TWI596065B

TWI596065B - Breaking device

Info

Publication number: TWI596065B
Application number: TW103121419A
Authority: TW
Inventors: Yuma Iwatsubo; Kenji Murakami; Masakazu Takeda; Tomoko Kinoshita; Hiroyuki Tomimoto
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Ind Co Ltd
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2017-08-21
Also published as: TW201516011A; KR20150048022A; JP6142771B2; CN104552623B; JP2015084349A; CN104552623A

Description

分斷裝置

本發明係關於基板分斷裝置，尤其係關於將附設有包含樹脂或金屬之層之積層脆性材料基板分斷之分斷裝置。

半導體元件係藉由如下方式製造成者，即，將於陶瓷基板等脆性材料基板上二維地重複形成有多個元件區域而成之母基板，沿預先形成於各元件區域之分界位置(預定分割位置)上之起點分斷(割斷)。作為分斷之起點，有藉由利用劃線輪對基板表面劃線而形成之劃線、或藉由鑽石切割器等切削器具呈線狀切削基板表面而得之劃線槽、或藉由雷射光使基板表面消融而呈線狀除去基板表面而得之消融加工線、或藉由雷射光使基板表面局部性地熔融而使基板之構造呈線狀變質(熔解改性)而得之加工線等。

能實施沿該預定分割位置之分斷之分斷裝置已為周知(例如，參照專利文獻1)。於該以往周知之分斷裝置中可為如下構成，即：亦稱作支承刃等之一對基板支持部件(於專利文獻1中為基板保持部)於水平面內分離配置，於以母基板之預定分割位置位於該等基板支持部件之間之方式利用基板支持部件支持母基板之狀態下，自母基板之上方沿預定分割位置按壓分斷桿(專利文獻1中為刀片)，由此將母基板分斷。

又，上述之半導體元件製造用之母基板，存在為保護形成於脆性材料基板之主面上之電路圖案等而使玻璃環氧化物等熱硬化性樹脂附設於該主面上之母基板、或使金屬層附設於主面上之母基板。於欲藉由上述方法將該母基板分斷之情形時，由於樹脂或金屬與脆性材料基板之材質不同，因此產生包含樹脂或金屬之層之一部分未被完全分斷之問題。

為應對上述問題，作為與主面垂直地分割使樹脂附著於脆性材料基板之一主面側而成之附有樹脂之脆性材料基板之方法，已周知的是如下方法，即進行：槽部形成步驟，於附有樹脂之脆性材料基板之樹脂側之預定分割位置形成槽部；劃線形成步驟，於附有樹脂之脆性材料基板之脆性材料基板側之預定分割位置形成劃線；及分斷步驟，沿劃線分割附有樹脂之脆性材料基板(例如，參照專利文獻2)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2004-39931號公報

[專利文獻2]日本專利特開2012-66479號公報

專利文獻2中揭示之方法雖可對附有樹脂之脆性材料基板於預定分割位置確實地且以優異之尺寸精度相對於其主面垂直地進行分割，但由於必須於基板之分斷步驟之前執行槽部形成步驟，因此存在作業步驟增加而無法有效率地執行分斷作業之問題。自製造效率化之觀點考慮，較理想的是僅藉由一分斷裝置中之分斷步驟便可進行良好之分斷。

本發明係鑒於上述課題而完成者，其目的在於提供一種分斷裝置，可將於脆性材料基板之主面上積層包含樹脂或金屬之層之積層脆性材料基板於不需要前期步驟之情況下適當且容易地分斷。

為解決上述課題，技術方案1之發明係一種分斷裝置，其特徵在於：將於脆性材料基板之一主面附設包含樹脂或金屬之異種材料層、且於另一主面形成劃線而成之積層脆性材料基板，自上述異種材料層側沿上述劃線分斷；且於分斷時與上述積層脆性材料基板抵接之分斷桿附設有將上述分斷桿進行加熱之加熱器，一面藉由上述加熱器將上述分斷桿加熱至特定溫度一面進行分斷。

技術方案2之發明係如技術方案1之分斷裝置，其特徵在於：上述分斷桿與上述加熱器相對於上述分斷裝置而裝卸自如。

技術方案3之發明係如技術方案1或技術方案2之分斷裝置，其特徵在於：上述兩個刃面所形成之角度為10°以上且90°以下。

如技術方案1至技術方案3之發明，可於不進行於異種材料層形成槽之預處理之情況下，將積層脆性材料基板良好地分斷。

1‧‧‧黏著性膜

2‧‧‧環部件

10‧‧‧支承部件

11‧‧‧旋轉部件

12‧‧‧水平可動台

13‧‧‧支持台

13h‧‧‧開口部

14‧‧‧分斷桿

14a‧‧‧主體部

14b‧‧‧刃尖

14h‧‧‧貫通孔

15‧‧‧分斷桿安裝部

15a‧‧‧固持器

15b‧‧‧凸緣

15c‧‧‧底座

15d、15e‧‧‧固定螺栓

16‧‧‧升降台

35‧‧‧CCD相機

50‧‧‧加熱器保持部

51‧‧‧加熱器

61、62‧‧‧支承刃

100‧‧‧分斷裝置

114‧‧‧加熱器分斷桿

114b‧‧‧(加熱器分斷桿之)刃尖

AR2、AR3、AR5‧‧‧箭頭

CR‧‧‧龜裂

c1~c2‧‧‧刃面

F‧‧‧異種材料層

I1~I3‧‧‧隔熱材料

SL‧‧‧劃線

TH1~TH8‧‧‧螺絲孔

W‧‧‧基板(積層脆性材料基板)

Wa‧‧‧脆性材料基板

W1、W2‧‧‧單片

圖1係本實施形態之分斷裝置100之立體圖。

圖2係本實施形態之分斷裝置100之立體圖。

圖3係表示於供分斷裝置100之分斷時之基板W之保持形態之俯視圖。

圖4係表示於分斷裝置100中分斷基板W時之配置關係之剖視圖。

圖5係安裝有分斷桿14之狀態下之分斷桿安裝部15之模式剖視圖。

圖6(a)、(b)係分斷桿14之概略構成圖。

圖7(a)~(c)係模式性地表示使用分斷桿14進行積層脆性材料基板即基板W之分斷之情形時之情況之圖。

圖8(a)~(c)係表示使用不具有加熱器之分斷桿114進行積層脆性材料基板即基板W之分斷之情形時之情況之圖。

<分斷裝置之概要>

圖1及圖2係本實施形態之分斷裝置100之立體圖。分斷裝置100為用以將使用LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics，低溫共燒陶瓷)或HTCC(High Temperature Co-fired Ceramics，高溫共燒陶瓷)等陶瓷或玻璃及其他脆性材料而構成之脆性材料基板、或進而於該脆性材料基板之一主面形成包含樹脂或金屬之層而成之積層脆性材料基板等即分斷對象基板(以下，亦簡單地稱作基板)W，沿預先設定於該基板W上之線狀之預定分割位置(分割預定線)分斷(割斷)之裝置。再者，於圖1及圖2中附有右手系之XYZ座標系，該XYZ座標系將於水平面內相互正交之兩個方向設為X方向及Y方向，並將垂直方向設為Z方向。更詳細而言，將於進行分斷時使預定分割位置延伸之方向設為X方向。

圖3係表示供分斷裝置100分斷時之基板W之保持形態之俯視圖。圖4係表示於分斷裝置100中分斷基板W時之配置關係之剖視圖。圖4中表示如下情況：基板W為於脆性材料基板Wa之一主面S1設置包含樹脂或金屬之異種材料層F而成之積層脆性材料基板，且於脆性材料基板Wa之另一主面S2之預定分割位置，為形成分斷之起點而預先藉由利用劃線輪等對基板表面劃線來設置劃線SL。

再者，圖4中，為簡化圖示而僅表示有一條劃線SL，但於實際之基板W上形成有多條劃線SL。

又，對於分斷之起點，除上述之劃線以外，還可應用藉由鑽石切割器等切削器具呈線狀切削基板表面而得之劃線槽或藉由雷射使基板表面消融而呈線狀除去基板表面而得之消融加工線或藉由利用雷射使基板表面局部性地熔融而使基板之構造呈線狀變質(熔解改性)而得之加工線等。

基板W如圖3及圖4所示般，於將其一主面S1側貼附固定於亦稱作切割帶之黏著性膜1上之情形時供於分斷裝置100。更詳細而言，黏著性膜1將其周邊部分貼設於環狀之環部件2上，且基板W於該環部件2之中央部分貼附於黏著性膜1。再者，圖3中，例示黏著性膜1之黏著面之相反側之面朝向附圖近前側之狀態，為了表示基板W及環部件2均存在於該黏著面側，而以虛線表示基板W之外周緣We及環部件2之內周緣2e。

分斷裝置100包括：支承部件10，於分斷時自下方支持基板W；旋轉部件11，將保持基板W之環部件2於水平面內旋轉自如地支持；水平可動台12，包含光學性上透明之部件，自下方支持旋轉部件11，並且設為於Y方向移動自如；及支持台13，支持水平可動台12。

更詳細而言，如圖4所示般，支承部件10包括分別於X方向上具有長邊方向且於Y方向上相互分離之一對支承刃61、62。又，如圖2所示般，水平可動台12接受藉由步進馬達31之驅動而旋轉之滾珠螺桿32之驅動，而於支持台13上沿Y方向往返移動。進而，旋轉部件11之旋轉角度位置可藉由利用步進馬達34使滾珠螺桿33旋轉來加以調整。根據具有以上構成，於分斷裝置100中藉由於支持對基板W進行保持之環部件2之狀態下使旋轉部件11於水平面內旋轉，而能以於支承刃61、62之間使劃線SL沿X方向延伸之方式調整水平面內之基板W之姿勢。

另一方面，於支持台13之上表面且旋轉部件11之外側之四方位置豎立設置有4根柱狀升降導件24。以架設於該等4根柱狀升降導件24之上端之方式固定架台21。又，於支持台13與架台21之間，設置有藉由柱狀升降導件24能升降地導引之升降台16。

於架台21上，隔著支持部件22而設置有步進馬達23。於該步進馬達23之旋轉軸上，連結有以旋轉自如之狀態貫通架台21之滾珠螺桿 25。滾珠螺桿25螺合於形成於升降台16上之母螺紋部。滾珠螺桿25藉由步進馬達23之驅動而旋轉，由此升降台16沿Z方向升降。

如圖2所示般，於該升降台16之下表面，設置有安裝固定分斷桿14之分斷桿安裝部15。分斷桿14亦稱作刀片或分斷刃，且以其長邊方向沿X方向延伸之形態安裝。於分斷裝置100中，概略而言如圖4所示般，對於使形成有劃線SL之側之正表面為下側之狀態下以於支承刃61、62之間劃線SL沿X軸方向延伸之方式配置之基板W，自形成有異種材料層F之面側沿劃線SL之形成位置藉由分斷桿14按壓基板W，由此實現基板W之分斷。關於分斷桿14及分斷桿安裝部15之詳情將於下文敍述。

另一方面，支持台13隔著豎立設置於基座17上之4根軸18及自基座17向下方延伸之腳部19而設置於地面上。

進而，如圖2所示般，於支持台13之下方設置有CCD相機35。CCD相機35如圖4中之箭頭AR1所示般，可經由設置於支持台13之中央部分之開口部13h及水平可動台12而觀察基板W與分斷桿14之位置關係。

CCD相機35附設於設置於基座17上之支持部41上。支持部41沿設置於軌道支持板39上之一對導軌37於X方向上受導引，並且於X方向延伸且與藉由步進馬達36之驅動而旋轉之滾珠螺桿38螺合；該軌道支持板39豎立設置於基座17上。藉由具有該等構成，CCD相機35可接受步進馬達36之驅動而於X方向上往返移動。

<分斷桿>

其次，對分斷桿14及其周邊部分之詳細構成進行說明。圖5係安裝有分斷桿14之狀態下之分斷桿安裝部15之模式剖視圖。圖6係分斷桿14之概略構成圖。更詳細而言，圖6(a)所表示者為分斷桿14之長邊方向側視圖，圖6(b)所表示者為分斷桿14之刃尖14b附近之概略剖視圖。

分斷桿14包含超鋼合金或部分穩定化氧化鋯等，如圖6(a)所示般，具有於側視矩形狀之主體部14a之一長邊側設置有刃尖14b之構成。作為分斷桿14，使用總長L為例如60mm~300mm左右、且刃寬W為例如15mm~30mm左右之分斷桿。又，如圖6(b)所示般，刃尖14b具有形成一角度θ之兩個刃面C1、C2。角度θ之值只要為90°以下即可，較佳為10°以上且45°以下。再者，刃面C1、C2藉由磨削形成，但該磨削較佳為於分斷桿14之短邊方向(如果為圖6(a)之情況則為上下方向)進行。該情形時，分斷桿14對異種材料層F之切削性進一步提高。

分斷桿14藉由安裝於分斷桿安裝部15而固定於分斷裝置100上。再者，於分斷桿14之主體部14a，以於長邊方向上相互分離之形態設置有安裝時所使用之多個(圖6(a)中為兩個)貫通孔14h。

分斷桿安裝部15如圖5所示般，包括固持器15a、凸緣15b、及安裝底座15c。固持器15a、凸緣15b及加熱器保持部50為裝卸自如。另一方面，安裝底座15c固定設置於升降台16之下表面。

又，分斷桿安裝部15進而包括加熱器保持部50、及隔熱材料I1~I3。加熱器保持部50為於其內部埋設有加熱器51與加熱器控制器52而成之部件。加熱器51係用以於分斷時對分斷桿14進行加熱而設置。加熱器51包含例如匣式加熱器(MCHK4-80-V120-W90/MISUMI製造)等。加熱器控制器52係用以控制加熱器51之溫度而設置。另一方面，隔熱材料I1~I3係為抑制於該加熱時自加熱器51發出之熱向分斷桿安裝部15以外之部分傳導而設置。關於利用加熱器51對分斷桿14之加熱之詳情將於下文敍述。再者，圖5中例示沿分斷桿14配置有兩個加熱器51之情況，但加熱器51之配置形態並不限定於此。

於將分斷桿14固定於分斷裝置100時，首先將固持器15a、隔熱材料I1、加熱器保持部50、分斷桿14、隔熱材料I2、及凸緣15b依序重疊，且於使分斷桿14所具備之貫通孔14h與分別設置於固持器15a、隔熱材料I1、加熱器保持部50、隔熱材料I2、及凸緣15b上之孔TH1~TH5位於一直線上之狀態下，使固定螺栓15d與螺絲孔TH1~TH5螺合。由此，分斷桿14與固持器15a、隔熱材料I1、加熱器保持部50、隔熱材料I2及凸緣15b成為一體。進而，將安裝底座15c、隔熱材料I3及分斷桿14等與成為一體之固持器15a依序重疊，且使固定螺栓15e螺合於設置於安裝底座15c、隔熱材料I3及固持器15a上之螺絲孔TH6~TH8，由此分斷桿14以刃尖14b朝向鉛直下方且於X方向延伸之姿勢固定於分斷裝置100。換言之，亦可說分斷桿14及加熱器51分別裝卸自如地設置於分斷裝置100中。由此，容易進行因破損、劣化所致之更換或對應於基板W之材質之變更等。

圖7係模式性地表示使用上述之附設有加熱器51之分斷桿14一面利用加熱器51加熱分斷桿14一面進行積層脆性材料基板即基板W之分斷之情形時之情況之圖。又，圖8表示用以對比而示之使用未附設加熱器51之分斷桿(以下稱作不具有加熱器之分斷桿)114進行積層脆性材料基板即基板W之分斷之情形時之情況之圖。再者，分斷桿14之刃尖14b之刃面C1、C2所形成之角度與不具有加熱器之分斷桿114之刃尖114b之刃面C1、C2所形成之角度相同。又，省略除分斷桿14及不具有加熱器之分斷桿114以外之分斷裝置100之構成要素之圖示。

首先，如圖7(a)及圖8(a)所示般，基板W以使形成有異種材料層F之側為上表面、且使脆性材料基板Wa之形成有劃線SL之側為下表面之形態，載置於支承部件10之支承刃61、62上。此時，基板W以劃線SL大致於支承刃61、62之間之位置上沿X方向延伸之姿勢載置。又，於下文敍述之分斷之開始時之前，於加熱器控制器52之控制下預先開始利用加熱器51加熱分斷桿14。加熱溫度只要根據異種材料層F之材質等適當規定即可，至少設定於不超過異種材料層F以外之周圍之物質之熔點之範圍。例如，於異種材料層F為矽樹脂之情形時，較佳為將加熱溫度設為60℃~140℃。

繼而，藉由CCD相機35拍攝形成於基板W上之劃線SL。於拍攝該劃線SL時，藉由一面使步進馬達36驅動而使CCD相機35於X方向上移動一面進行拍攝，由此拍攝於X方向上延伸之劃線SL整體。

然後，基於所拍攝到之圖像來調整基板W之水平姿勢，進而，進行分斷桿14之定位(不具有加熱器之分斷桿114亦相同)。即，藉由驅動步進馬達34來調整旋轉部件11之旋轉角度位置，由此調整基板W之水平姿勢而使劃線SL之延伸方向準確地與X方向一致，並且藉由使步進馬達31驅動而使水平可動台12於Y方向移動，由此劃線SL便會被配置於分斷桿14之鉛直下方。

當該定位結束，且藉由加熱器51之加熱而使分斷桿14達到特定溫度時，進行基板W之分斷。即，藉由步進馬達23之驅動而使升降台16下降，由此如圖7(a)及圖8(a)中分別以箭頭AR2及AR4所示般使分斷桿14及不具有加熱器之分斷桿114下降。最終，分斷桿14之刃尖14b及不具有加熱器之分斷桿114之刃尖114b與基板W之上表面之異種材料層F接觸，而對異種材料層F之上表面施加力，但如圖7(b)及圖8(b)中分別以箭頭AR3及AR5所示般，於該接觸之後，分斷桿14及不具有加熱器之分斷桿114亦繼續下降。

如此一來，於如本實施形態般使用經加熱器51加熱之分斷桿14之情形時，如圖7(b)所示般藉由分斷桿14下降而以切削異種材料層F(進入異種材料層F中)之形態分斷異種材料層F。然後，當刃尖14b到達脆性材料基板Wa之上表面時，成為由分斷桿14與支承刃61、62三點支持基板W之狀態，如圖7(c)所示般，自劃線SL伸展之龜裂CR到達刃尖14b處。由此，基板W適當地被分斷為兩個單片W1、W2。

另一方面，於使用不具有加熱器之分斷桿114之情形時，如圖8(b)所示般，於刃尖114b進入至異種材料層F中之前，於下側之脆性材料基板Wa上龜裂CR自劃線SL伸展之情形產生，從而儘管異種材料層F未被分斷，而僅脆性材料基板Wa卻被分斷為兩個單片W3、W4。一旦產生該分斷，則即便如箭頭AR5所示般使不具有加熱器之分斷桿114下降，但因單片W3、W4移動而避開不具有加熱器之分斷桿114所施加之力，從而如圖8(c)所示般異種材料層F至於未被適當地分斷之狀態，或最終未於正確之位置被分斷。

於如本實施形態般使用經加熱器51加熱之分斷桿14之情況與使用不具有加熱器之分斷桿114之情形時產生該差異之理由在於如下上述。

首先，於前者之情形時，藉由分斷桿14接近並進一步接觸而加熱異種材料層F，由此異種材料層F之撕裂強度變小，其結果，分斷桿14不易受到來自異種材料層F之抵抗力，因此於在脆性材料基板Wa中產生龜裂CR之伸展之前，異種材料層F便被分斷。

相對於此，於後者之情形時，由於處於異種材料層F之撕裂強度較大之狀態，因此強力地受到來自異種材料層F之抵抗力，於刃尖114b未進入至異種材料層F中之狀態下便對其下方之脆性材料基板Wa施加力，由此難以對積層脆性材料基板良好地進行分斷。

如以上所說明，於本實施形態之分斷裝置中，一面藉由加熱器加熱分斷桿一面進行分斷，由此即便於作為分斷對象之基板為於脆性材料基板之一主面設置包含樹脂或金屬之異種材料層而成之積層脆性材料基板，且使分斷桿接觸於該異種材料層來進行分斷之情形時，可於無需於異種材料層形成槽之預處理之情形時良好地進行分斷。

<變化例>

於上述之實施形態中，以設置於水平可動台12上之支持部件(支承刃61、62)自下方支持基板W之狀態進行分斷，但分斷裝置100中之基板之支持形態並不限定於此。例如亦可為如下形態：於水平可動台12上鋪設透明橡膠板，並於該透明橡膠板上載置基板W來進行分斷。於該情形時，亦可適當使用分斷桿14進行積層脆性材料基板之分斷。