CN102729345A - 脆性材料基板的内周加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种脆性材料基板的内周加工方法，是在进行切除内侧轮廓线内侧中心区域的内周加工时，能确实分离中心区域、且分离面不会产生缺口的内周加工方法。是进行(a)使用在划线轮的刃口棱线周期性的形成有相对划线轮的轴心方向倾斜的槽22a的划线轮22，在脆性材料基板G的第1面上形成作为内周的内侧轮廓线的划线C1的划线步骤；(b)以为了与内侧轮廓线C1内侧的中心区域G0非接触而设有孔49的板42支承基板G，并对中心区域G0赋予压力W的增压步骤；(c)在增压W的状态下，冷却中心区域G0使其收缩以分离中心区域G0的中心切除步骤。

Description

脆性材料基板的内周加工方法

技术领域

本发明涉及一种对脆性材料基板沿作为内周的内侧轮廓线对该基板进行切除的内周加工方法。特别是涉及一种用于例如从方形基板加工出资讯记忆装置用的环状基板的工艺。此处所谓的基板除玻璃基板外，也包含陶瓷、单晶硅、半导体晶圆、蓝宝石等材料。

背景技术

用于硬盘等的玻璃制环状基板，是进行从方形玻璃基板切出圆形的加工来形成。

在对玻璃基板进行沿着圆等封闭曲线切出的内周加工的情形时，首先，是对基板的单侧表面(第1面)沿作为内侧轮廓线的圆使用左右刃角相异的刀轮(scribing wheel)加工出在深度方向倾斜的切线(划线)。其次，从设有切线的面加热使其变形，藉由此变形使沿着切线形成的裂痕(crack)渗透至相反侧的面(第2面)。之后，以按压构件按压以内侧轮廓线围绕的部分以进行切成圆形的加工(参照专利文献1)。以此方式形成具有内周圆与外周圆的环状玻璃基板时，首先，从方形基板沿著作为外周圆的外侧轮廓线以上述方法进行切除加工，接着重复相同方法，沿著作为内周圆的内侧轮廓线进行切除加工，以形成环状基板。亦即，是进行二次内周加工。

此外，在从基板切出封闭曲线形状时，作为可对基板划出较一般划线轮(scribing wheel、亦称cutter wheel)更能使裂痕深入的切线(裂痕)的划线轮，一种在盘状刀轮的刃口棱线周期性的形成有相对刀轮的轴心方向倾斜的槽的具倾斜槽的划线轮已实用化(参照专利文献2)。

图9A至图9C是显示具倾斜槽的划线轮22的刃口的图。图9A为主视图、图B为侧视图、图9C为A-A线剖面图。此具有倾斜槽的划线轮22是使槽22a的切除面22b相对轴心22c倾斜，以使切除量在棱线两侧不均等。

具体而言，是对1～20mm的刀轮径，将槽间距设在20μm～200μm的范围。进一步的，如图9C所示，针对左右的槽深度h1、h2则是将h1设在2μm～2500μm、h2设在1μm～20μm。

藉由使用此种特殊刃口(称为高渗透刃口)的划线轮，可形成渗透至一般无槽划线轮事实上无法到达的深度的裂痕。

作为使用上述高渗透刃口的环状加工品的加工方法，已揭露了一种将较内侧轮廓线外侧的环状区域加热，并使用以喷射冷媒的喷嘴接近较内侧轮廓线内侧的中心区域上方，从喷嘴对中心区域喷射冷媒以使其冷却收缩，据以进行分离中心区域的中心切除工艺(参照专利文献3)。

再者，也揭露了一种作为在仅以冷媒喷射的冷却无法分离中心区域时的辅助手段，为强制分离中心区域而降下喷嘴，使喷嘴前端抵接于中心区域并予按压，以使其机械性分离的方法。

在切除内侧轮廓线(封闭曲线)内侧中心区域的内周加工中，不仅要能确实分离中心区域，优异的分离面加工品质是非常重要的。

专利文献3中记载的从配置在中心区域上方的冷媒喷射嘴朝向中心区域喷射冷媒，据以进行分离的中心切除方法，截至今日在板厚0.5mm～2mm程度的玻璃基板中心切除加工中广泛的被使用，特别是在直径为20mm程度的内圆周的切除加工中，被视为是可信赖的加工方法。

然而，在用于硬盘等的环状玻璃基板的内周加工中，对于欲切除的内周圆的直径被期望能切除较目前更小的直径，具体而言，被要求能以例如15mm以下、较佳为9mm程度的直径进行内周加工。

一般而言，在内周加工中欲切除的中心区域的面积越大、中心区域本身的重量也越大，较易分离，因此若是中心区域直径为20mm程度的话，先前仅以喷嘴的冷媒喷射形成的收缩作用即能确实的加以分离。

然而，当内周圆的直径小至15mm程度时，仅使用冷媒喷射的冷却会产生无法完全分离的情形，因此，过去常见到必须降下喷嘴抵接于中心区域并按压以进行强制分离的案例。

此时，若增加喷嘴抵接于基板时的按压力、或瞬间的将喷嘴抵接于基板的话，虽能确实的分离中心区域，但却会在分离面(内周面)产生缺口而在加工品质面产生问题。

先行技术文献

[专利文献1]日本专利第2785906号公报

[专利文献2]日本专利第2989602号公报

[专利文献3]特开2009-190905号公报

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的脆性材料基板的内周加工方法存在的缺陷，而提供一种新的脆性材料基板的内周加工方法，所要解决的技术问题是使其在进行切除内侧轮廓线(封闭曲线)内侧的内周加工时，能确实的分离中心区域、且分离面不会产生缺口，非常适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种脆性材料基板的内周加工方法，是由下列步骤构成：(a)使用在划线轮的刃口棱线周期性的形成有相对划线轮的轴心方向倾斜的槽的划线轮，在脆性材料基板的第1面上形成作为内周的内侧轮廓线的划线的划线步骤；(b)以为了与该内侧轮廓线内侧的中心区域非接触而设有孔的板支承该基板，并对该中心区域赋予压力的增压步骤；以及(c)在增压的状态下，冷却该中心区域使其收缩以分离该中心区域的中心切除步骤。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的脆性材料基板的内周加工方法，其中所述的内侧轮廓线是直径为15mm以下的圆形。

前述的脆性材料基板的内周加工方法，其中在(b)的增压步骤中，可以设在板的加热机构加热内侧轮廓线的外侧区域。

如此，由于能加大中心区域与外侧区域的温度差，因此斜向裂痕易于渗透，能更为确实的进行分离。

在上述发明的(b)的增压步骤中，对中心区域的增压可藉由将形成有冷却媒体的流入路的金属构件按压于中心区域以赋予压力；在(c)的中心切除步骤中，中心区域的冷却可藉由对金属构件的冷却媒体的流入路导入冷却媒体来进行。

如此，在未将冷却媒体导入金属构件的状态下进行按压，在按压后将冷却媒体导入当该金属构件的流入路，即能在先增压的常态下进行冷却。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明脆性材料基板的内周加工方法至少具有下列优点及有益效果：

根据本发明，在划线步骤，首先使具有倾斜槽的划线轮滚动以在脆性材料基板单侧面的第1面，形成由在深度方向(基板的厚度方向)深深渗透的斜向裂痕构成的划线(scribe line)，据此形成作为内周的内侧轮廓线。斜向裂痕是形成为从第1面侧越往深度方向越向外扩张。藉由具有倾斜槽的划线轮的使用，所形成的划线可以是相对基板厚度为例如30％以上、较佳为40％以上、更佳为50％以上(一般为80％以上)深度的深裂痕。

接着，在增压步骤，将形成有内侧轮廓线的划线的基板装载于设有孔的板以支承基板。藉由将板的孔设为与内侧轮廓线内侧的中心区域非接触的大小，能通过此孔分离中心区域。

其次，对以板支承的基板中心区域赋予压力。虽然增压是以按压构件按压中心区域即可，但此时间点为作成在施加压力的状态下中心区域不至于分离，因此按压力是抑制得较低。亦即，在次一步骤进行对中心区域的冷却而使其收缩前的阶段，是经过一先对中心区域进行增压而未进行积极的冷却的状态。

接着，在中心切除步骤，在增压状态下冷却中心区域使其收缩。其结果是，中心区域被充分冷却而斜向裂痕渗透，在到达背面时，由于中心区域是被按压的状态，因此中心区域即一下子被分离。

如前面所述，藉由先对中心区域赋予压力、接着再冷却中心区域，即能避免在冷却不充分的状态下，以强的按压力或瞬间的按压力勉强进行分离而导致缺口的产生等不良情形，进行加工品质优异的内周加工。

综上所述，本发明是有关于一种脆性材料基板的内周加工方法，是在进行切除内侧轮廓线内侧中心区域的内周加工时，能确实分离中心区域、且分离面不会产生缺口的内周加工方法。是进行(a)使用在划线轮的刃口棱线周期性的形成有相对划线轮的轴心方向倾斜的槽22a的划线轮22，在脆性材料基板G的第1面上形成作为内周的内侧轮廓线的划线C1的划线步骤；(b)以为了与内侧轮廓线C1内侧的中心区域G0非接触而设有孔49的板42支承基板G，并对中心区域G0赋予压力W的增压步骤；(c)在增压W的状态下，冷却中心区域G0使其收缩以分离中心区域G0的中心切除步骤。本发明在技术上有显著的进步，具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是显示实施本发明加工方法的加工系统的一例的全体构成的概略图。

图2是显示图1的加工系统中的划线装置的概略构成的图。

图3是显示图1的加工系统中的折断装置的概略构成的图。

图4A至图4B是显示图3的折断装置的环状板的构成的图。

图5是显示使用划线装置的加工状态的图。

图6是显示使用折断装置的一加工状态的图。

图7是显示使用折断装置的另一加工状态的图。

图8是显示使用折断装置的又一加工状态的图。

图9A至图9C是显示具倾斜槽的划线轮的刃口的图。

1：基板搬入部           2：划线装置

3：折断装置             4：基板搬出部

5：搬送机器人           11：装载台

12：划线头              13：旋转台

14：旋转驱动机构        15：X载台

16：X载台驱动机构       17：Y载台

18：Y载台驱动机会       22：具有倾斜槽的划线轮

22a：槽             22b：切除面

22c：轴心           23：轮支承机构

24、54：机械臂      25：框架

42：环状板          43：中心切除机构

46：上面            47：吸附孔

48：加热器          49：孔

51：空气喷射器      52：喷嘴

53：保持具          55：升降机构

C1：内周圆          d：直径

D：直径             G：基板

G0：中心区域        J：冷媒

MS1：加工系统

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的脆性材料基板的内周加工方法其具体实施方式、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效获得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

以下，参照图式说明本发明的实施形态。此处，是以对圆板状玻璃基板G的中心部，切除15mm内圆周的内周加工为例进行说明。

此种内周加工，是适用于制造例如用于硬盘的玻璃制环状基板的场合。

图1是显示适于本发明加工方法的加工系统MS1的全体构成的概略图。加工系统MS1是由基板搬入部1、划线装置2、折断装置3、基板搬出部4及搬送机器人5构成。

在基板搬入部1设有用以收纳基板G的收纳匣，其中搬入了进行内周加工前的多片基板G。

划线装置2，使用图9A至图9C所示的具有倾斜槽的划线轮22在基板G形成作为内侧轮廓线的划线。此处，是将15mm的圆作为内侧轮廓线刻于基板G的第1面。关于划线装置2的具体构成留待后叙。

折断装置3，对形成有内侧轮廓线的基板G进行内侧轮廓线内侧中心区域的切除。关于折断装置3的具体构成也留待后叙。

基板搬出部4，与基板搬入部1同样的设有收纳基板G的收纳匣，搬出经中心切除加工的基板G。

搬送机器人5，以前端装备有真空吸附机构的机械臂一次保持一片加以搬送，以进行基板搬入部1、划线装置2、折断装置3、基板搬出部4的各部件间的搬送。

其次，说明划线装置2。图2是显示图1的加工系统中的划线装置的概略构成的图。

划线装置2具有装载台11与划线头12。装载台11具备旋转台13、旋转驱动机构14、搭载X载台的Y载台17、及Y载台驱动机构18，旋转装载于旋转台13上的基板G或在XY方向并进移动，以相对划线头12移动基板G。

划线头12，由具有倾斜槽的划线轮22(高渗透刃口)、具备用以调整具有倾斜槽的划线轮22对装载在旋转台13上的基板G的压接荷重的轮支承机构23、以及调整轮支承机构23及具有倾斜槽的划线轮22的位置的机械臂24构成。

具有倾斜槽的划线轮22(参照图9A至图9C)，如前所述，沿着划线轮22的刃口棱线，周期性的形成有相对划线轮的轴心方向倾斜的槽22a。由在刃口棱线形成有槽，与使用无槽刃口的情形相比较能使裂痕在板厚方向的渗透深度更深，此外，藉由使此槽相对轴心倾斜，可使形成的裂痕成为斜向裂痕。

藉由此种具有倾斜槽的划线轮22的使用，若板厚是到2mm程度的玻璃基板的话，能简单的形成具有板厚的50％程度、或更深的渗透深度的裂痕(划线)。划线轮22的滚动方向，如后面所述，为了使切除内侧轮廓线(封闭曲线)时封闭曲线的内侧会掉落而能进行中心切除，是使裂痕往深度方向越渗透越向外侧扩张的方向倾斜。具体而言，是使划线轮22往槽22a的深侧朝向封闭曲线外侧的方向滚动，据以使裂痕随着往深度方向渗透而向封闭曲线外侧扩张的方向倾斜。

轮支承机构23内藏有使用弹簧的按压荷重调整机构(未图示)，藉由调整基板G与具有倾斜槽的划线轮22间的压接力，而能调整形成于基板G的裂痕的渗透深度。

机械臂24被支承于框架25，可与X载台驱动机构16及Y载台驱动机构18一起动作以调整具有倾斜槽的划线轮22对装载台11的位置。亦即，以机械臂24调整具有倾斜槽的划线轮22的位置，藉由使旋转台13旋转而能在基板G刻划出具有所欲直径的圆(内侧轮廓线)。又藉由使装载台11的X载台15、Y载台17并进，可移动至能在与搬送机器人5(参照图1)之间进行基板G的收授的位置。

其次，说明折断装置3。图3是显示显示图1的加工系统中的折断装置3的概略构成的图。

折断装置3是由环状板42与中心切除机构43构成。图4A至图4B是显示图3的折断装置的环状板的构成的图，图4A为立体图、图4B为剖面图。

在被内圆周与外圆周围绕的环状板42的上面46形成有多个吸附孔47，可在装载基板G时加以固定。在环状板42内部内藏有加热器48，用以加热所装载的基板G中、与上面46接触的区域。

环状板42的中央，为了使欲从基板G切除的中心区域G0(直径15mm的圆板)在分离时能掉落，是作成较中心区域G0的最大直径更大的直径的孔49，具体而言，形成有作为直径20mm的内周面的孔49。

中心切除机构43，是由通过供应线(未图示)供应经冷却的空气(冷媒)的空气喷射器51、喷射经冷却的空气的喷嘴52、支承空气喷射器51及喷嘴52的保持具53、以及通过机械臂54使保持具53升降的升降机构55构成。喷嘴52的前端部分是以较基板G软的树脂(例如铁氟龙(注册商标)树脂)形成，以避免在喷嘴52抵接于基板G时造成基板G的损伤。喷嘴52前端的直径d是形成为较基板G的中心区域G0的直径D小，如此，能仅将装载于环状板42的基板G的中心区域G0以喷嘴52的前端压向下方。此外，在保持具53内藏有缓冲机构，在喷嘴52抵接于基板G时，不会有一定以上的按压力施加至基板G。

接着，以图式说明使用上述加工系统MS1的划线装置2与折断装置3的本发明的内周工方法的程序。

首先，如图5所示，图5是显示使用划线装置的加工状态的图。对从基板搬入部1搬送至划线装置2的旋转台13上的基板G，以具有倾斜槽的划线轮22在基板G的第1面形成作为内侧轮廓线的内周圆C1。此时，是形成能渗透至基板板厚一半程度、并随着往深度方向前进而往外侧扩张的斜向裂痕。

接着，如图6所示，图6是显示使用折断装置的一加工状态的图。将基板G从划线装置2搬至折断装置3，装载于环状板42。此时，是以基板G的中心区域G0位于孔49上的方式对准环状板42及基板G的中心轴的位置，以搬送机器人5装载基板G。

环状板42是将温度设定为中心区域G0不至于从基板G突然掉落。亦即，过度加热的话斜向裂痕会渗透至背面而在此阶段完全分离，因此温度的设定须避免此情形的发生。当基板G薄时，可不加热。

接着，如图7所示，图7是显示使用折断装置的另一加工状态的图。在赋予压力W的状态下从喷嘴52喷射冷媒J，以冷却中心区域G 0。

其结果，中心区域G0即因冷却作用而收缩，斜向裂痕渗透。不久后，在斜向裂痕到达背面时中心区域G0即分离。如此，不会有在冷却不足的状态下以冲击性的按压力强行进行分离的情形，因此能进行不会在内周面产生缺口的分离。

在上述实施形态中，虽是使喷射冷媒的喷嘴52下降以对中心区域赋予压力W，但也可另外设置与喷嘴52不同的棒状按压构件来赋予压力。

上述实施形态中作为冷却手段虽是使用冷媒喷射嘴，但也可以帕耳帖(Peltier)元件来进行冷却。

此外，上述实施形态虽是进行直径15mm程度的内周加工，但也可进行更小直径的内周加工。例如，已确认了在0.9mm程度下也能以高可靠性进行内周加工。

本发明内周加工并不限于圆形，也可以是椭圆或其他封闭曲线。

产业上的可利用性

本发明可在对以玻璃基板为首的脆性材料基板进行圆形等切除的内周加工时加以利用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种脆性材料基板的内周加工方法，其特征在于其包括以下步骤：

(a)使用在划线轮的刃口棱线周期性的形成有相对划线轮的轴心方向倾斜的槽的划线轮，在脆性材料基板的第1面上形成作为内周的内侧轮廓线的划线的划线步骤；

(b)以为了与该内侧轮廓线内侧的中心区域非接触而设有孔的板支承该基板，并对该中心区域赋予压力的增压步骤；以及

(c)在增压的状态下，冷却该中心区域使其收缩以分离该中心区域的中心切除步骤。

2.根据权利要求1所述的脆性材料基板的内周加工方法，其特征在于其中所述的内侧轮廓线是直径15mm以下的圆形。

3.根据权利要求1或2所述的脆性材料基板的内周加工方法，其特征在于其中在所述的(b)的增压步骤中，以设置于该板的加热机构加热该内侧轮廓线的外侧区域。

4.根据权利要求1或2所述的脆性材料基板的内周加工方法，其特征在于其中在所述的(b)的增压步骤中，对该中心区域的增压是藉由将形成有冷却媒体的流入路的金属构件按压于该中心区域以赋予压力；

在该(c)的中心切除步骤中，该中心区域的冷却是藉由对该金属构件的该冷却媒体的流入路导入冷却媒体来进行。

5.根据权利要求3所述的脆性材料基板的内周加工方法，其特征在于其中在所述的(b)的增压步骤中，对该中心区域的增压是藉由将形成有冷却媒体的流入路的金属构件按压于该中心区域以赋予压力；

在该(c)的中心切除步骤中，该中心区域的冷却是藉由对该金属构件的该冷却媒体的流入路导入冷却媒体来进行。

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