KR101824529B1 - 스크라이빙 휠 - Google Patents

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Abstract

(과제) 고경도의 취성 재료 기판에 대하여 「걸림」 특성이 좋고, 스크라이브를 개시한 위치부터 바로 수직 균열을 발생시킬 수 있는 스크라이빙 휠을 제공한다.
(해결수단) 스크라이빙 휠의 외주에 단면이 V자형의 단결정 다이아몬드 또는 다결정 다이아몬드로 이루어지는 경사면을 형성하고, 경사면의 산술 평균 거칠기(Ra)를 0.01㎛ 이하로 한다. 경사면(14a, 14b)이 교차되는 능선(13)의 부분에 8㎛ 미만의 일정 피치의 홈(15a, 15b)을 형성한다. 이에 따라 다이아몬드를 소재로 하는 스크라이빙 휠에 있어서 「걸림」특성을 향상시킬 수 있다.

Description

스크라이빙 휠{SCRIBING WHEEL}
본 발명은 고경도의 취성 재료 기판(brittle material substrate)을 스크라이브하기 위하여 적합한 스크라이빙 휠에 관한 것이다.
종래, 액정 표시 패널이나 태양전지 등의 제조 공정에서는, 취성 재료 기판의 분단(dividing) 공정이 형성되어 있다. 분단 공정에서는, 초경합금이나 다결정 소결 다이아몬드(PCD) 등으로 이루어지는 스크라이빙 휠에 취성 재료 기판의 재질이나 두께 등의 모든 조건에 알맞은 하중을 부가하면서, 스크라이빙 휠을 취성 재료 기판의 표면상을 전동(rolling)시켜 스크라이브 라인(scribing line)을 형성하고, 스크라이브 라인으로부터 취성 재료 기판의 두께 방향으로 신장(extend)하는 수직 크랙을 형성한다. 그리고 취성 재료 기판의 스크라이브 라인을 따라서 소정의 힘을 가함으로써 취성 재료 기판을 분단하여, 각각의 패널이나 유리판을 제조하고 있다.
유리 소재 메이커에 있어서, 기판의 재료에 있어서의 개량, 열처리 가공에 있어서의 각종 개량이 행해져 온 결과, 종래의 날끝(노멀 날끝)을 구비한 스크라이빙 휠(이하, 노멀 휠이라고도 한다)을 이용하여 스크라이브한 경우에, 「걸림이 나쁜」상태, 즉 스크라이빙 휠의 전동 직후에 날끝이 기판 표면에서 미끄러져, 스크라이브 라인이 형성되지 않는다고 하는 현상이 보여졌다.
특허 문헌 1에는, 고침투 효과를 갖는 스크라이빙 휠이 개시되어 있다. 이 스크라이빙 휠은, 단면 V자형의 원주 능선을 따라서 원주 방향으로 교대로 형성된 다수의 절결(cut-away)과 돌기를 갖고 있다. 이 스크라이빙 휠을 이용하면, 유리 기판의 표면으로부터 수직 방향으로 유리 기판의 판 두께에 대하여 상대적으로 깊은 수직 크랙을 형성할 수 있다.
이러한 고침투 날끝의 스크라이빙 휠은, 노멀 날끝의 스크라이빙 휠보다도 「걸림이 좋은」날끝으로서 알려져 있다.
일본국특허공보 제3074143호
그런데, 유리 기판보다 경질인 세라믹 등 고경도의 취성 재료 기판을 스크라이브하는 경우에는, 초경합금이나 PCD제의 스크라이빙 휠에서는, 탄화 텅스텐 또는 다이아몬드 입자와 코발트 등의 결합재로 구성되기 때문에, 날끝이 깨지거나 마모되거나 하여 긴 거리 크랙을 형성하지 못하는 경우가 있다. 따라서 경질인 취성 재료 기판을 스크라이브하는 경우에는, 초경합금이나 소결 다이아몬드보다도 경질이고, 또한 균질한 재료의 단결정 등의 다이아몬드제 스크라이빙 휠이 바람직하다. 다이아몬드 소재의 스크라이빙 휠에서는, 날끝은 경면상(鏡面狀)으로 되어, 경사면의 표면 거칠기가 작아진다. 그 때문에 한층 더 기판상에서 미끄러지기 쉽고, 「걸림」이 나빠져, 스크라이브 개시 직후부터 수직 크랙을 발생시키는 것이 어려워진다고 생각된다.
본 발명은 이러한 다이아몬드 소재의 스크라이빙 휠의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 취성 재료 기판을 다이아몬드 소재의 스크라이빙 휠을 이용하여 스크라이브 하는 경우에도, 「걸림」이 좋고, 수직 크랙을 발생시키기 쉬운 스크라이빙 휠을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 스크라이빙 휠은, 원판의 주위에 다이아몬드에 의해 구성된 능선과 한쌍의 경사면으로 이루어지는 단면 V자형의 날끝을 갖고, 상기 한쌍의 경사면의 산술 평균 거칠기를 0.01㎛ 이하로 하고, 상기 날끝의 적어도 한쪽의 경사면의 능선 부분에 피치가 8㎛ 미만인 홈을 전둘레에 갖는 것이다.
여기서 상기 스크라이빙 휠의 홈은, 상기 스크라이빙 휠의 원판의 중심축에 평행하게 형성되어 있도록 해도 좋다.
여기서 상기 스크라이빙 휠은, 단결정 다이아몬드로 이루어지는 것으로 해도 좋다.
상기 스크라이빙 휠의 능선 부분에 실시되는 홈의 깊이는, 0.3㎛ 이하로 해도 좋다.
상기 스크라이빙 휠의 능선 부분에 실시되는 홈의 피치는, 1㎛ 이하로 해도 좋다.
또한, 이 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 스크라이빙 휠은, 원판의 주위에 다이아몬드에 의해 구성된 능선과 한쌍의 경사면으로 이루어지는 단면 V자형의 날끝을 갖고, 상기 한쌍의 경사면의 산술 평균 거칠기를 0.01㎛ 이하로 하고, 상기 날끝의 적어도 한쪽의 경사면의 능선을 포함하는 폭 10㎛ 이내의 범위에 피치가 12㎛ 미만, 깊이가 0.7㎛ 미만의 패터닝 가공이 전둘레에 실시된 것이다.
여기서 상기 패터닝 가공은, 상기 능선에 측면에서 보아 곡률 반경 8~12㎛인 볼록부가 형성되도록 행해져도 좋다.
이러한 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 스크라이빙 휠의 경사면의 날끝의 전(全)원주 부분에 홈 가공이 실시되어, 그 날끝의 홈의 피치가 8㎛ 이하로 작은 피치로 형성되어 있다. 이 때문에, 걸림성이 양호하고, 스크라이브 개시 직후부터 깊은 크랙으로 경도가 높은 기판을 스크라이브할 수 있다고 하는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시의 형태에 의한 스크라이빙 휠의 측면도 및 정면도이다.
도 2는 본 실시 형태의 다이아몬드 휠의 날끝 부분을 확대하여 나타내는 측면도 및 정면도이다.
도 3은 본 실시 형태의 스크라이빙 휠의 날끝의 능선 부분의 사시도 및 그 측면도이다.
도 4는 본 실시 형태의 스크라이빙 휠의 변형예의 날끝의 능선 부분의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 스크라이빙 휠의 날끝 부분을 확대하여 나타내는 측면도 및 정면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 스크라이빙 휠의 날끝 부분을 확대하여 나타내는 측면도 및 정면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 의한 스크라이빙 휠에 대하여 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 본 실시 형태에 있어서 가공의 대상이 되는 취성 재료 기판은, 경도가 높은 SiC 기판으로 하고 있는데, 이에 한정되는 것이 아니고, 액정 표시 패널, 플라즈마 디스플레이 패널 등의 유리 기판, 단결정 실리콘 기판, 세라믹 기판, 사파이어 기판 등의 취성 재료 기판이라도 좋다. 또한, 본 명세서에서 이용되는 「산술 평균 거칠기 Ra」란, JISB0601로 규정된 공업 제품의 표면 거칠기를 나타내는 파라미터의 하나이다.
본 발명의 제1 실시 형태에 의한 스크라이빙 휠의 형상을 설명한다. 도 1(a)는 본 실시 형태에 의한 스크라이빙 휠을 그 중심축 방향으로부터 본 정면도이며, 도 1(b)는 그 스크라이빙 휠의 측면도이다. 또한 도 2(a)는 능선 부분을 확대하여 나타내는 측면도, 도 2(b)는 그 정면도이다.
제1 실시 형태의 스크라이빙 휠(10)은 단결정 다이아몬드로 형성된 원판상의 휠로서, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 중심축(11)의 중심에 스크라이빙 휠(10)을 축 지지하기 위한 도시하지 않는 핀이 관통되는 관통구멍(12)을 갖는다. 이 스크라이빙 휠(10)의 외주면은 단면이 V자형이 되도록 절결되고, 그 중심에 능선(13)이 형성되고, 좌우에는 도시와 같이 경사면(14a, 14b)을 갖고 있다. 경사면(14a, 14b)은 수렴 각도(α)를 갖도록 형성되어 있다. 경사면(14a, 14b)은, 경사면의 산술 평균 거칠기(Ra)가 예를 들면 0.01㎛ 이하가 되도록 가공되어 있다. 이와같이 경사면의 산술 평균 거칠기를 작게 함으로써, 스크라이브시에 기판에 주어지는 하중을 집중시킬 수 있고, 수직 크랙의 깊이를 일정하게 할 수 있다. 또한, 스크라이빙 휠의 능선의 이빠짐이나 기판에의 데미지(damage)를 적게할 수 있다.
또한, 이 실시 형태의 스크라이빙 휠은 도 1에 나타내는 바와 같이 날끝의 능선(13)을 중심에 포함하는 경사면(14a, 14b)에 각각 소정폭(w)의 범위에서 일정한 라인 피치(P)에 의한 패터닝 가공이 전둘레에 실시된 것이다. 여기서 패터닝 가공은 적어도 스크라이브 시에 기판과 접촉하는 부분에 형성되어 있는 것이 바람직하고, 본 실시 형태에 있어서 폭(w)은 예를 들면 10~20㎛로 하고 있다. 이 패터닝 가공은 도 2 및 도 3에 확대도를 나타내는 바와 같이, 원판의 중심축(11)에 평행하게 되도록 다수의 홈(15a, 15b)이 일정한 피치(P)로 형성된 것이다. 이 패터닝 가공의 홈(15a, 15b)의 피치(P)는 0.5㎛ 이상 12㎛ 미만, 바람직하게는 8㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 1㎛ 이하이고, 스크라이빙 휠(10)의 홈(15a, 15b)의 깊이(d)를 0.05㎛ 이상 0.7㎛ 미만, 바람직하게는 0.3㎛ 이하로 한다.
이러한 미세 패터닝 가공을 능선(13)의 양측에 형성함으로써, 높은 경도의 SiC 기판 등의 기판에 대하여서도 일정한 마찰 계수를 확보할 수 있어, 걸림성의 개선을 도모할 수 있다. 또한, 홈의 깊이를 작게 함으로써, 스크라이브 품질에 주는 영향을 충분히 작게 할 수 있다.
제1 실시 형태의 다이아몬드로 형성된 능선 및 경사면에 대한 패터닝 가공은, 펨토초(femto second) 레이저에 의한 표면 가공 장치를 이용하여 행할 수 있다. 펨토초 레이저는 펨토초 단위의, 매우 짧은 시간에 파워를 압축한 광원으로, 다양한 재료에 주기적인 구조의 홈이나 패턴을 형성할 수 있다. 여기서는 도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이 능선을 포함하는 경사면(14a, 14b)에 중심축에 평행한 홈 가공을 행한다. 그리고 이 펨토초 레이저의 광원이나 펄스폭을 적절히 선택함으로써 소망의 피치(P) 및 깊이(d)의 홈 가공을 행할 수 있다.
또한, 패터닝 가공은 본 실시 형태와 같이 홈과 홈의 사이에 능선이 남겨진 미가공 부분을 포함하도록 행해져도 좋고, 또한 변형예로서 도 4에 나타내는 바와 같이, 측면에서 보아 소정의 곡률 반경을 갖는 볼록부(16) 및 그 사이의 홈(15)을 형성하도록 행해져도 좋다. 볼록부(16)의 곡률 반경(R)은 8~12㎛ 정도인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 제1 실시 형태에서는 도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이 능선(13)에 대하여 경사면(14a, 14b)에 대칭으로 동일한 길이의 홈(15a, 15b)을 배치하고 있지만, 홈의 길이는 경사면(14a, 14b)에서 서로 상이하도록 해 두어도 좋다.
다음에 본 발명의 제2 실시 형태의 스크라이빙 휠에 대하여 설명한다. 본 실시의 형태에 있어서 제1 실시 형태와 동일 부분은 동일 부호를 붙여 상세한 설명을 생략한다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 제2 실시의 형태의 스크라이빙 휠은 경사면(14a, 14b)에 서로 어긋나게 전둘레에 홈(15a, 15b)을 형성한 것이다. 그 외의 구성에 대해서는 제1 실시의 형태와 동일하다. 이 경우의 홈의 피치(P)는 전술한 제1 실시의 형태와 동일하고, 또한 홈(15a, 15b)의 깊이(d)도 제1 실시의 형태와 동일하게 한다. 이와같이 하면 능선이나 경사면에 대한 패터닝 각도를 적게 하여 거의 동일한 효과가 얻어진다.
다음에 본 발명의 제3 실시 형태의 스크라이빙 휠에 대하여 설명한다. 본 실시의 형태에 있어서 제1 실시 형태와 동일 부분은 동일 부호를 붙여 상세한 설명을 생략한다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 제3 실시 형태의 스크라이빙 휠은 어느 한쪽의 경사면, 여기에서는 경사면(14a)에만 전둘레에 홈(15a)을 형성한 것이다. 그 외의 구성에 대하여서는 제1 실시 형태와 동일하게 한다. 이 경우의 홈의 피치(P)는 전술한 제1 실시 형태와 동일하고, 또한 홈(15a)의 깊이(d)도 제1 실시 형태와 동일하게 한다. 이와같이 하면 능선이나 경사면에 대한 패터닝 각도를 적게 하여 거의 동일한 효과가 얻어진다. 또한 이 실시의 형태에 있어서, 다른 쪽의 경사면(14b)에만 전둘레에 홈(15b)을 형성한 것이어도 좋다.
본 발명의 각 실시 형태의 스크라이빙 휠은, 걸림성이 양호하고, 고경도의 기판에 대하여서도 미끄러지지 않고, 스크라이브 개시 직후부터 수직 크랙을 발생시킬 수 있다. 따라서 높은 경도의 기판에 대하여서도 내(內)절결 스크라이브를 할 수 있다고 하는 우수한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 미끄러짐이 발생하지 않기 때문에 스크라이빙 휠 능선이 균일하게 마모하게 되어, 스크라이빙 휠의 수명을 한층 더 길게 할 수 있다.
또한 전술한 각 실시 형태에서는 스크라이빙 휠의 소재를 단결정 다이아몬드로 하고 있는데, 다결정 다이아몬드를 소재로서 이용해도 좋다. 이 경우에도 스크라이빙 휠의 능선 부분에 동일한 홈 가공을 실시함으로써 동일한 효과를 갖는 스크라이빙 휠을 구성할 수 있다.
또한 전술한 각 실시 형태에 있어서는, 스크라이빙 휠 전체가 단결정 다이아몬드로 이루어지는 것을 나타냈지만, 예를 들면, 초경합금 등으로 구성된 휠 본체부에 단결정 또는 다결정 다이아몬드로 구성된 날끝 부분을 접착 또는 성막 등에 의하여 고정한 스크라이빙 휠에 대하여서도 본 발명은 적용 가능하다. 이러한 구성의 스크라이빙 휠이면, 고가의 다이아몬드의 사용을 줄여, 저렴한 가격의 스크라이빙 휠을 제공할 수 있다.
본 발명은 고경도의 취성 재료 기판을 스크라이브하는 스크라이브 장치에 적용할 수 있다.
10 : 스크라이빙 휠
11 : 중심축
12 : 관통구멍
13 : 능선
14a, 14b : 경사면
15a, 15b, 15 : 홈
16 : 볼록부

Claims (8)

  1. 원판의 주위에 다이아몬드에 의하여 구성된 능선과 한쌍의 경사면으로 이루어지는 단면 V자형의 날끝을 갖고, 상기 한쌍의 경사면의 산술 평균 거칠기를 0.01㎛ 이하로 하고, 상기 날끝의 적어도 한쪽의 경사면의 능선 부분에 피치가 8㎛ 미만인 홈을 전둘레에 갖고,
    상기 홈과 홈 사이에 볼록부가 형성되고, 상기 볼록부는 측면에서 보아 8~12㎛의 곡률반경을 갖는 스크라이빙 휠.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스크라이빙 휠의 상기 홈은, 상기 스크라이빙 휠의 원판의 중심축에 평행하게 형성되어 있는 스크라이빙 휠.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스크라이빙 휠은, 단결정 다이아몬드로 이루어지는 스크라이빙 휠.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스크라이빙 휠의 상기 홈의 깊이는, 0.3㎛ 이하인 스크라이빙 휠.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스크라이빙 휠의 상기 홈의 피치는, 1㎛ 이하인 스크라이빙 휠.
  6. 원판의 주위에 다이아몬드에 의해 구성된 능선과 한쌍의 경사면으로 이루어지는 단면 V자형의 날끝을 갖고, 상기 한쌍의 경사면의 산술 평균 거칠기를 0.01㎛ 이하로 하고, 상기 날끝의 적어도 한쪽의 경사면의 능선을 포함하는 폭 10㎛ 이내의 범위에 피치가 12㎛ 미만, 깊이가 0.7㎛ 미만의 홈을 형성하는 패터닝 가공이 전둘레에 실시되고,
    상기 패터닝 가공에 의해서, 상기 홈과 홈 사이에 볼록부가 형성되고, 상기 볼록부는 측면에서 보아 8~12㎛의 곡률반경을 갖는 것을 특징으로 하는 스크라이빙 휠.
  7. 삭제
  8. 제4항에 있어서,
    상기 스크라이빙 휠의 상기 홈의 피치는, 1㎛ 이하인 스크라이빙 휠.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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