KR20150107204A - 기판절단장치 및 기판절단방법 - Google Patents

기판절단장치 및 기판절단방법 Download PDF

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KR20150107204A
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양정순
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Abstract

본 발명은, 강화층이 형성된 유리기판 표면을 예열한 뒤 예열된 유리기판을 절단하여 절단된 유리기판블록의 절단면에 미세 클랙이나 파티클이 형성되는 것을 방지하는 기판절단장치 및 기판절단방법이 개시된다.

Description

기판절단장치 및 기판절단방법{SUBSTRATE DICING DEVICE AND SUBSTRATE DICING METHOD}
본 발명은 기판절단장치 및 기판절단방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 강화층이 형성된 유리기판을 절단하는 기판절단장치 및 기판절단방법에 관한 것이다.
강화층이 형성된 유리기판의 가공 기술의 범위는 일반제품에서부터 첨단 정밀제품인 디스플레이장치의 화면을 보호하는 패널 등으로 산업 전반에 걸쳐 광범위한데, 가공의 정밀도는 첨단 산업으로 갈수록 나노(nm)단위의 정확도를 요구하고 있다.
이와 같이 강화층이 형성된 유리기판은 강도가 커 장기간 사용하더라도 표면에 스크래치(scratch) 등이 발생되지 않는 장점이 있어 액정을 보호하는 패널로 유용하게 사용이 가능하지만, 가공이 어렵고 쉽게 깨지는 성질로 인하여 절단하는데 어려움이 있었다.
예시적으로 강화층이 형성된 유리기판을 절단하는 방법으로는 다이아몬드 등이 초경 재료를 이용하여 스크라이브라인을 생성한 후, 유리기판에 기계적 응력을 가하여 절단하는 방법과, 스크라이브라인의 생성을 레이저를 이용하여 형성하고, 기계적 응력을 가하여 절단하는 방법 등이 있다. 상기 방법에 의하여 절단된 유리기판은, 절단된 절단면이 날카롭고 불규칙하기 때문에 절단 후에 별도의 연마공정이 필요하다는 문제점이 있었다.
또한, 상기 기계적인 절단방법으로 강화층이 형성된 유리기판을 절단할 경우 유리기판의 절단선 주변에 미세 크랙(crack) 현상이 발생하여 절단면이 불규칙해지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 절단된 유리기판의 절단면의 품질 신뢰성이 향상된 기판절단장치 및 기판절단방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 유리기판을 절단에 필요한 작업 효율이 향상된 기판절단장치 및 기판절단방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판절단장치는, 표면에 강화층이 형성된 유리기판을 예열하는 기판예열부; 및 상기 유리기판을 복수의 유리기판블록으로 절단 가공하는 기판절단부; 를 포함하고, 상기 기판예열부는, 상기 유리기판블록의 외관과 대응하는 절단위치를 따라 상기 유리기판을 예열하여 상기 절단위치의 절단면을 따라 미세 크랙의 발생을 방지하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 기판예열부는, 상기 절단위치로 조사되는 레이저가 될 수 있다.
또한, 상기 기판예열부는, 상기 유리기판의 하면에 마련되며, 상기 절단위치에 열을 가하는 인덕션 히터(Induction Heater)가 될 수 있다.
한편, 절단위치 주변에 배치되어 절단위치 주변의 온도를 하강시키는 냉각부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기판절단방법에 따르면, 표면에 강화층이 형성된 유리기판을 마련하는 단계와, 상기 유리기판에 임의 형성된 절단위치를 따라 상기 유리기판을 예열하는 단계와, 예열된 상기 절단위치를 따라 상기 유리기판을 절단하여 복수의 유리기판블록을 형성하는 단계; 를 포함하며, 상기 유리기판블록 형성 시, 상기 절단위치의 절단면이 일정하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 유리기판을 예열하는 단계에서, 상기 절단위치를 따라 레이저를 조사하여 상기 유리기판을 예열할 수 있다.
또한, 유리기판을 예열하는 단계에서, 유리기판의 하면에 상기 절단위치와 대응하도록 인덕션 히터(Induction Heater)를 위치시켜 상기 유리기판을 예열할 수 있다.
한편, 상기 절단위치와 인접하며, 상기 절단위치 주변의 온도를 하강시키는 냉각 단계를 더 포함한다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예는 강화층이 형성된 유리기판을 절단하기 위하여 유리기판을 절단하는 절단위치를 예열한 뒤에 예열된 절단위치를 따라 유리기판을 절단한다. 이때, 유리기판을 예열한 상태이기 때문에 유리기판의 절단선 주변에 미세 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 유리기판의 절단면이 불규칙하게 형성되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 성형된 유리기판블록을 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명의 기판절단장치의 1 실시예를 도시한 도면이며,
도 3은 도 2의 변형예를 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명의 기판절단장치의 2 실시예를 도시한 도면이고,
도 5는 본 발명의 기판절단방법을 도시한 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 성형된 유리기판블록을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 기판절단장치의 1 실시예를 도시한 도면이며, 도 3은 도 2의 변형예를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 기판절단장치의 2 실시예를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 기판절단방법을 도시한 순서도이다.
우선 도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 1 실시예의 기판절단장치(10)는 표면에 강화층(123)이 형성된 유리기판(120)을 예열하는 기판예열부(140)와, 상기 유리기판(120)을 복수의 유리기판블록(100)으로 절단 가공하는 기판절단부(180)를 포함한다.
상기 강화층(123)은 일반유리(125)를 질산칼륨(KNO3) 용액에 담궈 가열하면, 이온 간의 반경 차이에 의하여 상대적으로 반경이 작은 질산칼륨 용액의 칼륨(K) 이온이 일반유리(125)의 나트륨(Na) 이온을 쫓아내고, 그 자리를 칼륨 이온이 차지하면서 일반유리(125) 표면에 압축 응력이 형성되는 이온치환 반응으로 형성된다.
즉, 일반유리(125)를 연화점까지 가열하였다가 일반유리(125) 표면에 균일한 찬 공기를 불어주면 일반유리(125)는 급격하게 줄어드는 힘이 발생하지만 일반유리(125)의 열 전도율은 0.65 kcal/m hr℃이므로 금속의 열 전도율인 45 kcal/m hr℃ 보다 작기 때문에 일반유리(125)의 내부는 바로 식지 않게 된다.
이로 인하여 일반유리(125) 표면에 질산칼륨이 도포된 후에 일반유리(125)가 실온 상태로 도달하게 되면 일반유리(125)의 인장응력과 일반유리(125) 표면에 도포된 질산칼륨의 압축응력의 크기의 균형이 이루어지게 된다. 따라 일반유리(125) 표면에는 질산칼륨이 경화되면서 강화층(123)이 형성될 수 있다.
이와 같이 강화층(123)이 형성된 유리기판(120)을 절단하여 복수의 유리기판블록(100)을 형성하기 위해서는 유리기판(120)의 절단위치(P)에 대응하는 영역을 가열한 후, 유리기판(120)을 절단하게 된다.
상기 절단위치(P)는 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 유리기판(120)의 전, 후 및 좌, 방향을 따라 임의로 설정될 수 있으며, 바람직하게는 유리기판(120)을 절단한 후 형성된 유리기판블록(100)의 외관과 대응되는 위치인 것이 바람직할 것이다.
이때, 기판예열부(140)는 레이저로, 유리기판(120)의 절단위치(P)를 따라 조사될 수 있다. 또한, 상기 기판예열부(140)는 유리기판(120)의 상면 또는 하면 중 어느 한 면에서 조사될 수 있지만 다르게는 유리기판(120)의 상면과 하면에서 동시에 조사될 수도 있다.
한편, 상기 기판예열부(140)가 유리기판(120)을 예열하는 온도는 유리기판(120)을 가열시키되, 절단위치(P)에 대응하는 강화층(123)을 해제시키는 온도 이하이다. 왜냐하면, 상기 기판예열부(140)는 유리기판(120)을 데운 상태를 유지하게 하여 유리기판(120)이 절단될 때, 절단선 주변으로 미세 크랙이 생성되는 것을 방지하기 위한 장치이기 때문이다.
즉, 기판예열부(140)는 레이저나 기계적 휠 등을 이용하여 유리기판(120)을 절단할 때, 유리기판(120)의 절단위치(P) 주변을 따라 크랙이 발생하지 않는 정도까지 온도로 유리기판(120)을 예열한다. 이로 인하여 절단된 유리기판블록(100)의 절단면이 규칙적으로 형성될 수 있게 된다.
한편, 기판예열부(140)가 유리기판(120)을 예열할 때, 유리기판(120)의 온도를 별도로 측정할 수 있다. 이를 위하여 기판예열부(140)가 절단위치(P)를 예열할 때, 절단위치(P)의 온도를 측정하고, 절단위치(P)에서 측정된 온도가 기 설정된 강화층(123)이 해제되는 연화점과 일치하면, 절단위치(P)의 예열을 중지하는 제어부(170)을 더 포함한다.
즉, 앞서 설명한 바와 같이, 기판예열부(140)는 절단위치(P)를 따라 유리기판(120)을 예열하는 장치이다. 이때, 기판예열부(140)는 절단위치(P)에 대응하는 강화층(123)이 해제되지 않는 온도 미만까지 예열한다. 이와 같이 기판예열부(140)가 강화층(123)을 해제하는(Annealing) 온도 미만까지 예열함으로써, 유리기판(120)에 형성된 강화층(123) 성질이 해제되는 것을 방지하고, 유리기판(120) 표면에 스크라이브 라인이 생성되는 것을 방지한다.
이때, 기판예열부(140) 조사되는 열에 의해 절단위치(P)이 충분히 가열되면 강화층(123)이 해제될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 제어부(170)에서 절단위치(P)의 온도를 측정하고, 기 설정된 강화층(123)이 해제되는 온도와 절단위치(P)에서 측정되는 온도가 동일할 경우 기판예열부(140)의 작동을 중지할 수 있다. 이로 인하여 절단위치(P)에 대응하는 강화층(123)은 해제되지 않고 가열된 상태를 유지할 수 있게 된다.
한편, 기판예열부(140)가 유리기판(120)을 예열하는 과정에서 유리기판(120)에 형성된 회로의 파손을 방지하기 위하여 냉각부재(160)가 마련된다. 상기 냉각부재(160)는 절단위치(P)와 인접한 유리기판(120)의 강화층(123)에 기판예열부(140)에서 발생하는 열이 전달되는 것을 방지한다.
즉, 절단위치(P)에 레이저를 조사하여 유리기판(120)을 예열할 때, 기판예열부(140)의 열이 절단위치(P) 주변으로 전달될 수 있다. 이때, 기판예열부(140)의 열에 의해 절단위치(P) 주변의 강화층(123)에 형성된 도전막(ITO_ Indium Tin Oxide)이 파손될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 기판예열부(140)가 예열하는 절단위치(P) 주변에 냉각부재(160)를 마련하여 유리기판(120)의 강화층(123)에 형성된 도전막으로 기판예열부(140)에서 조사되는 열이 전달되는 것을 방지한다.
상기 냉각부재(160)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 절단위치(P)의 주변에 냉각에어를 분사하는 에어분사기나 절단위치(P) 주변에 위치하는 냉각블록 중 어느 하나가 될 수 있으며, 냉각부재(160)의 종류에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
이때, 냉각부재(160)는 유리기판(120)의 상면에 마련된 예를 들어 설명하지만, 냉각부재(160)는 유리기판(120)의 상면과 하면에 모두 마련될 수 있다. 또한, 냉각부재(160)는 기판예열부(140)를 이용하여 절단위치(P)를 예열함과 동시에 유리기판(120)을 냉각하는 것이 바람직하지만, 다르게는 절단위치(P)를 예열한 후 절단위치(P) 주변을 냉각할 수도 있다.
상기와 같이 기판예열부(140)를 이용하여 유리기판(120)을 예열하면, 기판절단부(180)를 이용하여 예열된 절단위치(P)를 따라 유리기판(120)을 절단하게 된다. 상기 기판절단부(180)는 절단위치(P)를 따라 열이 조사되는 레이저가 될 수 있지만, 다르게는 기계적 휠 등을 이용하여 유리기판(120)을 절단할 수도 있다.
이와 같이 강화층(123)이 형성된 유리기판(120)을 예열한 후에, 예열된 절단위치(P)를 따라 유리기판(120)을 절단한다. 이때, 유리기판(120)이 가열된 상태이므로, 과도한 힘을 사용하지 않고도 유리기판(120)을 절단할 수 있게 된다. 즉, 유리기판(120)을 절단하는 힘이 유리기판(120)의 절단위치(P) 주변으로 전달되는 것을 방지하여 유리기판(120)의 절단위치(P) 주변으로 미세 크랙이 발생하는 것을 방지하여 유리기판(120)의 절단면이 불규칙하게 형성되는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 유리기판(120)을 예열한 후에 유리기판(120)을 절단한 예를 들지만 다르게는 유리기판(120)을 예열함과 동시에 유리기판(120)을 절단하여 유리기판블록(100)을 형성할 수도 있다.
한편, 도 4를 참고하여 본 발명의 2 실시예의 기판예열부(240)를 상세히 설명하기로 한다.
도면 설명에 앞서, 앞서 설명된 도면 부호는 동일 구성이라 가정하며, 이에 따른 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 2 실시예의 기판예열부(240)는 유리기판(120)의 하면에 마련되며, 절단위치(P)에 열을 가하는 인덕션 히터(Induction Heater)가 될 수 있다.
상기와 같이 유리기판(120)의 절단위치(P)에 열을 가하도록 인덕션 히터(244)가 배열된 기판예열부(240)를 유리기판(120) 하면에 위치시키면, 유리기판(120)이 예열될 수 있다. 여기서, 기판예열부(240)가 유리기판(120) 하면에 위치함에 따라 유리기판(120)의 전체의 면이 동시에 예열되므로, 절단위치(P)에 따라 유리기판(120)을 예열하는데 필요한 시간을 줄여 유리기판(120) 예열을 위한 작업 효율이 향상될 수 있다.
이때, 절단위치(P) 주변에는 냉각부재(160)를 위치시킬 수 있다. 상기 냉각부재(160)는 유리기판(120)의 절단위치(P)를 예열하는 기판예열부(240)의 열에 의해 절단위치(P) 주변의 유리기판(122) 도전막이 파손되는 것을 방지한다.
또한, 기판예열부(140)는 절단위치(P)에 위치하는 히팅블록이 될 수도 있다. 상기 히팅블록은 기판예열부(140)는 절단위치(P)와 대응되도록 위치할 수 있으며, 유리기판(120)의 절단위치(P)를 가열하여 유리기판(120)을 절단함으로써, 절단위치(P) 주변으로 크랙이 형성되는 것을 방지하고, 유리기판블록(100)의 절단면이 불규칙하게 형성되는 것을 방지한다.
한편, 도 5를 참고하여, 본 발명의 강화유리절단방법을 살펴보기로 한다.
도면 설명에 앞서, 설명의 편의상 기판예열부(140)가 레이저인 예를 들어 설명하지만, 기판예열부(140)는 절단위치(P)에 위치하는 인덕션 히터 또는 히팅블록 등으로 대신할 수 있음은 물론이다.
상기 강화유리절단방법을 통해 유리기판블록(100)을 형성하기 위하여, 우선, 표면에 강화층(123_도 2 및 도 3 참고)이 형성된 유리기판(120)을 마련한다(도 5의 (a)). 이때, 유리기판(120)의 절단위치(P)는 유리기판블록(100)의 크기와 형태에 따라 기 설정될 수 있으며, 복수의 유리기판블록(100)을 형성하기 위하여 유리기판(120)의 전, 후 및 좌, 우를 따라 복수로 형성되는 것이 바람직할 것이다.
상기와 같이 유리기판(120)이 마련되면, 마련된 유리기판(120)의 절단위치(P)를 따라 유리기판(120)을 예열하게 된다(도 5의 (b)). 보다 자세하게, 절단위치(P)에 레이저로 이루어진 기판예열부(140)에서 열이 조사되어 유리기판(120)을 예열한다.
이와 같이 유리기판(120)을 예열함에 따라 유리기판(120)을 절단하기 위하여 과도한 힘을 사용하지 않고 유리기판(120)을 절단할 수 있게 된다. 이로 인하여 절단된 유리기판블록(100)의 절단면이 규칙적으로 형성될 수 있으며, 유리기판(120)을 절단할 때 유리기판(120)에 가해지는 힘이 절단위치(P) 주변으로 번져 유리기판(120)에 미세 크랙이 발생하는 것을 방지하게 된다.
이때, 절단위치(P)와 인접하게 냉각부재(160)를 위치시켜 절단위치(P) 주변의 유리기판(122) 온도를 하강시키게 된다. 상기 냉각부재(160)는 절단위치(P) 주변의 유리기판(122)에 열이 전달되어 절단위치(P) 주변의 강화층(123)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같이 절단위치(P)를 따라 유리기판(120)을 예열하면, 기판절단부(180)를 이용하여 유리기판(120)을 절단하여(도 5의 (c)) 유리기판블록(100)을 형성한다(도 5의 (d)).
상기 기판절단부(180)는 절단위치(P)를 따라 열이 조사되는 레이저나 기계적 휠 등을 이용할 수 있으며, 본 발명에서는 레이저를 이용하여 유리기판(120)을 절단하는 예를 들어 설명하기로 한다.
이와 같이 유리기판(120)에 형성된 절단위치(P)를 예열하고, 예열된 절단위치(P)를 따라 유리기판(120)을 절단함으로써, 유리기판(120)의 성질이 물러진 상태에서 절단하게 된다. 따라서, 유리기판(120)을 절단하기 위한 과도한 힘을 사용하지 않고 유리기판(120)을 절단하게 된다. 이로 인하여 유리기판(120)을 절단하는 절단위치(P) 주변에 미세한 크랙이 발생하거나 절단된 유치기판블록(100)의 절단면이 불규칙하게 형성되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
10: 기판절단장치 100: 유리기판블록
120: 유리기판 140, 240: 기판예열부
160: 냉각부재 180: 기판절단부

Claims (9)

  1. 표면에 강화층이 형성된 유리기판을 예열하는 기판예열부; 및
    상기 유리기판을 복수의 유리기판블록으로 절단 가공하는 기판절단부; 를 포함하고,
    상기 기판예열부는,
    상기 유리기판블록의 외관과 대응하는 절단위치를 따라 상기 유리기판을 예열하여 상기 절단위치의 절단면을 따라 미세 크랙의 발생을 방지하는 것을 특징으로 하는 기판절단장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판예열부는,
    상기 절단위치로 조사되는 레이저인 것을 특징으로 하는 기판절단장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판예열부는,
    상기 유리기판의 하면에 마련되며,
    상기 절단위치에 열을 가하는 인덕션 히터(Induction Heater)인 것을 특징으로 하는 기판절단장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 절단위치 주변에 배치되어 상기 절단위치 주변의 온도를 하강시키는 냉각부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판절단장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 절단위치의 온도를 측정하고, 상기 절단위치에서 측정된 온도가 기 설정된 상기 강화층이 해제되는 연화점과 일치하면, 상기 절단위치의 예열을 중지하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판절단장치.
  6. (a) 표면에 강화층이 형성된 유리기판을 마련하는 단계;
    (b) 상기 유리기판에 임의 형성된 절단위치를 따라 상기 유리기판을 예열하는 단계;
    (c) 예열된 상기 절단위치를 따라 상기 유리기판을 절단하여 복수의 유리기판블록을 형성하는 단계; 를 포함하며,
    상기 유리기판블록 형성 시,
    상기 절단위치의 절단면이 일정하게 형성된 것을 특징으로 하는 기판절단방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 절단위치를 따라 레이저를 조사하여 상기 유리기판을 예열하는 것을 특징으로 하는 기판절단방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 유리기판의 하면에 상기 절단위치와 대응하도록 인덕션 히터(Induction Heater)를 위치시켜 상기 유리기판을 예열하는 것을 특징으로 하는 기판절단방법.
  9. 청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 절단위치와 인접하며, 상기 절단위치 주변의 온도를 하강시키는 냉각 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판절단방법.
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