル回転数: 12000rpm
送り速度: 20㎜/sec
図7 QFN加工時の電極バリ  
  1. 強度は高いものの、目詰まりや目潰れが発生しやすい電鋳ボンドが使用可能となり、細粒径の使用も相まって、ブレード厚を薄くすることができます。その結果、材料歩留まりの向上が期待できます。
超音波ダイシング専用ブレード
ディスコの豊富なブレード製造ノウハウを活かした、超音波ダイシング専用ブレードを開発しました。ボンドタイプも、レジンボンド、メタルボンド、電鋳ボンドから選択でき、お客様の様々なご要望にお応えします。
超音波ダイシング専用ブレード
超音波ダイシング専用ブレード
超音波スピンドル搭載機
超音波スピンドルは、DAD3350にオプションとして搭載可能です。
将来的には同スピンドルの適用可能な装置ラインアップを拡張していく予定です。
DAD3350


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