KR100573986B1 - 스크라이브 헤드 및 그 스크라이브 헤드를 이용한 스크라이브 장치 및 스크라이브 방법 - Google Patents

스크라이브 헤드 및 그 스크라이브 헤드를 이용한 스크라이브 장치 및 스크라이브 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 스크라이브 헤드1은, 스크라이브 커터의 승강을 서보모터3의 회전에 의하여 하고 또한 서보모터3의 회전토크를 스크라이브 커터로의 스크라이브 압력으로서 전달한다. 스크라이브 라인을 가로질러서 스크라이브 하는 경우에는, 그 스크라이브 라인을 통과할 때에 일시적으로 스크라이브 압력을 높인다. 또한 서보모터3의 회전토크는, 스크라이브 헤드의 커터6이 취성재료기판 상을 이동하는 위치에서 미리 설정된 제한치로 제어된다. 서보모터3은 위치제어된다.

Description

스크라이브 헤드 및 그 스크라이브 헤드를 이용한 스크라이브 장치 및 스크라이브 방법{SCRIBE HEAD, SCRIBE APPARATUS AND SCRIBE METHOD USING THE SCRIBE HEAD}
본 발명은, 판유리(板 glass), 반도체 웨이퍼(半導體 wafer), 세라믹(ceramic) 등의 취성재료기판(脆性材料基板)에 스크라이브 라인(scribe line)을 형성하는 스크라이브 헤드(scribe head) 및 그 스크라이브 헤드를 이용한 스크라이브 장치 및 스크라이브 방법에 관한 것이다.
도16은 종래에 있어서의 스크라이브 헤드(scribe head)50의 구조를 나타내는 도면이고, 도17은 그 측면도를 나타내는 도면이다. 커터 휠 팁(cutter wheel tip)51을 회전 가능하게 하는 팁 홀더(tip holder)52는, 홀더 지지부(holder 支持部)54에 설치된 연직방향의 축수 베어링55(軸受 bearing)를 통하여 좌우로 회전할 수 있도록 설치되고, 이에 따라 본 스크라이브 헤드50의 이동(도16에서는 우측방향으로 이동)에 따라 팁 홀더52는 그 이동방향을 따르도록 좌우로 회전한다.
그 홀더 지지부54 상에는 작은 갭(gap)G를 사이에 두고 스크라이브 유닛(scribe unit)56이 위치하고 있다. 홀더 지지부54의 우측의 소정 부분에 베어링(bearing)57이 지면(紙面)과 직교하는 방향으로 설치되고, 그 베어링57의 중축(中軸)57a는 스크라이브 유닛56측과 일체(一體)로 되어 있다. 그리고 홀더 지지부54의 좌측 하단부는 스토퍼(stopper)53에 닿아 있다. 이에 따라 홀더 지지부54는, 도면에 나타나 있는 갭G의 범위 내에서 베어링57을 지점(支點)으로 하여 회전한다.
스크라이브 유닛56 내에는 상하방향으로 연장되는 에어 실린더실(air cylinder室)58이 형성되어 있고, 그 에어 실린더실58 내에는 피스톤(piston)59가 삽입되어 그 피스톤59의 하단부에 형성된 오목부에 베어링60이 느슨하게 삽입된 상태로 수용되어 있고, 그 중축60a는 피스톤59에 의하여 지지되어 있다. 따라서 베어링60의 외주체(外周體)는 자유롭게 회전하고, 그 하단부가 홀더 지지부54에 상방으로부터 접촉되어 있다. 여기에서 에어 실린더실58에 소정 압력의 공기를 통과시킴으로써 베어링60과 함께 피스톤59가 하방으로 밀려 커터 휠 팁51에 소정의 스크라이브 압력(scribe 壓力)(스크라이브 하중(scribe 荷重))이 부여된다. 베어링60은, 홀더 지지부54가 기운 상황이더라도 피스톤59로부터의 가압(加壓)을 홀더 지지부54에 대하여 항상 바로 아래방향으로 전달하기 위한 것이다.
이 스크라이브 헤드50은, 도17에 나타나 있는 바와 같이 스크라이브 장치66의 수평방향의 가이드 레일(guide rail)67을 따라 이동 가능하게 설치 되어 있고 또한 승강 실린더(昇降 cylinder) 또는 모터(motor)65의 구동에 의하여 승강이 가능하도록 되어 있다. 스크라이브 헤드50을 하강시키면 커터 휠 팁51이 글래스 판(glass 板)W에 닿는다. 그 후에는 베어링57을 지점(支點)으로 하여 홀더 지지부54가 회전하고, 이에 따라 스토퍼53에 틈이 발생하면 이것이 검출되어 스크라이브 헤드50의 하강이 정지된다. 또한 소정의 파임량(壓入量)만큼 스크라이브 헤드50이 하강되고, 그 후에 에어 실린더실58에 소정의 스크라이브 압력이 설정된다.
도18에 나타나 있는 일본국 공개특허공보 특개평8-225333호 공보에 개시된 판유리 절단장치20에서는, 글래스 커터(glass cutter)38의 승강 동작 및 원하는 스크라이브 압력 등을 검출하기 위하여 압전소자(壓電素子)를 이용한 검출부(檢出部)24를 이용하고, 그 압전소자에서 검출한 신호를 증폭부(增幅部)39, 처리부(處理部)26에서 처리하고 그리고 컨트롤부(control 部)28에 의하여 리니어 모터(linear motor)22를 제어하도록 되어 있다.
그러나 도16에서의 스크라이브 헤드50에서는 커터 휠 팁51을 소정의 레벨(leval)까지 하강시키기 위한 모터 및 원하는 스크라이브 압력을 설정하기 위하여 전공변환기(電空變換器) 등의 복잡한 기구가 필요하다. 도18에서의 장치에 있어서도 검출부24나 그 검출신호를 처리하기 위한 회로가 필요하게 되어 스크라이브 헤드의 기구가 복잡하게 된다. 또한 이동자(移動子)의 관성(慣性)이 크기 때문에 응답성(應答性)이 나쁘게 되어 스크라이브 품질을 안정시키는 것이 어렵다.
한편 전자부품의 재료로서 사용되는 칩(chip) 모양의 사각형 글래스는, 1장의 큰 글래스 판을 모재(母材)로 하여 이 모재로부터 여러 장의 사각형 글래스로 절단함으로써 얻을 수 있다. 절단에 있어서는, 우선 모재 표면에 대하여 커터 휠 팁을 한 방향으로 주행시키는 작업을, 주행시작 위치를 순차적으로 어긋나게 하면서 소정의 회수 반복하여 병렬(竝列)하는 스크라이브 라인을 형성한 후에, 다음에는 커터 휠 팁의 주행방향을 이전과는 교차하는 방향으로 변경함으로써 서로 교차하는 스크라이브 라인을 형성하는 크로스 스크라이브(cross scribe) 작업을 한다. 다음에 이렇게 하여 크로스 스크라이브 된 모재를 브레이크 머신(brake machine)으로 보내고, 여기에서 모재에 대하여 소정의 압력을 가하여 모재에 형성된 스크라이브 라인을 따라 휨 모멘트(bending moment)를 가함으로써 모재를 스크라이브 라인을 따라 절단하고, 이에 따라 목적으로 하는 칩 모양의 사각형 글래스를 얻는다.
상기한 스크라이브 작업에 사용되는 스크라이브 장치로서는, 예를 들면 도19에 나타나 있는 바와 같은 장치가 공지되어 있다. 이 도면에 있어서 좌우방향을 X방향, 지면과 직교하는 방향을 Y방향으로 하여 설명한다.
이 스크라이브 장치는, 재치(載置)된 글래스 판GL을 진공흡착수단(眞空吸着手段)에 의하여 고정하고 수평으로 회전할 수 있는 테이블(table)70과, 이 테이블70을 Y방향으로 이동시킬 수 있도록 피벗지지(pivot 支持)하는 평행한 한 쌍의 안내 레일(案內 rail)71, 71과, 이 안내 레일71, 71을 따라 테이블70을 이동시키는 볼 나사(ball screw)72와, X방향을 따라 테이블70의 상방에 가설(架設)되는 가이드 바(guide bar)73과, X방향으로 슬라이딩(sliding) 가능하도록 이 가이드 바73에 설치되는 스크라이브 헤드76과, 이 스크라이브 헤드76을 슬라이딩(sliding)시키는 모터74와, 스크라이브 헤드76의 하부로 승강이동이 가능하고 동시에 좌우로 회전할 수 있도록 설치되는 팁 홀더77과, 이 팁 홀더77의 하단에 회전 가능하게 장착되는 커터 휠 팁78과, 가이드 바73의 상방에 설치되어 테이블70 상의 글래스 판GL에 형성되어 있는 얼라인먼트 마크(alignment mark)를 인식하는 한 쌍의 CCD카메라75를 구비하는 것이다.
이러한 구성의 스크라이브 장치에 있어서는, 글래스 판GL의 면에 필연적으로 존재하는 미세한 요철 및 그 이외의 요인에 의하여 스크라이브 헤드의 주행 시에 스크라이브 라인에 비뚤어짐이 발생하는 것을 방지하는 방법이 스크라이브 헤드에 구현되어 있다. 즉 도20에 나타나 있는 바와 같이 팁 홀더77을, 글래스 판GL 면과 직교하는 회전축(回轉軸)79의 축심(軸心)을 중심으로 하여 회전할 수 있도록 스크라이브 헤드 본체(scribe head 本體)76A에 회전축79를 통하여 설치함과 아울러 이 팁 홀더77에 있어서 회전축79의 축심 위치Q1로부터 주행방향(도면에 있어서 화살표S 방향)과는 역방향(逆方向)으로 벗어난 위치Q2에 커터 휠 팁78을 설치함으로써 스크라이브 헤드의 주행 중에 커터 휠 팁78을 스크라이브 헤드 본체76A에 추종(追從)시키고 이에 따라 커터 휠 팁78의 직진(直進) 안정성을 얻어 스크라이브 라인에 일그러짐이 발생하는 것을 방지하고 있다.
그런데 상기의 스크라이브 장치에 있어서는, 글래스 판에 스크라이브 라인을 한 방향으로만 형성할 때에는 아무런 문제가 없지만, 크로스 스크라이브를 하는 경우에, 도21에 나타나 있는 바와 같이 최초로 형성된 스크라이브 라인L1∼L3을 커터 휠 팁78이 교차하여 통과하는 부근에 있어서는 뒤에 형성되는 스크라이브 라인L4∼L6이 부분적으로 형성되지 않는, 소위 교차점 건너뛰기라고 하는 현상이 발생하였다. 이러한 교차점 건너뛰기는 글래스 판의 스크라이브 시에 발생하면, 상기한 브레이크 머신에 의하여 글래스 판을 절단하려고 할 때에 스크라이브 라인을 따라 글래스 판이 잘 절단되지 않아 그 결과 불량품이 대량으로 발생하여 생산효율이 매우 나빠진다는 문제가 있었다.
이러한 문제가 발생하는 원인은, 커터 휠 팁이 기존의 스크라이브 라인을 교차하여 통과할 때에 스크라이브 헤드로부터 글래스 판의 면(面) 방향으로 가하여지고 있는 스크라이브에 필요한 힘이 스크라이브 라인의 양측에 잠재하고 있는 내부응력(內部應力)에 의하여 상쇄(相殺)되기 때문이다.
따라서 출원인은, 상기의 문제를 해결하기 위하여 취성재료기판 상을 주행하는 스크라이브 헤드 본체에 팁 홀더가 취성재료기판면과 직교하는 회전축을 통하여 상기 회전축의 축심을 중심으로 하여 회전하도록 설치됨과 아울러 이 팁 홀더에 커터 휠 팁이 상기 회전축의 축심 위치에서 상기 주 행방향과는 역방향으로 변위(變位)한 위치에 설치되어 이루어지는 스크라이브 헤드를 사용하고, 취성재료기판의 표면에 스크라이브 라인을 서로 교차시켜 형성하는 경우에 있어서, 스크라이브 중에 상기 팁 홀더를, 그 회전범위가 0°보다 크고 2° 이하의 범위가 되도록 제어하도록 하는 스크라이브 방법 및 스크라이브 헤드, 스크라이브 장치를 제안하였다(일본국 특허출원 2000-142969호). 도22는 그 한 실시예인 스크라이브 헤드의 정면도이고, 도23은 그 저면도이다.
이 스크라이브 헤드는 스크라이브 헤드 본체80과, 베어링 케이스(bearing case)81과, 팁 홀더82와, 커터 휠 팁83과, 가압수단(加壓手段)84를 구비하고 있다.
스크라이브 헤드 본체80은 그 하부가 절단되어 있고, 이 절단부(切斷部)85 내에 베어링 케이스81이 수용되어 있다. 베어링 케이스81은, 그 일단부(一端部)가 스크라이브 헤드 본체80에 삽입된 수평한 지축(支軸)86에 베어링87을 통하여 연결되는 한편, 타단부(他端部)가 스크라이브 헤드 본체80 내에 지축86과 평행하게 설치된 제지축(制止軸)88과 접촉되어 있어 제지축88에 의하여 제지되는 범위 내에서 지축86의 축심을 중심으로 하여 회전한다.
팁 홀더82는, 취성재료기판면과 직교하는 회전축89를 통하여 회전축89의 축심을 중심으로 하여 회전하도록 베어링 케이스81에 설치되어 있다. 회전축89와 베어링 케이스81의 사이에는 베어링40이 끼워져 있다. 또한 회 전축89의 상방에는 가압수단84가 설치되어 있고, 이 가압수단84에 의한 가압력(加壓力)이 회전축89 및 팁 홀더82를 통하여 커터 휠 팁83에 가하여지도록 구성되어 있다.
커터 휠 팁83은, 상기 회전축89의 축심 위치로부터 스크라이브 헤드의 주행방향S와는 역방향(도22에 있어서 좌측방향)으로 변위한 위치에서 팁 홀더82에 설치되어 있다.
여기에서 팁 홀더82는, 스크라이브 중에 회전범위A가 0°보다 크고 2° 이하로 제어되지만, 그 제어수단으로서는 베어링 케이스81의 하면에 형성된 홈41을 이용하고 있다. 즉 팁 홀더82를 그 상단부가 베어링 케이스81의 홈41 내에 수용되도록 부착하고, 팁 홀더82가 회전범위의 최대치(最大値)까지 회전하였을 때에 팁 홀더82의 상단부에 있어서의 네 모서리에 있어서 대각(對角)에 위치하는 모서리42, 45(43, 44)가 홈41의 양쪽 내벽면(內壁面)46, 47과 접촉하도록 되어 있다. 이에 따라 홈41의 양쪽 내벽면46, 47과 팁 홀더82의 상단부에 있어서의 양측면(兩側面)48, 49의 사이의 클리어런스(clearance)를 조정함으로써 팁 홀더82의 회전범위A가 상기 소정의 범위가 되도록 조정할 수 있다. 따라서 클리어런스를 크게 하면 회전범위A를 크게 할 수 있고, 반대로 클리어런스를 작게 하면 회전범위를 작게 할 수 있게 된다.
출원인이 제안한 스크라이브 헤드는, 이상에서 설명한 바와 같은 구성으로 함으로써 커터 휠 팁의 직진성(直進性)을 유지할 수 있을 만큼의 팁 홀더의 회전동작을 확보하면서 교차점 부근에 잠재하는 내부응력의 영향을 억제하여 동작을 확보할 수 있는 것이기 때문에, 크로스 스크라이브를 할 때에 스크라이브 헤드에 대한 가압력을 일정하게 한 상태에서도 교차점 건너뛰기가 발생하는 경우는 없고 또한 스크라이브 시작단에 있어서 스크라이브 라인이 형성되지 않는 경우가 없어 소기의 목적을 달성할 수 있다.
그런데 상기 스크라이브 헤드는, 커터 휠 팁이 그 회전축의 축심 위치로부터 주행방향과는 역방향으로 변위하여 팁 홀더에 설치되어 있고, 스크라이브 시에는 지축측을 선두(先頭)로 하여 주행되는 것이기 때문에 이미 형성된 스크라이브 라인과 교차할 때나 글래스의 굴곡이나 휨 또는 글래스 표면의 요철을 통과할 때에 커터 휠 팁이 상방으로 들어 올려질 수 있어 팁 홀더가 지축을 중심으로 하여 회전하여 글래스면으로부터 상승하려고 한다. 도13은 이 현상을 설명하기 위한 모식도로서, 부호GL은 글래스, 83은 커터 휠 팁, 86은 지축을 각각 나타내고 있다.
즉 지축86을 선두로 하여 가압수단84에 의하여 커터 휠 팁83을 글래스GL의 표면에 가압한 상태에서 스크라이브 헤드를 주행시키면(도면 중에서 화살표 S방향) 커터 휠 팁83의 칼날 능선83A가 글래스GL의 표면에 접촉하는 점P에 있어서, 커터 휠 팁83에 의하여 글래스GL을 스크라이브 가공할 때에 필요한 스크라이브력(scribe 力)의 수평방향의 분력인 스크라이브 가공 수평분력M과 스크라이브력의 수직분력인 스크라이브 가공 수직분력N과의 합력에 대한 반력(反力)R이 커터 휠 팁83의 중심측을 향하여 발생한다. 이 반력R은 지축86을 중심으로 하는 회전 모멘트(回轉 moment)로서 커터 휠 팁83에 작용하고, 그 결과 커터 휠 팁83은 상방으로 상승되고, 도면에 나타내지 않은 팁 홀더가 지축86을 중심으로 하여 회전하여 글래스면GL로부터 상승하려고 한다.
상기한 바와 같은 팁 홀더의 상승현상이 발생하면 커터 휠 팁83에 대한 가압력이 상기 반력R에 의하여 상쇄되고, 그 결과로 깊은 수직크랙(垂直 crack)이 얻어지기 어렵다는 문제가 있었다.
그런데 커터 휠 팁에 의하여 글래스에 수직크랙이 발생하는 메커니즘(mechanism)을 탐구하여 보면, 우선 칼날에 하중(荷重)이 걸림으로써 글래스 표면에 있어서 칼날과 접촉하고 있는 곳에 탄성변형(彈性變形)이 발생하고, 이어서 칼날 하중의 증대에 따라 상기 장소에 소성변형(塑性變形)이 발생한다. 또한 칼날 하중이 증대하면 소성변형의 한계점(限界點)을 넘게 되고, 그 결과 취성파괴(脆性破壞)가 발생하여 글래스의 두께방향으로 수직크랙이 성장하기 시작한다. 이 수직크랙의 성장은, 크랙의 선단(先端)이 칼날 하중의 크기 및 글래스의 재질이나 두께 등에 따른 심도(深度)(취성재료기판 표면으로부터의 거리)까지 도달한 시점에서 종료된다. 이를 일정한 재질, 일정한 두께의 글래스에 대하여 탐구하여 보면, 상기 수직크랙의 선단(先端)이 도달하는 심도(이하, 수직크랙의 도달심도(到達深度)라고 한다)를 컨트롤(control)할 수 있는 것은 칼날 하중만이 된다. 즉 칼날 하중을 증대시키면 커터 휠 팁의 칼날이 글래스의 표면으로 파고 들어가는 깊이가 깊어지게 되어 수직크랙을 발생시키기 위한 에너지(energy)가 커지기 때문에 수직크랙의 도달심도는 깊어지게 된다. 그런데 칼날 하중이 어떤 일정한 크기를 넘으면 소위 깊은 수직크랙을 얻을 수 있지만, 이와 동시에 글래스의 표면 부근에 축적된 내부응력이 포화(飽和) 상태로 되어 수직크랙의 성장방향과는 전혀 다른 방향으로 향하는 크랙, 소위 수평크랙(水平 crack)이 발생한다. 이러한 수평크랙은 바람직하지 않은 절단가루를 다량으로 발생시키는 원인이 된다.
본 발명자 등은 상기한 메커니즘을 더 상세하게 탐구한 결과, 칼날 하중과 수직크랙의 도달심도와의 사이에는 도14에 나타나 있는 바와 같은 관계가 있다는 것을 알아내었다. 즉 이 도14에 나타나 있는 그래프에서도 알 수 있는 바와 같이 수직크랙의 도달심도는, 칼날 하중이 증대함에 따라 완만하게 깊어지는 영역(A영역)이 우선 존재하고, 이에 연속하여 칼날 하중의 증대에 따라 급격하게 증가하는 영역(B영역)이 존재하고 또한 칼날 하중이 증대하더라도 거의 증가하지 않는 영역(C영역)이 존재한다. 그리고 이 C영역에서는 A영역이나 B영역에서는 볼 수 없었던 수평크랙이 대폭적으로 증가한다.
이상으로부터 B영역, 즉 칼날 하중의 증대에 따라 급격하게 도달심도가 증가하는 영역 내에 상당하는 칼날 하중으로 스크라이브 함으로써 상기 수평크랙의 발생을 수반하지 않고 깊은 수직크랙을 얻을 수 있는 것을 알아내었다.
그런데 B영역의 칼날 하중의 범위는 매우 좁아 통상의 스크라이브 시에 있어서의 칼날 하중의 조절로는 B영역 내에서만 안정하게 스크라이브 하는 것은 곤란하다는 것을 알았다. 특히 상기한 바와 같이 종래기술에서는 팁 홀더의 상승현상의 발생을 피할 수 없고, 이에 따라 커터 휠 팁에 대한 가압력이 상기 반력R에 의하여 상쇄됨으로 인하여 범위가 매우 좁은 상기 B영역 내에서 칼날 하중을 조절하는 것은 매우 곤란하였다.
또한 크로스 스크라이브에 있어서는 상기한 바와 같이 교차점 건너뛰기의 발생을 방지하기 위하여 제2스크라이브 라인의 형성에 즈음하여 칼날 하중을 제1스크라이브 라인 형성시보다 대폭적으로 증대시킬 필요가 있기 때문에 칼날 하중이 왕왕 상기 C영역으로 들어가고, 이 때문에 수평크랙의 증가에 따르는 다량의 절단가루의 발생을 피할 수 없다는 문제가 있었다.
또한 상기한 문제와는 별도로, 상기한 종래의 커터 휠을 이용한 스크라이브에서는 글래스의 굴곡이나 휨, 글래스 표면의 요철 또한 커터 휠 팁을 지지하는 팁 홀더나 이 팁 홀더를 지지하는 스크라이브 헤드의 덜거덕거림 등의 외적요인에 의하여 안정한 스크라이브 라인을 얻을 수 없는 일이 종종 발생하였다.
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위한 것으로서, 제1목적은, 간단한 기구로서 다양한 스크라이브 조건에도 적절하게 대응할 수 있는 스크라이브 헤드 및 그 스크라이브 헤드를 이용한 스크라이브 장치 및 스크라이브 방법을 제공하는 것에 있다. 제2목적은, 크로스 스크라이브를 할 때에 교차점 건너뛰기가 발생하지 않고, 팁 홀더의 상승현상을 방지하여 커터 휠 팁에 대한 가압력을 효율적으로 취성재료기판에 작용시켜 종래의 것보다 현저하게 깊은 수직크랙을 얻을 수 있는 스크라이브 헤드 및 그 스크라이브 헤드를 이용한 스크라이브 장치 및 스크라이브 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 스크라이브 헤드(scribe head)는, 취성재료기판(脆性材料基板)에 스크라이브 라인(scribe line)을 형성하는 스크라이브 커터(scribe cutter)를 구비하는 스크라이브 헤드(scribe head)에 있어서, 스크라이브 커터의 승강(昇降)을 서보모터(servo motor)의 회전에 의하여 하고 또한 서보모터의 회전토크(回轉 torque)를 스크라이브 커터에 스크라이브 압력으로서 전달하는 것을 특징으로 한다.
서보모터를 사용함으로써 스크라이브 헤드의 기구가 간략화(簡略化)되어 저렴한 스크라이브 헤드 및 스크라이브 장치를 제공할 수 있다. 또한 0점 위치의 검출도 소프트 웨어(soft wear)로 할 수 있어 종래의 접점기구(接點機構)에 의한 0점 위치의 검출도 불필요하다. 또한 스크라이브 압력을 발생시키는 기구의 응답성(應答性)이 좋기 때문에 다양한 스크라이브 조건에도 잘 대응할 수 있다.
이 구성에 있어서, 상기 서보모터의 회전운동을 기어(gear)를 통하여 상하이동으로 변환하고 또한 회전토크를 스크라이브 압력으로서 작용시키는 구성으로 하더라도 좋다.
또한 스크라이브가 완료된 당해 스크라이브 라인을 가로질러서 스크라이브 하는 경우에는, 그 스크라이브 라인을 통과할 때에 일시적(一時的)으로 스크라이브 압력을 높이는 구성으로 하더라도 좋다. 또는 당해 스크라이브 헤드의 커터가 취성재료기판 상을 이동하는 위치에서 상기 서보모터의 회전토크를 미리 설정된 제한치(制限値)로 제어(制御)되도록 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 서보모터가 위치제어모드(位置制御 mode)에서 구동되는 것이 바람직하다. 이 경우에 상기 서보모터에 의하여 설정되는 취성재료기판 상면으로부터 하방의 위치를 스크라이브 시작과 대략 동시에 더 하방으로 설정하는 것이 바람직하다.
이러한 구성으로 하면, 스크라이브가 완료되어 두꺼워진 스크라이브 라인을 가로지를 때에 커터 휠 팁이 점프(jump)하는 것을 피할 수 있어 소위 교차점 건너뛰기의 대책에 효과적이다.
또한 본 발명의 다른 스크라이브 헤드는, 취성재료기판 상을 주행하는 스크라이브 헤드 본체(scribe head 本體)에 팁 홀더(tip holder)가 지축의 축심(軸心)을 중심으로 하여 회전하도록 취성재료기판면(脆性材料基板面)과 평행한 그 지축(支軸)을 통하여 설치되고 또한 이 팁 홀더에 커터 휠 팁이 제1회전축(第一回轉軸)의 축심을 중심으로 하여 회전하도록 취성재료기판면과 평행한 그 제1회전축을 통하여 설치되는 것을 특징으로 한다.
이러한 다른 스크라이브 헤드는 상기한 스크라이브 헤드의 구성을 포함하더라도 좋다.
본 발명의 스크라이브 헤드에 있어서, 상기 팁 홀더는 제2회전축의 축심을 중심으로 하여 회전하도록 취성재료기판면과 직교하는 그 제2회전축을 통하여 설치되는 것이 바람직하다.
또한 상기 제1회전축은 상기 제2회전축의 축심 위치로부터 상기 지축측으로 치우치도록 변위(變位)되어 설치되어 있더라도 좋다.
또한 상기 지축의 축심이, 상기 커터 휠 팁이 스크라이브 중에 취성재료기판으로부터 받는 반력(反力)의 벡터(vector) 상의 라인(line) 상 또는 상기 라인보다 상방에 위치하도록 배치되어 있더라도 좋다.
본 발명의 스크라이브 장치는, 취성재료기판에 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 커터를 구비하는 스크라이브 헤드의 이동에 의하여 취성재료기판을 스크라이브 하는 스크라이브 장치에 있어서, 상기한 스크라이브 헤드 중 어느 하나가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 스크라이브 방법은, 취성재료기판 상을 주행하는 스크라이브 헤드 본체에 팁 홀더가 지축의 축심을 중심으로 하여 회전하도록 취성재료기판면과 평행한 그 지축을 통하여 설치되고 또한 이 팁 홀더에 커터 휠 팁이 제1회전축의 축심을 중심으로 하여 회전하도록 취성재료기판면과 평행한 그 제1회전축을 통하여 설치되는 스크라이브 헤드를, 상기 지축을 상기 커터 휠 팁에 대하여 후측(後側)으로 하여 취성재료기판 상을 주행시켜 취성재료기판면에 스크라이브 라인을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 있어서, 상기 팁 홀더는 제2회전축의 축심을 중심으로 하 여 회전하도록 취성재료기판면과 직교하는 그 제2회전축을 통하여 설치되는 것이 바람직하다.
또한 상기 제1회전축은 상기 제2회전축의 축심 위치로부터 상기 지축측으로 치우치도록 변위되어 설치되더라도 좋다.
또한 본 발명의 스크라이브 방법에 있어서, 상기 커터 휠 팁이 스크라이브 중에 취성재료기판으로부터 받는 반력의 방향이 그 반력의 기점(起點)과 상기 지축의 축심을 연결하는 라인 상 또는 그 라인보다 취성재료기판측으로 치우친 상태를 유지하면서 스크라이브 하더라도 좋다.
본 청구의 범위 제7항 내지 제11항의 스크라이브 헤드 및 본 청구의 범위 제12항 내지 제15항의 스크라이브 방법에서는, 상기한 바와 같은 특징을 구비함으로써 다음과 같은 작용을 한다. 즉 도13에 나타나 있는 바와 같이 지축99를 후측으로 하여 가압수단96에 의하여 커터 휠 팁95를 글래스GL의 표면에 가압한 상태에서 스크라이브 헤드를 주행(도면에서 화살표T 방향)시키면 커터 휠 팁95의 칼날 능선95A가 글래스GL의 표면과 접촉하는 점E에 있어서, 커터 휠 팁95에 의하여 글래스GL을 스크라이브 가공할 때에 필요한 스크라이브력의 수평방향의 분력인 스크라이브 가공 수평분력V와 스크라이브력의 수직분력인 스크라이브 가공 수직분력W와의 합력에 대한 반력X가 발생하지만, 이 반력X는 지축99를 향하는 것으로서 커터 휠 팁95를 상승시키도록 작용하는 회전 모멘트(回轉 moment)는 되지 않는다. 이에 따라 상기한 바와 같은 팁 홀더의 상승 현상이 발생하지 않아 커터 휠 팁95에 대한 가압력(加壓力)이 상기 반력X에 의하여 상쇄되는 경우는 없다. 그 결과, 커터 휠 팁95에 대한 가압력이 효율적으로 글래스(취성재료기판)에 작용하게 되어 종래의 것보다 현저하게 깊은 수직크랙(垂直 crack)을 얻는 것이 가능하게 된다.
여기에서 상기 팁 홀더는, 취성재료기판면과 직교하는 제2회전축의 축심을 중심으로 하여 회전할 수 있도록 상기 제2회전축을 통하여 설치되더라도 좋은 데, 그 경우에는 팁 홀더의 스크라이브 헤드의 주행방향으로의 추종성(追從性)을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 제1회전축은 상기 제2회전축의 축심 위치로부터 상기 지축측으로 치우치도록 변위되어 설치되더라도 좋은 데, 이 경우에도 팁 홀더의 스크라이브 헤드 주행방향으로의 추종성을 더 높일 수 있다.
또한 상기 스크라이브 방법 및 스크라이브 헤드에 있어서는, 커터 휠 팁이 스크라이브 중에 취성재료기판으로부터 받는 반력의 방향이 그 반력의 기점과 지축의 축심을 연결하는 라인 상 또는 그 라인보다 취성재료기판 측으로 치우친 상태를 유지하면 좋은 데, 이렇게 하면 상기한 팁 홀더를 상승시키는 회전 모멘트의 발생을 더 확실하게 제거하는 것이 가능하게 된다.
도1은 본 발명에 관한 실시예1의 스크라이브 헤드의 측면도이고, 도2는 그 주요부의 정면도이다.
도3은 본 발명에 관한 스크라이브 헤드의 제어장치를 나타내는 도면이다.
도4는 실시예1에 있어서의 스크라이브 헤드의 커터 휠 팁의 스크라이브시의 움직임을 나타내는 도면이다.
도5는 이미 형성된 스크라이브 라인에 대하여 직교하여 스크라이브 할 때의 모양을 나타내는 구성도이다.
도6은 본 발명에 관한 다른 실시예를 나타내는 스크라이브 헤드의 도면이다.
도7은 본 발명에 관한 스크라이브 헤드의 제어방법을 나타내는 플로우 차트로서, 한 스크라이브 동작을 나타낸다.
도8은 이 제어방법에 있어서의 한 스크라이브 동작의 타이밍 차트를 X축 동작, Z축 동작 및 Z축 토크의 각각의 변화를 나타낸다.
도9는 본 발명에 관한 스크라이브 헤드 실시예2의 정면도이고, 도10은 그 저면도이다.
도11은 본 발명에 관한 실시예3의 스크라이브 헤드의 주요부를 나타내는 정면도이다.
도12는 도11에 나타나 있는 스크라이브 장치에 있어서의 스크라이브 헤드의 다른 실시예를 나타내는 정면도이다.
도13은 커터 휠 팁에 발생하는 회전 모멘트를 설명하기 위한 모식도이다.
도14는 종래의 스크라이브 방법에 있어서의 칼날 하중과 수직크랙과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도15는 본 발명에 있어서의 칼날 하중과 수직크랙과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도16은 종래의 스크라이브 헤드의 단면도이고, 도17은 그 측면도이다.
도18은 종래의 다른 스크라이브 헤드의 구성도이다.
도19는 종래의 스크라이브 장치를 나타내는 개략적인 정면도이다.
도20은 종래의 또 다른 스크라이브 헤드를 나타내는 개략도이다.
도21은 교차점 건너뛰기의 현상을 설명하는 도면이다.
도22는 종래의 다른 스크라이브 헤드의 정면도이고, 도23은 그 저면도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
<실시예1>
도1은 본 발명의 제1실시예를 나타내는 스크라이브 헤드1의 측면도를 나타내고, 도2는 그 주요부의 정면도를 나타낸다.
이 스크라이브 헤드(scribe head)1은, 한 쌍의 측벽(側壁)2 사이에 서보모터(servo motor)3이 도립(倒立) 상태로 지지되고, 그 측벽2의 하부에는 옆쪽에서 보아서 L자 모양의 홀더 지지구(holder 支持具)4가 회전하도록 지축(支軸)5를 통하여 설치되어 있다. 그 홀더 지지구4의 전방(도2에서 우측방향)에는 커터 휠 팁(cutter wheel tip)6이 회전할 수 있도록 지지하는 팁 홀더(tip holder)7이 부착되어 있다.
팁 홀더7은, 그 상단에 설치된 회전축(回轉軸)17 및 이 회전축17이 삽입되는 베어링(bearing)12를 통하여 홀더 지지구4에 부착되어 있어 회전축17의 축심(軸心)을 중심으로 하여 회전할 수 있다.
커터 휠 팁6은, 취성재료기판면(脆性材料基板面)과 평행한 회전축13의 축심을 중심으로 하여 회전하도록 회전축13을 통하여 팁 홀더7에 부착되고 또한 회전축13이 팁 홀더7의 회전축17의 축심에 대하여 지축5와는 반대측으로 변위(變位)하여 설치되어 있다.
서보모터3의 회전축과 지축5에는, 베벨 기어(bevel gear)8이 서로 맞물리도록 장착되어 있다. 이에 따라 서보모터3의 정회전 및 역회전에 의하여 홀더 지지구4는 지축5를 지점(支點)으로 하여 상하이동을 함으로써 커터 휠 팁6이 상하로 이동한다. 이 스크라이브 헤드1 자체는, 스크라이브 장치66의 수평방향의 가이드 레일(guide rail)67을 따라 이동할 수 있도록 설치되어 있다. 여기에서 동력전달기구(動力傳達機構)는 베벨 기어8에 한정되지 않는다.
도3은 도1에 나타나 있는 스크라이브 헤드1의 제어장치(制御裝置)를 나타내는 도면이다.
인코더(encoder)9는 서보모터3의 회전 상황을 검출하는 것이다. 서보앰프(servo amplifier)10은 서보모터3을 제어하는 것으로서, 인코더9로부터의 귀환신호(歸還信號)에 의거하여 서보모터3에 소정의 구동신호(驅動信號)를 송 출한다. 상위 컨트롤러(上位 controller)11은 스크라이브 헤드의 동작을 제어하는 것으로서, 서보앰프10에 대하여 위치명령신호를 공급한다.
다음에 도3의 제어장치에 있어서의 동작을 나타내는 도면과 도4의 커터 휠 팁의 스크라이브시의 동작을 나타내는 도면을 참조하면서 설명한다.
스크라이브 헤드1이 스크라이브 장치66의 가이드 레일67을 따라 이동함으로써 스크라이브 헤드1의 커터 휠 팁6은 도4에 나타나 있는 스타트 점(stsrt 點)a로 이동하고, 0점위치(글래스 판W의 상면)로부터 x만큼 강하한 압입위치(壓入位置)로 이동시키는 명령이 내려지면 커터 휠 팁6은 그 높이로 이동하여 그 위치에서 지지된다.
또한 커터 휠 팁6이 글래스 판W에 올라갈 때의 스크라이브 압력P1을 설정하기 위하여 모터3의 회전토크(回轉 torque)(토크 제한치(torque 制限値))를 올라가기 토크 제한치P1로 변경한다. 다만 이 회전토크P1은 칼날이 글래스 판W에 올라갈 때에 기판 끝면에 결함이 생기지 않을 정도의 값으로 설정한다.
다음에 스크라이브 헤드1을 미리 설정된 글래스 판W로 올라가는 올라가기 속도로 평행 이동시키고, b점에서 커터 휠 팁6이 글래스 판W에 올라간 후에 이 b위치로부터 커터 휠 팁6이 미리 설정된 거리(b-c 사이)를 이동하고, c점에서 상위 컨트롤러11로부터의 명령으로 회전토크(토크 제한치)를 가압 토크 제한치P2로 변경하고, 글래스 판W의 재질 등에 적합한 스크라이브 압력을 커터 휠 팁6에 전달한다.
회전토크P2(>P1)가 설정되어 커터 휠 팁6에 원하는 스크라이브 압력이 설정되면, 미리 설정된 스크라이브 속도로 스크라이브 헤드1은 이동한다. 회전토크와 스크라이브 압력과의 관계는 미리 계측하여 환산 테이블(換算 table)을 작성하여 둔다.
커터 휠 팁6이 d점에 도달하면 상기 스크라이브 속도로부터 미리 설정된 글래스 판W로부터의 벗어나기 속도로 스크라이브 헤드1은 감속된다. 그리고 회전토크(토크 제한치)는 벗어나기 토크 제한치P3(<P2)으로 변경된다. 또 P3은 올라갈 때와 마찬가지로 글래스의 단부(端部)에 결함이 생기지 않을 정도의 낮은 토크이다. 그 상태로 e점까지 진행한다. e점에서 글래스 판W로부터 벗어나면 회전토크가 위치결정 토크로 변경됨으로써 커터 휠 팁6의 높이는 다시 압입위치로 유지된다. 이 상태에서 f점까지 이동하면 일련(一連)의 스크라이브가 종료된다.
회전토크P1, P3을 스크라이브시의 회전토크P2보다 작게 한 것은, 커터 휠 팁6이 글래스 판W에 올라갈 때나 거기에서 벗어날 때에 글래스 판W에 불필요한 크랙(crack)을 발생시키지 않기 위한 조치이다. a점으로부터 f점의 각각의 좌표 데이터는 글래스 판W의 사이즈(size)에 따라 미리 설정하여 둔다.
이상과 같이 본 실시예의 스크라이브 헤드1에서는 서보모터3의 회전토크를 스크라이브 압력으로서 직접 작용시키는 기구로 하기 때문에 응답성(應答性)이 좋고, 따라서 다음과 같은 스크라이브도 가능하게 된다.
도5는 스크라이브가 완료된 글래스 판W에 대하여 계속하여 직교 방향으로 스크라이브를 하는 모양을 나타내는 도면으로서, 두꺼워진(부풀어 오른) 스크라이브 자국을 가로지를 때에 커터 휠 팁6은 거기에서 점프(jump)하기 때문에 스크라이브 라인이 연속되지 않는 스크라이브 결함이 발생하는 경우가 있다. 이 문제를 회피하기 위해서는, 스크라이브 자국을 가로지를 때에 스크라이브 압력을 일시적으로 높이면 좋다는 것이 알려져 있다.
본 실시예의 스크라이브 헤드1에서는 스크라이브 압력을 순간적으로 변경하는 것이 가능하기 때문에 형성하려고 하는 스크라이브 라인이 교차하는 곳(교차점(交叉點))의 위치 데이터(位置 data)를 미리 입력하여 두고, 스크라이브 헤드1의 이동시에 그 교차점을 통과할 때마다 스크라이브 압력을 순간적으로 가감(加減)하도록 하면 좋다.
이상과 같은 서보모터 스크라이브 헤드를 이용하여 취성재료기판을 스크라이브할 때에 서보모터 스크라이브 헤드(스크라이브 헤드1)를 위치제어(位置制御)하는 제어방법에 대하여 더 상세하게 설명한다.
우선, 도7은 한 스크라이브 동작에 있어서의 이 서보모터 스크라이브 헤드(스크라이브 헤드1)의 제어방법을 나타내는 플로우 차트(flow chart)이고, 도8은 한 스크라이브 동작의 타이밍 차트(timing chart)를 X축 동작(스크라이브 헤드가 기판 상을 이동하는 동작), Z축 동작(스크라이브 헤드에 설치되는 커터 휠 팁의 동작) 및 Z축 토크(서보모터의 회전토크)의 각각의 변화를 시계열적(時系列的)으로 나타낸다.
이들의 도면에서는 커터가 기판 상을 좌측으로부터 우측으로 이동(그 이동방향으로 위치 데이터는 증가한다)하고, X축의 위치 데이터가 증가하는 방향으로 스크라이브를 하였을 때의 예를 나타낸다. 본 실시예에서는 X축의 위치 데이터에 의거하여 Z축 토크를 제어하는 점이 특징으로 되어 있다.
우선, X축의 위치 데이터로서는 X축 동작시작 위치 및 X축 동작종료 위치의 사이에 X축 기동위치(起動位置), X축 압입위치, X축 가압종료 위치, X축 압입종료 위치, X축 스크라이브 종료 위치에 대한 각각의 데이터가 설정된다. X축 압입위치와 X축 가압종료 위치의 사이에서 서보모터를 제어하는 서보앰프의 IN-POS 신호의 OFF 검출이 이루어져 커터 휠 팁이 기판 상에 완전하게 올라간 것이 확인된다. X축 압입위치 데이터는, 스크라이브 동작 중에 Z축(커터 휠 팁)을 압입위치로 이동시키는 X축의 포인트(point)이다. X축 가압종료 위치 데이터는, 스크라이브 동작 중에 Z축(커터 휠 팁)을 가압위치로부터 압입위치로 이동시키는 X축의 포인트이다. 그리고 X축 압입종료 위치 데이터는, 스크라이브 동작 중에 Z축(커터 휠 팁)을 압입위치로부터 대기위치로 이동시키는 X축의 포인트이다. 또한 Z축 토크에 관한 설정 데이터에서는 다음의 제한치가 설정된다. 스크라이브 중에 커터 휠 팁이 글래스에 올라갈 때의 토크 제한치인 Z축 올라가기 토크 제한치, 스크라이브 중에 커터 휠 팁이 글래스로부터 벗어날 때의 토크 제한치인 Z축 벗어나기 토크 제한치, 커터 휠 팁이 기판 상에 완전하게 올라가고 나서 커터 휠 팁의 가압 을 종료할 때까지의 토크 제한치인 Z축 가압 토크 제한치, 그리고 커터 휠 팁을 위치 결정할 때의 토크 제한치인 Z축 위치결정 토크 제한치가 있다.
한 스크라이브 동작에 있어서의 이 제어방법은, 도7에 나타나 있는 바와 같이 우선 Z축 위치결정 토크 제한치를 설정하여 출력한다(STEP.1). 다음에 커터 휠 팁을 Z축 대기위치(도8에서 Z1)로 이동시킨다(STEP.2). X축 동작이 압입위치 이상일 경우에 Z축 압입위치(도8에서 Z2)로 커터 휠 팁을 이동시킨다(STEP.3). 다음에 Z축 올라가기 토크 제한치를 설정하여 출력한다(STEP.4).
또한 커터 휠 팁이 취성재료기판 상에 올라갈 때에 Z축 압입위치의 커터 휠 팁의 위치가 틀어지기 때문에 서보모터는 서보앰프로부터 출력되는 IN-POS 신호가 ON이더라도 커터 휠 팁의 위치를 원래의 Z축 압입위치로 되돌리려고 한다. 이 때문에 서보모터가 원래의 위치로 되돌리려고 하는 토크를 제한할 필요가 있어 Z축 올라가기 토크 제한치를 설정한다. 또한 Z축 올라가기 토크 제한치는 커터 휠 팁이 취성재료기판에 올라갈 때에 취성재료기판의 단부에 흠집을 발생시키지 않을 정도의 낮은 토크치로 설정된다. 그리고 서보앰프로부터 출력되는 IN-POS 신호가 OFF의 경우에는, Z축 가압 토크 제한치를 설정하고 출력한다(STEP.5).
다음에 Z축 가압위치(도8에서 Z3)로 커터 휠 팁을 이동시킨다(STEP.6). 보통, Z축 압입위치는 취성재료기판의 상면으로부터 0.05mm ∼ 0.20mm 하방에 설정된다. 서보앰프로부터 출력되는 IN-POS 신호가 OFF가 되어 커터 휠 팁이 취성재료기판 상으로 올라간 것이 확인되면 Z축 가압 토크 제한치로서 설정된 토크에 의하여 취성재료기판이 스크라이브 된다. 이 때에 Z축의 위치가 Z축 압입위치 그대로이면 변위(變位)가 적기 때문에 스크라이브에 적절한 가압 토크를 얻을 수 없다(토크가 Z축 가압 토크 제한치에 도달하지 않는다). 이 때문에 Z축의 위치를 취성재료기판의 상면으로부터 Z축 압입위치보다 더 하방으로 Z축 가압위치로 설정하여 다양한 취성재료기판을 스크라이브 하는 데에 적당한 Z축 가압 토크 제한치를 얻을 수 있도록 한다.
다음에 스크라이브 헤드의 X축 이동위치가 X축 가압종료 위치 데이터 이상의 위치가 되었을 경우에 Z축 벗어나기 토크 제한치를 설정하여 출력하고, Z축의 위치를 Z축 압입위치로 한다. Z축 벗어나기 토크 제한치는 커터 휠 팁이 취성재료기판으로부터 벗어날 때에 취성재료기판의 단부에 흠집을 발생시키지 않을 정도의 낮은 토크치로 설정된다(STEP.7). 그리고 스크라이브 헤드가 X축 압입종료 위치 데이터 이상의 위치가 되었을 경우에 Z축 위치결정 토크 제한치를 설정하여 출력한다(STEP.8). 그리고 커터 휠 팁을 Z축 대기위치(도8에서 Zl)로 이동한다(STEP.9). 그 후에 X축 동작이 압입위치 이하가 되었을 경우에 스크라이브 동작의 데이터를 저장한 후에 리세트(reset)되고(STEP.10), 한 스크라이브의 동작은 종료된다.
이와 같이 위치제어되는 서보모터에 의하여 설정된 위치가 어긋났을 때에 서보모터에 의한 설정위치로 되돌리도록 작용하는 회전토크를 제한하여 취성재료기판을 스크라이브 하는 것인데, 취성재료기판의 단부에 흠집을 발생시키지 않고 양질의 스크라이브 라인을 얻기 위해서는 일단 설정한 Z축의 위치를 스크라이브 시작과 대략 동시에 취성재료기판의 상면으로부터 더 하방으로 설정하는 것이 필요하다.
또 도7의 플로우 차트에 있어서는 스크라이브 헤드가 기판 상을 그 이동방향에 대하여 위치 데이터가 증가하는 경우에 대하여 기재되어 있지만, X축의 위치 데이터가 감소하는 방향으로 스크라이브를 하는 경우에는, 판단(判斷)을 나타내는 처리기호에서 「이상」, 「이하」의 용어는 각각 「이하」, 「이상」으로 치환(置換)하여 처리한다. 이러한 일련의 처리는 도8에 나타나 있는 타이밍 차트로 나타낼 수 있다. 즉 스크라이브 헤드가 기동하고 X축 압입위치에 있어서는 그 때까지 대기위치(Z1)에 위치하고 있었던 커터 휠 팁은, Z축 토크를 Z축 위치결정 토크 제한치로 하면서 Z축 압입위치(Z2)로 이동한다. 그리고 서보앰프의 IN-POS 신호의 OFF가 검출될 때까지 Z축의 설정위치는 Z축 압입위치(Z2)가 되고, Z축 토크는 Z축 올라가기 토크 제한치로 유지된다. 서보앰프의 IN-POS 신호의 OFF가 검출된 후에는 X축 가압종료 위치까지 Z축의 설정위치는 Z축 가압위치(Z3)로 되고, Z축 토크는 Z축 가압 토크 제한치로 유지된다. 그리고 X축 가압종료 위치로부터 X축 압입종료 위치까지의 사이에 Z축의 설정위치는 Z축 압입위치(Z2)로 되어 Z축 토크는 Z축 벗어나기 토크 제한치로 유지된다. 그 후 또한 X축 스크라이브 종료 위치로부터는 초기상태로 리세트된다.
이상과 같이 서보모터 스크라이브 헤드의 제어방법에 위치제어를 채용 하였기 때문에, 스크라이브 헤드의 이동에 따라 미리 설정된 회전토크의 제한치를 적절하게 변경하면서 취성재료기판을 스크라이브 하는 것이 가능하고, 제어에 사용되는 프로그램(program)도 비교적 용이한 것으로 할 수 있다.
본 실시예에서는 도1과 같이 동력전달기구로서는 베벨 기어8을 이용하여 홀더 지지구4에 동력을 전달하였지만, 도6과 같이 서보모터3의 회전축을 홀더 지지구4에 직접 연결하는 구성으로 하더라도 좋다.
본 실시예에서는 취성재료기판의 일종인 글래스 판을 스크라이브하기 위한 스크라이브 커터로서, 초경합금(超硬合金)으로 만든 또는 다이아몬드(diamond)로 만든 커터 휠 팁을 스크라이브 헤드에 설치할 수 있다. 스크라이브 헤드에 구비하는 스크라이브 커터로서는 상기의 커터 휠 팁에 한정되는 것은 아니고, 다이아 포인트나 원형 모양의 칼날 능선의 양측을 원추(圓錐) 또는 원추대(圓錐臺) 모양으로 가공된 커터 등 취성재료기판에 스크라이브 라인을 형성하는 커터가 포함된다.
다음에 청구의 범위 제7항 내지 제9항의 스크라이브 헤드 및 제13항 내지 제16항의 스크라이브 방법의 실시예에 관하여 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 관한 스크라이브 방법은 스크라이브 헤드에 있어서 구현되는 것이기 때문에, 여기에서는 스크라이브 헤드에 관한 실시예의 설명으로 스크라이브 방법의 실시예에 관해서도 설명한다.
<실시예2>
도9는 본 발명에 관한 스크라이브 헤드의 실시예2의 정면도이고, 도10은 그 저면도이다.
스크라이브 헤드90은 스크라이브 헤드 본체(scribe head 本體)92, 베어링 케이스(bearing case)93, 팁 홀더94, 커터 휠 팁95, 가압수단(加壓手段)96을 구비하고 있다.
스크라이브 헤드 본체92는 그 하부가 절단되어 있고, 이 절단부98 내에 베어링 케이스93이 수용되어 있다. 베어링 케이스93은, 그 일단부(一端部)가 스크라이브 헤드 본체92에 삽입된 수평한 지축99에 베어링(bearing)900을 통하여 연결되는 한편, 타단부(他端部)가 스크라이브 헤드 본체92 내에 지축99와 평행하게 설치된 제지축(制止軸)91과 닿아 있어 제지축91에 의하여 제지되는 범위 내에서 지축99의 축심(軸心)을 중심으로 하여 회전한다.
팁 홀더94는, 취성재료기판면과 직교하는 회전축97의 축심을 중심으로 하여 회전할 수 있도록 회전축97을 통하여 베어링 케이스93에 설치되어 있다. 회전축97과 베어링 케이스93의 사이에는 베어링901이 끼워져 있다. 또한 회전축97의 상방에는 가압수단96이 설치되어 있고, 이 가압수단96에 의한 가압력(加壓力)이 회전축97 및 팁 홀더94를 통하여 커터 휠 팁95에 가하여지도록 구성되어 있다.
또 팁 홀더94는, 상기한 바와 같이 반드시 회전축97의 축심을 중심으로 하여 회전하도록 설치될 필요는 없고, 베어링 케이스93에 대하여 고 정되어 있더라도 좋다. 그 경우에는 베어링901 등의 회전에 필요한 부재(部材)를 생략하더라도 좋다.
커터 휠 팁95는, 취성재료기판면과 평행한 회전축913의 축심을 중심으로 하여 회전하도록 상기 회전축913을 통하여 팁 홀더94에 설치되고 또한 회전축913이 상기 회전축97의 축심 위치로부터 지축99측으로 치우치도록 변위(變位)되어 설치되어 있다. 또 커터 휠 팁95와 회전축97의 위치관계는 상기한 관계에 한정되는 것은 아니고, 커터 휠 팁95의 회전축913이 회전축97의 축심 바로 아래에 위치하고 있더라도 좋다.
상기한 스크라이브 헤드90에 의하여 스크라이브를 실시하는 데에 있어서는, 지축99를 뒤쪽으로 하여 가압수단96에 의하여 커터 휠 팁95를 글래스GL의 표면에 가압한 상태에서 스크라이브 헤드를 주행시키면(도면에서 화살표T 방향) 커터 휠 팁95의 칼날 능선95A가 글래스GL의 표면에 접촉하는 점E에 있어서, 커터 휠 팁95에 의하여 글래스GL을 스크라이브 가공할 때에 필요한 스크라이브력의 수평방향의 분력인 스크라이브 가공 수평분력V와 스크라이브력의 수직분력인 스크라이브 가공 수직분력W와의 합력에 대한 반력X가 발생하지만, 이 반력X는 지축99를 향하는 것으로서 커터 휠 팁95를 글래스GL로부터 상승시키도록 작용하는 회전 모멘트(回轉 moment)가 되지는 않는다. 이에 따라 상기한 바와 같은 팁 홀더의 상승(上昇) 현상이 발생하지 않아 커터 휠 팁95에 대한 가압력이 반력X에 의하여 상쇄(相殺)되는 경우는 없다. 그 결과, 커터 휠 팁95에 대한 가압력이 효율적으로 취성재료기판에 작용하게 되어 종래의 것보다도 현저하게 깊은 수직크랙(垂直 crack)을 얻는 것이 가능하게 되는 것이다.
여기에서 도13에 나타나 있는 바와 같이 커터 휠 팁95가 스크라이브 중에 취성재료기판GL로부터 받는 반력X의 방향이, 그 반력X의 기점(起點)E와 지축99의 축심을 연결하는 라인(line)H 상 또는 그 라인H보다 취성재료기판GL측으로 치우쳐 있는 상태를 유지하면 좋은 데(도13에서 점선 화살표 X1, W1, V1 참조), 이렇게 하면 상기한 팁 홀더를 상승시키는 회전 모멘트의 발생을 더 확실하게 제거하는 것이 가능하다. 당해 상태를 유지하는 데에 있어서는 스크라이브 속도, 커터 휠 팁95에 대한 가압력, 커터 휠 팁95와 지축99의 상대적인 위치관계를 적당하게 조정함으로써 이루어질 수 있다.
<실시예3>
다음에 본 발명의 실시예3에 대하여 도11을 참조하여 설명한다.
도11은 스크라이브 헤드의 주요부의 정면도이고, 그 측면도는 도1과 마찬가지로 나타나기 때문에 여기에서는 생략한다.
이 스크라이브 헤드1은, 한 쌍의 측벽2 사이에 서보모터3이 도립 상태로 지지되고, 그 측벽2의 하부에는 옆쪽에서 보아서 L자 모양의 홀더 지지구4가 회전할 수 있도록 지축5를 통하여 설치되어 있다. 그 홀더 지지 구4의 전방(도11 중에서 우측방향)에는 커터 휠 팁95가 회전할 수 있도록 지지하는 팁 홀더94가 부착되어 있다.
팁 홀더94는, 그 상단에 설치된 회전축17 및 이 회전축17이 삽입되는 베어링12를 통하여 홀더 지지구4에 부착되고 있어 회전축17의 축심을 중심으로 하여 회전할 수 있다.
커터 휠 팁95는, 상기의 실시예2의 경우와 같이 취성재료기판면과 평행한 회전축13의 축심을 중심으로 하여 회전하도록 상기 회전축13을 통하여 팁 홀더94에 설치되고 또한 회전축13이 팁 홀더94의 회전축17의 축심 위치로부터 지축5측으로 치우치도록 변위되어 설치되어 있다.
서보모터3의 회전축과 지축5에는 베벨 기어8이 서로 맞물리도록 장착되어 있다. 이에 따라 서보모터3의 정/역회전에 의하여 홀더 지지구4는 지축5를 지점으로 하여 상하 이동을 하여 커터 휠 팁95가 상하로 이동한다. 이 스크라이브 헤드 자체는, 스크라이브 장치66의 수평방향의 가이드 레일67을 따라 이동할 수 있도록 설치되어 있다(도1 참조). 또 동력전달기구는 베벨 기어8에 한정되지 않는다.
또 본 실시예에 있어서는, 동력전달기구로서 베벨 기어8을 이용하여 홀더 지지구4에 동력을 전달하였지만, 도12에 나타나 있는 바와 같이 서보모터3의 회전축을 홀더 지지구4에 직접 연결하는 구성으로 하더라도 좋다.
여기에서 도13에 나타나 있는 바와 같이 커터 휠 팁95가 스크라이브 중에 취성재료기판GL로부터 받는 반력X의 방향이, 그 반력X의 기점E와 지 축99의 축심을 연결하는 라인H 상 또는 그 라인H보다 취성재료기판GL측으로 치우쳐 있는 상태를 유지하면 좋은 데(도13에서 점선 화살표 X1, W1, Vl 참조), 이렇게 하면 커터 휠 팁95를 상승시키려는 회전 모멘트의 발생을 더 확실하게 제거하는 것이 가능하게 된다. 당해 상태를 유지하는 데에 있어서는 스크라이브 속도, 커터 휠 팁95에 대한 가압력, 커터 휠 팁95와 지축99의 상대적인 위치관계를 적당하게 조정함으로써 이루어질 수 있다.
다음에 본 발명에 관한 스크라이브 방법과 종래의 스크라이브 방법을 각각 실시하여 글래스에 형성된 수직크랙의 깊이를 측정하였다.
(실시예)
본 발명에 관한 스크라이브 방법에 대해서는, 도12에 나타나 있는 스크라이브 헤드를 사용하여 다음의 조건에서 스크라이브를 하였다.
커터 휠 팁의 휠 지름 2.5mm
커터 휠 팁의 휠 두께 0.65mm
커터 휠 팁의 칼날 각도 125°
스크라이브 속도 300mm/sec
칼날 하중 1.1kgf
글래스의 재질 소다 글래스(Soda glass)
글래스의 두께 0.7mm
스크라이브 헤드의 주행방향 도12에 있어서 화살표T 방향
(비교예)
비교예로서 스크라이브 헤드의 주행방향을 종래와 마찬가지로 즉 도12에 있어서 화살표S 방향으로 하고, 기타는 상기 본 발명의 실시예와 동일한 조건으로 한다. 단, 커터 휠 팁95의 회전축913이 스크리이브 헤드의 주행 시에 회전축97의 뒤쪽에 위치하도록 팁 홀더94의 방향을 상기 실시예와는 반대로 하였다.
(측정 결과)
상기 각 방법으로 스크라이브를 한 후에 각각에 대하여 수직크랙의 깊이를 측정하여 다음의 결과를 얻었다.
실시예 450μm ∼ 500μm
비교예 110μm ∼ 120μm
이상의 결과로부터도 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 스크라이브 방법 및 스크라이브 헤드에 의하면 같은 칼날 하중에서 종래보다 약 4배 이상 깊이의 수직크랙을 얻을 수 있었다.
서보모터를 사용함으로써 스크라이브 헤드의 기구가 간략화(簡略化)되어 저렴한 스크라이브 헤드 및 스크라이브 장치를 제공할 수 있다. 또한 0점 위치의 검출도 소프트 웨어(soft wear)로 할 수 있어 종래의 접점기구(接點機構)에 의한 0점 위치의 검출도 불필요하다. 또한 스크라이브 압력을 발생시키는 기구의 응답성이 좋기 때문에 다양한 스크라이브 조건에도 잘 대응할 수 있다.
또한 크로스 스크라이브(cross scribe)를 할 때에 교차점 건너뛰기가 발생하는 경우가 없는 것은 물론, 팁 홀더의 상승이 발생하지 않기 때문에 커터 휠 팁에 대한 가압력을 효율적으로 취성재료기판에 작용시켜 종래의 것보다 현저하게 깊은 수직크랙을 얻을 수 있다. 따라서 크로스 스크라이브 후에 있어서의 절단공정에 있어서 스크라이브 라인을 따라 정확하게 글래스 판을 절단할 수 있어 불량품의 발생을 제거하여 생산효율을 종래에 비하여 현저하게 향상시킬 수 있다.

Claims (23)

  1. 취성재료기판(脆性材料基板)의 표면에 대하여 상하로 이동할 수 있도록 설치되어 당해 취성재료기판의 표면에 압력(壓力)을 가하여 당해 취성재료기판에 스크라이브 라인(scribe line)을 형성하는 스크라이브 커터(scribe cutter)를 구비하는 스크라이브 헤드(scribe head)로서,
    상기 스크라이브 커터를 취성재료기판의 표면에 대하여 상하로 이동시킴과 아울러 상기 스크라이브 커터를 취성재료기판의 표면에 대하여 가압하게 하는 서버모터를 구비하는
    것을 특징으로 하는 스크라이브 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서보모터의 회전축의 회전운동 및 회전토크를, 상기 스크라이브 커터에 전달하는 기어를 더 구비하는
    것을 특징으로 하는 스크라이브 헤드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스크라이브 커터를 원하는 위치로 이동하도록 지시하는 위치명령 신호 및 상기 서버모터에 발생시키는 회전토크의 토크제한치를 지시하는 토크지시명령 신호를 송출하는 컨트롤러와,
    상기 위치명령 신호로 나타내는 원하는 위치로 상기 스크라이브 커터을 이동시키는 방향인 서버 모터의 회전축의 회전방향으로 상기 토크 제한치를 넘지 않는 회전 토크로 서보모터를 구동하는 구동신호를 상기 서버모터에 송출하는 서보앰프를
    구비하는 것을 특징으로 하는 스크라이브 헤드.
  4. 제1항 또는 제2항의 스크라이브 헤드와,
    상기 취성재료기판을 지지하는 취성재료기판 지지수단과,
    취성재료기판에 대하여 상기 스크라이브 커터를 상기 취성재료기판의 표면을 따르는 방향으로 상대 이동시키는 이동수단을
    구비하는 것을 특징으로 하는 스크라이브 장치.
  5. 제3항의 스크라이브 헤드와,
    상기 취성재료기판을 지지하는 취성재료기판 지지수단과,
    취성재료기판에 대하여 상기 스크라이브 커터를 상기 취성재료기판의 표면을 따르는 방향으로 상대 이동시키는 이동수단을
    구비하는 것을 특징으로 하는 스크라이브 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 위치명령 신호에 의하여 지시되는 스크라이브 커터의 원하는 위치는, 상기 스크라이브 커터가 상기 취성재료기판의 일면(一面)에 접촉하는 위치로부터 취성재료기판의 타면(他面)으로 접근하는 위치이고,
    상기 토크 제한치는, 제2의 토크 제한치, 상기 제2의 토크 제한치보다 작은 제1의 토크 제한치 및 제3의 토크 제한치를 포함하고,
    상기 콘트롤러는, 상기 스크라이브 커터의 상기 취성재료기판에 대한 상대 위치 및 상대 이동방향에 의거하여 상기 스크라이브 커터가 상기 취성재료기판에 올라탈 때에는 상기 제1의 토크 제한치를, 상기 스크라이브 커터가 상기 취성재료기판의 표면 상을 이동할 때에는 제2의 토크 제한치를, 상기 스크라이브 커터가 상기 취성재료기판의 표면 상에서 상기 취성재료기판의 표면 밖으로 이동할 때에는 상기 제3의 토크 제한치를 상기 토크지시명령 신호로서 송출하는
    것을 특징으로 하는 스크라이브 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 토크 제한치는, 제2의 토크 제한치 및 제2의 토크 제한치보다 큰 제4의 토크 제한치를 포함하고,
    상기 콘트롤러는, 상기 스크라이브 커터가 상기 취성재료기판에 있어서 스크라이브 라인이 형성되어 있지 않는 표면 상을 이동할 때에는 상기 제2의 토크 제한치를 송출하고, 상기 스크라이브 커터가 이미 형성되어 있는 스크라이브 라인을 통과할 때에는 상기 제4의 토크 제한치를 송출하는
    것을 특징으로 하는 스크라이브 장치.
  8. 취성재료기판(脆性材料基板)의 표면에 대하여 상하로 이동할 수 있도록 설치되어 당해 취성재료기판의 표면에 압력을 압력(壓力)을 가하여 당해 취성재료기판에 스크라이브 라인(scribe line)을 형성하는 스크라이브 커터(scribe cutter)를 사용하여 상기 취성재료기판에 상기 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 방법으로서,
    서버모터를 제어하여, 상기 스크라이브 커터를 취성재료기판의 표면에 대하여 상하로 이동시켜 상기 스크라이브 커터를 원하는 위치로 이동시킴과 아울러 상기 서버모터의 회전토크를 소정의 토크 제한치로 설정하여 상기 스크라이브 커터를 통하여 상기 취성재료기판에 압력을 가하는
    것을 특징으로 하는 취성재료기판의 스크라이브 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스크라이브 커터의 원하는 위치는, 상기 스크라이브 커터가 상기 취성재료기판의 일면(一面)에 접촉하는 위치로부터 취성재료기판의 타면(他面)으로 접근하는 위치이고,
    상기 토크 제한치는, 제2의 토크 제한치, 상기 제2의 토크 제한치보다 작은 제1의 토크 제한치 및 제3의 토크 제한치를 포함하고,
    상기 토크 제한치를 상기 제1의 토크 제한치로 설정하여 상기 스크라이브 커터를 상기 취성재료기판의 표면 상으로 이동시키는 공정과,
    상기 토크 제한치를 상기 제2의 토크 제한치로 설정하여 상기 스크라이브 커터를 상기 취성재료기판의 표면을 따라 이동시켜 스크라이브 라인을 형성하는 공정과,
    상기 스크라이브 라인을 형성한 후에 상기 토크 제한치를 상기 제3의 토크 제한치로 설정하여 상기 스크라이브 커터를 상기 취성재료기판의 표면 상으로부터 상기 취성재료기판의 표면 밖으로 이동시키는 공정을
    포함하는 것을 특징으로 하는 취성재료기판의 스크라이브 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 토크 제한치는, 제2의 토크 제한치보다 큰 제4의 토크 제한치를 포함하고,
    상기 취성재료기판에 있어서 스크라이브 되어 있지 않는 곳에 스크라이브 라인을 형성할 때에는 상기 제2의 토크 제한치로 설정되고, 상기 스크라이브 커터가 이미 형성되어 있는 스크라이브 라인을 통과할 때에는 상기 제4의 토크 제한치로 설정되는
    것을 특징으로 하는 스크라이브 방법.
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