KR101201263B1

KR101201263B1 - 커터 휠과 취성재료기판의 스크라이브 방법

Info

Publication number: KR101201263B1
Application number: KR1020100068859A
Authority: KR
Inventors: 카즈야 마에카와
Original assignee: 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-11-14
Also published as: TWI423939B; JP2011031484A; CN101987776B; CN101987776A; JP5276547B2; TW201109283A; KR20110013234A

Abstract

(과제) 고침투성의 스크라이브 라인을 형성할 수 있는 커터 휠을 제공한다.
(해결 수단) 외주연을 따라서 제1 능선각(Φ1)을 이루는 능선이 형성된 단면 V자 형상의 제1 날면과, 제1 날면의 근원측에 이어지는 제2 날면으로 이루어지는 2단의 날면을 갖고, 제2 날면은, 제1 날면측으로 연장했을 때에 형성되는 가상적인제2 능선각(Φ2)이 제1 능선각(Φ1)보다 작은 각이 되도록 형성되고, 제1 날면의 능선을 따라서 제2 날면에 도달하는 깊이의 홈이 주기적으로 형성되고, 제1 날면과 함께 제2 날면을 피가공 기판에 파고들게 하여 스크라이브 라인을 형성한다.

Description

커터 휠과 취성재료기판의 스크라이브 방법{CUTTER WHEEL AND METHOD FOR SCRIBING BRITTLE MATERIAL SUBSTRATE}

본 발명은, 유리 등의 취성 재료 기판상을 전동(轉動)시킴으로써, 기판상에 스크라이브 라인(scribe line)을 형성하는 커터 휠에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 스크라이브 라인을 따라서 수직 방향(기판 평면에 대하여 직각 방향)으로 형성되는 크랙(수직 크랙)이 깊게 침투한 스크라이브 라인(고(高)침투성 스크라이브 라인)을 형성할 수 있는 홈이 있는 커터 휠에 관한 것이다.

일반적으로, 유리 기판에 스크라이브 라인을 형성하기 위한 커터 휠은, 초경합금제 혹은 소결 다이아몬드제의 원판(disc)을, 외주면을 따라서 양면으로부터 연마함으로써 외주연에 단면이 V자 형상이 되는 날면을 성형하여, 날끝이 되는 능선이 형성되도록 하고 있다.

이러한 커터 휠에서는, 날끝 양측의 날면이 이루는 능선각(날끝각이라고도 함)이 너무 작으면, 통상의 압접 하중에서는 스크라이브 라인이 형성되지 않고, 압접 하중을 크게 하면, 갑자기 불규칙한 방향으로 쪼개져 버린다. 한편, 능선각이 너무 크면, 압접 하중이 수평 방향으로 분산됨으로써, 스크라이브 라인을 형성하기 위해 압접 하중을 크게 할 필요가 있고, 또한, 수평 방향으로 분산되는 하중도 커지기 때문에, 단면(斷面)의 품질을 저하시키는 수평 크랙(수직 방향(기판 평면에 대하여 직각 방향)으로부터 어긋난 방향의 크랙으로, 치핑(chipping, 이빠짐)의 원인이 됨)이 형성되기 쉬워진다. 그 때문에, 통상의 커터 휠에서는, 능선각을 적절한 각도로 하며, 구체적으로는 능선각을, 100°～160°, 통상은 110°～150° 정도로 하여, 기판상에 확실하게 스크라이브 라인이 형성될 수 있도록 하고 있다.

한편, 날끝이 되는 능선을 따라서 주기적으로 홈을 형성한, 홈이 있는 커터 휠이 이용되고 있다(특허문헌 1 참조). 홈이 있는 커터 휠에서는, 이하의 특징을 갖고 있다.

우선, 날끝 부분(돌기)과 홈 부분이 교대로 기판상을 전동하기 때문에, 돌기는 파고들기 쉽지만, 순차로 기판상에 위치하게 되는 홈 부분이 날끝의 파고듦을 제한하는 저항으로서 작용하여, 날끝이 기판에 너무 깊게 파고들지 않도록 「파고듦 억제」가 걸리게 된다. 이에 따라, 하중을 크게 한 경우라도, 큰 능선각의 날끝의 과도한 파고듦에 의해 발생하는 불규칙한 방향으로의 쪼개짐이나 수평 크랙의 발생이 방지되어, 방향이 제어된 스크라이브 라인이 형성되게 된다. 또한, 날끝 부분과 홈 부분이 기판상에 교대로 접근함으로써, 날끝이 간헐적으로 기판에 닿게 된다. 그 결과, 기판에 타점(打点) 충격이 부여되면서 스크라이브 라인이 형성되기 때문에, 스크라이브 라인을 따라서 신전(extension)하는 수직 크랙의 깊이는, (홈이 없는) 통상의 커터 휠에 의한 스크라이브 라인을 따라서 형성되는 크랙의 깊이보다도, 훨씬 깊어진다. 또한, 날끝 부분에 집중적으로 압접 하중이 가해지게 되어, 이것에 의해서도 크랙의 깊이가 보다 깊어진다.

따라서, 홈이 있는 커터 휠의 사용에 의해, (홈이 없는) 통상의 커터 휠보다도 고침투성의 스크라이브 라인을, 직선 형상으로 형성할 수 있게 되고, 게다가 불규칙한 방향으로의 쪼개짐이나 수평 크랙의 발생을 방지할 수 있게 된다.

또한, 홈이 있는 커터 휠에서는, 고침투성의 스크라이브 라인을 형성할 수 있기 때문에, 경우에 따라서는 크랙이 기판을 관통하여, 갑자기 완전 분단되어 버리는 경우도 있지만, 그 경우의 크랙은 기판 평면에 대하여 직각 방향으로 신전한 수직 크랙이 되고, 크랙의 방향은 스크라이브 라인을 따른 직선 형상으로 되어 있어, 전술한 불규칙한 방향의 쪼개짐과는 다르며, 크랙의 신전 방향이 제어된 바람직한 분단이 행해지게 된다.

또한, 홈이 있는 커터 휠의 다른 이점으로서, 홈에 의해 「파고듦 억제」가 걸리기 때문에, 능선각을 작게 해도, 예를 들면 80°～130°, 특히 90°～120° 정도까지 작게 하고, 게다가 하중을 크게 해도, 수평 크랙이 발생하는 문제나 기판이 불규칙한 방향으로 쪼개지는 문제가 발생하기 어려워진다. 따라서, (홈이 없는) 통상의 커터 휠에서는 스크라이브 라인의 형성이 곤란한 작은 능선 각도에서도, 고침투성의 스크라이브 라인을 형성할 수 있게 된다.

한편, 커터 휠의 날끝을 가공하는 데 있어서, 날면의 연마 가공의 공정수를 줄여, 생산 효율을 높이기 위한 궁리로서, 원판의 외주면을 따라서 양측면을 비스듬하게 연마하여 단면이 V자 형상인 날면을 형성할 때에, 2단의 경사면을 가공하는 것이 개시되어 있다(특허문헌 2의 도 1(c) 참조). 즉, 도 4에 나타내는 바와 같이, 2단의 경사면 중, 외주연측의 제1 경사면(K1)을 날면으로 하여, 통상의 커터 휠과 동등한 능선각으로 하여 작은 폭으로 가공하고, 날면으로서 이용하지 않는 근원(root)측의 제2 경사면(K2)은, 제2 경사면(K2)을 제1 경사면(K1)측으로 연장했을 때의 가상의 능선각이 제1 경사면의 능선각보다 작은 각도가 되도록 가공한 커터 휠이 개시되어 있다. 이 커터 휠에서는, 제1 경사면을 형성하기 전에 제2 경사면만을 형성한 능선각이 작은 휠을 제조해 두고, 필요에 따라서 소망하는 능선각으로 제1 경사면을 형성함으로써, 소망하는 스크라이브 성능을 갖는 커터 휠을 제조할 수 있다. 이 커터 휠에서는, 유리 기판상을 전동할 때에, 제1 경사면에 의해 스크라이브 라인이 형성되고, 제2 경사면은 유리면에 접하는 일은 없다.

국제공개공보 WO2005/072926호 일본공개특허공보 평9－188534호

기판에 스크라이브 라인을 형성하는 경우에, 수평 크랙의 발생이나 불규칙한 방향으로 쪼개져 버리는 문제를 없애면서, 그러면서도, 될 수 있는 한 깊은 수직 크랙을 수반하는 스크라이브 라인을 형성할 수 있는 것이 바람직하다.

특허문헌 1에 기재된 홈이 있는 커터 휠은, 통상의 커터 휠에 비하면, 깊은 수직 크랙을 수반하는 고침투성의 스크라이브 라인을 형성할 수 있는 점에서 우수하다.

그러나, 피(被)가공 기판의 두께나 재질에 따라, 더욱 깊은 수직 크랙을 수반하는 고침투성의 스크라이브 라인을 형성하는 것이 요망되는 경우가 있고, 또한, 보다 바람직하게는, 동일한 고침투성의 스크라이브 라인을 형성하는 경우라도, 될 수 있는 한 작은 압접 하중으로 고침투성의 스크라이브 라인을 형성할 수 있는 것이 스크라이브 라인의 가공 품질을 높이는 데 있어서 바람직하다.

그래서, 본 발명은, 종래의 홈이 있는 커터 휠과 비교하여,

(1) 더욱 깊은 수직 크랙을 수반하는 고침투성의 스크라이브 라인을 형성할 수 있는 커터 휠, (2) 상대적으로 낮은 압접 하중에서도 고침투성의 스크라이브 라인을 형성할 수 있는 커터 휠, 을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 행해진 본 발명의 홈이 있는 커터 휠은, 이하의 구성을 갖는다. 즉, 원형의 외주연을 따라서 제1 능선각(Φ1)을 이루는 능선이 형성된 단면 V자 형상의 제1 날면과, 이 제1 날면의 근원측으로 이어지는 제2 날면으로 이루어지는 2단의 날면을 갖고 있다. 제2 날면은, 제1 날면측으로 제2 날면을 연장했을 때에 형성되는 가상적인 제2 능선각(Φ2)이 제1 능선각(Φ1)보다 작은 각이 되도록 형성된다. 또한, 제1 날면의 능선을 따라서 제2 날면에 도달하는 깊이를 갖는 홈이 주기적으로 형성되도록 되어 있다. 그리고, 스크라이브할 때에, 이 홈이 있는 커터 휠은, 제1 날면과 함께 제2 날면이 피(被)가공 기판에 파고들도록 하여 스크라이브 라인을 형성한다.

본 발명에 의하면, 피가공 기판에 대하여, 제1 능선각(Φ1)의 제1 날면이 근원까지 파고들고, 이어서 제2 능선각(Φ2)의 제2 날면이 파고들게 된다. 이때, 제2 능선각(Φ2)은 제1 능선각(Φ1)보다 작고, 능선각이 넓은 제1 날면에 의한 피가공 기판에 대한 압접면은 좁게 되어 있기 때문에, 좁게 되어 있지 않은 제1 날면만으로 스크라이브하는 종래형의 커터 휠보다도 작은 압접 하중으로, 제2 날면에 도달하는 깊이까지, 홈간의 돌기를 파고들게 할 수 있다. 한편, 날끝 능선을 따라서 제2 날면에 도달하는 깊이의 홈이 주기적으로 형성되어 있기 때문에, 제2 날면까지 파고들었을 때, 이들 홈에 의해 파고듦 억제가 작용하기 시작하면, 그 이상의 파고듦이 제한되게 된다.

본 발명에 의하면, 제2 날면까지 파고들게 함으로써 깊은 스크라이브 라인을 형성할 수 있음과 함께, 파고듦 깊이가 홈 깊이에 가까워지면, 그 이상의 파고듦이 억제되게 되어, 그 결과, 날면의 과도한 파고듦에 의한 불규칙한 방향의 쪼개짐이나 수평 크랙이 발생하는 문제를 없앨 수 있다.

상기 발명에 있어서, 홈이 있는 커터 휠의 제1 날면의 외경(D)이 1mm～10mm, 특히 2mm～5mm이고, 그리고, 제1 능선각(Φ1)이 100°～160°, 특히 110°～130°가 되도록 하는 것이 바람직하다.

제1 능선각(Φ1)을 100°～160°로 함으로써, 제1 날면이 기판에 압접되었을 때에, 적절한 압접 하중으로 스크라이브 라인을 형성할(수평 크랙의 발생이나 불규칙한 방향으로의 쪼개짐이 발생하는 문제를 방지할) 수 있고, 또한 외경(D)을 1mm～10mm로 함으로써, 사용하기 쉽고, 휠의 연마 가공이 비교적 용이한 크기의 홈이 있는 커터 휠을 작성할 수 있다.

또한, 상기 발명에 있어서, 제2 능선각(Φ2)이 10°～90°이고, 그리고, 제2 날면의 최소폭(W)이 2㎛～200㎛, 특히 5～100㎛로 하는 것이 바람직하다.

제2 날면의 최소폭(W)(제1 날면의 최대폭과 동일함)을 2㎛～200㎛로 함으로써, 또한, 제1 능선각이 100°～160°인 것에 의해, 기하학적인 관계로부터, 제1 날면의 능선으로부터 제1 날면의 근원까지의 깊이가 약 1㎛～100㎛가 된다.

예를 들면, 액정 패널 등으로 사용하는 일반적인 유리 기판의 두께는 0.1mm～1.5mm 정도인 점에서, 제1 날면의 깊이가 상기 범위(1㎛～100㎛)이면, 유리의 판두께에 따라서, 제2 날면의 최소폭(W)을, 상기 범위 내에서 적절한 값으로 함으로써, 제1 날면이 근원까지 기판에 파고든 후(즉 제1 날면은 1㎛～100㎛ 파고듦)에, 추가로 제2 날면이 파고들려 할 때, 수평 크랙의 발생이나 불규칙한 방향의 쪼개짐을 방지할 수 있다. 그 후는, 제2 날면이 추가로 파고들어 가지만, 이때, 커터 휠의 홈의 깊이는, 제2 날면에 도달해 있는 점에서, 제1 날면의 깊이보다도 큰 홈 깊이로 하고 있으며, 구체적으로는 제1 날면의 깊이가 1㎛일 때는 1㎛보다 깊게, 100㎛일 때는 100㎛보다 깊게 되어 있다. 제2 날면이 파고들면, 이윽고 홈에 의한 파고듦 억제가 작용하게 되기 때문에, 제2 날면이 너무 파고들어서 수평 크랙이나 불규칙한 방향의 쪼개짐이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 형태인 커터 휠의 정면도 및 측면도이다.
도 2는 도 1의 커터 휠의 외주연 근방을 확대한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일실시 형태인 커터 휠의 측면도이다.
도 4는 2단의 경사면이 형성된 종래의 커터 휠의 예이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 커터 휠에 대해서, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 여기에서는, 판두께가 0.1mm～2mm 정도의 액정 패널 등에 사용하는 유리 기판의 가공에 적절한 커터 휠을 예로 하여 설명하지만, 물론, 그보다 두꺼운 판두께의 유리 기판에도 적용할 수 있음은 말할 필요도 없다. 또한, 유리 기판 이외의 취성 재료 기판(예를 들면, LTCC(저온 소성 세라믹스) 등의 세라믹스 기판, 사파이어 기판, 반도체 재료)에도 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 형태인 홈이 있는 커터 휠의 구성을 나타내는 정면도(도 1(a)) 및 측면도(도 1(b))이다. 또한, 도 2는 도 1의 커터 휠에 있어서의 외주연 근방의 확대 단면도이다.

커터 휠(10)은, 초경합금 또는 소결 다이아몬드(PCD)의 원판을 이용한 휠 본체(11)에, 제1 날면(12)과, 그 근원측에 이어지는 제2 날면(13)으로 이루어지는 2단의 날면이 연마된다. 통상은, 제2 날면을 형성한 후, 제1 날면을 형성한다.

휠 본체(11)는, 사용시에 사용하기 쉽고, 연마 가공도 하기 쉽도록, 외경(D)을 1mm～10mm(통상은 2～5mm)로 하고 있다.

제1 날면(12)은, 휠 본체(11)의 외주연에 제1 능선각(Φ1)의 능선을 이루도록 형성되어, 선단이 날끝(14)이 된다. 이 제1 능선각(Φ1)을 100°～160°의 범위에서 설정함으로써, 능선각이 너무 좁은 경우나 너무 넓은 경우의 문제(불규칙한 방향으로의 크랙의 발생, 지나친 파고듦에 의한 피가공 기판의 파괴 등)을 방지하고 있다.

제2 날면(13)은, 제2 날면(13)을 제1 날면(12)측으로 연장했을 때에 제2 능선각(Φ2)을 이루도록 형성된다. 제2 능선각(Φ2)은 제1 능선각(Φ1)보다도 작아지도록 되어 있다. 구체적으로는, 10°～90°(통상은 20°～90°)의 범위에서 설정하도록 하고, 이에 따라 제1 날면(12)에 이어서 제2 날면(13)이 파고들 때에 불필요한 저항을 회피함으로써, 하중의 수평 방향으로의 분산을 억제할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 날끝(14)이 되는 능선을 따라서 주기적으로 홈(15)이 형성되어 있다. 홈(15)의 깊이(M)(홈(15) 저부로부터 날끝(14)까지의 수직 거리)는, 제1 날면의 깊이(L)(제1 날면(12)과 제2 날면(13)과의 경계(16)로부터 날끝(14)까지의 수직 거리)보다 깊게 되어 있으며, 따라서, 홈(15)의 저부가 제2 날면(13)에 도달하도록 되어 있다. 이에 따라, 제2 날면(13)이 유리 기판에 파고들었을 때에, 홈(15)의 부분에서 제2 날면(13)의 파고듦 억제가 걸리도록 되어 있다. 또한, 도 1은 각 구성 부분의 개요를 설명하기 위한 모식적인(schematic) 도면으로, 홈의 수, 홈의 깊이, 홈의 폭, 홈의 간격(홈간의 날끝 부분(돌기)의 길이) 등은, 실제의 축척에 의한 것은 아니다. 예를 들면, 도 1에서는, 외관상, 홈의 폭이 홈의 간격(돌기의 길이)과 비교하여 동등 이하로 되어 있지만, 일반적으로, 홈의 폭을 홈간의 간격(날끝 부분(돌기)의 길이)보다도 길게 설정함으로써, 고침투성의 스크라이브 라인을 형성하기 쉬워진다.

제2 날면(13)의 최소폭(W)(제1 날면의 최대폭이기도 함)은, 제1 능선각(Φ1)과의 기하학적인 관계에서, 제1 날면의 깊이(L)를 결정하게 된다. 제1 날면의 깊이(L)는, 피가공 기판의 판두께나 재질에 따라 적절한 값으로 설정하는 것이 필요해진다. 예를 들면, 가상의 논의로서, 유리 기판의 판두께가 2mm 정도일 때는, 제1 날면의 깊이(L)가 0.5mm라도 제2 날면(13)까지 파고들게 할 수 있지만, 유리 기판의 판두께가 0.5mm 정도일 때는, 제1 날면의 깊이(L)가 0.5mm이면 제2 날면(13)을 파고들게 하기 전에 분단되어 버린다.

따라서, 제2 날면(13)의 최소폭(W)을, 피가공 기판의 판두께에 따라서 적절한 값으로 설정할 필요가 있다. 구체적으로는, 판두께가 0.1mm～1.5mm 정도의 유리 기판의 스크라이브를 행하는 경우는, 판두께에 따라서, 최소폭(W)을 2㎛～200㎛의 범위에서 설정하도록 하고 있다.

표 1에, 커터 휠(10)의 외경(D)을 2mm～10mm의 범위에서 변화시켰을 때의, 제1 능선각(Φ1), 제2 능선각(Φ2), 제1 날면 깊이(L), 홈 깊이(M), 제2 날면의 최소폭(W)(제1 날면의 최대폭과 동일함)의 전형예를 나타낸다.

제1 능선각(Φ1)은 100°～160°의 범위에서 임의로 설정할 수 있다. 제2 능선각(Φ2)은 외경(D)과의 밸런스에서 적절한 값을 설정하고 있고, 구체적으로는, 커터 휠 전체의 두께(통상, 0.3～1mm 정도)를 고려하여, 외경(D)이 커짐에 따라, 제2 능선각(Φ2)이 작아지도록 되어 있다.

제1 날면의 깊이(L)는, 외경(D)이 작아질수록, 깊게 할 수 있게 된다. 그리고 홈 깊이(M)는 제1 날면의 깊이(L)보다 깊게 하도록 하면 좋지만, 통상은, 2～100㎛, 특히 5～50㎛이며, 최저라도 2㎛보다 깊게 하도록 하고 있다. 이보다 작게 하면, 타점 충격이 가해지기 어려워지고, 또한, 파고듦 억제도 작용하기 어려워지기 때문이다.

제2 날면의 최소폭(W)은, 최대라도 200㎛ 이하로 하도록 하여, 제2 날면을 파고들게 할 때의 저항이 저감되도록 하고 있다.

이상 본 발명의 대표적인 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 반드시 상기의 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 특징을 일탈하지 않는 범위 내에서 적절히 수정, 변경하는 것이 가능하다. 예를 들면, 도 3은 본 발명의 다른 일 실시 형태인 커터 휠의 외주연 근방의 확대도이다. 도 1, 도 2와 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 붙임으로써 설명을 생략한다.

이 실시 형태에서는, 제2 날면(13)의 근원측에 날끝이 아닌 경사면(17)을 형성함으로써, 제2 날면(13)을 작게 하여 연마 가공을 간단히 할 수 있도록 하고 있다.

본 발명은, 유리 기판을 비롯한 취성 재료 기판에 대하여, 수평 크랙을 발생시키는 일 없이 고침투성의 스크라이브 라인을 형성하는 커터 휠에 이용할 수 있다.

10 : 커터 휠
11 : 휠 본체
12 : 제1 날면
13 : 제2 날면
14 : 날끝
15 : 홈
16 : 제1 날면과 제2 날면과의 경계
2b : 제1의 경사면
2c : 제2의 경사면
Φ1 : 제1 능선각
Φ2 : 제2 능선각
D : 외경
L : 제1 날면 깊이
M : 홈 깊이
W : 제2 날면의 최소폭(제1 날면의 최대폭)

Claims

원형의 외주연을 따라서 제1 능선각(Φ1)을 이루는 능선이 형성된 단면(斷面) V자 형상의 제1 날면과, 제1 날면의 근원(root)측으로 이어지는 제2 날면으로 이루어지는 2단의 날면을 갖고,
제2 날면은, 제1 날면측으로 연장했을 때에 형성되는 가상적인 제2 능선각(Φ2)이 제1 능선각(Φ1)보다 작은 각이 되도록 형성되고,
제1 날면의 능선을 따라서 상기 능선으로부터 제1 날면과 제2 날면과의 경계까지의 수직 거리보다 깊게 형성된 홈이 주기적으로 형성되고,
제1 날면과 함께 제2 날면을 피(被)가공 기판에 파고들게 하여 스크라이브 라인을 형성하는 것을 특징으로 하는 취성 재료 기판용의 커터 휠.
제1항에 있어서,
제1 날면의 외경(D)이 1mm～10mm이고, 그리고, 제1 능선각(Φ1)이 100°～160°인 커터 휠.
제2항에 있어서,
제2 능선각(Φ2)이 10°～90°이고, 그리고, 제2 날면의 최소폭(W)이 2㎛～200㎛인 커터 휠.
제3항에 있어서,
상기 홈의 깊이가 2㎛～50㎛인 커터 휠.
제1항에 있어서,
상기 제2 날면의 최소폭이 2㎛～200㎛인 커터 휠.
취성 재료 기판의 표면에 제1항에 기재된 커터 휠을 압접하여, 전동시키는 것을 특징으로 하는 취성재료기판의 스크라이브 방법.
제6항에 있어서,
상기 커터 휠을 그 제2 날면까지 취성 재료 기판에 파고들도록 압접하는 취성재료기판의 스크라이브 방법.