JP5327070B2 - スクライブ装置及びスクライブ方法 - Google Patents

Description

本発明は特に低温焼成セラミックス基板等の脆性材料基板の切断に用いられるスクライブ装置及びスクライブ方法に関するものである。

低温焼成セラミックス（以下、ＬＴＣＣという）は、アルミナの骨材とガラス材料とを混合したシートに導体を配線して多層膜とし、この多層膜を８００℃程度の低温で焼成した基板である。ＬＴＣＣ基板は１枚のマザー基板上に多数の機能領域が格子状に同時に形成され、これらの機能領域を各機能領域毎に分断して用いられる。従来は特許文献１に示されるようにセラミックス用のスクライバーを用いてスクライブし、ＬＴＣＣ基板を分断していた。又ＬＴＣＣ基板をカッティングツールによって機械的にカッティングすることによって分断するようにしていた。

又特許文献２にはＬＴＣＣ基板を分断する際にスクライブライン毎にアライメントマークを形成しておき、焼成後の歪みが生じている基板に対してアライメントマークをモニタで確認し、アライメントマークを結ぶようにスクライブラインを形成する方法が提案されている。

特許第３１１６７４３号公報 特開平２００９−２２０４０５号公報

従来の機械的なカッティングによる分断方法では、カッティングに時間がかかるだけでなく、正確にカッティングすることが難しい。又切断時に粉塵が生じたり、マザー基板上には各小基板間に切断のため一定のスペースを設けておく必要があるという欠点があった。

一方平面ディスプレイ用などで、ガラス製の機能領域が格子状に形成されたマザー基板等を多数の小基板に分断する場合には、まずスクライブ装置を用いて格子状にスクライブする。このため図１に示すようにマザー基板の周囲に付したアライメントマークから一対のマークを選択してこのマークを結ぶラインをスクライブする。次にこのラインから機能領域の大きさを考慮した所定のピッチを設定して、他の平行なスクライブラインを形成する。図中一点鎖線で示すラインは、スクライブすべきラインを示す。ガラス基板では、アライメントマーク形成後、不可逆的に大きく変形することがなく、アライメントマークの精度が高いため、このように周囲のアライメントマークから所定のピッチでマザー基板を平行移動させてスクライブをしても、正確にマザー基板をスクライブし、分断することができる。

しかしながらＬＴＣＣ基板は、機能領域及びアライメントマークが焼成前に形成されるが、焼成時に図２に示すように湾曲して収縮することがある。そのためＬＴＣＣ基板の周囲にあらかじめアライメントマークを付して、このアライメントマークを基準にして所望のピッチでマザー基板を平行移動させても、機能領域を正確に等分するようにスクライブすることは難しい。そのためマザー基板を機能領域毎に正確に分断して製品基板を製造することが難しいという問題点があった。特に基板と製品基板が小さい場合（例えば縦横２００ｍｍ以下、特に１００ｍｍ以下の基板を分断する場合、分断により縦横１０ｍｍ以下（特に５ｍｍ以下）の製品を得る場合）には、機能領域毎に正確に分断して製品基板を製造することが難しくなる。

又特許文献２では基板の周囲に多数のアライメントマークを設け、アライメントマークを結ぶようにスクライブラインを形成しているが、このときに形成するスクライブラインは直線的なラインであり、ＬＴＣＣ基板が曲線状に湾曲していた場合、各機能領域の中間を通るように曲線状のスクライブラインを形成することができないという問題点があった。

本発明はこのような従来技術の問題点を解消するものであり、ガラス基板等の脆性材料基板のスクライブに用いられていたスクライブ装置を用いて、低温焼成セラミックス等のように湾曲して変形することが想定される脆性材料基板であっても、機能領域の間を正確にスクライブして分断できるようにすることを目的とする。

この課題を解決するために、本発明のスクライブ装置は、ｘ軸及びｙ軸に沿って格子状に多数の機能領域が形成されたセラミックス基板を各機能領域毎に分断して製品基板とするためスクライブするスクライブ装置であって、前記セラミックス基板が設置されるテーブルと、前記テーブル上のセラミックス基板に対向するように昇降自在に設けられ、その先端にスクライビングホイールを保持するスクライブヘッドと、前記スクライビングホイールを前記セラミックス基板の表面に押圧した状態で前記スクライブヘッド及びセラミックス基板を相対的に移動させる移動手段と、前記セラミックス基板の機能領域の中間点の撮像ポイントを撮像するカメラと、前記カメラの画像より前記機能領域の中間点の位置を検出し、前記セラミックス基板の前記機能領域の中間点のうちスクライブすべきライン上の少なくとも３つの撮像ポイントの位置を検出し、前記撮像ポイントを連続してなめらかに結ぶｘ軸補正スクライブライン及びｙ軸補正スクライブラインを演算し、演算された補正スクライブラインに沿って前記スクライブヘッド及びセラミックス基板を相対的に移動させると共に、前記スクライブヘッドを昇降させてスクライブを行うコントローラと、を具備するものである。

ここで前記テーブル上の機能部品の中間を撮像する前記カメラを移動させるカメラ移動手段を更に有するようにしてもよい。

この課題を解決するために、本発明のスクライブ方法は、ｘ軸及びｙ軸に沿って格子状に多数の機能領域が形成されたセラミックス基板を各機能領域毎に分断して製品基板とするためスクライブを形成するスクライブ方法であって、前記セラミックス基板の機能領域の中間点の位置を検出し、前記セラミックス基板の前記機能領域の中間点のうちスクライブすべきライン上に少なくとも３つの撮像ポイントの位置を検出し、前記スクライブすべきライン上の前記撮像ポイントを連続してなめらかに結ぶｘ軸補正スクライブライン及びｙ軸補正スクライブラインを演算し、演算された補正スクライブラインに沿って前記スクライブヘッド及びセラミックス基板を相対的に移動させると共に、前記スクライブヘッドを昇降させて前記セラミックス基板をスクライブするものである。

なお、本明細書でいうスクライブとは、スクライビングホイールを脆性材料基板上に圧接状態にして転動させてスクライブラインを刻むことをいう。分断時にはスクライブラインを形成し、そのラインに沿って板厚方向に伸展する垂直のクラックを発生させることで脆性材料基板を分断することができる。

このような特徴を有する本発明によれば、機能領域間の撮像ポイントを通るようにスクライブラインを演算し、このラインに沿ってスクライブを行っている。そのため焼成時に変形し易いＬＴＣＣ基板等の脆性材料基板に対しても、正確に機能領域の中間を通るようにスクライブすることができ、このスクライブラインに基づいて分断することができる。本発明は特に基板と製品基板が小さい場合（例えば縦横２００ｍｍ以下（特に１００ｍｍ以下）の基板を分断する場合、分断により縦横１０ｍｍ以下（特に５ｍｍ以下）の製品を得る場合）に有効である。

スクライブ前のガラス基板の一例を示す図である。 焼成後スクライブ前の低温焼成セラミックス基板の一例を示す図である。 本発明の実施の形態によるスクライブ装置を示す斜視図である。 本実施の形態によるスクライブ装置のコントローラを示すブロック図である。 本実施の形態によるスクライブ装置によってスクライブする前の脆性材料基板を示す図である。 スクライブ前の脆性材料基板の部分拡大図である。 本実施の形態によるスクライブ装置のスクライブ動作を示すフローチャートである。

図３は、本発明の実施の形態によるスクライブ装置の一例を示す概略斜視図である。このスクライブ装置１００は、移動台１０１が一対の案内レール１０２ａ、１０２ｂに沿って、ｙ軸方向に移動自在に保持されている。ボ−ルネジ１０３は移動台１０１と螺合している。ボールネジ１０３はモータ１０４の駆動により回転し、移動台１０１を案内レール１０２ａ，１０２ｂに沿ってｙ軸方向に移動させる。移動台１０１の上面にはモータ１０５が設けられている。モータ１０５はテーブル１０６をｘｙ平面で回転させて所定角度に位置決めするものである。ここで脆性材料基板１０７は低温焼成セラミックス基板とする。この基板１０７はテーブル１０６上に載置され、図示しない真空吸引手段などにより保持される。

スクライブ装置１００には、移動台１０１とその上部のテーブル１０６をまたぐようにブリッジ１１０がｘ軸方向に沿って支柱１１１ａ，１１１ｂにより架設されている。ブリッジ１１０はリニアモータ１１３によってスクライブヘッド１１２を移動自在に保持している。リニアモータ１１３はスクライブヘッド１１２をｘ軸方向に沿って直線駆動するものである。スクライブヘッド１１２の先端部には、ホルダ１１４を介してスクライビングホイール１１５が取付けられている。スクライブヘッド１１２は、スクライビングホイール１１５を脆性材料基板の表面上に適切な荷重にて圧接しながら転動させていき、スクライブラインを形成するものである。

スクライビングホイール１１５としては、日本特許第３０７４１５３号に示されている高浸透型のスクライビングホイールを用いることが好ましく、実施の形態においてもこのスクライビングホイールを用いるものとする。スクライビングホイールの材質としては、焼結ダイヤモンド（ＰＣＤ）、超硬合金等を使用できるが、スクライビングホイールの寿命の点より、焼結ダイヤモンド（ＰＣＤ）が好ましい。

リニアモータ１１３には並列にリニアモータ１１６が設けられ、リニアモータ１１６にＣＣＤカメラ１１７が取付けられる。リニアモータ１１６はＣＣＤカメラ１１７をｘ軸方向に駆動し、後述する脆性材料基板に設けられる機能領域の中間点を撮像するカメラ移動手段である。

ここで移動台１０１、案内レール１０２ａ，１０２ｂやテーブル１０６及びこれらを駆動するモータ１０４，１０５及びスクライブヘッド１１２を移動させるリニアモータ１１３は、スクライブヘッドと脆性材料基板をその基板のスクライブされる面に平行な方向で相対的に移動させる移動手段を構成している。

次に本実施の形態によるスクライブ装置１００のコントローラの構成について、ブロック図を用いて説明する。図４はスクライブ装置１００のコントローラ１２０のブロック図である。本図においてＣＣＤカメラ１１７からの出力はコントローラ１２０の画像処理部１２１を介して制御部１２２に与えられる。入力部１２３は後述するように脆性材料基板の基準ピッチを入力するものである。制御部１２２にはＸモータ駆動部１２４ａ，１２４ｂが接続され、更にＹモータ駆動部１２５，回転用モータ駆動部１２６及びスクライブヘッド駆動部１２７が接続される。Ｘモータ駆動部１２４ａ，１２４ｂは夫々リニアモータ１１３，１１６を駆動するものである。Ｙモータ駆動部１２５はモータ１０４を駆動するものである。回転用モータ駆動部１２６はモータ１０５を駆動するものである。制御部１２２はスクライブラインのデータに基づいて、テーブル１０６のｙ軸方向の位置を制御し、テーブル１０６を回転制御する。又制御部１２２はスクライブヘッド駆動部１２７を介してスクライブヘッドをｘ軸方向に駆動すると共に、スクライビングホイール１１５の転動時にスクライビングホイール１１５が脆性材料基板の表面上を適切な荷重にて圧接するように駆動するものである。更に制御部１２２にはモニタ１２８及びデータ保持部１２９が接続される。データ保持部１２９は後述する撮像ポイントの位置データやスクライブのためのスクライブデータを保持するものである。

次にこの実施の形態によるスクライブ装置のスクライブ方法について、フローチャート及び脆性材料基板を用いて説明する。図５はスクライブ装置のテーブル１０６上に配置された正方形状の脆性材料基板１０７を示す図であり、ここでは１１×１１の機能領域が格子状に形成されたＬＴＣＣ基板とする。ここではこの脆性材料基板１０７に一点鎖線で示すようにスクライブラインを形成するものとする。脆性材料基板１０７は焼成前には正方形状であり、正方形状の機能領域が格子状に規則的に形成されているが、焼成後にはわずかに歪みが生じている。図６は焼成後に歪みが生じた基板の一部を誇張して示すものである。

図７に示すフローチャートにおいて、動作を開始すると、まずステップＳ１１において入力部１２３より基準ピッチを入力する。基準ピッチとは１つの機能領域間のピッチであり、例えば２．５×２．５ｍｍの機能領域が格子状に形成されている場合に２．５ｍｍとする。次いでステップＳ１２に進んでＸモータ駆動部１２４ｂ，Ｙモータ駆動部１２５を動作させ、ＣＣＤカメラ１１７をｘ軸方向及びｙ軸方向に移動させる。そしてステップＳ１３に進んでテーブル１０６上に配置されている脆性材料基板１０７の撮像ポイントを検出し、撮像ポイントを撮像する。ここで撮像ポイントとは機能領域の中間点の全てであってもよく、いくつかの中間点から１つを選択して撮像ポイントとしてもよい。本実施の形態では３つおきに中間点を選択して撮像ポイントＰ１〜Ｐ１６とする。そしてステップＳ１４において撮像ポイントの位置データを保持した後、撮像が終了したかどうかをチェックし（ステップＳ１５）、終了していなければステップＳ１２に戻り、全ての撮像ポイントの撮像が終了するまでこの動作を繰り返す。

さて図５に示す各撮像ポイントの位置データをデータ保持部１２９のメモリに保持すると、ステップＳ１６に進んでｘ軸歪み補正のスクライブラインを算出する（ステップＳ１６）。ｘ軸歪み補正のスクライブラインとは、例えば図５に示すＬｘ１，Ｌｘ４，Ｌｘ７など複数の撮像ポイントを結ぶｘ軸にほぼ平行なラインである。脆性材料基板１０７が正確に正方形状ではなく、焼結時に歪みが生じていることから、各撮像ポイントを結ぶラインも直線ではなく曲線となる。従ってこのラインを結ぶような関数を設定し、これによって各ラインを結ぶｘ軸歪み補正スクライブラインとする。このｘ軸歪み補正スクライブラインは各撮像ポイントを直線的に結ぶ折れ線近似であってもよいが、複数の撮像ポイントを滑らかに結ぶ曲線であることが好ましい。補正スクライブラインを算出するためには、１本のスクライブライン上に少なくとも３点の撮像ポイントが必要となる。

さて撮像ポイントを結ぶ全てのｘ軸歪み補正スクライブラインＬｘ１，Ｌｘ４，Ｌｘ７，Ｌｘ１０を算出すると、次にｘ軸補間スクライブラインを算出する。ｘ軸補間スクライブラインとは、歪み補正スクライブライン以外のｘ軸にほぼ平行なスクライブライン、即ち図５に示すようにＬｘ０，Ｌｘ２，Ｌｘ３，Ｌｘ５，Ｌｘ６，Ｌｘ８，Ｌｘ９，Ｌｘ１１のラインである。これらのスクライブラインは隣接する２つの撮像ポイント、例えばＰ１，Ｐ２を３等分した点を仮想的な撮像ポイントとして、これらの仮想的な撮像ポイントを結ぶラインとする。こうして順次ｘ軸に沿ったラインを演算し、ｘ軸補間スクライブラインの全ての演算を終える。尚ｘ軸補間スクライブラインＬｘ０はＬｘ１を基準とし、Ｌｘ２の逆方向に湾曲させて形成するものとする。演算したスクライブラインのデータはデータ保持部１２９に保持しておく。

次にｙ軸歪み補正スクライブラインを算出する（ステップＳ１８）。これも図５に示すようにｙ軸に沿った撮像ポイントを結ぶスクライブラインであり、Ｌｙ１，Ｌｙ４，Ｌｙ７，Ｌｙ１０である。この場合も各撮像ポイントをなだらかに結ぶ曲線とすることが好ましい。そしてステップＳ１９においてｘ軸補間スクライブラインの演算と同様にして、ｙ軸にほぼ平行な補間スクライブラインＬｙ０，Ｌｙ２，Ｌｙ３，Ｌｙ５，Ｌｙ６，Ｌｙ８，Ｌｙ９，Ｌｙ１１を算出する。演算したスクライブラインのデータはデータ保持部１２９に保持しておく。

こうして全てのスクライブラインを演算すると、ステップＳ２０に進んでまずｘ軸にほぼ平行なスクライブラインＬｘ０〜Ｌｘ１１までを順次スクライブを行う（ステップＳ２０）。これにはまずモータ１０４を駆動し、ｙ軸方向にテーブル１０６を移動させ、角度ずれがあるときにその角度ずれを打ち消すようにモータ１０５を駆動してテーブル１０６を回転させて、位置決めを行う。このアライメントを終えるとスクライブヘッド１１２をリニアモータ１１３によってｘ軸方向に移動させ、スクライブヘッド１１２を降下させる。そしてｘ軸補間スクライブラインのデータに基づいてモータ１０４を駆動し、ｙ軸方向にテーブルを移動させ、スクライブラインＬｘ０に沿ってスクライブを行う。そしてこのスクライブが終了すると、スクライブヘッド１１２を上昇させる。次に保持した補間スクライブラインのデータに基づいてモータ１０４を駆動し、ｙ軸方向にテーブルを移動させ、スクライブラインＬｘ０からスクライブラインＬｘ１へのピッチ送りを行う。そしてスクライブラインＬｘ１に一致するようにｙ軸位置の微調整を行う。次いでスクライブヘッド１１２を降下させて歪み補正スクライブラインＬｘ１に沿ってスクライブを行う。更に補間スクライブラインＬｘ２，Ｌｘ３、歪み補正スクライブラインＬｘ４・・・に沿って順次スクライブを行う。

こうしてステップＳ２０において、ｘ軸にほぼ平行な全スクライブラインＬｘ０〜Ｌｘ１１のスクライブを終えると、モータ駆動部１２６よりモータ１０５を駆動してテーブル１０６を９０°回転させる（ステップＳ２１）。そしてｙ軸補間スクライブラインＬｙ０に沿ってスクライブを行う。以下同様にしてｙ軸方向へのテーブルの移動とスクライブラインＬｙ１，Ｌｙ２・・・に沿ったスクライブを繰り返す（ステップＳ２２）。そして最後のスクライブを終えると処理を終了する。

このように実施の形態では、スクライブ毎に機能領域の中間の測定ポイントを通過点として検出し、測定ポイントを結ぶ曲線状のラインをスクライブラインとしているため、ＬＴＣＣ基板のように焼成時に歪みが生じ易い脆性材料基板の場合にも、各機能部品の中間点を結んだスクライブを行うことができる。これにより製品基板の寸法精度を向上させることができる。この実施の形態では曲線状にスクライブラインを形成しているので、焼成による収縮の偏りにより、図２に示すように台形形状に変形した基板、その他の非定形の基板についても、機能領域毎に分断できるようにスクライブを行うことができ、製品の歩留りを向上させることができる。

尚ここで示した脆性材料基板とそのアライメントマークは一例であり、更に多数の機能領域やアライメントマークを有する基板であってもよい。例えば１枚の基板に２５×２５の機能領域が格子状に形成されている場合等に、例えば５つの交点毎にスクライブラインの通過点を検出し、この通過点を結ぶように曲線状にスクライブラインを形成してもよい。又全ての機能領域の中間点を測定ポイントとしてスクライブラインを算出してもよい。

尚この実施の形態では移動手段によりテーブルをｙ軸方向に移動させると共にテーブルを回転させ、スクライブヘッドをｘ軸方向に移動させるものとしている。これに代えて、移動手段としてテーブルをｘ軸及びｙ軸方向に移動させるものとしてもよく、又スクライブヘッドをｘ軸及びｙ軸方向に移動させるものとしてもよい。

尚この実施の形態では脆性材料基板を低温焼成セラミックス基板としているが、変形し易い基板に対するスクライブに有効である。特に小さい基板に対するスクライブや小さい製品基板を得るためのスクライブに特に有効である。又液晶パネル等に用いるガラス基板、その他の基板であっても、本発明を適用してより正確にスクライブすることができる。

又この実施の形態ではＣＣＤカメラをスクライブヘッドと同様にリニアモータにより移動させるようにしている。これによって交点の測定ポイントの位置をより正確に検出することができる。これに代えて高解像度のＣＣＤカメラを用いる場合にはＣＣＤカメラを固定とし、テーブル上の脆性材料基板を撮像するものであってもよい。この場合はカメラ移動手段が不要となり、構成を簡略にすることができる。

本発明は低温焼成セラミックス基板の分断やガラス基板等の脆性材料基板のスクライブラインを形成する工程に広く利用することができる。

１００ スクライブ装置
１０１ 移動台
１０２ａ，１０２ｂ 案内レール
１０３ ボールねじ
１０４，１０５ モータ
１０６ テーブル
１０７ 脆性材料基板
１１０ ブリッジ
１１１ａ，１１１ｂ 支柱
１１２ スクライブヘッド
１１３，１１６ リニアモータ
１１４ ホルダ
１１５ スクライビングホイール
１１７ ＣＣＤカメラ
１２０ コントローラ
１２１ 画像処理部
１２２ 制御部
１２３ 入力部
１２４ａ，１２４ｂ Ｘモータ駆動部
１２５ Ｙモータ駆動部
１２６ 回転用モータ駆動部
１２７ スクライブヘッド駆動部
１２８ モニタ
１２９ データ保持部

Claims (3)

1. ｘ軸及びｙ軸に沿って格子状に多数の機能領域が形成されたセラミックス基板を各機能領域毎に分断して製品基板とするためスクライブするスクライブ装置であって、
   前記セラミックス基板が設置されるテーブルと、
   前記テーブル上のセラミックス基板に対向するように昇降自在に設けられ、その先端にスクライビングホイールを保持するスクライブヘッドと、
   前記スクライビングホイールを前記セラミックス基板の表面に押圧した状態で前記スクライブヘッド及びセラミックス基板を相対的に移動させる移動手段と、
   前記セラミックス基板の機能領域の中間点の撮像ポイントを撮像するカメラと、
   前記カメラの画像より前記機能領域の中間点の位置を検出し、前記セラミックス基板の前記機能領域の中間点のうちスクライブすべきライン上の少なくとも３つの撮像ポイントの位置を検出し、前記撮像ポイントを連続してなめらかに結ぶｘ軸補正スクライブライン及びｙ軸補正スクライブラインを演算し、演算された補正スクライブラインに沿って前記スクライブヘッド及びセラミックス基板を相対的に移動させると共に、前記スクライブヘッドを昇降させてスクライブを行うコントローラと、を具備するスクライブ装置。
2. 前記テーブル上の機能領域の中間を撮像する前記カメラを移動させるカメラ移動手段を更に有する請求項１記載のスクライブ装置。
3. ｘ軸及びｙ軸に沿って格子状に多数の機能領域が形成されたセラミックス基板を各機能領域毎に分断して製品基板とするためスクライブを形成するスクライブ方法であって、
   前記セラミックス基板の機能領域の中間点の位置を検出し、
   前記セラミックス基板の前記機能領域の中間点のうちスクライブすべきライン上に少なくとも３つの撮像ポイントの位置を検出し、
   前記スクライブすべきライン上の前記撮像ポイントを連続してなめらかに結ぶｘ軸補正スクライブライン及びｙ軸補正スクライブラインを演算し、
   演算された補正スクライブラインに沿って前記スクライブヘッド及びセラミックス基板を相対的に移動させると共に、前記スクライブヘッドを昇降させて前記セラミックス基板をスクライブするスクライブ方法。

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