KR20110013510A

KR20110013510A - 스크라이빙 휠과 스크라이브 방법, 및 세라믹 기판의 절단 방법

Info

Publication number: KR20110013510A
Application number: KR1020107028936A
Authority: KR
Inventors: 나오코 도메이; 케이타로 오카모토; 히로시 토미모리
Original assignee: 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2011-02-09
Also published as: EP2292398A1; JPWO2009148073A1; WO2009148073A1; JP5237370B2; HK1153430A1; CN102056719A; TW201006775A; US20110132954A1; TWI432388B; CN102056719B; EP2292398A4

Abstract

(과제) 날끝의 마모가 적어 장(長)수명이며, 또한 필요에 따라 깊은 수직 크랙을 발생시킬 수도 있고, 나아가 세라믹 기판 등의 비교적 단단한 기판을 스크라이브해도, 날끝의 마모가 적어, 소정 깊이의 수직 크랙을 발생시키는 스크라이브 휠을 제공한다.
(해결 수단) 외경이 1mm∼5mm의 범위의 휠의, 능선이 되는 날끝(12)에 소정 간격으로 복수의 홈(13)을 형성한다. 그리고, 그 홈(13)의 깊이(D)를 25㎛ 이상으로 하고, 홈 사이의 능선(14)의 길이(L)를 25㎛ 이상으로 한다. 홈(13)의 피치(P)는 50㎛∼200㎛의 범위가 바람직하다.

Description

스크라이빙 휠 및 취성 재료 기판의 스크라이브 방법{SCRIBING WHEEL AND METHOD FOR SCRIBING BRITTLE MATERIAL SUBSTRATE}

본 발명은, 취성 재료 기판(brittle material substrate)의 표면에 스크라이브 라인(scribing line)을 형성하는데 적합하게 이용되는 스크라이빙 휠 및 취성 재료 기판의 표면에 스크라이브 라인을 형성하기 위한 스크라이브 방법에 관한 것으로, 특히 세라믹 기판[고온 소성 세라믹제의 다층 기판(HTCC(High Temperature Co-fired Ceramics) 기판), 저온 소성 세라믹제의 다층 기판(LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics) 기판) 등의 전자 부품 내장 기판 등], 사파이어, 실리콘 등의 유리보다도 단단한 취성 재료(경취(硬脆) 재료)의 표면에 스크라이브 라인을 형성하는데 매우 적합하게 이용되는 스크라이빙 휠 및 스크라이브 방법에 관한 것이다.

최근, 모듈의 추가적인 고밀도화와 소형화를 실현하는 것으로서 LTCC 기판이 주목을 받으며, 특히 통신 기기의 고주파 모듈에 LTCC 기판이 최적이라고 여겨지고 있다. 그 제조 공정에서는 절단 공정에 있어서의 생산성의 추가적인 향상, 절단 비용의 추가적인 저감이 요구되고 있다.

LTCC 기판 등의 세라믹 기판을 절단하는 방법으로서, 소성 전의 그린 시트(green sheet)의 절단되어야 할 라인을 따라 V홈을 형성해 두고, 소성 후에 V홈을 따라 브레이크하여 개편화(個片化)하는 것이 행해지고 있다.

예를 들면, LTCC 기판의 경우, 소성시에 그린 시트의 각 변이 길이 기준으로 10％ 이상 수축된다. 게다가, 그린 시트의 부위에 따라 수축율에 편차가 발생한다. 소성 전에 V홈이 형성되어, 절단 위치가 정해지기 때문에, 부위에 따라 수축율에 편차가 있으면, 소성 후의 절단에 의해 얻어지는 각각의 조각의 치수에 편차가 발생하여, 결과적으로, 수율이 저하된다. 또한, V홈 형성 후에 소성하기 때문에, 형상적으로 소성시에 기판에 휨이 발생하기 쉬워, 절단면의 품질이 저하된다. 또한, 두께가 얇은 기판의 경우에는, V홈 형성 후 소성 전의 그린 시트나 소성 후 브레이크 전의 기판을 반송할 때에, V홈을 따라 예정 외의 균열이 발생하여, 반송에 지장을 초래할 우려가 있다. 또한, 소성시의 휨을 억제하는 점에서, 그린 시트의 상면 및 하면의 양측으로부터 V홈을 형성하는 방법도 있지만, 위치 맞춤이 곤란하다.

LTCC 기판 등의 세라믹 기판을 절단하는 방법으로서, 반도체 웨이퍼의 절단 등에 널리 이용되고 있는 다이싱(dicing)에 의해 절단하는 것도 생각할 수 있다.

그러나, 다이싱에는, 이하와 같은 문제가 있다. (1) 일반적으로 가공 속도가 5∼10mm/초로 늦기 때문에, 택트 타임(tact time;소요 시간)이 길어져 생산성이 매우 낮다. (2) 다이싱 소(dicing saw)의 두께 분이 자르고 남은 부스러기가 되기 때문에, 재료의 로스(커프로스(kerf-loss))를 피할 수 없다. (3) 절단면에 이빠짐(chipping)이 발생하기 쉽다. (4) 냉각·세정수를 사용할 필요가 있기 때문에, 환경친화적인 MQL(Minimum Quantity Lubrication) 가공에 대응할 수 없을 뿐만 아니라, 실장이 끝난 기판에는 사용할 수 없다. (5) 다이싱 테이프로의 접착·벗겨냄의 가공이 필요하다. (6) 단면의 품질이 다이아몬드 지립(砥粒)에 크게 영향을 받는다. (7) 블레이드의 수명이 짧아, 러닝 비용이 높다. 특히 가공 속도의 문제는, 생산량을 증가시킬 때, 방대한 설비 투자를 초래하게 되어, 가공 속도의 향상과 다이싱보다도 염가의 절단 방법의 개발 요청이 높아지고 있다.

레이저 스크라이브에 의한 절단도 생각할 수 있지만, (1) 펄스 조사(irradiation)하기 때문에, 절단면에 미싱 자국 형상의 조사 흔적이 남아, 품질상의 문제가 되고, (2) 열가공에 의해 먼지(흄;fume)가 발생하고, (3) 열가공에 의해 유전 특성(dielectric property)이 저하되고, (4) 장치 비용이 높다는 문제가 있다.

그래서, 유리 기판을 절단하는 방법으로서 널리 이용되고 있는 할단(割斷), 즉, 스크라이빙 휠을 기판 상에 압접 전동(轉動)시켜 기판 표면에 스크라이브 라인을 형성하고, 이에 따라 기판 표면으로부터 수직 방향의 크랙을 발생시키고(스크라이브 공정), 이어서 기판에 응력을 가하여 그 수직 크랙을 기판의 이면(裏面)까지 성장시키고(브레이크 공정), 기판을 절단하는 방법에 의해, 세라믹 기판을 절단하는 것도 시도되고 있다. 할단은, 유리의 자르고 남은 부스러기가 나오지 않는 점에서, 유리의 자르고 남은 부스러기가 나오는 다이아몬드 커팅 소(cutting saw;또는 휠), 다이아몬드 다이싱 소를 사용하는 연삭 절단보다도 바람직하다고 여겨지고 있다.

그러나, 일반적으로 세라믹 기판은 유리 기판보다도 단단하기 때문에, 할단에 의해 절단하려고 해도, (1) 스크라이빙 휠이 파고들기 어려워 스크라이브 라인을 형성하기 어렵고, (2) 스크라이브에 의한 크랙이 기판의 두께 방향으로 신전(extension)하기 어려워 깊은 수직 크랙을 형성하기 어렵기 때문에, 브레이크가 곤란하고, (3) 세라믹 기판의 스루 홀(through hole) 등에 의해, 휠의 직진성이 저하되기 때문에, 소정의 위치에 스크라이브 라인을 형성하기 어려울 뿐만 아니라, 스크라이빙 휠의 파고드는 양에 편차가 발생하거나, 스크라이빙 휠의 수명이 짧아지거나 하는 문제가 있다.

할단은, 사파이어, 실리콘 등의 절단 방법으로서도, 예전부터 사용되어 왔지만, 수율이 나쁘기 때문에, 사파이어나 실리콘 등의 절단도, 다이아몬드의 미(微)분말을 함유하는 커팅 소(또는 휠)나 다이싱 소를 사용한 연삭 절단에 의지해 왔다.

유리 기판의 할단에 있어서도, 스크라이브에 의해 수평 크랙이나 칩핑을 발생시키지 않는 것이 중요하다. 유리 기판을 할단할 때, 수직 크랙을 유리 기판의 두께 방향으로 깊게 신전시키면 용이하게 브레이크할 수 있는 것은 누구라도 생각할 수 있지만, 예를 들면 액정 디스플레이에 제공되는 무(無)알칼리 유리에 있어서, 스크라이브에 의해 수평 크랙이나 칩핑(chipping)을 발생시키는 일 없이 얻어지는 수직 크랙의 깊이는 유리 기판의 두께의 13％ 정도밖에 없어, 브레이크 공정이 불가결했다(비특허문헌 1). 또한, 전자 부품용 세라믹 기판을 할단으로 절단하는 발상은 있었다고 하지만, 종래의 통상의 스크라이빙 휠을 이용한 할단에서는, 스크라이브에 의한 수직 크랙의 신전이 얕아, 수율 좋게 할단하기 위해서는 멀티 패스(multi-pass) 스크라이브를 하지 않으면 안되었다.

유리 기판의 스크라이브에 이용하는 스크라이빙 휠로서, 본 출원인은 지금까지 여러 가지 제안을 행하여 왔다. 예를 들면, 도 8에 나타내는 바와 같은, 원반 형상의 휠의 원주부에 형성된 날(외주변부)(11)의 능선이 되는 날끝(주변 리지(ridge))(12)에, 소정 간격으로 복수의 홈(13)을 형성한 스크라이빙 휠(1')을 제안했다(예를 들면 특허문헌 1). 즉, 액정 패널 등의 플랫 패널 디스플레이(이하, FPD)용의 머더(mother) 유리 기판이 커짐에 따라, 브레이크 공정에서의 수율의 문제와 브레이크하기 위해 큰 접합 머더 유리 기판을 반전시키는 것이 곤란해진 점 등에서 브레이크를 하지 않는 공법의 개발이 요구되어 왔다. 이에 수반하여, 본 출원인은 유리 기판의 할단의 개념을 일신(一新)하는 「브레이크리스·스크라이빙 휠」;(breakless scribing wheel)을 개발했다. 특허문헌 1에는, 유리용의 스크라이빙 휠에 있어서, 능선(원주 리지)에 소정의 피치, 소정의 깊이로 홈을 가공함으로써, 수직 크랙을 종래의 한계를 초과한 깊이까지 신전시켜 브레이크 공정을 용이하게 하거나, 나아가서는 수직 크랙을 유리 기판의 두께의 80％ 이상으로 신전시켜 브레이크 공정을 불필요하게 하거나 하는 스크라이빙 휠(고(高)침투 타입)이 개시되어 있다.

그 외에, 접합 유리 기판을 일괄 단개(單個)로 분단(dividing)하기 위한 스크라이빙 휠, FPD용 유리가 경도를 늘리는 가운데, 머더 유리 기판을 제조하는 과정에서 행해지는 스크라이브시의 슬립을 방지하기 위한 스크라이빙 휠(특허문헌 2)이나 이형(異型) 절단에 있어서 소위 수직 크랙을 유리 표면에 대하여 비스듬히 신전시켜 원형물(圓形物)을 뽑기 쉽게 하기 위한 스크라이빙 휠(특허문헌 3) 등을 제안했다.

특허문헌 1에 기재된 고침투 타입의 스크라이빙 휠에 의하면, 유리 기판뿐만 아니라, 유리보다도 단단한 취성 재료(세라믹 등의 경취 재료)에 대하여도, 파고들기 쉬워, 수직 크랙을 기판의 두께 방향으로 깊게 신전시킬 수 있다. 그러나, 유리 기판에 이용되고 있는 고침투 타입의 스크라이빙 휠을 그대로 경취 재료의 절단에 이용해도, 날끝(12)이 단시간에 마모되어 버려 실용적이지 않다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 스크라이빙 휠에서는, 어느 정도 슬립을 방지할 수는 있지만, 수직 크랙을 기판의 두께 방향으로 깊게 신전시킬 수 없다. 특허문헌 3에 기재된 스크라이빙 휠에서도, 수직 크랙의 신전이나 수명의 관점에서 충분하다고는 할 수 없다.

일본공개특허공보 평9-188534호 WO2007/004700 일본공개특허공보 2000-219527호

일본 나가오카기쥬츠카가쿠다이가쿠 2000년도 박사 논문: 오노 토시히코 「액정 유리의 스크라이브·브레이크법에 의한 절단에 관한 연구」

스크라이빙 휠의 상품 수명은, 능선이 되는 날끝의 마모 정도에 따라 주로 결정된다. 날끝이 마모되어 둥글게 무디어지면, 스크라이브했을 때에 수직 크랙이 충분히 발생하지 않게 되기 때문에, 스크라이빙 휠의 내마모성의 향상은, 수요자로부터 강하게 요청되고 있다.

또한, 취성 재료 기판 중에서도 비교적 단단한 세라믹 기판 등은, 종래는 다이싱 소 등에 의해 습식으로 연삭 절단되고 있었지만, 자르고 남은 부스러기나 연삭액의 처리가 불가피적으로 발생하는 점에서, 이러한 부대 처리가 없고, 게다가 건식으로 행할 수 있는, 스크라이빙 휠을 이용한 상기 절단 방법을 이용할 수 없는지 검토되기 시작하고 있다. 그러나, 지금까지의 스크라이빙 휠을 이용하여 세라믹 기판 등의 비교적 단단한 취성 재료(경취 재료)를 스크라이브하면, 날끝의 마모가 심해 스크라이빙 휠의 상품 수명이 매우 짧아진다. 또한, 수직 크랙이 충분히 깊게는 발생하지 않는 경우가 있다.

그래서, 본 발명은 이러한 종래의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 날끝의 마모가 적어 장(長)수명이며, 또한 필요에 따라 깊은 수직 크랙을 발생시킬 수도 있고, 나아가 세라믹 기판 등이 비교적 단단하여 스크라이브하는 것이 어려운 재료(난(難)스크라이브 재료)를 스크라이브하여도, 날끝의 마모가 적어, 소정 깊이의 수직 크랙을 발생시키는 스크라이빙 휠을 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 본 용도에 적합한 소결 다이아몬드를 개발함과 함께 스크라이빙 휠의 외경을 비교적 작은 지름으로 하고, 날끝에 형성하는 홈의 깊이를 유리용으로 제공되어 온 종래품보다도 깊게 하고, 홈 사이의 능선의 길이를 소정 이상으로 함으로써 상기 목적을 달성할 수 있는 것을 발견하여 본 발명에 이르렀다. 이러한 구성으로 함으로써, 세라믹 기판 등의 비교적 단단한 난스크라이브 재료를 스크라이브하는 경우라도, 스크라이빙 휠의 장수명화가 실현되었다. 즉, 스크라이빙 휠의 외경을 소경으로 함으로써 세라믹 기판 등과 스크라이빙 휠의 접촉 면적을 작게 하여 큰 응력을 발생시키고, 그리고 홈을 깊게 함으로써 수직 크랙을 깊게까지 발생시킬 수 있고, 나아가서는 홈 사이의 능선의 길이를 길게 함으로써 장수명화된 것이다. 또한, 수직 크랙을 보다 깊게까지 발생시키는 스크라이빙 휠은, 종래의 스크라이빙 휠과 동일한 깊이의 수직 크랙을 발생시키는 경우에는, 스크라이빙 휠에 가하는 하중을 가볍게 할 수 있어, 이에 의해서도 스크라이빙 휠의 장수명화를 도모할 수 있다. 또한, 수직 크랙이 세라믹 기판 등의 경취 재료의 두께의 60％ 이상이라면 높은 수율로 브레이크(예를 들면, 손으로 구부림)할 수 있는 바, 본 발명에 의하면, 원 패스(one pass)로 세라믹 기판 등의 경취 재료의 두께의 60％ 이상의 수직 크랙을 신전시킬 수 있다.

본 발명의 스크라이빙 휠은, 원반(disc) 형상의 휠의 원주부에 단면이 대략 V자 형상의 날(외주변부)이 형성되고, 상기 날의 능선이 되는 날끝(주변 리지)에 소정 간격으로 복수의 홈이 형성된 스크라이빙 휠로서, 상기 휠의 외경이 1mm∼5mm(바람직하게는 1mm∼3mm)의 범위이며, 상기 단면이 대략 V자 형상의 날의 선단(先端) 각도(날끝 각)는 90∼160°(바람직하게는 100∼140°)이며, 상기 홈의 깊이가 25㎛ 이상이며, 상기 홈 사이의 능선의 길이가 25㎛ 이상인 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 복수의 홈의 피치는, 50㎛∼200㎛의 범위인 것이 바람직하다.

스크라이빙 휠의 장수명화를 더욱 도모하는 관점에서, 상기 홈의 폭의, 상기 홈 사이의 능선의 길이에 대한 비율을 1.0 이상으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 스크라이빙 휠은, 다이아몬드 소결체(특히, 구성하는 다이아몬드 입자의 평균 입자경이 0.5㎛ 이하이며, 다이아몬드 함유율이 85vol％ 이상인 다이아몬드 소결체)로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 스크라이브 방법은, 원반 형상의 휠의 원주부에 단면이 대략 V자 형상의 날이 형성되고, 상기 날의 능선이 되는 날끝에 소정 간격으로 복수의 홈이 형성된 스크라이빙 휠을, 취성 재료 기판 상에 압접 전동시킴으로써, 취성 재료 기판의 표면에 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 방법으로서, 상기 스크라이빙 휠로서, 외경이 1mm∼5mm(바람직하게는 1mm∼3mm)의 범위이며, 상기 단면이 대략 V자 형상의 날의 선단 각도(날끝 각)는 90∼160°(바람직하게는 100∼140°)이며, 상기 홈의 깊이가 25㎛ 이상이며, 상기 홈 사이의 능선의 길이가 25㎛ 이상인 스크라이빙 휠을 이용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 스크라이브 방법은, 유리보다도 단단한 취성 재료(난스크라이브 재료, 예를 들면, 세라믹 기판, 사파이어, 실리콘 등의 경취 재료)의 스크라이브에 특히 매우 적합하게 사용된다.

또한, 본 발명의 세라믹 기판의 절단 방법은, 상기의 스크라이빙 휠을, 세라믹 기판 상에 압접 전동시킴으로써, 세라믹 기판의 표면에 스크라이브 라인을 형성하여 세라믹 기판의 두께 방향의 60％ 이상으로 신전하는 연속된 크랙(수직 크랙)을 원 패스로 형성시킨 후, 스크라이브 라인을 따라 브레이크하는 것을 특징으로 한다.

그리고 또한, 본 발명에 의하면, 상기의 스크라이빙 휠의, 세라믹 기판의 스크라이브 라인 형성으로의 사용이 제공된다.

본 발명의 스크라이빙 휠에서는, 휠의 외경, 홈의 깊이, 홈 사이의 능선의 길이를 소정 범위로 했기 때문에, 날끝의 마모가 적어 장수명이며, 또한 필요에 따라 깊은 수직 크랙을 발생시킬 수도 있고, 나아가서는 세라믹 기판 등의 비교적 단단한 기판(경취 재료)을 스크라이브해도, 날끝의 마모가 적어, 장기간(긴 주행 거리)에 걸쳐, 소정 깊이의 수직 크랙을 발생시킬 수 있다.

본 발명의 스크라이브 방법에서는, 상기의 스크라이빙 휠을 이용하기 때문에, 종래와 동일한 깊이의 수직 크랙을 발생시키는 경우, 스크라이빙 휠에 가하는 하중을 종래보다도 가볍게 할 수 있어, 이에 의해 스크라이빙 휠의 장(長)수명화를 도모할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 수직 크랙을 깊게까지 발생시킬 수도 있어, 스크라이브 공정만으로 기판의 절단을 행할 수도 있다. 나아가서는, 세라믹 기판 등의 단단한 취성 재료 기판(경취 재료)이라도, 스크라이브 공정과 브레이크 공정(할단)에 의해 절단할 수 있다.

본 발명에 의하면, 스크라이빙 휠을 사용하여 세라믹 기판 등의 경취 재료를 할단함으로써, 예를 들면, 다이싱 소에 의한 연삭 절단의 경우의 10배 가까운 속도로, 게다가 건식으로 절단할 수 있기 때문에, 세라믹 기판 등의 경취 재료의 절단의 생산성과 수율을 향상시켜, 생산 비용을 삭감할 수 있고, 게다가 환경친화적인 세라믹 기판 등의 경취 재료의 절단 방법을 제공할 수 있다.

본 발명에 의하면, 스크라이빙 휠의 주변 리지에 소정의 깊이의 홈을 소정의 피치로 형성함으로써, 소정의 높이의 돌기가 소정의 피치로 형성되게 되기 때문에, 세라믹 기판 등의 경취 재료에 맞닿게 하여 전동시킬 때, 돌기가 만들어내는 큰 집중 응력에 의해, 취성 재료 기판(세라믹 기판 등의 경취 재료라도)의 두께 방향의 60％ 이상으로 신전하는 연속된 수직 크랙을 형성할 수 있어, 원 패스로, 취성 재료(세라믹 기판 등의 경취 재료라도)를 고능률, 높은 수율로, 게다가 환경친화적인 건식으로 할단할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스크라이빙 휠의 일 예를 나타내는 정면도이다.
도 2는 도 1의 스크라이빙 휠의 측면도이다.
도 3은 홈 형상의 다른 예를 나타내는 확대도이다.
도 4는 능선 길이(L)와 홈 깊이(D)의, 스크라이빙 휠의 주행 거리에 대한 영향을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 스크라이빙 휠을 이용한 홀더의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 스크라이브 방법을 실시하는 스크라이브 장치의 정면도이다.
도 7은 도 6의 스크라이브 장치의 측면도이다.
도 8은 종래의 스크라이빙 휠을 나타내는 개략도이다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

이하, 본 발명에 따른 스크라이빙 휠에 대해서 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시 형태에 하등 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 스크라이빙 휠의 일 실시 형태를 도 1 및 도 2에 나타낸다. 도 1은 스크라이빙 휠의 회전축 방향으로부터 본 정면도이고, 도 2는 측면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 원반 형상의 휠의 원주부에는, 단면이 대략 V자 형상의 날(11)이 형성되어 있다.

이 날(11)의 날끝 각(θ)은 통상은 둔각으로서, 구체적 각도는, 절단하는 기판의 재질이나 두께 등으로부터 적절히 설정되지만, 통상은 90°∼160°(예를 들면, 100°∼140°)의 범위이다. 그리고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 이 날(11)의 능선이 되는 날끝(12)에는 소정 간격으로 복수의 V자 형상의 홈(13)이 형성되어 진다. 여기에서 날끝(12)에 형성되어 있는 복수의 홈(13)은, 미크론 오더로 의도적으로 가공된 것이며, 날끝 능선을 형성하는 연삭 가공시에 필연적으로 형성되는 연삭 조흔(條痕)과는 구별되는 것이다.

본 발명의 스크라이빙 휠(1)은, 그 외경이 1mm∼5mm인 것이 필요하다. 휠의 외경이 1mm보다도 작으면, 취급성 및 내구성이 저하되는 경우가 있고, 외경이 5mm보다 크면, 스크라이브시에 수직 크랙이 기판 깊게 형성되지 않는 경우가 있다. 보다 바람직한 휠 외경은 1mm∼3mm의 범위이다. 또한 스크라이빙 휠의 두께는 0.5mm∼1.2mm가 바람직하다. 스크라이빙 휠의 두께가 0.5mm보다 얇으면, 가공성 및 취급성이 저하되는 경우가 있고, 반대로 1.2mm보다 두꺼우면 스크라이빙 휠의 재료 및 제조를 위한 비용이 높아질 뿐이다. 보다 바람직한 두께는 0.5mm∼1.1mm의 범위이다.

스크라이빙 휠(1)의 날끝(12)에 형성되는 홈(13)은, 그 깊이(D)(도 1에 도시)가 25㎛ 이상인 것이 중요하다. 홈(13)의 깊이(D)를 25㎛ 이상으로 함으로써, 스크라이브에 의해 기판에 형성되는 수직 크랙을 장기간(긴 스크라이빙 거리)에 걸쳐 충분히 깊은 것으로 할 수 있다. 보다 바람직한 홈의 깊이(D)는 30㎛ 이상이다. 홈(13)의 깊이(D)는, 통상 가공성의 관점에서 60㎛ 이하로 한다.

도 1의 스크라이빙 휠의 홈(13)의 형상은 삼각형이지만, 홈 형상은 이것에 한정되는 것이 아니라, 도 3에 나타내는 바와 같은 사다리꼴 형상(도 3(a)), U 자 형상 내지 반원 형상(도 3(b)), 직사각형 형상(도 3(c)) 등이라도 상관없다. 또한, 본 발명에 있어서 홈의 깊이(D)란, 능선(14)에서 홈(13)의 최심부(最深部)까지의 거리를 말하는 것으로 한다.

또한, 홈 사이의 능선(14)의 길이(L)(도 1에 도시)가 25㎛ 이상인 것도 중요하다. 상기 능선(14)의 길이(L)가 25㎛ 미만이면, 홈(13)의 깊이(D)를 25㎛ 이상으로 해도, 스크라이빙 휠의 수명이 짧다. 바람직한 홈 사이의 능선 길이(L)의 하한치는 30㎛이고, 상한치는 75㎛이다.

홈(13)의 깊이(D)와, 홈 사이의 능선(14)의 길이(L)와의 관계를 조사한 실험 데이터를 도 4에 나타낸다. 이 도면은, 세로축으로서 주행 거리를 취하고, 가로축으로서 홈 사이의 능선의 길이(L)를 취하여, 홈의 깊이(D)를 바꾼 스크라이빙 휠마다의, 홈 사이의 능선의 길이(L)와 주행 거리와의 관계를 나타낸 것이다. 또한, 여기에서 말하는 「주행 거리」란, 수직 크랙이 기판의 두께의 60％ 이하가 되었을 때까지의 스크라이빙 휠의 스크라이브 거리를 나타내는 것이다. 따라서, 주행 거리가 길수록 스크라이빙 휠로서 우수하다는 것을 의미한다. 시험 조건은 다음과 같다.

평가 기판: HTCC 기판(시판품, 두께: 0.635mm)

스크라이브 속도: 100mm/sec

절입 설정량: 0.15mm

절단 방법: 내(內)-내 절단(기판의 한 변의 내측에서 다른 변의 내측까지의 스크라이브에 의한 절단)

절단 방향: 일방향 스크라이브

스크라이빙 휠 형상: 직경 2.0mm, 두께 0.65mm, 내경(핀을 관통시키기 위한 관통구의 개구 지름) 0.8mm, 날끝 각 110°

홈 피치: 45∼165㎛

홈 길이: 25∼100㎛

홈 사이의 능선 길이: 10∼75㎛

날끝 하중: 18N

주행 거리 15m 이상을 스크라이빙 휠의 선별 기준으로 한 경우, 도 4로부터 분명한 바와 같이, 홈 깊이(D)가 15㎛, 20㎛의 종래의 스크라이빙 휠에서는, 홈 사이의 능선의 길이(L)를 변화시켜도, 주행 거리가 15m를 초과하는 일은 없었다. 이에 대하여, 홈 깊이(D)가 30㎛, 50㎛의 스크라이빙 휠에서는, 홈 사이의 능선의 길이(L)가 25㎛ 이상인 경우, 주행 거리는 15m 이상이 되었다.

날끝(12)에 형성하는 홈(13)의 피치(P)(도 1에 도시)는, 50㎛∼200㎛의 범위가 바람직하다. 홈(13)의 피치(P)가 50㎛ 미만이면, 스크라이빙 휠(1)의 날끝(12)의 마모가 커져 내구성이 저하될 우려가 있다. 한편, 홈(13)의 피치(P)가 200㎛를 초과하면, 수직 크랙을 기판의 깊은 곳까지 형성할 수 없다. 보다 바람직한 홈(13)의 피치(P)는 70∼170㎛의 범위이다.

또한, 홈의 폭(W)(도 1에 도시)의, 홈 사이의 능선의 길이(L)에 대한 비율은, 예를 들면, 0.5∼5의 범위 내에서 선정할 수 있지만, 통상은 1.0 이상(특히 1.0∼3.5)인 것이 바람직하다. 즉, 홈의 폭(W)은, 홈 사이의 능선의 길이(L)와 동일 또는 그 이상인 것이 바람직하다. 홈의 폭(W)의, 홈 사이의 능선의 길이(L)에 대한 비율을 이러한 범위로 함으로써 전술한 주행 거리가 길어진다.

본 발명의 스크라이빙 휠은 종래 공지의 방법에 의해 제작할 수 있다. 예를 들면, 스크라이빙 휠의 매우 적합한 두께(예를 들면 0.5∼1.2mm)로 여겨진 재료 기판으로부터, 원반 형상의 원판(原板)을 잘라내어, 이 원판의 양면 원주 에지부를 반경 방향 외방을 향하여 두께가 얇아지도록 깎아내어, 원주부에 단면이 V자 형상의 날을 형성한다. 이때, 날끝 각은, 전술한 바와 같이, 90°∼160°(특히 100°∼140°)의 범위로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 날의 능선이 되는 날끝에, 레이저 가공, 방전 가공, 연삭 가공 등의 종래 공지의 가공 방법에 의해 홈을 형성한다. 본 발명의 스크라이빙 휠은 소경으로, 홈의 형성에는 미세한 가공 정밀도가 요구되는 점에서, 상기 가공 방법 중 레이저 가공이 추천된다. 사용하는 레이저광 발생 장치로서는, YAG 고주파 레이저나 탄산 가스 레이저가 바람직하다.

스크라이빙 휠의 재료로서는 종래 공지의 재료인 소결 다이아몬드를 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 스크라이빙 휠의 재료로서 매우 적합하게 사용되는 다이아몬드 소결체는, 다이아몬드 입자와 잔부(殘部)의 결합상(相)으로 구성되어, 서로 이웃하는 다이아몬드 입자끼리가 서로 결합하고 있는 것이 바람직하다. 서로 이웃하는 다이아몬드 입자끼리가 서로 결합하고 있음으로써, 우수한 내마모성 및 강도를 얻을 수 있다.

여기에서, 사용하는 다이아몬드 입자는, 그 평균 입자경이 0.5㎛ 이하인 것이 바람직하다. 평균 입자경을 작게 함과 함께 작은 다이아몬드 입자의 비율을 높게 함으로써, 스크라이빙 휠의 장수명을 실현할 수 있다.

다이아몬드 입자의 함유량은, 통상은 다이아몬드 소결체 전체에 대하여 75vol％∼90vol％이지만, 본 발명에 이용하는 다이아몬드 소결체의 다이아몬드 입자의 함유량은, 다이아몬드 소결체 전체에 대하여 85vol％ 이상인 것이 바람직하다. 여기에서 vol％란, 공공(空孔;void)을 포함하는 다이아몬드 소결체의 전체 체적에 대한 다이아몬드 입자의 합계 체적의 비율을 말한다. 결합상은, 다이아몬드 입자보다 경도가 작기 때문에, 다이아몬드 입자의 함유율을 85vol％ 이상으로 함으로써, 경도의 저하를 방지하여, 다이아몬드의 입자경을 작게 함으로써 내충격성 등의 강도나, 내마모성이 우수한 것이 된다.

결합상은, 결합재와 첨가제를 포함한다. 결합재는, 통상은 철족 원소가 매우 적합하게 사용된다. 철족 원소로서는, 예를 들면 코발트, 니켈, 철 등을 들 수 있으며, 이 중에서도 코발트가 매우 적합하다. 본 용도에 있어서의 결합재의 함유량은, 다이아몬드 소결체 전체에 대하여 10vol％∼30vol％의 범위가 바람직하고, 특히 10vol％∼20vol％가 바람직하다.

첨가제는, 예를 들면, 티탄, 지르코늄, 바나듐, 니오브 및, 크롬으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 원소의 탄화물이 매우 적합하게 사용된다.

본 발명의 스크라이빙 휠의 재료로서 매우 적합하게 사용되는 다이아몬드 소결체는, 예를 들면, 다이아몬드 입자, 결합재, 첨가제를 혼합한 후, 이 혼합물을 다이아몬드가 열역학적으로 안정된 고온·초고압하에서 소결함으로써 제조할 수 있다.

소결은, 초고압 발생 장치의 금형 내에서, 상기의 혼합물을, 바람직하게는 압력 5GPa∼8GPa, 온도 1500℃∼1900℃에서 10분간 정도 유지함으로써 행한다.

이상 설명한 스크라이빙 휠을 이용한 스크라이브 방법에 대해서 다음에 설명한다.

도 5에, 스크라이빙 휠을 부착한 홀더의 개략도를 나타낸다. 이 홀더(2)에는, 스크라이빙 휠(1)이 핀(21)에 의해 지지틀체(22)에 회전이 자유롭게 지지되어 있다. 이 홀더(2)를, 다음에 설명하는 스크라이브 장치에 장착된 승강·가압 기구(에어 실린더, 서보모터 등)를 갖는 스크라이브 헤드의 선단에 장착하고, 스크라이브 헤드의 승강·가압 기구에 의해 스크라이빙 휠(1)을 유리 기판 등의 취성 재료 기판(4)에 압접시키면서, 기판(4)의 표면 위로 전동시킨다. 이에 따라, 기판(4) 위에 스크라이브 라인(SL)이 형성되어, 수직 크랙(K)이 발생한다. 이때의 스크라이빙 휠(1)에 가하는 하중 및 스크라이브 속도는, 기판(4)의 종류나 두께 등으로부터 적절히 결정되지만, 통상 스크라이빙 휠(1)에 가하는 하중은 5∼50N(바람직하게는 15∼30N)의 범위, 스크라이브 속도는 50∼300mm/sec의 범위이다. 그리고 다음으로, 도시하지 않은 브레이크 장치를 이용하여, 예를 들면, 기판(4)의, 스크라이브 라인(SL)이 형성된 면과 반대측의 면으로부터 응력을 가하여, 수직 크랙(K)을 기판(4)의 반대면까지 성장시켜 기판을 절단한다.

본 발명의 스크라이빙 휠(1)에 의해 스크라이브 가능한 기판(4)으로서는, 예를 들면 유리, 세라믹, 실리콘, 사파이어 등의 취성 재료 기판을 들 수 있다. 본 발명의 스크라이빙 휠은, 경취 재료(세라믹, 실리콘, 사파이어 등의 유리보다도 단단한 취성 재료)를 스크라이브하기 위해 특히 적합하다. 본 발명의 스크라이빙 휠(1)에 의하면, 종래의 것보다도 깊은 수직 크랙을 얻을 수 있기 때문에, 종래와 동일한 정도의 수직 크랙을 형성한다면, 스크라이빙 휠에 가하는 하중을 가볍게 할 수 있기 때문에, 제품 수명이 길어진다. 나아가서는, 취성 재료 기판으로서는 단단한 세라믹 기판, 실리콘, 사파이어 등의 경취 재료에 대해서도, 스크라이브 공정과 브레이크 공정으로 이루어지는 절단 방식에 의해 절단할 수 있게 된다. 특히 최근, 통신 기기 관련의 고주파 모듈에 이용하는 기판으로서, HTCC(High Temperature Co-fired Ceramics)로부터, 비교적 가공이 하기 쉬운 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)로의 이행이 가속되고 있어, 본 발명의 스크라이브 방법을 이용한 절단 방법은 점점 더 유효하게 이용된다.

도 6 및 도 7에, 스크라이브 장치의 개설도를 나타낸다. 도 6은, 스크라이브 장치(3)의 정면도이고, 도 7은 그 측면도이다. 도 6에 있어서, 테이블(31)은, 수평 방향으로 회전함과 함께 Y방향(도 6 중의 좌우 방향)으로 이동한다. 그 테이블(31)의 상면에는 가공 대상의 기판(4)이 진공 흡착에 의해 테이블(31)에 흡착 고정된다. 그 기판(4)에 기록한 얼라이먼트 마크(alignment mark)를 한 쌍의 CCD 카메라(34a, 34b)로 인식함으로써, 기판(4)의 세트시의 위치 어긋남이 검출된다. 예를 들면, 기판(4)이 각도(θ) 어긋나 있던 경우는, 테이블(31)이 -θ만큼 회전되고, 기판(4)이 Y방향으로 +y(도 6 중에서 오른쪽 방향으로 y) 어긋나 있던 경우는, 테이블(31)이 Y방향으로 -y(도 6 중에서 왼쪽 방향으로 y)만큼 이동된다. 테이블(31)의 상방에는, X방향으로 레일(32)(도 7에 도시)이 연재(extend)되어, 그 레일(32)을 따라 스크라이브 헤드(5)가 커터축 모터(33)(도 7에 도시)에 의해 왕복운동한다. 그 스크라이브 헤드(5)의 하부에는, 스크라이빙 휠(1)이 수평 방향의 핀(21)(도 5 참조)을 축으로 하여 회전이 자유롭게 장착된 홀더(2)가 수직 방향의 축을 회전 중심으로 하여 회전이 자유롭게 장착되어 있다.

홀더(2)의 하단에 장착되어 있는 스크라이빙 휠(1)을 기판(4)의 표면에 소정압으로 압압(押壓;이 힘을 스크라이브 하중이라고 함)시킨 상태에서, 스크라이빙 휠(1)과, 수평으로 배치된 기판(4)을, 수평면 내에서 상대적으로 이동시킴으로써, 기판(4)의 상면에 스크라이브 라인를 형성할 수 있다. 예를 들면, 스크라이브 헤드(5)를 X방향으로 이동시킴으로써, 기판(4)의 상면에 X방향의 스크라이브 라인이 새겨져, 테이블(31)을 Y방향으로 이동할 때마다 이 스크라이브 동작을 반복함으로써, X방향의 스크라이브 라인이 차례로 새겨진다. 다음으로 도시하지 않은 구동원(源)에 의해 테이블(31)을 90° 선회시키고 나서 동일한 스크라이브 동작을 행함으로써 이번에는 앞 공정에서 형성된 각 스크라이브 라인에 대하여 직교하는 방향의 스크라이브 라인이 새겨진다. 스크라이빙 휠(1)을 기판(4)의 표면에 소정압으로 압압시킨 상태에서, 테이블(31)을 Y방향으로 이동시킴으로써, 기판(4)의 상면에 Y방향의 스크라이브 라인를 형성시킬 수도 있다.

그 후, 스크라이브 라인이 형성된 기판은, 브레이크 장치에 의해, 스크라이브 라인이 형성된 면과 반대측의 면에 응력이 가해져, 이에 따라, 수직 크랙이 기판의 반대면까지 성장하여 기판은 절단된다. 또한, 스크라이브 공정에 의해 깊은 수직 크랙을 형성한 경우에는, 브레이크 장치를 필요로 하는 일 없이, 스크라이브 공정만으로 기판은 절단된다.

본 발명의 스크라이빙 휠은, 건식으로(냉각·세정액을 사용하지 않음) 날끝의 마모가 적어 장수명이며, 또한 필요에 따라 깊은 수직 크랙을 발생시킬 수도 있고, 나아가서는 세라믹 기판(예를 들면, HTCC 기판, LTCC 기판), 실리콘, 사파이어 등의 비교적 단단한 취성 재료 기판(경취 재료)을 스크라이브해도, 날끝의 마모가 적어, 소정 깊이의 수직 크랙을 장기간(긴 스크라이빙 거리)에 걸쳐 발생시킬 수 있어 유용하다.

1 : 스크라이빙 휠
2 : 홀더
3 : 스크라이브 장치
4 : 기판(취성 재료 기판)
5 : 스크라이브 헤드
11 : 날(외주변부)
12 : 날끝(원주 리지)
13 : 홈
14 : 능선
D : 홈의 깊이
W : 홈의 폭
L : 홈 사이의 능선의 길이
P : 홈의 피치

Claims

원반(disc) 형상의 휠의 원주부에 단면이 대략 V자 형상의 날이 형성되고, 상기 날의 능선이 되는 날끝에 소정 간격으로 복수의 홈이 형성된 스크라이빙 휠로서,
상기 휠의 외경이 1mm∼5mm의 범위이며,
상기 단면이 대략 V자 형상의 날의 선단(先端) 각도가 90∼160°이며,
상기 홈의 깊이가 25㎛ 이상이며,
상기 홈 사이의 능선의 길이가 25㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 스크라이빙 휠.
제1항에 있어서,
상기 복수의 홈의 피치가, 50㎛∼200㎛의 범위인 스크라이빙 휠.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 홈의 폭의, 상기 홈 사이의 능선의 길이에 대한 비율이 1.0 이상인 스크라이빙 휠.
제1항에 있어서,
구성하는 다이아몬드 입자의 평균 입자경이 0.5㎛ 이하이며, 다이아몬드 함유량이 85vol％ 이상의 다이아몬드 소결체로 이루어지는 스크라이빙 휠.
원반 형상의 휠의 원주부에 단면이 대략 V자 형상의 날이 형성되고, 상기 날의 능선이 되는 날끝에 소정 간격으로 복수의 홈이 형성된 스크라이빙 휠을, 취성 재료 기판 상에 압접 전동(轉動)시킴으로써, 취성 재료 기판의 표면에 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 방법으로서,
상기 스크라이빙 휠로서, 외경이 1mm∼5mm의 범위이며, 상기 단면이 대략 V자 형상의 날의 선단 각도가 90∼160°이며, 상기 홈의 깊이가 25㎛ 이상이며, 상기 홈 사이의 능선의 길이가 25㎛ 이상인 스크라이빙 휠을 이용하는 것을 특징으로 하는 스크라이브 방법.
제5항에 있어서,
취성 재료 기판이, 세라믹, 사파이어 및 실리콘으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 경취(硬脆) 재료로 이루어지는 스크라이브 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 스크라이빙 휠을, 세라믹 기판 상에 압접 전동시킴으로써, 세라믹 기판의 표면에 스크라이브 라인을 형성하여 세라믹 기판의 두께 방향의 60％ 이상으로 신전(extension)하는 연속된 크랙을 형성시킨 후, 스크라이브 라인을 따라 브레이크하는 것을 특징으로 하는 세라믹 기판의 절단 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 스크라이빙 휠의, 세라믹 기판의 스크라이브 라인 형성으로의 사용.