JP6376121B2 - カッターホイール - Google Patents

Description

本発明は、セラミック基板やガラス基板等の脆性材料基板にスクライブライン（切り溝）を加工したり、分断したりする際に使用されるカッターホイール（スクライビングホイールともいう）に関する。

アルミナ、ＨＴＣＣ、ＬＴＣＣ等のセラミック基板やガラス基板等の脆性材料基板を分断する加工では、カッターホイールを用いて基板表面にスクライブラインを形成し、その後、スクライブラインに沿って裏面側から外力を印加して基板を撓ませることにより、基板を単位ごとに分断する方法が一般的に知られており、例えば、特許文献１に開示されている。

加工対象となる基板には各種のものがあり、中には基板の表面に凹凸が存在する状態で分断しなければならないものもある。このような基板には、基板自体に凹凸が形成されているものの他に、例えば、図８の斜視図、並びに、図９の一部拡大断面図に示すように、基板上に突起物が固着されているものもある。
例えばＬＥＤ用のセラミック積層マザー基板Ｗでは、低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）やアルミナセラミックス（Ａｌ_２Ｏ_３）基板１１上に、ＬＥＤ等のデバイスＤが取り付けられ、これらデバイスＤの周りは、シート面１２と突起部１３とが一体に形成されたシリコーン樹脂製の被覆層１４が形成されており、これによってデバイスＤ（ＬＥＤ本体）が封止されるようにしてある。従来の基板では、互いに隣接する突起部１３間の間隔Ｌ１は、約０．１２ｍｍにしてあり、被覆層１４の厚さ（高さ）Ｈは約０．０３ｍｍとされていた。

隣接する突起部１３間にスクライブラインＳを加工するためのカッターホイールは、一般的には、耐摩耗性や研削性などの工具特性に優れた材料である超硬合金や焼結ダイヤモンド（ＰＣＤ）製のものが用いられている。しかし、圧接状態で繰り返し使用されるため、刃先の使用環境は劣悪である。そのため、カッターホイール先端の刃先角度をあまり鋭角にしすぎると、刃こぼれ等が生じやすくなって刃の使用寿命が短くなる。また、刃先角度を鋭角にしすぎると圧接時に基板に加わる鉛直方向の荷重成分が大きくなり、荷重制御が難しくなる。特に、使用するカッターホイールの直径は約１ｍｍ〜７ｍｍと非常に小さいため荷重制御が困難になりやすい。したがって、通常は鈍角の刃先角度を有するカッターホイールが望まれている。

ゆえに、これまでは上記した鈍角の刃先を有するカッターホイールを用いて、マザー基板Ｗの突起部１３、１３間にスクライブラインＳを加工するために、マザー基板Ｗの被覆層１４のパターンにおける突起部１３、１３間の間隔Ｌ１が、突起部１３の高さＨに対して約３倍以上となるように設計されていた。すなわち、鈍角の刃先を有するカッターホイールによるスクライブが可能となるように、間隔Ｌ１や高さＨの数値を設計し、逆にそのような間隔Ｌ１や高さＨにおいて許容される刃先角度のカッターホイールが使用されていた。
例えば、図９に示すように、刃先角度α（例えば１０５度）のカッターホイールＫを使用しても、刃先斜面と突起部１３の上端縁部との間に隙間Ｃを残すことができ、刃が突起部１３に接触して傷つけることなくスクライブラインＳを加工することが可能となるようにしていた。

特許第３７８７４８９号公報

近年、それぞれのマザー基板から切り出される単位基板の個数を増やして製品コストを抑える観点から、切り出される単位基板の面積は、ますます小型化される傾向にある。例えば、ＬＥＤを製造する場合には、単位基板の平面サイズが現状の２．０ｍｍ×１．６ｍｍから１．０ｍｍ×０．８ｍｍまで小さくすることが求められている。さらには、単位基板の面積だけではなく、スクライブラインＳを形成するための領域であるスクライブストリートの幅、すなわち、突起部１３、１３間の間隔Ｌ１についても、小型化、量産化のために小さくすることが求められている。具体的には、間隔Ｌ１は現在の０．１２ｍｍでは広く、０．０６ｍｍ以下まで小さくする必要がある。

しかし、間隔Ｌ１を０．０６ｍｍまで小さくすると、図１０に示すように従来（図９参照）のような鈍角の刃先角度αを有するカッターホイールＫでは、刃先の斜面（刃先稜線の両側にある斜面）が突起部１３の上端縁部に接触して突起部１３を傷つけることになるため、使用することができない。したがって、接触を避けるために、図１０に仮想線（二点鎖線）で示すような刃先角度α’を９０度以下の鋭角にする必要がある。しかしながら、鋭角な刃先を用いた場合には、前述の通り刃こぼれ等が生じやすくなって使用寿命が短くなる。また、刃先がさらに鋭角になると、カッターホイールの素材に用いられる炭化タングステンやダイヤモンド等の硬質粒子が脱落しやすく、刃先の強度低下が顕著になり、研磨加工も困難になる。さらに、スクライブ時の荷重制御が難しくなるというような様々な課題が生じる。

そこで本発明は、刃先角度が従来と同じように鈍角を維持するものでありながら、隣接する突起部間のスクライブストリートが幅狭（具体的には０．０６ｍｍ以下）であっても、刃先が接触することなくスクライブ加工を行うことができるカッターホイール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。すなわち本発明のカッターホイールは、左右の斜面によって形成される刃先稜線を有するカッターホイールにおいて、
前記カッターホイールの直径は１．０ｍｍ〜３．０ｍｍであり、前記刃先稜線近傍の先端部分に続く左右の斜面に、前記カッターホイールの軸穴を中心として円周状に陥没した窪み部が形成されており、前記窪み部は円弧状であって、前記刃先の先端部に隣接する前記斜面上位側を深くし、前記斜面の下方に至るほど漸次浅くなるように形成されている構成とした。

ここで、前記窪み部は、前記刃先稜線を挟んで０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍ離れた位置に形成されることが好ましい。これにより、スクライブされる基板の突起部間の間隔および高さによって、窪み部の形状や寸法を選択し、基板と接触しないようにすることができる。

また、放電加工可能な硬質材料として、超硬合金や焼結ダイヤモンド、導電性を有する単結晶ダイヤモンドまたは多結晶ダイヤモンドを用いてもよい。また、刃先稜線に沿って連続した凹凸が形成されるようにしてもよい。

本発明によれば、鈍角の刃先部分に続く左右の斜面の一部を切除して陥没した窪み部を形成するようにしたので、カッターホイールの刃先先端部分における左右幅を、切除した分だけ狭くすることができて、隣接する突起部間のスクライブストリートが幅狭であっても突起縁部に接触することなくスクライブすることが可能となる。また、カッターホイールの窪み部の加工は、従来製品である（研削加工により）ストックされた鈍角の刃先角度を有する（窪み部の形成されていない）通常のカッターホイールに対して、放電加工により電極（ワイヤや治具電極）を刃先斜面に押し付ける追加加工だけで製造できるから、微細な部分の加工であっても容易かつ精確に製造することができる。また、放電加工によって切除した窪み部は、スクライブ時に加工すべき基板に接触してスクライブする部分ではないので、研磨仕上げ等の後処理を必要とせず、そのまま製品として使用することができる。そして、刃先先端部は元のカッターホイールの鈍角な刃先稜線を残しているので、スクライブに必要な刃先強度を従来と同じように維持することができ、刃こぼれすることなく長期にわたって使用することができる。さらに、荷重制御を従来と同等のしやすさで行うことができるといった効果がある。

本発明に係るカッターホイールを示す正面図。 カッターホイールの刃先にワイヤカット放電加工で窪み部を施す際の図。 カッターホイールの刃先部分の拡大断面図。 カッターホイールの使用状態を示す拡大図。 カッターホイールに形彫り放電加工で窪み部を施す際の図。 図５同様の形彫り放電加工方法の他の例を示す図。 窪み部の加工形状の変更例を示す正面図。 加工対象となるマザー基板の一例を示す斜視図。 図８の一部拡大断面図。 マザー基板の突起部を幅狭とした場合の仮想例を示す断面図。

以下において、本発明のカッターホイール並びにその製造方法について、図に基づいて詳細に説明する。ここでは、基板表面に突起部を有するマザー基板のスクライブに最適なカッターホイールを例に説明する。

図１（ａ）は本発明に係るカッターホイール１を示す正面図であって、導電性を有し、放電加工可能な硬質材料（例えば金属）によって作製されている。具体的には、例えば超硬合金または焼結ダイヤモンド、導電性を有する単結晶ダイヤモンドまたは多結晶ダイヤモンドによって作製されている。ダイヤモンドに導電性を付与するには、合成時にホウ素等の不純物をドープする方法などが知られている。多結晶ダイヤモンドには、化学気相成長法により合成されたダイヤモンドや、結合材を使用せずに微細なダイヤモンド粒子を焼結させて合成したダイヤモンドが含まれる。なお、焼結ダイヤモンドは一般的にバインダとしてコバルト等を含むことにより導電性を有するが、より精密な放電加工を可能にするために、不純物を混入させて導電性を付与したダイヤモンド粒子を用いた焼結ダイヤモンドを用いることもできる。
このカッターホイール１は、円盤状ディスクの外周面に、刃先稜線の刃先角度が鈍角、例えば１０５度の角度で形成された刃先２を有する図１（ｂ）に示すようなカッターホイール１Ａを利用して製造される。すなわち、鈍角な刃先角度を有する刃先稜線近傍の先端部分を残すとともに、先端部分に続く刃先２の左右の斜面２ａ、２ｂの一部が放電加工により切除され、斜面２ａ、２ｂに図１（ａ）に示す窪み部３が形成される。

窪み部３を加工する前の図１（ｂ）に示すカッターホイール１Ａは、刃先先端が滑らかかつ平坦な稜線で形成されている一般的な基板スクライブ用のカッターホイール、すなわち、刃先稜線部に切り欠き（凹凸部）を有しない通常のカッターホイール（ノーマルカッターホイール）であって、刃先２が研削加工により作製され、刃先表面が研磨仕上げされたものである。なお、直径は約１．０ｍｍ〜７．０ｍｍ、好ましくは１．０〜３．０ｍｍ、厚みは約０．４ｍｍ〜１．１ｍｍの小さなサイズで形成されている。これらはそのままカッターホイールとして用いられるものであって、在庫品としてストックされているものである。
なお、窪み部３を加工する前のカッターホイールとしては、図１（ｃ）に示すような刃先稜線に沿って連続した小さな凹凸（切り欠き）８を設けたカッターホイール（溝付きカッターホイール）１Ａ’を用いることもできる。この溝付きカッターホイール１Ａ’には、三星ダイヤモンド株式会社製のペネット（Ｐｅｎｅｔｔ；登録商標）カッターホイール、アピオ（ＡＰＩＯ；登録商標）カッターホイールがある。本発明に係るカッターホイールは、これら図１（ｂ）、（ｃ）で示したカッターホイール１Ａ、１Ａ’をもとに追加加工を行うことによって形成することができる。

次に、カッターホイール１の刃先２の斜面２ａ、２ｂに、ワイヤカット放電加工で窪み部３を加工する方法の一例を図２に示す。
この方法では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、カッターホイール１Ａ（または１Ａ’）の軸穴４に回転軸（図示せず）を嵌め込み、カッターホイール１Ａを回転させながらワイヤ電極５を刃先２の一方の斜面２ａに移行させて、斜面２ａの一部を切除する。
次いで図２（ｃ）に示すように、ワイヤ電極５を刃先２の反対側の斜面２ｂに移行させて、斜面２ｂの一部を切除する。これにより、図２（ｄ）に示すように、刃先２の先端部分に続く左右の斜面２ａ、２ｂの一部が陥没し、刃先先端部分の幅を狭くする窪み部３、３が形成されたカッターホイール１が作製される。

このようにして形成される窪み部３は、図３、４の拡大図に示すように、鈍角の刃先角度のまま残されたカッターホイール１の刃先先端部分の左右の幅Ｌ２を、加工対象基板上の隣接する突起部１３、１３間に予定されているスクライブストリートの幅Ｌ１に対して小さくなるようにして、カッターホイール１と突起部１３とが互いに接触しないように窪み部３の切り欠き形状や切り欠き寸法が選択される。
例えば、突起部１３の間隔Ｌ１が０．０６ｍｍであり、高さＨが０．０３ｍｍの基板の場合には、カッターホイール１の鈍角な先端部分の幅Ｌ２は０．０４ｍｍとし、刃先稜線から０．０３ｍｍ位置での高さｈは０．０５ｍｍにしてある。なお、突起部１３の間隔Ｌ１の幅に応じ、カッターホイール１の先端部分の幅Ｌ２は０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲で、また突起部１３の高さＨに応じて先端部分の高さｈを０．００５ｍｍ〜０．０６ｍｍの範囲で選択することができる。また、幅Ｌ１とＬ２との差が０．０２ｍｍ以上となるように選択することが好ましい。
これにより、図４に示すように、カッターホイール１の刃先２を加工対象基板の突起部１３、１３間のスクライブストリートの幅Ｌ１内に位置決めしてスクライブラインＳを加工する際に、突起部１３との間に充分な隙間Ｃを保持した状態でスクライブすることができる。
なお、図４においては、加工対象基板のスクライブストリートも樹脂層で被覆されているが、スクライブストリート部分に基板が露出していてもよい。

図５は、形彫り放電加工によるカッターホイールの加工方法を示す。
この方法では、切除すべき部分の反転形状を有する一対の治具電極６ａ、６ｂを、回転軸で支えられて回転するカッターホイール１Ａの刃先斜面２ａ、２ｂに対してそれぞれ反対側から、交互に、若しくは同時に押し付けることにより窪み部３を加工する。

また、図６は、形彫り放電加工によるカッターホイールの他の加工方法の一例を示すものである。
この方法では、切除すべき部分の反転形状を有する雌型７ａを備えた治具電極７を、回転するカッターホイール１Ａの刃先斜面２ａ、２ｂに押し付けることにより窪み部３を加工する。

上記したワイヤカット放電加工並びに形彫り放電加工は、いずれも放電誘導体としての水や油等の液体に、カッターホイール１Ａを浸して行われる。

上記実施例では、窪み部３の形状を真円の円弧で形成したが、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、鈍角の刃先２の先端部に隣接する斜面上位側を深くし、斜面の下方に至るほど漸次浅くなるように形成することもできる。なお、図７（ａ）では窪み部３の窪みを浅く、図７（ｂ）では深く形成した例を示した。また、特に小径のカッターホイールにおいては刃先２の斜面の幅が狭くなるので、このような場合には、図７（ｃ）に示すように、窪み部３がカッターホイール１の側面９と完全に連続するようにしてもよい。

加工後のカッターホイール１は、刃先２の先端部分の左右幅が窪み部３によって切除された分だけ狭くすることができて、図４に示すように隣接する突起部１３、１３間のスクライブストリートの幅Ｌ１が狭くても、突起縁部に接触することなくスクライブすることが可能となる。また、窪み部３の加工を、鈍角の刃先角度を有するカッターホイール１Ａに対して放電加工により電極となるワイヤや治具電極を刃先斜面に押し付けるだけの作業で行うことができるから、微細な部分の加工であっても容易にかつ精確に作製することができる。
また、放電加工によって切除した部分は、スクライブ時に基板へ直接接触する部分ではないので、必ずしも研磨仕上げ等の後処理を必要とせず、そのまま製品として使用することができる。
さらに、刃先先端部は、元のカッターホイール１Ａの鈍角である刃先角度の刃先稜線を残しているので、スクライブに必要な刃先強度を従来と同じように維持することができ、刃こぼれ等が生じにくく長期にわたって使用することができる。

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ない。例えば、上記した実施例では、カッターホイールの素材である放電加工可能な材料として、ダイヤモンド粒子をコバルト等のバインダとともに高温高圧で焼結させた焼結ダイヤモンドを用いた例を示したが、これに換えて金属材料である超硬合金を用いてもよい。また、不純物の添加によって導電性を付与したダイヤモンド粒子を使用した焼結ダイヤモンドや、不純物の添加によって導電性を付与した単結晶ダイヤモンドまたは多結晶ダイヤモンド等を用いることができる。また、上記実施例では、刃先角度αを１０５度としたが、９０度〜１５０度の範囲内で実施することが可能である。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。

本発明は、セラミック基板やガラス基板等の脆性材料基板、特に、基板表面に突起部が形成されたマザー基板にスクライブラインを加工したり、分断したりする際に使用されるカッターホイールに適用される。

Ｌ１ マザー基板の突起部の間隔
Ｌ２ カッターホイールの先端部分の左右幅
Ｓ スクライブライン
α 刃先角度
ｈ 窪み部の高さ
１ カッターホイール
１Ａ、１Ａ’ 窪み部加工前のカッターホイール
２ 刃先
２ａ、２ｂ 刃先の左右斜面
３ 窪み部

Claims (4)

1. 左右の斜面によって形成される刃先稜線を有するカッターホイールにおいて、
   前記カッターホイールの直径は１．０ｍｍ〜３．０ｍｍであり、前記刃先稜線近傍の先端部分に続く左右の斜面に、前記カッターホイールの軸穴を中心として円周状に陥没した窪み部が形成されており、前記窪み部は円弧状であって、前記刃先の先端部に隣接する前記斜面上位側を深くし、前記斜面の下方に至るほど漸次浅くなるように形成されていることを特徴とするカッターホイール。
2. 前記窪み部は、前記刃先稜線を挟んで０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍ離れた位置に形成されることを特徴とする請求項１に記載のカッターホイール。
3. 前記カッターホイールが、放電加工可能な硬質材料で作製されており、前記硬質材料が超硬合金または焼結ダイヤモンド、導電性を有する単結晶ダイヤモンドまたは多結晶ダイヤモンドである請求項１に記載のカッターホイール。
4. 前記刃先稜線に沿って連続した凹凸が形成されている請求項１〜請求項３のいずれかに記載のカッターホイール。