JP5438422B2 - 脆性材料基板の加工方法並びに加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネルや保護フィルム付ガラスのような、脆性材料（ガラス、セラミックス、半導体材料等）の表面にフィルム等の樹脂層を備えたガラス基板等の脆性材料基板の加工方法並びに加工装置に関する。

従来より、ガラス基板の分断方法の一つとして、テーブル上に真空吸着機構でガラス基板を固定し、ガラス基板の一面側に、刃先稜線角の大きなガラス用のカッターホイールでスクライブ溝を形成し、その後ブレイクバー、転動ローラ等の押圧手段によりスクライブ溝に沿って加圧することで、垂直な亀裂を進展させてガラス基板を分断する方法が用いられている。

現在では、タッチパネルのような、ガラス板の片側表面にフィルム等の樹脂層を形成したガラス基板が広く知られている。このような樹脂層が形成されたガラス基板の分断においては、樹脂とガラスとは物性が異なるため上記のスクライブ法でスクライブするには問題がある。例えば、刃先稜線角の大きなガラス用カッターホイールで樹脂層の面からガラス板に直接スクライブ溝を形成しようとすれば、樹脂層が分断できず、たとえ分断できたとしても樹脂層のスクライブ部分が不規則に引き裂かれ、あるいはスクライブ溝の周縁部分が破壊されて微粒子状の粉塵が発生し、加工断面の品質不良の原因となる。

そこで従来は、以下に示す方法でガラス基板を加工していた。図１２に示すように、ガラス板２０の一面に樹脂層２１を形成したガラス基板Ｗを分断するに際し、まず、スクライブ予定ラインに沿って、刃先の稜線角が小さい鋭利な固定刃３０を押しつけながら走行させて樹脂層２１に切溝３１を形成する。この切溝３１は樹脂層のみに形成され、ガラス板には形成されないように加減する。稜線角の小さい鋭利な固定刃３０で樹脂層を切るのは、樹脂層の場合稜線角が大きい刃にすると切れなくなるからである。
続いて、図１３に示すように、ガラス基板Ｗを反転させ、先にスクライブした切溝３１の真裏側となるガラス板２０の位置に、刃先稜線角の大きなガラス用のカッターホイール３２を転動させて、スクライブ溝３３を加工する。刃先稜線角の大きなカッターホイール３２でスクライブするのは、稜線角が小さい刃先ではスクライブ溝が形成できず、荷重が少しでもかかりすぎるといきなり割れてしまうからである。
このようにして、樹脂層を固定刃で片側面から切り出し、基板を反転させ、ガラスをカッターホイールで他方の片面からスクライブするようにして、分断加工を行うようにしていた。

しかし上述した従来方法では、ガラス基板を反転させる工程が必要になり、位置合わせも含めて加工に要する時間がそれだけ余分にかかることとなった。加えて、反転機構等の付帯設備にかかる費用が付加されて装置が複雑、大型化してコストが高くなるといった問題点があった。さらに、樹脂層がタッチパネルの場合に、樹脂層を下面にした反転時には、樹脂層がテーブル面に接しており、ガラス基板自体の自重も加わって樹脂層が損傷を受けやすい状態になっていた。

そこで本発明は、一方の面に樹脂層が形成されたガラス基板を分断加工する際に、ガラス基板を反転させることなく、同一の面から樹脂層およびガラス板の両方に、効果的に切溝、スクライブ溝を形成することのできる加工方法、並びに、加工装置を提供することを目的とする。

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、本発明の加工方法は、一方の面に樹脂層が形成されたガラス等の脆性材料基板の加工方法であって、まず、樹脂層上面の側から樹脂分離手段で樹脂層に切溝を加工する。樹脂分離手段は、樹脂層を分離できれば特に限定されないが、機械的に分離する固定刃、あるいは、熱的に分離するレーザ等が用いられるのが好ましい。続いて、以下に説明する構造のカッターホイールを使用し、このカッターホイールを、樹脂層上面の側から前記切溝に沿って押しつけながら転動させることによってガラス板にスクライブ溝を形成する。すなわち、ガラス板をスクライブするカッターホイールは、刃先先端部分に稜線角αを有するガラススクライブ用刃先を備え、該ガラススクライブ用刃先の左右に形成される第１の傾斜面から連続する第２の傾斜面を備え、前記刃先先端から前記第１の傾斜面までの深さは前記樹脂層の厚さよりも小さく形成され、前記左右の第２の傾斜面に沿った仮想直線の交差する角度βが前記先端部分の稜線角αより小さくした２段角度の傾斜面を備えたカッターホイールとする。

前記カッターホイールの刃先の稜線角αは８０度〜１６０度（通常は９０度〜１４５度、特には９０度〜１３０度）であり、第２の傾斜面に沿った仮想直線の交差する角度βが１０度〜７０度（通常は１５度〜５５度、特には２５度〜４０度）とするのがよい。

本発明のスクライブ方法によれば、レーザ光もしくは固定刃等の樹脂分離手段で、樹脂層に切溝を加工したあと、続いて、２段角度の傾斜面を備えたカッターホイールで樹脂層が形成された側の面から、スクライブを行う。２段角度の傾斜面を備えたカッターホイールを用いるのは以下の理由による。
一般に、ガラス等の脆性材料のスクライブ用のカッターホイールは、ガラスを圧接しながら転動することによりスクライブ溝を形成する構造のため、刃先稜線角αを大きくしてある。もし刃先稜線角αが小さいカッターホイールにすると、荷重が小さいときはスクライブ溝が形成できず、荷重が大きくなるとスクライブ溝が形成されることなく、いきなり割れてしまうことになる。
一方、刃先稜線角αが大きい脆性材料スクライブ用カッターホイールを、樹脂層に形成された切溝の上から転動させると、刃先面の一部が樹脂層に接触し、カッターホイールに接した樹脂層の部分が不規則に引き裂かれてしまうことになる。
そのため、２段角度の傾斜面を備えたカッターホイールにして、カッターホイールの樹脂層に嵌り込む部分の厚みを薄くするようにし、刃先稜線角αが大きい刃先面（第１傾斜面）で脆性材料基板をスクライブするときに、第２の傾斜面が樹脂層に当たらないようにすることで、樹脂層の切溝の周縁部分が破壊されたり、引き裂かれたりすることを未然に防止する。

本発明によれば、上述した２段角度の傾斜面を有するカッターホイールで、樹脂層上面の側から、切溝に沿ってスクライブさせることができるようになり、脆性材料基板を反転させることなく同一面から脆性材料基板にスクライブ溝を加工することができる。これにより加工時間を大幅に短縮することができる。
本発明は、樹脂層に形成する切溝の幅が、例えば、２００μｍ以下、特に１００μｍ以下（通常は２０μｍ以上）の範囲にある場合に特に有効である。

上記発明において、前記切溝を加工するための固定刃もしくはレーザ光照射光学系と、脆性材料板にスクライブ溝を加工するためのカッターホイールとが同一直線上に配置され、樹脂層への切溝の形成、脆性材料板へのスクライブ溝の形成を、１回の動作で連続的に加工するようにしてもよい。これにより、さらに加工時間を短縮できる。

上記発明において、カッターホイールに後続して、塵芥物を吸引する吸引装置と、表面を平坦化する押さえローラとが同一直線上に配置され、樹脂層への切溝の形成、脆性材料板へのスクライブ溝の形成、塵芥物の吸引、表面平坦化の各動作を、１回の動作で順次連続的に行うようにしてもよい。
これにより、スクライブ部分に塵芥物やバリが発生した場合に、塵芥物を吸引除去するとともに、バリを平坦に押しならして高品質の製品を加工することができる。またこれらの作業が１回の動作で達成できるので、加工の効率化を図ることができる。

本発明にかかる加工方法を実施する際に使用する基板加工装置の一例を示す斜視図。 上記加工装置における取付ベース５の斜視図。 上記取付ベース５の側面図。 上記取付ベース５に取り付けられる固定刃１の断面図。 上記取付ベース５に取り付けられるカッターホイール２の断面図。 上記カッターホイール２の刃先部分を示す拡大断面図。 本発明にかかる加工装置の取付ベース５の別の実施例を示す側面図。 本発明にかかるスクライブ方法の第１工程を示す説明図。 本発明にかかるスクライブ方法の第２工程を示す説明図。 本発明にかかるスクライブ方法の第３工程を示す説明図。 本発明にかかるスクライブ方法の第４工程を示す説明図。 従来のスクライブ方法の第１工程を示す説明図。 従来のスクライブ方法の第２工程を示す説明図。

以下において本発明にかかる加工方法の詳細を、その実施の形態を示す図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の加工方法を実施する際に使用される加工装置Ａの一実施例を示す斜視図である。加工装置Ａは、略水平方向（Ｙ方向）に移動可能で、かつ、水平面内で回転可能なテーブル１０を備えている。テーブル１０はガラス基板Ｗを保持するための真空吸着機構（図示せず）を備えている。

テーブル１０を挟んで設けてある両側の支持柱１１，１１と、Ｘ方向に延びるガイドバー１２とで構成されるブリッジ１３は、テーブル１０上を跨ぐように設けてあり、図示外の移動機構によりＹ方向に移動できるように形成されている。スライダ１４は、ガイドバー１２に形成したガイド１５に沿って移動可能に取り付けられ、モータ１６の回転によりＸ方向に移動する。スライダ１４には後述する固定刃１やカッターホイール２などを保持する取付ベース５が上下移動可能なステー７を介して取り付けられている。

図２並びに図３に示すように、取付ベース５には固定刃１、カッターホイール２、塵芥物を除去する吸引装置３、押さえローラ４が、固定刃１を先頭にして順次同一直線上に並べられた状態で取り付けられている。

図４は、固定刃１の断面図である。固定刃１は、焼結ダイヤや超硬合金等の超硬質材料で造られ、刃先稜線角Σが小さくて鋭利な刃に形成されている。この刃先稜線角Σは２５度〜４０度の範囲、特に３０度が好ましい。また固定刃１は、上下調節機構１ｄにより上下位置が微調整できるようになっている。

図５はカッターホイールの断面図、図６はその一部拡大図である。カッターホイール２は、固定刃１と同様に、焼結ダイヤや超硬合金等の超硬質材料で造られている。またこのカッターホイール２は、先端部分に稜線角αが大きなガラススクライブ用刃先２ａが形成され、該ガラススクライブ用刃先２ａの左右に形成される第１の傾斜面２ｂから連続して第２の傾斜面２ｃが形成されている。この左右の第２の傾斜面２ｃ，２ｃに沿った仮想直線の交差する角度βが前記刃先の稜線角αより小さく形成されており、これにより、刃の左右両面が２段角度の傾斜面にしてある。
前記した刃先２ａの稜線角αは８０度〜１６０度、通常は９０度〜１４５度、特に９０度〜１３０度程度が好ましく、第２の傾斜面に沿った仮想直線の交差する角度βは１０度〜７０度、通常は１５度〜５５度、例えば２５度〜４０度、特に３０度程度とするのが好ましい。また、カッターホイール２は、固定刃１と同様に、上下調節機構２ｄ（図２参照）により上下位置が微調整できるようになっている。

次に、上記加工装置Ａによる加工動作について説明する。
図８〜図１１は、樹脂層が形成されたガラス基板を分断加工する際の手順を示す図である。本発明によってスクライブされるガラス基板Ｗは、ガラス板２０の一方の面に薄い樹脂層２１が形成されたタッチパネル等の基板である。このガラス基板Ｗを、図８に示すように樹脂層２１が上側になるようにテーブル１０上へ載置し、固定する。このあと取付ベース５を降下させて固定刃１、カッターホイール２をスクライブ位置に位置合わせした状態で、取付ベース５の固定刃１が先導となるようにガラス基板Ｗに押しつけて移動させる。

この移動によって、まず、鋭利な固定刃１によって図８に示すように樹脂層２１に切溝２２が加工される。このとき、固定刃１の先端がガラス板２０に当たらないような位置設定をしておく。これにより樹脂層２１だけが鋭利な固定刃１によってきれいに切溝２２が加工される。

次いで、図９に示すように、後続のカッターホイール２が切溝２２に沿ってガラス板２０を圧接しながら転動して、ガラス板２０にスクライブ溝２３が形成される。この際、カッターホイール２の刃先稜線角αがガラススクライブ用に適した大きな角度で形成されているので、効果的にガラス板２０にスクライブ溝２３を加工することができる。また、この刃先２ａ部分を除く第２の傾斜面２ｃの角度βが小さく形成されているので、樹脂層の切溝２２に嵌り込むカッターホイール２の先端部分の厚みを薄くでき、これにより切溝２２をカッターホイール２で無理に押し広げる作用を小さく抑えることができて、切溝２２の周縁部分が破壊されたり、引き裂かれたりすることをなくすことができる。

このあと、後続の吸引装置３によって、ガラス板２０のスクライブ等によって生じた微細な塵芥物が吸引除去され、次いで切溝２２の縁部に生じた僅かに盛り上がるバリ２２ａが、後続の押さえローラ４で平坦かつきれいに押しならされる（図１０，図１１参照）。これにより高品質の加工を行うことができる。

上記実施例では、ガラス基板Ｗの樹脂層２１に切溝２２を加工するのに固定刃１を使用したが、これに代えて図７に示すように、レーザ光照射光学系６を取付ベース５に取り付け、レーザ光で切溝２２を加工（レーザアブレーション加工）するようにしてもよい。

また本発明では、加工されるガラス基板Ｗの材質によって、カッターホイール２の後続に配置される吸引装置３、押さえローラ４のいずれか一方、もしくは、その両方を省略することも可能である。

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限られるものではない。例えば、上記実施例では取付ベース５をガラス基板Ｗに対して移動させたが、取付ベース５を固定してガラス基板Ｗを移動させるようにしてもよい。その他本発明では、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。
さらに、以上の説明では、樹脂層が形成されたガラス基板を分断加工する際の手順を例にとって説明したが、本発明は、樹脂層が形成されたガラス基板以外の樹脂層が形成された脆性材料基板（例えば、セラミックス基板、半導体材料基板）にも適宜適用することができる。

本発明の分断方法は、タッチパネルのように、ガラス板の一方の面に薄い樹脂層が形成されたガラス基板等の脆性材料の表面に樹脂層が形成された脆性材料基板を分断加工するのに利用することができる。

１ 固定刃
２ カッターホイール
２ａ カッターホイールのガラススクライブ用刃先
２ｂ 第１の傾斜面
２ｃ 第２の傾斜面
３ 吸引装置
４ 押さえローラ
５ 取付ベース
６ レーザ光照射光学系
２０ ガラス基板のガラス板
２１ ガラス基板の樹脂層
２２ 切溝
２３ スクライブ溝
Ｗ ガラス基板
α カッターホイールの刃先稜線角
β カッターホイールの第２の傾斜面の角度
Σ 固定刃の刃先稜線角

Claims (9)

1. 脆性材料板の一方の面に樹脂層が形成された脆性材料基板の加工方法であって、
   樹脂層上面から樹脂分離手段により樹脂層に切溝を加工し、
   刃先先端部分に稜線角αを有する脆性材料スクライブ用刃先を備え、該脆性材料スクライブ用刃先の左右に形成される第１の傾斜面から連続する第２の傾斜面を備え、前記刃先先端から前記第１の傾斜面までの深さは前記樹脂層の厚さよりも小さく形成され、前記左右の第２の傾斜面に沿った仮想直線の交差する角度βが前記先端部分の稜線角αより小さくした２段角度の傾斜面を備えた構造のカッターホイールを使用し、このカッターホイールを前記樹脂層上面から前記切溝に沿って押しつけながら転動させることによって脆性材料板にスクライブ溝を形成する脆性材料基板の加工方法。
2. 前記樹脂分離手段は、固定刃をスライドさせることにより前記切溝を樹脂層に形成する請求項１に記載の脆性材料基板の加工方法。
3. 前記樹脂分離手段は、レーザ光を照射することにより前記切溝を樹脂層に形成する請求項１に記載の脆性材料基板の加工方法。
4. 前記切溝を加工するための固定刃もしくはレーザ光照射光学系と、脆性材料板にスクライブ溝を加工するためのカッターホイールとが同一直線上に配置され、樹脂層への切溝の形成、脆性材料板へのスクライブ溝の形成を、１回の動作で連続的に加工するようにした請求項２または請求項３のいずれかに記載の脆性材料基板の加工方法。
5. 前記カッターホイールに後続して、塵芥物を吸引する吸引装置と、表面を平坦化する押さえローラとが同一直線上に配置され、樹脂層への切溝の形成、脆性材料板へのスクライブ溝の形成、塵芥物の吸引、表面平坦化の各動作を、１回の動作で順次連続的に行うようにした請求項４に記載の脆性材料基板の加工方法。
6. 前記カッターホイールの刃先先端部分の稜線角αが８０度〜１６０度であり、第２の傾斜面に沿った仮想直線の交差する角度βが１０度〜７０度である請求項１〜請求項５のいずれかに記載の脆性材料基板の加工方法。
7. 一方の面に樹脂層が形成された脆性材料基板の加工装置であって、
   前記樹脂層上面の側に配置され、前記樹脂層に切溝を加工するための固定刃もしくはレーザ光照射光学系と、
   前記固定刃もしくはレーザ光照射光学系と同一直線上に配置され、かつ、樹脂層上面の側から切溝に沿って転動させることにより脆性材料板にスクライブ溝を形成するカッターホイールとを備え、
   前記カッターホイールは、刃先先端部分に稜線角αを有する脆性材料スクライブ用刃先を備え、前記脆性材料スクライブ用刃先の左右に形成される第１の傾斜面から連続して第２の傾斜面が設けられ、前記刃先先端から前記第１の傾斜面までの深さは前記樹脂層の厚さよりも小さく形成され、前記左右の第２の傾斜面に沿った仮想直線の交差する角度βが前記先端部分の稜線角αより小さく形成されており、これにより刃の左右両面が２段角度の傾斜面で形成されていることを特徴とする脆性材料基板の加工装置。
8. 前記切溝およびスクライブ溝の加工によって生じる塵芥物を吸引する吸引装置、前記スクライブ溝の表面を平坦化する押さえローラを備え、固定刃もしくはレーザ光照射光学系を先頭にして順次カッターホイール、吸引装置、押さえローラが同一直線上に配置されている請求項７に記載の脆性材料基板の加工装置。
9. 前記カッターホイールの刃先先端部分の稜線角αが８０度〜１６０度であり、第２の傾斜面に沿った仮想直線の交差する角度βが１０度〜７０度である請求項７または請求項８に記載の脆性材料基板の加工装置。

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