JP6665020B2 - 分割工具、および分割工具の使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、分割起点が環状に形成された板状物を内側と外側とに分割する分割工具、および該分割工具の使用方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ、ＳＡＷデバイス、パワーデバイス等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウエーハは、レーザー加工装置によって形成される分割起点によって個々のデバイスに分割され、携帯電話、パソコン、照明器具等の電気機器に利用される（例えば、特許文献１を参照。）。

また、板状のガラス、サファイア、リチウムタンタレート（ＬＴ）、リチウムナイオベート（ＬＮ）、炭化珪素等から円形状の部材を切り出す場合には、分割起点を環状に形成できるレーザー加工装置が使用される。

該レーザー加工装置としては、上記特許文献１に示される如く、被加工物に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射してアブレーション加工を施して分割起点を形成するタイプのものと、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を被加工物の内部に位置付けて照射し改質層形成加工を施して分割起点を形成するタイプのもの（例えば、特許文献２を参照。）と、さらには、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を所要位置に位置付けて表面から裏面に至り、細孔と該細孔を囲繞する非晶質とからなるシールドトンネルを形成する加工を施して、分割起点を形成するタイプのもの（例えば、特許文献３を参照。）と、が存在する。

特に、ガラス板等の基板に対し分割起点としての環状の分割起点を形成して該分割起点の内側と外側とを分離する場合は、表面から裏面に至る脆弱層が形成されるシールドトンネルを分割起点とすることが好ましい。

特開平１０−３０５４２０号公報 特許第３４０８８０５号公報 特開２０１４−２２１４８３号公報

しかし、仮に円形状の部品を切り出すべく環状の分割起点をシールドトンネルにより形成して分離する場合であっても、該環状の分割起点の内側と外側とは曲線状に密着していることから、両者を効率よく、確実に分割することが難しく、熟練者の手作業に頼る必要があり、加工効率が悪いという問題がある。

本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、分割起点が環状に形成された板状物を確実に効率よく分割できる分割工具、および該分割工具を使用する方法を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、分割の起点が環状に形成された板状物を内側と外側とに分割する分割工具であって、環状に形成された分割起点の内側を押圧する内側押圧部材と、環状に形成された分割起点の外側を押圧する外側押圧部材と、該内側押圧部材と該外側押圧部材とを連結する連結部材と、を備え、該内側押圧部材は該連結部材に対して進退自在に装着され、該内側押圧部材の先端は非押圧状態において、該外側押圧部材の先端よりも押圧方向に突出するように付勢される分割工具が提供される。

該内側押圧部材は、該連結部材に対して伸縮部材により押圧方向に付勢されて装着されるように構成してもよく、該外側押圧部材は、該内側押圧部材を中心にして外側に４個配設されるように構成してもよい。さらに、該内側押圧部材が連結部材に対して所定の間隔で複数装着されると共に、該外側押圧部材が該内側押圧部材に対応して複数装着されるように構成することもできる。

また、本発明によれば、上記した分割工具の使用方法であって、分割の起点が環状に形成された板状物を可撓性シートに配設する可撓性シート配設工程と、板状物に環状に形成された分割起点の内側を該内側押圧部材で押圧しながら外側を該外側押圧部材で押圧して分割する分割工程と、から少なくとも構成される分割工具の使用方法が提供され、該分割工程は、該内側押圧部材及び該外側押圧部材による押圧時に、可撓性シートを拡張して実施するようにしてもよい。

本発明による分割工具、及び当該分割工具を使用する方法によれば、該分割工具が、環状に形成された分割起点の内側を押圧する内側押圧部材と、環状に形成された分割起点の外側を押圧する外側押圧部材と、該内側押圧部材と該外側押圧部材とを連結する連結部材と、を備え、該内側押圧部材は該連結部材に対して進退自在に装着され、該内側押圧部材の先端は、非押圧状態において、該外側押圧部材の先端よりも押圧方向に突出するように付勢されるように構成されることにより、先に環状の分割起点の内側に内側押圧部材を接触させて押圧し、さらに押圧することで外側押圧部材が該環状の分割起点の外側の領域を押圧して、環状の分割起点にせん断応力が作用して環状の分割起点が形成された板状物の内側の領域と外側の領域とを確実に分割することができる。

本発明に従い構成される分割工具の分解図、及び全体斜視図。 本発明の分割工具により分割される板状物に分割起点を形成する工程を説明するための説明図。 本発明に分割工具を使用する方法を説明するための説明図。 本発明に従い構成される他の実施形態を示す図。

以下、本発明に基づき構成される分割工具、および該分割工具の使用方法について添付図面を参照して説明する。

図１（ａ）には、本発明の分割工具１の構造を説明すべく、各構成を分解して示している。分割工具１は、平面視で矩形形状をなし、下面側に外側押圧部材３が配設された連結部材２と、該連結部材２の中心に形成された貫通穴部２ａに装着され進退自在に保持される柱状の内側押圧部材４と、連結部材２の上面側に配設され門型形状をなす把持部材９と、から概ね構成されている。

該外側押圧部材３は、連結部材２の下面側の４隅それぞれに配設されており、後述する板状物の外側領域を押圧する。また、内側押圧部材４は、軸部４１に伸縮部材としてのコイルスプリング７が装着され、連結部材２に形成された貫通穴部２ａに対して下面側から後端部が挿入され、該連結部材２の上面側において、固定部材８の雌ねじ部８１と該軸部４１の後端部に形成された雄ねじ部４２が螺合させられる。このような構成により、外側押圧部材３と、内側押圧部材４とは、連結部材２を介して連結される。固定部材８は、その外径が、貫通穴部２ａの内径よりも大きく設定されていることから、内側押圧部材４の抜け止めとして機能する（図１（ｂ）を参照。）。

内側押圧部材４の先端側には、軸部４１よりも径が大きく形成された押圧部４３が形成されており、後述する板状物の環状に形成された分割起点の内側領域を押圧する。コイルスプリング７は、軸部４１よりも大径に形成された押圧部４３と、連結部材２の下面とで保持され、内側押圧部材４を図中下方側に向けて付勢する機能を奏する。分割工具１が板状物を押圧していない非押圧状態では、内側押圧部材４の下端、すなわち、押圧部４３の下端が、外側押圧部材３の下端よりも下方に突出するように構成されている。さらに、該押圧部４３の下面（押圧面）の大きさは、後述する板状物の円形状に形成される分割起点の内側領域の面積よりも若干小さく設定されることが好ましく、分割不良を生じさせないためには、あまり小さすぎるのは好ましくない。なお、外側押圧部材３、内側押圧部材４は、被分割体である板状物を構成するガラス板、サファイア板等に傷、割れ等を生じさせないように、アクリル樹脂等で構成されていることが好ましい。

図２を用いて、本発明の分割工具により分割されるガラス板からなる板状物１０から、直径２５ｍｍの円形部材を切り出すための分割起点を形成するレーザー加工について説明する。図２（ａ）に示す板状物１０は、１辺が５０ｍｍの正方形であり、その厚みは１ｍｍである。分割起点を形成するレーザー加工装置については、例えば上述した特許文献３に開示された周知のレーザー加工装置を使用することができるが、本発明の要部を構成しないため、その全体構成については説明を省略する。なお、被加工物としての板状物、切り出す円形部材の寸法はこれに限定されず、任意に設定が可能である。

板状物１０に対してレーザー加工を施すに際し、レーザー加工装置（全体図は省略する。）の図示しない保持手段に対して板状物１０が載置され保持固定される。該レーザー加工装置はレーザー光線照射手段２０を備えており、レーザー光線照射手段２０は、被加工物に対してレーザー光線を照射する図示しない集光レンズを含む集光器２２を備えている。該保持手段は、集光器２２に対して、図中Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に相対的に移動させることが可能になっており、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に直線的に移動させるだけでなく、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向への移動を組み合わせて、該保持手段を、環状の軌道を描くように移動させることができ、レーザー光線の照射と組み合わせて環状の分割起点を形成することが可能になっている。なお、該レーザー加工装置は、図示しない制御手段に予め加工データの情報を記憶させることで、板状物に対し任意の形状の分割起点を形成することができる。

図に示すように、先ず、環状の分割起点１０ａを形成する前に、保持手段をＸ軸方向、Ｙ軸方向に直線的に移動させて、環状の分割起点１０ａの中心で直角に交差する方向に直線状の分割起点１０ｂを形成する。直線状の分割起点１０ｂを形成したならば、次に保持手段を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向で形成される水平面内で円を描くように移動させながらレーザー光線を照射し、環状の分割起点１０ａを形成する。これにより、直線状の分割起点１０ｂが、環状の分割起点１０ａを中心として、その外側領域を４等分するようにレーザー加工が遂行される。

なお、上記レーザー加工は、例えば以下のような加工条件にて実行されるものであり、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を所要位置に位置付けて表面から裏面に至り、細孔と該細孔を囲繞する非晶質とからなる脆弱部としてのシールドトンネルを形成する加工である。
板状物 ：１辺が５０ｍｍの正方形状、厚みが１ｍｍ
波長 ：１０３０ｎｍ
平均出力 ：３Ｗ
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
パルス幅 ：１０ｐｓ
スポット径 ：φ１０μｍ
集光レンズの開口数
／ガラス板の屈折率 ：０．０５〜０．２
加工送り速度 ：５００ｍｍ／秒
シールドトンネル ：φ１μｍの細孔、φ１０μｍの非晶質

上記したレーザー加工を実施することにより、図２に示すような分割起点１０ａ、１０ｂが形成された板状物１０を得ることができる。

分割の起点１０ａ、１０ｂが形成された板状物１０が得られたならば、図３（ａ）に示すように、板状物１０を可撓性シート３０上に載置する（可撓性シート配設工程）。なお、図３（ａ）では、内側押圧部材４が板状物１０上に位置付けられることを説明する都合上、連結部材２、及び外側押圧部材３の一部を切り欠いた状態で示し、外側押圧部材３によって押圧される外側押圧領域５２を斜線にて示している。また、当該可撓性シート３０は、１〜３ｍｍ程度の厚さで伸縮性があり、上方から押圧された板状物が、適宜沈み込むことが可能に設定されている。

板状物１０を可撓性シート３０上に載置したならば、作業者が上述した分割工具１の把持部材９を握り、分割工具１の内側押圧部材４の押圧部４３を板状物１０の環状分割起点１０ａの内側押圧領域５０に位置付け、さらに、４つの外側押圧部材３を、直線状の分割起点１０ｂにて４分割された外側部分の外側押圧領域５２にそれぞれ位置付ける。この際、内側押圧部材４の押圧部４３は、非押圧状態では外側押圧部材３の先端よりも下方に突出しているため、外側押圧部材３の先端よりも先に板状物１０に当接する（図３（ｂ）を参照。）。

作業者が板状物１０の中心に存する内側押圧領域５０に押圧部４３を押し付けながら、伸縮部材であるコイルスプリング７の弾性力に抗してさらに押し込むことにより、外側押圧部材３が板状物１０の分割起点１０ａの外側押圧領域５２に当接する。外側押圧部材３が板状物１０の外側押圧領域５２に当接したならば、さらに分割工具１を下方に押し込む。上記した板状物１０が載置される可撓性シート３０は、厚みが約１〜３ｍｍのウレタン等の可撓性を示す素材からなり、環状の分割起点１０ａの内側押圧領域５０が押圧部４３によって押さえられながら、外側押圧領域５２が外側押圧部材３で押圧されて可撓性シート３０に沈み込む。その際、可撓性シート３０は、四隅が外側に向かって拡張されるようになっており、分割の過程で分割起点１０ａにおける内側と外側の密着具合が緩和され、板状物１０の分割の境界となる分割起点１０ａに欠け等を生じさせることなく、分割工程が完了し（図３（ｃ）、（ｄ）を参照）、所望の円形部材を切り取ることができる。

本実施形態では、１枚の板状物から、１つの円形部材を切り出す例を示したが、本発明はこれに限定されない。図４を参照しながら、以下に、他の実施形態を示す。

図４（ａ）に示すように、１枚のガラス材からなる板状物１００に環状の４つの分割起点１００ａ、直線状の分割起点１００ｂ、１００ｃを形成し、４つの円形部材を切り出すことができる。該板状物１００は、平面視で正方形をなしており、１辺が１００ｍｍで形成され、円形部材は上述の実施形態と同様に直径が２５ｍｍで設定される。板状物１００には、４つの環状の分割起点１００ａと、環状の分割起点１００ａで形成される円形の領域の中心で直交する方向に形成される直線状の分割起点１００ｂと、該４つの領域を当分割するように、該板状物１００の中心で直交する直線状の分割起点１００ｃとが、レーザー加工装置を用いて形成される。さらに、この実施形態では、図４（ｂ）に示すように、上述した実施形態における分割工具１を４つ隣接させて連結したような形状となる分割工具１´を用意する。なお、該分割工具１´の構成は、上述した分割工具１と基本的に共通しており、同一の機能を奏する部位については、同一の数字に´を付し、その詳細についての説明は省略する。以下に、分割工具１´を使用して板状物１００から円形部材を分割する方法について説明する。

上述した分割起点を形成した板状物１００を、該板状物１００の寸法に合わせて用意された可撓性シート３０´上に載置する。そして、可撓性シート３０´に板状物１００を載置したならば、上述した実施形態と同様に、作業者が把持部材９´を把持し、内側押圧部材４´の先端部に形成された押圧部４３´を、４つの環状の分割起点１００ａの内側領域５０´に位置付ける。押圧部４３´は、非押圧状態において、外側押圧部材３´よりも下方に突出するように設定されていることから、外側押圧部材３´よりも先に、板状物１００に当接する。作業者は、押圧部４３´を環状の分割起点１００ａに当接させながらコイルスプリング７´の弾性力に抗して分割工具１´をさらに下方に押し込むことにより、外側押圧部材３´が、環状の分割起点１００ａの周囲に形成された押圧領域５２´に当接し、環状の分割起点１００ａを囲む外側領域を下方に押し込み、分割起点１００ａ〜１００ｃを起点として、板状物１００が分割され、円形部材が切り出される。

なお、図３（ａ）に示すように、１枚の板状物１０から１つの環状の分割起点１０ａを分割起点として円形部材を切り出す場合は、外側押圧部材３の下面全面を分割起点１０ａの外側領域に当接させたが、図４に示す他の実施形態では、板状物１００において隣接する複数の外側領域に跨る領域を押圧領域５２´として、当該領域を１つの外側押圧部材３´で押圧するようになっている。これにより、分割工具１´は９つの外側押圧部材３´で板状物１００の押圧領域５２´を押圧し、４つの円形部材を同時に分割して切り出すことが可能になっている。

なお、本発明は、上述した二つの実施形態に限定されるものではなく、例えば、１つの板状物から分割して切り出す円形部材の数を６つ、９つ等にする等、任意の数に設定することが可能である。また、上述した二つの実施形態では、環状の分割起点として、円形状の部材を切り出すための分割起点を示したが、これに限定されず、例えば楕円形状の分割起点とすることができ、環状である限り、その形状は限定されない。さらに、上記実施形態では、把持部材を配設し、作業者が上方から板状物に分割工具を押し込む例を示したが、これに限定されず、把持部材を廃して、プレス機械等に連結板を取り付けて、機械的に押し込むように設定することも可能である。特に板状物から多数の環状部材を切り出す場合にはプレス機械に取り付けることは有効である。そして、内側押圧部材の先端部に形成される押圧部は、切り出される環状部材の大きさ、形状に合わせて交換が可能な構成にすることもできる。

また、上記した実施形態では、分割起点を形成するレーザー加工として、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を所要位置に位置付けて表面から裏面に至り、細孔と該細孔を囲繞する非晶質とからなる脆弱部としてのシールドトンネルを形成する加工を採用したが、本発明はこれに限定されず、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を板状物内部の所定位置に位置付けて照射することによって、脆弱部としての改質層を内部に形成するレーザー加工であってもよい。その場合は、例えば以下のような加工条件とすることができる。
波長 ：１３４２ｎｍ
平均出力 ：０．１８Ｗ
繰り返し周波数 ：８０ｋＨｚ
スポット径 ：φ１μｍ
加工送り速度 ：１８０ｍｍ／秒

なお、分割起点として改質層を形成する場合に、より脆弱な分割起点とするためには、分割起点予定ラインに沿って、深さ方向に集光点位置を変更しながら複数回レーザー加工をすることにしてもよい。また、上述した実施形態では、環状の分割起点の周囲を４つの外側押圧部材により押圧する例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図２に示す板状物１０の環状の分割起点１０ａの外側を、２つの領域、或いは３つの領域に分割されるように分割起点１０ｂを形成し、外側押圧部材を２個、或いは３個としてもよい。

１：分割工具
２：連結部材
３：外側押圧部材
４：内側押圧部材
７：コイルスプリング
８：固定部材
９：把持部材
１０、１００：ガラス板（板状物）
２０：レーザー光線照射手段
３０、３０´：可撓性シート

Claims (6)

1. 分割の起点が環状に形成された板状物を内側と外側とに分割する分割工具であって、
   環状に形成された分割起点の内側を押圧する内側押圧部材と、環状に形成された分割起点の外側を押圧する外側押圧部材と、該内側押圧部材と該外側押圧部材とを連結する連結部材と、を備え、
   該内側押圧部材は該連結部材に対して進退自在に装着され、該内側押圧部材の先端は、非押圧状態において、該外側押圧部材の先端よりも押圧方向に突出するように付勢される分割工具。
2. 該内側押圧部材は、該連結部材に対して伸縮部材により押圧方向に付勢されて装着される請求項１に記載の分割工具。
3. 該外側押圧部材は、該内側押圧部材を中心にして外周に４個配設される請求項１、又は２に記載の分割工具。
4. 該内側押圧部材が連結部材に対して所定の間隔で複数装着されると共に、該外側押圧部材が該内側押圧部材に対応して複数装着される請求項１、又は２に記載の分割工具。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載された分割工具の使用方法であって、
   分割の起点が環状に形成された板状物を可撓性シートに配設する可撓性シート配設工程と、
   板状物に環状に形成された分割起点の内側を該内側押圧部材で押圧しながら外側を該外側押圧部材で押圧して分割する分割工程と、
   から少なくとも構成される分割工具の使用方法。
6. 該分割工程は、該内側押圧部材及び該外側押圧部材による押圧時に、可撓性シートを拡張して実施する請求項５に記載された分割工具の使用方法。