JP6746128B2

JP6746128B2 - カッターホイール

Info

Publication number: JP6746128B2
Application number: JP2016102903A
Authority: JP
Inventors: 福西　利夫; 利夫福西; 弘義林; 純平飯田
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2036-05-24
Also published as: KR102380301B1; TWI732864B; TW201808569A; CN107415065B; JP2017209816A; CN107415065A; KR20170132665A

Description

本発明は、脆性材料基板にスクライブライン（切り溝）を加工したり、分断したりするとき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。
特に本発明は、アルミナ、ＨＴＣＣ、ＬＴＣＣ等のセラミック基板やサファイア基板、シリコン基板等、非晶質のガラス基板よりも硬い脆性材料基板にスクライブラインを加工したり、分断したりするのに適した単結晶ダイヤモンドからなるカッターホイールに関する。

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、単位基板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。

脆性材料基板にスクライブラインを加工するカッターホイールは、円周面にＶ字形の刃先を有し、中心に取り付け用の軸受孔を備えたカッターホイールが用いられる。カッターホイールは、例えば直径が約０．７〜５．０ｍｍと非常に小さく、圧接状態で連続して反復使用されるため刃先の使用環境は劣悪である。そのため、カッターホイールには可能な限り工具特性に優れた材料が求められる。

耐摩耗性や研削性等の工具特性に特に優れた材料としては、焼結ダイヤモンド（ＰＣＤ）が知られている。ＰＣＤは、コバルトを媒体として微細なダイヤモンド粒子を高温高圧下で焼結して形成された材料であり、難加工材用の切削工具に利用されている。このＰＣＤを材料としたカッターホイールの製造方法については特許文献２に開示されている。

特許第３７８７４８９号公報特開２０１１−９３１８９号公報

しかしながら、前述の通りＰＣＤは微細なダイヤモンド粒子を焼結して形成された材料であるから、ＰＣＤ製のカッターホイールを劣悪な使用環境で長期間使用すると、ダイヤモンド粒子とコバルトとの硬度差によりダイヤモンド粒子間に介在するコバルトが摩耗したり、ダイヤモンド粒子が欠落したりして刃先表面に微細な凹凸が発生する。カッターホイールの表面に凹凸が発生すると、強度や切れ味が劣化してきれいなスクライブラインを加工することができず、結果としてカッターホイールの使用寿命が短くなる。

そこで最近では、より硬度の高い基板のスクライブ時にも使用可能で、ＰＣＤよりも硬い単結晶ダイヤモンドからなるカッターホイールが注目されている。ところで、単結晶ダイヤモンド製のカッターホイールは、硬くて優れた切れ味を有する反面、劈開性（特定の方向へ割れる性質）を有するため、使用中の割れを抑制する工夫が必要となる。

また、カッターホイールの軸受孔の真円度、円筒度、表面粗さ並びに軸受孔に対するホイール側面の直角度（直交度）の加工精度は、カッターホイールの転がり時のブレに大きく影響する。カッターホイールがブレるとスクライブラインの真直度（直線度）に影響し、スクライブラインが左右に振れて基板をきれいに分断することができない。特に、半導体基板のチップ加工では、加工幅がミクロン単位であり、素子の微細化によりさらに加工幅が狭くなると想定されることから、スクライブラインの振れを数μｍ未満に抑制する必要がある。

そこで本発明は、硬度の高い脆性材料基板に対しても、長期にわたって切れ味よく使用することができ、しかも転動時にブレがなく直線状のきれいなスクライブラインを形成することができる高品質の単結晶ダイヤモンド製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、外周面に左右の斜面からなる刃先部を有し、中心部に取り付け用の軸受孔を備えた円板状のカッターホイールが単結晶ダイヤモンドで形成され、前記軸受孔の内径が０．３〜１．１ｍｍであって、その真円度が０．５μｍ以下であり、円筒度が１μｍ以下であり、表面粗さが算術平均粗さで０．０１μｍ以下となるように構成した。
ここで、前記軸受孔とカッターホイール側面との直角度が０．２°以下となるようにするのがよい。
また、前記刃先部の左右斜面の表面粗さが算術平均粗さで０．０１μｍ以下であり、前記左右斜面の交わる刃先角度が９０〜１６０°となるようにするのがよい。

上記のごとく構成されたカッターホイールは、軸受孔の表面が鏡面状となって、軸受孔内径の加工精度に起因する回転ブレが最小限に抑制され、直線状のきれいなスクライブラインを形成することができるとともに、単結晶ダイヤモンド製カッターホイールの弱点である微小な傷が原因となる割れを防止することができ、これにより長期にわたって切れ味よく使用することができるといった効果がある。

本発明のカッターホイールを示す断面図と側面図。本発明のカッターホイールの製造工程を示す図。本発明のカッターホイールにおける軸受孔の真円度と円筒度の測定手段を示す説明図。本発明のカッターホイールにおける軸受孔とホイール側面との直角度の測定手段を示す説明図。本発明のカッターホイールにおける軸受孔の表面粗さの測定手段を示す説明図。

以下において、本発明のカッターホイールについて、図に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係るカッターホイールＡを示す図であって、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は側面図である。
カッターホイールＡは、全体が単結晶ダイヤモンドで作製され、円板状ボディ１の中心に取り付け用の軸受孔２を有し、外周面に左右の斜面３ａ、３ａからなる刃先部３が設けられている。本実施例では、カッターホイールＡの外径Ｄが２ｍｍ、厚みｔが６５０μｍ、軸受孔２の内径が０．８ｍｍ、左右の斜面３ａが交わる刃先角度が１１０°となるように形成した。また、軸受孔２の両端縁には面取り部２ａが形成されている。

このカッターホイールＡの作製時には、まず、図２（ａ）に示すように、側面視が円形で外周面が平らであり、中心に軸受孔２を有する円板状ボディＡ’を加工する。円板状ボディＡ’の厚みｔは、完成品のカッターホイールＡの厚みと同じ６５０μｍである。

この円板状ボディＡ’の軸受孔２を、図２（ｂ）に示すように、研磨装置の回転軸４に挿入して円板状ボディＡ’を取り付け、円板状ボディＡ’を回転させながら研磨砥石５を円板状ボディＡ’の外周面の側縁部分に押し付けて、刃先部３の一方の斜面３ａを加工し、次いで円板状ボディＡ’を反転させてもう一方の斜面３ａを加工する。これにより、図１（ａ）に示すような左右の斜面３ａ、３ａからなる刃先部３を備えたカッターホイールＡが形成される。

軸受孔２の加工時には、面取り部２ａを除いた部分の真円度が０．５μｍ以下、円筒度が１μｍ以下、表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で０．０１μｍ以下となるように加工する。また、軸受孔２の軸心とカッターホイールＡの側面との直角度が０．２°以下、好ましくは０．１°以下となるように加工する。

また、刃先部３の斜面３ａの表面も、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．０１μｍ以下となるように仕上げ研磨加工するのがよい。

軸受孔２の真円度並びに円筒度の測定は、図３に示すように、超硬合金またはルビーで形成された測定装置の球端子（接触子）６を軸受孔２の内周面に接触させ、カッターホイールＡを回転させて行う。測定範囲Ｌ１は、軸受孔２全長の７０％以上の領域にわたって３箇所以上、好ましくは５箇所以上とするのがよい。

軸受孔２の軸心とカッターホイールＡの側面との直角度の測定は、図４に示すように、治具７の回転軸８に軸受孔２を挿入してカッターホイールＡを回転させ、測定装置の球端子６をカッターホイールＡの上側側面の中間位置に接触させて行う。球端子６の接触位置は、例えばカッターホイールＡの外径が２〜３ｍｍの場合に、軸受孔２の軸心からの距離Ｌ２を０．６５ｍｍとするのがよい。この測定時の側面傾斜角αが直角度となる。
ちなみに、傾斜角αが０．２°の場合、球端子６の接触点での高低差は約４．５μｍであり、傾斜角αが０．１°の場合、高低差は約２．３μｍとなる。

軸受孔２の表面粗さの測定は、図５に示すように、測定装置の端子９を軸受孔２の内周面に接触させ、カッターホイールＡを回転させながら端子９を軸受孔２の軸方向に移動させて行う。この場合も、測定範囲Ｌ１は軸受孔の７０％以上とするのがよい。端子９は、超硬合金またはルビーで形成されたものを用いた。

上記のごとく構成されたカッターホイールＡでは、軸受孔２の内径の加工精度に起因する回転ブレが最小限に抑制され、直線状のきれいなスクライブラインを形成することができる。また、軸受孔２の表面が鏡面状となることにより割れの起点となる微小な溝が発生しにくくなってカッターホイールＡの割れが防止され、長期にわたって使用することができるようになる。

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。例えば本発明では、上記実施例で示した外径２ｍｍのものを含め、外径が０．７〜５．０ｍｍのカッターホイールに適用することができる。また、軸受孔の内径も０．３〜１．１ｍｍの範囲内で選択でき、刃先角度も９０〜１６０°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、ガラス基板をはじめ、セラミック基板やサファイア基板、シリコン基板等のより硬い脆性材料基板にスクライブラインを加工したり、分断したりするときに使用されるカッターホイールに利用することができる。

Ａカッターホイール
１ボディ
２軸受孔
３刃先部
３ａ斜面

Claims

外周面に左右の斜面からなる刃先部を有し、中心部に取り付け用の軸受孔を備えた円板状のカッターホイールが単結晶ダイヤモンドで形成され、
前記軸受孔の内径が０．３〜１．１ｍｍであって、その真円度が０．５μｍ以下であり、円筒度が１μｍ以下であり、表面粗さが算術平均粗さで０．０１μｍ以下であるカッターホイール。
前記軸受孔とカッターホイール側面との直角度が０．２°以下である請求項１に記載のカッターホイール。
前記刃先部の左右斜面の表面粗さが算術平均粗さで０．０１μｍ以下であり、前記左右斜面の交わる刃先角度が８０〜１６０°である請求項１または請求項２に記載のカッターホイール。