JP2011161674A

JP2011161674A - 脆性材料基板のブレイク方法

Info

Publication number: JP2011161674A
Application number: JP2010024311A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Ichikawa; 克則市川
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2030-02-05
Also published as: TW201144243A; WO2011096388A1; CN102596523A; KR20120087920A; CN102596523B; TWI426059B; KR101323678B1; JP5129826B2

Abstract

【課題】これまでよりも端面強度を強くすることができるブレイク方法を提供する。
【解決手段】
脆性材料基板にスクライブラインを形成する工程と、スクライブラインに沿ってブレイクするブレイク工程とからなる脆性材料基板のブレイク方法であって、ブレイク工程の際に、テーブル上に載置された脆性材料基板に対し、スクライブライン近傍でスクライブラインから片側に離隔した位置に沿ってブレイクローラを転動させて圧接することにより荷重を印加するようにして、低荷重で折り曲げるようにして分断する。
【選択図】図７

Description

本発明は、脆性材料基板上に形成されたスクライブラインに沿って分断するためのブレイク方法に関する。ここでいう脆性材料基板には、ガラス、セラミックス（低温焼成セラミックスおよび高温焼成セラミックス）、シリコン等の半導体材料、サファイア等が含まれる。また、分断される基板の形態は単板のみならず、２枚の基板が貼り合わされた貼り合わせ基板も含まれる。

図８は、従来から行われているパネル製品等の機能膜が形成されたガラス基板を、ブレイクバーを用いて分断する方法の一例を示す図である。まず、基板Ｇをスクライブ装置のテーブル上に載置し、カッターホイールＷを用いて第一面の分断予定ラインに沿ってスクライブラインＳを形成する（図８（ａ））。続いて、基板Ｇをブレイク装置の弾性テーブル上に載置し、第一面とは反対側の第二面からスクライブラインＳの真裏に沿ってブレイクバーＦを当ててブレイク荷重を印加することにより左右対称に曲げモーメントを加えてブレイクを行う（図８（ｂ））（特許文献１参照）。
ブレイクバーで分断を行う場合は、大きな荷重で１本のスクライブラインＳを一挙に分断するため、基板に加わる負荷が大きくなり、分断面が破壊されやすく端面強度を強くすることが困難になりやすい。

また、従来から行われているガラス基板の別の分断方法として、ブレイクローラを用いる方法もある。例えば、図９に示すように２枚の基板Ｇ１，Ｇ２が貼り合わされたセル基板を分断する際に、予めスクライブ線Ｓ１，Ｓ２をセル基板の両側の外側面（第一面および第二面になる）に形成し、スクライブラインＳ１，Ｓ２に沿ってローラ６４を圧接するようにしてブレイク荷重を印加する方法がなされている。ローラ６４は、スクライブラインＳ１，Ｓ２に直接接触しないように、溝６３が形成されたローラ６４を使用するようにしている。したがって、ローラ６４はスクライブラインＳ１，Ｓ２の左右両側を、ほぼ均等に押圧するようにしている(特許文献２参照)。ローラブレイクでは、スクライブラインの一端側から他端側に向けて基板を順次押圧し、押圧部位の移動に対応して亀裂を伸展させるため、基板をブレイクバーを用いる場合よりも小さな荷重で分断することができ、基板に加わる負荷はブレイクバーよりも小さくなる。

このように、単板であれ、貼り合わせ基板であれ、基板を分断する際には第一工程でスクライブラインを形成し、第二工程でブレイクを行うようにしている。
なお、第一工程のスクライブには、一般にカッターホイールを転動することによってスクライブラインを形成するメカニカルスクライブ、あるいは、レーザ照射による加熱とその後の冷却による応力差を利用してスクライブラインを形成するレーザスクライブ等が行われる。

特開２００４−１３１３４１号公報国際公開ＷＯ２００６／１２９５６３号公報

近年、フラットパネル用のガラス基板等では軽量化のために、基板材料の薄板化、硬質化が進められている。そのため、スクライブライン形成後に基板をブレイクする際に、基板の硬質化の影響で分断面が破壊されやすくなり、チッピングが発生し、所望の端面強度を得ることが困難になっている。また、普通のガラス基板であっても、その板厚が厚い場合（例えば１ｍｍ以上）には、ブレイクの際に大きな荷重でブレイクバーを押し当てる必要があり、やはりチッピングが発生しやすくなっている。

そこで、本発明はローラブレイクを用いたブレイク方法であって、これまでよりも端面強度を強くすることができるブレイク方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では次のような技術的手段を講じた。すなわち、本発明の脆性材料基板のブレイク方法は、脆性材料基板にスクライブラインを形成する工程と、スクライブラインに沿ってブレイクするブレイク工程とからなる脆性材料基板のブレイク方法であって、ブレイク工程の際に、テーブル上に載置された脆性材料基板に対し、スクライブライン近傍でスクライブラインから片側に離隔した位置に沿ってブレイクローラを転動させて圧接することにより荷重を印加するようにしている。
ここで、スクライブラインを形成する工程は、カッターホイールを圧接させるメカニカルスクライブであってもよいし、レーザ照射による熱応力を利用するレーザスクライブであってもよい。

本発明によれば、ブレイク工程の際に、スクライブラインの左右両側に対し、均等にブレイクローラによるブレイク荷重を印加するのではなく、スクライブラインの近傍であってスクライブラインの片側にだけブレイク荷重を印加するようにして、折り曲げるようにブレイクする。
このようして得られる分断面は、予想に反しこれまで左右均等に荷重を掛けて分断した分断面よりも優れた端面強度にすることができた。
これは、ひとつはブレイクローラが転動する際に基板の分断面に加わる振動の影響が小さくなること、さらには、ブレイクローラの端とスクライブラインとが水平方向に離隔するので同じ荷重を掛けた場合でも従来のようにスクライブライン直上から荷重を印加する場合よりも基板の撓み量が増大されるので、低荷重でも従来方法と同等の撓み変形が生じさせることができるためと考えられる。

なお、荷重を印加させる位置をスクライブラインから離隔させたことにより、ブレイク時に荷重が印加される位置がスクライブラインから外れて一方に偏る結果、分断面が垂直にならず、斜めになると考えられていた（そのため分断面が垂直になるようにスクライブラインの真上に印加していた）が、実際に分断した結果はほとんど垂直な分断面が得られ、問題にならないことがわかった。

上記発明において、ブレイクローラの圧接面の端からスクライブラインまでの距離が０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であるようにするのが好ましい。
ブレイクローラの圧接面の端からスクライブラインまでの距離を上記範囲にすることにより、従来よりも低荷重で分断でき、端面強度を強くすることができる。

上記発明において、ブレイク工程の際に、弾性体層が含まれるテーブルを用いるようにしてもよい。
これにより、ブレイク荷重を印加させたときに、基板の撓み量を増大させることができ、弾性体層のないテーブルを用いた場合よりさらに低荷重にしても分断が可能になり、分断面に与える負荷が小さくできるので端面強度をさらに強くすることができる。

上記発明において、脆性材料がスクライブラインの片側に製品領域が形成され、スクライブラインの他方の片側に端材領域が形成されている場合に、ブレイクローラは端材領域側で転動されるようにしてもよい。
ブレイクローラの転動を端材領域側で行うことで、ブレイクローラの転動で生じる圧接力によって発生する製品の不具合の発生を減らすことができる。

本発明の一実施形態であるブレイク方法を実施するためのブレイク装置の全体構成を示す図である。図１のＸステージ２１の構成を示す図である。図２のローラヘッド４０の断面図である。図１のブレイクローラのローラ部分の構成を示す図である。分断対象のガラス基板の一例を示す図である。図５の基板にスクライブラインを形成するときの状態を示す図である。図６の基板をブレイクするときの状態を示す図である。ガラス基板をブレイクバーで分断する従来方法の一例を示す図である。ガラス基板をブレイクローラで分断する従来方法の一例を示す図である。

以下、本発明にかかる本発明のブレイク方法の詳細を図面に基づいて詳細に説明する。

（ブレイク装置）
図１は、本発明にかかるブレイク方法を実施する際に用いるブレイク装置１０の全体構成を示す図である。ベース１１上には、基板Ｇを載置するテーブル１２が設けられている。テーブル１２は、Ｙ方向に移動するＹ軸駆動機構１３と、テーブル１２の下方に取り付けられテーブル１２を回転するテーブル回転機構１４とを備えている。テーブル１２の上面にはゴム１２ａが敷いてあり、基板Ｇに上から荷重が印加されたときに基板が撓みやすいようにしてある。
Ｙ軸駆動機構１３は、テーブル回転機構１４を介してテーブル１２を支持するＹステージ１５と、Ｙステージ１５をＹ方向に駆動させるリニアモータ１６と、Ｙ方向の運動を案内するリニアガイド１７からなる。
テーブル回転機構１４は、Ｙステージ１５上に取り付けてあり、モータ（不図示）により水平面内でテーブル１２が回転できるようにしてある。

また、ベース１１の上にはＸステージ２１およびこれをＸ方向に移動させるためのＸ軸駆動機構２２が設けてある。Ｘ軸駆動機構２２は、テーブル１２を跨ぐように配置されるブリッジガイド２４とこれを支持する支柱２３とからなる。ブリッジガイド２４は、Ｘステージ２１をＸ方向に駆動するリニアモータ（不図示）と、Ｘ方向の運動を案内するリニアガイド２５とを備えている。

次に、Ｘステージ２１について説明する。図２はＸステージ２１の構成を示す図である。なお、図１ではＸステージ２１の外側を覆うカバーを取り付けた状態を示しているが、図２ではカバーを外して内部機構が見えるようにして示してある。
Ｘステージ２１には、リニアガイド２５によって案内されるベースプレート３１が設けてあり、ベースプレート３１上にはローラ３２をＺ方向に移動させるためのＺ軸駆動機構３３が設けてある。
Ｚ軸駆動機構３３は、Ｚステージ３４と、Ｚステージ３４をＺ方向に駆動させるボールねじ機構３５と、Ｚステージ３４のＺ方向の運動を案内するリニアガイド３６とからなる。

Ｚステージ３４にはローラ３２を基板Ｇに押し当てる際の加圧機構である荷重印加シリンダ３７が取り付けてあり、荷重印加シリンダ３７のロッド３７ａには振動アクチュエータ３８を介してローラヘッド４０が取り付けてある。荷重印加シリンダ３７は具体的には、エアシリンダ、サーボモータ、ボイスコイルモータ等を用いることができる。
振動アクチュエータ３８は超磁歪素子が内蔵されており、必要に応じて振動を与えるためのものであり、オプションとして取り付けられている。振動アクチュエータ３８を作動させることにより、ブレイク荷重が振動することでより強いブレイクを行うことができるようになる。

荷重印加シリンダ３７は、Ｚ軸駆動機構３３によりローラ３２の高さを調整した後で、ローラ３２が基板Ｇを押圧する荷重を調整できるようにしてある。

図３は、ローラ３２を支持するとともに振動アクチュエータ３８の振動をローラ３２に伝達するローラヘッド４０の断面図である。ローラヘッド４０は、振動アクチュエータ３８が固定される本体部４１と、ローラ３２を回転自在に保持するホルダ４２と、振動アクチュエータ３８からの振動をホルダ４２に伝達するシャフト４３と、シャフト４３の運動を案内するガイド４４とを有する。ガイド４４とシャフト４３との間には、ボール（不図示）が組み込まれ、シャフト４３がガイド４４に対し滑らかに運動できるようにしてある。振動アクチュエータ３８のロッド３８ａは、連結部４５でシャフト４３とねじ結合される。シャフト４３の下端は本体部４１から突き出てホルダにねじ結合されている。
ホルダ４２の下端は二股に分かれ、ローラ３２の回転軸を支持することにより、ローラ３２が回転自在に支持される。

図４はローラ３２の正面図および側面図である。ローラ３２は、円柱形状をなしており、支軸を通すための孔６１が回転中心に形成してある。ローラ３２の具体的寸法は外径２ｍｍ〜５０ｍｍ、厚み０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲で選択可能であり、材質としては、基板との接触面に傷がつきにくいようにするため、ポリアセタール、ポリウレタンゴム等のゴム硬度Ｈｓが２０°〜９０°の材料を使用してある。

ブレイク装置１０は、コンピュータシステム（不図示）で制御され、コンピュータシステムによりＸ軸駆動機構２２、Ｙ軸駆動機構１３、Ｚ軸駆動機構３３、テーブル回転機構１４を始め、装置各部の操作が行われる。

（ブレイク方法）
続いて、ブレイク装置１０を用いたブレイク方法の一実施形態について図面を用いて説明する。一般に、基板をＸＹ方向にブレイクする場合に、（１）最初にＸ方向とＹ方向とにスクライブラインを形成するクロススクライブを行い、その後に、Ｘ方向、Ｙ方向にブレイクを行う加工手順と、（２）Ｘ方向にスクライブラインを形成し、続いて、Ｘ方向のブレイクを行い、基板を短冊状に分断した後、Ｙ方向のスクライブを行い、最後にＹ方向のブレイクを行う加工手順のいずれかが採用される。ここでは、説明の便宜上、後者である（２）の加工手順におけるＸ方向のスクライブ工程およびブレイク工程について説明するが、その後のＹ方向の分断についても同様の手順で分断が行われる。また、（１）のクロスクスライブを行う場合についてもブレイク工程については同様の手順が採用される。

図５は、分断しようとするパネル製品Ｐ１〜Ｐ６となる領域が形成されたガラス基板Ｍ（マザー基板）の加工前の平面図およびＡ−Ａ’断面図である。なお、図示するに際し便宜上、隣接するパネル製品どうしの間の端材領域は実際よりも幅広に描いてある。
ガラス基板Ｍは、基板Ｇ１と基板Ｇ２とが貼り合わされた構造を有しており、各パネル領域Ｐ１〜Ｐ６には端子Ｔとなる領域が含まれている。

図６は図５のガラス基板Ｍにスクライブラインを形成するときの状態を示す平面図およびＢ−Ｂ’断面図である。ガラス基板ＭからパネルＰ１〜Ｐ６を切り出すために、基板Ｇ１側については、各パネルの端辺となる位置にスクライブラインＳ１〜Ｓ６を形成する。
スクライブラインＳ１〜Ｓ６は、例えばカッターホイールを各パネルの端辺に沿って移動させることで形成することができる。続いて、基板Ｇ１と同様に基板Ｇ２についてもスクライブラインＳ７〜Ｓ１２を形成する。このときスクライブラインＳ１とスクライブラインＳ７、スクライブラインＳ３とスクライブラインＳ９、スクライブラインＳ５とスクライブラインＳ１１とは端子Ｔを露出させるため、端子Ｔの幅だけ位置がずれるように形成される。なお、スクライブラインＳ２とスクライブラインＳ８、スクライブラインＳ４とスクライブラインＳ１０、スクライブラインＳ６とスクライブラインＳ１２とは対向するように形成される。

図７は図６でスクライブラインが形成されたガラス基板Ｍに対し、ブレイクローラ３２（図１参照）を圧接させるときの状態を示す平面図およびＣ−Ｃ’断面図である。
スクライブラインＳ１〜Ｓ６が形成された基板Ｇ１に対し、順次ローラ３２を圧接させる。まず、スクライブラインＳ１に対するブレイクを行う場合に、ローラ３２を圧接させる位置は、スクライブラインＳ１を挟んでパネルＰ１側（図１におけるＳ１の右側）とは反対側の端材領域側（図１におけるＳ１の左側）とし、スクライブラインＳ１の近傍でスクライブラインＳ１から１ｍｍの距離だけ離隔された位置Ｂ１に、ローラ３２の端がくるようにする。なお、スクライブラインＳ１との距離は０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度であればよい。そして、スクライブラインＳ１に平行にローラ３２を圧接転動させる。これによりスクライブラインＳ１には折り曲げて分断しようとする力が加わるようにする。そして、スクライブラインＳ１とローラ３２の端とは、距離が１ｍｍ程度（０．５ｍｍ〜２ｍｍ）離れているので、従来のようにスクライブラインＳ１上を圧接していたときよりも大きな曲げモーメントが加わるようになっている。それゆえ、小さな荷重で分断が可能になり、端面強度も向上するようになる。

続いて、スクライブラインＳ２に対するブレイクを行う場合のローラ３２を圧接させる位置は、スクライブラインＳ２を挟んでパネルＰ１側（図１におけるＳ２の左側）とは反対側の端材領域側（図１におけるＳ２の右側）とし、スクライブラインＳ１の近傍でスクライブラインＳ１から１ｍｍの距離だけ離隔された位置Ｂ２に、ローラ３２の端がくるようにする。この場合もスクライブラインＳ２との距離は０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度であればよい。
以下、同様に、スクライブラインＳ３〜Ｓ６についてもそれぞれ端材領域側でスクライブラインＳ３〜Ｓ６から１ｍｍ程度離隔された位置Ｂ３〜Ｂ６にローラ３２の端がくるようにして圧接する。
これにより、基板Ｇ１はスクライブラインＳ１〜Ｓ６に沿って従来よりも低荷重で分断することができるようになる。

続いて、基板Ｇ２のスクライブラインＳ７〜Ｓ１２についても同様に、パネルと反対側で、それぞれスクライブラインから１ｍｍ程度離隔させた位置Ｂ７〜Ｂ１２にローラ３２を当てて低荷重で押圧する。これにより、基板Ｇ１，Ｇ２両側の端面が形成される。このようにすることで、ブレイクの際に加わるブレイク荷重を小さくできるので、端面にかかる負荷が抑えられる結果、端面強度が強くなる。
また、ローラ３２の振動がスクライブラインから離隔した位置に加わり、パネル側から離れた位置になるので、振動の影響が抑えられる結果、端面強度が強くなる。

そして、Ｘ方向のブレイクを行った後、続いてＹ方向についても同様のスクライブとブレイクを行うことにより、各パネルＰ１〜Ｐ６に分断される。

上記実施形態では、基板Ｇ１とＧ２とを貼り合わせた基板について説明したが、単板構造についても同様に本発明を適用することができる。

本発明のブレイク方法は、ガラス等の脆性材料からなる基板を、スクライブラインに沿ってブレイクする際に利用することができる。

１０ブレイク装置
１２テーブル
１３Ｙ軸駆動機構
１４テーブル回転機構
２１Ｘステージ
２２Ｘ軸駆動機構
３２ローラ
３３Ｚ軸駆動機構
３７荷重印加シリンダ
３８振動アクチュエータ
４０ローラヘッド
４３シャフト
４４ガイド
Ｓスクライブライン
Ｇ基板

Claims

脆性材料基板にスクライブラインを形成する工程と、前記スクライブラインに沿ってブレイクするブレイク工程とからなる脆性材料基板のブレイク方法であって、
ブレイク工程の際に、テーブル上に載置された脆性材料基板に対し、前記スクライブライン近傍でスクライブラインから片側に離隔した位置に沿ってブレイクローラを転動させて圧接することにより荷重を印加することを特徴とする脆性材料基板のブレイク方法。
ブレイクローラの圧接面とスクライブラインとの距離が０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下である請求項１に記載の脆性材料基板のブレイク方法。
前記ブレイク工程の際に、弾性体層が含まれるテーブルを用いることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の脆性材料基板のブレイク方法。
前記脆性材料がスクライブラインの片側に製品領域が形成され、スクライブラインの他方の片側に端材領域が形成されている場合に、ブレイクローラは端材領域側で転動されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の脆性材料基板のブレイク方法。