JP5170195B2 - 樹脂付き脆性材料基板の分割方法 - Google Patents

Description

本発明は、脆性材料基板を分割する方法に関し、特に、樹脂を接着させたセラミック基板を分割する方法に関する。

ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）やＨＴＣＣ（High Temperature Co-fired Ceramics）などのセラミックスその他の脆性材料を用いて構成された脆性材料基板（主面や内部に電気回路等が形成されたものを含む）を分割し、複数の分割個片に切り出す手法には、種々のものがある。例えば、スクライビングホイールなどを用いて脆性材料基板の分割予定位置にスクライブラインを形成することで、スクライブラインに沿って脆性材料基板の厚み方向に垂直クラックを形成しておき、その後、外力（荷重）を印加することによって垂直クラックを脆性材料基板の厚み方向に伸展させることで、脆性材料基板をブレイクする態様が公知である（例えば、特許文献１参照）。係る場合、スクライブラインに沿って形成される垂直クラックが脆性材料基板の厚み方向に伸展して裏面に到達することによって、脆性材料基板がブレイクされる。あるいは脆性材料基板の製造過程において分割予定位置にあらかじめＶ字状の溝（Ｖ溝などと呼ばれる）が形成され、Ｖ溝に沿ってブレイクがなされる場合もある。Ｖ溝は、セラミックスの前駆体（セラミックスグリーンシートの積層体）の段階で形成されるのが一般的である。

特開２０１０−１７３２５１号公報

脆性材料基板には、主面に形成された回路の保護などを目的として、ガラスエポキシなどの熱硬化性樹脂を該主面に付着させたもの（樹脂付き脆性材料基板）がある。係る樹脂付き脆性材料基板を上述の手法にて脆性材料基板の側からブレイクする場合、脆性材料基板と樹脂とでは材質が異なることが原因で、垂直クラックが樹脂部分まで伸展しない、もしくは樹脂部分を貫通しない、という不具合が生じることがある。あるいは、クラックが垂直に伸展せず、ソゲなどと称される斜め割れが生じてしまう場合もある。

また、熱硬化性樹脂を付着させる過程において、脆性材料基板に反りが生じてしまうことが原因で、ブレイクによって切り出された分割個片の寸法精度（平坦性）が悪いという問題もある。この問題は、Ｖ溝が形成されない脆性材料基板の場合に顕著である。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも確実性が高く、かつ、寸法精度の向上した樹脂付き脆性材料基板の分割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、請求項１の発明は、脆性材料基板の一主面に樹脂が付着してなる樹脂付き脆性材料基板を主面に垂直に分割する方法であって、前記樹脂付き脆性材料基板の樹脂側の分割予定位置に溝部を形成する溝部形成工程と、前記溝部が形成された前記樹脂付き脆性材料基板の脆性材料基板側の分割予定位置においてカッターホイールを当接させつつ移動させることによってスクライブラインを形成し、前記スクライブラインから垂直クラックを伸展させるスクライブライン形成工程スクライブライン形成工程と、前記スクライブラインに沿って前記樹脂付き脆性材料基板を分割するブレイク工程と、を備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の樹脂付き脆性材料基板の分割方法であって、前記ブレイク工程が、前記脆性材料基板の主面上であって前記脆性材料基板側の分割予定位置に対して対称な２つの位置と、前記樹脂側の主面上であって前記スクライブラインの延長線上の位置とに対し、所定の付勢部材にて付勢することによって、前記樹脂付き脆性材料基板を分割する工程である、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の樹脂付き脆性材料基板の分割方法であって、前記ブレイク工程が、前記垂直クラックから前記溝部へとクラックを伸展させることによって前記樹脂付き脆性材料基板を分割する工程である、ことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の樹脂付き脆性材料基板の分割方法であって、前記溝部形成工程がダイサーにより前記溝部を形成する工程である、ことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の樹脂付き脆性材料基板の分割方法であって、前記脆性材料基板がＬＴＣＣまたはＨＴＣＣであることを特徴とする。

請求項１ないし請求項５の発明によれば、樹脂付き脆性材料基板をその主面に対して垂直な分割予定位置にて確実に、しかも、優れた寸法精度にて分割することができる。

本実施の形態において分割の対象となる樹脂付き脆性材料基板１０を示す模式図である。 本実施の形態において樹脂付き脆性材料基板１０を分割する処理の手順を示す図である。 ダイサー１００を用いて溝部形成加工を行う様子を示す模式図である。 溝部形成加工によって溝部Ｇが形成された樹脂付き脆性材料基板１０を示す図である。 スクライブ加工を行うスクライブ装置２００を例示する図である。 スクライブ加工によってスクライブラインＳＬ及び垂直クラックＳＣが形成された樹脂付き脆性材料基板１０を示す図である。 ブレイク加工を行うブレイク装置３００の様子を示す模式断面図である。 ブレイク加工後の樹脂付き脆性材料基板１０を示す図である。 溝部形成加工を行わなかった樹脂付き脆性材料基板１０についての、ブレイク加工後の様子を示す図である。

＜樹脂付き脆性材料基板＞
図１は、本実施の形態において分割の対象となる樹脂付き脆性材料基板１０を示す模式図である。樹脂付き脆性材料基板１０は、ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）やＨＴＣＣ（High Temperature Co-fired Ceramics）などのセラミックスその他の脆性材料を用いて構成された脆性材料基板１の一方の主面１ａに、ガラスエポキシなどの熱硬化性樹脂（以下、単に樹脂とも称する）２を付着させたものである。なお、本実施の形態において、脆性材料基板１は、主面や内部に電気回路等が形成されたものを含むものとする。樹脂２は、例えば主面に形成された回路の保護などを目的として、設けられてなる。なお、図１においては、樹脂付き脆性材料基板１０が水平方向（図面視左右方向）に平坦であるように示しているが、実際には、樹脂２の硬化時の収縮に伴って脆性材料基板１の主面１ａに圧縮応力が作用し、脆性材料基板１には図面視上方に凸となる反りが生じている場合がある。

また、図１においては、樹脂付き脆性材料基板１０の分割予定位置を表す分割予定線Ｌを破線にて示している。本実施の形態においては、分割予定位置は脆性材料基板１の主面１ａ、１ｂに垂直に設定されるものとする。また、分割予定線Ｌの脆性材料基板１側の端部（主面１ｂとの交差位置）を特に分割予定位置Ｐ１と称し、樹脂２側の端部（主面２ａとの交差位置）を分割予定位置Ｐ２と称することとする。係る場合において、分割予定位置Ｐ１および分割予定位置Ｐ２は、紙面に垂直な方向に延在する直線である。

なお、図１における脆性材料基板１と樹脂２とのサイズや、樹脂２の付着態様はあくまで例示に過ぎない。脆性材料基板１および樹脂２のいずれも、それぞれの目的に照らして適宜のサイズが選択されてよい。特に限定されるものではないが、例えば、樹脂付き脆性材料基板１０の厚みは０．３〜３ｍｍ程度、脆性材料基板１の厚みは０．１〜２ｍｍ程度、樹脂２の厚みは０．１〜２ｍｍ程度とすることができる。また、図１においては（以降の図においても同様）、５箇所の分割予定位置（５本の分割予定線Ｌ）が示されているが、これも例示に過ぎない。

＜樹脂付き材料基板の分割＞
図２は、本実施の形態において樹脂付き脆性材料基板１０を分割する処理の手順を示す図である。以降、図２に示す手順に沿って、本実施の形態に係る樹脂付き脆性材料基板の分割処理の詳細を説明する。

まず、樹脂付き脆性材料基板１０を用意する（ステップＳ１）。係る樹脂付き脆性材料基板１０には、図１に示したように、脆性材料基板１の主面１ａ、１ｂに垂直な分割予定位置が設定されているものとする。そして、用意した樹脂付き脆性材料基板１０の樹脂２側の分割予定位置Ｐ２に、溝部形成加工を行う（ステップＳ２）。溝部形成加工は、ダイサー（ダイシングソー）、レーザービームその他の公知の加工手段の中から、適宜のものを選択して行うことができる。

図３は、ダイサー１００を用いて溝部形成加工を行う様子を示す模式図である。図４は、係る溝部形成加工によって溝部Ｇが形成された樹脂付き脆性材料基板１０を示す図である。

ダイサー１００を用いて溝部形成加工を行う場合、まず、樹脂付き脆性材料基板１０が、樹脂２の主面２ａが被加工面となるように、脆性材料基板１の主面１ｂを載置面としてダイサー１００のステージ１０１の上に載置固定される。そして、外周部分がダイヤモンドなどを材質とする研削用の刃先となっている円板状のブレード１０２が溝部Ｇの深さに見合った高さ位置に調整される。そして、図示しない駆動手段によりブレード１０２を軸１０２ａを中心に矢印ＡＲ１に示すように回転させつつ、分割予定位置Ｐ２に沿ってステージ１０１を矢印ＡＲ２に示すように移動させるかあるいはブレード１０２を矢印ＡＲ３に示すように移動させることによって、溝部Ｇが形成される。全ての分割予定位置Ｐ２に対して、同様の加工が行われた状態を示すのが、図４である。

溝部Ｇの深さは、脆性材料基板１および樹脂２の材質、硬度、厚みなどによって、適宜に定められてよい。特に限定されるものではないが、例えば、溝部Ｇの深さは、樹脂２の厚みの３０〜９０％程度とすることができる。なお、図４においては断面視矩形状に溝部Ｇが形成されてなるが、溝部Ｇの断面形状は、必ずしも矩形には限られない。

溝部Ｇが形成されることで、樹脂付き脆性材料基板１０においては、脆性材料基板１の主面１ａに作用していた圧縮応力が緩和される。これにより、樹脂付き脆性材料基板１０の反りが低減される。

溝部Ｇの形成が完了すると、続いて、樹脂付き脆性材料基板１０の脆性材料基板１側の分割予定位置Ｐ１に対し、スクライブ加工を行う（ステップＳ３）。

図５は、スクライブ加工を行うスクライブ装置２００を例示する図である。図６は、スクライブ加工によってスクライブラインＳＬが形成され、スクライブラインＳＬに沿って脆性材料基板の厚み方向に伸展した垂直クラックＳＣが形成された樹脂付き脆性材料基板１０を示す図である。

スクライブ装置２００は、被加工物を載置固定するためのテーブル２０１と、テーブル２０１を紙面に垂直な方向に移動自在に案内する一対のガイドレール２０２と、先端部分にスクライブラインを形成するカッターホイール２０３を備えるスクライブヘッド２０４と、スクライブヘッド２０４を矢印ＡＲ４にて示すように、昇降自在に備え、かつ、矢印ＡＲ４にて示すように図面視左右方向に摺動自在な態様にてガイドバー２０５に取り付けられてなる摺動部２０６と、を主として備える。

カッターホイール２０３は、円周部分の断面が円錐形をなす円板状の部材である。また、カッターホイール２０３は、その円板状部分の中心をスクライブヘッド２０４に軸支されてなることで、外力によって回転自在とされてなる。カッターホイール２０３は、例えば超硬合金、焼結ダイヤモンド、ＳＵＳ、ＳＫＨ（工具鋼）、サファイア等などをその材質とする。

スクライブ装置２００を用いて樹脂付き脆性材料基板１０のスクライブ加工を行う場合は、まず、樹脂付き脆性材料基板１０が、脆性材料基板１の主面１ｂが被加工面となるように、樹脂２の主面２ａを載置面としてスクライブ装置２００のテーブル２０１の上に載置固定される。この状態で、カッターホイール２０３を分割予定位置Ｐ１に当接させつつ摺動部２０６を図面視で左から右、あるいは右から左に移動させると、分割予定位置Ｐ１にスクライブラインＳＬが形成され、スクライブラインＳＬに沿って脆性材料基板１の厚み方向に垂直クラックＳＣが伸展する。全ての分割予定位置Ｐ１に対して、同様の加工が行われた状態を示すのが、図６である。

図６に示すように、スクライブ加工後の樹脂付き脆性材料基板１０は、溝部ＧとスクライブラインＳＬおよび垂直クラックＳＣとが同一の分割予定線Ｌ上に形成された状態となっている。

スクライブラインＳＬおよび垂直クラックＳＣの深さの総和は、脆性材料基板１および樹脂２の材質、硬度、厚みや、溝部Ｇの深さなどにもよるが、少なくとも、脆性材料基板１の厚みの１０％程度以上であることが望ましい。係る場合、後段の過程において樹脂付き脆性材料基板１０を好適に分割することができる。

スクライブラインＳＬおよび垂直クラックＳＣが形成されると、続いて、樹脂付き脆性材料基板１０をスクライブラインＳＬおよび垂直クラックＳＣに沿ってブレイクするブレイク加工を行う（ステップＳ４）。

図７は、ブレイク加工を行うブレイク装置３００の様子を示す模式断面図である。図８は、ブレイク加工後の樹脂付き脆性材料基板１０を示す図である。

ブレイク装置３００は、被加工物が粘着固定された弾性フィルム３０１をその端縁部にて水平に開帳しつつ保持するフレーム３０２と、被加工物より上側にて上下動する２つの上側ブレイクバー３０３（３０３ａ、３０３ｂ）と、被加工物より下側にて上下動する１つの下側ブレイクバー３０４とを主として備える。２つの上側ブレイクバー３０３ａ、３０３ｂは、水平方向（図面視左右方向）において離間配置されてなる。好ましくは、両者の離間距離は調節可能とされてなる。また、下側ブレイクバー３０４は、水平方向において２つの上側ブレイクバー３０３ａ、３０３ｂから等距離の位置に配置されてなる。

ブレイク装置３００を用いて樹脂付き脆性材料基板１０のブレイクを行う場合、まず、樹脂２の主面２ａを固定面として樹脂付き脆性材料基板１０を弾性フィルム３０１の粘着面３０１ａに粘着固定する。そして、粘着面３０１ａが上方となる状態で、弾性フィルム３０１をフレーム３０２にて開帳する。

続いて、下側ブレイクバー３０４を弾性フィルム３０１とは離間させた状態でブレイクの対象となる分割予定線Ｌ（以下、対象分割予定線）の延長線上の位置に配置する。そして、２つの上側ブレイクバー３０３ａ、３０３ｂを脆性材料基板１とは離間させた状態で該分割予定線Ｌに対して対称となるように、所定の間隔で離間配置する。この状態で、２つの上側ブレイクバー３０３を下降させてそれぞれの先端３０３ｅを脆性材料基板１の主面１ｂに当接させるとともに、下側ブレイクバー３０４を上昇させてその先端３０４ｅを弾性フィルム３０１を介して樹脂２の主面２ａに当接させる。これによって、樹脂付き脆性材料基板１０は、上側ブレイクバー３０３によって鉛直下向きに、下側ブレイクバー３０４によって鉛直上向きに付勢される。すると、樹脂付き脆性材料基板１０には、対象分割予定線の位置において３点曲げの応力が作用する。係る応力が作用すると、当該位置のスクライブラインＳＬに沿って形成された垂直クラックＳＣから該対象分割予定線に沿ったクラック伸展が生じ、直下の溝部Ｇにまで達する垂直なクラックＣＲが形成される。このクラックＣＲの形成によって、対象分割予定線の位置におけるブレイクがなされたことになる。

なお、図７においては、上側ブレイクバー３０３の先端３０３ｅと下側ブレイクバー３０４の先端３０４ｅとが断面視鋭角をなしており、脆性材料基板１または弾性フィルム３０１に線接触する（図７に示す断面においては点接触となっている）態様を例示しているが、これは必須ではなく、先端３０３ｅおよび先端３０４ｅが断面視矩形状をなしており、脆性材料基板１または弾性フィルム３０１に面接触する態様であってもよい。

全ての分割予定線Ｌに対して、同様の加工が行われた状態を示すのが、図８である。本実施の形態に係る分割方法を用いた場合、クラックＣＲは脆性材料基板１に設けたスクライブラインＳＬに沿って形成された垂直クラックＳＣから分割予定線Ｌに沿って樹脂２の溝部Ｇへと垂直に、しかも確実に（再現性よく）伸展する。なお、ブレイク加工の後においては、図８に示すように複数の分割個片１１同士がクラックＣＲにおいて略接触した状態となっているが、当然ながら、それぞれの分割個片１１は物理的には別体のものであって、個別に取り扱うことが可能である。

図９は、対比のために示す、溝部形成加工を行わなかったほかは上述と同様の手順にて加工を行った樹脂付き脆性材料基板１０についての、ブレイク加工後の様子を示す図である。係る場合、図９に示すように、樹脂２において分割予定線Ｌからずれた斜めのクラック（クラックＣＲ１やクラックＣＲ２）が形成されることで斜め割れが生じたり、樹脂２の途中までしか伸展しないクラック（クラックＣＲ３やクラックＣＲ４）や、あるいは、脆性材料基板１の範囲のみでしか伸展しないクラック（クラックＣＲ５）が形成されるに留まる場合もある。また、仮に良好な分割が行えたとしても、ブレイクに際し、本実施の形態の場合に比してより大きな力を樹脂付き脆性材料基板１０に与える必要がある。これらのことは、本実施の形態のように、あらかじめ樹脂２に溝部Ｇを形成しておくことが、樹脂付き脆性材料基板１０を良好にブレイクするうえで効果があることを意味している。

また、本実施の形態においては、上述したように溝部Ｇの形成によって反りを低減させたうえで、樹脂付き脆性材料基板１０を分割しているので、それぞれの分割個片１１についても、反りが低減されたものとなっている。すなわち、分割個片１１は、従来よりも寸法精度（平坦性）が優れたものであるということができる。

以上、説明したように、本実施の形態によれば、樹脂側の分割予定位置に溝部を形成しておいたうえで、スクライブ加工とブレイク加工を行うようにすることで、従来よりも高い確実性および優れた寸法精度にて、樹脂付き脆性材料基板をその主面に対して垂直な分割予定位置にて分割することができる。

＜変形例＞
ブレイク加工の態様は、上述の実施の形態のものには限られない。例えば、下側ブレイクバーの構成については上述のブレイク装置３００と同様であるが、上側ブレイクバーが、比較的幅広で脆性材料基板１の主面１ｂさらには弾性フィルム３０１と十分な接触面積で接触する形状を有し、かつ、主面１ｂとの接触面がラバー等の弾性部材からなる受け部材として設けられてなるブレイク装置を用いる態様であってもよい。係るブレイク装置においては、スクライブラインＳＬが形成された主面１ｂに上述の受け部材をあらかじめ接触させた状態で、対象分割予定線の延長線上に配置した下側ブレイクバーを、弾性フィルム３０１を介して樹脂側の主面２ａに対し線接触させ、樹脂付き脆性材料基板１０に付勢することで、ブレイクが実現される。

あるいは、ブレイクバーによってブレイクを行うブレイク装置に代えて、樹脂２側の主面２ａをローラーで押圧することにより、樹脂付き脆性材料基板１０の厚み方向に垂直クラックを伸展させる形式のブレイク装置を使用してもよい。あるいは、ブレイク装置を使用することなく、スクライブラインＳＬおよび垂直クラックＳＣが形成された樹脂付き脆性材料基板１０を人間の手で折り割りしてもよい。

１ 脆性材料基板
１ａ、１ｂ （脆性材料基板の）主面
２ 樹脂
１０ 樹脂付き脆性材料基板
１１ 分割個片
１００ ダイサー
１０１ ステージ
１０２ ブレード
２００ スクライブ装置
２０１ テーブル
２０２ ガイドレール
２０３ カッターホイール
２０４ スクライブヘッド
２０５ ガイドバー
２０６ 摺動部
３００ ブレイク装置
３０１ 弾性フィルム
３０１ａ 粘着面
３０２ フレーム
３０３（３０３ａ、３０３ｂ） 上側ブレイクバー
３０３ｅ （上側ブレイクバーの）先端
３０４ 下側ブレイクバー
３０４ｅ 先端
ＣＲ、ＣＲ１〜ＣＲ５ クラック
Ｇ 溝部
Ｌ 分割予定線
Ｐ１ （脆性材料基板側の）分割予定位置
Ｐ２ （樹脂側の）分割予定位置
ＳＣ 垂直クラック
ＳＬ スクライブライン

Claims (5)

1. 脆性材料基板の一主面に樹脂が付着してなる樹脂付き脆性材料基板を主面に垂直に分割する方法であって、
   前記樹脂付き脆性材料基板の樹脂側の分割予定位置に溝部を形成する溝部形成工程と、
   前記溝部が形成された前記樹脂付き脆性材料基板の脆性材料基板側の分割予定位置においてカッターホイールを当接させつつ移動させることによってスクライブラインを形成し、前記スクライブラインから垂直クラックを伸展させるスクライブライン形成工程と、
   前記スクライブラインに沿って前記樹脂付き脆性材料基板を分割するブレイク工程と、を備える、
   ことを特徴とする樹脂付き脆性材料基板の分割方法。
2. 請求項１に記載の樹脂付き脆性材料基板の分割方法であって、
   前記ブレイク工程が、前記脆性材料基板の主面上であって前記脆性材料基板側の分割予定位置に対して対称な２つの位置と、前記樹脂側の主面上であって前記スクライブラインの延長線上の位置とに対し、所定の付勢部材にて付勢することによって、前記樹脂付き脆性材料基板を分割する工程である、
   ことを特徴とする樹脂付き脆性材料基板の分割方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の樹脂付き脆性材料基板の分割方法であって、
   前記ブレイク工程が、前記垂直クラックから前記溝部へとクラックを伸展させることによって前記樹脂付き脆性材料基板を分割する工程である、
   ことを特徴とする樹脂付き脆性材料基板の分割方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の樹脂付き脆性材料基板の分割方法であって、
   前記溝部形成工程がダイサーにより前記溝部を形成する工程である、
   ことを特徴とする樹脂付き脆性材料基板の分割方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の樹脂付き脆性材料基板の分割方法であって、
   前記脆性材料基板がＬＴＣＣまたはＨＴＣＣであることを特徴とする樹脂付き脆性材料基板の分割方法。

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