JP2012076949A - ガラスチップの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板を使用して化学強化されたガラスチップを得る場合に、ガラスチップへの分割が容易な上に、その分割後の強度の確保が可能であるガラスチップの製造方法の提供。
【解決手段】本発明は、ガラス基板を使用して化学強化されたガラスチップを得るものである。第１のステップでは、ガラス基板１に切断溝５を形成する。第２のステップでは、ガラス基板１に対してイオン交換による化学的処理を行い、切断溝５の底部の表側と裏側に圧縮応力層２０を形成する。第３のステップでは、ガラス基板１の切断溝５に外力を加えてガラスチップ３０に分割する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス基板を使用して強化されたガラスチップを製造するガラスチップの製造方法に関する。

水晶振動子のような圧電デバイスなどのパッケージの材料としては、低コスト化が図れるガラスが有効であるが、機械的な強度の不足が懸念される。この解決策としては、例えばガラスに対して化学的な処理を施すことにより強化することが有効である。
しかし、強化ガラスは、ガラスの表面に圧縮応力層を形成することにより全体の強度を高めている。このため、強化ガラス板から所定の大きさのガラスチップを得るために、ダイサー（切断装置）などで強化ガラス板に切り込みを入れると、表面の圧縮応力層と内部の引張層との応力バランスが崩れ、破砕やクラックの発生を引き起こしてしまう。

このような背景の下で、強化ガラスの切断にレーザーを使用する技術が知られている（特許文献１など参照）。
この従来技術によれば、レーザー光による照射、あるいは同照射と冷却液噴射による冷却の併用によって強化ガラスに熱応力による亀裂（レーザースクライブ）を発生させ、その亀裂のみにより強化ガラスの割断を行ない、ガラスチップを得ることができる。

特開２００７−７６０７７号公報

しかし、割断後のガラスチップの端面の中央部には非圧縮応力層（非強化層）が露出する。このため、割断後のガラスチップは、チッピングの発生の原因になったり、ガラスチップの全面が強化された場合に比較して強度が低下するという不具合がある。
そこで、本発明の幾つかの態様の目的は、ガラス基板を使用して化学強化されたガラスチップを得る場合に、ガラスチップへの分割が容易な上に、その分割後の強度の確保が可能であるガラスチップの製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、本発明は、以下のように構成される。
本発明の態様の１つは、ガラス基板に溝を形成する第１のステップと、前記ガラス基板に対してイオン交換による化学的処理を行い、前記溝の底部の表側と裏側に圧縮応力層を形成する第２のステップと、前記溝に外力を加えて前記ガラス基板を分割する第３のステップと、を含むことを特徴とする。
この方法によれば、ガラス基板を使用して化学強化されたガラスチップを得る場合に、ガラス基板からガラスチップへの分割が容易な上に、その分割後の強度の確保が可能である。

また、前記溝の底部の厚さｔは、前記圧縮応力層の厚さをｄとすると、ｔ≦２ｄであることを特徴とする。
この方法によれば、ガラスチップへの分割後に、ガラスチップは十分な強度を確保することができる。
さらに、前記第１のステップにおいて、前記溝の下部にレーザー光の照射により変質領域を形成するようにしたことを特徴とする。
この方法によれば、第２のステップにおいてイオン交換による化学的処理を促進でき、その処理時間の短縮を図ることができる。

本発明のガラスチップの製造方法に係る第１実施形態の工程を説明する工程図である。 本発明のガラスチップの製造方法に係る第２実施形態の工程を説明する説明図である。 本発明のガラスチップの製造方法に係る第３実施形態の工程を説明する説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明のガラスチップの製造方法に係る第１実施形態について、図１を参照して説明する。
この第１実施形態は、水晶振動子のような圧電デバイスなどのパッケージの製造に適用したものである。そして、そのパッケージは、ガラス基板を使用して製造され、最終的にガラス基板が分割されたガラスチップからなり、ガラスチップは化学強化された強化ガラスからなる。

まず、図１（Ａ）に示すように、表面と裏面にエッチング保護膜２、３が形成された所定の厚さのガラス基板１を用意する。エッチング保護膜２、３の所定の位置には、図１（Ｃ）に示す貫通孔４を形成するための孔６、７が形成されている。また、エッチング保護膜２の所定位置には、図１（Ｃ）に示す切断溝５を形成するための開口部８が形成されている。
ここで、切断溝５は、後述のガラスチップ３０を得るときに切断溝５の底部の部分を２つに割って切り離すためのものであり、ガラス基板１上の縦横方向の一方またはその双方に形成されている。このため、上記の開口部８は、その切断溝５の形状に合わせて形成されている。

また、エッチング保護膜２、３は、ガラス基板１のエッチングのときに溶出せず、レーザー光の透過性を有するものであれば良い。エッチング保護膜２、３としては、酸化シリコン（ＳｉＯ２ ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）などを使用する。
次に、ガラス基板１の貫通孔４が形成される位置に、ガラス基板１の貫通孔４を形成する経路（厚さ方向）に沿ってレーザー光を照射する（図１（Ａ）参照）。レーザー光の照射は、レーザー光をレンズを用いて集光し、集光点が厚さ方向に沿って走査（移動）することにより行う。その後、レーザー光による照射（走査）が終了すると、図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１の貫通孔４が形成される部分に変質領域（改質領域）９が形成される。

そして、ガラス基板１の複数の貫通孔４が形成される各位置において、上記のレーザー光の照射を繰り返すと、その各位置において変質領域９が形成される。
次に、ガラス基板１の切断溝５が形成される位置に、ガラス基板１の厚さ方法に沿ってレーザー光を照射し、切断溝５の深さに相当する長さの変質領域１０を形成する（図１（Ａ）参照）。切断溝５は、その幅が図１（Ｃ）に示す程度であるが、その長さは幅に比べて相当に長いものである。このため、切断溝５の形成位置に形成される変質領域１０は、切断部５の長さ方向において所定の間隔で複数形成する。
そして、ガラス基板１の複数の切断溝５が形成される各位置において、上記のレーザー光の照射を繰り返すと、その各位置において変質領域１０が形成される。

ここで、ガラス基板１に形成される変質領域９、１０は、例えばガラス基板１の密度、屈折率、機械的強度、その他の物理的特性が周囲とは異なって変質が生じた部分をいい、エッチングで他の部分より容易に除去できる部分をいう。
次に、ガラス基板１に対して、所定のエッチング液を使用して所定のエッチング条件で異方性エッチングを行うと、複数の変質領域９はそれに係る部位が除去されていくとともに、複数の変質領域１０はそれに係る部位が除去されていく。そして、エッチングが終了すると、ガラス基板１に複数の貫通孔４が形成されるとともに、複数の切断溝５が形成される（図１（Ｂ）参照）。

その後、ガラス基板１からエッチング保護膜２、３をそれぞれ除去すると、図１（Ｃ）の状態のガラス基板１が得られる。次に、このエッチング保護膜２、３が除去されたガラス基板１に対してイオン交換による化学的処理を行い、ガラス基板１の表面に所定の厚さの圧縮応力層２０を形成させる（図１（Ｄ）参照）。
この化学的処理は、そのガラス基板１を溶融塩の中に浸漬することにより、ガラス基板１中のナトリウム（Ｎａ）と溶融塩中のカリウム（Ｋ）とのイオン交換を行う。これにより、図１（Ｄ）に示すように、ガラス基板１の表面に圧縮応力層２０が形成され、ガラス基板１は強化ガラスとなる。このとき、切断溝５の底部の表側と裏側に圧縮応力層２０が形成される（図１（Ｄ）参照）。

ここで、ガラス基板１の切断溝５の底部の厚さｔは（図１（Ｃ）参照）、圧縮応力層２０の厚さをｄとすると（図１（Ｄ）参照）、ｔ≦２ｄの関係を満たすことが必要である。
これは、図１（Ｄ）に示すように、圧縮応力層２０は、切断溝５の底部の表側と裏側にそれぞれ形成されるが、その形成される圧縮応力層２０が一連につながることを意味する。これにより、後述のように得られるガラスチップ３０は、その表面全体に圧縮応力層２０が形成され（図１（Ｆ）参照）、強化ガラスの状態となる。
次に、貫通孔４の内周面と、ガラス基板１の表裏面上であって配線パターン１１、１２を形成する部分とに、Ｃｒ−Ａｕなどのスパッタにより導電性の薄膜（図示せず）をそれぞれ形成させる。

その後、その導電性の薄膜上に、導電率を高めるために銅メッキなどのメッキ処理を行う。これにより、ガラス基板１に配線パターン１１、１２が形成されると同時に、貫通孔４の内周面に導電性膜１３が形成される（図１（Ｅ）参照）。
このとき、銅メッキは同時に貫通孔４の内周面に析出されるので、最終的に貫通孔４の孔径の最小部は、銅メッキにより閉塞状態となる（図１（Ｅ）参照）。
次に、ガラス基板１の切断溝５の両側に外力を加え、例えばその切断溝５の長さ方向を幅方向に向けて折り曲げると、切断溝５の底部の部分が２つに割れて切り離される。このような処理を繰り返すことにより、ガラス基板１は複数のガラスチップ３０に分割される（図１（Ｆ）参照）。

このとき、複数に分割された各ガラスチップ３０の表面全体は、圧縮応力層２０が形成された状態になっている。このため、各ガラスチップ３０は、強化ガラスから構成されることになる。
以上のように、この第１実施形態によれば、ガラス基板を使用して化学強化されたガラスチップを得る場合に、ガラス基板からガラスチップへの分割（割断）が容易である上に、分割後のガラスチップは十分な強度が得られる。

（実施例）
次に、第１実施形態を適用した実施例について説明する。
この実施例は、ガラス基板１の材料には、ＮＥＣ ＳＣＨＯＴＴ コンポーネンツ株式会社の製造するホウケイ酸塩ガラスＤ２６３（商品名）を使用した。貫通孔４と切断溝５の形成には、ガラス基板１に対してＹＡＧレーザーの第３高調波等を用いて変質領域９、１０を形成し、バッファードフッ酸を用いてエッチングを行うことで形成するようにした。ガラス基板１の厚さは２３０μm とし、エッチング後の切断溝５は、その幅が２０μｍで深さは１３０μｍであった。
ガラス基板１の化学的強化は、ＫＮＯ３ 塩浴中に浸漬し、ガラス基板１中のＮａと、塩浴中のＫをイオン交換し、表面に圧縮応力層２０を形成するようにした。塩浴の温度は４１０℃とした。その処理時間は１６時間とした。

このようにして形成されたガラス基板１の切断溝５の両端に外力（圧力）を加えることによって、切断溝５に沿ってガラス基板１を個片化してガラスチップ３０を得ることができた。この得られたガラスチップ３０には、クラック等は発生していなかった。
また、その得られたガラスチップ３０の割断面を成分分析計（ＥＤＸ）によって成分分析した結果、割断面全域において、圧縮応力層２０が形成されていることが分かった。また、そのガラスチップ３０の断面についても同様な分析を行った。その結果、６０μｍ程度の圧縮応力層２０が形成されていることが分かった。
一方で、塩浴の浸漬時間を４時間としたガラス基板１は、個片化の際に、ガラス基板１の内部へもクラックが侵入してしまう場合があった。未強化のガラス基板については、個片化の際にクラックが入ることは無かった。

以上の検討により、化学強化ガラスをブレイク（割断）するためには、ガラス基板１のブレイク箇所が深さ方向に対して完全にイオン交換されていることが重要であるといえる。これは、例えば図１（Ｆ）に示すようにブレイクして個片化した後も、ガラスチップ３０表面の圧縮応力層の応力バランスが崩れることが無いため、チップ内部へのクラックの進展も無くなるためである。
一方、切断溝５に未強化部分が残っている場合は、ブレイクを行った際に、割断面の未強化部分が露出し、ガラスチップ３０表面の応力バランスが崩れ、ガラスチップ３０の内部にクラックを発生させてしまう。

（第２実施形態）
本発明のガラスチップの製造方法に係る第２実施形態について、図１および図２を参照して説明する。
ここで、図２（Ａ）は図１（Ａ）に相当し、切断溝５を形成する部分の長さ方向の断面図である。図２（Ｂ）は図１（Ｂ）に相当し、切断部５の長さ方向の断面図である。図２（Ｃ）は第２実施形態の切断溝５の長さ方向の断面図、図２（Ｄ）はその幅方向の断面図である。
この第２実施形態は、図１に示す第１実施形態を基本にしているが、図２（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、切断溝５の底部の長さ方向に所定の間隔で複数の穴４０を形成するようにした点が異なる。

このため、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、ガラス基板１の切断溝５が形成される位置に、ガラス基板１の厚さ方法に沿ってレーザー光を照射し、切断溝５の深さに相当する長さの変質領域１０を形成する（図１（Ｂ）参照）。また、その変質領域１０は、切断溝５の形成位置において、切断溝５の長さ方向に所定の間隔で複数形成する。
しかし、第２の実施形態では、切断溝５の底部の長さ方向に所定の間隔で複数の穴４０を形成する必要がある。そこで、図２（Ａ）に示すように、切断溝５を形成すべき位置に形成される複数の変質領域１０のうち、所定の変質領域１０ａについては他の変質領域１０よりも深い位置まで形成するようにした。

このため、このように処理したガラス基板１に対して、所定のエッチング液を使用して所定のエッチング条件で異方性エッチングを行うと、図２（Ｂ）に示すように、切断溝５の他に、切断溝５の底部に複数の穴４０を形成できる。
以上のように、第２実施形態では、切断溝５の他に、切断溝５の底部に複数の穴４０を形成するようにした。
このため、第２実施形態では、化学処理により切断溝５の底部の表側と裏側に圧縮応力層２０が形成される際に、その複数の穴４０によってイオン交換が促進され、その処理時間の短縮を図ることができる。

（第３実施形態）
本発明のガラスチップの製造方法に係る第３実施形態について、図１および図３を参照して説明する。
ここで、図３（Ａ）は図１（Ａ）に相当し、切断溝５を形成する部分の長さ方向の断面図である。図３（Ｂ）は図１（Ｂ）に相当し、切断部５の長さ方向の断面図である。図３（Ｃ）は第３実施形態の切断溝５の長さ方向の断面図である。
この第３実施形態は、図１に示す第１実施形態を基本にしているが、図３（Ｃ）に示すように、切断溝５の下部であって、切断溝５の長さ方向に所定の間隔で、複数の変質領域５０を形成するようにした点が異なる。そして、複数の変質領域５０は、レーザー光の照射により形成した。

このため、第３実施形態では、第１実施形態と同様に、ガラス基板１の切断溝５が形成される位置に、ガラス基板１の厚さ方法に沿ってレーザー光を照射し、切断溝５の深さに相当する長さの変質領域１０を形成する（図１（Ｂ）参照）。また、その変質領域１０は、切断溝５の形成位置において、切断溝５の長さ方向に所定の間隔で複数形成する（図３（Ａ）参照）。
しかし、第３の実施形態では、切断溝５の下部に複数の変質領域５０を形成する必要がある。そこで、図３（Ａ）に示すように、切断溝５を形成すべき位置に形成される複数の変質領域１０のうち、所定の変質領域１０を形成する際に、その変質領域１０から所定距離だけ離れた位置に変質領域５０を形成するようにした。

このため、このように処理したガラス基板１に対して、所定のエッチング液を使用して所定のエッチング条件で異方性エッチングを行うと、図３（Ｃ）に示すように、切断溝５の他に、切断溝５の下部に複数の変質領域５０を形成できる。
以上のように、第３実施形態では、切断溝５の他に、切断溝５の下部に複数の変質領域５０を形成するようにした。
このため、第３実施形態では、化学処理により切断溝５の底部の表側と裏側に圧縮応力層２０が形成される際に、その複数の変質領域５０によってイオン交換が促進され、その処理時間の短縮を図ることができる。

（その他の実施形態）
上記の実施形態では、レーザー光の照射により変質領域１０を形成し、その変質領域１０をエッチングにより除去することにより、ガラス基板１に複数の切断溝５を形成する場合について説明した。
しかし、複数の切断溝５は、そのような形成に代えて、ダイサー（切断装置）などを用いて形成するようにしても良い。

１・・・ガラス基板、２、３・・・エッチング保護膜、４・・・貫通孔、５・・・切断溝、６、７・・・孔、９、１０、１０ａ・・・変質領域、２０・・・圧縮応力層、３０・・・ガラスチップ、４０・・・穴、５０・・・変質領域

Claims (3)

1. ガラス基板に溝を形成する第１のステップと、
   前記ガラス基板に対してイオン交換による化学的処理を行い、前記溝の底部の表側と裏側に圧縮応力層を形成する第２のステップと、
   前記溝に外力を加えて前記ガラス基板を分割する第３のステップと、
   を含むことを特徴とするガラスチップの製造方法。
2. 前記溝の底部の厚さｔは、前記圧縮応力層の厚さをｄとすると、ｔ≦２ｄであることを特徴とする請求項１に記載のガラスチップの製造方法。
3. 前記第１のステップにおいて、前記溝の下部にレーザー光の照射により変質領域を形成するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラスチップの製造方法。

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