TWI389857B - And a method of forming a through hole in a brittle material substrate - Google Patents

Description

於脆性材料基板形成貫通孔之方法

本發明係關於於脆性材料基板形成貫通孔之方法，詳言之，係關於使用切刀於脆性材料基板形成貫通孔之方法。

於做為脆性材料基板例如玻璃基板形成貫通孔時，如圖11所示，將玻璃基板1之表面以不圖示之切刀呈閉曲線狀劃線，形成由對基板表面垂直之裂痕71構成之劃線6(同圖(a))，其次使被以劃線6包圍之區域冷卻收縮，(同圖(b))，使被以劃線6包圍之區域脫落形成貫通孔11。

然而，以此以往之方法以使被以劃線6包圍之區域收縮為必要。又，如圖12所示，若此收縮不充分，在去除被以劃線6包圍之區域時，形成裂痕71之對向面接觸、摩擦，於貫通孔11之周圍產生微小凹凸或貝殼狀之缺口。

針對此問題，例如在專利文獻1有提案如圖13所示，藉由利用刀輪2之劃線於玻璃基板1形成對玻璃基板1之厚度方向傾斜之裂痕72，形成被以劃線6包圍之區域之脫離斜面後，對該區域於垂直方向施加外力以去除該區域之技術。

【專利文獻1】日本特開平7-223828

然而，如圖14所示，根據本發明者實驗之結果發現，以切刀2實際形成之裂痕73從玻璃基板1之表面至特定深度為止雖以所望之傾斜角度形成，但在更深處裂痕73之傾斜對基板厚度方向迅速變小，到接近玻璃基板1之背面側玻璃裂痕73之傾斜成為基板厚度方向，即對基板表面大致垂直。

如此若裂痕73對基板表面垂直之部分L長，在去除被以劃線6包圍之區域時，形成裂痕73之對向面接觸、摩擦，如圖12所示於貫通孔11之周圍產生微小凹凸或貝殼狀之缺口。

本發明係鑑於此種以往之問題而為，其目的在於提供不使微小凹凸或貝殼狀之缺口等於貫通孔之周緣產生，使用切刀於脆性材料基板順利形成貫通孔之方法。

根據本發明，提供一種藉由使用切刀之劃線於脆性材料基板形成貫通孔之方法，其特徵在於：具有以切刀將脆性材料基板之貫通孔形成預定區域之外緣或外緣之內側劃線並形成由對基板厚度方向傾斜之第1裂痕構成之第1劃線之步驟、以切刀沿第1劃線將第1劃線之內側或第1劃線之外側之貫通孔形成預定區域之外緣劃線並形成由對基板厚度方向傾斜並與第1裂痕會合之第2裂痕構成之第2劃線之步驟。此時係藉由於貫通孔形成預定區域之外緣形成第1劃線時使第1裂痕對基板厚度方向往貫通孔形成預定區域之外向傾斜，於貫通孔形成預定區域之外緣之內側形成第1劃線時使第1裂痕對基板厚度方向往貫通孔形成預定區域之內向傾斜，確實形成脫離斜面。

在此，由將對基板厚度方向傾斜之裂痕於基板之厚度全體確實形成之觀點，前述第1劃線與第2劃線之間隔為0.1~1mm之範圍較理想。

又，做為切刀可使用具有將共有旋轉軸之2個圓錐或圓錐台之共同之底面接合之形狀，以前述底面之圓周部分為刃前緣稜線，於此刃前緣稜線於周方向以特定間隔形成有對旋轉軸方向傾斜特定角度之槽者。又，使用具有將共有旋轉軸之2個圓錐或圓錐台之共同之底面接合之形狀，以前述底面之圓周部分為刃前緣稜線，前述2個圓錐或圓錐台之側面與前述底面之夾角相異之切刀亦可。

此外，以相異之切刀形成第1劃線與第2劃線亦可。

根據本發明，提供一種於隔微小間隙或直接接合之2片脆性材料基板藉由使用切刀之劃線形成貫通孔之方法，其特徵在於：具有於前述2片脆性材料基板之一方以切刀將貫通孔形成預定區域之外緣劃線並形成由對基板厚度方向傾斜之第1裂痕構成之第1劃線之步驟、以切刀沿第1劃線將第1劃線之內側劃線並形成由對基板厚度方向傾斜並與第1裂痕會合之第2裂痕構成之第2劃線之步驟、於前述2片脆性材料基板之另一方以切刀將比第1劃線外側劃線並形成由對基板厚度方向傾斜之第3裂痕構成之第3劃線之步驟、以切刀沿第3劃線將第3劃線之外側劃線並形成由對基板厚度方向傾斜並與第3裂痕會合之第4裂痕構成之第4劃線之步驟。此時係藉由使第1裂痕對基板厚度方向往貫通孔形成預定區域之外向傾斜，使第3裂痕對基板厚度方向往貫通孔形成預定區域之內向傾斜，確實形成脫離斜面。

根據本發明，提供一種於隔微小間隙或直接接合之2片脆性材料基板藉由使用切刀之劃線形成貫通孔之方法，其特徵在於：具有於前述2片脆性材料基板之一方以切刀將比貫通孔形成預定區域之外緣內側劃線並形成由對基板厚度方向傾斜之第1裂痕構成之第1劃線之步驟、以切刀沿第1劃線將第1劃線之外側之貫通孔形成預定區域之外緣劃線並形成由對基板厚度方向傾斜並與第1裂痕會合之第2裂痕構成之第2劃線之步驟、於前述2片脆性材料基板之另一方以切刀將比第1劃線內側劃線並形成由對基板厚度方向傾斜之第3裂痕構成之第3劃線之步驟、以切刀沿第3劃線將第3劃線之內側劃線並形成由對基板厚度方向傾斜並與第3裂痕會合之第4裂痕構成之第4劃線之步驟。此時係藉由使第1裂痕對基板厚度方向往貫通孔形成預定區域之內向傾斜，使第3裂痕對基板厚度方向往貫通孔形成預定區域之外向傾斜，確實形成脫離斜面。

在本發明之實施形態之貫通孔之形成方法由於係形成由對基板厚度方向傾斜之第1裂痕構成之第1劃線後再沿第1劃線將第1劃線之內側或外側劃線並形成由對基板厚度方向傾斜並與第1裂痕會合之第2裂痕構成之第2劃線，故確實形成被以劃線包圍之區域之脫離斜面。藉此，於去除被以劃線包圍之區域而形成之貫通孔之周緣不會產生微小凹凸或貝殼狀之缺口等問題。

又，於隔微小間隙或直接接合之2片脆性材料基板之狀況亦藉由於各基板形成前述之2個劃線而可不產生微小凹凸或貝殼狀之缺口順利形成貫通孔。

以下，雖針對本發明之貫通孔之形成方法更詳細說明，但本發明並不受此等實施形態任何限定。

於圖1及圖2顯示顯示本發明之貫通孔之形成方法之一實施形態之流程圖。此等圖係於脆性材料基板即玻璃基板開圓形之貫通孔時之流程圖，圖1為立體圖，圖2為縱剖面圖。首先如圖1(a)所示，使用圓盤形狀且於外周部形成有刃前緣之刀輪2將玻璃基板1上之貫通孔形成預定區域之外緣劃線形成第1劃線31。藉由此劃線於玻璃基板1形成如圖2(a)所示之在淺處傾斜為往半徑方向外方擴張，在深處對基板表面大致垂直之第1裂痕41。

其次，如圖1(b)所示，在比第1劃線31內側且與第1劃線31同心圓狀地以刀輪2進行劃線形成第2劃線32。藉由此劃線，如圖2(b)所示，形成在淺處往半徑方向外方擴張之傾斜小，變深後傾斜迅速變大而與第1裂痕41會合之第2裂痕42。藉此，形成使被以第1劃線31包圍之區域從玻璃基板1脫落之對基板表面垂直之部分L(於圖2(c)圖示)短之脫離斜面。

在此，即使使用相同刀輪2形成第2裂痕42，第2裂痕42仍不會與第1裂痕41平行而會與第1裂痕41會合，可認為是因為第1裂痕41之形成使其周邊之脆性材料內部之應力之狀態變化而成為與未形成裂痕之部分相異之狀態。已確認即使於形成直線狀之劃線之通常之劃線，若於基板之端邊附近沿端邊形成劃線，沿劃線被形成之裂痕有往端邊側傾斜之傾向。因此，為使第2裂痕42與第1裂痕41會合，必須考慮基板1之厚度或刀輪2之壓接力等，來調整例如第1劃線31與第2劃線32之間隔。第1劃線31與第2劃線32之間隔通常為0.1~1mm之範圍較理想。若第1劃線31與第2劃線32之間隔過寬，第2裂痕42被形成為與第1裂痕41大致平行，不與第1裂痕41會合。反之，若第1劃線31與第2劃線32之間隔過窄，第1裂痕41之對基板表面垂直之部分L(於圖2(c)圖示)變長，在使被以第1劃線31包圍之區域從玻璃基板1脫落時有產生微小凹凸或貝殼狀之缺口之虞。

此外，如圖1(c)及圖2(c)所示，對被以第1劃線31包圍之區域施加向下方之力後，藉由由第1裂痕41及第2裂痕42形成之脫離斜面，該區域容易脫落，於玻璃基板1形成貫通孔11。另外，即使為第1裂痕41未到達玻璃基板1之背面之狀況，藉由上述外力作用，第1裂痕41進展至玻璃基板1之背面，故無對貫通孔11之形成產生阻礙之虞。當然，在對玻璃基板1施加外力前，將玻璃基板1加熱及/或冷卻使膨脹、收縮，使第1裂痕41進展至玻璃基板1之背面亦無妨。若如上述在對玻璃基板1施加外力前，先將玻璃基板1加熱及/或冷卻使膨脹、收縮，在使被以第1劃線31包圍之區域從玻璃基板1脫落時亦可使處理更順利進行。

做為可以本發明之方法形成貫通孔11之脆性材料基板1可舉出以往公知者。例如，可舉出玻璃、陶瓷、矽、藍寶石等脆性材料基板。又，可以本發明之方法形成貫通孔11之脆性材料基板1之厚度雖因脆性材料基板之材質等而異，但於脆性材料基板為玻璃基板時至大約2mm程度之厚度可形成貫通孔11。又，貫通孔11之大小並無特別限定，一般越小徑之貫通孔越難形成，以本發明之方法即使為直徑15mm之貫通孔亦可容易形成。

做為在本發明使用之刀輪2，只要是能形成對基板厚度方向傾斜之裂痕者，並無特別限定。將可在本發明之方法適當使用之切刀之一例顯示於圖3~圖5。圖3係刀輪之全體立體圖。圖4(A)係從圖3之箭頭A觀察之刃前緣稜線之部分擴大圖，圖4(B)係從圖3之箭頭B觀察之刃前緣稜線之部分擴大圖。圖5係在槽部分之垂直剖面圖。於圖3顯示之切刀2a具有將共有旋轉軸22之2個圓錐台之共同之底面接合之形狀，於前述底面之圓周部分形成有刃前緣稜線21。在此刀輪2a係於刃前緣稜線21於周方向以特定間隔形成有對旋轉軸方向傾斜特定角度之槽23。若使用此刀輪2a進行劃線，於圖5形成向下方往左方向傾斜之裂痕。槽23之節距為20~200μm之範圍較理想。在槽23之兩端之深度係深度d₁ 為2~2500μm之範圍，深度d₂ 為1~20μm之範圍較理想。

於圖6顯示在本發明使用之刀輪之其他形態。同圖(A)係從圖3之箭頭A觀察之刃前緣稜線之部分擴大圖，同圖(B)係從圖3之箭頭B觀察之刃前緣稜線之部分擴大圖。如此圖所示，槽23之形狀為V字狀亦可。此時，做為V字狀之槽23之節距、槽23之兩端之深度d₁ 、d₂ ，前述形態之適當範圍在此亦被例示。另外，於同圖(A)顯示之槽之形狀除U字狀或V字狀外，為鋸刃狀、凹形狀等形狀亦無妨。

於圖7顯示在本發明之方法可適當使用之切刀之另一例。此圖之刀輪2b在具有將共有旋轉軸22之2個圓錐台之共同之底面接合之形狀，於前述底面之圓周部分形成有刃前緣稜線21之點雖與於圖3顯示之刀輪2a相同，但在前述2個圓錐台之側面與前述底面之角度θ1與角度θ2相異之點不同。若使用於此圖顯示之刀輪2b進行劃線，與圖3之刀輪2a同樣，於圖5形成向下方往左方向傾斜之裂痕。另外，裂痕之傾斜通常係正比於前述2個圓錐台之側面與前述底面之角度θ1與角度θ2之差，角度θ1與角度θ2之差越大，裂痕之傾斜越大。

使用刀輪做為切刀時，其外徑為1mm~10mm之範圍較理想。若刀輪之外徑比1mm小，操作性及耐久性可能低下，若外徑比10mm大，劃線時傾斜裂痕可能不被深入形成。更理想之刀輪外徑為1mm~5mm之範圍。又，對刀輪施加之荷重及劃線速度雖由脆性材料基板之種類或厚度等被適當決定，但通常對刀輪施加之荷重為0.05~0.4MPa之範圍，劃線速度為10~500mm/sec之範圍。

以上例示之刀輪雖具有將共有旋轉軸之2個圓錐台之共同之底面接合之形狀，但即使使用如圖8所示之具有將共有旋轉軸之2個圓錐之共同之底面接合之形狀之刀輪2c亦當然無妨。

於本發明之方法在第1劃線31與第2劃線32使用不同之刀輪亦可。即，於形成第2劃線32之際，使用對基板厚度方向第2裂痕42比第1裂痕41更傾斜之刀輪亦可。

於圖9顯示本發明之方法之其他實施形態。於此圖顯示之貫通孔之形成方法係於隔微小間隙或直接接合之2片脆性材料基板(例如玻璃基板)1a、1b形成貫通孔之方法。首先如圖9(a)所示，使用圓盤形狀且於外周部形成有刃前緣之刀輪2將玻璃基板1a之貫通孔形成預定區域之外緣劃線，形成由第1裂痕41構成之第1劃線31。其次，如圖9(b)所示，在比第1劃線31內側且與第1劃線31同心圓狀地以刀輪2進行劃線，形成由第2裂痕42構成之第2劃線32。如前述，此第2裂痕42與第1裂痕41會合，形成將被以第1劃線31包圍之區域從上玻璃基板1a去除之對基板表面垂直之部分L(於圖2(c)圖示)短之脫離斜面。

其次，如圖9(c)所示，將比下玻璃基板1b之貫通孔形成預定區域之外緣內側且比第1劃線31外側使用刀輪2劃線，形成由第3裂痕43構成之第3劃線33。其次，如圖9(d)所示，在位於比第3劃線33外側之貫通孔形成預定區域之外緣以刀輪2劃線，形成由第4裂痕44構成之第4劃線34。如前述，此第4裂痕44與第3裂痕43會合，形成將被以第4劃線34包圍之區域從下玻璃基板1b去除之對基板表面垂直之部分L(於圖2(c)圖示)短之脫離斜面。

之後如圖9(e)所示，對被以第1劃線31包圍之區域施加向下方之力後，藉由由第1裂痕41及第2裂痕42形成之脫離斜面，上玻璃基板1a之貫通孔形成預定區域從上玻璃基板1a脫落，藉由由第3裂痕43及第4裂痕44形成之脫離斜面，下玻璃基板1b之貫通孔形成預定區域從下玻璃基板1b脫落。藉此，於被積層2片之玻璃基板1a、1b形成貫通孔11。

以上，在已說明之實施形態雖係貫通孔11之平面形狀為圓形狀，但以本發明之方法形成之貫通孔之平面形狀並不受限於此，為各種形狀皆無妨。

以下，雖以實施例更詳細說明本發明，但本發明並不受此等例任何限定。

實施例1

於劃線裝置(「MP500A」三星鑽石工業社製)安裝厚度1.1mm之鈉玻璃基板，進行第1劃線形成圓形之第1劃線。其次，使用相同刀輪從第1劃線往內側0.2mm同心圓狀地進行第2劃線形成第2劃線。另外，使用之刀輪之規格及劃線條件係如下述。

之後，在第1劃線與第2劃線交叉之位置垂直切斷鈉玻璃基板，觀察其剖面。於圖10顯示鈉玻璃基板之剖面擴大照片。

(帶傾斜槽之刀輪)

直徑：2.0mm

厚度：0.65mm

刃前緣角度：130°

槽之數量：135

槽之深度：(d₁ )20μm，(d₂ )10μm

(劃線條件)

劃線荷重：0.22MPa

切入量：0.20mm

吸著壓：約-35kPa

實施例2及實施例3

使第1劃線與第2劃線之距離為0.3mm及0.4mm以外與實施例1同樣，於鈉玻璃基板形成第1劃線與第2劃線後垂直切斷鈉玻璃基板，觀察其剖面。於圖10顯示鈉玻璃基板之剖面擴大照片。

如由圖10明白，在實施例1~3之鈉玻璃基板係藉由第1劃線形成有對基板厚度方向往半徑方向外方傾斜且幾乎到達基板之背面側之第1裂痕。此外於第1劃線之內側被形成為同心圓狀之第2裂痕42係在基板之表層與第1裂痕41大致平行，變深後迅速往外方傾斜而與第1裂痕41會合。第2裂痕與第1裂痕會合之位置係第1劃線與第2劃線之間隔越大便於基板厚度方向越深。由於第2裂痕與第1裂痕會合之位置於基板厚度方向越深，於圖2(c)顯示之對基板表面垂直之部分L便越短，故容易使被以第1劃線包圍之區域從鈉玻璃基板脫落。

本發明之方法不使所謂微小凹凸或貝殼狀之缺口等於貫通孔之周緣發生，可使用切刀於脆性材料基板順利形成貫通孔，甚為有用。

1．．．玻璃基板(脆性材料基板)

1a．．．上玻璃基板

1b．．．下玻璃基板

2．．．刀輪

2a、2b、2c．．．刀輪

11．．．貫通孔

21．．．刃前緣稜線

22．．．旋轉軸

23．．．槽

31．．．第1劃線

32．．．第2劃線

33．．．第3劃線

34．．．第4劃線

41．．．第1裂痕

42．．．第2裂痕

43．．．第3裂痕

44．．．第4裂痕

圖1係顯示本發明之貫通孔之形成方法之一例之流程圖。

圖2係對應於圖1之各步驟之縱剖面圖。

圖3係顯示在本發明使用之刀輪之一例之立體圖。

圖4係從圖3之箭頭A及箭頭B觀察之刀輪之擴大圖。

圖5係圖3之刀輪之部分擴大剖面圖。

圖6係顯示在本發明使用之刀輪之另一例之部分擴大圖。

圖7係顯示在本發明使用之刀輪之另一例之部分擴大剖面圖。

圖8係係顯示在本發明使用之刀輪之再另一例之立體圖。

圖9係顯示本發明之貫通孔之形成方法之另一例之流程圖。

圖10係實施例1~3之鈉玻璃基板之剖面擴大照片。

圖11係顯示以往之貫通孔之形成方法之流程圖。

圖12係顯示以往之貫通孔之形成方法中之問題之立體圖。

圖13係顯示以往之另一貫通孔之形成方法之流程圖。

圖14係顯示以以往之方法實際被形成之裂痕之形狀之示意圖。

1．．．玻璃基板(脆性材料基板)

2．．．刀輪

11．．．貫通孔

31．．．第1劃線

32．．．第2劃線

41．．．第1裂痕

42．．．第2裂痕

L．．．對基板表面垂直之部分

Claims (7)

1. 一種於脆性材料基板形成貫通孔之方法，該貫通孔係藉由使用刀輪之劃線所形成，其特徵在於，具有：以刀輪對脆性材料基板之貫通孔形成預定區域之外緣或外緣之內側進行劃線，以形成由對基板厚度方向傾斜之第1裂痕構成之第1劃線之步驟；以及以刀輪沿第1劃線對第1劃線之內側或第1劃線之外側之貫通孔形成預定區域之外緣進行劃線，以形成由對基板厚度方向傾斜並與第1裂痕會合之第2裂痕構成之第2劃線之步驟。
2. 如申請專利範圍第1項之於脆性材料基板形成貫通孔之方法，其中，前述第1劃線與第2劃線之間隔在0.1~1mm之範圍。
3. 如申請專利範圍第1或2項之於脆性材料基板形成貫通孔之方法，其中，係使用具有將共有旋轉軸之2個圓錐或圓錐台之共同底面接合之形狀，以前述底面之圓周部分為刃前緣稜線，於此刃前緣稜線於周方向以特定間隔形成有對旋轉軸方向傾斜特定角度之槽之刀輪進行劃線。
4. 如申請專利範圍第1或2項之於脆性材料基板形成貫通孔之方法，其中，係使用具有將共有旋轉軸之2個圓錐或圓錐台之共同之底面接合之形狀，以前述底面之圓周部分為刃前緣稜線，前述2個圓錐或圓錐台之側面與前述底面之夾角相異之刀輪進行劃線。
5. 如申請專利範圍第1或2項之於脆性材料基板形成 貫通孔之方法，其中，係以相異之刀輪形成第1劃線與第2劃線。
6. 一種於隔微小間隙或直接接合之2片脆性材料基板形成貫通孔之方法，該貫通孔係藉由使用刀輪之劃線形成，其特徵在於，具有：於前述2片脆性材料基板之一方以刀輪對貫通孔形成預定區域之外緣進行劃線，以形成由對基板厚度方向傾斜之第1裂痕構成之第1劃線之步驟；以刀輪沿第1劃線對第1劃線之內側進行劃線，以形成由對基板厚度方向傾斜並與第1裂痕會合之第2裂痕構成之第2劃線之步驟；於前述2片脆性材料基板之另一方以刀輪對第1劃線外側進行劃線，以形成由對基板厚度方向傾斜之第3裂痕構成之第3劃線之步驟；以及以刀輪沿第3劃線對第3劃線之外側進行劃線，以形成由對基板厚度方向傾斜並與第3裂痕會合之第4裂痕構成之第4劃線之步驟。
7. 一種於隔微小間隙或直接接合之2片脆性材料基板形成貫通孔之方法，該貫通孔係藉由使用刀輪之劃線形成，其特徵在於，具有：於前述2片脆性材料基板之一方以刀輪對貫通孔形成預定區域之外緣內側進行劃線，以形成由對基板厚度方向傾斜之第1裂痕構成之第1劃線之步驟；以刀輪沿第1劃線對第1劃線之外側之貫通孔形成預 定區域之外緣進行劃線，以形成由對基板厚度方向傾斜並與第1裂痕會合之第2裂痕構成之第2劃線之步驟；於前述2片脆性材料基板之另一方以刀輪對第1劃線內側進行劃線，以形成由對基板厚度方向傾斜之第3裂痕構成之第3劃線之步驟；以及以刀輪沿第3劃線對第3劃線之內側進行劃線，以形成由對基板厚度方向傾斜並與第3裂痕會合之第4裂痕構成之第4劃線之步驟。