CN107311440B

CN107311440B - 刻划头单元

Info

Publication number: CN107311440B
Application number: CN201710234644.0A
Authority: CN
Inventors: 曾山浩
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2037-04-11
Also published as: TW201738189A; CN107311440A; JP2017196758A; JP6722917B2; TWI716549B; KR102375182B1; KR20170122111A

Abstract

本发明提供在使用刻划工具刻对脆性材料基板进行刻划的情况下，提高刻划工具的金刚石刻划尖的耐久性的刻划头单元。一边加压一边使固体润滑剂沿刻划预定线移动而向脆性材料基板涂布润滑剂。在涂布了润滑剂之后，使用具有金刚石刻划尖的刻划工具沿刻划预定线进行刻划。这样一来，通过润滑剂的润滑效果能够大幅提高刻划工具的耐久性。

Description

刻划头单元

技术领域

本发明涉及用于通过金刚石刻划尖(diamond point)对玻璃基板、硅晶片等脆性材料基板进行刻划的刻划头单元。

背景技术

以往，为了对玻璃基板、硅晶片进行刻划，应用使用了刻划轮、单晶金刚石制成的金刚石刻划尖的刻划工具。对玻璃基板主要使用相对于基板进行滚动的刻划轮，但考虑到刻划后的基板的强度提高等优点，也探讨了作为固定刃的金刚石刻划尖的使用。专利文献1、2提出了用于对蓝宝石晶片、氧化铝晶片等硬度高的基板进行刻划的刻划尖切割器。在上述的专利文献中，使用在棱锥的棱线上设置有切割尖(cut point)的工具、或前端成为圆锥的工具。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2003-183040号公报

专利文献2：日本特开2005-079529号公报

在利用使用了金刚石刻划尖的刻划工具作为工具来对玻璃基板进行刻划的情况下，存在金刚石刻划尖的寿命短、在刻划了几十米的阶段就产生损伤的问题。

发明内容

本发明是为了解决以上那样的课题而完成的，其目的在于提供在切断脆性材料基板时能够提高使用了金刚石刻划尖的刻划工具的耐久性、延长寿命且减少更换频率的刻划头单元。

为解决该课题，本发明的刻划头单元以规定的载荷将刻划工具的刻划尖按压至脆性材料基板，通过使所述刻划尖与所述脆性材料基板相对地移动来进行刻划，其中，所述刻划头单元具备：刻划工具，其具有使用了金刚石的一个或多个刻划尖；工具保持件，其安装于所述刻划头单元且固定所述刻划工具；润滑剂保持件，其上下移动自如地安装于所述刻划头单元；润滑剂涂布构件，其由固体润滑剂构成，安装于所述润滑剂保持件的下端，将润滑剂涂布在刻划预定线上；以及按压机构，其将所述润滑剂保持件按压至所述脆性材料基板。

在此，所述润滑剂涂布构件也可以为具有轴芯的圆柱状的固体润滑轮。

在此，所述刻划头单元也可以具有沿着刻划预定线进行脆性材料基板的异物去除的异物去除机构。

在此，所述异物去除机构也可以具备异物去除保持件，其安装于所述刻划头；以及异物去除构件，其设置于所述异物去除保持件的下端。

在此，所述按压机构也可以为将所述润滑剂保持件按压至脆性材料基板的空气加压单元。

在此，所述按压机构也可以为将所述润滑剂保持件按压至脆性材料基板的弹簧加压单元。

发明效果

根据具有这样的特征的本发明，首先向脆性材料基板的刻划预定线涂布润滑剂，由具有金刚石刻划尖的刻划工具进行刻划。因此，可得到金刚石刻划尖不易磨损、能够大幅提高耐久性这样的效果。尤其是，由于使用固体润滑剂作为润滑剂，因此能够精度良好地仅在刻划预定线的附近涂布润滑剂。因此，防止润滑剂向基板上的不需要的部位附着，并且能够容易地进行后工序中的润滑剂的去除等。另外，在涂布润滑剂前对刻划预定线进行清洁的情况下，最初附着于脆性材料基板的异物、或者在刻划中产生的异物不会卷入脆性材料基板与刻划工具，从而可得到能够进一步减小刻划尖的损伤这样的效果。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的在工具保持件上使用的刻划工具的一例的俯视图以及侧视图。

图2是本实施方式的工具保持件的立体图。

图3是示出本发明的第一实施方式的刻划头单元的一例的主视图以及侧视图。

图4是在本发明的第一实施方式的刻划头单元中，仅示出涂布润滑剂的润滑剂保持件及其周边部分的侧视图。

图5是示出本发明的实施方式的玻璃基板的切断方法的流程图。

图6是本发明的实施方式的玻璃基板的俯视图。

图7是本发明的实施方式的玻璃基板的刻划预定线的放大图。

图8是在本发明的实施方式的刻划方法中形成的沟槽线、以及裂纹线的剖视图。

图9是示出本实施方式的玻璃基板的沟槽线与辅助线的图。

图10是示出本发明的第二实施方式的刻划头单元的主视图以及侧视图。

附图标记说明：

10 多尖金刚石工具；

11 基体；

12 贯通孔；

13a～13d 棱线；

14a～14d 第一倾斜面；

15a～15d 第二倾斜面；

20 工具保持件；

21 工具保持件主体；

22a 保持件保持部；

22b 工具保持部；

23a、23b、24a、24b 贯通孔；

25 厚度调节槽；

26a、26b、26c、31a、31b、31c 倾斜面；

27 螺纹槽；

28 工具保持槽；

30 保持件压块；

33 厚度调节销；

34 螺钉；

40A、40B 刻划头单元；

41 顶板；

42 气缸；

43 引导机构；

44 滑动部；

45 板；

50、53 支承板；

51 异物去除保持件；

52 海绵；

54 滑动部；

55 L字状块；

56 润滑剂保持件；

57 固体润滑轮；

58、60 支承板；

59 下降端限位件；

61 空气加压单元；

62 弹簧加压单元；

70 玻璃基板；

P1～P8 刻划尖；

SL1～SL6 刻划预定线；

TL1～TL6 沟槽线；

AL 辅助线；

CL1～CL6 裂纹线。

具体实施方式

接下来，对本发明的实施方式进行说明。首先，图1是示出本实施方式的刻划头单元的由工具保持件保持的刻划工具、即多尖金刚石工具(以下仅称为金刚石工具)10的一例的俯视图以及侧视图。该金刚石工具10将具有一定厚度且由旋转对称的任意数量的边构成的多边形的棱柱作为基体。在该实施方式中，一定厚度的四棱柱的基体11由单晶金刚石构成，且在其中心具有贯通孔12。在基体11上，与穿过贯通孔12的轴(图1的(a)中为与纸面垂直的轴)平行的棱线13a～13d均等地形成于四边形的外周面。

在本实施方式中，如图1所示，对基体11以从四周的角部的四棱柱的两底面朝向外周面所交叉的棱线倒角的方式进行研磨。即，如图1的(b)所示，从基体11的右侧的底面的四个角朝向基体11的棱线进行研磨而形成第一倾斜面14a～14d。此时，以使基体11的底面的夹着棱线的边与倾斜面所成的角相等的方式，即以倾斜面成为以棱线的一端为顶点的等腰三角形的方式进行研磨。这样的倾斜面可以通过激光加工或机械加工而容易地形成。另外，也可以在激光加工之后进一步进行机械研磨，使之成为更精密的研磨面。这样一来，能够以各棱线13a～13d与第一倾斜面14a～14d的交点为顶点，如图1的(b)所示那样在对基体进行侧视观察时在右侧形成四个刻划尖P1～P4。此时基体11的倾斜面14a～14d成为顶面。在此，顶面是指与形成棱线的两个外周面接触且共有棱线的一端的面。

接下来，从基体11的另一方的底面同样地朝向基体11的外周进行研磨而形成第二倾斜面15a～15d。此时，以第一倾斜面与第二倾斜面的研磨范围的合计不超过基体的厚度的方式进行研磨，使得在第一倾斜面与第二倾斜面之间残留有棱线。这样一来，能够以各棱线13a～13d与第二倾斜面15a～15d的交点为顶点，如图1的(b)所示那样在对基体进行侧视观察时在左侧形成四个刻划尖P5～P8。这样，通过使棱线13a～13d的两端为刻划尖P1～P8，能够对四边形的金刚石工具10在外周形成八处刻划尖。

接下来，对工具保持件进行说明。图2是示出工具保持件的组装的立体图。如图2所示，构成工具保持件20的主要部分的工具保持件主体21包括长方体状的保持件保持部22a、以及具有在保持件保持部22a的前端切去长方体的上半部分而成的形状的工具安装部22b。如图2所示，保持件保持部22a设置有用于将工具保持件固定于刻划头单元的安装用的贯通孔23a、23b以及24a、24b。并且，工具安装部22b具有在接近保持件保持部22a的位置处切出的与长度方向垂直的厚度调节槽25。如图2所示，在前端部具有从左右切出的倾斜面26a、26b和从下方切出的倾斜面26c。另外，在工具安装部22b的大致中央部分设置有垂直于中心轴的螺纹槽27。在工具安装部22b的表面，沿着工具保持件主体21的长度方向的中心轴且具有一定深度的工具保持槽28穿过螺纹槽27而形成，工具保持槽28在前端部朝向外侧而以约90°的角度开放。换言之，工具保持槽28随着朝向前端而宽度变宽，槽的内壁的延长线相交的角度为90°。厚度调节槽25与工具保持槽28具有相同的深度。在此，工具保持槽28的呈90°开放的区域为对前述的四边形的金刚石工具10进行保持且使其前端部分向外部突出的保持区域。

而且，在该工具安装部22b的上部安装有保持件压块30。保持件压块30呈大致长方体状且安装于工具安装部22b的凹处而构成长方体状的工具保持件20。在保持件压块30的前端部左右设置有与工具安装部22b的倾斜面26a、26b对应的倾斜面31a、31b，在上表面设置有与倾斜面26c对应的倾斜面31c。另外，在中央部分设置有贯通孔32。

在将金刚石工具10保持于工具保持件20的情况下，首先，将具有与金刚石工具10的厚度相同的直径的厚度调节销33作为厚度调节构件而插入到厚度调节槽25中，接下来，在将金刚石工具10嵌入工具保持槽28并使其一部分突出的状态下盖上保持件压块30，通过紧固螺钉34而进行固定。这样一来，保持件压块30的下表面始终与工具安装部22b的面平行地接触，因此能够将金刚石工具10可靠地固定在前端。

图3是示出将具有金刚石工具10的工具保持件20安装于刻划头单元的状态的主视图以及侧视图。刻划头单元40A构成为板状的顶板41自身通过未图示的滑动机构而整体地上下移动。而且，在该顶板41上固定有刻划载荷用的气缸42。气缸42的下端的杆42a伸缩自如地突出。而且如图3的(b)所示，在顶板41的杆42a的下方设置有引导机构43和滑动部44，并以规定的载荷将滑动部44向下方按压。引导机构43将滑动部44保持为上下移动。在滑动部44设置有L字状的板45。板45与滑动部44一起上下移动自如，但下限由限位件46限制。而且，通过使螺钉47a、47b穿过贯通孔23b、24b而将工具保持件20沿倾斜方向固定在该板45上。而且，能够通过使刻划头单元40A沿箭头A方向移动来进行刻划。

另外，在顶板41的右端的支承板50上设置有异物去除保持件51。如图3的(b)所示，板状的支承板50以使异物去除保持件51在侧视观察时与金刚石工具位于同一位置的方式从顶板41向左方向突出。异物去除保持件51与工具保持件同样地为长方体状且平行地固定于顶板41，且在前端安装有海绵52。海绵52是在使刻划头单元40A沿箭头A方向移动时，在即将刻划之前接触基板而将附着于刻划预定线的异物进行去除的异物去除构件。在此，异物去除部51与其前端的柔软的异物去除构件即海绵52构成安装于刻划头单元40A的异物去除机构。

接下来，对与异物去除保持件51相邻的润滑剂保持件进行说明。图4是仅选出润滑剂保持件及其周边部分而示出的侧视图，省略了气缸42、滑动部44、板45、金刚石工具10以及支承部50与异物去除保持件51等。于是，如图4所示，支承板53与支承板50同样地以突出的方式安装于顶板41。在支承板53的左端形成有引导机构53a，滑动部54以及安装于该滑动部54的L字状块55构成为沿该引导机构53a上下移动自如。在该L字状块55的下方通过螺纹紧固而安装有润滑剂保持件56。润滑剂保持件56与异物去除保持件51同样地为长方体状，且在下端安装有固体润滑轮57。固体润滑轮57是润滑剂涂布构件，为圆柱状，且轴芯旋转自如地保持于润滑剂保持件56，通过沿刻划方向移动而旋转，从而在即将刻划之前在刻划预定线上涂布润滑剂。

另外，如图4所示，在顶板41上以横向突出的方式设置有支承板58，且在其前端设置有下降端限位件59。下降端限位件59通过与L字状块55的一端抵接来进行限制，使得L字状块55不会过度下降。另外，在顶板41上，在L字状块55的上方设置有支承板60，且在其上部设置有空气加压单元61。空气加压单元61通过以前端的突出部将L字状块55朝向下方按压，从而将润滑剂保持件56的下方的固体润滑轮57按压至脆性材料基板。由支承板60保持的空气加压单元61构成按压润滑剂保持件56的按压机构。

作为构成固体润滑轮57的固体润滑剂，使用蜡(wax)、石油系烃等在常温下为固体的润滑剂。或者也可以为固体的润滑剂与在常温下为液体的润滑剂、粉末状的固体润滑剂或其它成分的混合物。作为粉末状的固体润滑剂，例如优选使用石墨、二硫化钼、二硫化钨等。

接下来，针对使用本实施方式的刻划头单元40A来切断脆性材料基板即玻璃基板的方法，利用图5的流程图、图6的玻璃基板的俯视图进行说明。首先，在步骤S1中，准备具有平坦的表面SF的玻璃基板70。在刻划玻璃基板70时，将倾斜安装的工具保持件20的金刚石工具10的一个刻划尖P1以与玻璃基板70接触的方式进行固定，将刻划头单元40A在玻璃基板70的一边70a的附近按下并使之沿图示的箭头A方向移动，从而使刻划头单元40A滑动至切断预定线的接近另一边70b的位置处。当像这样使刻划头单元40A移动时，通过安装于异物去除保持件51的海绵52将刻划预定线的异物去除。即，如图5的步骤S2所示，沿刻划预定线进行清洁。此时如图7的(a)中的刻划预定线SIL1的放大图所示，以将刻划预定线SIL1包含在中央的方式对规定宽度的线进行清洁。通过这样对刻划预定线进行清洁，从而在刻划中异物不会被卷入玻璃基板70与刀尖之间，能够减少金刚石工具的刻划尖的损伤。

接下来，如图7的(b)所示，与对刻划预定线SIL1进行清洁后的部分重叠地，润滑剂保持件56的固体润滑轮57接触玻璃面，固体润滑轮57在被空气加压单元61从上部施加有载荷的状态下移动，从而固体润滑轮57滚动而较薄地涂布润滑剂(步骤S3)。然后，通过由保持件20保持的刻划头的金刚石工具进行刻划，从而如图6所示，沿刻划预定线SIL1形成沟槽线TL1(步骤S4)。此时，金刚石工具10不滚动而以相同的刻划尖进行刻划。实际上，通过移动刻划头单元40A使得步骤S2～S4几乎同时进行。这样一来，通过润滑剂的润滑效果，能够大幅减少金刚石工具的刻划尖的磨损，从而能够实现长寿命化。例如在不涂布润滑剂的情况下，金刚石工具的刻划尖刻划几十米就产生磨损，然而在涂布润滑剂的情况下，能够在几千米的范围内保持耐久性。再者，由于通过固体润滑轮57的滚动来涂布润滑剂，因此能够精度良好地仅向刻划预定线及其附近涂布润滑剂。由此，抑制润滑剂附着于基板上的刻划预定线以外的部位，并且能够容易地进行后工序中的润滑剂的去除等。

如示出图6的(b)的圆形部分的剖面的图8的(a)所示那样，沟槽线是指通过刻划而在玻璃基板70的表面SF仅形成有基于塑性变形的槽、而在厚度方向上不产生裂纹的线。因此，与形成使裂纹产生的通常的刻划线的情况相比，能够采用更低的载荷等，以更宽的刻划条件进行用于沟槽线形成的刻划。另外，在本实施方式中，边70a成为刻划上游侧，边70b成为下游侧。

同样地，沿玻璃基板70的表面SF的刻划预定线SIL2～SIL6而使刻划头单元40A从左向右移动。由此，通过异物去除保持件51的海绵52去除刻划预定线的异物，通过润滑剂保持件56的固体润滑轮57涂布润滑剂，进而通过金刚石工具10进行刻划。这样，与沟槽线T1平行地进一步形成五条沟槽线TL2～TL6。

接下来，如图9所示，以与各沟槽线交叉的方式形成辅助线AL1。辅助线AL1优选形成于各沟槽线的下游侧、即接近边70b的位置。如图1所示，辅助线AL1可以使用具有金刚石的刀尖的刻划工具形成，也可以通过使刻划轮滚动而形成。在本实施方式中，辅助线为形成有裂纹的裂纹线。

若这样形成辅助线AL1，则玻璃基板70沿辅助线AL1被切断。此时如图8的(b)所示那样，从已形成的沟槽线TL1～TL6与辅助线AL1交叉的位置产生裂纹，裂纹向各沟槽线TL1～TL6的上游侧伸展(步骤S5)。从而，沟槽线TL1～TL6变化成为在其下方伴有裂纹的裂纹线CL1～CL6。

然后在图5的步骤S6中，通过沿该裂纹线CL1～CL6切断玻璃基板70，能够将玻璃基板70切断为所希望的形状。

而且，虽然固体润滑轮57在涂布润滑剂时逐渐磨损而其直径变小，但由于L字状块55上下移动自如，从上部通过空气加压单元61对L字状块55进行按压，因此始终能够以规定的载荷将固体润滑轮57按压至玻璃面上而涂布润滑剂。

在本实施方式中，通过形成辅助线并沿辅助线分离来产生裂纹，但也可以设为不伴有辅助线的分离的工序。在该情况下，在形成辅助线时沿沟槽线形成裂纹。另外，不形成辅助线，而进行在沟槽线的终端使金刚石工具向反方向滑动而形成裂纹的工序、或者延长沟槽线而使金刚石工具通过基板的端部的工序等，由此也能够沿沟槽线使裂纹产生。

在与基板接触的刻划尖P1因磨损而劣化的情况下，从刻划头单元将工具保持件拆下后旋转180°来调换前后，由此能够使用刻划尖P5。或者将金刚石工具10暂时从工具保持件20拆下后旋转90°并再次固定于工具保持件20，从而使其它的刻划尖、例如刻划尖P2与玻璃基板70接触而同样地进行刻划预定线的清洁、润滑剂涂布以及刻划。

接下来，对具有异物去除、涂布润滑剂功能的刻划头单元的其他实施方式进行说明。图10示出了第二实施方式的刻划头单元，对与前述的第一实施方式相同的部分用相同的附图标记表示。如图10所示，在第二实施方式的刻划头单元40B中，在支承板60上代替空气加压单元61而设置有使用了弹簧的弹簧加压单元62。弹簧加压单元62是将L字状块55从上方朝向下方按压的按压机构。在该情况下，也能够将固体润滑轮57按压至玻璃面，即使在固体润滑轮57逐渐磨损的情况下也通过弹簧进行加压，因此能够始终以大致相同的压力按压润滑轮而向玻璃面涂布润滑剂。在该情况下，能够通过比空气加压单元更简单的结构取得同样的效果。

需要说明的是，如图1所示，在前述的各实施方式中使用具有金刚石制的多个刻划尖的刻划工具，但可以使用在多边形的外周从板厚方向或外周方向研磨而形成多个刻划尖的刻划工具，或者也可以使用四棱锥台形、圆锥形状的刻划工具。

在此，如图5所示，在形成沟槽线后形成辅助线，但也可以包括在形成沟槽线后通过擦拭等将涂布于刻划预定线的润滑剂去除的步骤。

并且，在结束一定距离的刻划之后，也可以对金刚石工具的刻划尖部分进行清洁。在清洁中，可以向刀尖的刻划尖部分吹送空气，也可以从刻划尖部分抽吸空气。并且可以对刻划尖部分进行超声波清洗，也可以通过海绵等将润滑剂、异物去除来进行清洁。在去除润滑剂的情况下，可以在基板的端部设置刮垫，使刻划工具在该刮垫上通过来进行清洁。

在前述的各实施方式中，作为异物去除构件而使用海绵，但也可以使用实现与此相同功能的柔软的构件、例如毛毡等。

另外，在前述的实施方式中，在刻划前使用固体润滑轮作为润滑剂涂布构件来涂布润滑剂，但润滑剂涂布构件只要是固体的润滑剂，其形状不限定于轮状，也可以是圆柱或棱柱、圆锥或棱锥等任意的形状。在非轮状的情况下，润滑剂涂布构件通过在基板上滑动来涂布润滑剂。

另外，在前述的各实施方式中，通过移动刻划头单元来刻划基板，但也可以通过固定刻划头单元并移动基板来进行异物去除、润滑剂涂布以及刻划。

另外，在前述的实施方式中，在一个刻划头单元40A中设置有工具保持件、异物去除机构以及润滑剂涂布机构，但也可以将异物去除机构或润滑剂涂布机构设置在与设置有工具保持件的刻划头单元不同的刻划头单元。再者，在前述的实施方式中通过移动刻划头单元40A使得步骤S2～S4大致同时进行，但也可以对刻划预定线逐步地进行步骤S2～S4。

工业实用性

本发明在通过具有金刚石刻划尖的刻划工具对脆性材料基板进行刻划的情况下，能够将金刚石刻划尖的磨损抑制在最小限度，能够有效地应用于使用了金刚石刻划尖的刻划装置中。

Claims

1.一种刻划头单元，其以规定的载荷将刻划工具的刻划尖按压至脆性材料基板，使所述刻划尖与所述脆性材料基板相对地移动，由此来进行刻划，其中，

所述刻划头单元具备：

刻划工具，其具有使用了金刚石的一个或多个刻划尖；

工具保持件，其固定所述刻划工具；

润滑剂保持件，其设置为上下移动自如；

润滑剂涂布构件，其由固体润滑剂构成，且安装于所述润滑剂保持件的下端，从而将润滑剂涂布在刻划预定线上；以及

按压机构，其将所述润滑剂保持件按压至所述脆性材料基板。

2.根据权利要求1所述的刻划头单元，其特征在于，

所述润滑剂涂布构件为具有轴芯的圆柱状的固体润滑轮。

3.根据权利要求1所述的刻划头单元，其中，

所述刻划头单元具有沿着刻划预定线进行脆性材料基板的异物去除的异物去除机构。

4.根据权利要求3所述的刻划头单元，其中，

所述异物去除机构具备：

异物去除保持件；以及

异物去除构件，其设置于所述异物去除保持件的下端。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的刻划头单元，其中，

所述按压机构为将所述润滑剂保持件按压至脆性材料基板的空气加压单元。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的刻划头单元，其中，

所述按压机构为将所述润滑剂保持件按压至脆性材料基板的弹簧加压单元。