TWI434812B - Breaking device and breaking method - Google Patents

Description

折斷裝置及折斷方法

本發明係關於進行形成有劃線之脆性材料基板之分斷之折斷裝置、折斷方法。在此所謂脆性材料基板包含玻璃、陶瓷(低溫燒成陶瓷及高溫燒成陶瓷)、矽等半導體材料、藍寶石等。此外，被分斷之基板之形態不止單板，亦包含貼合兩片基板之貼合基板。

圖10係顯示從以前一直被進行之玻璃基板之分斷方法之一例之圖。首先，將基板載置於劃線裝置之平台上，使用刀輪沿第一面之分斷預定線形成劃線S(圖10(a))。接著，將基板載置於折斷裝置之橡膠製平台上，藉由從與第一面相反側之第二面沿劃線S之正背面將折斷棒抵接並施加折斷荷重來施加衝擊或彎曲力矩以進行折斷(圖10(b))。

在第一步驟之劃線，一般係進行藉由轉動刀輪形成劃線之機械式劃線或利用雷射照射導致之加熱與其後之冷卻導致之應力差形成劃線之雷射劃線。

另一方面，在第二步驟之折斷，係藉由沿被形成之劃線壓抵折斷棒或使滾輪轉動來給予衝擊或彎曲力矩以進行折斷。

近年來，就平板面板用玻璃基板而言，為進行基板之輕量化，基板材料之薄板化、硬質化皆在進行中步。因此，於劃線形成後將基板折斷之際，因基板薄板化之影響而使分斷面易受破壞，而易產生碎屑。此外，即使為普通之玻璃基板，在板厚較厚之場合(例如1mm以上)，於折斷之際必須以大荷重壓抵折斷棒，還是容易產生碎屑。

一般為了進行不產生碎屑之加工品質較高之分斷加工，於折斷之際使沿劃線之對折斷棒等施加之折斷荷重盡可能小來進行分斷較理想。因此，於劃線步驟中，必須先使形成劃線之垂直裂痕深入伸展。

截至目前，已提出數個使劃線深入伸展之劃線方法。

一個是在機械式劃線使用之刀輪，使用沿其圓周稜線交互形成有槽與突起、可使垂直裂痕深入伸展之高滲透性之帶槽刀輪，以將突起壓入基板來形成深裂痕之方法(參照專利文獻1)。

另外，亦揭示了一種藉由以振動致動器對安裝有上述帶槽刀輪之劃線頭於上下方向給予振動同時使刀輪轉動，以使裂痕深入滲透之方法(參照專利文獻2)。

此外，做為其他方法，亦揭示了一種不在劃線加工之際使裂痕深入滲透，而是藉由在形成劃線(裂痕)後之折斷步驟之際從與形成有劃線之側相反側之玻璃面沿劃線施加超音波能量，使裂痕沿劃線傳播之做法(參照專利文獻3)。在此方法之場合，亦已揭示劃線深度不夠時(基板板厚之5%程度)，裂痕無法傳播之問題。

專利文獻1：日本專利第3074143號公報

專利文獻2：國際公開WO2008/129943號公報

專利文獻3：日本特表2008-540169號公報

在玻璃基板等，今後會更加被要求高加工品質之分斷加工。於專利文獻1記載之以帶槽刀輪劃線之方法或於專利文獻2記載之以對帶槽刀輪給予振動同時劃線之方法由於可形成比以通常之刀輪劃線深之裂痕，故為了減少於其後之折斷之際施加之荷重為有效，但若於折斷步驟中亦可再使折斷荷重減少則更理想。

在於專利文獻3記載之施加超音波能量之折斷方法若裂痕未形成足夠深則裂痕無法傳播，無法折斷。

針對上述問題，本發明以提供藉由改良折斷步驟，可以比目前為止小之折斷荷重形成更深之裂痕之折斷裝置、折斷方法為目的。

為了解決上述課題，在本發明係採用如下之技術手段。即，本發明之折斷裝置，具備：載置脆性材料基板之平台；將使面接觸前述基板之滾輪支持為可自由旋轉且具備在使前述滾輪壓接於前述基板之狀態下於壓接方向給予振動之振動致動器之滾輪頭；使前述滾輪頭沿基板面相對移動之移動機構。

此外，本發明之折斷方法，係藉由對於第一面形成有劃線之脆性材料基板沿位於相當於第一面之背面側之第二面之前述劃線之正背面之壓接預定線將滾輪以壓接狀態相對移動，沿第一面之劃線將前述基板分斷，其特徵在於：前述滾輪係於壓接方向給予振動並使壓接移動。

根據本發明之折斷裝置，於平台上載置脆性材料基板。此時，係載置為形成有劃線之基板之第一面接觸平台面。之後，對基板之第一面之背面側即第二面沿位於前述劃線之正背面之壓接預定線將滾輪以所望之荷重壓接同時相對移動。此時，係於壓接方向(即基板之厚度方向)施加振動並使滾輪移動。藉此，比起不對滾輪給予振動而使移動時，即使折斷荷重較小，亦因振動之影響而裂痕可深入伸展，折斷較容易。即使於基板之板厚較厚之場合不給予大荷重便無法折斷之場合，藉由給予振動亦可以比目前為止小之荷重折斷。

以下，基於圖面詳細說明本發明之折斷裝置及本發明之折斷方法之詳細。

圖1係顯示本發明之折斷裝置10之全體構成之圖。於基座11上設有載置基板G之平台12。平台12具備於Y方向移動之Y軸驅動機構13、安裝於平台12之下方並旋轉平台12之平台旋轉機構14。於平台12之上面鋪有橡膠12a，以使從上方對基板G施加荷重時基板容易彎曲。

Y軸驅動機構13係由透過平台旋轉機構14支持平台12之Y載台15、使Y載台15於Y方向驅動之線性馬達16、導引Y方向之運動之線性導引17構成。

平台旋轉機構14係安裝於Y載台15上，以使平台12可藉由馬達(不圖示)在水平面內旋轉。

此外，於基座11之上設有X載台21及使該X載台21於X方向移動之X軸驅動機構22。X軸驅動機構22係由配置為跨平台12之橋導引24與支持該橋導引24之支柱23構成。橋導引24具備於X方向驅動X載台21之線性馬達(不圖示)、導引X方向之運動之線性導引25。

其次，針對X載台21說明。圖2係顯示X載台21之構成之圖。另外，在圖1雖係顯示安裝有覆蓋X載台21之外側之外罩之狀態，但在圖2係顯示卸除外罩以使內部機構可見。

於X載台21設有受線性導引25導引之基座板31，於基座板31上設有使滾輪32於Z方向移動之Z軸驅動機構33。

Z軸驅動機構33係由Z載台34、使Z載台34於Z方向驅動之導螺桿機構35、導引Z載台34之Z方向之運動之線性導引36構成。

於Z載台34安裝有將滾輪32按壓於基板G之際之加壓機構即荷重施加汽缸37，於荷重施加汽缸37之桿體37a透過振動致動器38安裝有滾輪頭40。荷重施加汽缸37具體地可使用氣壓缸、伺服馬達、音圈馬達等。

荷重施加汽缸37係在以Z軸驅動機構33調整滾輪32之高度後可調整滾輪32按壓基板G之荷重。

振動致動器38係以預先設定之振幅、振動頻率將滾輪32上下振動。

圖3係支持滾輪32並對滾輪32傳達振動致動器38之振動之滾輪頭40之剖面圖。滾輪頭40具有固定振動致動器38之本體部41、將滾輪32保持為可自由旋轉之保持具42、對保持具42傳達來自振動致動器38之振動之軸43、導引軸43之運動之導引44。於導引44與軸43之間組裝有球體(不圖示)，以使軸43可對導引44順利運動。振動致動器38之桿體38a係以連結部45與軸43螺絲結合。軸43之下端係從本體部41突出並螺絲結合於保持具42。

保持具42之下端分為兩股，藉由支持滾輪32之旋轉軸，滾輪32被支持為可自由旋轉。

圖4係顯示滾輪頭40之其他實施形態之剖面圖。與圖3相同部分藉由給予同符號省略說明。在此實施形態係振動致動器38之桿體38a與軸43被分離，以圓形簧46彈壓為軸43接觸桿體38a。藉由如上述分離，使振動致動器38之橫變位不會被傳達至軸43，僅縱變位被傳達至軸43。

圖5係振動致動器38之剖面圖。振動致動器38主要係由被配置為同心圓狀之超磁致伸縮元件51、線圈52、偏向磁石53、圓形簧54、內藏此等之外箱55構成。超磁致伸縮元件51係對應於偏向磁石53與線圈電流所產生之磁場而尺寸變化。因此，藉由使線圈電流變化，超磁致伸縮元件51會以對應於該線圈電流之振幅、振動頻率之振幅、振動頻率振動。由於桿體38a係被圓形簧54彈壓為接觸超磁致伸縮元件51，故超磁致伸縮元件51之振動被傳達至桿體38a。振動致動器38具體地係在振動頻率1 kHz~10kHz、變位量1μm~20μm之可調整範圍形成振動。桿體38a之振動係受導引56導引，透過軸43(圖3)振動傳至滾輪32。

另外，於振動致動器38使用之振動元件亦可使用壓電元件代替超磁致伸縮元件51。

圖6係滾輪32之前視圖，圖7係滾輪32之側視圖。滾輪32係呈圓柱形狀，於旋轉中心形成有通過支軸之孔61。滾輪32之具體之尺寸可在外徑2mm~50mm，厚度0.5mm~10mm之範圍選擇，材質為了使與基板之接觸面不易刮傷，係使用聚縮醛、聚胺甲酸酯等橡膠硬度Hs為20°~90°之材料。

另外，於分斷對象非單板而係如圖8所示2片基板G1、G2被貼合之單元基板且預先於單元基板之兩側之外側面(第一面及第二面)之對向位置形成有劃線S1、S2之場合，在將滾輪壓接於基板G1、G2時，因有滾輪接觸形成於基板之劃線S1、S2之虞，故如圖9所示使用形成有槽63之滾輪64較理想。

折斷裝置10係以電腦系統(不圖示)控制，以電腦系統進行以X軸驅動機構22、Y軸驅動機構13、Z軸驅動機構33、平台旋轉機構14為首之裝置各部之操作。

接著，參照圖1、圖2說明使用折斷裝置10之折斷方法之一實施形態。在本發明之折斷方法係以預先形成有劃線S且此劃線S之正背面成為壓接預定線為前提。

形成劃線之方法並無特別限定。例如，可為進行利用雷射照射之局部加熱與其後之局部冷卻，以此時產生之殘留應力進行劃線之雷射劃線加工(例如參照日本發明專利3027768號公報)，亦可為使刀輪轉動以進行劃線之機械式劃線加工。

在後者之機械式劃線加工中，可為沿形成刃前緣之圓周稜線未形成槽之一般之刃前緣之刀輪，亦可為沿形成刃前緣之圓周稜線交互形成有槽與突起之記載於專利文獻1之高滲透性之帶槽刀輪。

在折斷裝置10雖係將即將折斷之具有壓接預定線(即劃線S之正背面之位置)之基板G載置於平台12上，但此時係使劃線S接觸平台12(橡膠12a)。之後，基於刻設於基板之對準標記使X軸驅動機構22、Y軸驅動機構13、平台旋轉機構14作動進行定位，使即將折斷之壓接預定線之端配合滾輪32之下方緊貼處之位置。

接著，驅動Z軸驅動機構33將滾輪頭40下降，將滾輪32抵接於基板G。作動荷重施加汽缸37，使滾輪32以所望之荷重按壓基板G。具體地係在1N~50N之範圍調整折斷荷重。

接著，使振動致動器38作動，以所望之振幅、振動頻率對滾輪32給予振動，具體地係在振幅1μm~20μm之範圍、振動頻率1 kHz~10kHz之範圍使作動。

在此狀態下使X軸驅動機構22作動，使滾輪頭40以所望之移動速度移動。具體地係在10mm/s~1000mm/s(通常係50mm/s~500mm/s)之範圍設定適當之速度，以該速度維持按壓狀態使滾輪移動。

藉由以上之動作，滾輪32沿壓接預定線(劃線S之正背面)振動同時按壓，其結果，裂痕因振動荷重之影響而於深度方向深入伸展，即使以更小之荷重亦可折斷。

特別是在基板之板厚較厚之場合(1mm以上)，目前為止若不給予大荷重裂痕便無法展而無法折斷，但藉由改為振動荷重，即使以較小之荷重亦可折斷。

此外，若觀察分斷後之折斷面，由於減少折斷荷重進行折斷，故缺口幾乎不會產生，加工品質優良。

此外，目前為止雖係對應於折斷對象之厚度或材質調整滾輪產生之折斷荷重之大小與滾輪之移動速度，但於折斷時施加之振動之振幅及振動頻率亦可做為參數設定，可增加調整之自由度。

以上雖已針對本發明之代表性實施形態說明，但本發明並非必須被特定為上述實施形態，在達成其目的且不脫離請求之範圍之範圍內可適度修正、變更。

此外，滾輪之壓接面原雖係沿旋轉軸方向呈平坦面，但亦可使滾輪之中央為比滾輪之左右端突出之曲面(向下凸之曲面)，以使壓接時基板容易彎曲。

此外，在上述實施形態折斷中係使振動之振幅、振動頻率為固定，但亦可對應折斷之位置改變振幅。例如，在折斷之開始端(裂痕之開始端)滾輪頭為移動停止中使振動之振幅較大以使裂痕更深入伸展且裂痕確實貫通，在滾輪頭開始移動後便減少振動之振幅(一旦貫通後之裂痕即使減少振幅亦會繼續貫通)以進行柔和之折斷。

[產業上之可利用性]

本發明之分斷方法可於將由玻璃等脆性材料構成之基板沿劃線折斷之際利用。

10．．．折斷裝置

12．．．平台

13．．．Y軸驅動機構

14‧‧‧平台旋轉機構

22‧‧‧X軸驅動機構

32‧‧‧滾輪

33‧‧‧Z軸驅動機構

37‧‧‧荷重施加汽缸

38‧‧‧振動致動器

40‧‧‧滾輪頭

43‧‧‧軸

44‧‧‧導引

51‧‧‧超磁致伸縮元件

S‧‧‧劃線

G‧‧‧基板

圖1係顯示本發明之一實施形態之折斷裝置之全體構成之圖。

圖2係顯示X載台之構成之圖。

圖3係滾輪頭之剖面圖。

圖4係滾輪頭之其他實施形態之剖面圖。

圖5係振動致動器之剖面圖。

圖6係滾輪之前視圖。

圖7係滾輪之側視圖。

圖8係顯示於貼合基板之折斷之際使用之滾輪之圖。

圖9係貼合基板用之滾輪之前視圖。

圖10係顯示從以前一直被進行之一般之玻璃基板之分斷方法之圖。

31．．．基座板

32．．．滾輪

33．．．Z軸驅動機構

34．．．Z載台

35．．．導螺桿機構

36．．．線性導引

37．．．荷重施加汽缸

37a．．．桿體

38．．．振動致動器

40．．．滾輪頭

G．．．基板

Claims (3)

1. 一種折斷方法，係藉由對第一面形成有劃線之脆性材料基板，沿位於第一面背面側之第二面之前述劃線正背面之壓接預定線，將滾輪以壓接狀態相對移動，據以沿第一面之劃線將前述基板分斷，其特徵在於：前述滾輪係一邊於壓接方向給予振動、一邊壓接移動，此時，以對應於基板上之折斷之位置使振幅變化之方式進行折斷。
2. 如申請專利範圍第1項之折斷方法，其中，前述滾輪開始移動後係使振動之振幅比在折斷之開始端之位置移動停止中時小。
3. 如申請專利範圍第1或2項之折斷方法，其中，前述滾輪係在1kHz~10kHz之範圍被調整振動頻率，在1μm~20μm之範圍被調整變位幅度。