KR20170015242A - 스크라이빙 휠 - Google Patents

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KR20170015242A
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Abstract

(과제) 고경도의 취성 재료 기판에 대하여 「걸림」 특성이 좋고, 스크라이브를 개시한 위치부터 바로 수직 균열을 발생시킬 수 있는 스크라이 빙 휠을 제공한다.
(해결 수단) 스크라이빙 휠의 외주에 단면이 V자형의 단결정 다이아몬드 또는 다결정 다이아몬드로 이루어지는 경사면을 형성하고, 경사면의 산술 평균 거칠기(Ra)를 0.01㎛ 이하로 한다. 경사면(14a, 14b)에 능선(13)으로부터 소정 거리를 떨어지게 하여 0.5㎛ 이상 12㎛ 미만의 피치(P)의 오목부(15)를 전둘레에 형성한다. 이에 따라 다이아몬드를 소재로하는 스크라이빙 휠에 있어서 「걸림」특성을 향상시킬 수 있다.

Description

스크라이빙 휠{SCRIBING WHEEL}
본 발명은 고경도의 취성 재료 기판(brittle material substrate)을 스크라이브하기 위하여 적합한 스크라이빙 휠에 관한 것이다.
종래, 액정 표시 패널이나 태양전지 등의 제조 공정에서는, 취성 재료 기판의 분단(dividing) 공정이 형성되어 있다. 분단 공정에서는, 초경합금이나 다결정 소결 다이아몬드(PCD) 등으로 이루어지는 스크라이빙 휠에 취성 재료 기판의 재질이나 두께 등의 모든 조건에 적합한 하중을 부가하면서, 스크라이빙 휠을 취성 재료 기판의 표면상을 전동(rolling)시켜 스크라이브 라인(scribing line)을 형성하고, 스크라이브 라인으로부터 취성 재료 기판의 두께 방향으로 신장(extend)하는 수직 크랙을 형성한다. 그리고 취성 재료 기판의 스크라이브 라인을 따라서 소정의 힘을 가함으로써 취성 재료 기판을 분단하여, 각각의 패널이나 유리판을 제조하고 있다.
유리 소재 메이커에 있어서, 기판의 재료에 있어서의 개량, 열처리 가공에 있어서의 각종 개량이 행해져 온 결과, 종래의 날끝(노멀(normal) 날끝)을 구비한 스크라이빙 휠(이하, 노멀 휠이라고도 한다)을 이용하여 스크라이브한 경우에, 「걸림이 나쁜」상태, 즉 스크라이빙 휠의 전동 직후에 날끝이 기판 표면에서 미끄러져, 스크라이브 라인이 형성되지 않는다고 하는 현상이 보여졌다.
특허 문헌 1에는, 고침투 효과를 갖는 스크라이빙 휠이 개시되어 있다. 이 스크라이빙 휠은, 단면 V자형의 원주 능선을 따라서 원주 방향으로 교대로 형성된 다수의 절결(cut-away)과 돌기를 갖고 있다. 이 스크라이빙 휠을 이용하면, 유리 기판의 표면으로부터 수직 방향으로 유리 기판의 판두께에 대하여 상대적으로 깊은 수직 크랙을 형성할 수 있다.
이러한 고침투 날끝의 스크라이빙 휠은, 노멀 날끝의 스크라이빙 휠보다도 「걸림이 좋은」날끝으로서 알려져 있다.
일본특허공보 제3074143호
그런데 유리 기판보다 경질인 세라믹 등 고경도의 취성 재료 기판을 스크라이브하는 경우에는, 초경합금이나 PCD제의 스크라이빙 휠에서는, 탄화 텅스텐 또는 다이아몬드 입자와 코발트 등의 결합재로 구성되기 때문에, 날끝이 깨지거나 마모되거나 하여 긴 거리 크랙을 형성하지 못하는 경우가 있다. 따라서 경질인 취성 재료 기판을 스크라이브하는 경우에는, 초경합금이나 소결 다이아몬드보다도 경질이고, 또한 균질한 재료의 단결정 등의 다이아몬드제 스크라이빙 휠이 바람직하다. 다이아몬드 소재의 스크라이빙 휠에서는, 날끝은 경면상(鏡面狀)으로 되어, 경사면의 표면 거칠기가 작아진다. 그 때문에 한층 더 기판상에서 미끄러지기 쉽고, 「걸림」이 나빠져, 스크라이브 개시 직후부터 수직 크랙을 발생시키는 것이 어려워진다고 생각된다.
본 발명은 이러한 다이아몬드 소재의 스크라이빙 휠의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 취성 재료 기판을 다이아몬드 소재의 스크라이빙 휠을 이용하여 스크라이브하는 경우에도, 「걸림」이 좋고, 수직 크랙을 발생시키기 쉬운 스크라이빙 휠을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 스크라이빙 휠은, 원판의 주위에 다이아몬드에 의해 구성된 능선과 한쌍의 경사면으로 이루어지는 단면 V자형의 날끝을 갖고, 상기 한쌍의 경사면의 산술 평균 거칠기를 0.01㎛ 이하로 하고, 상기 날끝의 경사면의 능선으로부터 소정 간격 떨어진 위치에 0.5㎛ 이상, 12㎛ 미만의 피치의 오목부를 전둘레에 형성한 것이다.
여기서 상기 스크라이빙 휠은, 상기 경사면을 따른 상기 능선측 단부와 능선의 거리(L)가 1㎛ 이상, 5㎛ 이하이도록 해도 좋다.
여기서 상기 스크라이빙 휠은, 단결정 다이아몬드로 이루어지도록 해도 좋다.
여기서 상기 스크라이빙 휠의 오목부의 깊이는, 0.3㎛ 이하로 해도 좋다.
이러한 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 스크라이빙 휠의 경사면에 날끝의 능선으로부터 소정 거리를 떨어지게 한 양측의 경사면의 전둘레에, 12㎛ 미만의 작은 피치로 오목부가 형성되어 있다. 이 때문에, 스크라이브 시에 걸림성이 양호해져, 스크라이브 개시 직후부터 깊은 크랙으로 경도가 높은 기판을 스크라이브할 수 있다고 하는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태에 의한 스크라이빙 휠의 측면도 및 정면도이다.
도 2는 본 실시 형태의 다이아몬드 휠의 날끝 부분을 확대하여 나타내는 측면도 및 정면도이다.
도 3은 본 실시 형태의 스크라이빙 휠의 날끝의 능선 부분의 단면도이다.
도 4는 본 실시 형태의 스크라이빙 휠을 이용하여 스크라이브하는 상태를 나타내는 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시의 형태에 의한 스크라이빙 휠의 날끝 부분을 확대하여 나타내는 측면도 및 정면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시의 형태에 의한 스크라이빙 휠의 날끝 부분을 확대하여 나타내는 측면도 및 정면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 의한 스크라이빙 휠에 대하여 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 본 실시 형태에 있어서 가공의 대상이 되는 취성 재료 기판은, 경도가 높은 SiC 기판으로 하고 있는데, 이에 한정되는 것이 아니고, 액정 표시 패널, 플라즈마 디스플레이 패널 등의 유리 기판, 단결정 실리콘 기판, 세라믹 기판, 사파이어 기판 등의 취성 재료 기판이라도 좋다. 또한, 본 명세서에서 이용되는 「산술 평균 거칠기 Ra」란, JISB0601로 규정된 공업 제품의 표면 거칠기를 나타내는 파라미터의 하나이다.
본 발명의 실시 형태에 의한 스크라이빙 휠의 형상을 설명한다. 도 1(a)는 본 실시의 형태에 의한 스크라이빙 휠을 그 중심축 방향으로부터 본 정면도이며, 도 1(b)는 그 스크라이빙 휠의 측면도이다. 또한 도 2(a)는 능선 부분을 확대하여 나타내는 측면도, 도 2(b)는 그 정면도이다.
본 실시 형태의 스크라이빙 휠(10)은, 단결정 다이아몬드로 형성된 원판상의 휠로서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 중심축(11)의 중심으로 스크라이빙 휠(10)을 축 지지하기 위한 도시하지 않는 핀이 관통되는 관통구멍(12)을 갖는다. 이 스크라이빙 휠(10)의 외주면은 단면이 V자형이 되도록 절결되고, 그 중심에 능선(13)이 형성되며, 좌우에는 도시와 같이 경사면(14a, 14b)을 갖고 있다. 경사면(14a, 14b)은, 수렴 각도(α)를 갖도록 형성되어 있다. 경사면(14a, 14b)은, 경사면의 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.01㎛ 이하가 되도록 가공되어 있다.
본 실시 형태의 스크라이빙 휠은, 도 2에 나타내는 바와 같이 날끝의 능선(13)을 중심에 포함하는 경사면(14a, 14b)에, 능선(13)으로부터 조금 떨어진 위치에 등간격으로 일정한 피치(P)에 의해 오목부(15)가 전둘레에 실시된 것이다. 여기서 오목 가공은 적어도 스크라이브시에 기판과 접촉하는 부분에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 도 3은 날끝 부분의 단면을 나타내는 확대 단면도로서, 본 도면에 나타내는 바와 같이 경사면을 따른 능선(13)과 오목부(15)의 능선측의 단부와의 거리(L)는, 예를 들면 1㎛ 이상, 5㎛ 이하로 한다. 이 오목부(15)는 거의 원형의 오목 형상으로, 능선(13)의 양측에 소정 간격을 두고 형성되어 있다. 이 오목부(15)의 피치(P)는 0.5㎛ 이상이고, 12㎛ 미만, 바람직하게는 8㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 1㎛ 이하로 한다. 또한 오목부(15)의 깊이(d)는 0.05㎛ 이상 0.7㎛ 미만, 바람직하게는 0.3㎛ 이하로 한다.
도 4는 본 실시 형태에 의한 스크라이빙 휠을 이용하여 유리 기판을 스크라이브할 때의 날끝 부분의 단면을 나타내는 확대 단면도이다. 본 도면에 나타내는 바와 같이 스크라이브할 때는 날끝의 선단이 유리 기판(20)에 파고들어가 있고, 유리(20)의 면이 오목부(15)에까지 들어가도록 스크라이브하고 있다. 이와 같이 미세한 오목부 가공을 능선(13)의 양측에 형성함으로써, 높은 경도의 SiC 기판 등의 기판에 대해서도 일정한 마찰 계수를 확보할 수 있어, 걸림성의 개선을 도모할 수 있다. 또한 오목부(15)는 능선(13)에는 걸려 있지 않기 때문에, 이 스크라이빙 휠(10)을 이용하여 스크라이브하여 분단했을 때의 기판의 단면 강도를 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태의 다이아몬드로 형성된 스크라이빙 휠의 경사면에 대한 오목 가공은, 펨토초(femto second) 레이저에 의한 표면 가공 장치를 이용하여 행할 수 있다. 펨토초 레이저는 펨토초 단위의, 매우 짧은 시간에 파워를 압축한 광원으로, 다양한 재료에 주기적인 구조의 홈이나 패턴을 형성할 수 있다. 여기서는 도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이 능선(13)의 근방의 경사면(14a, 14b)에 일정 피치(P)로 오목 가공을 행한다. 그리고 이 펨토초 레이저의 광원이나 펄스폭을 적절히 선택함으로써 소망의 사이즈, 피치(P) 및 깊이(d)의 오목 가공을 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 오목 가공은 도 2, 도 3에서는 원형으로 하고 있지만, 도 5에 제2 실시의 형태의 스크라이빙 휠을 나타내도록 장원형(長圓形)의 오목부(16)라도 좋고, 또한 타원형의 오목부라도 좋다. 이 경우에는 스크라이브할 때에 기판에 파고들어가는 깊이를 변화시킬 수 있기 때문에, 스크라이브 하중의 폭을 크게 할 수 있다.
또한 본 발명의 제1 실시 형태에서는 도 3에 나타내는 바와 같이 능선(13)에 대하여 경사면(14a, 14b)에 대칭으로 오목부(15)를 배치하고 있지만, 도 6에 제3 실시 형태를 나타내는 바와 같이, 경사면(14a, 14b)에 서로 어긋나게 오목부(15)가 형성된 것이라도 좋다. 또한, 경사면(14, 14b) 중 어느 한쪽에만 오목부(15)가 형성된 것이라도 좋다.
본 발명에 따른 실시 형태의 스크라이빙 휠은, 걸림성이 양호하고, 고경도의 기판에 대해서도 미끄러지는 일 없이, 스크라이브 개시 직후부터 수직 크랙을 발생시킬 수 있다. 따라서 높은 경도의 기판에 대해서도 내(內)절결 스크라이브를 할 수 있다고 하는 우수한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 미끄러짐이 발생하지 않기 때문에 스크라이빙 휠 능선이 균일하게 마모하게 되어, 스크라이빙 휠의 수명을 한층 더 길게 할 수 있다.
또한 이 실시 형태에서는 스크라이빙 휠의 소재를 단결정 다이아몬드로 하고 있지만, 다결정 다이아몬드를 소재로서 이용해도 좋다. 이 경우에도 스크라이빙 휠의 능선 부분에 동일한 오목 가공을 실시함으로써 동일한 효과를 갖는 스크라이빙 휠을 구성할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 스크라이빙 휠 전체가 단결정 다이아몬드로 이루어지는 것을 나타냈지만, 예를 들면, 초경합금 등으로 구성된 휠 본체부에 단결정 또는 다결정 다이아몬드로 구성된 날끝 부분을 접착 또는 성막 등에 의해 고정한 스크라이빙 휠에 대해서도 본 발명은 적용 가능하다. 이러한 구성의 스크라이빙 휠이면, 고가의 단결정 다이아몬드의 사용을 줄여, 저렴한 가격의 스크라이빙 휠을 제공할 수 있다.
본 발명은 고경도의 취성 재료 기판을 스크라이브하는 스크라이브 장치에 적용할 수 있다.
10 : 스크라이빙 휠 11 : 중심축
12 : 관통구멍 13 : 능선
14a, 14b : 경사면 15, 16 : 오목부

Claims (5)

  1. 원판의 주위에 다이아몬드에 의해 구성된 능선과 한쌍의 경사면으로 이루어지는 단면 V자형의 날끝을 갖고, 상기 한쌍의 경사면의 산술 평균 거칠기를 0.01㎛ 이하로 하고, 상기 날끝의 경사면의 능선으로부터 소정 간격 떨어진 위치에 0.5㎛ 이상, 12㎛ 미만의 피치의 오목부가 전둘레에 형성된 스크라이빙 휠.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스크라이빙 휠은, 상기 경사면을 따른 상기 능선측 단부와 능선의 거리(L)가 1㎛ 이상, 5㎛ 이하인 스크라이빙 휠.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스크라이빙 휠은, 단결정 다이아몬드로 이루어지는 스크라이빙 휠.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스크라이빙 휠의 오목부의 깊이는, 0.3㎛ 이하인 스크라이빙 휠.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 스크라이빙 휠의 오목부의 깊이는, 0.3㎛ 이하인 스크라이빙 휠.
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