KR20070097589A

KR20070097589A - 소결 다이아몬드의 가공방법 및 기판용 커터휠 및 그가공방법

Info

Publication number: KR20070097589A
Application number: KR1020077019379A
Authority: KR
Inventors: 미키오 곤도; 가즈히사 구리야마; 히로시 도미모리
Original assignee: 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2007-10-04
Also published as: JP4709202B2; CN101115581A; CN101502912B; US8324528B2; WO2006082899A1; CN101733847A; KR20090094392A; TWI380868B; JPWO2006082899A1; CN101502912A; TW200640603A; CN101733847B; EP1844891A4; MY146678A; KR101031235B1; EP1844891A1; US20090039061A1; CN101115581B; KR101031237B1

Abstract

소결 다이아몬드를 레이저로 미세가공 할 때에, 가공부위의 그래파이트화를 억제하고 또한 높은 효율로 정확한 미세가공을 할 수 있는 방법을 제공한다. 능선부분2a를 포함하는 휠 외주부에 휠 측면 측에서 레이저빔을 휠2에 대하여 상대적으로 이동하면서 조사하여, 능선부분에 휠 반경방향을 향하여 미세한 홈부를 원주방향으로 원하는 간격을 두고 연속하여 형성하는 공정을 포함하고, 소결 다이아몬드를 재료로 하는 공작물에 대하여, 상기 공작물과 레이저빔의 상대적인 이동속도로 상기 공작물의 가공부위에 조사하여 가공 부위의 최대 두께가 200μm 이하의 범위에서 상기 공작물을 미세형상으로 가공한다.

Description

소결 다이아몬드의 가공방법 및 기판용 커터휠 및 그 가공방법{METHOD OF WORKING SINTERED DIAMOND, CUTTER WHEEL FOR SUBSTRATE AND METHOD OF WORKING THE SAME}

본 발명은, 소결(燒結) 다이아몬드에 있어서 레이저에 의한 미세가공 방법에 관한 것으로서, 특히 글라스, 세라믹스, 단결정 실리콘(單結晶 silicon) 혹은 사파이어 등의 취성재료(脆性材料) 기판을 절단할 때에 이들 기판에 스크라이브 라인을 형성하기 위한 커터휠의 제조방법 및 이 제조방법에 의하여 얻어진 커터휠에 관한 것이다.

일반적으로 글라스 기판 등의 취성재료 기판을 절단하는 경우에, 커터휠을 압접 상태에서 기판 표면에 전동(轉動) 시킴으로써 기판 상에 스크라이브 라인을 형성하고, 당해 라인을 따라 판의 두께방향으로 크랙을 생기게 함으로써 기판을 절단하는 방법이 널리 이용되고 있다.

이 기판 절단에 사용되는 커터휠은 초경합금(超硬合金)이나 소결 다이아몬드로 만들어지고, 특히 칼날의 수명(壽命)의 점에 있어서 소결 다이아 몬드를 재료로 하는 커터휠이 널리 사용되고 있다. 이러한 커터휠(이하, 이 발명에서는 「휠」이라고 부른다)은, 그 외주면에 원주 방향으로 연장되는 능선, 즉 칼날을 구비하고, 휠을 기판 상에서 전동 가능하게 축지지(軸支持)하는 축체(軸體)가 관통하는 축 구멍을 구비한다. 또 기판 표면에 대한 칼날의 접촉점에 있어서의 단위면적당 하중을 높이기 위하여, 때로는 휠의 외경은 2∼3mm로 설정되어 있다.

한편 본 출원인은, 상기한 칼날을 원주방향을 따라 소정의 간격을 두고 연속적인 돌기와 홈을 형성한 휠을 앞서 출원하고 있다(특허문헌1참조).

이에　의하면 칼날에 형성된 돌기에 의하여 기판 표면에 스크라이브 라인이 형성되면, 기판의 판의 두께방향으로 깊은 수직크랙을 형성할 수 있고, 동시에 휠 전동시의 슬립(slip)도 효과적으로 방지할 수 있다. 상기한 휠의 돌기와 홈은, 다이아몬드 휠을 사용한 기계가공에 의하여 형성되고 있다. 또 이 「다이아몬드 휠」은 JIS-B4131에서 규정하는 광의의 숫돌로서, 본 발명에서 사용되는 「휠」(커터휠)과의 어구(語句)의 혼동을 피하기 위하여, 이하 「숫돌」이라고 부른다.

특허문헌1 : 일본국 특허 제3074143호 공보

그러나 상기한 바와 같이 외경이 2∼3mm의 휠에 미세한 피치로 돌기와 홈을 형성하려고 하면, 사용되는 숫돌의 선단부분은 미세한 형상이 요구되어 숫돌 선단 형상의 형성(마모시의 정형(整形)을 포함한다)에 장시간이 필요하고, 또한 숫돌 자체의 수명에도 좌우된다.

한편 공작물의 미세가공의 수단으로서 레이저 가공이 사용되고 있다. 다이아몬드 다이스의 대략적 형상을 레이저에 의하여 가공하는 것은 1960년대 후반에 도입되어, 루비 레이저(ruby laser), YAG 레이저, 탄산가스 레이저라고 하는 변천을 거쳐서 실용화가 진행되어 왔다. 또 레이저에 의한 가공의 용도는, 당초의 초기가공으로부터 미세가공으로 확대되고 있다.

그러나 소결 다이아몬드를 레이저로 가공하면, 레이저 조사(照射)의 가공열에 의하여 소결 다이아몬드의 가공 부위가 그래파이트화(graphite化) 한다고 하는 문제가 있다. 이러한 그래파이트화도 초기가공의 경우에는 그다지 문제시 되지 않았지만, 미세가공의 경우에는 제품의 기능 저하 등의 문제가 발생하는 경우가 있다.

그래서 본 발명은, 소결 다이아몬드를 레이저로 미세가공 할 때의 가공 부위의 그래파이트화를 억제하고 또한 높은 효율로 정확한 미세가공을 할 수 있는 방법을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.

또한 다른 목적으로서 하기의 문제점을 해결하는 방법을 제공하는 것을 들 수 있다. 도21은, 레이저빔의 조사에 의하여 원호 모양의 홈을 가공하는 종래의 가공 방법을 설명하는 도면이다.

도21에 나타나 있는 바와 같이, 휠의 능선에, 휠 측면으로부터 레이저빔을 도면 중에 있어서 일점쇄선으로 나타내는 소정의 궤적을 따라 도면 중의 화살표방향으로 원호 모양으로 상대적으로 이동시키면서 조사하여 홈부를 가공할 때에, 가공 종점(終點) 측의 돌기 엣지 부분a에 「비대칭」이라고 불리는 현상이 발생한다. 이 「비대칭」은, 휠2의 홈 가공 부위2b에 있어서, 도면 중에서 화살표로 나타내는 레이저빔의 시점측과 종점측에서 홈의 형상이 중심선C를 중심으로 비대칭이 되는 현상을 말한다. 또, 도면 중에서 돌기 엣지 부분a의 실선 및 도면 중에서 일점쇄선이 레이저빔의 이동궤적이며, 파선이 실제의 가공 형상이다.

이것은 레이저빔의 이동궤적에 따라 홈 가공 부위의 두께가 변화되는 것에 기인한다고 생각된다. 이러한 「비대칭」이 발생하면 휠의 품질이 저하하여 미세한 돌기와 홈에 의한 스크라이브 라인 형성의 기능이 손상될 우려가 있다. 한편 상기한 「휠 측면」은, 휠의 축 구멍의 개구부를 포함하는 휠의 평평한 표면 및 이면을 의미한다.

본 발명은, 레이저빔을 사용하여 미세한 피치로 돌기와 홈을 가공하는 것이면서, 상기와 같은 「비대칭」현상과 같은 단점이 발생하지 않는 가공방법을 제공하는 것도 중요한 목적으로 한다.

또한 도22에 나타나 있는 바와 같이, 휠에 대하여 그 축선X와 평행하게　되도록 휠 측면으로부터 레이저빔을 조사하여 돌기와 홈부를 가공할 때에, 능선2a를 형성하는 레이저빔 조사측 경사면에 있어서 상위측 경사면에 「파임」이라고 불리우는 오목한 결함부(d)가 발생한다. 이 「파임」은, 레이저빔의 입사측에서 공작물의 가공 부위와 비가공 부위와의 경계면이 서로 뒤섞여 양자의 경계가 뚜렷치 않은 현상에 의하여 발생한다.

그래서 본 발명은, 레이저빔을 사용하여 미세한 피치로 돌기와 홈을 가공할 때에 「파임」 현상과 같은 단점이 발생하지 않는 가공방법을 제공하는 것도 목적의 하나로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 휠의 외주면에서 정점(頂点)을 칼날로 하는 V자형의 능선부가 형성되고, 이 능선부의 전체 둘레에 걸쳐 미세하고 또한 정밀한 돌기와 홈이 레이저빔에 의하여 교대로 복수 개 형성된 취성재료 기판용 휠을 제공하는 것에 있다.

[발명의 구성]

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 다음과 같은 기술적 수단을 강구하였다. 즉 본 발명에 관한 레이저에 의한 소결 다이아몬드의 미세 가공방법은, 소결 다이아몬드를 재료로 하는 공작물에 대하여, 상기 레이저빔을 상기 공작물에 대하여 상대적으로 이동시키면서 상기 공작물의 가공 부위에 조사하여 가공 부위의 최대 두께가 200μm 이하의 범위에서 상기 공작물을 미세형상으로 가공하는 것을 특징으로 하는 방법이다. 레이저빔은, 파장범위가 125∼1066nm이며, 1펄스의 펄스폭5f(펨토(femto))초∼50n(나노)초의 범위에서 펄스 반복 주파수가 300Hz∼5KHz의 범위의 것을 사용한다.

본 발명에 관한 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법은, 소결 다이아몬드를 재료로 하는 디스크 모양 휠의 외주면에 정점을 칼날로 하는 V자형의 능선부를 원주방향을 따라 형성하고, 이 능선 부분을 포함하는 휠 외주부에 휠 측면 측에서 레이저빔을 상기 휠에 대하여 상대적으로 이동시키면서 조사하여, 상기 능선 부분에 휠 반경방향을 향하여 개구한 미세한 홈부를 원주방향으로 원하는 간격을 두고 연속하여 형성하는 공정을 포함하고, 상기 레이저빔을 상기 휠에 대하여 상대적으로 이동시키면서 상기 휠의 가공 부위에 조사하여 가공 부위의 최대 두께가 200μm 이하의 범위에서 상기 휠을 미세형상으로 가공하는 것을 특징으로 한다. 레이저빔은, 파장범위가 125∼1066nm이며, 1펄스의 펄스폭5f초∼50n초에서 펄스 반복 주파수가 300Hz∼5KHz의 범위의 것을 사용한다.

본 발명에 있어서 사용되는 레이저빔은, 단파장 및/또는 단 펄스를 구비하는 것이면 레이저의 종류는 특별하게 한정되지 않지만, 특히 YAG 레이저의 기본파(파장 1,064nm)를 바탕으로 한 YAG 제5조파(파장 212nm), YAG 제4조파(파장 266nm), YAG 제3조파(파장 355nm) 및 YAG 제2조파(파장 533nm)가, 양질의 가공을 할 수 있는 점에서 바람직하다.

본 발명에 있어서의 레이저빔의 이동은 공작물 즉 휠에 대하여 상대적인 것이어서, 따라서 휠을 고정하고 레이저빔을 이동시켜도 좋고, 레이저빔을 고정하고 휠을 이동시켜도 좋으며, 또는 양자를 이동 가능하도록 구성하고 가공 부위에 요구되는 가공 정밀도에 따라 양자를 선택적으로 이동시켜도 좋다.

상기 공작물과 레이저빔의 상대이동속도는, 0.1μm/초∼3.0mm/초가 실용상 바람직하다.

상기 레이저빔과 공작물은 같은 패턴의 도형을 따라 상기 휠에 대하여 상대적으로 이동하도록 하고, 이 레이저빔의 이동궤적에 의하여 그려지는 도형을 휠의 반경방향으로 조금 옮김으로써 가공되는 홈부의 깊이를 조정하고, 레이저빔의 이동궤적에 의하여 그려지는 도형의 크기를 변경함으로써 홈부의 원주방향의 길이를 조정한다. 이에 따라 제어부에 있어서 XY스테이지 이동의 제어 프로그램은 휠의 사이즈마다 대폭적으로 변경하지 않아도, 그 때마다 간단하게 설정할 수 있다.

레이저빔의 이동궤적에 의하여 그려지는 도형으로는 특별하게 한정되는 것이 아니라, 원, 타원 혹은 다각형과 같은 폐곡선으로 이루어지는 것 또는 폐곡선을 형성하지 않는 포물선이나 쌍곡선과 같은 곡선, 직선으로 이루어지는 것을 들 수 있다.

레이저빔을 가공하여야 할 홈부의 일단 가장자리에 상당하는 부분으로부터 일방향으로 상기 휠에 대하여 상대적으로 이동시켜서 첫 번째의 조사를 함으로써 홈부의 일부를 가공하고, 뒤이어서 두 번째의 레이저빔을 미완성 홈부의 타단 가장자리에 상당하는 부분으로부터 상기와는 반대방향으로 이동시켜서 하나의 홈부를 완성되도록 한 수단도 본 발명에 있어서 유효하다. 이에 따라 전술한 바와 같은, 홈부에 있어서의 가공 종점측 엣지의 「비대칭」의 발생을 없애 윤곽이 명확한 정밀한 돌기를 형성할 수 있다.

상기 「비대칭」현상을 방지하는 방법으로서, 상기한 레이저빔의 첫 번째의 조사 및 두 번째의 조사에 있어서, 각각의 레이저빔의 상기 휠에 대한 상대적인 이동의 궤적을 원 또는 다각형 등의 폐곡선으로 하여 휠 원주방향으로 조금 비켜서 조사함으로써 달성할 수 있다. 또한 다른 방법으로서, 형성하여야 할 홈부의 가공 윤곽선을 분할 예정선을 경계로 하여 둘로 분할하고, 각각 분할된 부분을 첫 번째와 두 번째의 레이저빔으로 가공하도록 하더라도 좋다.

능선 부분을 포함하는 휠 외주부에 휠 측면 측에서 레이저빔을 상기 휠에 대하여 상대적으로 이동시키면서 조사함에 있어서, 휠의 좌우 양면 측에서 교대로 또는 동시에 조사하여 홈부를 가공 함으로써, 돌기와 홈부의 좌우 대칭성이 확보된다. 또한 이 경우에, 휠의 좌우 양면 측에서 조사하는 레이저빔의 조사방향이 휠 축선에 대하여 근접하도록, 소정의 경사를 가지도록 가공하는 것이 효과적이다. 이에 따라 레이저빔 조사시에 전술한 바와 같은 「파임」의 발생을 확실하게 없앨 수 있다.

본 발명에 있어서 사용되는 레이저빔은 레이저 애블레이션(laser ablation) 가공에 의하여 홈부를 형성하는 것이다. 단펄스 및/또는 단파장의 레이저빔은 높은 파워 밀도를 가지고 있어, 휠의 레이저빔 조사 부위에 열이 충분히 미치기 전에 상기 조사 부위에 있어서의 물질을 비산(飛散) 제거시킬 수 있다. 또, 이와 같이 레이저의 파장, 펄스폭, 파워 밀도의 조합에 의하여 용융 과정이 거의 없이 가공 대상물의 가공 부위가 순식간에 증발하는 과정을 애블레이션이라고 한다. 이 때문에 가공 시에 휠의 비가공 부위가 열영향을 받는 것을 피할 수 있다.

본 발명에서는, 종래의 숫돌에 의한 가공 방법과 비교하여 보다 미세한 피치로 형성되고 또한 정밀한 돌기와 홈부를 칼날에 구비한, 상기한 제조방법에 의하여 얻어진 취성재료 기판용 휠을 제공하는 것도 특징으로 한다.

본 발명에서는, 레이저빔의 광축과 직교하는 단면의 가장자리부에 있어서 에너지 분포의 균일성을 측정하고, 상기 측정결과에 따라 상기 레이저빔에 있어서 상기 가장자리부의 특정위치를 사용하여 공작물을 가공하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 레이저빔의 광축과 직교하는 단면의 가장자리부에 있어서 에너지 분포의 불균일성에 의한 가공의 불균일을 억제하고, 상기 휠에 대하여 정확한 가공 형상을 형성할 수 있다.

상기의 「레이저빔에 있어서 상기 가장자리부의 특정위치」는, 레이저빔의 에너지 분포에 치우침이 없이 곡률이 일정한 위치가 바람직하다.

[발명의 효과]

본 발명의 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법에서는, 소결 다이아몬드를 레이저로 미세가공 할 때에 있어서 가공 부위의 그래파이트화를 억제하고 또한 높은 효율로 정확한 미세가공을 할 수 있다.

또한 종래의 숫돌에 의한 가공에서는 얻을 수 없었던 미세하고 정확한 돌기와 홈을 휠의 칼날이 되는 능선에 가공할 수 있다.

또한 레이저빔의 이동궤적에 의하여 그려지는 도형을 휠의 반경방향으로 비켜 놓는 것만으로 가공되는 홈부의 깊이를 간단하게 조정할 수 있고, 레이저빔의 이동궤적에 의하여 그려지는 도형의 크기를 변경하는 것만으로 홈부의 원주방향의 길이를 용이하게 조정할 수 있는 등의 효과가 있다.

또한 청구항11∼청구항14에 기재되어 있는 구성으로 함으로써 홈부에 있어서의 가공 종점 측 엣지에 있어서 「비대칭」의 발생을 없애, 윤곽이 뚜렷한 정밀한 돌기를 형성할 수 있다. 또 청구항11에 기재되어 있는 구성으로 함으로써 능선 부분에 레이저빔을 조사했을 때에 종종 발생하는 「파임」 현상이 없는 정밀한 휠을 제작할 수 있다고 하는 효과가 있다.

적어도 2축방향으로 대략적인 조정이 가능하게 이동되는 초기조정 이동부와, 초기조정 이동부 상에서 적어도 2축방향으로 미세조정이 가능하게 이동되는 미세조정 이동부와, 미세조정 이동부 상에서 상기 휠을 소정 각도 회전 가능하게 지지하는 회전 지지부를 구비한 지지수단을 통하여 상기 휠을 지지하고, 레이저빔을 상기 휠에 대하여 상대적으로 이동시키면서 상기 휠의 가공 부위에 조사하는 구성으로 함으로써 레이저빔을 정확하게 상대적으로 이동시켜서, 원하는 이동궤적을 상기 휠에 그릴 수 있다.

도1은, 본 발명에 관한 제조방법을 실시하기 위한 개략적인 시스템 구성도이다.

도2는, 가공되는 휠을 지지하는 베이스 부분과 레이저 헤드 부분을 나타내는 도면이다.

도3은, 가공되는 휠의 단면도이다.

도4는, 본 발명에 관한 제조방법의 1 실시예를 나타내는 설명도로서, 레이저빔의 궤적과 휠과의 위치관계를 나타낸다.

도5는, 도4의 요부 확대도이다.

도6은, 가공된 홈부를 나타내는 확대 단면도이다.

도7은, 레이저 가공한 휠을 나타내는 것으로, (a)는 휠 전체를 나타내고, (b)는 요부의 확대도를 나타낸다.

도8은, 레이저빔의 궤적의 변경예를 나타내는 것으로, (a)는 사각형의 궤적을 나타내고, (b)는 삼각형의 궤적을 나타낸다.

도9는, 상기 「비대칭」의 현상을 방지하기 위한 본 발명의 실시예를 나타내는 설명도로서, (a)는 레이저빔의 첫 번째 조사와 두 번째 조사의 궤적과 휠과의 위치관계를 나타내고, (b)는 가공된 홈부를 나타내고, (c)는 두 번째의 조사의 궤적을 첫 번째보다 작게 한 예를 나타낸다.

도10은, 상기 「비대칭」의 현상을 방지하기 위한 실시예를 나타내는 설명도이다.

도11은, 본 발명에 관한 제조방법의 다른 실시예를 나타내는 설명도로서, (a)는 홈부의 가공 윤곽선과 분할선을 나타내는 설명도, (b)는 레이저빔의 첫 번째 조사를 나타내는 설명도, (c)는 레이저빔의 두 번째 조사의 궤적을 나타내는 설명도이다.

도12는, 도11과 마찬가지의 설명도로서, 레이저빔의 궤적을 사각형으로 했을 경우를 나타낸다.

도13은, 도11과 마찬가지의 설명도로서, 레이저빔의 궤적을 삼각형으로 했을 경우를 나타낸다.

도14는, 상기 「파임」의 현상을 방지하기 위한 실시예를 나타내는 설명도이다.

도15는, 특정위치 사용법에 의하여 X-Y축 이동 스테이지 상에 지지된 휠의 홈부의 형성방법을 설명하기 위한 평면도이다.

도16은, 실험예에 있어서의 라만 분광분석의 측정 포인트를 나타내는 도면이다.

도17은, 실험예에 있어서의 종래의 연삭가공에 의하여 홈을 형성한 휠의 라만 분광분석 결과를 나타내는 도면이다.

도18은, 실험예에 있어서의 본 발명의 레이저 가공에 의하여 홈을 형성한 휠의 라만 분광분석 결과를 나타내는 도면이다.

도19는, 실험예에 있어서의 종래의 레이저 가공에 의하여 홈을 형성한 휠의 라만 분광분석 결과를 나타내는 도면이다.

도20은, 나노 스테이지 사용법에 사용되는 나노 스테이지의 도면이다.

도21은, 홈부를 가공했을 때의 「비대칭」의 현상을 나타내는 단면도이다.

도22는, 홈부를 가공했을 때의 「파임」의 현상을 나타내는 단면도이다.

도23은, 다른 형상의 휠과 그 휠을 가공할 때의 베이스 부분과 레이저 헤드 부분을 나타내는 도면이다.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

1 레이저 헤드(laser head) 2, 2' 휠(wheel)

2a 휠의 능선 2b 휠의 홈부

2c 휠의 돌기 3 고정 베이스(固定base)

3a 고정 베이스의 X-Y축 이동 스테이지(stage)

3b 휠을 지지하는 축 5 흡인로(吸引路)

31 초기조정 이동 스테이지(초기조정 이동부)

32 미세조정 이동 스테이지(미세조정 이동부)

41 휠 b 홈부의 가공 윤곽선

c 분할 예정선 R, R', R" 레이저빔의 이동궤적

S 레이저빔의 조사방향을 나타내는 선

A 다이아몬드의 라만 시프트(Raman shift)

B 그래파이트(graphite)의 라만 시프트

이하에서 본 발명에 관한 취성재료 기판용 휠의 제조방법에 대하여 도면을 사용하여 설명한다. 도1은 본 발명의 방법을 실시하기 위한 간략적인 시스템 구성도이며, 도2는 가공되는 디스크 모양의 휠을 지지하는 베이스 부분과 레이저 헤드 부분을 나타내는 도면이다.

도1에 나타나 있는 바와 같이, 이 시스템 구성은 모니터11을 구비한 제어부12와, 상기 제어부12에 의하여 컨트롤 되는 레이저 광원부13과, 이 레이저 광원부13으로부터 레이저빔을 조사하는 레이저 헤드1과, 가공하여야 할 휠2를 지지하는 X-Y축 이동 스테이지3a를 구비한 고정 베이스3으로 이루어진다.

X-Y축 이동 스테이지3a는 도2에 있어서 수평면상에서 X-Y축방향으로 이동할 수 있게 형성되고, 레이저 헤드1은, 도면에 나타내지 않는 Z축방향 이동 스테이지에 의하여 도2에 있어서 수직방향으로 이동 가능하게 또 조사 각도가 조정 가능하게 형성되어 있다. 휠2는 X-Y축 이동 스테이지3a에 설치된 회전축3b에 의하여 지지되어, 상기 이동 스테이지3a와 함께 컴퓨터 제어부에 의하여 레이저 헤드1과의 상대이동속도가 컨트롤 된다. 한편, 부호3c는 초점 맞춤 작업을 쉽게 하기 위하여 휠2의 하방에 설치된 백색 세라믹반(ceramic盤)이다.

이 형태에 있어서 레이저 헤드1로부터 조사되는 레이저빔은 YAG 레이저의 고조파(高調波)이지만, 단파장(短波長) 및/또는 단펄스(短pulse)의 레이저빔이라면 사용할 수 있는 레이저의 종류는 특별하게 한정되지 않는다. 파장범위가 125∼1066nm이며, 1펄스의 펄스폭은 5f초∼50n초에서 펄스 반복 주파수가 300Hz∼5KHz의 범위의 레이저빔을 조사할 수 있는 것이라면 사용할 수 있다.

레이저 헤드1로부터 조사되는 레이저빔에 의하여 가공되는 공작물에 있어서 가공 부위의 최대 두께는 200μm 이하이면 좋다. 가공 부위의 최소두께에 대하여는, 실제로 가공할 수 있는 얇기이면 특별하게 한정되지 않는다. 또 가공하기 쉽다는 점에서, 가공 부위의 두께가 1∼200μm의 범위인 것이 바람직하다. 또한 휠2와 레이저 헤드1의 상대이동속도는, 3.0mm/초 이하로 컨트롤 된다. 다만 이동속도의 하한에 대하여는 특별하게 한정되지 않지만, 가공 시간이 지나치게 길어서 실용상 문제가 안 되는 정도이면 좋다. 더 바람직하게는0.1μm∼3.0mm/초로 컨트롤 하는 것이 좋다.

레이저 헤드1로부터 조사되는 레이저빔의 실질적인 출력은, 0.002W∼5.0W 정도이다. 제어부12는, 레이저 헤드1에 대하여 레이저의 파장, 펄스 폭 및 파워 밀도를 컨트롤 하여 레이저 애블레이션(laser ablation) 가공에 알맞은 펄스 레이저빔을 레이저 광원부13으로부터 조사시킨다.

이하의 설명에 있어서 「레이저 헤드1의 이동」은, 레이저빔을 조사하는 레이저 헤드1과 가공하여야 할 휠2를 지지하는 X-Y축 이동 스테이지3a의 상대적인 이동을 의미한다. 또한 이하의 설명에 있어서 「레이저빔의 이동궤적」은, 레이저 헤드1과 X-Y축 이동 스테이지3a의 상대적인 이동에 의하여 형성되는 레이저빔의 궤적을 의미한다.

본 발명에 관한 휠은, 각종 취성재료를 절단(분단)하기 위하여 피가공 대상의 취성재료에 스크라이브 라인을 형성시킬 목적으로 스크라이브 동작에 사용되는 종래의 휠을 더 가공하여, 그 스크라이브 성능을 향상시킨 것이다. 즉, 종래의 휠의 주변 능선을 따라 요철형상을 형성하는 미세가공을 한다. 종래의 휠은 칼날의 기능을 하는 능선부의 형성을 위하여, 원판 디스크의 외주 가장자리부에 숫돌을 사용하는 연삭가공에 의하여 경사부가 형성된다. 그 형성 과정에서 외주 가장자리부의 경사부와 능선부에는 미소하고 불규칙한 요철(연삭조흔(硏削條痕))이 형성되지만, 그러한 불규칙한 요철과는 크기가 다르고 규칙적으로 휠의 외경을 따라 선택되는 소정의 높이를 구비하는 「돌기」와, 소정의 폭과 깊이를 구비하는 「홈」을, 외주 능선부를 따라 필요한 수만 미세가공 하여 형성함으로써, 종래 휠의 스크라이브 성능을 대폭적으로 향상시킨 휠을 제공할 수 있다.

불규칙하고 미소한 연삭조흔을 구비하는 종래의 휠에서는, 스크라이브 시에 피가공물의 내부에 형성할 수 있는 수직크랙의 깊이는 그 두께의 10에서부터 15% 정도이다. 한편 본 발명에 관한 휠은 그 외주 능선부에 규칙적인 「돌기」와 「홈」을 구비하고 있어서, 스크라이브 시에 칼날 하중이 국부적으로 그 돌기물에 집중하기 때문에, 수평크랙의 대폭적인 발생 을 수반하지 않고 큰 칼날 하중이 작용하게 된다. 그 결과, 휠을 피가공물의 표면에 전동시켜 가면 피가공물의 두께의 80% 부근의 깊이에도 도달하는 수직크랙이 스크라이브 라인의 바로 아래에 연속하여 형성된다. 이 결과, 종래의 칼날을 대신하여 본 발명에 관한 칼날을 취성재료의 절단(분단)공정에 사용하면, 스크라이브 후에 필요한 브레이크 공정을 간략화 할 수 있다. 또한 기판의 재질이나 그 두께에도 관계되지만, 경우에 따라서는 브레이크 공정 그 자체를 필요로 하지 않는 절단(분단)공정을 실현하는 것이 가능하게 된다. 따라서 그러한 수직크랙이 깊게 형성되는 칼날을 사용하는 스크라이브 장치를 FPD(평면표시체) 패널의 생산설비의 절단라인 구성에 채용함으로써, 라인 구성에 있어서 브레이크 장치의 간략화 또는 생략화(省略化)를 가능하게 하여 비용 메리트(merit)가 있는 라인설비의 구축이 가능하게 된다.

본 발명에 관한 휠을 제조하는 것에 있어서, 도3 및 도4에 나타나 있는 바와 같이 소결 다이아몬드를 재료로 하는 종래의 디스크 모양 휠2를 사용하여 그것을 추가 가공한다. 종래의 휠2는 그 원주방향을 따라 외주면에 V자형으로 칼날의 기능을 하는 능선부2a를 구비하고 있다. 이 휠2를 이동 스테이지3a의 회전축3b에 축 구멍2d를 통하여 수평으로 장착한다. 휠2를 정지시킨 상태에서 휠2의 측면으로부터 능선부2a를 포함하는 휠 외주부를 향하여 레이저빔을 원형의 궤적R을 따라 이동시키면서 조사한다.

이 경우에, 도4 및 도5에 나타나 있는 바와 같이 원형의 궤적R의 일부가 능선부2a를 파고들도록 설정함으로써, 도6에 나타나 있는 바와 같은 1개의 원호 모양의 홈부2b를 가공할 수 있다. 계속하여 도2에 나타낸 회전축3b를, 미리 입력한 파라미터(parameter)에 의거하여 소정 각도(1피치 분(分))만 회전시켜서 마찬가지로 레이저빔을 조사하고, 순차적으로 이것을 반복함으로써 도7에 나타나 있는 바와 같이, 종래 휠2를 다수의 미세한 돌기2c와 홈부2b를 구비한 휠2'으로 가공할 수 있다.

가공되는 홈부2b의 깊이H는, 레이저빔의 이동궤적에 의하여 그려지는 도형을 휠의 반경방향으로 조금 옮김으로써 미세조정 할 수 있고, 또한 레이저빔의 이동궤적에 의하여 그려지는 도형의 크기를 변경함으로써 홈부의 원주방향의 길이를 미세조정 할 수 있다.

상기 레이저빔의 궤적R은 도4와 같은 원형에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 도8(a)의 사각형R'이나 도8(b)의 삼각형R"로 하더라도 좋고, 그 이외의 다각형의 폐곡선이나 폐곡선을 형성하지 않는 곡선, 직선으로 형성할 수도 있다. 또한 이들 중의 다른 도형을 복수 조합시켜서 사용하여 1개의 홈 가공을 하여도 좋다. 이들 도형을 사용하는 경우에도, 레이저빔의 이동궤적에 의하여 그려지는 도형을 휠의 반경방향으로 조금 옮김으로써 가공되는 홈부의 깊이를 미세조정 할 수 있고, 또한 레이저빔의 이동궤적에 의하여 그려지는 도형의 크기를 변경함으로써 홈부의 원주방향의 길이를 미세조정 할 수 있다.

도9∼도13은 각각 상기한 레이저 가공 종점측에 발생하는 「비대칭」 현상을 제거하기 위한 실시예를 나타낸다.

도9의 실시예에서는, 도9(a)에 원형의 이동궤적을 구비하는 레이저빔을, 가공하여야 할 홈부의 일단 가장자리에 상당(相當)하는 부분에서부터 일방향으로 이동시켜서, 첫 번째 조사R1을 함으로써 홈부의 일부를 가공하고, 뒤이어서 두 번째 조사R2에 의하여 레이저빔을 미완성 홈부의 타단 가장자리에 상당하는 부분에서부터 상기와는 반대방향으로 이동시킴으로써 도9(b)에 나타나 있는 바와 같은 1개의 홈부2b를 완성되도록 하였다. 이 경우에, 도9(c)에 나타나 있는 바와 같이 첫 번째의 레이저빔의 궤적보다 두 번째의 레이저빔의 궤적 쪽이 작아지도록 하는 것이 좋다. 이에 따라 조사 시간의 단축을 도모할 수 있다.

또한 도10에 나타나 있는 바와 같이, 가공하여야 할 홈부의 일단 가장자리에 상당하는 부분으로부터 일방향으로 원형의 이동궤적을 구비하는 레이저빔을 이동시켜서 첫 번째 조사R1을 하고, 뒤이어서 두 번째 조사R2를 하여, 레이저빔의 궤적이 휠2에 대하여 첫 번째 조사 때와 같은 부위에 위치하도록 레이저빔을 이동시키고, 또한 첫 번째 조사R1에 있어서 레이저빔의 이동방향과 두 번째의 조사R2에 있어서 레이저빔의 이동방향이 서로 반대방향이 되도록 레이저빔을 이동할 수 있다. 이에 따라 상기의 비대칭 현상이 없도록 할 수 있다.

도11에 나타내는 실시예에서는, 형성하여야 할 홈부의 가공 윤곽선b를 분할 예정선c를 경계로 하여 둘로 분할하고, 각각 분할된 부분을 첫 번째 와 두 번째의 레이저빔으로 가공하도록 하였다. 도11의 실시예에서는 가공되는 홈부2b의 형상이 원호인 경우를 나타내고 있는 것에 대하여, 도12에서는 홈부2b의 형태가 개구부가 위로 향하는 ㄷ자형이며, 도13에서는 홈부2b의 형태가 V자형인 경우를 나타내고, 어느 쪽도 분할 예정선c에 의하여 분할된 부분을 첫 번째와 두 번째의 레이저빔으로 가공하도록 하였다.

도14는, 상기한 「파임」의 발생(도22 참조)을 막기 위한 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서는, 휠2의 좌우 양면측에서 레이저빔을 교대로 또는 동시에 조사하여 홈부를 가공한다. 이 경우에, 레이저빔의 조사방향이 휠 축선X에 대하여 근접하도록(도22의 종래의 예는 휠 축선과 평행하게 조사) 소정의 경사가 있게 형성한다. 소정의 경사는, 레이저빔 조사선S를 경계로 하는 상위측 경사면과 레이저빔 조사선S와의 각도를 α, 하위측 경사면과의 각도를 β라고 했을 때에, α이 커지고 β이 작아져서 α과 β가 비슷해지는 방향으로(휠 축선X와 평행한 방향으로부터) 기울어 지는 것을 말한다. 이에 따라 레이저빔 조사선S를 경계로 하는 상위측 경사면과 레이저빔 조사선S와의 각도α이 하위측 경사면과의 각도β와 비슷하게 되어, 치우침으로 인하여 조사열을 상위측 경사면이 많이 받는 것을 완화함으로써, 상기한 「파임」의 발생을 방지할 수 있다.

본 발명의 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법에서는, 레이저빔의 광축(光軸)과 직교하는 단면의 가장자리부에 있어서의 에너지 분포의 균일성을 측정하고, 상기 측정결과에 따라 상기 레이저빔의 상기 가장자리부의 특정위치를 사용하여 공작물을 가공할 수 있다(이하, 「특정위치 사용법」이라고 부른다).

특정위치 사용법의 실시예를, 도4∼도6에 나타낸 상기의 실시예 및 도15를 참조하면서 설명한다. 도15는, 특정위치 사용법에 의한 홈부2b의 형성방법을 설명하기 위한, 도2의 고정 베이스3의 평면도이다.

도2에 있어서 X-Y축 이동 스테이지3a에 가공하여야 할 휠2를 정지시킨 상태에서 휠2의 측면으로부터 능선부2a를 포함하는 휠 외주부를 향하여 레이저빔을 원형의 궤적R을 따라 상대적으로 이동시키면서 조사하는 경우에, 도4 및 도5에 나타나 있는 바와 같이 원형의 궤적의 일부가 능선부2a를 파고들도록 설정이 되어, 도6에 나타나 있는 바와 같은 1개의 원호 모양의 홈부2b가 형성된다.

도15로 설명하면, 우선 제1번째의 홈부2b를 형성하기 위하여는, 레이저 헤드1로부터 조사되는 레이저빔LB에 대하여 X-Y축 이동 스테이지3a(도2 참조)의 회전축3b(도2 참조)에 의하여 지지된 휠2를 레이저빔LB로 접근시키고, 예를 들면 도면 중에서 실선으로 나타낸 휠2의 외주부에 레이저빔LB의 각도위치L1이 대향하도록 위치시켜 상기 원호 모양의 홈부2b를 형성한다. 계속하여 휠2를 레이저빔LB로부터 분리하고 회전축3b를 각도θ만큼 회전시키고 또 회전축3b에 의하여 지지된 휠2를 레이저빔LB에 접근시켜, 각도위치Ll에 대향하는 휠2의 외주부에 제2번째의 홈부2b를 형성한다. 이러한 동작을 순차적으로 반복함으로써 휠2의 외주에 원하는 간격으로 n개의 홈부2b를 형 성한다.

이 때에 능선부2a에 조사되는 레이저빔LB는, 그 레이저빔의 광축과 직교하는 단면의 가장자리부와 같은 각도위치L1이 능선부2a에 닿게 된다.

한편 레이저빔LB는, 보통 조사면에 있어서 레이저빔의 형상이 완전한 원이 아니기 때문에, 레이저빔LB의 광축과 직교하는 단면의 가장자리부에 있어서의 에너지 분포는 전체 둘레에서 반드시 균일하지는 않다.

그 때문에 휠2에 대향하는 상기 레이저빔의 상기 가장자리부에 있어서 에너지 분포가 현저하게 저하한 부분이 있었을 경우에, 예를 들면 상기 각도위치Ll에 있어서 에너지 분포가 현저하게 저하한 부분이 있는 경우에, 레이저빔의 상기 가장자리부에 있어서의 에너지 분포가 균일하다고 상정하여 레이저빔을 상대적으로 이동시키면서 조사하면, 레이저빔의 이동궤적이 예정하는 도형을 그릴 수 없다고 하는 문제가 발생한다.

여기에서, 특정위치 사용법을 사용하여 상기 문제를 방지하는 실시예를 설명한다.

우선, 도15의 X-Y축 이동 스테이지3a(도2 참조)의 회전축3b에 테스트 피스(test piece)를 지지시킨다. 테스트 피스는, 공작물인 휠2와 같은 재질, 형상의 것이다.

레이저 헤드1로부터 레이저빔LB를 예를 들면 공작물에 그려지는 것과 같은 도형을 그리도록 상기 테스트 피스에 대하여 상대적으로 이동시키면서 조사하고, 그에 의하여 얻어진 레이저 가공 부위를 예를 들면 현미경으로 관찰한다. 이 관찰 결과에 의거하여 상기 레이저빔LB의 광축과 직교하는 단면의 가장자리부에 있어서의 에너지 분포의 균일성을 판단한다. 즉 상기 레이저 가공 부위에 있어서, 가공 예정선과의 차이가 있거나 비가공 부위와의 경계면이 뒤섞이거나 하는 경우에는, 상기 레이저 가공 부위에 해당하는 상기 레이저빔LB의 가장자리부의 각도위치L1을 피하고, 상기 레이저빔LB의 가장자리부의 다른 각도위치, 예를 들면 도면 중의 각도위치L2∼L4에서, 상기한 바와 마찬가지로 테스트 피스에 대하여 상기 레이저빔LB를 상대적으로 이동시키면서 조사하고, 그에 의하여 얻어진 레이저 가공부위를 마찬가지로 현미경으로 관찰하고, 이 관찰 결과에 의거하여 상기 레이저빔LB의 광축과 직교하는 단면의 가장자리부에 있어서의 에너지 분포의 균일성을 판단한다.

상기 레이저 가공부위에 상기와 같은 문제의 발생이 없다고 판단된 경우에는, 그 레이저 가공 부위에 해당한 상기 레이저빔LB의 가장자리부의 각도위치를, 예를 들면 도면 중의 각도위치L2∼L4 중의 어느 하나를 「특정위치」로 보고, 이 특정위치를 사용하여 공작물인 휠2의 레이저 가공을 한다.

구체적으로는, X-Y축 이동 스테이지3a의 회전축3b에 의하여 휠2를 지지시키고, 레이저 헤드1로부터 조사되는 레이저빔LB에 있어서 상기 「특정위치」에 대향하는 위치(예를 들면 도면 중에 파선으로 나타낸 휠2 중에서 어느 하나의 위치)로 상대적으로 이동시킨다. 계속하여 레이저빔LB에 있어서 상기 특정위치가 휠2의 가공 부위에 닿으면서 상기 폐곡선을 그리도록 X-Y 축 이동 스테이지3a를 이동시켜서 휠2의 홈 가공을 한다. 제1번째의 홈 가공이 종료하면, 회전축3b를 소정의 각도θ만큼(1피치) 회전시켜, 상기 홈 가공에 의하여 형성된 홈 가공 부위에 인접하는 홈 가공 예정 부위에 상기한 바와 마찬가지로 레이저빔LB에 있어서 상기 특정위치가 접촉하여 상기 폐곡선을 그리도록 X-Y축 이동 스테이지3a를 이동시켜서, 제2번째의 홈 가공을 한다. 이하 마찬가지로 n개의 홈 가공을 한다.

상기 특정위치 사용법을 사용함으로써, 공작물은 항상 레이저빔LB의 에너지 분포에 치우침이 없이 곡률이 일정한 가장자리부를 통하여 레이저빔LB와 접촉하기 때문에, 레이저빔LB의 이동궤적R이 예정하는 원형 등의 폐곡선을 그릴 수 없다고 하는 문제를 해소할 수 있다.

본 발명의 제조방법에 의하여 가공되는 취성재료 기판용 휠2는, V자형의 능선부의 칼날각도가 85∼160도이며 휠의 외형이 1∼20mm이고 휠의 두께가 5mm 이하이고 상기 돌기와 홈의 길이가 5∼200μm이며 돌기의 높이가 0.5∼20μm로 한 범위 내의 것이라면, 종래 칼날을 효과적으로 가공하여 종래 칼날의 스크라이브 성능을 대폭적으로 상회하는 성능을 가지고, 깊은 수직크랙을 형성하는 고침투 효과를 구비하는 칼날, 또는 취성재료 표면에 대한 「먹힘」이 좋은 효과를 구비하는 칼날을 제조할 수 있다.

상기 실시예로 나타낸 소결 다이아몬드에 있어서 레이저에 의한 미세가공에서는, 가공 부위의 그래파이트화는 대략 완전하게 억제할 수 있어 정확한 가공 형상을 형성할 수 있었다.

〔실험〕

숫돌을 사용한 종래의 연삭가공에 의하여 홈을 형성한 취성재료 기판용 휠과, 본 발명의 레이저 가공에 의하여 홈을 형성한 상기 휠에 대하여, 라만 분광분석(Raman分光分析)을 하였다.

각각의 휠은, 같은 소결 다이아몬드를 재료로 하고 동일한 치수 및 형상의 것(지름 2mm, 두께 0.65mm, 칼날 각도 115도)이다. 홈을 형성하는 레이저의 이동궤적은 지름 48μm의 원으로서, 이 원의 원주 중의 길이 7μm의 원호가 휠을 파도록 설정하였다.

표1은, 라만 분광분석의 분석 장치의 측정 조건을 나타낸다.

[표1]

분석장치	레이저 라만 분광분석기
입사 프로브	레이저
검출신호	산란광
분해능(공간/깊이)	1μm/수100nm
정밀도	수%
광원	He-Ne레이저
분석 배율	50배(현미(顯微) 라만)

도16(a) 및 16(b)는, 휠2'에 대한 라만 분광분석용의 입사광의 입사방향을 화살표로 나타내고, 도16(c)는, 휠2에 있어서 라만 분광분석용의 측정 포인트P1 및 P2를 나타낸다.

표2는, 본 발명의 레이저 가공에 있어서의 가공조건을 나타낸다.

[표2]

최대출력/펄스폭	10W@10KHz/25n₈@10KHz
사용 렌즈	대물렌즈 촛점거리f=10mm
디포커스/빔 지름	0μm/4μm
블로우/블로우 유량	air(냉각-5℃)/20L/min
가공품형상	φ2x0.65 - 각도115도
파워/반복	0.3W@500Hz
주사 속도	0.5mm/sec
가공 치수	트리패닝(trepaning)가공 φ 48μm 파임량 7μm

또, 표2의 「디포커스/빔 지름 0μm/4μm」는, 가공면인 휠2의 능선부2a에 레이저빔의 핀트를 맞췄을 때에 가공면에 있어서 빔 지름은 4μm까지 좁혀진 것을 나타낸다.

도17은, 숫돌을 사용한 종래의 연삭가공에 의하여 홈을 형성한 휠의 라만 분광분석 결과를 나타내고, 도18은, 본 발명의 레이저 가공에 의하여 홈을 형성한 휠의 라만 분광분석 결과를 나타낸다. 또한 도19는 종래의 레이저 가공에 의하여 홈을 형성한 휠의 라만 분광분석 결과를 나타낸다.

이들 도17∼도19에 있어서, 가로축은 산란광의 주파수를, 세로축은 라만 산란광 강도를 나타내고 있다. 또한 피크A는 다이아몬드의 라만 시프트(Raman shift)(1332.5cm^-1)를 나타내고, 피크B는 그래파이트(graphite)의 라만 시프트(1580.0cm^-1)를 나타낸다.

도17(a)은, 도16(c)의 측정 포인트P1에 있어서의 라만 분광분석 결과를 나타내고, 도17(b)은, 도16(c)의 측정 포인트P2에 있어서의 라만 분광분석 결과를 나타낸다. 이들 결과로 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 숫돌을 사용한 종래의 연삭가공에 의하여 홈을 형성한 경우에, 휠의 표층에 그래파이트를 형성시키지 않고 미세가공을 할 수 있다.

도18(a)은, 도16(c)의 측정 포인트P1에 있어서의 라만 분광분석 결과를 나타내고, 도18(b)은, 도16(c)의 측정 포인트P2에 있어서의 라만 분광분석 결과를 나타낸다. 이들 결과로 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 레이저 가공에 의하면, 숫돌을 사용한 종래의 연삭가공과 마찬가지로 휠의 표층에 그래파이트를 형성시키지 않고 미세가공을 할 수 있다.

도19는, 본 발명의 레이저 가공의 조건범위로부터 벗어난 조건에서의 라만 분광분석 결과로서, 구체적으로는 레이저빔 파장 355nm, 출력 5.0W, 레이저 펄스폭이 25n초, 반복 주파수가 10KHz의 레이저빔을 사용하여 휠과 레이저빔의 상대이동속도를 0.5mm/초로 하여, 상기 휠의 가공 부위에 조사하여 가공 부위의 두께가 10μm인 상기 휠을 미세형상으로 가공한 것이다. 또, 측정 포인트는 도16(c)의 측정 포인트P1이다. 이 조건에서는 분명하게 그래파이트화 하고 있다. 본 발명의 레이저 가공의 조건범위로부터 벗어난 경우에는, 다른 조건에서도 마찬가지로 그래파이트화 하는 경향이 나타났다.

이들의 결과로 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 레이저 가공에 있어서의 조건범위를 따라 레이저 가공을 함으로써, 레이저 가공에 의한 그래파이트화의 진행을 숫돌을 사용한 종래의 연삭가공과 같은 정도로 억제할 수 있다.

〔다른 실시예〕

본 발명의 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법에서는, 적어도 2축방향으로 대략적인 조정이 가능하게 이동되는 초기조정 이동부와, 초기조정 이동부 상에서 적어도 2축방향으로 미세조정이 가능하게 이동되는 미세조정 이동부와, 미세조정 이동부 상에서 상기 휠을 소정 각도 회전 가능하게 지지하는 회전 지지부를 구비한 지지수단을 통하여 상기 휠을 지지하고, 레이저빔을 상기 휠에 대하여 상대적으로 이동시키면서 상기 휠의 가공 부위에 조사할 수 있다(이하, 「나노 스테이지 사용법」이라고 부른다).

나노 스테이지 사용법의 실시예를 도20을 참조하면서 설명한다. 도20은, 나노 스테이지 사용법에 사용되는 나노 스테이지의 도면이다.

도2의 X-Y축 이동 스테이지3a가 X축 및 Y축방향으로 조정이 가능하게 이동되는 스테이지인 것에 대하여, 도20에 나타낸 나노 스테이지는, X축 및 Y축방향으로 대략적인 조정이 가능하게 이동되는 초기조정 이동 스테이지31과, 초기조정 이동 스테이지31 상에서 X축 및 Y축방향으로 미세조정이 가능하게 이동되는 미세조정 이동 스테이지32로 이루어지는 점에서 구성이 다르게 된다. 다른 구성은 공통이기 때문에 설명은 생략한다.

나노 스테이지는, 가공하여야 할 휠2를 정지시킨 상태에서 휠2의 측면으로부터 능선부2a를 포함하는 휠 외주부를 향하여 레이저빔을, 도4에 나타나 있는 바와 같이 예를 들면 지름 10μm의 원형의 궤적R을 따라 상대적으로 이동시키면서 조사하는 경우에, ±0.1μm∼±0.5μm의 정밀도로 이 동 가능한 것이 바람직하다.

나노 스테이지를 사용함으로써 레이저빔을 정확하게 상대적으로 이동시켜서 원하는 도형(이동궤적)을 상기 휠에 그릴 수 있다.

본 발명은, 글라스, 세라믹스, 단결정 실리콘 혹은 사파이어 등의 취성재료 기판, 액정패널, 플라즈마 디스플레이 패널, 유기EL 디스플레이 패널 등의 플랫 패널 디스플레이용의 패널기판에 대하여, 스크라이브 시작시의 「먹힘」이 좋은 휠이라든가, 기판 내부로 깊게 형성되는 수직크랙의 형성을 수반하여 스크라이브 라인의 직진성이 좋아서 브레이크 한 절단 후의 단면품질이 좋은 스크라이브 동작을 제공하는 휠을 제조하는데에 이용할 수 있다.

또, 본 발명에 관한 레이저 가공으로 제조 가능한 휠로서는, 도4에 나타낸 종래의 휠2에 더하여, 도23에 나타낸 축과 휠 본체가 일체가 된 휠41에 관하여도, 축부에 상당하는 부분을 움푹 패인 부분이 있는 치구(治具)에 재치하고 위치가 어긋나지 않도록 에어관5에 의하여 흡인시키는 등, 도2에 대응하는 것과 같은 기기배치로 휠41의 원주능선부를 레이저 가공함으로써, 상기한 도4의 휠2의 경우와 마찬가지로 스크라이브 성능이 향상된 휠을 제조할 수 있다.

Claims

소결 다이아몬드(燒結 diamond)를 재료로 하는 공작물(工作物)에 대하여, 레이저빔(laser beam)을 상기 공작물에 대하여 상대적으로 이동시키면서 상기 공작물의 가공 부위에 조사(照射)하여, 가공 부위의 최대 두께가 200μm 이하의 범위에서 상기 공작물을 미세형상(微細形狀)으로 가공하는 것을 특징으로 하는 레이저에 의한 소결 다이아몬드의 미세가공방법.
제1항에 있어서,

레이저빔은, 파장범위(波長範圍)가 175∼1066nm이며, 1펄스의 펄스폭 5f초∼50n초에서 펄스 반복 주파수가 300Hz∼5KHz인 것을 특징으로 하는 레이저에 의한 소결 다이아몬드의 미세가공방법.
제1항에 있어서,

상기 공작물과 레이저빔의 상대적인 이동속도를 0.1μm/초 ∼ 3.0mm/초로 하고, 상기 레이저빔을 상기 공작물에 대하여 상대적으로 이동시키면서 상기 공작물의 가공 부위에 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저에 의한 소결 다이아몬드의 미세가공방법.
소결 다이아몬드를 재료로 하여 외주면(外周面)에 칼날이 되는 V자형의 능선부(稜線部)를 구비하는 취성재료 기판용 커터휠(脆性材料基板用 cutter wheel)에 있어서,

휠 측면 측에서 레이저빔을 상기 휠에 대하여 상대적으로 이동시키면서 조사하여 상기 능선 부분에 휠 반경방향을 향하여 개구(開口)한 미세한 홈부를 원주방향으로 원하는 간격을 두고 연속하여 형성하는 공정을 포함하고,

상기 레이저빔을 상기 휠에 대하여 상대적으로 이동시키면서 상기 휠의 가공 부위에 조사하여 가공 부위의 최대 두께가 200μm 이하의 범위에서 상기 휠을 미세형상으로 가공하는 것을 특징으로 하는 레이저에 의한 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법.
제4항에 있어서,

레이저빔은, 파장범위가 175∼1066nm이며, 1펄스의 펄스폭 5f초∼50n초에서 펄스 반복 주파수가 300Hz∼5KHz인 것을 특징으로 하는 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 휠과 레이저빔의 상대적인 이동속도를 0.1μm/초 ∼ 3.0mm/초로 하고 상기 레이저빔을 상기 휠에 대하여 상대적으로 이동시키면서 상기 휠의 가공 부위에 조사하는 것을 특징으로 하는 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법.
제4항에 있어서,

레이저빔은 펄스 레이저빔(pulse laser beam)이며, 레이저 애블레이션(laser ablation) 가공에 의하여 홈부를 형성하는 것을 특징으로 하는 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법.
제4항에 있어서,

레이저빔의 상기 휠에 대한 상대적인 이동궤적이, 같은 패턴의 도형인 것을 특징으로 하는 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법.
제8항에 있어서,

상기 도형이, 원, 타원 혹은 다각형의 폐곡선 또는 폐곡선을 형성하지 않는 곡선, 직선인 것을 특징으로 하는 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법.
제9항에 있어서,

레이저빔에 있어서 상기 휠에 대한 상대적인 이동궤적에 의하여 그려지는 도형을 휠의 반경방향으로 조금 옮김으로써 가공되는 홈부의 깊이를 조정하고, 레이저빔의 이동궤적에 의하여 그려지는 도형의 크기를 변경함으로써 홈부의 원주방향의 길이를 조정하도록 한 것을 특징으로 하는 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법.
제9항에 있어서,

레이저빔을 가공하여야 할 홈부의 일단 가장자리에 상당하는 부분으로부터 일방향으로 상기 휠에 대하여 상대적으로 이동시켜서 첫 번째의 조사를 함으로써 홈부의 일부를 가공하고, 뒤이어서 두 번째의 레이저빔을 미완성 홈부의 타단 가장자리에 상당하는 부분으로부터 상기와는 반대방향으로 상기 휠에 대하여 상대적으로 이동시켜서 하나의 홈부를 완성되게 하도록 한 것을 특징으로 하는 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법.
제11항에 있어서,

레이저빔의 첫 번째의 조사 및 두 번째의 조사에 있어서, 각각의 레이저빔에 있어서 상기 휠에 대한 상대적인 이동궤적이 폐곡선이며 서로 휠 원주방향으로 조금 비켜져 있는 것을 특징으로 하는 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법.
제11항에 있어서,

홈부에 있어서 레이저빔의 상기 휠에 대한 상대적인 이동궤적을 원호로 하고, 첫 번째와 두 번째의 레이저빔의 원호의 크기가 다르게 되도록 한 것을 특징으로 하는 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법.
제11항에 있어서,

분할 예정선을 경계로 하여 형성하여야 할 홈부의 가공 윤곽선을 둘로 분할하고, 각각 분할된 부분을 첫 번째와 두 번째의 레이저빔으로 가공하도록 한 것을 특징으로 하는 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법.
제4항에 있어서

휠의 좌우 양면 측에서 레이저빔을 교대로 또는 동시에 조사하여 홈부를 가공하도록 한 것을 특징으로 하는 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법.
제15항에 있어서

휠의 좌우 양면 측에서 조사하는 레이저빔의 조사방향이 휠축선에 대하여 근접하도록, 소정의 경사를 가지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법.
제4항에 있어서

레이저빔의 광축(光軸)과 직교하는 단면의 가장자리부에 있어서의 에너지 분포의 균일성을 측정하고, 상기 측정결과에 따라 상기 레이저빔에 있어서 상기 가장자리부의 특정위치를 사용하여 공작물을 가공하는 것을 특징으로 하는 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법.
제4항에 있어서,

적어도 2축방향으로 대략적인 조정이 가능하게 이동되는 초기조정 이동부와, 초기조정 이동부 상에서 적어도 2축방향으로 미세조정이 가능하게 이동되는 미세조정 이동부와, 미세조정 이동부 상에서 상기 휠을 소정 각도 회전 가능하게 지지하는 회전 지지부를 구비한 지지수단을 통하여 상기 휠을 지지하고,

레이저빔을 상기 휠에 대하여 상대적으로 이동시키면서 상기 휠의 가공 부위에 조사하도록 한 것을 특징으로 하는 레이저에 의한 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법.
제4항 내지 제18항 중의 어느 한 항에 있어서

레이저빔이, YAG 레이저의 제2∼제5고조파(高調波)로 구성되는 것을 특징으로 하는 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법.
제4항 내지 제19항 중의 어느 한 항의 취성재료 기판용 커터휠의 제조방법을 사용하여 제조된 취성재료 기판용 커터휠.
제20항에 있어서

휠의 외주면에 정점을 칼날로 하는 V자형의 능선부가 형성되고, 이 능선부의 전체 둘레에 걸쳐 돌기와 홈이 교대로 연속하여 복수 개 형성된 취성재료 기판용 커터휠로서,

상기 V자형의 능선부의 각도가 85∼160도이며, 휠의 외형이 1∼20mm이며, 상기 돌기와 홈으로 이루어지는 피치의 길이가 5∼200μm이며, 돌기의 높이가 0.5∼20μm인 것을 특징으로 하는 취성재료 기판용 커터휠.