CN107651828A - 金刚石工具及其刻划方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供金刚石工具及其刻划方法，在进行刻划时能够从基板的外侧开始刻划。相对于金刚石工具(10)的基体(11)的角从基体的两侧形成倾斜面，将棱线(17a、17b)与顶面(18a、18b)的交点作为尖头(P1、P2)。使该金刚石工具(10)的任一尖头与基板接触，不使之转动地进行刻划。在该情况下，即便从基板外开始刻划，也能够使引导面先于尖头与基板端部接触进行刻划，因此尖头不会受到损伤，能够开始外切刻划。

Description

金刚石工具及其刻划方法

技术领域

本发明涉及用于通过金刚石尖头(diamond point)对玻璃基板、硅晶片等脆性材料基板进行刻划的金刚石工具及其刻划方法。

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、单晶金刚石所构成的金刚石尖头的工具。针对玻璃基板，主要使用相对于基板转动的刻划轮，但考虑到刻划后的基板的强度提高等优点，也探讨了使用作为固定刃的金刚石尖头。在专利文献1、2中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尖头切割器。在这些专利文献中，使用在棱锥的棱线上设置有切割尖头(cut point)的工具(cut point)、前端形成为圆锥的工具。此外，在专利文献3中提出了为了刻划玻璃板而使用具有圆锥形的前端的玻璃刻划器的刻划装置。

在先专利文献

专利文献

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

专利文献3：日本特开2013-043787号公报

发明内容

若利用以往的固定刃即工具持续进行刻划时，则尖头会磨损，需要更换尖头。此处，在利用工具进行的刻划中，需要尖头相对于基板以适当的角度接触。但是，在以往的工具中，在更换尖头的情况下，需要使工具沿着轴向旋转，不易高精度地调整该接触角度。

因此，考虑以使棱柱状的工具的各顶点从两侧面重合的方式进行研磨而形成倾斜面、并将倾斜面的交线的两侧作为尖头的刻划工具。在使用这样的刻划工具进行刻划的以往的刻划方法中，需要从相比脆性材料基板的端部靠内侧的上表面开始刻划，即，需要以内切的方式开始刻划。这是因为，若欲从脆性材料基板的端部开始刻划，则当尖头与脆性材料基板的端部碰撞时，有可能使尖头以及基板这两者受到损伤。但是，在以内切的方式进行刻划的情况下，在玻璃板等基板的端部会残留未刻划的部分。若沿着刻划线对如此内切刻划后的基板进行折断，则存在未形成刻划线的基板端部处的分断精度变差的问题点。

本发明是鉴于这样的以往的问题点而完成的，其目的在于提供即便以外切的方式开始刻划也不会使脆性材料基板或者尖头产生损伤的金刚石工具及其刻划方法。

用于解决课题的方案

为了解决该课题，本发明的金刚石工具具备：多边形的基体，其具有侧面与多个外周面；相对于所述基体的至少一个角形成的、从所述基体的两侧面朝向相邻的一个所述外周面形成的第一倾斜面、第二倾斜面与作为所述第一倾斜面和所述第二倾斜面的交线的棱线；以及顶面，其设于一个所述外周面与所述棱线之间，所述外周面的与所述顶面邻接的一部分或者整面成为引导面，至少所述棱线、所述顶面以及所述引导面由金刚石形成，所述棱线与顶面的交点为尖头。

此处，也可以是，所述引导面在周向上的长度为1mm以上。

此处，也可以是，在所述多边形的一个角具有两个所述尖头。

为了解决该课题，本发明的金刚石工具的刻划方法中，使用金刚石工具，该金刚石工具在基体的角具有在所述基体的厚度的中央形成的棱线、共用所述棱线的一端的顶面、以及以与所述顶面邻接的方式设于所述棱线的相反侧的引导面，由所述棱线与所述顶面共用的点为尖头，其中，以使所述金刚石工具的一个尖头成为最下位的方式将所述金刚石工具保持于刻划头，下压刻划头，使得在基板的外侧所述尖头位于比所述基板的上表面靠下方的位置，使所述刻划头朝基板的面平行地移动，由此使所述引导面与基板的端部接触，当所述引导面在所述基板的端部处滑动规定距离之后，所述顶面与所述基板的端部接触而开始外切刻划，在所述尖头与所述基板的上表面接触的状态下结束刻划。

发明效果

根据具有这样的特征的本发明，能够从脆性材料基板的端部进行刻划、即能够以外切的方式开始刻划。因此，在完成刻划之后，当沿着刻划线分断基板时，能够从刻划开始点起获得良好的截面，另外，获得抑制碰触基板时的尖头与基板的损伤的效果。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式的金刚石工具的制造过程的俯视图、侧视图以及主视图。

图2是第一实施方式的金刚石工具的俯视图、侧视图以及主视图。

图3是示出安装有本发明的第一实施方式的金刚石工具的刻划头的主视图以及侧视图。

图4是示出使用了本发明的第一实施方式的金刚石工具的刻划的主视图(其一)。

图5是示出使用了本发明的第一实施方式的金刚石工具的刻划的主视图(其二)。

图6是示出使用了本发明的第一实施方式的金刚石工具的刻划的主视图(其三)。

图7是示出使用了本发明的第一实施方式的金刚石工具的刻划的主视图(其四)。

图8是本实施方式的刻划开始前的尖头P1的放大图。

图9是本实施方式的刻划开始时的尖头P1的周边的放大图。

图10是本发明的第一实施方式的变形例的金刚石工具的俯视图、侧视图以及主视图。

图11是本发明的第一实施方式的变形例的金刚石工具的俯视图、侧视图以及主视图。

图12是本发明的第二实施方式的金刚石工具的侧视图以及主视图。

图13是示出本发明的第三实施方式的金刚石工具的制造过程的侧视图以及主视图。

图14是本发明的第三实施方式的金刚石工具的侧视图以及主视图。

附图标记说明

10、50 金刚石工具

11、51 基体

11a、11b、51a、51b 侧面

12a、12b、52a～52d 外周面(引导面)

13a、13b、15a～15d、16a～16d、53a～53d、54a～54d、55a～55h、56a～56h 倾斜面

14、17a、57a～57d、58a～58d 棱线

18a、18b、59a～59d、60a～60d 顶面

P1～P8 尖头

具体实施方式

接着，对本发明的第一实施方式进行说明。图1是示出本发明的第一实施方式的金刚石工具10的制造过程的俯视图、侧视图以及主视图，图2是示出完成制造后的金刚石工具的俯视图、侧视图以及主视图。该金刚石工具10将一定厚度的等腰三角形的单晶金刚石的板材作为基体11。如图1所示，相对于该基体11，从一个顶点的角部分的两侧研磨为在主视下呈V字形。即，从一方的侧面11a朝向基体11的两个外周面12a、12b切割至成为基体11的厚度的1/2以上，形成倾斜面13a。此时，优选切割为倾斜面13a与基体11的两个邻接的外周面12a、12b分别所成的角度彼此相等。接着，从基体11的另一方的侧面11b同样地朝向基体11的两个邻接的外周面12a、12b切割至成为基体11的厚度的1/2的程度，形成在俯视下呈梯形的倾斜面13b。倾斜面13a、13b的交线为棱线14。

接着，如图2所示，相对于倾斜面13a从侧面11a分别朝外周面12a与12b侧倾斜而形成倾斜面15a、15b。此外，同样地相对于倾斜面13b从侧面11b分别朝外周面12a、12b倾斜而形成倾斜面16a、16b。这样一来，位于原来的外周面12a的位置的第一倾斜面15a与第二倾斜面16a相交，在基体11的厚度方向的中间、优选为图2的(a)所示的中央位置，形成与基体的侧面11a、11b平行的棱线17a。同样，位于原来的外周面12b的位置的第三倾斜面15b与第四倾斜面16b相交，分别在基体11的厚度方向的中间、优选为中央位置，形成与基体的侧面11a、11b平行的棱线17b。

接着，从外周面12a朝向倾斜面15a、16a形成顶面18a。同样，从外周面12b朝向倾斜面15b、16b形成顶面18b。在此，顶面是指分别共用棱线17a、17b的一端的面。将棱线17a、17b分别与顶面18a、18b相接的端部设为尖头P1、P2。顶面是作用于要刻划的基板的面，若作用于基板的范围、即从与棱线的交点起的周向上的长度以图2的(b)的侧视图观察为0.05mm以上，则作为顶面有效地发挥功能，例如设为0.05～0.1mm左右。另外，若棱线17a、17b在刻划时作用于基板的范围、即从与顶面的交点起以图2的(b)的侧视图观察为0.02mm以上的长度，则能够发挥功能。

通过如此形成尖头P1、P2，如图2所示，能够使侧视下呈三角形的金刚石工具10形成两个尖头。构成尖头P1、P2的顶面与倾斜面均不构成另一方的尖头而是独立的，因此，各尖头不会相互影响，能够实现精密的研磨。这样的倾斜面、顶面能够通过激光加工容易地形成。另外，也可以在激光加工后进一步进行机械研磨，将形成棱线的部分设为更精密的研磨面。

图3是表示金刚石工具10安装于刻划头单元30的状态下的主视图以及侧视图。如图3所示，金刚石工具10被保持于工具架20。工具架20为长方体状的构件，在其下端以任意一方的尖头、此处为尖头P1成为下端的方式倾斜地保持金刚石工具10。在工具架20设置有两处螺纹孔，由此将工具架20固定于刻划头单元30。

刻划头单元30构成为，板状的头板31自身通过未图示的滑动机构整体上下移动。此外，在该头板31固定有刻划载荷用的气缸32。气缸32的下端的杆32a伸缩自如地突出。另外，如图3的(b)所示，在头板31的杆32a的下方设置有引导机构33以及滑动部34，以规定的载荷朝下方按压滑动部34。引导机构33将滑动部34保持为上下移动自如。在滑动部34设置有L字形的板35。板35与滑动部34一起上下移动，但由止挡件36限制下限。此外，工具架20通过螺纹紧固朝斜方向固定于该板35。此外，通过使刻划头单元30朝箭头A方向移动，能够进行刻划。

使用图4～图7对使用该实施方式的金刚石工具10来刻划的情况进行说明。当开始刻划时，首先，如图4所示，使金刚石工具10的一个尖头P1接近基板40并使刻划头单元30下降。此时，如图8所示的尖头P1周边的放大图那样，外周面12a与脆性材料基板所成的角度θ优选为15～20°，金刚石工具10的尖头P1低于基板40的上表面，压下刻划头单元30，使得基板40与尖头P1的高度之差D与基板40的厚度相应地为0.05～0.2mm左右。此外，使刻划头单元30从基板40的左侧面朝右移动。于是，如图5所示，金刚石工具10的外周面12a与基板40的左上端部接触。即，外周面12a的至少一部分或者全部作为将尖头P1导向基板40的引导面发挥功能。此时，如图9的放大图所示，尖头P1与基板40的间隔F由角度θ与高度的差D决定，例如当θ＝15°、D＝0.2mm时，F为0.78mm。因而，优选引导面12a在金刚石工具10的周向上具有1.0mm以上的长度。此外，当使金刚石工具朝箭头A方向移动时，如图6所示，基板40克服气缸32的压力而稍微抬起滑动部34，板35自身上升。当进一步使刻划头单元30朝右侧移动时，在引导面12a相对于基板40滑动的同时包括顶面18a在内的尖头P1的周边部分进入基板40，能够从基板40的端部开始刻划，即能够开始外切刻划。当进一步使刻划头单元30朝箭头A方向移动来进行刻划时，能够以使金刚石工具10的顶面18a在前而使棱线17a为后方的方式进行刻划。如上所述，当外切刻划开始时，首先，金刚石工具10的外周面(引导面)12a与基板40的左上端部接触，包括该后顶面18a在内的尖头由引导面导向基板40并与之接触，由此即便通过外切开始刻划，也能够防止尖头的损伤。并且，通过使宽度宽的顶面在先、棱线在后与基板接触，能够消除相对于基板40的端部的应力集中，也能够抑制基板端部的损伤。需要说明的是，在开始外切刻划时，另一方的尖头P2位于相比基板40的边缘部靠外侧且上方的位置，因此，尖头P2也不会受到损伤。

并且，如图7所示，进行刻划直至达到基板40的端部的近前，使刻划头30上升，以内切的方式结束刻划。需要说明的是，若进行刻划直至尖头P1从基板40的端部脱离、即以外切的方式结束刻划，则在尖头P1脱离基板40之后，在气缸32的作用下使刻划头下降，尖头P2有可能在基板40的端部损伤。因而，优选以内切的方式结束刻划。

此外，在与基板40相接的尖头P1因磨损而劣化的情况下，使金刚石工具10反转，使另一方的尖头P2与基板40接触，同样地使用尖头P2进行刻划。这样便能够利用新的尖头进行刻划。

需要说明的是，在第一实施方式中，如图1的(a)所示，在从两侧的侧面11a、11b形成倾斜面13a、13b之后，重新形成第一倾斜面～第四倾斜面，但也可以如图10所示将倾斜面13a、13b分别作为第一倾斜面、第二倾斜面，将外周面12a、12b的端部直接作为顶面，使用其交线即棱线14。在该情况下，引导面与顶面位于同一平面上。这样一来，能够将棱线14的两侧与外周面的交点P1、P2用作尖头，将外周面的与棱线相接的部分用作顶面，将与棱线分离的部分用作引导面。或者，如图11所示，也可以对外周面12a、12b的端部稍微进行研磨而另行形成顶面18a、18b。在该情况下，尖头P1、P2共用棱线14，外周面12a、12b成为引导面。

接着，对本发明的第二实施方式进行说明。在第一实施方式中，如图2所示，以使原来的倾斜面13、13b的一部分残留的方式形成第一倾斜面15a、第二倾斜面15b、第三倾斜面16a、第四倾斜面16b，但在第二实施方式中，如图12所示，进一步增大第一倾斜面15a、第二倾斜面15b、第三倾斜面16a、第四倾斜面16b，以消除原来的倾斜面13a、13b的方式进行研磨而形成。

接着，使用图13以及图14对本发明的第三实施方式进行说明。在上述的第一实施方式中使用等腰三角形的基体，但本实施方式的金刚石工具50在正方形的基体的各角分别形成图2所示那样的两个尖头。如图13所示，本实施方式的金刚石工具50使用由单晶金刚石形成的正方形且具有一定厚度的板状的基体51。此外，从基体51的一方的侧面51a朝向四个外周面52a～52d的交点形成倾斜面53a～53d。同样，从另一方的侧面51b朝向四个角形成倾斜面54a～54d。

接着，如图14的(a)、(b)所示，相对于倾斜面53a从侧面51a分别朝外周面52a与52b侧倾斜而形成倾斜面55a、55b。另外，同样，相对于倾斜面54a从侧面51b朝向外周面52a、52b分别形成倾斜面56a、56b。这样一来，位于原来的外周面52a侧的第一倾斜面55a与第二倾斜面56a相交，在基体51的厚度方向的中间、优选为中央位置，形成与基体的侧面51a、51b平行的棱线57a。同样，位于原来的外周面52b的位置的第三倾斜面55b与第四倾斜面56b相交，分别在基体51的厚度方向的中间、优选为中央位置，形成与基体的侧面51a、51b平行的棱线58a。

接着，相对于倾斜面53b从侧面51a分别朝向外周面52b与52c侧倾斜而形成倾斜面55c、55d。另外，同样，相对于倾斜面54b从侧面51b朝向外周面52b、52c分别形成倾斜面56c、56d。这样一来，位于原来的外周面52b的位置的第一倾斜面55c与第二倾斜面56d相交，在基体51的厚度方向的中间、优选为图14的(b)所示的中央位置，形成与基体的侧面51a、51b平行的棱线57b。同样，位于原来的外周面52b侧的第三倾斜面55d与第四倾斜面56d相交，分别在基体51的厚度方向的中间、优选为中央位置，形成与基体的侧面51a、51b平行的棱线58b。

接着，相对于倾斜面53c从侧面51a分别朝向外周面52c与52d侧倾斜而形成倾斜面55e、55f。另外，同样，相对于倾斜面54c从侧面51b朝向外周面52c、52d分别形成倾斜面56e、56f。这样一来，位于原来的外周面52c的位置的第一倾斜面55e与第二倾斜面56e相交，在基体51的厚度方向的中间、优选为中央位置，形成与基体的侧面51a、51b平行的棱线57c。同样，位于原来的外周面52d侧的第三倾斜面55f与第四倾斜面56f相交，分别在基体51的厚度方向的中间、优选为中央位置，形成与基体的侧面51a、51b平行的棱线58c。

并且，相对于倾斜面53d从侧面51a分别向外周面52d与52a侧倾斜而形成倾斜面55g、55h。另外，同样，相对于倾斜面54d从侧面51b朝向外周面52d、52a分别形成倾斜面56g、56h。这样一来，位于原来的外周面52d侧的第一倾斜面55g与第二倾斜面56g相交，在基体51的厚度方向的中间、优选为中央位置，形成与基体的侧面51a、51b平行的棱线57d。同样，位于原来的外周面52a的位置的第三倾斜面55h与第四倾斜面56h相交，分别在基体51的厚度方向的中间、优选为中央位置形成与基体的侧面51a、51b平行的棱线58d。

接着，从外周面52a朝向倾斜面55a、56a形成顶面59a。同样，从外周面52b朝向倾斜面55b、56b形成顶面60a。接着，从外周面52b朝向倾斜面55c、56c形成顶面59b，从外周面52c朝向倾斜面55d、56d形成顶面60b。接着，从外周面52c朝向倾斜面55e、56e形成顶面59c，从外周面52d朝向倾斜面55f、56f形成顶面60c。接着，从外周面52d朝向倾斜面55g、56g形成顶面59d，从外周面52a朝向倾斜面55h、56h形成顶面60d。将棱线57a～57d分别与顶面59a～59d相接的端部设为尖头P1、P3、P5、P7。将棱线58a～58d分别与顶面60a～60d相接的端部设为尖头P2、P4、P6、P8。

在本实施方式中，构成各尖头的顶面与倾斜面均不构成其他的尖头而是独立的，因此，不会对其他的尖头造成影响，能够进行精密的研磨。这样一来，能够在基体的周围形成八个尖头P1～P8。

另外，在上述的各实施方式中，利用单晶金刚石构成基体整体，但只要与脆性材料基板接触的表面部分为金刚石即可，因此，也可以在使用超硬合金、烧结金刚石制而形成的基体的外周面以及棱线的表面形成多晶金刚石层，并进一步对其进行精密研磨而形成尖头。另外，也可以使用掺杂硼等杂质并具有导电性的单晶或者多晶金刚石。通过使用具有导电性的金刚石，能够通过放电加工容易地形成倾斜面。

另外，在上述的实施方式中，使金刚石工具朝各尖头的顶面方向移动来进行刻划，但也可以朝各尖头的棱线方向移动来进行刻划。

产业上的可利用性

本发明的金刚石工具能够用于刻划脆性材料基板的刻划装置，尤其对于使金刚石工具的磨损增多的硬度高的刻划对象也能够有效地使用。

Claims (4)

1.一种金刚石工具，其中，

所述金刚石工具具备：

多边形的基体，其具有侧面与多个外周面；

相对于所述基体的至少一个角形成的、从所述基体的两侧面朝向相邻的一个所述外周面形成的第一倾斜面、第二倾斜面与作为所述第一倾斜面和所述第二倾斜面的交线的棱线；以及

顶面，其设于一个所述外周面与所述棱线之间，

所述外周面的与所述顶面邻接的一部分或者整面成为引导面，

至少所述棱线、所述顶面以及所述引导面由金刚石形成，

所述棱线与顶面的交点为尖头。

2.根据权利要求1所述的金刚石工具，其中，

所述引导面在周向上的长度为1mm以上。

3.根据权利要求1所述的金刚石工具，其中，

在所述多边形的一个角具有两个所述尖头。

4.一种使用金刚石工具的刻划方法，该金刚石工具在基体的角处具有在所述基体的厚度的中央形成的棱线、共用所述棱线的一端的顶面、以及以与所述顶面邻接的方式设于所述棱线的相反侧的引导面，由所述棱线与所述顶面共用的点为尖头，其中，

以使所述金刚石工具的一个尖头成为最下位的方式将所述金刚石工具保持于刻划头，

下压刻划头，使得在基板的外侧所述尖头位于比所述基板的上表面靠下方的位置，

使所述刻划头与基板的面平行地移动，由此使所述引导面与基板的端部接触，

当所述引导面在所述基板的端部处滑动规定距离之后，所述顶面与所述基板的端部接触而开始外切刻划。