TW201431657A - 劃線輪及劃線方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係使劃線輪長壽命化，並且使劃線後將斷開脆性材料基板時之基板之端面強度增強。本發明係使用以圓板之周圍側面之中央部分為最大直徑之劃線輪基材，於其側面藉由CVD法而形成鑽石膜。繼而，研磨側面之中央部分，以使包含含有稜線之圓之面與劃線輪之中心軸垂直。藉此，可使稜線部分之粗糙度變細。於使用該劃線輪將脆性材料基板劃線並斷開時，斷開之基材之端面精度提昇，從而可提昇端面強度。又，即便繼續進行劃線，稜線部分之磨損亦較少，故可使劃線輪長壽命化。

Description

劃線輪及劃線方法
本發明係關於一種用以於脆性材料基板上壓接、滾動地進行劃線之劃線輪、其製造方法及劃線方法。
先前之劃線輪係如專利文獻1等所示，以超硬合金製或多晶鑽石燒結體(以下，稱為PCD(Polycrystalline Diamond))製之圓板為基材。PCD係使鑽石粒子連同鈷等一併燒結而成者。劃線輪係自作為基材之圓板之兩側相互傾斜地切入圓周之邊緣，於圓周面上形成V字形之刀尖者。將以如此方式形成之劃線輪旋轉自由地軸接於劃線裝置之劃線頭等，以特定荷重抵住脆性材料基板，沿著脆性材料基板之面移動，藉此，可進行劃線。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開WO2003/51784號公報
以此方式由多晶鑽石燒結體(PCD)形成之先前之劃線輪係包含鑽石粒子及結合材，故尤其與陶瓷基板、藍寶石、矽等、及玻璃相比，存在對硬度高之脆性材料基板進行劃線時壽命較短之缺點。再者，陶瓷基板中包含高溫共燒陶瓷製之多層基板(HTCC(High Temperature Co-fired Ceramic)基板)、低溫共燒陶瓷製之多層基板(LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic)基板)等電子零件內置基板等。又，先前之劃線輪係即便研磨刀尖亦難以減小稜線之粗糙度，因此，存在於劃線荷重增大之情形時，將脆性材料基板劃線斷開時之脆性材料基板之端面強度低下之缺點。
本發明係鑒於上述問題研製而成者，其目的在於提供一種可實現劃線輪之長壽命化、微細化之劃線輪及其製造方法。
為解決此課題，本發明之劃線輪係包含劃線輪基材；鑽石膜，其形成於上述劃線輪基材之刀尖部分；及研磨區域，其係機械研磨上述鑽石膜而形成。
此處，上述劃線輪基材亦可於圓板之周圍之側面具有成為最大直徑之部分及傾斜面。
為解決此課題，本發明之劃線輪之製造方法係沿著圓板之圓周部具有刀尖之劃線輪之製造方法，且於劃線輪基材之側面之刀尖部分藉由化學氣相沈積法而形成鑽石膜，且藉由機械研磨來研磨形成有上述鑽石膜之面。
此處，亦可將上述劃線輪基板之圓板之中心作為中心軸，且以於圓板之周圍之側面具有成為最大直徑之部分之方式，自兩側傾斜地進行研磨而構成劃線輪基材。
此處，上述劃線輪基材亦可於側面形成與中心軸同軸之圓柱狀之圓周面。
此處，上述劃線輪基材亦可於側面具有朝內及朝外之任一方向彎曲之與上述中心軸同軸之圓周面。
此處，上述劃線輪基材亦可於側面具有於朝內及朝外之任一方向上剖面成為V字狀之與上述中心軸同軸之圓周面。
此處，上述劃線輪基材亦可包含超硬合金。
上述劃線輪亦可為對陶瓷基板進行劃線之劃線輪。
此處，亦可具有以特定間隔切除上述研磨區域之稜線部分而成之槽，且將其之間作為突起。
為解決此課題，本發明之劃線方法係使用上述記載之劃線輪，對脆性材料基板進行劃線者。
此處，上述脆性材料基板亦可為陶瓷基板。
根據具有如此特徵之本發明，因與先前之燒結鑽石膜之劃線輪相比，與脆性材料基板接觸之部分全部為鑽石膜，故可提昇劃線輪之耐磨性，實現長壽命化。又，由於V字形之刀尖部分之與脆性材料基板接觸之部分均為鑽石膜，故可使稜線之粗糙度變得精細。因此，若使用該劃線輪進行劃線加工並使之斷開，則可獲得脆性材料基板之切割面之端面精度提昇，隨之亦使端面強度提昇之效果。
10、30‧‧‧劃線輪
11、31‧‧‧圓板
12、32‧‧‧貫通孔
12a‧‧‧中心軸
13、33‧‧‧研磨面
14、34‧‧‧鑽石膜
16、17、18、19、20‧‧‧圓周面
35‧‧‧槽
w1、w2、w3、w4、w5、w6‧‧‧圓周面之寬度
α1‧‧‧研磨面之頂角之角度
α2‧‧‧刀尖之角度
圖1A係本發明第1實施形態之劃線輪之前視圖。
圖1B係第1實施形態之劃線輪之側視圖。
圖2A係第1實施形態之刀尖之稜線部分之放大剖面圖。
圖2B係第1實施形態之研磨後之稜線部分之放大剖面圖。
圖3A係本發明第2實施形態之劃線輪之刀尖之放大剖面圖。
圖3B係本實施形態之研磨後之稜線部分之放大剖面圖。
圖4A係本發明第3實施形態(其一)之劃線輪之刀尖之放大剖面圖。
圖4B係本實施形態之研磨後之稜線部分之放大剖面圖。
圖5A係本發明第3實施形態(其二)之劃線輪之刀尖之放大剖面圖。
圖5B係本實施形態之研磨後之稜線部分之放大剖面圖。
圖6A係本發明第3實施形態(其三)之劃線輪之刀尖之放大剖面圖。
圖6B係本實施形態之研磨後之稜線部分之放大剖面圖。
圖7A係本發明第3實施形態(其四)之劃線輪之刀尖之放大剖面圖。
圖7B係本實施形態之研磨後之稜線部分之放大剖面圖。
圖8A係本發明第4實施形態之劃線輪之前視圖。
圖8B係第4實施形態之研磨後之稜線部分之放大剖面圖。
圖8C係圖8A所示之圓形部分之放大圖。
圖9係表示本發明之實施例1、2及比較例之行進距離與最低荷重之關係之圖表。
圖1A係本發明之實施形態之劃線輪之前視圖，圖1B係其側視圖。於製造劃線輪時，於作為例如超硬合金、或陶瓷製之劃線輪基材之圓板11之中央，首先如圖1A所示，形成作為軸孔之貫通孔12。其次，將該貫通孔12之中心、即圓板11之中心軸設為12a。繼而，將馬達等之旋轉軸連通於貫通孔12，使之以中心軸12a為中心進行旋轉，並且自兩側研磨圓板11之整個圓周，而如圖1B所示，以側面之中央部分成為最大直徑之方式，形成為具有斜面及稜線之垂直剖面大致V字形。將以此方式形成之V字形斜面作為研磨面13。此處，將V字形研磨面之頂角之角度α1設為例如80°以上，較佳為90°以上。又，將角度α1設為150°以下，較佳為140°以下。若小於80°則加工變得困難，若大於150°則與研磨部之刀尖角度之差變得過小。
其次，對於鑽石薄膜之形成，利用圖2A之刀尖之稜線部分之放大剖面圖進行說明。首先，預先將V字形之研磨面13形成為粗面，以使鑽石膜容易附著。繼而，於將粒徑為次微米級以下之成為核心之鑽 石形成於斜面部分後，藉由化學氣相反應而使鑽石薄膜沈積。以如此之方式，於劃線輪之V字形斜面部分，藉由化學氣相沈積法(CVD(Chemical Vapor Deposition)法)而形成膜厚為例如10~30μm之鑽石膜14。
於形成鑽石膜14後，至少研磨前端部分，以使前端成為垂直剖面V字狀，且將刀尖之角度設為α2。研磨係執行機械研磨等各種研磨方法。例如，亦可使用研磨材藉由機械研磨而執行。尤其若使用磨石作為研磨材，則容易使刀尖之兩側之斜面之粗糙度均勻、或使稜線於側視時成為直線狀。又，研磨材之粒度較佳為9000號以上，進而較佳為15000號以上。於研磨材之粒度小於9000號之情形時，難以使研磨後之刀尖表面及稜線之算術平均粗糙度Ra達到0.03μm以下。因此，劃線時易於產生膜之破裂或剝離，又，存在於斷開之脆性材料基板端面容易殘留劃痕之傾向。圖2B係表示該研磨後之狀態之局部放大剖面圖。此處，研磨後之刀尖角度α2係根據切割對象而決定，但設為85°以上，較佳為95°以上。又，角度α2設為160°以下，較佳為150°以下。此處，將作為母材之圓板之研磨面13之頂角α1與刀尖角度α2之差設為5°以上20°以下。於該差未達5°時，難以於研磨時形成稜線。若超過20°則研磨量變得過多，耗費加工時間，又，稜線部分之膜厚變得過薄，易於導致鑽石膜之剝離。又，將研磨後之膜厚設為5~25μm。而且，使研磨後之包含含有稜線之圓之面相對中心軸12a垂直。此處，進行研磨之區域亦可僅為中央包含稜線之帶狀部分。圖2B之寬度w1之區域係表示該前端部分之研磨區域，且例如將寬度w1設為10~30μm。而且，使研磨部之稜線之粗糙度Ra成為0.03μm以下，較佳為0.015μm以下。又，研磨後之傾斜面之粗糙度Ra亦研磨至0.03μm以下，較佳為0.015μm以下為止。
藉由如此地研磨，而與先前之利用鑽石燒結體之劃線輪相比， 與脆性材料基板接觸之部分全部為鑽石，故可提昇劃線輪之耐磨性。又，由於與脆性材料基板接觸之部分全部為鑽石膜，故可使有助於劃線之刀尖部分及稜線之粗糙度變得精細。因此，若使用該劃線輪，將脆性材料基板劃線斷開，則獲得可使脆性材料基板之切割面之端面精度提昇，端面強度亦隨之提昇之效果。進而，由於藉由使刀尖及稜線之粗糙度變得精細，而於刀尖及稜線上較少存在因研磨條痕造成之微細之凹凸，故獲得鑽石膜不易剝離之效果。因此，本發明之劃線輪適於對陶瓷基板之類的硬質脆性材料基板進行劃線。
其次，對本發明之第2實施形態進行說明。於該實施形態中，對於與上述實施形態相同之部分標註相同符號並省略詳細之說明，僅就不同點進行說明。該實施形態係如圖3A中表示刀尖部之稜線部分之放大剖面圖所示，預先設置剖面成為於劃線輪之稜線部分以中心軸為中心、直徑固定且較短之固定寬度之圓柱之圓周面16。將該圓周面16之寬度w2設為例如2μm以上10μm以下。而且，此後，與第1實施形態同樣地，對研磨面13藉由CVD法而進行鑽石膜14之塗佈。於該塗佈後，如圖3B所示，研磨圓周部分，形成稜線。而且，使包含研磨後之含有稜線之圓之面相對中心軸12a垂直。再者，若寬度w2小於2μm則圓周面16之加工較為困難。又，由於沿著研磨面13之面形成鑽石膜，故若寬度w2超過10μm則不易以研磨方式形成稜線。研磨後之稜線之粗糙度及傾斜部之研磨面之粗糙度Ra係與第1實施形態相同。
若採用如此方式，則可與第1實施形態同樣地，提昇劃線輪之耐磨性。又，可藉由圓周面16而提昇鑽石膜14之密接性，且使鑽石膜14之膜厚變厚。若使用該劃線輪，將脆性材料基板劃線斷開，則脆性材料基板之切割面之端面精度提昇，從而可提昇端面強度。
其次，對本發明之第3實施形態進行說明。於該實施形態中，對於與上述實施形態相同之部分標註相同符號並省略詳細之說明，僅就 不同點進行說明。該實施形態係使第2實施形態之圓周面變形。圖4A係表示該實施形態之第1例，且表示使第2實施形態之圓周面以向外側凸起之方式彎曲而成之圓周面17。該彎曲之圓周面17之寬度w3亦因與w2相同之原因而設為2μm以上10μm以下。而且，此後，與第1實施形態同樣地，對研磨面13藉由CVD法而進行鑽石膜14之塗佈。於該塗佈後，如圖4B所示，研磨圓周部分，形成稜線。
圖5A係表示該實施形態之第2例，且使第2實施形態之圓周面成為以於2階傾斜面上朝向外側成為V字狀之方式進行研磨而成之圓周面18。該彎曲之圓周面18之寬度w4亦因與w2相同之原因而設為2μm以上10μm以下。而且，此後，與第1實施形態同樣地，對研磨面13藉由CVD法而進行鑽石膜14之塗佈。於該塗佈後，如圖5B所示，研磨圓周部分，形成稜線。
圖6A係表示該實施形態之第3例，且使第2實施形態之圓周面成為以變成凹面之方式向內側彎曲之圓周面19。該彎曲之圓周面19之寬度w5亦因與w2相同之原因而設為2μm以上10μm以下。而且，此後，與第1實施形態同樣地，對研磨面13藉由CVD法而進行鑽石膜14之塗佈。於該塗佈後，如圖6B所示，研磨圓周部分，形成稜線。
圖7A係表示該實施形態之第4例，且使第2實施形態之圓周面成為於內側具有V字狀槽之圓周面20。該圓周面20之寬度w6亦因與w2相同之原因而設為2μm以上10μm以下。而且，此後，與第1實施形態同樣地，對研磨面13藉由CVD法而進行鑽石膜14之塗佈。於該塗佈後，如圖7B所示，研磨圓周部分，形成稜線。
亦於第3實施形態中，使研磨後之稜線之粗糙度及傾斜部之研磨面之粗糙度與第1實施形態相同。於該情形時，均使包含研磨後之含有稜線之圓之面相對於中心軸12a垂直。而且，可藉由圓周面17、18、19、20而提昇鑽石膜14之密接性，且使鑽石膜14之膜厚變厚。進 而，與第1實施形態同樣地，可提昇劃線輪之耐磨性。若使用該劃線輪，將脆性材料基板劃線斷開，則脆性材料基板之切割面之端面精度提昇，從而可提昇端面強度。
其次，對本發明之第4實施形態進行說明。於日本專利第3074143號中提出有於劃線輪之圓周面隔開特定間隔地形成多個槽並將其之間作為突起之作為高滲透型之劃線輪。本發明亦可應用於此種劃線輪。圖8A係該實施形態之劃線輪之前視圖，圖8B係之前之稜線部分之放大剖面圖，圖8C係圖8A中以一點鏈線表示之圓形部分之放大圖。於製造劃線輪時，於作為超硬合金、或陶瓷製等劃線輪基材之圓板31之中央，首先如圖8A所示，形成作為軸孔之貫通孔32。其次，使馬達等之旋轉軸連通於該貫通孔32進行旋轉，並且自兩側研磨圓板31之整個圓周，形成為V字形，且將斜面作為研磨面33。該頂角α1係與第1實施形態同樣地設為80°~150°之範圍。亦於該情形時，與第1實施形態同樣地，對劃線輪之刀尖部分藉由CVD法而塗佈鑽石膜34並進行研磨。使鑽石膜34之膜厚為10~30μm。使研磨後之頂角α2之範圍為85°~160°。又，研磨後之稜線之粗糙度及傾斜部之粗糙度係與第1實施形態相同。此處，將作為母材之圓板之研磨面33之頂角α1與刀尖角度α2之差設為5°以上、20°以下。繼而，如圖8C所示，於鑽石膜34之厚度之範圍內形成槽35。由於用以成為高滲透型之劃線輪之槽之深度為例如10μm左右，因此，可藉由在鑽石膜34上形成槽35而成為高滲透型之劃線輪。
又，亦可取而代之，預先於劃線輪之V字形刀尖部形成槽，且對該劃線輪藉由CVD法而塗佈鑽石膜並進行研磨，藉此，構成劃線輪。
[實施例]
(實施例1)
基於第1實施形態，對外徑2.7mm之劃線輪基材塗佈鑽石膜，且 利用磨石研磨成刀尖角度132.7°，製成劃線輪。
(實施例2)
基於第4實施形態，對外形2.7mm之劃線輪基材塗佈鑽石膜，且藉由機械研磨而形成刀尖角度133.9°之劃線輪。進而，於圓周部分形成多個槽，製成高滲透型劃線輪。
(比較例)
利用先前之PCD製之劃線輪，製成外徑2.5mm、刀尖角度125°。進而，於圓周部分形成多個槽，製成高滲透型劃線輪。
又，圖9係表示使用實施例1、2與比較例之劃線輪對0.635mm厚度之氧化鋁基板(HTCC基板)進行劃線時之行進距離、與使用相同之劃線輪對0.7mm厚度之玻璃進行劃線時之最低荷重(可形成適當之劃線之荷重範圍內之下限值)之關係之圖，且將實施例1之劃線輪之行進距離示為折曲線A，將實施例2之劃線輪之行進距離示為折曲線B，將比較例之劃線輪之行進距離示為折曲線C。
於該比較例中，可劃線之行進距離為約20m。又，以比較例之劃線輪可知，於開始行進時荷重較低，為0.09MPa，但隨著劃線持續進行，最低荷重變大，稜線受到磨損。若使用不斷磨損之劃線輪將脆性材料基板劃線斷開，則斷開之基板之端面之品質劣化。
相對於此，實施例1、2之劃線輪係如圖9所示，於使用實施例1之劃線輪進行劃線時，如折曲線A所示，直到鑽石膜剝離為止之距離為130m。此時之最低荷重自劃線開始起直至鑽石膜剝離為止皆大致為0.12MPa，為固定值。又，於使用實施例2之劃線輪進行劃線時，如折曲線B所示，直到鑽石膜剝離為止可進行85m之劃線。此時之最低荷重係自劃線開始起直至鑽石膜剝離為止為固定值，且大致為0.16MPa。因此，與比較例相比，可大幅度地延長可劃線之距離。又，由於最低荷重值均與行進距離無關而大致固定且未增加，故可判斷劃線 輪之刀尖幾乎未磨損。因此，於劃線後斷開脆性材料基板，切取液晶面板等時，切割面之端面精度提昇，從而可預先較高地保持端面強度。
[產業上之可利用性]
本發明之劃線輪可提供耐磨性較高且切取端面強度高之脆性材料基板之劃線輪，且可較佳地用於劃線裝置。
13‧‧‧研磨面
14‧‧‧鑽石膜
w1‧‧‧圓周面之寬度
α1‧‧‧研磨面之頂角之角度
α2‧‧‧刀尖之角度

Claims (11)

  1. 一種劃線輪，其包含：劃線輪基材；鑽石膜，其形成於上述劃線輪基材之刀尖部分；及研磨區域，其係機械研磨上述鑽石膜而形成，上述劃線輪基材之頂角α1與刀尖角度α2之差為5°以上20°以下。
  2. 如請求項1之劃線輪，其中上述劃線輪基材係於圓板之周圍之側面具有成為最大直徑之部分及傾斜面，且於側面形成與中心軸同軸之圓柱狀之圓周面。
  3. 如請求項1之劃線輪，其中上述劃線輪基材係於圓板之周圍之側面具有成為最大直徑之部分及傾斜面，且於側面具有朝內及朝外之任一方向彎曲之與上述中心軸同軸之圓周面。
  4. 如請求項1之劃線輪，其中上述劃線輪基材係於側面具有朝內及朝外之任一方向上剖面成為V字狀之與上述中心軸同軸之圓周面。
  5. 如請求項1之劃線輪，其中上述劃線輪基材包含超硬合金。
  6. 如請求項1之劃線輪，其中上述劃線輪係將陶瓷基板劃線之劃線輪。
  7. 如請求項1至6中任一項之劃線輪，其中具有以特定間隔切除上述研磨區域之稜線部分而成之槽，且將其之間作為突起。
  8. 一種劃線方法，其係使用如請求項1至6中任一項之劃線輪，對脆性材料基板進行劃線者。
  9. 如請求項8之劃線方法，其中上述脆性材料基板係陶瓷基板。
  10. 一種劃線方法，其係使用如請求項7之劃線輪，對脆性材料基板 進行劃線者。
  11. 如請求項10之劃線方法，其中上述脆性材料基板係陶瓷基板。
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