TWI380958B - 劃線裝置 - Google Patents

Description

劃線裝置

本發明係關於自玻璃、半導體等之脆性材料構成的工件刻劃劃線之劃線裝置。

切斷自脆性材料所成的工件之方法，例如有，將工件送至迴轉刃，而切斷成骰子狀之切割(dicing)方法，或在工件的表面以刀具刻劃成骰子狀之劃線，再沿劃線在工件上加予彎曲負荷而將工件切斷之劃線．斷裂(Scribe－brake)法已為人所知。

在工件上刻劃劃線之劃線裝置，被提案有一種將算盤珠狀可迴轉之刀具壓在工件上，以刀具一面加壓一面使刀具滾轉，而在工件表面上刻劃劃線之劃線裝置(例如參照專利文獻1)或，一面使工件振動一面使工件移動，而在工件表面刻劃劃線之劃線裝置(例如參照專利文獻2)。

專利文獻1：日本專利特開2003－212578號公報專利文獻2：日本專利特開平10－101967號公報

在上述任一種劃線裝置中，以刀具要在工件表面上刻劃劃線之前，必須使刀具下降而載置在工件的表面。

但是，在刀具下降時，僅用決定刀具概略高度的粗調機構則難以探測刀具是否已接觸至工件的表面之狀態(所謂零點位置)，而在零點位置使刀具停止下降。因此，本發明係精巧地組合粗調機構和微調機構，而提供一種可使刀具正確停止在零點位置之劃線裝置。

又，在粗調機構和微調機構上各別設有第1及第2直動導軌時，則零件數變多，劃線裝置也容易變成大型化。因此，本發明之其他目的為提供可使裝置全體構成小型化之劃線裝置。

以下說明本發明。又，為了容易理解本發明，雖然在括號中附記有附圖之元件符號，但本發明並不限於圖示之形態。

為了解決上述課題，申請專利範圍第1項之發明係，一種在工件(1)上刻劃劃線之劃線裝置，其特徵為，其具備有：在工件(1)的表面可平行移動之底座(3)；對前述底座(3)可上升．下降之移動台(4)；在下端設有為了在前述工件(1)上刻劃劃線用之刀具(2)，且和前述移動台(4)可一起上升．下降之頭部(6)；可導引前述移動台(4)上升．下降之第1直動導軌(linear moving guide，直線滑軌)(8,9)；及，可導引前述頭部(6)上升．下降之第2直動導軌(8,10)；而在前述移動台(4)及前述頭部(6)下降中，即使前述刀具(2)接觸至前述工件(1)而前述頭部(6)停止下降時，也可容許前述移動台(4)稍微下降者。

申請專利範圍第2項之發明係，一種在工件(1)上刻劃劃線之劃線裝置，其特徵為，其具備有：在工件(1)的表面可平行移動之底座(3)；對前述底座(3)可上升．下降之移動台(4)；在下端設有在前述工件(1)上刻劃劃線用之刀具(2)，且和前述移動台(4)可一起上升．下降之頭部(6)；被設在前述底座(3)之共通軌道(8)；可滑動地被設置在前述共通軌道(8)上，可導引前述移動台(4)上升．下降之第1移動塊(9)；及，可滑動地被設置在前述共通軌道(8)，可導引前述頭部(6)上升．下降之第2移動塊(10)；而在前述移動台(4)及前述頭部(6)下降中，即使前述刀具(2)接觸前述工件(1)而前述頭部(6)停止下降時，也容許前述移動台(4)稍微下降者。

申請專利範圍第3項之發明係，在申請專利範圍第2項之劃線裝置中，前述頭部(6)係具有：安裝在前述第2移動塊(10)之頭本體(18)；可保持前述刀具(2)之夾座(holder)(30)；及，被收容在前述頭本體(18)，可使前述夾座(30)振動之致動器(28)；而，前述劃線裝置更具有，可滑動地被配置在前述共通軌道(8)上，可導引前述夾座(30)振動之第3移動塊(11)。

申請專利範圍第4項之發明係，在申請專利範圍第2或3項之劃線裝置中，前述劃線裝置更具有：可調節自前述刀具(2)加在前述工件(1)之壓力的氣缸(21)；而在前述移動台(4)上安裝有前述氣缸(21)的氣缸本體(21a)，並在前述頭部(6)被連結自前述氣缸本體(21a)伸縮之桿(21b)。

申請專利範圍第5項之發明係，在申請專利範圍第2至4項中任一項之劃線裝置中，前述劃線裝置更具有被吊掛在前述移動台(4)和前述頭部(6)之間，可減低前述頭部(6)本身的重量之彈簧(27)。

根據申請專利範圍第1項之發明，可使朝向工件下降之頭部，正確使刀具停止接觸工件之位置(零點位置)。

根據申請專利範圍第2項之發明，由於可導引移動台上升．下降之第1移動塊，以及，可導引頭部上升．下降之第2移動塊被配置在共通軌道上，因此，其可將裝置構成小型化。又，其可削減零件之數量。

根據申請專利範圍第3項之發明，由於可將導引夾座振動之第3移動塊也配置在共通軌道上，因此，可更使裝置構成小型化。又，其可削減零件之數量。

根據申請專利範圍第4項之發明，藉調整加在氣缸之氣壓，則可控制自刀具加在工件上之壓力。

根據申請專利範圍第5項之發明，可自刀具加在前述工件的壓力中減低頭部本身的重量份。

以下依照附圖說明本發明之一實施形態中的劃線裝置。在各圖中同一機械元件被附加同一符號。

圖1表示劃線裝置之側視圖。圖2表示劃線裝置之前視圖。劃線裝置係在玻璃、半導體、陶瓷等的脆性材料所構成之薄板狀的工件表面上刻劃劃線之裝置。在劃線裝置的工件工作台7上面，藉真空吸著或夾具(jig)固定工件1。在工件1的表面壓入刀具2，而使該刀具2沿著工件1的表面在水平方向移動時，則在工件1的表面割入劃線。劃線係在工件1的表層上所形成之垂直裂縫(crack)而沿著工件1表面傳佈。

劃線裝置大略分為不使刀具振動型和使刀具振動型二種。在以下的實施形態中，雖然以刀具振動型的劃線裝置說明，但當然本發明也可適用於不使刀具振動型的劃線裝置。

劃線裝置具備有：在工件1可平行移動至水平方向(XY軸方向)之底座3；對底座3在Z軸方向可上升．下降之移動台4；及，和移動台4共同在Z軸方向可上升．下降之頭部6。在頭部6之下端，設有輪(wheel)狀或鑽石形尖錐狀的刀具2。在刀具2上可使用例如被形成為算盤珠狀的輪狀工具，或四角錐、三角錐或使三角錐之先端形成平坦形狀等的鑽石形工具。例如，當工件1是半導體晶圓時，則使用鑽石形工具，當工件1是玻璃時則使用形成為算盤珠狀的輪狀工具。

底座3係被結合在XY軸工作台5上。XY軸工作台5係藉未圖示之XY軸移動機構而在水平方向移動。XY軸移動機構具有當作驅動來源之馬達、滾珠螺桿機構或線型馬達，又，XY軸工作台5具有可導引滑動之XY軸直動導軌12。在工件工作台7側設有X軸或Y軸移動機構時，XY軸工作台5在X軸或Y軸移動機構之任一邊均可。當使XY軸工作台5在工件工作台7平行水平方向移動時，則在工件1之表面上可切割水平方向延伸之劃線。

在底座3設有在Z軸方向可上升．下降之移動台4。在底座3安裝有在Z軸方向延伸之共通軌道8。在此共通軌道8，可滑動地配置第1移動塊9。在第1移動塊9安裝有移動台4。此等共通軌道8及第1移動塊9所構成之第1直動導軌對底座3導引移動台4在Z軸方向滑動。

移動台4係被連結至由Z軸馬達13及滾珠螺桿機構14、15所構成之Z軸移動機構16，而在Z軸方向被驅動。Z軸馬達13在迴轉驅動時，螺旋軸(screw shaft)14則會迴轉，而螺合在螺旋軸14之螺帽15及結合在螺帽15之移動台4在螺旋軸14之軸線方向上移動。

又，在底座3可滑動地設有和移動台4共同在Z軸方向上升．下降之頭部6。在共通軌道8上被配置可滑動之第2移動塊10。在第2移動塊10上被安裝頭部6(正確應為頭本體18)。此等共通軌道8及第2移動塊10所構成之第2直動導軌對底座3導引頭部6在Z軸方向滑動。頭部6的構造將在後面說明。

在移動台4，氣缸21之筒狀的氣缸本體21a，朝向Z軸方向被安裝桿21b。在氣缸21之桿21b的先端，藉由測力器(load cell)等之感測器或接點開關等的開關22而被安裝Z加壓軸23。此一Z加壓軸23貫通固定在移動台4之蓋板24上。由氣缸本體21a而桿21b延伸至既定量以上時，則Z加壓軸23的上部之大徑部23a抵接至蓋板24的上面，而限制桿21b之延伸量。在第2移動塊10，和頭本體18共同在其上部安裝有托架25，在此托架25上連結Z加壓軸23。藉由如上，氣缸21之桿21b被連結至頭本體18。

在刀具2接觸工件1之狀態，當使氣缸21動作時，則自刀具2加壓至工件1上。在刻劃劃線時，此壓力被保持於一定。被接續至氣缸21之電動氣動式調節器藉程式而電動操作，以控制自電動氣動式調節器所供給至氣缸之氣壓，且甚至控制自刀具2所加至工件1之壓力。

如圖3所示，在移動台4和托架25之間，吊掛有作為彈簧之拉伸彈簧27。此彈簧27之拉力可有抬起頭部6本身重量之作用，而可減低自刀具2加在工件1的壓力之中頭部6本身的重量部份。

如圖1及圖2所示，在箱狀的頭本體18內，設有可發生振動之致動器28。致動器28為使用例如當加予外部電場時會發生畸變之壓電元件(壓電致動器)。當使外加在壓電元件的電壓以一定的頻率變化時，壓電元件則會周期性伸縮。又，致動器28亦有時可使用當加予磁場時則在磁性體會發生畸變之超磁致伸縮元件等的磁性材料。使外加超磁致伸縮元件之磁場以一定頻率變化時，則超磁致伸縮元件會周期性伸縮。

致動器28係在上下方向藉一對致動器導軌29a、29b所夾持。上方的致動器導軌29a被安裝在第2移動塊10，而下方的致動器導軌29b被安裝在第3移動塊11。此第3移動塊11可滑動地被配置在共通軌道8上。在第3移動塊11上，安裝有刀具2保持用之夾座30。

以此等共通軌道8及第3移動塊11所構成之第3直動導軌係可在Z軸方向導引夾座30之振動者。當使氣缸21動作時，頭本體18側其位置則難以變化。因此，當使致動器28伸縮時，頭本體18側則不會振動，而在夾座30側振動。第3導軌係導引此夾座30之Z軸方向的振動者。

使刀具2振動之致動器28，雖然在Z軸方向伸縮，但不只是Z軸方向在XY軸方向也會伸縮。刀具2在XY軸方向振動時，在工件1形成之劃線則會受到不良影響。為了在Z軸方向矯正致動器28之振動，第3移動塊11則導引夾座30在Z軸方向之振動。

在下方的致動器導軌29b和頭本體18之間，設有在致動器28上可對致動器導軌29b加壓之淺盤狀的板彈簧31。當使螺合在頭本體18之下部的螺旋32迴轉，而使該螺旋32在上下動作時，板彈簧31則可調節彎曲量。由此，以一對致動器導軌29a、29b則可調整夾持致動器28之壓力(亦即預壓)。如對致動器28賦予預壓，則可使夾座30之振動順從致動器28的伸縮。

圖4及圖5表示以共通軌道8及第1至第3移動塊9、10、11所構成之直動導軌。圖4表示直動導軌之前視圖，圖5表示直動導軌之側視圖。移動塊9、10、11係在共通軌道8上藉由複數個轉動體之滾珠而可滑動自如地被組裝。轉動體也可使用滾子以取代滾珠。

共通軌道8係剖面扁平之四角形而被延伸成細長狀。在共通軌道8的上面之左右緣及左右側面，沿著長邊方向延伸形成有複數條滾珠滾動溝8a。

移動塊9、10、11係被形成鞍狀，具有：面對共通軌道8的上面之中央部31；及，自中央部31的左右兩側延伸至下方而面對共通軌道8的左右側面之側壁部32。在移動塊9、10、11之中央部31的底面及側壁部32的內側，形成有面對於共通軌道8的滾珠滾動溝8a之複數條負荷滾珠滾動溝31a。

在滾珠滾動溝8a和負荷滾珠滾動溝31a之間，排列有複數個滾珠。移動塊9、10、11對共通軌道8滑動時，複數個滾珠在滾珠滾動溝8a和負荷滾珠滾動溝31a之間一面接受負荷一面滾動。

滾動至移動塊9、10、11的負荷滾珠滾動溝31a之滾珠，在經由端板33內的U字狀之方向轉換路後，進入和負荷滾珠滾動溝31a平行延伸之無負荷滾珠回程通路。通過無負荷滾珠回程通路之滾珠則經由反對側的端板33之方向轉換路後，再進入負荷滾珠滾動溝31a。此等負荷滾珠滾動溝31a、方向轉換路及無負荷滾珠回程通路則形成環狀的滾珠循環路。

直動導軌除了上述的LM導軌(THK公司註冊商標)以外，也可使用球形花鍵、球軸套(ball bushing)、滑動軸承等。

其次，依照圖1說明本實施形態之劃線裝置的使用方法。首先，在劃線裝置的工件工作台7上面使工件1定位。其次，藉XY軸移動機構將頭部6移動至工件1的上方。其次，迴轉驅動Z軸馬達13，使移動台4及頭部6朝向工件下降。以編碼器(encoder)36測定Z軸馬達13的迴轉角度而控制移動台4及頭部6之下降量。

頭部6下降，當頭部6下端之刀具2接觸至工件1時，頭部6則不能再下降而停止。即使如此Z軸馬達13也不會停止迴轉，為了使移動台4更下降，因此，移動台4會稍微下降而接近頭部6。在蓋板24和托架25之間，空開有使移動台4接近頭部6用之空隙。感測器或開關22可檢測出移動台4接近頭部6而送出信號至控制裝置。當接受到自開關22之信號後，控制裝置則停止Z軸馬達13的迴轉驅動，並記憶當時的刀具2之位置為零點位置。

又，操作者在控制裝置上輸入切削深度或切進壓力或水平方向之刀具的軌跡。因應於所設定之切削壓力電動氣動式調節器供給空氣至氣缸21。觀察測試切削之狀況後，操作者再度設定切削壓力亦可。

設定切削深度後，Z軸馬達13在切削深度部分再次迴轉，移動台4在切削深度部分再次接近頭部6。在此狀態使氣缸21動作時，刀具2再進入切削之工作1內深度部分。

自刀具2加在工件1之壓力係以設在自工件1水平方向離開之位置所設的測力器而所測定。在測力器上將刀具2移動後，刀具2被接觸至測力器，而以測力器測定加在刀具2先端之壓力。又，取代設在桿21b之先端的開關22而使用測力器時，也可將在測力器探測零點的功能和測定自刀具2加在工件1之壓力的功能兼用。

設定切削深度、切削壓力、水平方向之刀具的軌跡終了後，實際以刀具2在工件1開始刻劃劃線作業。劃線之刻劃作業有：使刀具2移動至工件1水平方向錯開之位置，其次，朝向工件1移動刀具2，使刀具2跨在工件1上，而自工件1之端部刻劃劃線之方法；及，使刀具2直接接觸至工件1之表面，自該位置使刀具2移動至水平方向而刻劃劃線之方法。前者之刻劃方法，在切削深度，設定有跨上前之值和跨上後之值。在工件1的水平方向之外側的刀具2朝向工件1移動時，被設定跨上前之切削深度，刀具2以自工作台7遊移之狀態移動。刀具2在跨上工件1後，被設定跨上後之切削深度，在既定的切削深度部分刀具2則對工件1刻劃。在致動器28上加予高頻電場等一面使其周期性振動，一面使刀具2沿著工件1的表面移動時，在工件1的表層部垂直裂紋傳開而刻劃劃線。在後者之刻劃方法中，切削深度只被設定跨上後的值。又，刀具2以既定的切削深度部分侵入工件1，並對致動器28加予高頻電場等而使其一面周期性振動，一面使刀具2沿著工件1的表面移動。

在加工終了時，Z軸馬達13使移動台4及頭部6上升。頭部6之上升高度係藉位置感測器37所決定。刻劃劃線之工件1被自工件工作台7卸下，而藉未圖示之裂斷機(breaker)沿著劃線被切斷。要切斷薄的工件時，則由於只要在工件表面刻劃劃線即可達到工件的背面形成垂直裂紋，因此，亦可有省略此裂斷步驟之情形。

習知以切割刀具(dicing cutter)切斷半導體晶圓之情形，在以迴轉刃切斷半導體晶圓或骰子狀時，會有在半導體晶圓上發熱，或因體積消除而發生微細粉末等之問題。而如本實施形態般，如採用刻劃劃線後再切斷之方法時，則不會有發熱且不會有發生微細粉末之問題。又，由於其不會發熱，因此，不必使用冷卻液，在乾燥狀態下亦可加工。

又，本發明並不限於上述實施形態，只要不變更其要旨之情形下其可作各種實施形態。例如，也可將共通軌道8在長邊方向分割，各別對應第1或第3移動塊而設置第1或第3軌道亦可。又，也可取代第3移動塊11，以滾珠花鍵來導引夾座30之振動亦可。在此情況下夾座30係被形成軸狀。對不使刀具2振動之型式的劃線裝置其則不須要第3移動塊11。又，要同時形成複數條劃線時，也可在1個劃線裝置設置複數個頭部亦可。

又本說明書係依照在2005年3月23日於日本申請之日本專利特願2005－084998號所製成。其內容全部包含在本說明書內。

1．．．工件

2．．．刀具

3．．．底座

4．．．移動台

5．．．XY軸工作台

6．．．頭部

7．．．工件工作台

8．．．共通軌道

8a．．．滾珠滾動溝

8,9．．．第1直動導軌

8,10．．．第2直動導軌

8,11．．．第3直動導軌

9、10、11．．．移動塊

12．．．XY軸直動導軌

13．．．Z軸馬達

14．．．滾珠螺桿機構(螺旋軸)

15．．．滾珠螺桿機構(螺帽)

16．．．Z軸移動機構

18．．．頭本體

21．．．氣缸

21a．．．氣缸本體

21b．．．桿

22．．．開關

23．．．Z加壓軸

23a．．．大徑部

24．．．蓋板

25．．．托架

27．．．彈簧

28．．．致動器

29a、29b．．．致動器導軌

30．．．夾座

31．．．板彈簧(中央部)

31a．．．負荷滾珠滾動溝

32．．．螺旋(側壁部)

33．．．端板

36．．．編碼器

37．．．位置感測器

圖1係本發明之一實施形態中的劃線裝置之側視圖(包含一部分剖面圖)。

圖2係上述劃線裝置之前視圖。

圖3表示被吊掛在移動台和頭部之間之彈簧的側視圖。

圖4係直動導軌之前視圖。

圖5係直動導軌之側視圖。

1．．．工件

2．．．刀具

3．．．底座

4．．．移動台

5．．．XY軸工作台

6．．．頭部

7．．．工件工作台

8．．．共通軌道

9．．．移動塊

10．．．移動塊

11．．．移動塊

12．．．XY軸直動導軌

13．．．Z軸馬達

14．．．滾珠螺桿機構(螺旋軸)

15．．．滾珠螺桿機構(螺帽)

16．．．Z軸移動機構

18．．．頭本體

21．．．氣缸

21a．．．氣缸本體

21b．．．桿

22．．．開關

23．．．Z加壓軸

23a．．．大徑部

24．．．蓋板

25．．．托架

28．．．致動器

29a．．．致動器導軌

29b．．．致動器導軌

30．．．夾座

32．．．螺旋(側壁部)

36．．．編碼器

37．．．位置感測器

Claims (4)

1. 一種劃線裝置，係在工件上刻劃劃線之劃線裝置，其特徵為，具備有：在工件的表面上可平行移動之底座；對上述底座可上升．下降之移動台；在下端設有在上述工件上刻劃劃線用之刀具，而和上述移動台可一起上升．下降之頭部；被設在上述底座之共通軌道；可滑動地被設在上述共通軌道，可導引上述移動台上升．下降之第1移動塊；及可滑動地被設在上述共通軌道，可導引上述頭部上升．下降之第2移動塊，在上述移動台及上述頭部之下降中，即使上述刀具接觸至上述工件而上述頭部停止下降，也容許上述移動台稍微下降，上述頭部具有：被安裝在上述第2移動塊之頭本體；保持上述刀具之夾座(holder)；及被收容在上述頭本體，並使上述夾座振動之致動器。
2. 如申請專利範圍第1項之劃線裝置，其中，上述劃線裝置更具有：可滑動地被設在上述共通軌道上，可導引上述夾座振動之第3移動塊。
3. 如申請專利範圍第1或2項之劃線裝置，其中，上述 劃線裝置更具有：調節由上述刀具加在上述工件上的壓力之氣缸(air cylinder)，在上述移動台安裝有上述氣缸的氣缸本體，在上述頭部連結來自上述氣缸本體之伸縮桿。
4. 如申請專利範圍第1或2項之劃線裝置，其中，上述劃線裝置更具有：被吊掛在上述移動台和上述頭部之間，減低上述頭部本身的重量之彈簧。