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초음파 다이싱 어플리케이션

전자부품(세라믹부품)이나 광부품(광학 디스크부품, 광통신부품)에 대응가능한 새로운 어플리케이션으로서 개발된 초음파 다이싱은, 지금까지 블레이드 다이싱에서의 가공이 곤란했던 글라스나 세라믹등의, 난삭재 가공에 적합합니다.

종래의 난삭재 가공시의 문제점
글라스, 세라믹, 금속, 수지등 난삭재의 블레이드 다이싱에서는 아래와 같은 여러가지 문제가 발생하기 쉽습니다.
  1. 다이아몬드 형상변형*1, 눈막힘*2의 발생으로 가공부하가 상승합니다. 가공부하가 상승*3하면, 칩핑이나 burr의 증대, 블레이드 파손, 이상마모, 자재면 버닝(burning)등, 다양한 문제가 발생합니다.
*1 블레이드 선단 부분의 연마용 입자가 마모되어 블레이드 표면으로부터 연마 입자의 돌출이 이루어지지 않는 경우가 있습니다. 이렇게 되면, 블레이드는 정상가공을 할 수 없게 됩니다.
*2 자재의 절삭 찌꺼기나 테이프 어드허시브(adhesive)등이 블레이드 선단부에 달라 붙어 연마 입자가 돌출되지 않아 블레이드로의 정상적인 가공이 어려워지게 됩니다.
*3 가공부하는 미세한 연마 입자를 사용시 또는 공급속도를 올려도 상승합니다. 가공부하의 상승은 스핀들 전류값의 상승으로 확인 할 수 있습니다.
  1. 사용 가능한 블레이드의 사용범위(Variation)가 한정됩니다. 본드의 선정에서는 다이아몬드 형상변형, 눈막힘 방지를 위해 적당범위내로 소모시킬 필요가 있으므로, 레진 본드 이외는 사용이 곤란합니다. 또한, 그릿 사이즈의 선정에 있어서도 #320~#600정도의 비교적 큰 사이즈를 사용할 필요가 있습니다.
전술한 바와 같이 난삭재 가공에 있어서 블레이드 다이싱 문제점의 해결책의 하나로써 개발된 것이 초음파 다이싱입니다.
초음파 다이싱 가공원리
초음파 다이싱에서는 스핀들 후방에 장착한 초음파 진동자의 전후 진동을 스핀들 샤프트 및 블레이드의 베이스(Base)를 매개로 하여 반경방향으로 팽창하는 운동으로 변환합니다. 이 진동변환방식으로, 초음파 가공에 있어서 이상적인 진동방향을 얻을 수 있습니다(그림1).
그림1 초음파 진동 발생 메커니즘
그림1 초음파 진동 발생 메커니즘
초음파 진동으로 다이싱 블레이드가 반경방향으로 순간적으로 신축하여, 짧은 시간 내에 가속된 연마 입자가 계속적으로 자재와 충돌을 반복합니다(그림2). 그 결과, 미세한 파쇄층을 자재에 발생시키면서 가공하므로 가공부하를 큰 폭으로 저감할 수 있습니다(그림3). 또한, 이 진동으로 블레이드와 자재 사이에 틈새가 발생되어 연마 입자의 냉각효과가 큰 폭으로 개선되며, 다이아몬드 눈막힘/형상변형 방지로 가공품질이나 수명향상을 실현 할 수 있습니다(그림4).
그림2 초음파 다이싱 가공 메커니즘
그림2 초음파 다이싱 가공 메커니즘
그림3 소다 글라스 가공시의 스핀들 전류값 비교
[가공조건]
자재:
소다 글라스 1mm두께
스핀들 회전수: 12000rpm
절삭깊이: 0.5mm
그림3 소다 글라스 가공시의 스핀들 전류값 비교  
초음파 OFF
그림4 퇴적 방지효과  초음파 OFF
블레이드 선단부가 마모되어 연마용 입자의 돌출이 없어지며, 입자 형상변화가 발생합니다.
초음파 ON
그림4 퇴적 방지효과  초음파 ON
초음파 ON에서는 연마용 입자의 돌출이 유지되고 있습니다.
석영 가공시의 초음파 ON/OFF 비교사진
그림4 퇴적 방지효과  
초음파 다이싱의 장점
이 가공부하를 내려서 연마용 입자의 냉각상황을 개선하는 효과로, 다양한 장점을 얻을 수 있습니다.
  1. 글라스, 석영, 세라믹등의 경취성 재료와 같은, 종래에는 블레이드 파손등으로 사용할 수 없었던 전주본드 #2000정도의 미세 입경 블레이드를 사용할 수 있게 되었습니다. 그 결과, 가공품질을 큰 폭으로 개선할 수 있게 되었습니다. 또한, 종래와 동등한 입경으로 가공해도 가공부하 저하로 공급속도를 상당히 향상 시킬 수 있습니다(그림5, 6).
그림5 석영 글라스 가공시의 공급속도 비교
[가공조건]
자재:
석영 글라스 300μm두께
블레이드: #2000 전주
스핀들 회전수: 12000rpm
그림5 석영 글라스 가공시의 공급속도 비교  
초음파 OFF
그림6 석영 가공시의 표면 칩핑(그림5와 같은 조건)  초음파 OFF
공급속도: 1㎜/sec(초음파 OFF)
*블레이드 파손 발생
초음파 ON
그림6 석영 가공시의 표면 칩핑(그림5와 같은 조건)  초음파 ON
공급속도: 6㎜/sec(초음파 ON)
[가공조건]
자재:
석영 글라스 300μm두께
블레이드: #2000 전주
스핀들 회전수: 12000rpm
그림6 석영 가공시의 표면 칩핑(그림5와 같은 조건)  
  1. 수지나 금속등의 연성재료에서도 연마 입자의 냉각효과나 초음파에 의한 강한 진동으로 절삭 찌꺼기가 블레이드 선단부에 부착하지 않으며, 다이아몬드 눈막힘에 의한 가공불량(burr 증가)을 저감시킵니다(그림7).
초음파 OFF
그림7 QFN가공시의 전극burr  초음파 OFF
공급속도: 20㎜/sec(초음파 OFF)
초음파 ON
그림7 QFN가공시의 전극burr  초음파 ON
공급속도: 20㎜/sec(초음파 ON)
[가공조건]
자재: QFN(풀 메탈)
블레이드: #360 전주
스핀들 회전수: 12000rpm
공급속도: 20㎜/sec
그림7 QFN가공시의 전극burr  
  1. 강도는 높지만, 눈막힘이나 형상변형이 발생하기 쉬운 전주 본드, 미세입경 그릿 사이즈 사용이 가능케 되었으며, 블레이드 두께 또한 얇게 할 수 있습니다. 그 결과, 제품 yeild향상을 기대할 수 있습니다.
초음파 다이싱 전용 블레이드
디스코의 풍부한 블레이드 제조 노하우로 초음파 다이싱 전용 블레이드를 개발하였습니다. 본드 타입도, 레진, 메탈, 전주중에서의 선택이 가능하여, 고객의 다양한 요구에 부응합니다.
초음파 스핀들 탑재장비
초음파 스핀들은 DAD3350에 옵션으로 탑재 가능합니다.
향후 초음파 스핀들을 탑재가능한 기타 장비 라인업을 확장해 갈 예정입니다.
DAD3350



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