JP7008961B2 - スクライビングホイール、ホルダーユニット及びスクライブ方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板等の脆性材料基板にスクライブラインを形成するためのスクライビングホイールと、このスクライビングホイールを含むホルダーユニット及びスクライブ方法に関する。

脆性材料基板を分断するスクライビングホイールとして、このスクライビングホイールの稜線部分の刃先に溝を形成することが知られている。特許文献１には、モータの駆動軸に軸孔が装着されて回転駆動されるカッターホイールのＶ字形状となる刃先を含む両側の傾斜面に向けて、レーザ加工機からのレーザ光を照射して溶融溝を形成するカッターホイールの製造方法が開示されている。このような製造方法によって、傾斜面には、刃先側において交差するような帯状傾斜面溝が形成され、且つこの傾斜面溝が交差する刃先側にＶ字形状に対応する突起状を有する刃先溝が形成されることとなる。

また、特許文献２にはスクライビングホイールの刃先に溝を形成し、側面視において刃先の稜線が溝と接する角度が溝の両側で異なるようにしたスクライビングホイールが提案されている。

特開２００９－２３４８７４号公報 特開２０１４－１８９４１５号公報

特許文献１に形成されている溝は、稜線に沿って内部に突起を有し、この突起の形状は溝の最も深い部分における稜線に垂直な線に対して対称のものであった。このようなスクライビングホイールでは、ホルダーへの取付時にどちらの向きに取り付けたとしても同じ性能を発揮することができるが、スクライブ進行方向に対する溝の最適な形状について十分に検討されてきたとはいえなかった。

また特許文献２によるスクライビングホイールでは、溝の内部には稜線を有しておらず、稜線が溝と接する角度が溝の両端で異なるようにして溝の端部の欠けを防止し、寿命を長くしているが、スクライブを開始するときのスクライブ性能（かかりの良さ）については特に考慮されていなかった。

本発明は、基板をスクライブする際に、荷重を小さくしてもかかりの性能の高いスクライビングホイール、ホルダーユニット、及びスクライブ方法を提供することを目的とする。

本発明のスクライビングホイールは、円板状で外周が断面Ｖ字状の傾斜面と、前記傾斜面が交わる稜線とを有し、前記稜線を含む前記傾斜面の一定間隔毎に複数の溝を具備するスクライビングホイールであって、
前記溝は前記傾斜面に延在しており、前記溝の内部に前記稜線から連続する溝内稜線を有し、
前記稜線と隣接する一方側の前記溝内稜線との間で形成される第１エッジ角の角度が、前記稜線と隣接する他方側の前記溝内稜線との間で形成される第２エッジ角の角度よりも大きくされており、前記稜線の前記第１エッジ角側が、前記第２エッジ角側よりも後に前記脆性材料基板と接触するよう回転させられることを特徴とする。

本発明のホルダーユニットは、円板状で外周が断面Ｖ字状の傾斜面と、前記傾斜面が交わる稜線とを有し、前記稜線を含む前記傾斜面の一定間隔毎に複数の溝を具備するスクライビングホイールと、前記スクライビングホイールを回転自在に保持するピンと、前記スクライビングホイールを配置しておく保持溝を形成する一対の支持部と、傾斜部を有する取付部とを含み、前記一対の支持部に前記ピンを配置しておくピン孔が設けられたホルダーと、からなるホルダーユニットであって、前記スクライビングホイールの前記溝は前記傾斜面に延在しており、前記溝の内部に前記稜線から連続する溝内稜線を有し、前記稜線と隣接する一方側の前記溝内稜線との間で形成される第１エッジ角の角度が、前記稜線と隣接する他方側の前記溝内稜線との間で形成される第２エッジ角の角度よりも大きくされており、前記ホルダーの前記傾斜部が設けられた側がスクライブ進行方向となるように前記スクライビングホイールが回転させられる場合に、前記スクライビングホイールの前記稜線の前記第１エッジ角側が、前記第２エッジ角側よりも後に前記脆性材料基板と接触することを特徴とする。

本発明は、円板状で外周が断面Ｖ字状の傾斜面と、前記傾斜面が交わる稜線とを有し、前記稜線を含む前記傾斜面の一定間隔毎に複数の溝を具備するスクライビングホイールを用いた脆性材料基板のスクライブ方法であって、前記スクライビングホイールの前記溝は、前記傾斜面に延在する傾斜面溝と、前記傾斜面溝内部に前記稜線から連続する溝内稜線を有し、前記稜線と隣接する一方側の前記溝との間で形成される第１エッジ角の角度が、前記稜線と隣接する他方側の前記溝との間で形成される第２エッジ角の角度よりも大きくなっており、前記稜線の前記第１エッジ角側が、前記第２エッジ角側よりも後に前記脆性材料基板と接触するように、前記スクライビングホイールを回転させることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明のスクライビングホイール、ホルダーユニット及びスクライブ方法によれば、基板を分断する際に、スクライビングホイールから基板に加えられる荷重をあまり大きくしなくても滑り量が少なくかかりの良いスクライブ方法とすることができる。

本発明の実施形態におけるスクライブ装置の概略図である。 本発明の実施形態におけるスクライブ装置が有するホルダージョイントの正面図である。 図３（ａ）は、スクライビングホイールの側面図であり、図３（ｂ）は、スクライビングホイールの正面図であり、図３（ｃ）は、スクライビングホイールの拡大側面図である。 図４は脆性材料基板を分断する際の模式図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、スクライブ時に非対称形状の溝を刃先に有するスクライビングホイールを用いた場合のスクライビングホイールと脆性材料基板の模式図である。 図６は本発明の実施の形態によるスクライビングホイールを用いてスクライブしたときに、スクライブが開始されるまでの距離を示すグラフである。 図７はスクライビングホイールに溝を形成する加工方法を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための一例を示すものであり、本発明をこの実施形態に特定することを意図するものではない。本発明は、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも適応し得るものである。

本発明の実施形態に係るスクライブ装置１０の概略図を図１に示す。スクライブ装置１０は、移動台１１を備えている。移動台１１は、ボールネジ１３と螺合されており、モータ１４の駆動によりこのボールネジ１３が回転することで、一対の案内レール１２ａ、１２ｂに沿ってｙ軸方向に移動するようになっている。

移動台１１の上面には、モータ１５が設置されている。モータ１５は、上部に位置するテーブル１６をｘｙ平面で回転させて所定角度に位置決めするためのものである。被切断物としての脆性材料基板１７は、テーブル１６上に載置され、図示しない真空吸引手段などによって保持される。スクライブの対象となる脆性材料基板１７としては、ガラス基板、低温焼成セラミックスや高温焼成セラミックスからなるセラミック基板、シリコン基板、化合物半導体基板、サファイア基板、石英基板等が挙げられる。また、脆性材料基板１７はその表面または内部に、薄膜或いは半導体材料を付着させたり含ませたりしたものであってもよい。脆性材料基板１７は、その表面に脆性材料に該当しない薄膜等が付着されていても構わない。

スクライブ装置１０は、テーブル１６に載置された脆性材料基板１７の上方に、この脆性材料基板１７の表面に形成されたアライメントマークを撮像する二台のＣＣＤカメラ１８を備えている。移動台１１とその上部のテーブル１６とを跨ぐように、ブリッジ１９がｘ軸方向に沿うようにして支柱２０ａ、２０ｂによって架設されている。

ブリッジ１９にはガイド２２が取り付けられており、スクライブヘッド２１はこのガイド２２に案内されてｘ軸方向に移動可能に設置されている。スクライブヘッド２１には、ホルダージョイント２３を介してホルダーユニット３０が取り付けられている。

図２には、ホルダーユニット３０が取り付けられたホルダージョイント２３の正面図が示されている。なお、図２には、ホルダージョイント２３の正面図が示されるとともに、回転軸部２３ａに取り付けられたベアリング２５ａ、２５ｂとスペーサ２５ｃの断面図が併せて示されている。

ホルダージョイント２３は略円柱状をしており、回転軸部２３ａと、円柱形のジョイント部２３ｂとで構成されている。ホルダージョイント２３がスクライブヘッド２１に装着された状態においては、回転軸部２３ａが二つのベアリング２５ａ、２５ｂに円筒形のスペーサ２５ｃを介して取り付けられ、このホルダージョイント２３は回動自在に保持される。

ジョイント部２３ｂの下端には円形の開口２６が形成され、この開口２６の上部にはマグネット２７が埋設されている。開口２６を介して、ホルダーユニット３０のホルダー２４が着脱自在に取り付けられる。ホルダーユニット３０は、ホルダー２４と、ピン３３と、スクライビングホイール４０とを備える。

ホルダー２４は略円柱形の金属等からなり、その下端側には平坦部２９ａ、２９ｂが形成されている。なお、図２において、ホルダーユニット３０の下端側を拡大している図は、このホルダーユニット３０を矢印Ａで示す横方向から観察した場合の拡大図を示している。

平坦部２９ａと平坦部２９ｂとの間には、スクライビングホイール４０を保持するための保持溝３１が形成されている。平坦部２９ａ、２９ｂにはそれぞれ、スクライビングホイール４０を固定するために孔状のピン孔３２が形成されている。ピン孔３２及びスクライビングホイール４０にピン３３を貫通させることで、このスクライビングホイール４０がホルダー２４に対して回転自在に取り付けられる。

ホルダー２４の上端側には、位置決め用の取付部３４が形成されている。取付部３４はホルダー２４を切り欠いて形成されており、傾斜部３４ａと平坦部３４ｂとを有している。

ホルダージョイント２３にホルダーユニット３０を装着する際は、このホルダーユニット３０を開口２６に向けて取付部３４側から挿入する。その際、ホルダー２４の上端側の金属部分がマグネット２７によって引き寄せられ、取付部３４の傾斜部３４ａが開口２６の内部を通る平行ピン２８と接触し、位置決めが行われ、ホルダー２４はホルダージョイント２３に固定される。反対に、ホルダージョイント２３からホルダーユニット３０を取り外す際は、ホルダー２４を下方へ引く抜くことで、容易に取り外すことができる。

ホルダーユニット３０のスクライビングホイール４０は、消耗品であるため定期的な交換が必要となる。本実施形態においては、ホルダージョイント２３を介してホルダーユニット３０がスクライブヘッド２１に装着されているので、このホルダーユニット３０の着脱が容易に行われる。このため、スクライビングホイール４０をホルダー２４から取り外すことなく、これらスクライビングホイール４０とホルダー２４とが一体として扱われる。また、ホルダーユニット３０そのものを交換するようにしてもよい。したがって、スクライビングホイール４０の交換作業が容易に行われることとなる。

次に、スクライビングホイール４０の詳細について説明する。
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にはそれぞれ、スクライビングホイール４０の側面図、正面図、拡大側面図が示されている。なお、図３（ｃ）の拡大側面図は図３（ａ）の円ｃで示した部分である。スクライビングホイール４０は、本体部４１と、傾斜面４２と、稜線４３と、溝４４とを有している。

本体部４１は、円板状である。本体部４１の中心付近には、この本体部４１を回転軸方向に対して貫通する貫通孔４５が形成されている。貫通孔４５にピン３３が挿入されることで、スクライビングホイール４０はこのピン３３を介してホルダー２４に回転自在に保持される。本体部４１の外周に、円環状の傾斜面４２が形成されている。

傾斜面４２は、回転軸を中心とした同心円状の内周及び外周により形成される円環状体の斜面である。傾斜面４２は正面視で略Ｖ字状となっており、傾斜面４２の最外周部には、傾斜面４２が交わる稜線４３が形成されている。回転軸方向に対するスクライビングホイール４０の厚さは、稜線４３に向かうに従って徐々に小さくなっている。

図３（ｃ）に示すように、傾斜面４２の最外周部には、稜線４３と溝４４とが交互に一定間隔で形成されている。溝４４は傾斜面４２に沿って稜線４３を挟んで延在するよう設けられており、溝４４の内部は稜線４３に垂直な方向から見て、元の形状に対して左右で非対称なＶ字形の窪みとなっている。また溝４４は稜線４３から連続し、稜線４３よりも本体部４１の中心側（貫通孔４５側）に窪んだ溝内稜線４６を有している。溝４４は、稜線４３に垂直な方向における断面において、元の傾斜面と同様に、溝内稜線４６を頂点とした山形の形状とされている。本実施の形態においては、溝４４は傾斜面に沿って溝内稜線４６から遠ざかるにつれてその深さが浅くなるように形成されている。

溝内稜線４６の形状は稜線４３に垂直な方向から見て非対称であり、稜線４３と隣接する一方側の溝内稜線４６との間で形成される第１エッジ角４７の角度αが、稜線４３と隣接する他方側の前記溝内稜線４６との間で形成される第２エッジ角４８の角度βよりも大きくなっている。
ここで、本実施形態においては、第１エッジ角４７は１６８°、第２エッジ角４８は１４２°である。第１エッジ角４７の角度αは１３０°～１７０°の範囲であることが好ましく、第２エッジ角４８の角度βは９０°より大きく、かつ第１エッジ角４７の角度αより２０°～５０°小さくされていることが好ましい。

図４には、脆性材料基板１７を分断する際の模式図が示されている。なお、図４においては、ホルダーユニット３０と脆性材料基板１７のみを示している。

スクライブ装置１０においては、スクライビングホイール４０は、回転方向が定まるようになされており、常に一定の方向に回転して脆性材料基板１７にスクライブラインを形成するようになっている。具体的には、脆性材料基板１７にスクライブラインを形成する際、ホルダー２４の傾斜部３４ａ側が常に進行方向となる。図４において、脆性材料基板１７を右方向にスクライブする場合は、ホルダー２４の傾斜部３４ａ側が右方向となる。これに続けて、脆性材料基板１７を左方向にスクライブする場合は、ホルダージョイント２３の回転軸部２３ａを介してジョイント部２３ｂが回転し、ホルダー２４の傾斜部３４ａ側が左方向となる。

次に、スクライブ装置による脆性材料基板のスクライブ方法について説明する。図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれスクライビングホイールと脆性材料基板の部分拡大図であり、図５（ａ）はスクライブ時に第２エッジ角が先に基板に当接する場合、図５（ｂ）はスクライブ時に第１エッジ角が先に基板に当接する場合がそれぞれ示されている。

図５（ａ）を参照すると、スクライビングホイール４０は、脆性材料基板１７に当接され矢印Ｆの方向に常に回転して脆性材料基板１７を分断する。なお、この時のホルダーユニット３０の進行方向は、矢印Ｆの反対向きになる。スクライビングホイール４０の傾斜面４２には非対称形状の溝が形成されており、稜線４３と溝４４とが交互に連続している。溝４４は非対称形状であり、溝内稜線４６と稜線４３とで形成される第１エッジ角４７の角度αが、溝内稜線４６と稜線４３とで形成される第２エッジ角４８の角度βよりも大きくなっている（図３（ｃ）参照）。本実施の形態においては、図５（ａ）に示すようにスクライビングホイール４０が矢印Ｆの方向に回転すると、先に稜線４３の第２エッジ角４８を有する側が脆性材料基板１７に当接され、第１エッジ角４７を有する側が後に脆性材料基板１７に当接する。つまり、スクライビングホイール４０の回転方向に対して、稜線４３における第１エッジ角４７は、第２エッジ角４８よりも下流側に位置している。これに対し、図５（ｂ）はスクライビングホイール４０をホルダー２４に逆向きに取付け、先に稜線４３の第２エッジ角４８を有する側が脆性材料基板１７に当接し、第１エッジ角４７を有する側が後に脆性材料基板１７に当接するようにしてスクライブする場合を示している。

図６は前述した実施の形態によるスクライビングホイールを用いてガラス基板に対してスクライブを行った際の滑り量（スクライブ始点からリブマーク（垂直クラック）が発生して正常なスクライブができるまでの距離）を示す図である。図６は、荷重８Ｎにおいて２０回ずつスクライブを行った場合に、スクライブ始点からリブマーク発生するまでの距離（μｍ）とその頻度を、先に稜線の４３の第２エッジ角４８を有する側が脆性材料基板に当接するようにスクライブした場合（第２エッジ角先行、図５（ａ）参照）と、先に稜線４３の第１エッジ角４７を有する側が脆性材料基板に当接するようにスクライブした場合（第１エッジ角先行、図５（ｂ）参照）とに分けて示している。この結果、先に稜線４３の第２エッジ角４８を有する側が脆性材料基板に当接するようにスクライブした場合、２０回のスクライブ中１９回で、スクライブ開始から５００μｍ以内にリブマークが成立、すなわち垂直クラックが生じている。これに対し、先に稜線４３の第１エッジ角４７を有する側が脆性材料基板に当接するようにスクライブした場合には、２０回のスクライブ中１７回で滑り量が１０００μｍ以上となった。したがって、スクライブ時には稜線４３の第２エッジ角４８側が先に基板に当接するようにスクライブすれば、スクライブ荷重をあまり大きくしなくてもリブマーク成立までの滑り量が少なく、かかりが良いという効果が得られる。

これは第２エッジ角４８側の溝内稜線４６が基板をスクライブ進行方向に対して後方下方向に押すような力を加えることによって、垂直クラックの起点となるクラックが形成されやすくなるためと考えられる。一方第１エッジ角４７が先に基板に当接するようにスクライブした場合には、溝内稜線４６により、基板の後方斜め下方向に稜線で基板を押すような力が加わり、垂直クラックの起点となるクラックは形成されにくいため、滑り量が多く、かかり不良になっていると考えられる。

次に、スクライビングホイール４０の溝４４の製造過程について説明する。溝４４は例えばレーザ加工により円板の外周部に形成される。まず図７に示すようにスクライビングホイール４０の貫通孔４５をモータ５１の軸５２に連結して固定する。そしてスクライビングホイール４０の稜線に対して平行な方向から刃先に向けて、レーザ加工機５３よりレーザ光を照射する。このとき、稜線方向において、加工される領域の幅の中央から所定距離離れた位置で最も溝の深さが深くなるようにレーザ光の照射条件や加工回数を選定する。そして回転軸に沿って稜線４３を中心としてＸ軸方向の前後に一定間隔を移動させることによって、溝内稜線４６を中央に含み、傾斜面に延在する傾斜面溝４９を形成する。

１つの溝の加工を終了すると、モータ５１によりスクライビングホイール４０を所定角度回転させ、レーザ加工機５３からレーザ光を照射して同様の溝加工を行う。このような作業を繰り返すことによってスクライビングホイール４０の外周部の全周に対して一定ピッチの溝４４を形成し、その内部を円周方向において非対称な形状とすることができる。

なお、この実施の形態では稜線上に一定間隔で多数の溝を形成しているが、溝の数については限定されるものではない。側面視における溝の形状も、Ｖ字状の溝に限らずＵ字状の溝など公知の形状としてもよい。また、溝の深さが溝の長軸方向において変化するようにされているが、溝内で一定の深さとしてもよく、稜線の左右の傾斜面において深さが異なっていてもよい。さらに、溝の稜線方向の幅及び間隔、外周稜線に対する角度についても任意に決定することができる。

また、本実施の形態においてはレーザ加工により円板の外周部に溝を形成しているが、砥石加工等その他の加工方法に代えることもできる。

本発明のスクライビングホイールは単板及び貼り合わせ基板をスクライブするスクライブ装置やスクライブ工具に適用することができる。

１０ スクライブ装置
１１ 移動台
１２ａ，１２ｂ 案内レール
１３ ボールネジ
１４ モータ
１５ モータ
１６ テーブル
１７ 脆性材料基板
１８ カメラ
１９ ブリッジ
２０ａ 支柱
２０ｂ 支柱
２１ スクライブヘッド
２２ ガイド
２３ ホルダージョイント
２３ａ 回転軸部
２３ｂ ジョイント部
２４ ホルダー
２５ａ，２５ｂ ベアリング
２５ｃ スペーサ
２６ 開口
２７ マグネット
２８ 平行ピン
２９ａ 平坦部
２９ｂ 平坦部
３０ ホルダーユニット
３１ 保持溝
３２ ピン孔
３３ ピン
３４ 取付部
３４ａ 傾斜部
３４ｂ 平坦部
４０ スクライビングホイール
４１ 本体部
４２ 傾斜面
４３ 稜線
４４ 溝
４５ 貫通孔
４６ 溝内稜線
４７ 第1エッジ角
４８ 第２エッジ角
５１ モータ
５２ 軸
５３ レーザ加工機

Claims (4)

1. 円板状で外周が断面Ｖ字状の傾斜面と、前記傾斜面が交わる稜線とを有し、前記稜線を含む前記傾斜面の一定間隔毎に複数の溝を具備するスクライビングホイールであって、
   前記溝は前記傾斜面に延在しており、前記溝の内部に前記稜線から連続する溝内稜線を有し、
   前記稜線と隣接する一方側の前記溝内稜線との間で形成される第１エッジ角の角度が、前記稜線と隣接する他方側の前記溝内稜線との間で形成される第２エッジ角の角度よりも大きくされており、前記稜線の前記第１エッジ角側が、前記第２エッジ角側よりも後に前記脆性材料基板と接触するよう回転させられることを特徴とするスクライビングホイール。
2. 前記第１エッジ角の角度は１３０°～１７０°であり、前記第２エッジ角の角度は前記第１エッジ角の角度より２０°～５０°小さいことを特徴とする請求項１に記載のスクライビングホイール。
3. 円板状で外周が断面Ｖ字状の傾斜面と、前記傾斜面が交わる稜線とを有し、前記稜線を含む前記傾斜面の一定間隔毎に複数の溝を具備するスクライビングホイールと、
   前記スクライビングホイールを回転自在に保持するピンと、
   前記スクライビングホイールを配置しておく保持溝を形成する一対の支持部と、傾斜部を有する取付部とを含み、前記一対の支持部に前記ピンを配置しておくピン孔が設けられたホルダーと、からなるホルダーユニットであって、
   
   前記スクライビングホイールの前記溝は前記傾斜面に延在しており、前記溝の内部に前記稜線から連続する溝内稜線を有し、
   前記稜線と隣接する一方側の前記溝内稜線との間で形成される第１エッジ角の角度が、前記稜線と隣接する他方側の前記溝内稜線との間で形成される第２エッジ角の角度よりも大きくされており、
   前記ホルダーの前記傾斜部が設けられた側がスクライブ進行方向となるように前記スクライビングホイールが回転させられる場合に、前記スクライビングホイールの前記稜線の前記第１エッジ角側が、前記第２エッジ角側よりも後に前記脆性材料基板と接触することを特徴とするホルダーユニット。
4. 円板状で外周が断面Ｖ字状の傾斜面と、前記傾斜面が交わる稜線とを有し、前記稜線を含む前記傾斜面の一定間隔毎に複数の溝を具備するスクライビングホイールを用いた脆性材料基板のスクライブ方法であって、
   前記スクライビングホイールの前記溝は前記傾斜面に延在しており、前記溝の内部に前記稜線から連続する溝内稜線を有し、
   前記稜線と隣接する一方側の前記溝内稜線との間で形成される第１エッジ角の角度が、前記稜線と隣接する他方側の前記溝内稜線との間で形成される第２エッジ角の角度よりも大きくされており、
   前記稜線の前記第１エッジ角側が、前記第２エッジ角側よりも後に前記脆性材料基板と接触するように、前記スクライビングホイールを回転させることを特徴とするスクライブ方法。

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