TW201808571A - 鑽石工具及其刻劃方法 - Google Patents

Abstract

本發明，在刻劃時自基板之外側開始刻劃且可藉由外切而結束。

相對於鑽石工具10之基底11之角自基底之兩側形成傾斜面將稜線16與頂面17之交點作為尖端P。使該鑽石工具10之尖端P與基板接觸且不滾動地進行刻劃。於該情形時，於基底之角僅為1個尖端，故而可不考慮其他尖端之損傷地藉由外切而開始、結束刻劃。

Description

鑽石工具及其刻劃方法

本發明係關於一種用以藉由鑽石頭對玻璃基板或矽晶圓等脆性材料基板進行刻劃之鑽石工具及其刻劃方法。

習知，為了刻劃玻璃基板或矽晶圓，利用如下工具，該工具使用刻劃輪或由單晶鑽石形成之鑽石頭。對於玻璃基板，主要使用相對於基板滾動之刻劃輪，但自刻劃後之基板之強度提高等優點而言，亦研究使用作為固定刀之鑽石頭。於專利文獻1、2中提出有用以刻劃藍寶石晶圓或氧化鋁晶圓等硬度較高之基板之尖頭切割器。於該等專利文獻中，使用在角錐之稜線上設置有切割點之工具或前端成為圓錐之工具。又，於專利文獻3中，提出有為了刻劃玻璃板而使用具有圓錐形之前端之玻璃刻劃器之刻劃裝置。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2003-183040號公報

[專利文獻2]日本特開2005-079529號公報

[專利文獻3]日本特開2013-043787號公報

若利用習知之作為固定刀之工具使刻劃前進則尖端磨損，故而必須變更尖端。又，於由工具進行之刻劃中，尖端必須相對於基板以適當之角度接觸。然而，於習知之工具中，於變更尖端之情形時必須使工具於軸向旋轉，精度良好地調整該接觸角度並不容易。

因此，如圖1所示，考慮對角柱狀之工具之各頂點以自兩側面重疊之方式進行研磨而形成傾斜面，將傾斜面之交線之兩側作為尖端P1、P2‧‧‧之刻劃工具100。於使用此種刻劃工具而如圖1(a)所示使稜線先行且將尖端P1壓抵於基板101向右進行刻劃之情形時，即便於藉由以通過基板之端部之方式進行刻劃之所謂外切對基板101結束刻劃之情形時，亦不會對鄰接之另一尖端P2帶來損傷。另一方面，於欲藉由外切而開始刻劃之情形時，存在先行之尖端P2與基板101之端部碰撞而受到損傷之可能性。

相對於此，如圖1(b)所示，於以使用尖端P2將稜線設為後方之方式向前方傾斜向右進行刻劃之情形時，即便藉由外切而開始刻劃亦不會對另一尖端P1帶來損傷。然而，存在如下問題，即，可能於藉由外切而結束刻劃時未使用之尖端P1亦與基板101之面接觸而受損。

因此，於使用此種刻劃工具進行刻劃之情形時，於藉由外切而開始刻劃之情形時無法藉由外切而結束，於藉由外切而結束刻劃之情形時必須藉由內切而開始。因此，於玻璃板等基板之一端部殘留未刻劃之部 分。如此一來，存在如下問題，即，若將內切刻劃而成之基板沿著劃線斷裂，則未形成劃線之基板端部之分斷精度變差。

本發明係鑒於此種習知之問題點而完成者，其目的在於提供一種可藉由外切而開始並結束刻劃之鑽石工具及其刻劃方法。

為了解決該課題，本發明之鑽石工具具備：方形之基底，其具有側面及複數個外周面；相對於上述基底之1個角自上述基底之兩側面朝向1個上述外周面形成之第1、第2傾斜面；作為上述第1、第2傾斜面之交線之稜線；及自上述1個外周面朝向上述稜線之頂面；至少上述稜線及頂面由鑽石形成，將上述稜線與頂面之交點作為尖端，將上述稜線之一部分作為按壓上述基板之端部之按壓部。

此處，亦可為上述基底為多邊形狀之基底，上述多邊形之1個角具有1個尖端。

為了解決該課題，使用本發明之鑽石工具之刻劃方法係以上述鑽石工具之尖端成為最下位之方式保持於刻劃頭，於基板之外側以上述尖端成為較上述基板之上表面靠下方之方式按下刻劃頭，藉由使上述刻劃頭與基板之面平行地移動而自基板之端部開始外切刻劃，刻劃至上述基板之端部為止，上述稜線之一部分一邊按壓上述基板之端部一邊離開，藉此結束刻劃。

根據具有此種特徵之本發明，可自脆性材料基板之一端面刻劃至另一端面為止，即可藉由外切而開始刻劃並藉由外切而結束刻劃。因 此，獲得如下效果：於結束刻劃之後，於沿著劃線而將基板分斷時，即便於基板之端部亦可獲得良好之剖面。

10、50、60‧‧‧鑽石工具

11、51、61‧‧‧基底

11a、11b、51a、51b、61a、61b‧‧‧側面

12a、12b、52a~52d、62a、62b、62c‧‧‧外周面

13a、13b、15a~15d、16a~16d、53a~53d、54a~54d、55a~55d、56a~56d、63a、63b、64a、64b‧‧‧傾斜面

14、16、57a~57d、67a、67b‧‧‧稜線

17、58a~58d、68a、68b‧‧‧頂面

P、P1~P4‧‧‧尖端

圖1係表示使用角柱狀且1個角具有2個尖端之鑽石工具之刻劃之側視圖。

圖2係表示本發明之第1實施形態之鑽石工具之製造過程的俯視圖、側視圖及前視圖。

圖3係表示第1實施形態之鑽石工具之俯視圖、側視圖及前視圖。

圖4係表示安裝有本發明之第1實施形態之鑽石工具之刻劃頭的前視圖及側視圖。

圖5係表示使用本發明之第1實施形態之鑽石工具之刻劃的前視圖(其1)。

圖6係表示使用本發明之第1實施形態之鑽石工具之刻劃的前視圖(其2)。

圖7係表示使用本發明之第1實施形態之鑽石工具之刻劃的前視圖(其3)。

圖8係表示使用本發明之第1實施形態之鑽石工具之刻劃的前視圖(其4)。

圖9係本實施形態之刻劃開始前之尖端P之放大圖。

圖10係本實施形態之刻劃開始時之尖端P之周邊的放大圖。

圖11係本發明之第1實施形態之變形例之鑽石工具的俯視圖、側視圖 及前視圖。

圖12係本發明之第2實施形態之製造過程之鑽石工具的側視圖及前視圖。

圖13係本發明之第2實施形態之鑽石工具之側視圖及前視圖。

圖14係本發明之第3實施形態之鑽石工具之俯視圖、側視圖及前視圖。

其次，對本發明之第1實施形態進行說明。圖2係本發明之第1實施形態之鑽石工具10之製造過程，圖3係表示完成了製造之鑽石工具之俯視圖、側視圖及前視圖。該鑽石工具10係以固定之厚度將等腰三角形之單晶鑽石之板材作為基底11。對該基底11如圖2所示自1個頂點之角部分之兩側前視時呈V字形地進行研磨。即，自一側面11a朝向基底11之2個外周面12a、12b切開直至成為基底11之厚度之1/2以上為止，形成傾斜面13a。此時，較佳為以傾斜面13a與基底11之2個鄰接之外周面12a、12b分別所成之角相互相等的方式切開。其次，自基底11之另一側面11b同樣地朝向基底11之2個鄰接外周面12a、12b切開直至成為基底11之厚度之1/2左右為止，形成成為梯形之傾斜面13b。傾斜面13a、13b之交線成為稜線14。

繼而，如圖3所示，相對於傾斜面13a自側面11a向外周面12b側傾斜而形成傾斜面15a，相對於傾斜面13b自側面11b向外周面12b側傾而形成斜傾斜面15b。如此一來，處於原來之外周面12b之位置之第1傾斜面15a與第2傾斜面15b相交，於基底11之厚度方向之中間，較佳為 如圖3(a)所示於中央位置，形成與基底之側面11a、11b平行之稜線16。再者，此處，藉由將第1傾斜面15a與第2傾斜面15b作為與傾斜面13a、傾斜面13b不同之面形成，可減小進行用以形成稜線16之精密之研磨之加工面積，可提高加工效率。

其次，自外周面12b朝向傾斜面15a、15b而形成頂面17。此處，所謂頂面，係指共有稜線16之一端之面。將稜線16與頂面17相接之端部作為尖端P。頂面係作用於刻劃之基板之面，作用於基板之範圍若以圖3(b)之側視圖觀察為0.05mm以上則作為頂面有效地發揮功能，例如設為0.05~0.1mm左右。又，稜線16若自於刻劃時作用於基板之範圍以圖3(b)之側視圖觀察為5μm以上則發揮功能。

藉由如此形成尖端P，可如圖3所示於側視時呈三角形之鑽石工具10之頂點形成1個尖端P。此種傾斜面或頂面可藉由雷射加工而容易地形成。又，亦可於雷射加工之後進而進行機械研磨，使形成稜線之部分為更精密之研磨面。

圖4係表示將鑽石工具10安裝於刻劃頭單元30之狀態之前視圖及側視圖。鑽石工具10如圖4所示保持於工具保持器20。工具保持器20係長方體狀之構件，且以鑽石工具10之尖端P成為下端之方式斜向保持於其下端。於工具保持器20設置有2處之螺孔，藉此固定於刻劃頭單元30。

刻劃頭單元30係以板狀之頭板31本身藉由未圖示之滑動機構而整體上下移動之方式構成。而且，刻劃負載用之氣缸32固定於該頭板31。氣缸32之下端係桿32a伸縮自如地突出。且說，如圖4(b)所示，於頭板31之桿32a之下方，設置有引導機構33與滑動部34，以特定之負載 將滑動部34向下方按壓。引導機構33係將滑動部34上下移動自如地保持者。於滑動部34設置有L字形之板35。板35係與滑動部34一起上下移動，藉由止動部36而限制下限。而且，工具保持器20藉由螺固而向斜向方向固定於該板35。而且，藉由使刻劃頭單元30向箭頭A方向移動可進行刻劃。

使用圖5~圖8，對使用本實施形態之鑽石工具10進行刻劃之情形進行說明。於開始刻劃時，首先，如圖5所示，使鑽石工具10之尖端P接近基板40而使刻劃頭單元30下降。此時，如圖9表示尖端P周邊之放大圖般，以外周面12a與脆性材料基板所成之角度θ較佳為15~20°，自基板40之上表面而鑽石工具10之尖端P較低，高度之差D根據基板40之厚度成為0.05~0.2mm左右之方式壓下刻劃頭單元30。而且，自基板40之左側面使刻劃頭單元30向右移動。如此一來，如圖6所示，鑽石工具10之外周面12b與基板40之左上端部接觸。即，外周面12b之至少一部分或全部作為將尖端P向基板40引導之引導面而發揮功能。此時，如圖10表示放大圖般，尖端P與基板40之間隔F係根據角度θ與高度之差D而決定，例如若θ=15°，D=0.2mm，則F成為0.78mm。因此，較佳為，引導面12b於鑽石工具10之圓周方向具有1.0mm以上之長度。而且，若使鑽石工具向箭頭A方向移動，則如圖7所示，基板40抵抗氣缸32之壓力而將滑動部34稍微上推，板35本身上升。進而，若使刻劃頭單元30向右側移動，則相對於基板40而引導面12b滑動且包含頂面17之尖端P之周邊部分進入至基板40，可開始自基板40之端部之刻劃，即外切刻劃，自基板40之端部形成劃線。進而，若使刻劃頭單元30向箭頭A方向移動而進行刻劃，則能夠以使鑽石工具10之頂面17先行，使稜線16成為後方之方式進行刻 劃。如上所述，於外切刻劃開始時首先鑽石工具10之外周面(引導面)12b與基板40之左上端部接觸，然後包含頂面17之尖端藉由引導面而向基板40引導並接觸，藉此，即便藉由外切而開始刻劃，亦可防止尖端之損傷。進而，寬度較寬之頂面先行，稜線之後與基板接觸，藉此，相對於基板40之端部之應力之集中消失，亦可抑制刻劃開始時之基板端部之損傷。

進而，如圖8所示，進行刻劃直至脫離基板40之端部為止(外切刻劃)。此時，鑽石工具10係稜線16之一部分一邊稍微按壓基板之端部一邊自基板離開。於結束刻劃之情形時，於鑽石工具10之尖端P之附近，即稜線之與頂面相反側亦無其他尖端，故而可不考慮其他尖端之損傷地藉由外切而結束刻劃。此外，於劃線終端，稜線16之一部分按壓基板，藉此可於劃線下方確實地形成垂直裂縫。再者，若稜線16之長度為20μm以上，則稜線16可更確實地按壓基板。

再者，於第1實施形態中，如圖2(a)般，自兩側之側面11a、11b形成傾斜面13a、13b之後，分別形成第1、第2傾斜面，但於基底之厚度較薄，加工面積充分小之情形時等，亦可如圖11所示使傾斜面13a、13b分別為第1、第2傾斜面。於該情形時，自外周面12b朝向傾斜面13a、13b形成頂面17，將作為傾斜面13a、13b之交線之稜線14與頂面17相接之端部作為尖端P。

其次，使用圖12及圖13對本發明之第2實施形態進行說明。於上述第1實施形態中使用等腰三角形狀之基底，但本實施形態之鑽石工具50係於正方形之基底之各角分別形成如圖3所示之1個尖端。本實施形態之鑽石工具50係如圖12所示使用由單晶鑽石形成之正方形且固定之 厚度之板狀之基底51。而且，自基底51之一側面51a朝向4個外周面52a~52d之交點形成傾斜面53a~53d。同樣地，自另一側面51b朝向4個角而形成傾斜面54a~54d。

繼而，如圖13(a)、(b)所示，相對於傾斜面53a自側面51a向外周面52a側傾斜而形成傾斜面55a，相對於傾斜面54a自側面51b向外周面52a側傾斜而形成傾斜面56a。如此一來，處於原來之外周面52a之位置之第1傾斜面55a與第2傾斜面56a相交，於基底51之厚度方向之中間，較佳為如圖13(a)所示於中央位置，形成與基底之側面51a、51b平行之稜線57a。

其次，相對於傾斜面53b自側面51a向外周面52b側傾斜而形成傾斜面55b，相對於傾斜面54b自側面51b向外周面52b側傾斜而形成傾斜面56b。如此一來，處於原來之外周面52b之位置之第1傾斜面55b與第2傾斜面56b相交，於基底51之厚度方向之中間，較佳為如圖13(a)所示於中央位置，形成與基底之側面51a、51b平行之稜線57b。

其次，相對於傾斜面53c自側面51a向外周面52c側傾斜而形成傾斜面55c，相對於傾斜面54c自側面51b向外周面52c側傾斜而形成傾斜面56c。如此一來，處於原來之外周面52c之位置之第1傾斜面55c與第2傾斜面56c相交，於基底51之厚度方向之中間，較佳為如圖13(a)所示於中央位置，形成與基底之側面51a、51b平行之稜線57c。

進而，相對於傾斜面53d自側面51a向外周面52d側傾斜而形成傾斜面55d，相對於傾斜面54d自側面51b向外周面52d側傾斜而形成傾斜面56d。如此一來，處於原來之外周面52d之位置之第1傾斜面55d與 第2傾斜面56d相交，於基底51之厚度方向之中間，較佳為如圖13(a)所示於中央位置，形成與基底之側面51a、51b平行之稜線57d。

其次，自外周面52a朝向傾斜面55a、56a形成頂面58a。同樣地，自外周面52b朝向傾斜面55b、56b形成頂面58b，自外周面52c朝向傾斜面55c、56c形成頂面58c，進而自外周面52d朝向傾斜面55d、56d形成頂面58d。將稜線57a~57d分別與頂面58a~58d相接之端部作為尖端P1~P4。

於本實施形態中，亦於基底51之4個頂點分別構成1個尖端P1~P4，故而即便藉由外切而開始刻劃，藉由外切而結束刻劃，亦不會對其他尖端帶來影響。又，於各角中於旋轉對稱之位置形成尖端，故而於1個尖端磨損之情形時，藉由使鑽石工具50旋轉特定角度可使用其他尖端。於本實施形態中，由於基底51為正方形，故而藉由旋轉90°可使用其他尖端。

其次，使用圖14對本發明之第3實施形態進行說明。於上述第2實施形態中，於正方形之基底之各角分別形成1個尖端，但於本實施形態中，於共有長方形之基底之短邊之鄰接的2個角分別形成1個尖端。本實施形態之鑽石工具60係如圖14所示使用由單晶鑽石形成之長方形且固定之厚度之板狀之基底61。而且，自基底61之一側面61a朝向外周面62a、62b之交點及外周面62b、62c之交點形成第1、第2傾斜面63a、63b。又，自基底61之另一側面61b朝向外周面62a、62b之交點及外周面62b、62c之交點形成第1、第2傾斜面64a、64b。藉此，傾斜面63a與64a、63b與64b分別相交，於基底61之厚度方向之中間，較佳為如圖14(a)所示於中央位置，形成與基底之側面61a、61b平行之稜線67a、67b。

其次，自外周面62b朝向傾斜面63a、64a形成頂面68a。同樣地，自外周面62b朝向傾斜面63b、64b形成頂面68b，將稜線67a、67b分別與頂面68a、68b相接之端部作為尖端P1、P2。於本實施形態中，亦於基底61之2個頂點分別構成1個尖端P1、P2，故而即便藉由外切而開始刻劃，藉由外切而結束刻劃亦不會對其他尖端帶來影響。又，於長方形之鄰接之角中，於線對稱之位置形成尖端，故而於1個尖端磨損之情形時，藉由使鑽石工具60反轉可使用其他尖端。

再者，於本實施形態中，形成傾斜面63a、64a與傾斜面63b、64b，將該等相交之稜線與頂面之交點作為尖端，但亦可與第1實施形態同樣地，相對於該等傾斜面進而於外周面62b側形成第1、第2傾斜面。

又，於上述各實施形態中，由單晶鑽石構成基底整體，但由於只要與脆性材料基板接觸之表面部分為鑽石即足夠，故而亦可於使用超硬合金或燒結鑽石製而形成之基底之外周面及稜線之表面形成多晶鑽石層，對其進一步精密地進行研磨而形成尖端。又，亦可使用摻雜硼等雜質而具有導電性之單晶或多晶鑽石。藉由使用具有導電性之鑽石，可藉由放電加工而容易地形成傾斜面。

又，於上述實施形態中，使鑽石工具向各尖端之稜線方向移動而進行刻劃，但亦可向各尖端之頂面方向移動而進行刻劃。

[產業上之可利用性]

本發明之鑽石工具可較佳地用於將脆性材料基板藉由外切而開始刻劃且藉由外切而結束刻劃之刻劃裝置。

10‧‧‧鑽石工具

11‧‧‧基底

11a、11b‧‧‧側面

12a、12b‧‧‧外周面

13a、13b、15a、15b‧‧‧傾斜面

16‧‧‧稜線

17‧‧‧頂面

P‧‧‧尖端

Claims (3)

1. 一種鑽石工具，其具備：方形之基底，其具有側面及複數個外周面；相對於上述基底之1個角自上述基底之兩側面朝向1個上述外周面形成之第1、第2傾斜面；作為上述第1、第2傾斜面之交線之稜線；及自上述1個外周面朝向上述稜線之頂面；至少上述稜線及頂面由鑽石形成，將上述稜線與頂面之交點作為尖端，將上述稜線之一部分作為按壓上述基板之端部之按壓部。
2. 如申請專利範圍第1項之鑽石工具，其中，上述基底為多邊形狀之基底，上述多邊形之1個角具有1個尖端。
3. 一種鑽石工具之刻劃方法，其係使用申請專利範圍第1項之鑽石工具之刻劃方法，以上述鑽石工具之尖端成為最下位之方式保持於刻劃頭，於基板之外側以上述尖端成為較上述基板之上表面靠下方之方式按下刻劃頭，藉由使上述刻劃頭與基板之面平行地移動而自基板之端部開始外切刻劃，刻劃至上述基板之端部為止，上述稜線之一部分一邊按壓上述基板之端部一邊離開，藉此結束刻劃。