JP6282176B2 - 脆性材料基板の端材分離装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体基板、セラミックス基板等の脆性材料基板の周囲の端材を分離するために用いられる端材分離方法及び端材分離装置に関するものである。

特許文献１には、スクライブラインが形成された基板を、スクライブラインが形成された面の裏面から、スクライブラインに沿って面に垂直にブレイクバーで押圧することによりブレイクする基板ブレイク装置が提案されている。ブレイクの対象となる基板が半導体ウエハであり、整列して多数の機能領域が形成されている場合には、まず基板に機能領域の間に等しい間隔を隔てて縦方向及び横方向にスクライブラインを形成する。そしてこのスクライブラインに沿ってブレイク装置で分断することが必要となる。そして基板の周囲には端材が生じるため、これをスクライブラインに沿ってブレイク装置でブレイクして分離することが必要となる。

特開２００４−３９９３１号公報 特開２０１３−１７７３０９号公報

脆性材料基板、例えばセラミックス基板上に製造工程でｘ軸とｙ軸に沿って一定ピッチで多数の機能領域が形成される基板を、ブレイク装置を用いて、ブレイクするものとすると、この基板を格子状に破断した後に機能領域が形成されている領域の外周の端材を取り除く必要があるが、従来では機能領域と端材部分とを区別なく個片化（ブレイク）していたため、基板が各機能領域に個片化（ブレイク）された後に、個片化された端材部分のみを除去する必要が生じ、作業工程が複雑になるという問題点があり、特に基板の個片化後の大きさが小さい場合には人手による手間のかかる作業であった。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであって、脆性材料基板の個片化（ブレイク）前に、既に脆性材料基板がスクライブされている基板の機能領域の周囲の端材を基板の機能領域から短時間で機械的に分離させることを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の脆性材料基板の端材分離方法は、脆性材料基板の機能領域の周囲の端材を分離する端材分離方法であって、前記脆性材料基板は、一方の面に縦方向及び横方向に所定のピッチで形成された機能領域を有し、前記機能領域が中心に位置するように格子状にスクライブラインが形成されたものであり、上面に前記脆性材料基板の全機能領域に相当する形状の弾性プレートを有する端材分離ステージ上に前記脆性材料基板を保持し、前記脆性材料基板の全機能領域に相当する領域を上部より保持し、前記端材分離ステージの上部から前記脆性材料基板の端材の位置に対応する枠状のプッシャープレートを脆性材料基板に平行な状態を保ちつつ下降させることによって端材を分離するものである。

この課題を解決するために、本発明の脆性材料基板の端材分離装置は、脆性材料基板の周囲の端材を分離する端材分離装置であって、前記脆性材料基板は、一方の面に縦方向及び横方向に所定のピッチで形成された機能領域を有し、前記機能領域が中心に位置するように格子状にスクライブラインが形成されたものであり、前記脆性材料基板を上面に保持する端材分離ステージと、前記脆性材料基板の周囲の端材となる部分に対応する辺を有する枠状のプッシャープレートと、前記プッシャープレートを前記脆性材料基板の面に平行にした状態で昇降させる昇降機構と、を具備するものである。

ここで前記端材分離ステージは、窪みを有するチャンバーと、前記チャンバー上に設けられ、複数の開口を有するベースプレートと、前記ベースプレートの上面に設けられる弾性プレートと、を有するようにしてもよい。

ここで弾性プレートは、前記基板の分離すべき端材の内側にある有効領域よりも狭く、上面の縁を湾曲させた平板のプレートとしてもよい。

ここで前記プッシャープレートは、相対向する２辺とこれと垂直な他の２辺との高さが互いに異なるものとしてもよい。この場合、プッシャープレートの２辺が先に突き当たる基板の２辺の端材部分が先にブレイク（分離）され、次いでプッシャープレートの他の２辺が遅れて突き当たる基板の残りの２辺の端材部分が遅れてブレイク（分離）されることになる。基板の隣接する２辺の端材部分が時間差をもってブレイクされるため、隣接する２辺の境界部分（機能領域の角の部分）で隣接する２辺から対向する押圧力を受けることがないため、機能領域の角部が損傷しにくくなる。

ここで前記プッシャープレートは、前記脆性材料基板を搬送する機能を併せ有する端材分離ヘッドに上下動自在に取付けられているようにしてもよい。

このような特徴を有する本発明によれば、スクライブラインが形成されている脆性材料基板に対してプッシャープレートを押し下げるという１度の下降の操作で、脆性材料基板の周囲の不要部分を端材として全て機械的に分離することができる。そのため作業時間が短縮され、又端材分離装置の構造を簡略化することができる。特に個片化後の脆性材料基板（各機能領域）の大きさが小さい場合には、個片化（ブレイク）後に個片化された各機能領域から不要部分である個片化された端材部分を除去することは煩雑な作業になるため、特に有効である。

図１は本発明の実施の形態を実現する基板分断機構（スクライブ、端材分離、ブレイク）の全体構成を示す斜視図である。 図２は本発明の実施の形態を実現する基板分断機構を示す正面図である。 図３は本実施の形態の端材分離装置によって端材分離される基板の一例を示す正面図及びＡ−Ａ線に沿った部分断面図である。 図４は本発明の実施の形態による端材分離装置の端材分離ヘッドを示す斜視図である。 図５は本実施の形態による端材分離装置の端材分離ヘッドの正面図である。 図６は本実施の形態による端材分離装置の端材分離ヘッドの底面図である。 図７は本実施の形態による端材分離装置の端材分離ヘッドの一部を切欠いて示す斜視図である。 図８は本実施の形態による端材分離装置に用いられる集塵機の一例を示す斜視図である。 図９は本実施の形態による端材分離装置に用いられるプッシャープレートの一例を示す斜視図である。 図１０は本発明の実施の形態による端材分離装置の端材分離ヘッドと端材分離ステージとブレイクステージを示す側面図である。 図１１は本実施の形態による端材分離ステージとブレイクステージを示す断面図である。 図１２は本実施の形態による端材分離装置の端材分離ヘッドと端材分離ステージの一部を示す断面図である。

本発明の実施の形態である端材分離ステージについて説明する。図１は本実施の形態を実現する基板分断機構の全体構成を示す斜視図、図２はその正面図である。これらの図に示すように、ベース１０上にはビーム１１が支柱によってベース１０の上面に平行に保持されており、そのビーム１１の側方にはリニアスライダ１２が設けられる。リニアスライダ１２は端材分離ヘッド１３をビーム１１に沿って自在に動作させるものである。ベース１０上には図２に示すように脆性材料基板（以下、単に基板という）をスクライブするスクライブステージ１４と、後述する端材を分離する端材分離ステージ１５、及びブレイクステージ１６が設けられている。端材分離ヘッド１３はスクライブステージ１４から基板を吸引して図中右方の端材分離ステージ１５に搬送した後に端材分離するものである。

本発明の実施の形態において搬送及び端材分離の対象となる基板について説明する。基板２０は図３に正面図及びその部分断面図を示すように、セラミックス基板２１上に製造工程でｘ軸とｙ軸に沿って一定ピッチで多数の機能領域２２が形成された基板とする。この機能領域２２は、例えば、ＬＥＤとしての機能を有する領域とし、各機能領域にはＬＥＤのための円形のレンズが夫々の表面に形成されている。

そして各機能領域毎に分断してＬＥＤチップとするために、基板２０をブレイクする前に、スクライブ装置により各機能領域が中心に位置するように、縦方向のスクライブラインＳ_ｙ１〜Ｓ_ｙｎと、横方向のスクライブラインＳ_ｘ１〜Ｓ_ｘｍとが互いに直交するようにスクライブする。

搬入された基板２０は図２に示すスクライブステージ１４において、レンズが形成されている面を上面として、図示しないスクライブ装置によってスクライブラインＳ_ｘ１〜Ｓ_ｘｍ，スクライブラインＳ_ｙ１〜Ｓ_ｙｎを形成される。スクライブされた直後の基板２０はスクライブラインが形成されてはいるが、完全には分断されていないとする。即ち基板２０はつながった状態となっており、ｘ，ｙ軸に配列された多数の機能領域の部分と外周の端材となる不要部分とを有している。

次にこの基板２０を吸引して搬送及び端材分離するための端材分離ヘッド１３について説明する。図４は端材分離ヘッド１３を示す斜視図、図５はその側面図、図６はその底面図、図７は端材分離ヘッドの一部を切り欠いて示す斜視図である。

図４に示すように、端材分離ヘッド１３は略正方形状の水平方向のハンガーベース３１に略Ｌ字状のハンガー３２が垂直に接続される。ハンガー３２の側方に長方形状のハンガーブラケット３３が接続され、ハンガーブラケット３３には更に長方形状のハンガーブラケット３４がその面を重ねて取付けられ、ハンガーブラケット３４には上下動自在のリニアスライダ３５が設けられる。リニアスライダ３５の下方にはヘッド部４０が設けられる。リニアスライダ３５は上方向と下方向との２方向に夫々空気流を流入する流入口を有しており、その流入を切換えることでヘッド部４０を上下動自在とする昇降機構である。尚リニアスライダ３５はヘッド部４０を昇降できるものであれば足り、空気流の流入により上下動させるものだけではなく、モータ等で上下動させるものであってもよい。

ヘッド部４０は直方体状の筐体であって、筐体の内部は空洞であり、下面は開放されている。そして図７に示すように下面にはベースプレート４１が設けられる。ベースプレート４１は下面が平坦となった金属製の部材であり、例えばアルミニウム製とする。ベースプレート４１にはスクライブされた基板２０の機能領域２２に対応するように、ｘｙ方向に整列した多数の開口が等間隔で設けられている。これらの開口はレンズの径より夫々大きいものとする。又基板２０の機能領域２２の外周の端材に対応する部分にも、外周に沿った開口が設けられている。

ベースプレート４１の下面には薄い弾性シート４２が取付けられている。弾性シート４２は平坦なゴム製の平板である。そして弾性シート４２も図６に示すように搬送の対象となる基板２０の各機能領域２２に対応してｘ方向及びｙ方向に等間隔で開口を有している。又基板２０の機能領域２２の外周の端材に対応する部分にも開口が設けられている。これらの開口はベースプレート４１と弾性シート４２を重ね合わせたときに同一位置となるようにしている。ここでベースプレート４１の開口及び弾性シート４２の開口は機能領域２２に形成されているＬＥＤのレンズの径よりやや大きい径とし、スクライブされた基板２０を吸引するときに、機能領域２２のレンズが弾性シート４２に直接接触しないように構成されている。

次にこのヘッド部４０の一方の側面には、ダクト４３が取付けられ、ダクト４３の先には図８に示す集塵機のブロア４４が連結されている。尚ここでは集塵機を用いているが、ブロア４４単体で使用してもよい。弾性シート４２に基板２０を接触させた状態でブロア４４を駆動してダクト４３を介して空気を吸引すると、ベースプレート４１，弾性シート４２の開口から空気が吸引されることとなり、基板２０を吸引することができる。又図示しない切換え部によって空気流を流入から流出に切換えることで、空気を弾性シート４２の開口から噴出させる状態に切換えることができる。

そしてこのヘッド部４０の四方の側壁には複数のラッチ機構４６が設けられている。ラッチ機構４６はヘッド部４０の下面にベースプレート４１と弾性シート４２とを一体として着脱自在に保持すると共に、弾性シート４２のゴムが劣化した場合には容易に交換できるようにするためのものである。尚このラッチ機構４６はヘッド部４０の少なくとも平行な一対の側壁に設けたものであってもよい。

ヘッド部４０の下部外周には図９に示す枠状のプッシャープレート４７が上下動自在に設けられる。プッシャープレート４７はヘッド部４０と端材分離ステージ１５との間に基板２０を保持した状態で、プッシャープレート４７を下降させることにより、基板２０の周囲の不要部分を端材として分離するものである。プッシャープレート４７は基板２０の周囲の端材部分に相当する大きさの枠状部材である。又図示のように、上面は一定の高さであり、一対の相対向する辺４７ａ，４７ｂの厚さが厚く、これと直角な相対向する２辺４７ｃ，４７ｄの厚さが薄くなるように構成されている。

次にプッシャープレート４７の昇降機構について説明する。ヘッド部４０の側壁のうち、ダクト４３が連結される１つの側壁を除く互いに平行な２つの側壁には、昇降機構としてエアシリンダ４８が設けられる。エアシリンダ４８は図５に示すようにヘッド部４０の側壁にねじ止めにて固定された本体部４８ａと、上下動自在の平板状の連結部材４８ｂ、及びこれに接続される枠状の連結部材４８ｃとを有している。又連結部材４８ｃの下方にはプッシャープレート４７が上下動自在に連結されている。

次に端材の分離に用いられる端材分離ステージ１５について説明する。端材分離ステージ１５は、図１０〜図１２に示すように、アーム５１上に長方形状のチャンバー５２とその上部のベースプレート５３と、これにほぼ同一形状の弾性プレート５４を有している。チャンバー５２の中央部分には大きな窪みが形成され、アーム５１の内部に形成されたダクト５１ａに連通している。ベースプレート５３はブレイクされた基板の全機能領域に相当する長方形状の平板であるが、全機能領域よりもわずかに小さくしておくことが好ましい。ベースプレート５３は例えばアルミニウム製とする。ベースプレート５３には各機能領域２２に対応するようにｘｙ方向に整列した多数の開口が設けられている。

ベースプレート４１の上面には弾性プレート５４が貼り付けられている。弾性プレート５４は基板２０の全機能領域に相当する長方形状の領域に相当する形状のゴム製等の平板であるが、全機能領域よりもわずかに小さくしておくことが好ましい。弾性プレート５４には４辺の外周部を除いてベースプレート５３の開口、即ちスクライブされた基板の機能領域に対応するようにｘｙ方向に整列した多数の開口が設けられている。弾性プレート５４の上面の縁の部分はわずかに湾曲（面取り）した構造であることが好ましい。

さてこの弾性プレート５４とベースプレート５３の開口はいずれも各機能領域２２に対応するように設けられているため、重ね合わせたときにこれらの開口を通じて外部の空気をチャンバー５２の窪みに流通させることができる。アーム５１の内部のダクト５１ａには図示しないチューブを介して真空吸着装置に連結され、真空吸着装置を駆動することによって弾性プレート５４の開口より空気を噴出させたり又は吸引することができる。

さてこのアーム５１は回転軸５５を中心として図１０の状態から時計方向に１８０°回転自在として構成されている。この軸上にはアーム５１をその上部のチャンバー５２，ベースプレート５３及び弾性プレート５４と共に回転させる回転機構が設けられている。回転機構はアーム５１を１８０°回転できるものであれば足り、ロータリーシリンダであってもよく、又モータと減速ギアから成るものであってもよい。

次にこの端材分離装置によって基板２０をスクライブステージ１４から端材分離ステージ１５に搬送する場合について説明する。まず端材分離装置の端材分離ヘッド１３をスクライブステージ１４上の基板２０の真上に移動し、ヘッド部４０を基板２０に合わせて下降させる。そしてヘッド部４０の最下部の弾性シート４２の開口をＬＥＤのレンズに対応させるように位置決めする。次にブロア４４を駆動してダクト４３を介して空気を吸引すると、ベースプレート４１，弾性シート４２の開口から空気が吸引されることとなり、弾性シート４２に接触させた基板２０を吸引することができる。ここで弾性シート４２の開口から空気を吸引する際に空気の漏れが生じていたとしても、空気は常に開口から内部に流入しているため、基板２０を吸引することができる。そして端材分離ヘッド１３を引き上げることによって、スクライブされた基板２０をそのまま引き上げることができる。

この状態で端材分離ヘッド１３全体をリニアスライダ１２によって移動させることによって基板２０を所望の位置に搬送することができる。こうして端材分離ヘッド１３を端材分離ステージ１５の真上に移動させた後、ヘッド部４０をリニアスライダ３５によって下降させる。そしてヘッド部４０の下面に保持されている基板２０が端材分離ステージ１５の上部に接触し、その機能領域２２が弾性シート５４の開口に夫々対応する位置になるように位置決めして下降を停止する。そして基板２０の下面が弾性プレート５４に接触した状態でアーム５１を介して空気を吸引することによって、基板２０を端材分離ステージ１５上に保持することができる。このときブロア４４を動作させたままであってもよく、又停止させてもいい。

次に端材分離装置による端材分離時の動作について説明する。まずプッシャープレート４７の昇降機構のエアシリンダ４８から空気を吹き出すことによって、ヘッド部１５の下部のプッシャープレート４７を下降させることができる。プッシャープレート４７を基板２０に平行に下降させると、まず厚さの厚い辺４７ａ，４７ｂによって基板２０の機能領域の外側の細長い周辺部分のみが下向きの圧力を受け、分離されて端材となる。更に下降を続けると、厚さの薄い２辺４７ｃ，４７ｄにより基板２０の機能領域の外側の細長い周辺部分が下降の圧力を受けて分離されて端材となる。このようにプッシャープレート４７を押し下げるという１度の下降の操作で、基板２０の周囲の端材を全て分離することができる。このとき基板２０の周囲の隣接する辺を同時に端材として分離していない。又弾性プレート５４はプッシャープレート４７よりやや小さく、その上面の縁部分が面取りされて湾曲している。このため基板２０の機能領域を損傷することなく、短時間で周囲の端材を全て分離することができる。

その後アーム５１から空気を吸引した状態で、ブロア４４より空気を噴出させ、ヘッド部４０を上昇させる。これによってヘッド部４０は基板２０から分離されることとなる。ヘッド部４０を上昇させた状態でリニアスライダ１２により端材分離ヘッド１３を図２の左方に移動させることで元の状態に復帰させる。

この実施の形態では上面にレンズを有する機能領域を持つＬＥＤ基板のＬＥＤチップの周囲の端材を分離する例について説明しているが、本発明は表面にレンズを有するチップだけでなく、特に何も突出していない機能領域を有するチップについても適用することができ、又レンズ以外の突起物を有する機能領域を持つ脆性材料基板にも適用することができる。

更にこの実施の形態では、セラミックス基板について説明しているが、その他の種々の材質の層の基板であってもよい。例えばガラス基板や半導体基板であってもよい。

この実施の形態では、端材分離機能とともに基板の搬送機能を有する端材分離ヘッドについて説明しているが、基板の搬送機能を有しない端材分離ヘッドでも端材分離が可能であることはいうまでもない。前述した端材分離ステージにおいてプッシャープレートの昇降機構としてエアシリンダについて説明しているが、昇降機構はリニアスライダなど他の形状の昇降機構であってもよいことはいうまでもない。

本発明は脆性材料基板（セラミックス基板等）をスクライブした基板を保持し、端材を分離することができ、基板製造時の端材分離装置に有効に適用することができる。

１０ ベース
１１ ビーム
１２ リニアスライダ
１３ 端材分離ヘッド
１４ スクライブステージ
１５ 端材分離ステージ
１６ ブレイクステージ
１７ ブレイク機構
２０ 基板
２１ セラミックス基板
２２ 機能領域
２３ セラミックス基板の表面層
２４ 線状突起
３１ ハンガーベース
３２ ハンガー
３３，３４ ハンガーブラケット
３５ リニアスライダ
４０ ヘッド部
４１ ベースプレート
４２ 弾性プレート
４３ ダクト
４４ ブロア
４６ ラッチ機構
４７ プッシャープレート
４８ エアシリンダ
５１ アーム
５２ チャンバー
５３ ベースプレート
５４ 弾性プレート
５５ 回転軸

Claims (3)

1. 脆性材料基板の周囲の端材を分離する端材分離装置であって、
   前記脆性材料基板は、
   一方の面に縦方向及び横方向に所定のピッチで形成された機能領域を有し、前記機能領域が中心に位置するように格子状にスクライブラインが形成されたものであり、
   前記脆性材料基板を上面に保持する端材分離ステージと、
   前記脆性材料基板の周囲の端材となる部分に対応する辺を有する枠状のプッシャープレートと、
   前記プッシャープレートを前記脆性材料基板の面に平行に昇降させる昇降機構と、を具備し、
   前記端材分離ステージは、
   窪みを有するチャンバーと、
   前記チャンバー上に設けられ、複数の開口を有するベースプレートと、
   前記ベースプレートの上面に設けられる弾性プレートと、を有し、
   前記弾性プレートは、前記脆性材料基板の分離すべき端材の内側にある機能領域よりも狭く、上面の縁を湾曲させた平板のプレートである脆性材料基板の端材分離装置。
2. 前記プッシャープレートは、相対向する２辺とこれと垂直な他の２辺との高さが互いに異なるものである請求項１記載の脆性材料基板の端材分離装置。
3. 前記プッシャープレートは、前記脆性材料基板を搬送し、端材分離する端材分離ヘッドに上下動自在に取付けられている請求項１記載の脆性材料基板の端材分離装置。