KR20170015136A - 커터 휠 - Google Patents

Abstract

칼끝부의 연마가공 시에 충격에 의한 파손의 발생을 억제하는 동시에 연마장치의 테이퍼 축에 안정적으로 지지할 수 있는 단결정 다이아몬드제의 커터 휠을 제공한다. 원판형상의 보디(1)의 외주 면에 칼끝부(2)가 설치된 단결정 다이아몬드제 커터 휠로, 원판형상의 보디(1)의 중심에 축수 구멍(3)이 관통하여 형성되고, 축수 구멍(3)의 양단 개구 가장자리가 곡선형상으로 절제된 원호 면(3a,3a)으로 형성되어 있는 구성으로 한다.

Description

커터 휠{CUTTER WHEEL}

본 발명은 알루미나, HTCC, LTCC 등의 세라믹 기판이나 사파이어 기판, 실리콘 기판 등, 비정질의 유리기판보다 단단한 취성 재료(脆性 材料) 기판에 스크라이브 라인(절단 홈)을 가공하거나 분단하기에 적합한 단결정 다이아몬드로 이루어지는 커터 휠(스크라이빙 휠이라고도 한다)에 관한 것이다.

취성 재료 기판을 분단하는 가공에서는 커터 휠을 사용하여 기판 표면에 스크라이브 라인을 형성하고, 그 후, 스크라이브 라인에 따라서 뒷면 측에서 외력을 인가하여 기판을 휘게 함으로써 단위 기판 단위로 분단하는 방법이 일반적으로 알려져 있고, 예를 들어 특허문헌 1에 개시되어 있다.

취성 재료 기판에 스크라이브 라인을 가공하는 커터 휠은 원주 면에 V자형의 칼끝을 갖는 커터 휠이 이용된다. 커터 휠은 일반적으로 초경합금이나 다결정 다이아몬드 소결체로 만들어지고 있으나, 최근에는 유리기판보다도 경도가 높은 세라믹 기판이나 사파이어 기판, 실리콘 기판 등의 스크라이브용으로 단결정 다이아몬드로 이루어지는 커터 휠이 주목되고 있다.

커터 휠의 원주 면에 V자형의 칼끝을 형성하기 위해서는, 도 3(a)에 나타내는 것과 같이, 소재가 되는 원판 형상의 보디(101)의 축수 구멍(3)을 연마장치의 테이퍼 축(4)에 끼워 넣고 테이퍼 축(4)과 함께 원판 형상의 보디(101)를 회전시켜서, 원주 면의 양측 가장자리를 연마숫돌(5)에 의해 비스듬히 연마하여, 좌우의 경사면과 능선으로 이루어지는 V자형의 칼끝부(102)를 형성하고 있다.

취성 재료 기판, 특히 반도체 기판의 스크라이브에 이용되는 커터 휠은 그 지름이 1~3㎜로 매우 작으므로 연마장치의 테이퍼 축(4)이나 커터 휠의 홀더(도시 외)에 대해 용이하게 착탈 가능한 것이 요구된다. 그 때문에 원판형상의 보디(101)의 축수 구멍(3)을 내경이 일정한 관통구멍으로 형성하는 동시에, 그 양단의 개구 가장자리를 비스듬히 커트한 커트 면(103a)을 형성함으로써 테이퍼 축(4)에 삽입이 용이하게 하고 있다.

또, 연마장치의 테이퍼 축(4)은 통상 초경합금, 탄소강, 스테인리스, 강재 등의 공구재로 작성되고, 완만하게 경사진 뾰족한 형상으로 형성되어 있다. 이에 의해 도 3에 나타내는 것과 같이 원판형상의 보디(101)를 테이퍼 축(4)에 삽입하는 것만으로 커트 면(103a)의 모서리부(103b)와 테이퍼 축(4)의 원주 면이 접촉하는 위치에서 원판 형상의 보디(101)를 덜컹거림이 없이 안정적으로 지지할 수 있도록 하고 있다. 또, 연마 후는 원판형상의 보디(101)를 빼내는 것만으로 테이퍼 축(4)에서 분리할 수 있다.

일본국 특허 제3787489호 공보

그러나 상기와 같이 하여 원판형상의 보디(101)를 테이퍼 축(4)에 지지한 상태에서는 도 3(b)의 확대도에 나타내는 것과 같이 커트 면(103a)의 뾰족한 모서리부(103b)의 1개소에서 테이퍼 축(4)에 접촉하게 된다. 따라서, 연마숫돌에 의한 연마가공 시에는 이 뾰족한 모서리부(103b)의 1개소에 하중이 집중하므로 경도가 높은 단결정 다이아몬드로 이루어지는 원판형상의 보디(101)에서는 충격에 의해 균열 등의 파손이 생길 수가 있다. 특히, 단결정 다이아몬드는 초경합금이나 다결정 다이아몬드 소결체와는 다르며, 결정 방위에 따라 경도가 다르므로 주위보다도 경도가 작은 부분에서 균열이 발생하기 쉽게 된다. 또, 단단하고 뾰족한 모서리부(103b)에 의해 테이퍼 축(4)의 표면에 작은 요철의 흠집이 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 흠집이 발생하면 원판형상의 보디(101)가 모서리부(103b)의 1개소에서 테이퍼 축(4)에 지지되어 있으므로 그 자세에 미세한 경사가 발생하여 회전면을 수평으로 유지할 수 없다. 이 때문에, 회전에 흔들림이 발생하여 칼끝 치수를 정밀하게 마무리할 수 없게 된다.

그래서 본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 칼끝부 연마가공 시의 충격에 의한 파손의 발생을 억제하는 동시에 연마장치의 테이퍼 축에 안정적으로 지지할 수 있는 단결정 다이아몬드제의 커터 휠을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 다음과 같은 기술적 수단을 강구하였다. 즉, 본 발명의 커터 휠은 원판형상의 보디의 외주 면에 칼끝부를 구비한 단결정 다이아몬드제의 커터 휠로, 상기 원판형상의 보디의 중심에 축수 구멍이 관통하여 형성되며, 상기 축수 구멍의 양단 개구 가장자리가 곡선형상으로 절제된 원호 면으로 형성되어 있는 구성으로 하였다.

본 발명의 커터 휠에 의하면 칼끝부의 연마가공을 위해 원판형상의 보디를 연마장치의 테이퍼 축에 장착한 때에 축수 구멍의 양단 가장자리의 원호 면에서 테이퍼 축의 원주 면에 접촉하여 유지되므로, 종래의 뾰족한 모서리부에서 접촉하는 지지 구조에 비해 하중의 1점 집중이 완화되어서 충격에 의한 파손의 발생을 억제할 수 있다. 또, 원호 면에서 테이퍼 축에 접촉하므로 종래의 뾰족한 모서리부에서 접촉시킨 경우와 같이 작은 흠집이 테이퍼 축 원주 면에 발생하지 않게 된다. 이에 의해 항상 안정적인 자세에서, 또한, 회전 시에 흔들림이 없는 상태로 원판형상의 보디를 지지할 수 있어서 칼끝부의 연마가공을 정밀하게 할 수 있다.

상기 발명에서, 상기 축수 구멍의 축 방향을 따른 상기 원호 면의 길이가 상기 축수 구멍의 전체 길이에 대해 3~12%가 되도록 형성하는 것이 좋다. 이에 의해 커터 휠을 스크라이브 장치의 홀더 축에 장치한 때에 홀더 축 원주 면에 접촉하는 축수 구멍 내면을 축수 구멍 전체 길이의 80% 이상 확보할 수 있어서 안정적으로 커터 휠을 홀더 축의 외주에 접하도록 지지할 수 있다.

또, 상기 발명에서, 상기 원호 면이 축수 구멍의 개구단에 이를수록 곡률이 커지는 곡선으로 형성되어 있는 구성으로 하는 것이 좋다. 이에 의해 축수 구멍의 개구단이 진원(眞圓)의 원호보다 큰 나팔형상으로 넓어져서 테이퍼 축이나 홀더 축으로의 삽입 조작을 더 용이하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 커터 휠을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 커터 휠의 제조공정을 나타내는 설명도이다.
도 3은 종래의 커터 휠의 제조공정을 나타내는 설명도이다.

이하, 본 발명의 커터 휠에 대해서 도 1, 2에 기초하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 관한 커터 휠(A)을 나타내는 도면이고, 도 1 (a)는 정면도, 도 1 (b)는 측면단면도, 도 1 (c)는 축수 구멍(3)의 원호 면(3a) 부분의 확대도이다.

이 커터 휠(A)은 단결정 다이아몬드만으로 제작되며, 중심을 관통하는 축수 구멍(3)을 구비한 원판형상의 보디(1)의 외주 면에 칼끝부(2)가 설치되어 있다. 칼끝부(2)는 좌우의 경사면(2a,2b)과 이들 경사면(2a,2b)의 교점으로 형성된 능선(2b)으로 이루어진다. 본 실시 예에서는 커터 휠(A)의 지름이 2㎜, 두께가 650㎛로 형성하였다.

원판형상의 보디(1)의 축수 구멍(3)은 내경이 일정한 관통구멍으로 형성되며, 그 양단 개구 가장자리가 곡선형상으로 절제된 원호 면(3a)으로 형성되어 있다. 원호 면(3a)의 축수 구멍 방향을 따른 길이(L1)는 축수 구멍(3)의 전체 길이(L)에 대해 3~12%, 바람직하게는 7~10%가 되도록 형성되어 있다. 본 실시 예에서는 축수 구멍 전체 길이 650㎛에 대해 25~60㎛로 하였다.

이 원호 면의 내면 측의 곡률 반경(R)은 축수 구멍(3)의 원통 형상 부분과의 경계에서 원호 면에 내접하는 가상 원의 반경이며, 이 가상 원은 축수 구멍(3)의 원통 형상 부분과의 경계와의 접점을 기점으로 중심각 θ가 30~90°인 원호와 원호 면이 일치하도록 설정된다. 또, R은 휠 두께의 0.03배 이상이고, 또한, 100㎛ 이하가 된다. 또, 원호 면(3a)의 원판형상 보디(1)의 측면 측의 길이(L2)는 축수 구멍 방향을 따른 길이(L1)의 0.5~2.0배, 보다 바람직하게는 1.0~1.5배의 길이가 되도록 설정되어 있다.

본 실시 예에서는 이 원호 면(3a)은 축수 구멍(3)의 개구단에 이를수록 곡선의 곡률이 커지도록 형성되어 있다. 이 경우에도 축수 구멍(3)의 원통 형상인 부분과의 경계와 접하는 가상 원의 반경인 내면 측의 곡률 반경(R)은 휠의 두께의 0.03배 이상이다. 이에 의해, 도 1 (c)에 나타내는 것과 같이 원호 면(3a)의 원판형상의 보디(1)의 측면 측의 길이(L2)가 L1보다 길게 되도록 형성되어 있다. 본 실시 예에서는 L2의 길이의 범위 25~100㎛, 바람직하게는 60~100㎛, 더 바람직한 예로 80㎛를 채용하였다.

도 2는 본 발명의 커터 휠(A)의 제조공정을 나타내는 설명도이며, 부호 1'는 칼끝부(2)의 연마가공 전의 원판형상의 보디를 나타낸다. 이 원판형상의 보디(1')는 측면에서 보면 원형으로 외주 면이 평평하고, 중심에는 상기한 원호 면(3a)을 양단 개구 가장자리에 구비한 축수 구멍(3)이 미리 가공되어 있다.

도 2 (a)에 나타내는 것과 같이, 이 원판형상의 보디(1')의 축수 구멍(3)을 연마장치의 테이퍼 축(4)에 삽입하여 원판형상의 보디(1')를 장착하고, 원판형상의 보디(1')을 회전시키면서 연마숫돌(5)을 원판형상의 보디(1')의 외주 면의 측면 가장자리 부분으로 눌러서 칼끝(2)을 가공한다. 이 공정에서는 먼저 한쪽의 칼끝 경사면을 가공하고, 이어서 원판형상의 보디(1')를 반전시켜서 다른 한쪽의 칼끝 경사면을 가공한다. 이에 의해, 도 1에서 나타낸 좌우의 경사면(2a, 2a)과 능선(2b)으로 이루어지는 칼끝(2)이 가공된다.

상기 칼끝가공공정에서 연마장치의 테이퍼 축(4)에 장착된 원판형상의 보디(1')는 도 2(b)의 확대도에 나타내는 것과 같이 축수 구멍(3)의 양단 가장자리의 원호 면(3a, 3a)에서 테이퍼 축(4)의 주면에 접촉하여 지지된다. 이 원호 면(3a)과 테이퍼 축(4)의 주면과의 접촉에서, 하중이 0인 때에는 점 접촉이 되나, 접촉부분에 하중이 가해지면 접촉부분이 변형하여 하중에 따른 좁은 범위에서 면 접촉을 하게 된다(참고: 헤르츠의 접촉이론(구와 평면)).

이에 의해, 도 3과 같은 뾰족한 모서리부(103b)에서 테이퍼 축(4)의 주면에 접촉하는 종래 구조에 비해 하중의 1점 집중이 완화되어 충격에 의한 파손의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 원호 면(3a)의 곡률 반경(R)이 클수록 테이퍼 축과의 접촉부분에 걸리는 하중을 분산시키기가 용이하게 된다. 또, 본 발명에서는 원호 면(3a)에서 테이퍼 축(4)의 주면에 작은 흠집이 발생하지 않도록 하여 항상 안정적인 자세로 원판형상의 보디(1')를 지지할 수 있다.

또, 원호 면(3a)은 축수 구멍(3)의 축 방향을 따른 길이(L1)를 축수 구멍(3)의 전체 길이(L)에 대해 3~12%로 하였으므로, 커터 휠(A)을 스크라이브 장치의 홀더 축(도시 외)에 장착한 때에 홀더 축 주면에 접촉하는 축수 구멍(3)의 내면을 축수 구멍(3) 전체 길이의 80% 이상 확보할 수 있다. 이에 의해 홀더 축에 대해 커터 휠(A)을 안정적인 상태로 외주에 접하도록 지지할 수 있다.

또한, 이 원호 면(3a)은 축수 구멍(3)의 개구단에 이를수록 곡선의 곡률을 크게 형성하고, 원호 면(3a)의 원판형상의 보디(1)의 측면 측에서의 길이(L2)를 축수 구멍 방향의 길이(L1)보다 길게 되도록 하였으므로 축수 구멍(3)의 개구단이 진원의 원호보다 큰 나팔형상으로 넓어지게 되어서 테이퍼 축이나 홀더 축으로의 삽입 조작을 더 용이하게 할 수 있다.

이상, 본 발명의 대표적인 실시 예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 반드시 상기 실시형태에 특정되는 것은 아니다. 예를 들어 본 발명에서는 상기 실시 예에서 나타낸 지름 2㎜인 것을 포함하여, 0.8~3㎜의 커터 휠에 적용할 수도 있다.

그 외에 본 발명에서는 그 목적을 달성하며, 청구범위를 일탈하지 않는 범위 내에서 적절한 수정, 변경이 가능하다.

본 발명은 세라믹 기판이나 사파이어 기판, 실리콘 기판 등, 비정질의 유리기판보다도 단단한 취성 재료 기판에 스크라이브 라인을 가공하거나, 분단하거나 할 때에 사용되는 단결정 다이아몬드제의 커터 휠에 적용된다.

A 커터 휠
L 축수 구멍의 전체 길이
L1 축수 구멍 방향의 원호 면 길이
L2 원판형상의 보디 측면 방향의 원호 면 길이
1 원판형상의 보디
1' 연마가공 전의 원판형상의 보디
2 칼끝부
3 축수 구멍
3a 원호 면
4 테이퍼 축

Claims (3)

1. 원판형상의 보디의 외주 면에 칼끝부가 설치된 단결정 다이아몬드제의 커터 휠로,
   상기 원판형상의 보디의 중심에 축수 구멍이 관통하여 형성되고, 상기 축수 구멍의 양단 개구 가장자리가 곡선형상으로 절제된 원호 면으로 형성되어 있는 커터 휠.
2. 청구항 1 항에 있어서,
   상기 축수 구멍의 축 방향을 따른 상기 원호 면의 길이가 상기 축수 구멍의 전체 길이에 대해 3~12%가 되도록 형성되어 있는 커터 휠.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 원호 면이 축수 구멍의 개구단에 이를수록 곡률이 커지는 곡선으로 형성되어 있는 커터 휠.

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