KR20130098201A - 알루미나 기판의 할단 방법 - Google Patents

Abstract

(과제) 알루미나 기판을 스크라이브하고, 브레이크할 때의 날끝 각도와 스크라이빙 침투도를 선택하는 것이다.
(해결 수단) 알루미나 기판을 브레이크할 때에, 날끝 각도가 135°를 초과하는 각도의 스크라이빙 휠을 이용하여, 크랙 침투도 20％ 이상으로 스크라이브를 행한다. 그 후, 스크라이브 라인을 따라서 브레이크한다. 이렇게 하면 단면(斷面)의 품질을 확보하면서, 알루미나 기판을 할단할 수 있다.

Description

알루미나 기판의 할단 방법{METHOD FOR DIVIDING ALUMINA SUBSTRATE}

본 발명은 알루미나 기판을 스크라이브(scribe) 후에 브레이크하는 알루미나 기판의 할단 방법에 관한 것이다.

종래 유리 기판을 할단하는 경우에는, 스크라이브 장치로 스크라이브(스크라이브 라인(scribing line)을 형성)하고, 그 후 브레이크 장치로 브레이크하고 있다. 스크라이브 장치로 스크라이브하는 경우에, 스크라이브의 깊이를 얕게 하면, 브레이크했을 때 단면(斷面)에 크랙이 발생하기 쉬워진다. 한편, 깊이를 깊게 하면 분리가 용이해져, 그 후의 브레이크한 후라도 단면의 돌기가 작거나, 크랙이 발생하기 어렵거나 하여, 단면의 품질이 좋다는 경향이 있다. 따라서, 크랙 침투도를, 예를 들면 판두께의 80％ 정도로 깊게 함으로써, 품질을 향상시켜 할단할 수 있다.

그러나, 세라믹스 기판은 유리 기판보다도 단단하기 때문에, 스크라이브와 브레이크에 의한 할단으로는 스크라이빙 휠의 마모가 발생하기 쉽다. 그래서 통상 절단하는 경우에는, 다이싱에 의해 분단을 실행하고 있다.

특허문헌 1에서는, 세라믹스 기판 중에서는 비교적 경도가 낮은 저온 소성 세라믹스 기판(LTCC 기판)에 대하여 다이싱이 아니라 스크라이브를 행하여 브레이크하는 방법이 제안되고 있다.

일본공개특허공보 제2010-194784호

발명자들은 날끝 각도가 120°인 스크라이빙 휠을 이용하여 LTCC 기판에 대한 크랙 침투도를 10％∼80％까지 변화시켜 스크라이브하고, 그 후 브레이크했다. 브레이크 후의 단면에 대해서 거칠기의 평가로서, 중심선 평균 거칠기 Ra 및 최대 높이 Ry를 계측했다. 도 1a, 도 1b는 그 변화를 나타내는 그래프이다. 이 경우 도 1a, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 크랙 침투도에 관계없이 브레이크 후의 단면의 거칠기에 변화가 그다지 없는 것, 20％ 이하에서는 단면에 크랙이 발생하여 브레이크 후의 단면의 품질이 열화되는 것을 발견했다.

한편, 전자 부품의 실장용 기판에 이용되는 알루미나 기판 등에서는, 날끝 각도가 120°인 스크라이빙 휠을 이용하여 크랙 침투도를 크게 하면 이러한 경향은 성립되지 않고, 단면 품질이 오히려 악화되는 경우가 있는 것을 발견했다.

본 발명은 알루미나 기판을 스크라이브하고, 브레이크함으로써 분단하는 경우에 단면의 품질을 향상시키도록 하는 것을 목적으로 한다.

이 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 할단 방법은, 알루미나 기판의 할단 방법으로서, 알루미나 기판에 대하여, 날끝 각도가 135°를 초과하는 각도(바람직하게는 140° 이상, 통상은 170° 이하, 특히는 160° 이하)의 스크라이빙 휠을 이용하여 20％ 이상(바람직하게는 30％ 이상, 특히는 40％ 이상, 통상은 80％ 이하)의 크랙 침투도로 스크라이브를 행하고, 상기 스크라이빙 휠로 형성한 스크라이브 라인을 따라서 브레이크하는 것이다.

여기에서 크랙 침투도를 50％ 이상으로 해도 좋다.

이러한 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 알루미나 기판에 대해서 날끝 각도가 135°를 초과하는 각도의 스크라이빙 휠을 이용하여 크랙 침투도를 20％ 이상으로 한 상태에서 스크라이브를 행하고, 그 후 브레이크하도록 하고 있다. 이렇게 하면 비교적 작은 브레이크 하중으로 단면의 품질을 확보하면서 알루미나 기판을 할단할 수 있다.

도 1a는 LTCC 기판에 대하여 크랙 침투도를 변화시켰을 때의 단면의 중심선 평균 거칠기 Ra를 나타내는 그래프이다.
도 1b는 LTCC 기판에 대하여 크랙 침투도를 변화시켰을 때의 단면의 최대 높이 Ry를 나타내는 그래프이다.
도 2a는 본 발명의 대상이 되는 알루미나 기판에 대해서 날끝 각도 140°인 스크라이빙 휠을 이용하여 크랙 침투도를 변화시켰을 때의 단면의 중심선 평균 거칠기 Ra를 나타내는 그래프이다.
도 2b는 본 발명의 대상이 되는 알루미나 기판에 대해서 날끝 각도 140°인 스크라이빙 휠을 이용하여 크랙 침투도를 변화시켰을 때의 단면의 최대 높이 Ry를 나타내는 그래프이다.
도 3a는 알루미나 기판에 대해서 날끝 각도 140°인 스크라이빙 휠을 이용하여 크랙 침투도 10％로 했을 때의 단면을 나타내는 도면이다.
도 3b는 알루미나 기판에 대해서 날끝 각도 140°인 스크라이빙 휠을 이용하여 크랙 침투도 20％로 했을 때의 단면을 나타내는 도면이다.
도 3c는 알루미나 기판에 대해서 날끝 각도 140°인 스크라이빙 휠을 이용하여 크랙 침투도 30％로 했을 때의 단면을 나타내는 도면이다.
도 3d는 알루미나 기판에 대해서 날끝 각도 140°인 스크라이빙 휠을 이용하여 크랙 침투도 70％로 했을 때의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 대상이 되는 알루미나 기판에 대해서 크랙 침투도를 변화시켰을 때의 항절(抗折) 강도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5a는 본 발명의 비교예의 알루미나 기판에 대해서 날끝 각도 120°인 스크라이빙 휠을 이용하여 크랙 침투도를 변화시켰을 때의 단면의 중심선 평균 거칠기 Ra를 나타내는 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 비교예의 알루미나 기판에 대해서 날끝 각도 120°인 스크라이빙 휠을 이용하여 크랙 침투도를 변화시켰을 때의 단면의 최대 높이 Ry를 나타내는 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 비교예의 알루미나 기판에 대해서 날끝 각도 120°인 스크라이빙 휠을 이용하여 크랙 침투도 10％로 했을 때의 단면을 나타내는 도면이다.
도 6b는 본 발명의 비교예의 알루미나 기판에 대해서 날끝 각도 120°인 스크라이빙 휠을 이용하여 크랙 침투도 20％로 했을 때의 단면을 나타내는 도면이다.
도 6c는 본 발명의 비교예의 알루미나 기판에 대해서 날끝 각도 120°인 스크라이빙 휠을 이용하여 크랙 침투도 30％로 했을 때의 단면을 나타내는 도면이다.
도 6d는 본 발명의 비교예의 알루미나 기판에 대해서 날끝 각도 120°인 스크라이빙 휠을 이용하여 크랙 침투도 70％로 했을 때의 단면을 나타내는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명의 대상이 되는 기판은 알루미나 기판이다. 알루미나 기판은 산화 알루미늄(Al₂O₃)의 함유율이 예를 들면 90중량％ 이상이고, 그 외에는 바인더(소결 조제) 등의 첨가물이 혼입된 것이며, 반도체칩 등의 기판으로서 널리 이용되고 있다. 알루미나 기판을 칩 부품의 기판으로서 이용하는 경우에는, 예를 들면 2㎜각(角) 이하(1㎜각 등)의 작은 칩 형상으로 할단된다. 다수의 부품 등을 실장하는 기판으로서 이용하는 경우에는, 예를 들면, 100㎜각 등의 비교적 큰 사이즈로 할단하는 것이 필요해진다. 알루미나 기판을 스크라이브하고, 브레이크하여 분단하는 것으로 하면, 스크라이브시에 날끝의 각도를 크게 하면 브레이크 강도를 작게 할 수 있어, 단면 품질을 향상시킬 수 있다. 그래서, 본 발명자들은 알루미나 기판에 대해서, 날끝 각도가 140°인 스크라이빙 휠을 이용하여 크랙 침투도를 적절하게 변화시키고, 스크라이브 후에 브레이크하여 단면의 품질을 평가했다.

본 발명자들은 날끝 각도가 140°인 스크라이빙 휠을 이용하여 0.635㎜ 두께의 알루미나 기판에 대해서 스크라이브시의 하중을 변화시킴으로써 크랙 침투도를 10％∼80％까지 변화시켜 스크라이브했다. 이렇게 하여 스크라이브한 후, 예를 들면 일본공개특허공보 제2010-149495호에 나타내는 바와 같은 브레이크 장치를 이용하여, 브레이크를 행했다. 브레이크 후의 단면에 대해서 거칠기를 평가하기 위해, 중심선 평균 거칠기 Ra 및 최대 높이 Ry를 계측했다. 도 2a, 도 2b는 그 변화를 나타내는 그래프이다. 또한 도 3a∼도 3d는 날끝 각도가 140°인 경우의 단면의 상태를 나타내는 도면으로서, 도 3a는 크랙 침투도가 10％, 도 3b는 20％, 도 3c는 30％, 도 3d는 70％인 경우를 나타내고 있다. 이들 도면에 나타나는 바와 같이, 크랙 침투도에 관계없이 단면 상태는 크랙 등이 발생하고 있지 않으며 정상 범위이다. 또한 도 2a, 도 2b로부터 알 수 있는 바와 같이, 단면 거칠기도 크랙 침투도에 관계없이 거의 일정했다.

도 4는 스크라이브의 침투도에 대한 항절 강도를 나타내고 있다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 크랙 침투도가 10％에서는, 항절 강도는 91㎫이고, 브레이크에 큰 힘이 필요해진다. 한편 크랙 침투도가 20％ 이상에서는 항절 강도는 42㎫ 이하이고, 50％ 이상에서는 항절 강도는 29㎫ 이하이고, 모두 작은 힘으로 브레이크가 가능한 것을 나타내고 있다.

일반적으로 스크라이빙 휠의 하중은, 기판에 대하여 하향 방향으로 가해지지만, 스크라이빙 휠의 사면(斜面)이 기판에 파고든 부분에서는, 하중이 사면에 수직 방향으로 분산된다. 날끝 각도가 작으면, 날끝 각도가 큰 경우와 비교하여 하중의 분산 방향이 수평 방향에 가까워진다. 이 경향은 하중을 크게 한 경우에, 보다 커진다. 이 수평 방향으로 분산된 하중이 수평 크랙의 발생에 기여하거나, 단면 품질의 저하로 이어진다고 생각된다. 따라서 날끝 각도가 작은 경우는, 크랙 침투도를 크게 하기 위해 하중을 크게 하면 단면 품질이 저하되게 된다고 생각된다. 이에 대하여 날끝 각도가 큰 경우는, 크랙 침투도를 크게 하기 위해 하중을 크게 해도 단면 품질이 저하되기 어렵다고 생각된다. 따라서 전술한 테스트의 결과를 고려하면 날끝 각도가 140° 이상인 경우에는, 크랙 침투도가 20％ 이상, 바람직하게는 30％ 이상, 보다 바람직하게는 50％ 이상이면 브레이크시의 하중을 작게 해 둘 수 있기 때문에, 크랙이 발생하는 일 없이 단면 품질이 저하되는 일은 없다.

다음으로 발명자들은, 비교예로서 날끝 각도가 120°인 스크라이빙 휠을 이용하여 알루미나 기판에 대해서 크랙 침투도를 10％∼80％까지 변화시켜 스크라이브했다. 이렇게 하여 스크라이브한 후, 예를 들면 일본공개특허공보 제2010-149495호에 나타내는 바와 같은 브레이크 장치를 이용하여, 분단을 행했다. 브레이크 후의 단면에 대해서 거칠기를 평가하기 위해, 중심선 평균 거칠기 Ra 및 최대 높이 Ry를 계측했다. 도 5a, 도 5b는 그 변화를 나타내는 그래프이다. 도 6a∼도 6d는 날끝 각도가 120°인 경우의 단면 상태를 나타내는 도면으로서, 도 6a는 크랙 침투도가 10％, 도 6b는 20％, 도 6c는 30％, 도 6d는 70％를 나타내고 있다. 이들 도면에 나타나는 바와 같이, 크랙 침투도가 30％∼70％인 경우에는, 크랙이 발생하여, 품질이 불량해졌다. 따라서, 날끝 각도가 120°인 경우에는, 크랙 침투도가 30％ 이상에서는 단면의 품질에서 볼 때 바람직하지 않은 것이 된다.

또한, 알루미나 기판은 전술한 바와 같이 경도가 높기 때문에, 스크라이빙 휠의 마모가 발생하기 쉽다. 이 문제를 해결하기 위해, 초경합금의 스크라이빙 휠의 표면, 적어도 날끝 부분에 다이아몬드의 막(예를 들면, CVD로 형성된 다이아몬드막)을 형성하여, 스크라이빙 휠의 강도를 향상시킨 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 스크라이빙 휠을 이용하면, 급격한 마모를 방지하여, 비교적 장거리의 스크라이브를 행할 수 있다.

본 발명은 알루미나 기판을 스크라이브하고 브레이크하는 제조 공정에 널리 이용할 수 있다.

Claims (2)

1. 알루미나 기판의 할단 방법으로서,
   알루미나 기판에 대하여, 날끝 각도가 135°를 초과하는 각도의 스크라이빙 휠을 이용하여 20％ 이상의 크랙 침투도로 스크라이브를 행하고,
   상기 스크라이빙 휠로 형성한 스크라이브 라인을 따라서 브레이크하는 알루미나 기판의 할단 방법.
2. 제1항에 있어서,
   크랙 침투도를 50％ 이상으로 한 알루미나 기판의 할단 방법.

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