セラミックス基板の切断における高品質化に貢献するダイシング装置

セラミックス基板のダイシング加工

セラミックス基板のダイシング加工は、窒化アルミニウム（AlN）やアルミナなどのセラミックス材料の基板を、回転するブレードによって個々のチップへ切り分ける工程です。これらのセラミックスは優れた絶縁性や放熱性を有することから、通信デバイスをはじめとする電子部品の基板材料として用いられます。

本用途では、こうしたセラミックス基板に対し、回転するブレードへ超音波振動を加える超音波アシスト切断を用いてダイシングを行います。セラミックスはSiCと並んで超音波カッティングが活きる用途のひとつです。超音波カッティングは、金属膜が形成された基板や、狭ピッチで高精度な切断が求められる対象にも用いられます。

セラミックス基板の切断における課題

従来工法では切断が難しい硬脆材

セラミックスは硬く脆い特性を持った材料であるため、従来のブレードダイシングでは切断速度を上げると欠けや割れが発生しやすくなります。また、加工負荷の増加に伴いブレードの摩耗も進みやすく、生産性やランニングコストへの影響が課題となります。一方、レーザー切断では熱の影響による改質層が形成されることがあります。さらに、装置導入コストやランニングコストが高くなる場合もあり、切断品質と生産性を両立することが難しい場面があります。

切断時に生じる切り屑やバリ

セラミックスの切断では微細な切り屑が発生しやすく、ワーク表面への付着が後工程や製品品質に影響します。また金属膜が形成された基板では、切断時に金属バリが発生することがあります。要求される品質基準は対象によって異なるため、切断品質の確保に加え、発生した切り屑やバリへの対応が課題となります。

量産型超音波カッティング装置 CSX501による解決策

超音波アシストによる高速・高品質切断

回転するブレードに毎秒数万回の超音波振動を付与した超音波アシスト切断を採用しています。この超音波アシストには、振動で硬脆材を破砕して切削力を高めるハンマー効果、切削水の流入を促進して切削抵抗を低減する潤滑効果、切り屑を洗い流してブレードの目詰まりを防ぐクリーニング効果、さらに切断面を平滑にする断面研磨効果（超音波ポリッシュカット®）の4つの効果があります。

これらの効果により、硬く脆いセラミックスに対しても欠けや割れを抑えながら高速で切断でき、ブレード摩耗の低減にも貢献します。

両端支持機構による安定した切断

ブレードの両側を支える独自の両端支持機構を採用しています。片側のみで支える従来方式では、加工負荷によってブレードがたわみ、姿勢が不安定になり、切断ラインの蛇行やチッピングの増大につながります。これに対し、両端支持機構はブレード姿勢を安定して保持し、高い加工負荷がかかる条件でも切断ラインを直線的に保ちます。さらに、超音波の振動エネルギーを効率よくワークへ伝達できるため、狭ピッチ加工においても高い精度と安定した切断品質を実現します。

洗浄機能による切り屑やバリの除去

切断後に生じる切り屑の除去には、水と気体を混合して噴射する2流体洗浄（標準装備）を用います。金属膜が形成された基板で生じる金属バリには、洗浄オプションである高圧ジェット洗浄を用いて除去します。これらの洗浄機能を要求品質に応じて組み合わせることで、切断後の清浄度を向上させ、後工程への影響を低減できます。

CSX501活用による期待効果

狭ピッチで安定した高品質切断

超音波アシスト切断と両端支持機構により、切断ラインの蛇行やチッピングを抑えながら、0.1mm角程度の極小チップの切り出しが可能です。硬く脆いセラミックスでも欠けや割れを抑えた高品質な切断面が得られるため、通信デバイスなど微細加工が求められる用途への適用が期待できます。

切り屑やバリを抑えた清浄な仕上がり

超音波アシストにより、発生するバリサイズを微細化するとともに、標準装備の2流体洗浄とオプションの高圧ジェット洗浄を組み合わせることで、切断後の切り屑や金属バリを除去できます。切り屑が発生しやすい材料や金属膜付きの基板においても清浄度の高い仕上がりが見込まれ、後工程の負担軽減につながることが期待できます。

生産性の向上とブレード寿命の延長

超音波アシストにより切削抵抗を低減しブレード摩耗を抑えられるため、切断速度の向上とブレード交換頻度の低減を両立できます。従来のブレードダイシングと比較した評価では、ブレード1本あたりの切断距離が約4倍、生産性重視の条件では切断速度が約30倍となるデータも得られています。これにより、生産性の向上とランニングコストの低減が期待できます。