JP2024016347A - 溝加工ツールおよび溝加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 溝底に薄皮の樹脂膜を残すようにして樹脂膜を帯状に剥離することができるとともに、互いに交差するＸ－Ｙ方向の帯状の溝を加工したときに、交点部において膜剥がれが発生することのない溝加工が可能な溝加工ツールを提供する。【解決手段】 下部に刃先形成部２を備えたツール本体１を含み、刃先形成部２はツール移動方向に向いた前面２ａと、左右側面２ｃ、２ｄ並びに底面２ｅと、前面２ｅの下縁部に形成された刃部３とを備え、刃部３は底面２ｅの端縁近傍から斜め上方に向かって傾斜する第１刃面５と、この第１刃面に対して鋭角に交わる上向きの第２刃面６と、これら第１刃面と第２刃面とによって形成される鋭突な刃先７とから形成されており、刃部３の左右側面３ａ、３ｂが、下面となる前記第１刃面に至るほど幅細くなるように傾斜して形成されている構成とする。【選択図】 図２

Description

本発明は、脆性材料基板上に積層された樹脂膜に、溝を形成する溝加工ツールおよび溝加工方法に関し、より具体的には、樹脂膜が貼り付けられたガラス基板等を分断加工する際に、予め、分断予定ライン近傍の樹脂膜を帯状に除去する加工に好適な溝加工ツールおよびこれを用いた溝加工方法に関する。

従来からガラス基板等の脆性材料基板上に多数のデバイスをパターン形成しておき、その後スクライビングホイール等の基板切断用ツールを用いて基板上に切筋を加工して分割することにより上記デバイスを量産する製造方法が採用されている。
このようなデバイス製造工程では、図７に示すように、大盤のマザー基板Ｗ上に互いに交差するＸ―Ｙ方向の分断予定ラインＳ１、Ｓ２が設定してあり、これらに沿って分断することで個々のデバイスを構成する方形の単位基板Ｗ１ごとに分割される。
上記製造工程により種々のデバイスが製造されているが、それらのデバイスのなかには例えば指紋センサのように基板表面に機能性樹脂膜が積層されたデバイスがある。

樹脂膜が積層されたガラス基板は、樹脂膜とガラスとの物性が大きく異なるため、ガラス基板に切筋を形成するスクライビングホイールを使用してガラス基板と樹脂膜とを同時に加工することは困難である。そのため、樹脂膜に溝を加工する溝加工ツールを用いて分断予定ラインに沿って樹脂膜を帯状に剥離した後、剥離された溝底に表出するガラス基板の表面、若しくは、そのガラス基板の（樹脂膜のない）裏面からスクライビングホイール等で基板に切筋を入れ、最後に基板を撓ませるなどして分断予定ラインに沿って分断している。

樹脂膜に溝を加工することができる溝加工ツールの従来例としては、例えば特許文献１や特許文献２に開示されたものがある。
特許文献１に開示された剥離カッター（溝加工ツール）は、液晶パネルの偏光板を切削する際に用いることができる彫刻刀のような切れ刃の剥離カッターであって、所定幅の鋭突な刃先を有する刃先部を備えている。ここでは刃先断面形状が略Ｖ字状（図１）のものの他に、剥離幅を広げるためコの字状、台形状、半円状、円形などの種々の刃先形状にしたもの（図３２）が記載されており、偏光板を切削する際には、刃部先端全域に逃げ角を形成するようにして刃先先端のみをガラス表面に線接触させるようにして押し付けながら移動させることにより、彫刻刀のように樹脂膜を刃先の断面形状で剥離除去することが記載してある（図２等）。

この剥離カッターによる加工は、ガラス基板上の成膜（偏光板などのフィルム、樹脂膜、保護膜なども含まれる）を、切削、剥離、除去してガラス基板の表面を完全に表出させることが目的である。それゆえ、ガラス基板のガラス表面に剥離カッターの刃先先端を当接し、かつ、ガラス基板に押圧した状態で先端刃部を移動させるようにしている。

しかしながら剥離カッターは、彫刻刀のように進行方向に向けた鋭突な刃先の先端のみをガラス表面に線接触するようにして移動させているので、刃先が常に下方に喰い込む方向に作用しており、刃先がガラス表面に強く接触すると基板が傷つきやすい。また、刃先先端の狭い線接触面のみが基板に接するので、狭い接触面に加わる圧力の調整が困難であり、刃先がガラス表面に強く接触しないように押圧力を制御することが困難である。

剥離カッターの刃先との接触によってガラス表面に傷がつくと、後工程でガラス基板を撓ませて分断する際に分断予定ラインと異なる方向に亀裂が進展し不良品の発生要因となる。また、分断端面にカケ等の疵痕が発生して高品質の製品が得られないといった弊害もある。
さらに、デバイスによっては、デバイス構造、機能、性能、歩留まり等の種々の観点から刃先がガラス基板と直接接触することが許容されない場合もある。

例えば指紋センサ用デバイスについても、機能性樹脂膜の一部を溝加工ツールで剥離する際に、溝加工ツールが基板表面に接触することが望ましくないことから、溝加工ツールの刃先が確実にガラス表面に接触しないようにするために、溝底にわずかに薄皮を残した状態で、例えば樹脂膜の厚みが５０μｍの場合は１０～１５μｍの薄皮を残した状態で剥離することが求められており、そのような溝加工に適した溝加工ツールが望まれている。

この点に関し、特許文献２に記載される剥離用ツール（溝加工ツール）は、垂直な左右側壁と、左右側壁に挟まれた矩形の底面と、底面から斜めに立ち上がるすくい面とを有しており、底面とすくい面とが刃面となってこれらの刃面に挟まれるエッジが刃先となり、この底面を基板の主面（樹脂膜表面）に平行に面接触させた姿勢にして、刃先を移動することにより、樹脂膜を一定の溝幅で剥離できることが記載されている。

この剥離用ツールによれば、底面が主面（樹脂膜表面）の抑え面となって刃先（エッジ）の食い込みを抑制しながら、刃先により剥離された樹脂部分をすくい上げるようにして溝を加工することができる。したがって、この剥離用ツールを採用すれば、刃先がガラス基板表面に接触しないように樹脂膜の薄皮を基板表面に残した状態で剥離することが可能になる。

特開２００８－１１６９６９号公報 特開２０１５－２２９２５９号公報

しかしながら、特許文献２に記載される剥離用ツールを用いて互いに直交するＸ－Ｙ方向の溝を加工すると、交点の特定箇所で樹脂膜の膜剥がれが発生することがあった。即ち、図８に示すように、最初に加工した溝、例えばＸ方向の溝Ｖ１に対してＹ方向の溝Ｖ２を加工すると、溝Ｖ１との交点部分においてツール進行方向前方側（ツール抜け側）で製品となる単位基板Ｗ１の角部に膜剥がれ（図の黒く塗りつぶした部分）が発生することがあった。このような膜剥がれが発生すると、分断された単位基板Ｗ１の品質が低下するとともに、樹脂膜が指紋センサのような機能性膜である場合に、膜剥がれによってデバイス性能に大きな支障を来すことになる。

そこで本発明は上記課題に鑑み、互いに交差する分断予定ラインに沿って膜剥がれを発生させることなく、所定の溝幅で樹脂膜を精度よく剥離して溝加工することができる溝加工ツールおよび溝加工法を提供することを目的とする。
また、溝加工ツールの刃先が基板表面に直接接触しないように、溝底に樹脂膜の薄皮を少し残した状態で安定よく樹脂膜を剥離することが可能な溝加工ツールおよび溝加工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に、交点部での膜剥がれ問題の発生原因を検討した結果、下記の点にあると考えられる。すなわち、特許文献２の剥離用ツールを用いて溝を加工すると、ツールの左右の壁面が垂直であるので、図６（ｂ）で示すように、形成される溝Ｖの左右側面も垂直な面で形成される。したがって、このツールを用いて何れか一方の溝、例えばＸ方向の溝Ｖ１を加工した後、溝Ｖ１と直交するＹ方向の溝Ｖ２を加工する際に、ツール先端が最初に加工した溝Ｖ１との交点部で溝Ｖ１の垂直な壁面に当接してこれを切り裂きながら進行することになる。このとき、刃先の進行方向からみたツールの断面積が比較的大きく、また溝の垂直な壁面に対してツールの左右の壁面も垂直に接触することから、切り裂いて進行する際に溝の壁面からツールが大きな抵抗を受けるとともに、製品となる単位基板の角部の樹脂膜がツールの垂直な壁面に引きずられて剥離し、交点部における膜剥がれが生じるものと考えられる。

そこで、上記目的を達成するために本発明では次のような技術的手段を講じた。すなわち、本発明の溝加工ツールは、下部に刃先形成部を備えたツール本体を含み、前記刃先形成部はツール移動方向に向いた前面と、左右側面と、底面と、前記前面の下縁部に形成された刃部とを備え、前記刃部は前記底面の端縁近傍から斜め上方に向かって傾斜する第１刃面と、この第１刃面に対して鋭角に交わる上向きの第２刃面と、これら第１刃面と第２刃面とによって形成される刃先とから形成されており、前記刃部の左右側面が下面となる前記第１刃面に至るほど幅細くなるように傾斜して形成されている構成とした。

ここで、前記刃先形成部の底面に対する前記第１刃面の傾斜角度を１～３０度の範囲内で形成するのがよい。
また、前記第１刃面と前記第２刃面とによって形成される刃先の角度を３０～８５度の範囲内で形成するのが好ましい。
さらに、前記第１刃面の長さＬは１０～２００μｍの範囲内で形成するのがよい。
また、前記刃部の左右側面の前記第１刃面に対する傾斜角度を４０～６０度の範囲内で形成するのが好ましい。

本発明によれば、刃部の左右側面が下方に至るほど幅細くなるように傾斜して形成されているので、加工される溝の左右側壁は上広がり状に傾斜して形成される。そして、最初に加工した溝に対して直交する溝を加工するときに、ツール刃先はその交点部において、最初に加工した溝の傾斜側壁に当接してこれを切り裂いて進行する。このとき、刃先の進行方向からみた断面積が小さくなることに加え、溝の側壁部分が傾斜していることから、刃部が溝の側壁から受ける抵抗は、従来の垂直な側壁面を切り裂く場合に比べて大きく軽減される。さらに、刃部の傾斜した左右側面が膜表面を抑える形になるので、交点部分におけるツール進行方向前方側で、製品となる単位基板の角部での膜剥がれの発生を防止することができ、高品質の製品を得ることができる。

また、本発明では溝を加工する際に、刃部の左右側面が下方に至るほど幅細くなるように傾斜して形成されていることで、刃先が樹脂膜内部に切り込みやすくなる。一方で、刃部の上面側にある第２刃面がすくい面となって剥離した部分を上方にすくい上げて逃がすことができるとともに、下面側の第１刃面が被加工面と平行に向けられて面接触する押さえ面となって刃先の過度の食い込みを抑制することができる。これにより、ツールの基板に対する位置精度および押圧力を安定させることができて微調整が容易になり、溝の底部に薄皮を残した状態で精度良く溝を加工することができ、刃先によるガラス板面への傷つけを防止することができる。

本発明の一実施形態である溝加工ツールを示す斜視図である。 上記溝加工ツールの刃部の拡大図である。 上記溝加工ツールの使用時の姿勢を示す側面図である。 上記溝加工ツールの使用時における刃部の拡大側面図である。 溝加工ツールが取り付けられるスクライブ装置の一例を示す概略的な正面図である。 （ａ）は本発明の溝加工ツールで加工された溝の断面図であり、（ｂ）は従来の溝加工ツールで加工された溝の断面図である。 ガラス基板の分断工程を説明するための平面図である。 交点部での膜剥がれの現象を説明するための平面図である。

以下、本発明の詳細について図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係る溝加工ツールの一実施例を示す斜視図であり、図２は刃部の拡大図である。この溝加工ツールＡは、図５で示すスクライブ装置Ｂのスクライブヘッド１７への取付部となる板状の本体１と、その下端部に一体形成された刃先形成部２とからなる。刃先形成部２は、ツール移動方向に向いた前面２ａ、並びに後面２ｂと、左右側面２ｃ、２ｄと、底面２ｅとで形成され、超硬合金または焼結ダイヤモンド等の硬質材料で造られている。この刃先形成部２の前面側、並びに後面側の下端部分の何れか一方、またはその両方に刃部３が形成されている。本実施例では、ツール進行方向先端側となる前面２ａの下縁部に刃部３が設けられている。

刃部３は、図２の拡大図で示すように、刃先形成部２の底面２ｅの端縁近傍から斜め上方に向かって傾斜する第１刃面５と、第１刃面５に対して鋭角に交わる第２刃面６と、これら第１刃面５と第２刃面６とによって形成される鋭突な刃先７とから形成されている。

刃先形成部２の底面２ｅに対する第１刃面５の傾斜角度α１は１～３０度の範囲で設定され、本実施例では１０度で形成されている。傾斜角度α１を形成するのは底面２ｅと第１刃面５とを区分けするためである。これにより、後述する使用時に、第１刃面５が基板面に面接触する接触面として作用するようにし、刃先の食い込みを抑制する安定した押さえ面として機能させる上で、必要以上の接触面積とならないようにするためである。なお、第１刃面５の長さＬは１０～２００μｍの範囲で形成され、好ましくは５０～１００μｍ程度で形成されている。

また、第１刃面５と第２刃面６とによって形成される刃部３の角度α２は３０～８５度の範囲内で設定され、より好ましくは強度と切れ味とのバランスを考慮して６０度に近い角度で形成されている。

さらに、図２（ｂ）に示すように、刃部３の左右側面３ａ、３ｂは基板への接触面となる第１刃面５に至るほど幅細くなるように傾斜して形成されている。この第１刃面５に対する傾斜角α３は４０～６０度の範囲内で設定され、より好ましくは５０～５５度程度で形成するようにしてある。また、刃部３の底部の幅、即ち第１刃面５の幅Ｄは０～７０μｍの範囲内で設定され、好ましくは３０～６０μｍ、より好ましくは４０μｍ程度としてある。第１刃面５の幅Ｄは小さいほど樹脂膜に切込みやすくなるが、３０μｍ以上とすることで、刃先７の過度の食い込みをより抑制しやすく、また脆性材料基板に接触した場合であっても脆性材料基板を傷つけにくく、摩耗しにくくなる。第１刃面５の幅Ｄが７０μｍを超えると、傾斜角α３を適切な角度に設定することが難しい。
なお、溝加工ツールＡの本体１は板状に限らず、円柱状や多角柱形として形成することも可能である。

図５は溝加工ツールＡを取り付けて基板Ｗに溝を加工するためのスクライブ装置の一例を示すものである。スクライブ装置Ｂは、基板Ｗを載置して吸着保持する水平なテーブル１０を備えている。吸着テーブル１０は、水平なレール１１に沿って図の前後方向に移動できるようになっており、モータ（図示外）によって回転するネジ軸１２により駆動される。さらに吸着テーブル１０は、モータを内蔵する回転駆動部１３により水平面内で回動できるようになっている。また、横桟１４を備えたブリッジ１５が吸着テーブル１０上を跨ぐようにして設けられており、横桟１４に水平に延びるガイド１６が設けられている。ガイド１６にはスクライブヘッド１７がモータ１８を駆動源とする移動機構（図示外）によって移動できるように設けられている。このスクライブヘッド１７に溝加工ツールＡがツールホルダ１９を介して取り付けられている。ツールホルダ１９は図示しない付勢機構付きの昇降機構により、ミクロン単位の精度で上下高さを調整できるとともに、溝加工ツールＡが一定圧で樹脂膜を押圧できるように組み付けられている。

上記した溝加工ツールＡを用いて基板Ｗに溝を加工する場合は、図３並びに図４に示すように、刃先部７を矢印の移動方向に向けた状態で、かつ、基板Ｗに対して刃部３の第１刃面５が面接触するように溝加工ツールＡを傾斜させた状態、すなわち、第１刃面５の傾斜角度α１だけ溝加工ツールＡを移動方向側に傾斜させてスクライブ装置Ｂのスクライブヘッド１７に取り付ける。そして、溝加工ツールＡの第１刃面５を基板Ｗの主面（樹脂膜面）に押し付けるようにして所望の厚さで樹脂膜を剥離できるように第１刃面５の高さ調整を行う。このとき、第１刃面５は樹脂膜の内部であって脆性材料基板の基板表面から１０～１５μｍ離れた位置に設定する。そしてテーブル１０に対して溝加工ツールＡを相対的に移動させることにより、所定の溝幅の樹脂膜を分断予定ラインに沿って帯状に剥離してＸ―Ｙ方向の溝Ｖ１、Ｖ２を加工する。

この溝Ｖ１、Ｖ２を加工する際、刃部の左右側面が下方に至るほど幅細くなるように傾斜して形成されていることで、刃先が樹脂膜内部に切り込みやすくなる。一方で、刃部３の上面側にある第２刃面６がすくい面となって剥離した部分を図で示すように上方にすくい上げて逃がすことができるとともに、下面側の第１刃面５が被加工面への面接触による押さえ面となって刃先７の過度の食い込みを抑制することができる。これにより、ツールＡの基板に対する位置精度および押圧力の微調整が容易になり、図６（ａ）に示すような、溝の底部に薄皮２３を残した状態で精度良く溝を加工することができる。これにより、刃先で基板の脆性材料基板面を傷つける不具合を確実になくすことができる。また、第１刃面５が被加工面への面接触による押さえ面となることで刃先が安定するようになり、厚み５０μｍの樹脂膜に対して厚み１０～１５μｍの薄皮部を残した状態で安定よく溝を加工することができるようになる。

また、刃部３の左右側面３ａ、３ｂが下面の第１刃面５に至るほど幅細くなるように傾斜させてあるので、加工される溝Ｖ’は図６（ａ）に示すような上部が広がった形状となり、溝の左右側壁２２は上端に至るほど互いに遠のく方向に傾斜して形成される。よって、先に加工した溝に対して交差する溝を加工するときに、ツール刃先はその交点部において、最初に加工した溝の傾斜側壁に当接してこれを切り裂いて進行する。このとき、刃部の進行方向からみた断面積が小さくなることに加え、溝の側壁部分が傾斜していることから、刃部が溝の側壁から受ける抵抗は、従来の垂直な側壁面を切り裂く場合に受ける抵抗に比べて大きく軽減される。さらに、刃部の傾斜した左右側面が膜表面を抑える形になるので、交点部分におけるツール進行方向前方側で、製品となる単位基板の角部での膜剥がれが発生しなくなる。

以上、本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態に特定されるものではなく、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。
例えば上記実施例では、刃部３は刃先形成部２の前面下縁に設けた例を示したが、前後両方に刃先部３を形成してもよい。これにより、一方が摩耗または破損すれば、溝加工ツールの取り付け方向を変えることにより他方の刃先を新品として使用することができる。

また、上記実施例では１０～１５μｍの薄皮を残して樹脂膜を剥離するようにしたが、第１刃面５を脆性材料基板表面に合わせて薄皮がほとんど残らないように樹脂膜を剥離させることもできる。その場合でも第１刃面５は脆性材料基板表面に平行に向いた状態なので、刃先７が脆性材料基板に食い込みにくく、刃先７による基板の損傷を抑制しつつ、互いに交差するＸ－Ｙ方向の溝を加工することができる。

また、上記実施例では指紋センサ等の機能性樹脂膜の溝加工について説明したが、これに限られず、基板表面の保護用に積層された樹脂膜についても適用できる。

本発明は、表面に樹脂膜が貼り付けられたガラス基板等の脆性材料基板の分断時に、予め、分断予定ラインに沿って樹脂膜に帯状の溝を加工する際に利用することができる。

Ａ 溝加工ツール
Ｂ スクライブ装置
Ｗ 基板
１ ツール本体
２ 刃先形成部
２ａ 前面
２ｂ 後面
２ｃ、２ｄ 左右側面
２ｅ 底面
３ 刃部
５ 第１刃面
６ 第２刃面
７ 刃先
２０ 脆性材料基板
２１ 樹脂膜

Claims (7)

1. 下部に刃先形成部を備えたツール本体を含み、
   前記刃先形成部はツール移動方向に向いた前面と、左右側面並びに底面と、前記前面の下縁部に形成された刃部とを備え、
   前記刃部は前記底面の端縁近傍から斜め上方に向かって傾斜する第１刃面と、この第１刃面に対して鋭角に交わる上向きの第２刃面と、これら第１刃面と第２刃面とによって形成される鋭突な刃先とから形成されており、
   前記刃部の左右側面が下面となる前記第１刃面に至るほど幅細くなるように傾斜して形成されている溝加工ツール。
2. 前記刃先形成部の底面に対する前記第１刃面の傾斜角度が１～３０度の範囲内で形成されている請求項１に記載の溝加工ツール。
3. 前記第１刃面と前記第２刃面とによって形成される刃先の角度が３０～８５度の範囲で形成されている請求項１に記載の溝加工用ツール。
4. 第１刃面の長さＬは１０～２００μｍの範囲内で形成されている請求項１に記載の溝加工ツール。
5. 前記刃部の左右側面の前記第１刃面に対する傾斜角度が４０～６０度の範囲内で形成されている請求項１に記載の溝加工ツール。
6. 脆性材料基板上に積層された樹脂膜に対し、互いに交差するＸ方向およびＹ方向に帯状の溝を加工する溝加工方法であって、
   下部に刃先形成部を備えたツール本体を含み、
   前記刃先形成部はツール移動方向に向いた前面と、左右側面並びに底面と、前記前面の下縁部に形成された刃部とを備え、
   前記刃部は前記底面の端縁近傍から斜め上方に向かって傾斜する第１刃面と、この第１刃面に対して鋭角に交わる上向きの第２刃面と、これら第１刃面と第２刃面とによって形成される鋭突な刃先とから形成されており、
   前記刃部の左右側面が下面となる前記第１刃面に至るほど幅細くなるように傾斜して形成されている溝加工ツールを用いて、
   前記第一刃面を前記樹脂膜に面接触させてＸ方向に移動して溝を加工し、次いでＹ方向に移動して溝を加工する溝加工方法。
7. 第一刃面を前記樹脂膜の内部であって前記脆性材料基板の基板表面から１０～１５μｍ離れた位置に設定してＸ方向およびＹ方向に移動して溝加工を行う請求項６に記載の溝加工方法。
   
   

Images