JP2004001225A - 超音波振動切断用ツールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各種の物性を有する切断対象部品の切断適切化を図る。
【解決手段】ホーン１１０が円板状の振動伝達方向変換部１１２を振動子から伝達される振動波形Ｗ３の最小振動振幅点ｆ１２に位置して同軸状に設けられ、この振動伝達方向変換部１１２の外周面には振動波形Ｗ３から振動伝達方向を９０度変換された振動波形Ｗ４の最大振動振幅点ｆ１５が存在し、その外周面にはダイヤモンドよりなる切断刃１１１が振動伝達方向変換部１１２の外周面より突出した環状突起１１３を種として成長結合され、その後、環状突起１１３が切断刃１１１および振動伝達方向変換部１１２から除去され、これによって、切断刃１１１が振動伝達方向変換部１１２の外周面より径方向外側に環状に突出している。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波振動により切断対象部品を切断するために用いられる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】
半導体装置の製造において、ＩＣ等の組込まれた半導体ウエハ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場合、超音波振動により切断することが試みられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記超音波振動により半導体ウエハをさいころ状の半導体チップに切断することは、成功していないのが現状である。又、金、銀、アルミニウム、半田、銅等の粘りの有る柔らかいもの、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も、超音波振動により切断することは成功例が無い。
【０００４】
そこで、本発明は上記のような物性を有する各種の切断対象部品を適切に切断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しようとするものである。
【０００５】
【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、超音波振動により切断対象部品を切断するために用いられる超音波振動切断用ツールであって、ホーンに設けられた振動伝達方向変換部の外周面にダイヤモンドよりなる切断刃を成長結合したことによって、別体形式のような材質の最適化と一体形式のような超音波振動の伝達効率の良さとの両立が図れるとともに、各種の物性を有する切断対象部品を適切に切断できる超音波振動切断用ツールを提供することができる。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、超音波振動により切断対象部品を切断するために用いられる超音波振動切断用ツールの製造方法であって、ホーンの振動伝達方向変換部の外周面に設けられた環状突起を種としてダイヤモンドよりなる切断刃を振動伝達方向変換部の外周面に成長させた後、この切断刃および振動伝達方向変換部より環状突起を除去することによって、別体形式のような材質の最適化と一体形式のような超音波振動の伝達効率の良さとの両立が図れ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。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態であって、ホーン１１０と切断刃１１１とを一体構成したものである。図１のａ図に示すように、ホーン１１０の初期形状を作る。この初期形状は、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、図２の振動子２４より伝達された超音波振動に共振する１／２波長の長さを有し、両端部に矢印Ｘ２で示す軸方向に振動する振動波形Ｗ３の最大振動振幅点ｆ１１；ｆ１３を有し、振動波形Ｗ３の最小振動振幅点ｆ１２に振動伝達方向変換部１１２を有し、振動伝達方向変換部１１２の外周面に環状突起１１３を有する。環状突起１１３は最小振動振幅点ｆ１２より軸方向一側に位置がずれている。
【０００７】
次に、図１のｂ図に示すように、ダイヤモンドの切断刃１１１が環状突起１１３を種として振動伝達方向変換部１１２の外周面に成長させる。成長した切断刃１１１は最小振動振幅点ｆ１２に位置し、その厚さｔは例えば数ミクロン〜２００ミクロンである。
【０００８】
そして、図１のｃ図に示すように、切断刃１１１の成長完了後、環状突起１１３を除去することにより、切断刃１１１の一体化されたホーン１１０が得られる。この実施形態において、振動伝達方向変換部１１２はホーン１１０より大きな直径と最小振動振幅点ｆ１２を中心として両端側に等分に振分けられた幅とを有し、ホーン１１０と同軸状の円形を呈し、振動の伝達方向を軸方向より径方向に変換する。この変換された振動波形Ｗ４における最大振動振幅点ｆ１４；ｆ１５は振動伝達方向変換部１１２の周縁部に存在する。切断刃１１１は最小振動振幅点ｆ１２に位置し、振動伝達方向変換部１１２より大きな直径を有し、切断刃１１１の刃先は矢印Ｙ２で示す径方向に振動する。
【０００９】
要するに、本実施形態は、切断刃１１１の一体化されたホーン１１０を開示したものであって、振動波形Ｗ３はホーン１１０の一端に図外の無頭ねじで同軸状に結合される図２の振動子２４からの超音波振動に共振する超音波振動の瞬間的な変位（振動振幅）を表わす。振動波形Ｗ４は振動伝達方向変換部１１２で振動の伝達方向を軸方向より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）を表わす。金属を種としてダイヤモンドを成長される方法は公知である。
【００１０】
図２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の形態について説明する。ホーン１１０の一端にはブースタ２５が図外の無頭ねじにより結合され、ブースタ２５の一端には振動子２４が図外の無頭ねじにより結合される。ブースタ２５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２４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２５の両端部には、振動波形Ｗ３の最大振動振幅点ｆ７；ｆ１１が存在する。
【００１１】
ブースタ２５の前側支持部４２と後側支持部４３とには最小振動振幅点ｆ１０；ｆ８が存在する。前側支持部４２は、振動波形Ｗ３の最小振動振幅点ｆ１０より径方向外側に突出する環状の付根部４２ａと、付根部４２ａの周縁よりホーン１１０の側に延設した筒状の肉薄部４２ｂと、肉薄部４２ｂの先端より径方向外側に突出する環状の肉厚部４２ｃとを有する。
【００１２】
後側支持部４３は、振動波形Ｗ３の最小振動振幅点ｆ８より径方向外側に突出する環状の付根部４３ａと、付根部４３ａの周縁より振動子２４の側に延設した筒状の肉薄部４３ｂと、肉薄部４３ｂの先端より径方向外側に突出する環状の肉厚部４３ｃとを有する。肉厚部４２ｃ；４３ｃが超音波振動回転機構１２に支持されることにより、ブースタ２５の超音波振動回転機構１２に対する前後方向の支持間隔（スパン）が長くなり、切削加工時の撓み防止がより良くなる。付根部４２ａ；４３ａの厚さ＞肉薄部４２ｂ；４３ｂ、肉厚部４２ｃ；４３ｃ＞肉薄部４２ｂ；４３ｂに形成されている。
【００１３】
又、ブースタ２５の前側・後側支持部４２；４３を避けた外周面、及び、ホーン１１０の振動伝達方向変換部１１２を避けた外周面のそれぞれには、ブースタ２５と振動子２４との結合や解除、ブースタ２５とホーン１１０との結合や解除それぞれに際し工具を挿入する工具用凹部７２；７３；７４；７５を個別に有する。
【００１４】
図３を参照し、超音波振動切断用ツールを用いた切断加工について説明する。切断対象部品としてのＩＣ等の組込まれた半導体ウエハ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。
【００１５】
図２のブースタ２５及び振動子２４が超音波振動切断装置の超音波振動回転機構１２の内部に同軸状に組込まれ、ブースタ２５の前後の図２の支持部４２；４３が超音波振動回転機構１２に取付けられ、超音波振動切断用ツールの図２の振動伝達方向変換部１１２や切断刃１１１が超音波振動回転機構１２の外側に配置される。
【００１６】
又、超音波振動切断装置の搭載台４に切断対象部品としてＩＣの組込まれた半導体ウエハが固定される。そして、作業者が超音波振動切断装置の図外の操作盤を操作し、切断開始が制御部１００に指示されると、制御部１００が超音波振動切断装置のＣＣＤカメラ９９に撮影開始を指示する。
【００１７】
そして、ＣＣＤカメラ９９が搭載台４上の半導体ウエハの画像信号を制御部１００に出力し、制御部１００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４に出力して搭載台４の調整機能を働かせて超音波振動回転機構１２に対する半導体ウエハの位置合せを終了する。
【００１８】
この後、制御部１００が３軸駆動機構５と超音波振動回転機構１２と冷却系統１３とを制御することにより、超音波振動回転機構１２の図２に示す切断刃１１１が一方向に回転すると共に超音波振動に共振し、ノズル部１５が冷媒を噴射し、３軸駆動機構５のホルダ１１がＸ方向移動とＺ方向移動と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、超音波振動回転機構１２における図１の切断刃１１１が半導体ウエハに対する一方向の１回の切断が実行される。
【００１９】
その１回の切断が終了すると、３軸駆動機構５のホルダ１１がＹ方向に移動した後、再び、四角形の軌跡を描くことにより、超音波振動回転機構１２の切断刃１１１が半導体ウエハに対する一方向の次の１回の切断が行われる。その切断終了後、３軸駆動機構５のホルダ１１がＹ方向に再び移動することを繰返すことにより、半導体ウエハが複数の帯状に切断される。
【００２０】
この帯状の切断が完了すると、制御部１００が搭載台４に９０度回転を指示し、搭載台４の回転角θの調整機能が働き、超音波振動回転機構１２に対する半導体ウエハの向きが９０度変化する。その状態において、制御部１００が３軸駆動機構５の制御を再開し、図１の切断刃１１１が帯状の半導体ウエハを複数のさいころ状に切断することにより、１つの半導体ウエハに対する超音波振動回転による切断作業が終了する。
【００２１】
前記実施形態では切断対象部品として半導体ウエハを用いたが、切断対象部品としては金、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態を示すホーンの製作工程図。
【図２】同実施形態のホーンと振動子との結合構造の側面図。
【図３】同実施形態の超音波振動切断装置を示す正面図。
【符号の説明】
１１０　ホーン
１１１　切断刃
１１２　振動伝達方向変換部
１１３　環状突起

Claims (2)

1. 超音波振動により切断対象部品を切断するために用いられる超音波振動切断用ツールであって、ホーンに設けられた振動伝達方向変換部の外周面にダイヤモンドよりなる切断刃を成長結合したことを特徴とする超音波振動切断用ツール。
2. 超音波振動により切断対象部品を切断するために用いられる超音波振動切断用ツールの製造方法であって、ホーンの振動伝達方向変換部の外周面に設けられた環状突起を種としてダイヤモンドよりなる切断刃を振動伝達方向変換部の外周面に成長させた後、この切断刃および振動伝達方向変換部より環状突起を除去す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。

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