JP2005297523A - カッターピン - Google Patents

Abstract

【課題】加工が容易で、所望の寿命が得られるカッターピンを提供する。
【解決手段】脆性基板分断用のカッターホイールの軸孔に摺動可能に嵌合され、その両端部でチップホルダーに対してカッターホイールを回転可能に保持するカッターピンであって、ダイヤモンド焼結体層を金属層で挟持した積層焼結体が層厚方向に軸線を有する円柱に切断され、前記ダイヤモンド焼結体層が少なくともカッターホイールの軸孔と摺動する部分を構成するよう前記円柱が仕上げられてなる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、カッターピンに関し、特にチップホルダーに取り付けられ、脆性基板上にスクライブライン（刻線）を形成するためのカッターホイールの軸孔に摺動可能に嵌合され、その両端部でチップホルダーに対してカッターホイールを回転可能に保持するカッターピンに関する。

半導体ウェハ、ガラス基板、セラミック基板等の脆性基板を分断するためにカッターチップが用いられる。
カッターチップは、図７に示すように、ディスク状ホイール１１１の外周部に沿ってＶ字形の刃１１２を有するとともに中心部に軸方向に貫通する円形の軸孔１１３が設けられたカッターホイール１１０と、前記カッターホイール１１０の軸孔１１３に摺動可能に嵌合され、チップホルダー１００に対してカッターホイール１１０を回転可能に保持するカッターピン１２０とからなる。

チップホルダー１００は、ロッド１０１を介して図示しないスクライブヘッドに接続され、スクライブヘッドによって付加される所定の押圧力を、カッターピン１２０およびカッターホイール１１０を介して脆性基板上に作用させ、スクライブラインを形成することができる。
カッターピンは、鋼、超硬合金、鋼にダイヤモンドを電着したもの、超硬合金にＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）をコーティングしたもの、焼結ダイヤモンド（Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｄｉａｍｏｎｄ）などが材料として用いられる。これらのうち、寿命、寸法精度の仕上げの難易およびコスト等を考慮して、焼結ダイヤモンドおよび超硬合金が一般に使用されている。

特許文献１には、ダイヤモンド焼結体を超硬合金にてサンドイッチにした構成とし、外周部の刃先部は、ダイヤモンド焼結体のみからなるようにして、刃先部の寿命を長くすると共に安価にし、且つ靭性のあるスクライブ用カッターホイールが開示されている。

特開平３−２８７３９６号公報

特許文献１に記載されたように、カッターホイールに焼結ダイヤモンドを用いた場合、カッターホイールを支持するためにその軸孔に摺動可能に嵌合されるカッターピンも焼結ダイヤモンドを用いることにより、寿命が長くなるという利点がある。しかし、超硬合金に比較して寸法を高精度に仕上げるのが困難であり、材料コストおよび加工コストが高くなるという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、加工が容易で、所望の寿命が得られるカッターピンを提供することを目的とする。

この発明によれば、脆性基板分断用のカッターホイールの軸孔に摺動可能に嵌合され、その両端部でチップホルダーに対してカッターホイールを回転可能に保持するカッターピンであって、ダイヤモンド焼結体層を金属層で挟持した積層焼結体が層厚方向に軸線を有する円柱に切断され、前記ダイヤモンド焼結体層が少なくともカッターホイールの軸孔と摺動する部分を構成するよう前記円柱が仕上げられてなるカッターピンが提供される。

この発明では、脆性基板分断用のカッターピンが、ダイヤモンド焼結体層が少なくともカッターホイールの軸孔と摺動する部分を構成し、ダイヤモンド焼結体層は２つの金属層で挟持され、これらの金属層はカッターホイールの軸孔と摺動しないカッターピンの両端部を構成する。したがって、耐摩耗性は高いが高価なダイヤモンド焼結体の使用を必要最小限の範囲にとどめることができる。

また、ダイヤモンド焼結体層を２つの金属層で挟持した積層焼結体が層厚方向に軸線を有する円柱に切断され、次いで仕上げられたものであるので、ロウ付けなどによる接合と異なり、ダイヤモンド焼結体層と２つの金属層は強固に結合され、両者が容易に分離することはない。

さらに、カッターピンの両端部は２つの金属層で構成されているので、カッターピンの軸線方向における長さの仕上げをダイヤモンド焼結体層よりも研磨の容易な２つの金属層の加工により行うことができる。

積層焼結体は、少なくともコバルトを含む結合剤とダイヤモンド粒子とからなるダイヤモンド焼結体層を、少なくとも一方側がコバルトを含む超硬合金層である２つの金属層からなり、ダイヤモンド焼結体層を挟持する前記２つの金属層は、ダイヤモンド焼結体層と同時に加圧焼結されてなるので、コバルトを含む結合剤とダイヤモンド粒子とからなるダイヤモンド焼結体層とコバルトを含む超硬合金層との間で、互いの層のコバルトが隣接する層内に相互に浸透して強固な接合を形成し、ダイヤモンド焼結体層と超硬合金層は強固な結合を形成し、ロウ付けなどによる接合と異なり、両者が容易に分離することはない。なお、少なくとも一方側がコバルトを含む超硬合金層である２つの金属層とは、２つの金属層が、どちらもコバルトを含む超硬合金層であってもよいし、一方側がコバルトを含む超硬合金層であり、他方側がコバルトを含まない金属層であってもよい。
ダイヤモンド焼結体層を挟持する前記２つの金属層は、一方側がコバルトを含む超硬合金層であり、他方側がタングステンまたはモリブデンの金属層からなるので、超硬合金層からダイヤモンド焼結体層へ向かう方向にコバルトが浸透していき、さらにダイヤモンド焼結体層から他方側の金属層に浸透したコバルトは、ダイヤモンド焼結体層とタングステンまたはモリブデンの金属層の境界面付近で、加圧焼結によりタングステンまたはモリブデンと強固な接合を形成する。したがって、２つの金属層が、どちらもコバルトを含む超硬合金層の場合に生じるダイヤモンド焼結体層でのコバルトのせめぎあいがなく、これら３つの層は、互いに強固な結合を形成し、ロウ付けなどによる接合と異なり、両者が容易に分離することはない。

ダイヤモンド焼結体材料層のダイヤモンド粒子は、粒子平均径が０．５μｍから１０．０μｍの範囲にあるのが好ましく、２．０μｍから５μｍの範囲にあるのがより好ましい。
ダイヤモンド粒子の粒子平均径が０．５μｍ未満であれば、ダイヤモンド焼結体層に占めるコバルトの体積が相対的に増加し耐摩耗性が低下する。ダイヤモンド粒子の粒子平均径が１０．０μｍを超えると、カッターピンの外周面の研磨が困難になるとともに、ダイヤモンド焼結体層に占めるコバルトの体積がその製造方法に起因して低下し、曲げ強度（抗折力）が低下する。

カッターピンは、カッターホイールの軸孔の長さを超える長さのダイヤモンド焼結体層を有するので、カッターピンの軸線方向におけるカッターホイールの振れが生じた場合に、カッターホイールがカッターピンの２つの金属層で摺動するのを防止することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
なお、本発明のカッターピンによって支持されるカッターホイールのスクライブの対象である脆性基板としては、形態、材質、用途および大きさについて特に限定されるものではなく、単板からなる基板または２枚以上の単板を貼り合わせた貼り合せ基板であってもよく、これらの表面または内部に薄膜あるいは端子部などの半導体材料を付着あるいは包含させたものであってもよい。
脆性基板の材質としては、ガラス、セラミックス、シリコン、サファイヤ等が挙げられ、その用途としては液晶パネル、プラズマディスプレイパネル、有機ＥＬディスプレイパネル等のフラットディスプレイパネルが挙げられる。

この発明のカッターピンの実施の形態を以下に示すが、この発明のカッターピンはこれらに限定されるものではない。

図１から図６を用いて、この発明のカッターピンの実施の形態を説明する。
図１は、この発明のカッターピンによってカッターチップに支持される公知のカッターホイール１０の正面図であり、図２は、図１の側面図である。

図１および図２に示すように、カッターホイール１０は、ディスク状ホイール１１の外周部に沿ってＶ字形の刃１２を有するとともに中心部に軸方向に貫通する円形の軸孔１３が設けられている。

図３は、この発明のカッターピン２０の正面図である。
カッターピン２０は、カッターホイール１０の軸孔１３に摺動可能に嵌合され、図７のチップホルダー１００に対してカッターホイール１０を回転可能に保持する。
カッターピン２０は、カッターピン２０の軸線方向に３つの層が積層された構造を有する。すなわち、カッターホイール１０の軸孔１３に摺動する部分を形成するダイヤモンド焼結体層２１と、カッターホイール１０の軸孔１３に摺動しない部分を形成する超硬合金の層２２およびタングステン層２２‘のそれぞれとからなる。

カッターピン２０におけるダイヤモンド焼結体層２１の軸方向の長さは、カッターホイール１０の軸孔１３の全長、すなわち、ホイール１１の厚さに相当する長さであってもよいし、カッターホイール１０の軸孔１３の全長を超える長さであってもよい。

以下、図４〜図６に基づいて、カッターピン２０の製造方法の一例を説明する。

まず、少なくともコバルトを含む結合剤とダイヤモンド粒子とからなるダイヤモンド焼結体材料の層を、コバルトを含む超硬合金材料の層とタングステン層で挟持し、５ＭＰａの加圧条件下で１３７０℃まで昇温して積層焼結体を作製する。なお、ダイヤモンド粒子は、粒子平均径が０．５μｍから１０．０μｍである。
図４に示すように、作製された積層焼結体３０は、少なくともコバルトを含む結合剤とダイヤモンド粒子とからなるダイヤモンド焼結体層３１を、コバルトを含む超硬合金層３２およびタングステン層３２‘で挟持してなり、ダイヤモンド焼結体層３１を挟持する２つの金属層３２、３２‘は、ダイヤモンド焼結体層３１と同時に加圧焼結される。

積層焼結体３０の２つの金属層３２、３２‘がそれぞれ露出した両底面を研磨器で研磨し、所望するカッターピン２０の全長よりわずかに大きい厚さに仕上げる。
次いで、図５に示すように、所望する厚みに仕上げられた積層焼結体３０ａを、ワイヤー放電加工により、カッターピン２０の直径よりわずかに大きい外径を有する円柱３５として積層焼結体３０から抜き出す。

積層焼結体３０から抜き出された円柱３５を図６に示す。次いで、円柱３５の外周部にダイヤモンド砥石による研磨を施して仕上げる。さらに、両端部に面取り加工を施すとともに所定の全長に仕上げることにより、図３に示したカッターピン２０が作製される。
上記の実施例では、一方の金属層としてタングステン層２２‘を用いたが、これをモリブデンに置き換えてもよい。

前記したように、この発明のカッターピン２０では、耐摩耗性は高いが高価なダイヤモンド焼結体の使用を必要最小限の範囲にとどめることができる。
また、カッターピン２０は、そのダイヤモンド焼結体層３１の部分でカッターホイール１０と摺動するので、スクライブの品質の安定性と高寿命が得られる。

カッターピン２０は、カッターピン２０の軸方向の長さの仕上げをダイヤモンド焼結体層３１の外側にあってダイヤモンド焼結体層３１より加工が容易な２つの金属層３２、３２‘の加工で行うことができる。したがって、加工コストが低減され、加工精度が向上するので、チップホルダー１００に対する脱着が容易になる。

ダイヤモンド焼結体層２１を挟持する２つの金属層は、一方側がコバルトを含む超硬合金層２２であり、他方側がタングステン層２２‘からなるので、コバルトは超硬合金層２２からダイヤモンド焼結体層２１へ向かう方向の浸透となり、さらにダイヤモンド焼結体層２１から浸透しダイヤモンド焼結体層２１とタングステン層２２‘の境界面付近で、加圧焼結によりタングステンと強固な接合を形成する。したがって、これら３つの層は、互いに強固な結合を形成し、ロウ付けなどによる接合と異なり、両者が容易に分離することはない。

本発明のカッターピンは、半導体ウェハ、ガラス基板、セラミック基板等の脆性基板上にスクライブラインを形成するためのカッターホイールの軸孔に摺動可能に嵌合され、その両端部でチップホルダーに対してカッターホイールを回転可能に保持するカッターピンである。
カッターピンが、ダイヤモンド焼結体層が少なくともカッターホイールの軸孔と摺動する部分を構成し、ダイヤモンド焼結体層は２つの金属層で挟持されているので、これらの金属層は、カッターホイールの軸孔と摺動しないカッターピンの両端部を構成する。したがって、耐摩耗性は高いが高価なダイヤモンド焼結体の使用を必要最小限の範囲にとどめることができる。
ダイヤモンド焼結体層を２つの金属層で挟持した積層焼結体が層厚方向に軸線を有する円柱に切断され、次いで仕上げられたものであるので、ロウ付けなどによる接合と異なり、ダイヤモンド焼結体層と２つの金属層は強固に結合され、両者が容易に分離することはない。

さらに、カッターピンの両端部はそれぞれが金属層で構成されているので、カッターピンの軸線方向における長さの仕上げをダイヤモンド焼結体層よりも研磨の容易な金属層の加工により行うことができる。
積層焼結体は、少なくともコバルトを含む結合剤とダイヤモンド粒子とからなるダイヤモンド焼結体層を、少なくとも一方側がコバルトを含む超硬合金層である２つの金属層からなり、ダイヤモンド焼結体層を挟持する前記２つの金属層は、ダイヤモンド焼結体層と同時に加圧焼結されてなるので、コバルトを含む結合剤とダイヤモンド粒子とからなるダイヤモンド焼結体層とコバルトを含む超硬合金層との間で、互いの層のコバルトが隣接する層内に相互に浸透して強固な接合を形成し、ダイヤモンド焼結体層と超硬合金層は強固な結合を形成し、ロウ付けなどによる接合と異なり、両者が容易に分離することはない。

カッターピンは、カッターホイールの軸孔の長さを超える長さのダイヤモンド焼結体層を有するので、カッターピンの軸線方向におけるカッターホイールの振れが生じた場合に、カッターホイールがカッターピンの金属層で摺動するのを防止することができる。
本発明によれば、加工が容易で、所望の寿命が得られるカッターピンを提供することができる。

この発明のカッターピンによって支持されるカッターホイールの正面図である。 図１のカッターホイールの側面図である。 この発明の実施の一形態によるカッターピンの正面図である。 図３のカッターピンの製造工程を説明する図である。 図３のカッターピンの製造工程を説明する図である。 図３のカッターピンの製造工程を説明する図である。 カッターチップを取り付けるチップホルダーの従来例を説明する図である。

符号の説明

１０ カッターホイール
１１ ホイール
１２ 刃
１３ 軸孔
２０ カッターピン
２１ ダイヤモンド焼結体層
２２ コバルトを含む超硬合金層
２２‘ タングステン層
３０ 積層焼結体
３１ ダイヤモンド焼結体層
３２ コバルトを含む超硬合金層
２２‘ タングステン層
３５ 円柱

Claims (6)

1. 脆性基板分断用のカッターホイールの軸孔に摺動可能に嵌合され、その両端部でチップホルダーに対してカッターホイールを回転可能に保持するカッターピンであって、
   ダイヤモンド焼結体層を金属層で挟持した積層焼結体が層厚方向に軸線を有する円柱に切断され、前記ダイヤモンド焼結体層が少なくともカッターホイールの軸孔と摺動する部分を構成するよう前記円柱が仕上げられてなるカッターピン。
2. 積層焼結体は、少なくともコバルトを含む結合剤とダイヤモンド粒子とからなるダイヤモンド焼結体層を、少なくとも一方側がコバルトを含む超硬合金層である２つの金属層からなり、ダイヤモンド焼結体層を挟持する前記２つの金属層は、ダイヤモンド焼結体層と同時に加圧焼結されてなる請求項１に記載のカッターピン。
3. ダイヤモンド焼結体層を挟持する前記２つの金属層は、一方側がコバルトを含む超硬合金層であり、他方側がタングステンまたはモリブデンの金属層からなる請求項２に記載のカッターピン。
4. ダイヤモンド焼結体材料層のダイヤモンド粒子は、粒子平均径が０．５μｍから１０μｍの範囲にある請求項２に記載のカッターピン。
5. ダイヤモンド焼結体材料層のダイヤモンド粒子は、粒子平均径が２．０μｍから５μｍの範囲にある請求項２に記載のカッターピン。
6. カッターピンは、カッターホイールの軸孔の長さを超える長さのダイヤモンド焼結体層を有する請求項１に記載のカッターピン。

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