专利名称：超声波振动切割刀具及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种超声波振动切割刀具及其制造方法。
由科罗纳公司于1999年6月30日发行的超声波工程第218页上公布一种利用超声波振动的切割刀具。
作为超声波振动切割刀具通常采用如下所述的形式或是将刀片从共振器的外周面朝向外侧凸出的一体化形式，或是将圆盘状刀片安装于共振器上的分体(分体)安装的形式。在一体化形式的场合，刀片和共振器的材料相同，因此，在采用最适合于切割加工部件的材料形成刀片时，则所述材料对共振器来说并不是音响特性良好的材料。反之，如采用音响特性最差的材料形成共振器时，则不能否认，由于切割对象部件的材料和切割对象部件的材料之间的配合性差，刀片的材料质量受到限定。在分体形式刀具的场合，采用最适合于切割对象部件的材质形成刀片，而用音响特性良好的材料形成共振器时，则可以用不同质量的材料形成刀片和共振器。然而，为了将刀片安装于共振器，则不能否认，分体形式的切割刀具比起一体化形式的切割刀具来，从共振器传递至刀片的超声波的传递效果变差。
因此，本发明的目的在于，提供一种超声波振动旋转切割加工用刀具及其制造方法，所述超声波振动旋转切割加工用刀具即可以获得如同分体形式的切割刀具所具有的材料质量最佳化，又有一体化形式的切割刀具所具有的优良的超声波振动的传递效率。
根据本发明的一个方面，其特征在于，在设置于共振器上的振动变换部的外周面上，设置环状凸起和为环状凸起所支承、以钻石为主要成分的刀片，刀片的外径设定为大于环状凸起的外径。根据该发明，刀片系由最适用于切断对象的部件的材料形成，而与共振器材料无关，同时，所述刀片与共振器作一体设置，藉此，可以同时兼得如分体形式切割刀具所具的材料使用的最佳化和如一体形式切割刀具所具的优良的超声波振动的传递效率。
根据本发明的另一方面，其特征在于，将具有振动变换部及环状凸起的共振器浸渍于混合有钻石粉末的电镀液中，藉由电解电镀法，以环状凸起为晶种，增长以钻石为主要成分的刀片。根据该发明，可以容易地制得这样一种超声波振动切割用刀具，所述刀具可以同时兼得如分体形式切割刀具所具的材料使用的最佳化和如一体形式切割刀具所具的优良的超声波振动的传递效率。
根据本发明的上述又一方面，在刀片增长之后，只要除去环状凸起的外周部，以使其位于刀片外周部内侧，即可形成适当的刀片外径。
图1-图3为本发明的一个实施形态。图1显示超声波振动切割刀具1的结构，图2显示所述超声波振动切割刀具的制造方法，图3显示超声波振动切割刀具1和助推器11、振动器15的结合结构，图4显示超声波振动切割加工。
参照图1，就超声波振动切割刀具1的结构作一说明。超声波振动切割刀具1包括共振器2、振动变换部3、环状凸起4、刀片5、刀具嵌合部6及螺孔7等。
共振器2由音响特性良好材料之一的铝组成，共振器2具有与其一端输入的超声波振动共振的1/2波长。在共振器2的二端存在有振动波形W1的最大振动振幅点f1、f3，所述振动波形表示在以箭头X所示轴向振动时的瞬间变位(振动振幅)。在共振器2的中央存在有振动波形W1的最小振动振幅点f2。
振动变换部3位于振动波形W1的最小振动振幅点f2处，呈自共振器2的外周面向外侧作与共振器2为同轴状凸出的环状。振动变换部3具有以较共振器2为大的直径，和以最小振动振幅点f2为中心、在轴向二侧等分的振动幅度，该振动变换部3将振动传递方向由轴向变换至箭头Y所示的径向。该振动传递方向变换为径向时的超声波振动的瞬间变位(振动振幅)为振动波形W2。振动波形W2上的最大振动振幅点f4、f5存在于振动变换部3的外周部侧。
环状凸起4为自振动变换部3的外周面再向外侧作与共振器2为同轴状凸出的环状。环状凸起4自最小振动振幅点f2的位置处偏离于轴向一侧的近旁，但环状凸起4的外径小于刀片5的外径。刀片5以钻石为主要成分，且设置于轴最小振动振幅点f2的位置处，具有较振动变换部3为大的直径。刀片5的外周面在以箭头Y所示径向上振动。
上述刀片5外周面所作的径向振动取决于来自振动变换部3的凸出量。刀片5的直径如过分大于振动变换部3的直径，则刀片5的外周面也发生朝向箭头X1方向的振动。因此，刀片5的直径设定于这样的范围之内，以使刀刃以振动变换部3的直径为基础，仅在箭头Y方向上作振动。刀具嵌合部6设置于共振器2的外周面上与振动变换部3不发生干扰的位置上。螺孔7形成于共振器2的二端面的中心内侧。
以下，参照图2，就超声波振动切割刀具1的制造方法作一说明。在该制造方法中，首先，如图2a所示，制作由铝组成的共振器2的初期形状。该初期形状的共振器2包括除刀片5以外的振动变换部3、环状凸起4、刀具嵌合部6及螺孔7等。其次，如图2b所示，除了共振器2的环状凸起4之外的部分，即，共振器2、振动变换部3、刀具嵌合部6、螺孔7等由掩蔽构件10所覆盖。
其后，如图2c所示，将所述被覆盖的b图中的构件放入电镀槽31中，以环状凸起4为晶种，使在振动变换部3的外周面上生成钻石刀片5。电镀槽31中灌满混合了硫酸镍溶液和钻石粉末的电镀液32。在环状凸起4的刀片生成部以外的部分上连接有电镀用电源的正极33，电镀用电源的负极34连接于电镀槽31。而且，上述被掩蔽的b图中的构件浸渍于电镀液32中，电镀液32在旋转叶片35的搅拌下接通电镀电源。藉由上述电解电镀法，如图2d所示，电镀液32中的钻石粉末以环状凸起4为晶种，成长于振动变换部3的外周面，形成以钻石为主要成分的刀片5，然后，除去所述的掩蔽部件10。该生成的刀片5位于图3中的最小振动增幅点f2处，其厚度t为例如数微米-200微米。
再有，如图2e所示，在形成刀片5之后，除去部分以外的部分为掩蔽部件所被覆。然后，环状凸起4的外周部4a用铝浸蚀法除去，环状凸起4的外径尺寸设定在小于刀片5的外径尺寸，得到如图1所示、共振器2和刀片5一体化的超声波振动切割刀具1。
以下，参照图3，就用于超声波振动切割加工的超声波振动切割刀具1的形态作一说明。在共振器2的一端，由无头螺栓16连接有助推器11。助推器11的一端藉由无头螺栓17连接有振动器15。助推器11由钛、铝、淬火的铁等音响特特性良好的材料组成，且具有与振动器15传递的超声波振动共振的波长为1的波。在助推器11的二端部，存在有振动波形W1的最大振动振幅点f11、f15。助推器11设有前后的支承部12和刀具嵌合部13。
支承部12为由厚壁的根部12a和薄壁部12b及厚壁部12c所构成的弯曲状。根部12a位于助推器11的最小振动振幅点f12、f14的位置处，呈自助推器11的外侧面向径向外侧凸出的环状。薄壁部12b为自根部12a的周缘沿轴向平行的方向凸出的筒状。厚壁部12c为从薄壁部12b的头部超径向外侧突出的环状。支承部12的弯曲形状为左右对称形状，但也可左右同向。刀具嵌合部13设于助推器11外周面上、不与支承部12干扰的位置。
以下，参照图4，就超声波振动切割刀具1的切割加工进行说明。举例说明的是，将作为切割对象部件的组装有IC等的半导体晶片23切割成称为多个微孔晶片的掷状的半导体晶片的切割加工。图3的助推器11及振动器15以同轴状态组装于超声波振动切割刀具20的超声波振动回转机构21的内部，助推器11前后如图3所示的支承部12安装于超声波振动回转机构21上，超声波振动切割刀具1的如图1所示的振动变换部3、刀片5及环状凸起4设置于超声波振动回转机构21的外侧。又，在超声波振动切割装置20的载台22上，固定有作为切割对象部件、组装有IC的半导体晶片23。而且，操纵者操作图中未示的超声波振动切割装置20的操作盘，当在超声波振动切割装置20的控制部24上指示有切割开始的信号，控制部24即指示超声波振动切装置20的CCD摄像机25开始摄影。而且，CCD摄像机25向控制部24输出载台22上的半导体晶片23的图象信号，控制部24基于图象信号和作为基准的图象信息进行演算，将所得到的位置偏离向载台22输出信号，使载台22的调节功能进行工作，终止半导体晶片23对于超声波振动回转装置21的对位。其后，控制部24对超声波振动回转机构21和载台22的3轴驱动机构26进行控制，刀片5作单向回转的同时，在超声波振动下共振，同时，藉由前后左右上下方向的直线移动，描绘出四方形的轨迹。在该四方形的一个轨迹中，刀片5针对半导体晶片23，作单向的一次切割。
重复描绘上述3轴驱动机构26的四方形轨迹的移动，藉此，半导体芯片23被切断成多个带状。上述带状切断完成之后，控制部24即指示载台22作90度的回转，使载台22的调节功能作用，使半导体芯片23对于超声波振动回转机构21的朝向发生90度的变换。在该状态下，控制部24再度控制3轴驱动机构26，刀片5将带状的半导体芯片23切割成多块掷状，藉此，完成超声波振动回转对一片半导体芯片23所作的切割操作。在上述半导体芯片23的切割过程中，刀片5由超声波振动切割装置20的冷却系统28冷却。
在上述实施形态中，作为切割对象部件是使用了半导体芯片，但所述切割对象部件也可使用如金、银、铝、焊锡、铜等带有粘性、柔软的物质，或是如陶瓷、硅、铁素体等的硬脆物质，由合成树脂和金属组成的层压结构物质，由无机质和金属、合成树脂组成的层压结构物等物质。
在上述实施形态中，环状凸起4及刀片5是以最小振动振幅点f2为基准而设置的，但如果环状凸起4及刀片5设置在振动变换部3的外周面的轴向范围内，则也可同样适用设置于其位置偏离最小振动振幅点f2的位置处。其理由是，振动变换部3的外周面的任一部分，在变换为以振动波形W2表示的径向的超声波振动的振动振幅是相同的。
附图的简单说明图1为本发明的实施形态的刀具的侧视图。
图2为同一实施形态的刀具的制造方法的工序图。
图3为同一实施形态的刀具和助推器及振动器的结合结构的侧视图。
图4为使用同一实施形态的刀具的切割加工的侧视图。
图中，1为超声波振动切割刀具，2为共振器，3为振动变换部，4为环状凸起，5为刀片。
权利要求
1．一种超声波振动切割刀具，其特征在于，在设置于共振器上的振动变换部的外周面上，设置环状凸起和为环状凸起所支承、以钻石为主要成分的刀片，刀片的外径设定为大于环状凸起的外径。
2．一种超声波振动切割刀具的制造方法，其特征在于，将具有振动变换部及环状凸起的共振器浸渍于混合有钻石粉末的电镀液中，藉由电解电镀法，以环状凸起为晶种，生成以钻石为主要成分的刀片。
3．如权利要求2所述的超声波振动切割用刀具的制造方法，其特征在于，在刀片生成之后，除去环状凸起的外周部，以使其位于刀片外周部内侧。
全文摘要
本发明目的在于,同时兼得如分体形式切割刀具所具的材料使用的最佳化和如一体形式切割刀具所具的优良的超声波振动的传递效率。本发明系将具有振动变换部3及环状凸起4的共振器2浸渍于混合有钻石粉末的电镀液中,藉由电解电镀法,以环状凸起4为晶种,生成以钻石为主要成分的刀片5。其后,由浸蚀法除去环状凸起4的外周部,以使其位于刀片5外周部内侧,在设于共振器2上的振动变换部3的外周面设置由环状凸起4所支承的刀片5。
文档编号C25D7/00GK1298781SQ00134969
公开日2001年6月13日 申请日期2000年12月8日 优先权日1999年12月9日
发明者佐藤茂 申请人:株式会社厄泰克斯