CN101146657B

CN101146657B - 划线装置

Info

Publication number: CN101146657B
Application number: CN2006800096135A
Authority: CN
Inventors: 星野京延; 三户雅德; 羽生明夫; 河野贵哉; 宍户善明; 女柳信义; 冈英夫
Original assignee: THK Co Ltd; THK Intechs Co Ltd
Current assignee: THK English tex Limited by Share Ltd; THK Co Ltd
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2026-03-20
Also published as: JP4938650B2; TWI380958B; JPWO2006101087A1; WO2006101087A1; CN101146657A; KR20080009692A; KR101365376B1; TW200700336A

Abstract

本发明提供一种划线装置，在工件上刻上划线的划线装置中，将粗动机构和微动机构巧妙地配合，从而能够在零点位置准确地停止刀具。本发明的划线装置具备：可平行于工件表面移动的基座(3)；相对于基座(3)上升下降的移动台(4)；在下端设置用于在工件上刻上划线的刀具(2)、且与移动台(4)一起上升下降的头部(6)；引导移动台(4)上升下降的第一直动导轨(8)、(9)；引导头部(6)上升下降的第二直动导轨(8)、(10)。而且，在移动台(4)及头部(6)的下降中，即使刀具(2)接触工件(1)而使头部(6)的下降停止，也能够容许移动台(4)稍微下降。

Description

划线装置

技术领域

本发明涉及一种划线装置，该装置可以在由玻璃、半导体等脆性材料构成的工件上刻上划线。

背景技术

作为切断由脆性材料构成的工件的方法，已知有例如送入旋转刀轮切断为斑点状的划片法、及在工件表面上用刀具刻上斑点状划线、其后沿划线对工件施加弯曲荷载而切断工件的划线法。

作为在工件上刻上划线的划线装置，提出了在工件上压紧算盘珠状的可旋转的刀具，用刀具边给工件加压边转动刀具、在工件表面刻上划线的划线装置(例如参照专利文献1)，及在刀具上边使其振动边移动刀具在工件表面刻上划线的划线装置。

专利文献1：日本特开2003-212578号公报；

专利文献2：日本特开平10-101967号公报。

发明内容

无论哪种的划线装置，都需要在用刀具在工件表面刻上划线之前，使刀具下降而载置于工件表面。

但是，在刀具下降中，探测刀具与工件表面接触的状态(所谓的零点位置)，在零点位置停止刀具的下降的动作仅用决定刀具的高大的粗动机构是困难的。因此，本发明提供一种将粗动机构和微动机构巧妙地配合、在零点位置能够准确地停止刀具的划线装置。

另外，当对粗动机构和微动机构分别设置第一及第二直动导轨时，部件数量也变多，容易导致划线装置大型化。因此，本发明的另一个目的在于，提供使整体装置能够紧凑的划线装置。

下面，就本发明进行说明，需要说明的是，为了便于理解本发明，加上写在括弧里的附图的参照号码，而本发明不限于图示的形式。

为解决上述问题，本发明第一方面提供一种划线装置，在工件1上刻上划线，其特征在于，具备：可平行于工件1的表面进行移动的基座3、相对于所述基座3上升下降的移动台4、在下端设置用于在所述工件1上刻上划线的刀具2且与所述移动台4一起上升下降的头部6、引导所述移动台4上升下降的第一直动导轨8、9、引导所述头部6上升下降的第二直动导轨8、10，在所述移动台4及所述头部6的下降中，即使所述刀具2接触所述工件1而使所述头部6的下降停止，也能够容许所述移动台4稍微下降。

本发明第二方面提供一种划线装置，在工件1上刻上划线，其特征在于，具备：可平行于工件1的表面进行移动的基座3、相对于所述基座3上升下降的移动台4、在下端设置用于在所述工件1上刻上划线的刀具2且与所述移动台4一起上升下降的头部6、设置于所述基座3上的共用轨道梁8、可滑动地配置于所述共用轨道梁8上且引导所述移动台上升下降的第一移动块9、可滑动地配置于所述共用轨道梁8上且引导所述头部6上升下降的第二移动块10，在所述移动台4及所述头部6的下降中，即使所述刀具2接触所述工件1而使所述头部6的下降停止，也能够容许所述移动台4稍微下降。

本发明第三方面在第二方面的基础上，提供一种划线装置，其特征在于，所述头部6具有：安装于所述第二移动块10上的头部主体18、保持所述刀具2的保持架30、容纳于所述头部主体18且使所述保持架30振动的促动器28，所述划线装置还具备可滑动地配置于所述共用轨道梁8上且引导所述保持架30振动的第三移动块。

本发明第四方面在第二或第三方面的基础上，提供一种划线装置，其特征在于，所述划线装置还具备对从刀具2向所述工件1施加的压力进行调节的气缸21，在所述移动台4上安装所述气缸21的气缸主体21a，在所述头部6连接有从气缸主体21a伸缩的连杆21b。

本发明第五方面在第二～第四方面中任一方面的基础上，提供一种划线装置，其特征在于，所述划线装置还具备跨所述移动台4和所述头部6之间设置且降低所述头部6自重的弹簧27。

根据本发明第一方面，可使向工件下降的头部在刀具接触工件的位置(零点位置)能够准确地停止。

根据本发明第二方面，由于引导移动台上升下降的第一移动块、引导头部上升下降的第二移动块配置于共用轨道梁上，故能够使装置紧凑。而且能够减少部件数量。

根据本发明第三方面，由于引导保持架振动的第三移动块也配置于共用轨道梁上，故能够进一步地使装置紧凑，并且能减少部件数量。

根据本发明第四方面，通过调节施加于气缸的气压，能够控制从刀具施加到工件上的压力。

根据本发明第五方面，能够降低从刀具施加在工件上压力中的头部的自重量。

附图说明

图1是本发明一实施例的划线装置的侧视图(包含一部分剖面图)；

图2是所述划线装置的主视图；

图3是表示跨设于移动台和头部之间的弹簧的侧视图；

图4是直动导轨的主视图

图5是直动导轨的侧视图。

符号说明

1、工件

2、刀具

3、基座

4、移动台

6、头部

8、共用轨道梁

9，10，11、移动块

8，9、第一直动导轨

8，10、第二直动导轨

18、头部主体

21气缸

21a气缸主体

21b、连杆

27、弹簧

28、促动器

30、保持架

具体实施方式

下面，参照附图对本发明一实施例的划线装置进行说明。在各图中同一机械要素附以同一符号。

图1表示划线装置的侧视图，图2表示划线装置的主视图。划线装置为用于在玻璃、半导体、陶瓷等脆性材料构成的薄板状的工件表面上刻上划线的装置。在划线装置的工件工作台7的上面，通过真空吸附或夹具固定工件1。在工件1的表面压紧刀具2，当使该刀具2沿工件1的表面水平方向移动时，在工件1的表面上刻上划线。划线为形成于工件1的表层的垂直裂缝沿工件1的表面传播的划线。

划线装置大的被划分为不使刀具振动的类型和使刀具振动的类型。在以下的实施例中，就使刀具振动的类型的划线装置进行说明。当然，本发明也可以适用于不使刀具振动的类型的划线装置。

划线装置具备：平行于工件1地沿水平方向(XY轴方向)移动的基座3、相对于基座3在Z轴方向上升下降的移动台4、和移动台4一起在Z轴方向上升下降的头部6。在头部6的下端设置轮形或者金刚石片形的刀具2。在刀具2上，例如使用形成算盘珠状的轮形工具、或者形成将四角锥、三角锥、或者三角锥的前端作成平的形状的金刚石工具。例如，在工件1为半导体晶片时使用金刚石工具，在工件1为玻璃时使用形成为算盘珠状的轮形工具。

基座3与XY轴工作台5结合。XY轴工作台5通过未图示的XY轴移动机构在水平方向移动。XY轴移动机构具有电动机滚珠丝杠结构、线性电动机作为驱动源，另外，具有引导XY轴工作台5滑动的XY轴直动导轨12。在工件工作台7侧设置有X轴或Y轴移动机构时，XY轴工作台5侧可以为X轴或Y轴移动机构的任一个。将XY轴工作台5在工件工作台7上平行地在水平方向移动，由此能够在工件1的表面刻上在水平方向延伸的划线。

在基座3上设置在Z轴方向上升下降的移动台4。在基座3上安装沿Z轴方向延伸的共用轨道梁8。该共用轨道梁8上可滑动地配置第一移动块9。在第一移动块9上安装移动台4。由这些共用轨道梁8及第一移动块9构成的第一直动导轨相对于基座3引导移动台4在Z轴方向滑动。

移动台4连接于由Z轴电动机13及滚珠丝杠机构14、15构成的Z轴移动机构16，沿Z轴方向被驱动。当Z轴电动机13旋转驱动时，丝杠轴14旋转，拧合于丝杠轴14的螺母15以及与螺母15结合的移动台4在丝杠轴14的轴线方向移动。

另外，在基座3上设置与移动台4一起在Z轴方向上升下降的头部6，并可确保头部6可滑动。在共用轨道梁8上配置第二移动块10，并可确保第二移动块10滑动。在第二移动块10上安装头部6(准确地说是头部主体18)。由这些共用轨道梁8及第二移动块10构成的第二直动导轨相对于基座3引导头部6在Z轴方向滑动。头部6的构造后面叙述。

在移动台4上安装气缸21的筒状的气缸主体21a，且将连杆21b朝向Z轴方向安装。在气缸21的连杆21b的前端，通过测力传感器等传感器、或者触点开关等开关22安装Z加压轴23。该Z加压轴23贯穿固定于移动台4上的抵接板24。当自气缸主体21a将连杆21b伸长规定量以上时，Z加压轴23的上部的大直径部23a与抵接板24的上面当接，限制连杆21b的伸展量。在第二移动块10上安装头部主体18，同时在其上部安装托架25，在该托架25上连接加压轴23。由此，气缸21的连杆21b与头部主体18连接。

在刀具2与工件1接触的状态下，使气缸21工作时，由刀具2向工件1施加压力。在刻上划线的期间，将该压力保持一定。利用程序电操作连接于气缸21的电动空气调节器，控制由电动空气调节器供给气缸的气压，进而控制由刀具2向工件1增加的压力。

如图3所示，跨移动台4和托架25之间设置作为弹簧的拉伸螺旋弹簧27。该弹簧27的拉力以保持头部6的自重的方式作用，降低由刀具2向工件1施加的压力中的头部6的自重。

如图1及图2所示，在箱状的头部主体18内设置产生振动的促动器28。促动器28例如使用当施加外部电场时产生变形的压电元件(压电促动器)。当使施加在压电元件上的电压以规定的频率变化时，压电元件周期性地伸缩。另外，作为促动器28有时也使用当施加磁场时在磁性体上产生变形的超磁变形元件等磁性材料。当使施加于超磁变形元件上的磁场以规定的频率变化时，超磁变形元件周期性地伸缩。

促动器28在上下方向上被一对促动器导轨29a、29b挟持。上方的促动器导轨29a安装于第二移动块10上，下方的促动器导轨29b安装于第三移动块11上。该第三移动块11可滑动地配置于共用轨道梁8上。在第三移动块11上安装保持刀具2的保持架30。

由这些共用轨道梁8及第三移动块11构成的第三直动导轨引导保持架30在Z轴方向上振动。当气缸21工作时，头部主体18侧的位置难以变化。因此，当使促动器28伸缩时，不仅头部主体18侧振动，而且保持架30侧也振动。第三导轨引导该保持架30的Z轴方向的振动。

使刀具2振动的促动器28沿Z轴方向伸缩，但不仅在Z轴方向而且在任一XY轴方向都伸缩。当刀具2沿XY轴方向振动时，对在工件1上形成的划线造成不良影响。为了在Z轴方向上矫正促动器28的振动，用第三移动块11引导保持架30在Z轴方向上振动。

在下方的促动器导轨29b和头部主体18之间设置将促动器导轨29b向促动器28施力的碟形板簧31。当使拧合于头部主体18的下部的螺栓32旋转，使该螺栓32上下动时，板簧31的弯曲量被调节。由此，由一对促动器导轨29a、29b夹着促动器28的压力(即预压)被调节。通过给予促动器28预压，可使保持架30的振动追随促动器28的伸缩。

图4及图5表示由共用轨道梁8及第一～第三的移动块9、10、11构成的直动轨道。图4表示直动轨道的主视图，图5表示直动轨道的侧视图。移动块9、10、11经由作为多个转动体的球滑动自如地组装在共用轨道梁8上。作为转动体，也使用滚轮作为球的替代物。

共用轨道梁8以剖面为扁平的四角形状细长地延伸。在共用轨道梁8的上面的左右缘、以及左右侧面上，形成沿长度方向延伸的多条球滚动槽8a。

移动块9、10、11形成为鞍状，具备与共用轨道梁8的上面对置的中央部31、从中央部31左右两侧向下方延伸且与共用轨道梁8的左右侧面对置的侧壁部32。在移动块9、10、11的中央部31的底面及侧壁部32的内侧形成与共用轨道梁8的球滚动槽8a对置的多条负荷球滚动槽31a。

在球滚动槽8a和负荷球滚动槽31a之间排列多个球。当相对于共用轨道梁8使移动块9、10、11滑动时，多个球在球滚动槽8a和负荷球滚动槽31a之间边承受载重边滚动运动。

滚动到移动块9、10、11的负荷球滚动槽31a的一端的球在经由底板33内的U字状的方向转换通路后，进入负荷球滚动槽31a和平行延伸的无负荷球返回通路。通过无负荷球返回通路的球在经由相反侧的底板33的方向转换通路后，再进入负荷球滚动槽31a。由这些负荷球滚动槽31a、方向转换通路及无负荷球返回通路形成环形的球循环通路。

直动导轨除上述的LM导轨(THK公司注册商标)以外，还可以使用滚珠花键、滚珠衬套、滑动轴承等。

其次，基于图1对本实施例的划线装置的使用方法进行说明。首先，在划线装置的工件工作台7的上面载置工件1。其次，利用XY轴移动机构使头部6在工件1的上方移动。然后将Z轴电动机13驱动旋转，使移动台4及头部6朝向工件下降。用编码器36测定Z轴电动机13的旋转角度，以使其能够控制移动台4及头部6的下降量。

当头部6下降，头部6下端的刀具2接触工件1时，头部6不能再下降而停止。尽管如此，Z轴电动机13仍不停止旋转，而使移动台4进一步下降，因此，移动台4稍微下降而接近头部6。在抵接板24和托架25之间空出用于使移动台4接近头部6的缝隙。传感器或者开关22探测移动台4与头部6接近，向控制装置传送信号。收到来自开关22的信号后，控制装置停止Z轴电动机13的旋转驱动，并存储此时刀具2的位置为零点位置。

然后，操作者将切入深度及切入压力及水平方向的刀具的轨迹输入控制装置。根据设定的切入压力，电动空气调节器向气缸21供给空气。看到测试切割的情况之后，操作者也可以再次设定切入压力。

当设定切入深度时，Z轴电动机13进一步旋转切入深度的量，移动台4进一步接近头部6切入深度量。在该状态下使气缸21工作时，刀具2进入工件1内切入深度的量。

从刀具2向工件1施加的压力由设于从工件1沿水平方向离开的位置的测力传感器测定。在测力传感器上移动刀具2后，使刀具2与测力传感器接触，用测力传感器测定作用于刀具2前端的压力。需要说明的是，当设于连杆21b的前端的开关22的替代物使用测力传感器时，测力传感器可兼具探测零点的功能和测定从刀具向工件1施加压力的功能。

切入深度、切入压力、水平方向的刀具轨迹的设定结束后，实际上开始用刀具2给工件1刻上划线的作业。划线的刻划作业有两种：使刀具2移动到从工件1沿水平方向错开的位置，其后，使刀具2向工件1移动，将刀具2放置于工件1上，从工件1的一端刻上划线的方法；使刀具2直接接触工件1的表面，从该位置使刀具2向水平方向移动从而刻上划线的方法。在前者刻划方法中，对切入深度设定放置前的值和放置后的值。在工件1的水平方向的外侧的刀具2向工件1移动时，设定放置前的切入深度，刀具2以从工作台7浮起的状态移动。刀具2一放置于工件1上后，就设定放置后的切入深度，使刀具2在工件1上切割规定的切入深度的量。当在促动器28上施加高频电场等并使其周期性振动，同时使刀具2沿工件1的表面移动时，在工件1的表层部刻上垂直裂缝传播的划线。在后者的刻划方法中，切入深度只设定放置后的值。而且，使刀具2切割工件1规定的切入深度的量，并在促动器28上施加高频电场等使其周期性振动，同时刀具2沿工件1的表面移动。

加工一结束，Z轴电动机13使移动台4以及头部6上升。头部6的上升高度由位置传感器37决定。将刻上划线的工件1从工件工作台7卸下，由未图示的破碎机沿划线切断。在切断薄的工件时，由于只在工件的表面刻上划线，有时形成到达工件背面的垂直裂缝，所以，有时也可省略破碎工序。

在由现有的小块刀具进行半导体晶片的切断中，存在的问题有，用旋转刀轮斑点状切断半导体晶片时，有时半导体晶片上产生热、或者因去除体积而产生细小的粉尘。如本实施例，若采用在刻上划线后再进行切断的方法，则既不会产生热，也没有细小的粉尘。另外，由于没有产生热，故不必使用冷却液，在干燥的状态下也能够进行加工。

需要说明的是，本发明不限于上述实施例，在不改变其要点的状态下可对各种实施例具体化。例如，也可以将共用轨道梁8沿长度方向分割，与第一或者第三移动块各移动块相对应地设置第一或第三的轨道梁。另外，也可以由第三移动块11的替代物即滚珠花键引导保持架30振动。该情况下，保持架30形成为轴状。在不使刀具2振动的类型的划线装置中，当然不需要第三移动块11。进一步地，在同时形成多条划线时，有时也在一个划线装置上设置多个头部。

本说明书基于2005年3月23日申请的日本专利申请2005-084998，该内容全部包含于其中。

Claims

1.一种划线装置，其在工件上刻上划线，该划线装置的特征在于，具备：

可平行于工件表面移动的基座；

相对于所述基座上升下降的移动台；

在下端设置用于在所述工件上刻上划线的刀具、且与所述移动台一起上升下降的头部；

设置于所述基座上的共用轨道梁；

可滑动地配置于所述共用轨道梁上、且引导所述移动台上升下降的第一移动块；以及

可滑动地配置于所述共用轨道梁上、且引导所述头部上升下降的第二移动块，

其中，在所述移动台及所述头部的下降中，即使所述刀具接触所述工件而使所述头部的下降停止，也能够容许所述移动台稍微下降，

所述头部具有：

安装于所述第二移动块上的头部主体、

保持所述刀具的保持架、以及

容纳于所述头部主体中并使所述保持架振动的促动器。

2.如权利要求1所述的划线装置，其特征在于，

所述划线装置还具备可滑动地配置于所述共用轨道梁上并引导所述保持架振动的第三移动块。

3.如权利要求1或2所述的划线装置，其特征在于，

所述划线装置还具备对从所述刀具向所述工件施加的压力进行调解的气缸，

在所述移动台上安装有所述气缸的气缸主体，

在所述头部连接有从所述气缸主体伸缩的连杆。

4.如权利要求1或2所述的划线装置，其特征在于，所述划线装置还具备跨所述移动台和所述头部之间设置并降低所述头部的自重的弹簧。