JP6897951B2

JP6897951B2 - カッターホイール

Info

Publication number: JP6897951B2
Application number: JP2016256570A
Authority: JP
Inventors: 貴裕地主; 阿部　浩; 浩阿部
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2021-07-07
Anticipated expiration: 2036-12-28
Also published as: CN108249749A; TWI752133B; JP2018108660A; TW201825418A; CN108249749B; KR102453527B1; KR20180077025A

Description

本発明は、ガラス等の脆性材料基板や、２枚の脆性材料基板を貼り合わせた貼り合わせ基板の表面に分断用のスクライブライン（切り溝）を加工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。

従来、ガラス基板等の脆性材料基板（以下「基板」ともいう）を分断する加工では、カッターホイールを基板表面に押し付けて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、直径１〜４ｍｍの円板体の円周面に互いに交わる２つの斜面による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。

上記のカッターホイールとして、刃先稜線が滑らかに仕上げられたカッターホイール（以下これを「ノーマルカッターホイール」という）と、刃先稜線に所定のピッチで溝部（切り欠き）を設けたカッターホイール（以下これを「溝付きカッターホイール」という）とがある。後者の溝付きカッターホイールでは、溝部のピッチが例えば２０〜２００μｍで形成され、溝部の刃先稜線方向に沿った長さが溝の深さに対して１．５〜２．５倍の比率で形成されているのが一般的である。

これらのカッターホイールによって形成されるスクライブラインについて、図３を参照しつつ説明する。図３は、基板に形成されるスクライブラインのリブマーク及び垂直クラックを示すものであって、図３（ａ）はスクライブライン方向に沿った断面図であり、図３（ｂ）はスクライブラインを直交する方向に沿った断面図である。
スクライブラインＳは、基板表面のカッターホイールの食い込み痕跡である塑性変形領域と、塑性変形領域直下に生じ、基板Ｗの厚み方向に浸透する垂直クラック８とにより形成される。垂直クラック８の上部には、所定の深さにわたってリブマーク７と呼ばれる特徴的な痕跡が生じる。図３のＬ１は基板Ｗ表面からのリブマーク量（深さ）を表し、Ｌ２は基板Ｗ表面からの垂直クラック量（浸透深さ）を表すものである。

ノーマルカッターホイールでは、スクライブライン形成時にきれいな溝面を形成することができるものの、その反面、基板表面に対する食い込み力が小さく刃先が滑りやすいといった欠点がある。これに対し、刃先稜線に溝部（切り欠き）を設けた溝付きカッターホイールでは、溝部と刃先稜線部（凸部）とが交互に形成されているこれにより、ノーマルカッターホイールに比べて高いスクライブ荷重で基板表面に食い込むことができ、上記したリブマークや垂直クラックによるスクライブラインを効果的に形成することができる。

特許第３７８７４８９号公報

しかし、上記の溝付きカッターホイールであっても、液晶表示パネルなどの貼り合わせ基板におけるシール部直上でのスクライブラインの加工には問題があった。
図７及び図８は、分断前の液晶表示パネルのマザー基板を示すものであって、２枚の大面積ガラス基板Ｗ、Ｗ、すなわち、液晶を駆動する薄膜トランジスタＴＦＴ（Thin Film Transistor）等の電子デバイスが形成されたガラス基板と、対向電極が形成されたガラス基板とを、シール部１０を介して複数の液晶注入領域１１をなすように貼り合わせて形成されている。そして、近年ではこのシール部１０の直上位置で大面積ガラス基板Ｗにカッターホイール１２でスクライブラインＳを加工し、次の工程でスクライブラインＳから単位製品に分断するようにしている。

このシール部１０の直上でカッターホイール１２を用いてガラス基板ＷにスクライブラインＳを加工する場合、従来の溝付きカッターホイールでは、シール部１０の素材が持つ弾性等やシールによる基板の内部応力の変化により、基板表面に水平方向に走る不規則な亀裂（水平クラック）が生じやすく、あるいは垂直クラックが十分に形成できないといった問題点があった。垂直クラックが不十分であると、スクライブラインにおいて分断できなかったり、分断面に傷痕等の破壊が生じたりして端面強度が劣化するなどの不具合が発生し、不良品の発生頻度が高くなる。

そこで本発明は、ガラス等の脆性材料基板に対して水平クラックが少なく、高浸透のスクライブラインを形成でき、これにより端面強度に優れた単位製品に分断することの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。すなわち本発明は、円周面に互いに交わる２つの斜面によるＶ字形の刃先稜線を有し、この刃先稜線の全域に所定のピッチで溝部が加工され、前記溝部と残った刃先稜線部とが交互に形成されている円板状のカッターホイールであって、前記溝部の深さが１〜３μｍで形成され、この溝部の長さが当該溝部の深さの３．５〜８倍で形成され、前記刃先稜線部の長さが５〜１５μｍで形成されている構成とした。
ここで、前記カッターホイールの直径を１〜５ｍｍとし、前記２つの斜面が交わる刃先角度が９０〜１２０°とするのがよい。

上記のごとく構成されたカッターホイールによれば、刃先稜線部のエッジが基板に食い込んで深いリブマークを形成すると共に、分断に必要な高浸透の垂直クラックを形成することができる。特に本発明では、溝部の長さを当該溝部の深さの３〜８倍と長くしたので、刃先稜線部に荷重を集中させ、基板に垂直クラックが浸透しにくい条件においてもスクライブラインを高浸透で加工することができるとともに、水平クラックの発生を抑制することができる。これにより、次のブレイク工程できれいな分断面でブレイクすることができ、端面強度に優れた単位製品を得ることができるといった効果がある。

本発明に係る溝付きカッターホイールの側面図。本発明に係る溝付きカッターホイールの正面図。脆性材料基板に形成されるスクライブラインを示す断面図。本発明に係る溝付きカッターホイールを用いたスクライブ試験データを示す図。図４の数値データを線グラフに表した図。本発明に係る溝付きカッターホイールのスクライブライン形成領域を棒グラフに表した図。加工対象となる貼り合わせ基板を示す平面図。図６の断面図。スクライブ装置を概略的に示す正面図。

以下において、本発明の溝付き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は本発明に係る溝付きカッターホイールＡを示す側面図であり、図２はその正面図である。なお、図１の円で囲った領域を同図右上において拡大して示した。この溝付きカッターホイールＡは、工具特性に優れた金属材料、例えば超硬合金や焼結ダイヤモンド、単結晶ダイヤモンド等から作製され、円板状のボディ１の中心に取り付け用の軸受孔２を有し、円周面に互いに交わる左右の斜面３ａ、３ａからなる刃先稜線４が形成されている。溝付きカッターホイールＡの直径Ｄは２〜４ｍｍのものから選択されるが、本実施形態では直径Ｄを２ｍｍとした。また、左右の斜面３ａ、３ａが交わる刃先角度αが１００°または１０５°、厚みが６５０μｍ、軸受孔２の内径が０．８ｍｍで形成されている。

さらに、本発明の溝付きカッターホイールＡは、刃先稜線４の全域に所定のピッチで溝部５…が加工され、この溝部５と、残った刃先稜線部６とが交互に形成されることにより構成されている。

本発明の溝付きカッターホイールＡの第１の実施形態では、カッターホイール全周を２７５分割して溝部５を形成し、当該溝部５の深さ５ｂを２．５μｍとし、溝部５の円周方向の長さ５ａを深さ５ｂの約４．５倍の１１．５μｍとし、刃先稜線部６の円周方向の長さ６ａを１２．５μｍで形成した。また、２つの斜面３ａ、３ａが交わる刃先角度αを１００°とした。以下、この第１の実施形態の溝付きカッターホイールをホイールＮｏ．１とする。
第２の実施形態では、溝部５の分割数や溝部５の長さ５ａ及び深さ５ｂ、刃先稜線部６の長さ６ａがホイールＮｏ．１と同じであって、刃先角度αを１０５°とした。以下、これをホイールＮｏ．２とする。
第３の実施形態では、溝部５の分割数が２７５で、当該溝部５の深さ５ｂを３μｍとし、溝部５の長さ５ａを１１．５μｍとし、刃先稜線部６の長さ６ａを１２．５μｍで形成した。また、刃先角度αを１００°とした。以下、これをホイールＮｏ．３とする。
第４の実施形態では、溝部５の分割数や溝部５の長さ５ａ及び深さ５ｂ、刃先稜線部６の長さ６ａがホイールＮｏ．３と同じであって、刃先角度αを１０５°とした。以下、これをホイールＮｏ．４とする。
第１の比較例では、溝部５の分割数が３００で、当該溝部５の深さ５ｂを３μｍとし、溝部５の長さ５ａを９μｍとし、刃先稜線部６の長さ６ａを８．５μｍで形成した。また、刃先角度αを１００°とした。以下、これをホイールＮｏ．５とする。
第２の比較例では、溝部５の分割数や溝部５の長さ５ａ及び深さ５ｂ、刃先稜線部６の長さ６ａがホイールＮｏ．５と同じであって、刃先角度αを１０５°とした。以下、これをホイールＮｏ．６とする。

上記のごとく構成した溝付きカッターホイールＡを、図９に示すスクライブ装置Ｂのスクライブヘッド１３に取り付け、テーブル１４上に載置したガラス基板Ｗの表面に押し付けながら相対的に直線移動させることにより、ガラス基板Ｗの表面に分断用のスクライブラインＳを加工する。
このとき、上記したホイールＮｏ．１〜６の溝付きカッターホイールＡでは、いずれの場合も図４、５に示す通り、ガラス基板Ｗにリブマークを形成することができ垂直クラックを形成することができた。

図４はホイールＮｏ．１〜６の各溝付きカッターホイールＡをそれぞれ０．０５ＭＰａ、０．０６ＭＰａ、０．０７ＭＰａのスクライブ荷重でガラス基板Ｗに対し複数回ずつスクライブ試験したときのリブマーク量Ｌ１、及び垂直クラック量Ｌ２の平均値を示すものである。なお、加工対象となるガラス基板Ｗは厚み０．２ｍｍのものを用いた。
さらに、図５は、図４の各数値データを線グラフで表したものであって、図５（ａ）は基板表面からリブマークの深さを示すものであり、図５（ｂ）は基板表面からリブマークを含めた垂直クラックの深さを示すものである。
また、図６は各溝付きカッターホイールＡのスクライブ荷重の観点から見たスクライブライン形成領域を棒グラフで表したものである。

これによれば、本発明に係るホイールＮｏ．１〜６の溝付きカッターホイールＡでは、最低の４２．９９μｍから最高で６２．９９μｍの深いリブマーク量Ｌ１が検出された。また、垂直クラック量Ｌ２でも最低の１７４．２０μｍから最高で１９０．１２μｍの高浸透の数値が検出された。この試験データから、ガラス基板Ｗに確実にリブマークを形成すると共に、分断に必要な垂直クラックが形成されたことがわかる。

ここで、図６から、刃先角度１００°のＮｏ．１、３、５については比較的低荷重からリブマークが形成され、垂直クラックが生じていることがわかる。しかし、比較例であるＮｏ．５においては、全ての領域で垂直クラックが比較的浅くなっており、特に低荷重側の０．０５ＭＰａで差が大きくなっている。このことからは、同じ荷重でスクライブしていても、Ｎｏ．１、３においてはより効率的に基板に荷重が伝えられていると考えられる。
本試験条件においては、刃先角度１００°で特にこのような傾向が顕著であるが、基板の厚さ等を変更したスクライブ条件においては刃先角度１０５°においても同様の傾向が見られた。
このように、溝部５の長さ５ａを溝部５の深さ５ｂの３．５〜８倍と長くしたことで、刃先稜線部６のエッジに荷重が集中し、スクライブ領域の低荷重側においても効率良く深い垂直クラックを形成することができるとともに、余分な荷重による水平クラックが発生しにくくなる。
通常、シール上でのスクライブにおいては、基板の内部応力の変化により垂直クラックが入りにくく、一方で水平クラックが生じやすい。しかし、図４に示すようなスクライブ形成領域の０．０５ＭＰａの比較的低いスクライブ荷重で、スクライブラインＳを高浸透で加工することが容易にできる。これにより、水平クラックの発生を抑制し、次のブレイク工程できれいな分断面でブレイクすることができ、端面強度に優れた単位製品を得ることが可能となる。

なお、試験データの提示は省略するが、上記の直径２ｍｍの溝付きカッターホイールＡと同じ刃先構成を有する直径３ｍｍの溝付きカッターホイールや直径４ｍｍの溝付きカッターホイールの場合でも、上記した直径２ｍｍの溝付きカッターホイールＡと同じような深いリブマークと高浸透の垂直クラックを有するきれいなスクライブラインを形成することができた。

上記した溝付きカッターホイールＡの溝部５の長さ５ａ及び深さ５ｂの数値は、最も好ましい一例として示したものであって、本発明は上記の数値に限定されるものではなく以下の範囲内で実施することができる。すなわち、溝部５の深さ５ｂは１〜３μｍ、溝部５の長さ５ａは深さ５ｂの３．５〜８倍、刃先稜線部の長さが５〜１５μｍの範囲内で実施可能である。また、刃先角度αも９０〜１２０°の範囲のものが許容できる。さらに、溝部５の側面形状も、図１に示した台形状に代えてＶ字形状や円弧形状としてもよい。

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はなく、本発明の目的を達成し、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、ガラス等の脆性材料基板や、２枚の脆性材料基板を貼り合わせた貼り合わせ基板の表面に分断用のスクライブラインを加工する際に使用されるカッターホイールに好適に利用される。

Ａ溝付きカッターホイール
Ｂスクライブ装置
Ｓスクライブライン
Ｗ脆性材料基板
α 刃先角度
１ボディ
２軸受孔
３ａ斜面
４刃先稜線
５溝部
５ａ溝部の長さ
５ｂ溝部の深さ
６刃先稜線部
６ａ刃先稜線部の長さ
７リブマーク
８垂直クラック

Claims

円周面に互いに交わる２つの斜面によるＶ字形の刃先稜線を有し、この刃先稜線の全域に所定のピッチで溝部が加工され、前記溝部と残った刃先稜線部とが交互に形成されている円板状のカッターホイールであって、
前記溝部の深さが１〜３μｍで形成され、この溝部の長さが当該溝部の深さの３．５〜８倍で形成され、前記刃先稜線部の長さが５〜１５μｍで形成されているカッターホイール。
前記カッターホイールの直径が１〜５ｍｍであり、前記２つの斜面が交わる刃先角度が９０〜１２０°である請求項１に記載のカッターホイール。