WO2020090179A1

WO2020090179A1 - ブレーク装置

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Publication number: WO2020090179A1
Application number: PCT/JP2019/030693
Authority: WO
Inventors: 卓朗三谷
Original assignee: 三星ダイヤモンド工業株式会社
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2019-08-05
Publication date: 2020-05-07
Also published as: CN112203817A; JPWO2020090179A1; TWI797352B; EP3875236B1; EP3875236A1; TW202017021A; JP2024032796A; EP3875236A4

Abstract

ブレークを繰り返し行う場合であっても、実行の都度、ブレークを好適に行うことができるブレーク装置を提供する。水平面内で回転するモータと、モータの回転動作をブレークバーの昇降動作に変換する動作変換機構と、モータの動作を制御するモータ制御部と、モータに作用するトルクを検知するトルク検知部と、ブレーク装置の各部の動作を制御することによりブレーク対象物に対するブレークを実行させるブレーク処理部と、を有してなり、一方主面を支持部に接触させる状態でブレーク対象物が支持部に載置固定されてなる状態においてモータ制御部にモータを回転させることにより、ブレークバーをブレーク対象物の他方主面であってスクライブラインの形成位置に対応する位置に向けて下降させ、ブレークバーが下降しているときにトルク検知部において検知されるトルクの変化に基づいて、ブレーク対象物に対するブレークが完了したと判断する。

Description

ブレーク装置

　本発明は、スクライブラインに沿って対象物をブレークする装置に関し、特にその動作の制御に関する。

　例えばガラス基板、半導体基板、セラミックス基板などの脆性材料基板その他の板状の分断対象物を分断する手法として、当該分断対象物の一方主面にスクライブラインを形成し、該スクライブラインから垂直クラックを伸展させるスクライブ工程を行った後、外力の印加によって係るクラックを厚み方向にさらに伸展させることにより当該分断対象物をブレークするブレーク工程を行う、という手法がすでに公知である（例えば、特許文献１参照）。

　ブレーク工程は、鉛直方向に昇降自在なブレークバーを備えるブレーク装置によって実行されるのが一般的である。係るブレーク工程は概略、あらかじめ一方主面側において分断予定位置にスクライブラインを形成してなる分断対象物の他方主面側において、ブレークバーの先端に備わる刃先を分断予定位置に沿って当接させ、該刃先をさらに押し込むことによって、行われる。係る場合においては、分断対象物の保護や支持を目的として、表面や裏面にフィルムやテープ（ダイシングテープ）といった部材が添付された状態で、ブレークが実行されることもある。

　同一種類の分断対象物に対し多数回のブレークを繰り返し行う場合、分断対象物の条件が同じであれば、具体的には、分断対象物の材質や厚み、さらには、スクライブラインの形成状態などが同じであれば、原理的にはあらかじめ適切に定めた一の押し込み条件（押し込み量）に従ってブレークを行うことが可能なはずである。

　しかしながら、実際には、分断対象物や保護部材に厚みバラツキが存在していたり、ブレークに際して分断対象物を支持する支持部に厚みバラツキ（表面起伏）が存在していたり、ブレーク位置を位置決めするための支持部の駆動機構の並進動作や回転動作などにバラツキがあるなどの理由により、適切に定めたはずの押し込み条件では刃先の押し込みが十分ではなく、ブレークが良好に行われないことがある。それゆえ、このような押し込み不足という不具合の発生を防ぐ目的で、ブレークに際し、本来の最適値よりも数十μｍ程度多めに刃先の押し込み量を規定した押し込み条件が設定されることがある。

　しかしながら、係る態様での押し込み条件の設定は逆に、押し込み過ぎの状況を生じさせることがある。ブレークバーの押し込み過ぎは、分断対象物におけるチッピング（欠け）を発生させる原因となる。チッピングの発生は、ブレーク品質の劣化に他ならない。

特開２０１７－１３２５５号公報

　本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ブレークを繰り返し行う場合であっても、実行の都度、ブレークを好適に行うことができるブレーク装置を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、あらかじめ一方主面にスクライブラインが形成されてなるブレーク対象物を前記スクライブラインに沿って他方主面側からブレークすることで分断する装置が、前記ブレーク対象物が載置固定される支持部と、前記支持部の上方に設けられてなり、下端に刃先を有するブレークバーと、前記ブレークバーを昇降させる昇降機構と、前記装置の各部の動作を制御する制御部と、を備え、前記昇降機構が、水平面内で回転するモータと、前記モータの回転動作を前記ブレークバーの昇降動作に変換する動作変換機構と、を有してなり、前記制御部が、前記モータの動作を制御するモータ制御部と、前記モータに作用するトルクを検知するトルク検知部と、前記装置の各部の動作を制御することにより前記ブレーク対象物に対するブレークを実行させるブレーク処理部と、を有してなり、前記ブレーク処理部は、前記一方主面を前記支持部に接触させる状態で前記ブレーク対象物が前記支持部に載置固定されてなる状態において前記モータ制御部に前記モータを回転させることにより、前記動作変換機構を動作させて前記ブレークバーを前記ブレーク対象物の他方主面であって前記スクライブラインの形成位置に対応する位置に向けて下降させ、前記ブレークバーが下降しているときに前記トルク検知部において検知される前記トルクの変化に基づいて、前記ブレーク対象物に対するブレークが完了したと判断する、ようにした。

　本発明の第２の態様は、第１の態様に係るブレーク装置において、前記ブレーク処理部は、所定の時間間隔で前記トルク検知部において検知される前記トルクの値を取得し、前記ブレークバーが下降しており、かつ、前記トルクの値が、前記ブレークバーが前記ブレーク対象物に確実押し込まれているときの前記トルクの値に相当する所定の第１の閾値以上であるときに、最新の前記トルクの値を取得した都度、当該最新の前記トルクの値を従前に取得した前記トルクの最大値に基づいて定まる第２の閾値と比較し、前記最新の前記トルクの値が前記第２の閾値以下である場合に、前記ブレーク対象物に対するブレークが完了したと判断する、ようにした。

　本発明の第３の態様は、第２の態様に係るブレーク装置において、前記第２の閾値が、前記トルクの最大値に係数α（０＜α＜１）を乗じた値である、ようにした。

　本発明の第１ないし第３の態様によれば、ブレークを繰り返し行う場合であってもその都度、ブレークバーの押し込み不足や押し込み過ぎといった従来のブレーク処理において生じていた不具合を生じさせることなく、ワークを確実にブレークすることが出来る。

　特に、第２および第３の態様によれば、ブレークの完了を速やかにかつ確実に把握することが出来るので、ブレークバーの押し込み過ぎを回避することが出来る。

ブレーク装置１００の概略的な構成を示す図である。ブレーク装置１００におけるブレークバー１の昇降動作の制御に係る構成を概略的に示す図である。ブレーク処理の開始から終了までの間におけるサーボモータ４のトルクＴの変化を、サーボモータ４の回転の様子と、ワークＷとブレークバー１との位置関係の変化とともに、示す図である。ブレーク処理の手順を示す図である。

　　＜ブレーク装置の概要＞
　図１は、本実施の形態に係るブレーク装置１００の概略的な構成を示す図である。なお、図１には、水平面をｘｙ平面とし、鉛直方向上向きをｚ軸正方向とする、右手系のｘｙｚ座標を付している。

　ブレーク装置１００は、ブレーク対象物（以下、ワークとも称する）Ｗを、分断予定位置に沿って分断するための装置である。ワークＷにおいては、その一方主面側に、あらかじめ分断予定位置に沿ってスクライブラインＳＬが設けられてなる。

　ブレーク装置１００は、長手方向に垂直な断面が三角形状をなしている刃先１ｅを下端に備え、鉛直方向（ｚ軸方向）に昇降自在に設けられたブレークバー１と、ワークＷが載置される支持部２とを主に備える。図１においては、支持部２の上方に設けられたブレークバー１の刃先１ｅの延在方向（長手方向）がｙ軸方向に合致しており、支持部２が互いにｘ軸方向において離隔している一対の支持部２ａ、２ｂである場合を例示している。なお、支持部２は、少なくともその最上部が一の連続した弾性体からなる態様であってもよい。また、図示しない駆動機構により並進動作や回転動作が行えるようになっており、これらの動作によってワークＷの位置決めを行える態様であってもよい。

　ブレーク装置１００においてワークＷをブレークするブレーク処理を行う際、ワークＷは、スクライブラインＳＬが設けられてなる一方主面が支持部２との接触面となり、かつ、スクライブラインＳＬの延在方向がブレークバー１の刃先１ｅの延在方向（図１においてはｙ軸方向）と一致する姿勢にて、図示しない適宜の固定手段にて支持部２に載置固定される。

　なお、図１においては図示の簡単のために省略しているが、ワークＷの種類やサイズなどによっては、その保護や支持を目的として、表面や裏面にフィルムやテープ（ダイシングテープ）といった部材が添付された状態で、支持部２に載置固定されることもある。

　そして、上述した態様にてワークＷが載置固定されると、矢印ＡＲ１にて示すように、この時点でワークＷの上面となっている、スクライブラインＳＬが形成されていない他方主面に向けて、ブレークバー１が下降させられる。ブレークバー１は、当該他方主面においてスクライブラインＳＬの形成位置に対応するブレーク位置Ｐに当接させられ、さらに押し下げられる（押し込まれる）。すると、３点曲げの原理によってワークＷがスクライブラインＳＬからブレーク位置Ｐに向けてクラックが伸展し、結果として、ワークＷが分断される。

　図２は、ブレーク装置１００におけるブレークバー１の昇降動作の制御に係る構成を概略的に示す図である。ブレーク装置１００は、ブレークバー１の実際の昇降を担う昇降機構１０と、係る昇降機構１０を含むブレーク装置１００の各部の動作を制御するコントローラ２０と、作業者がブレークの実行指示その他を入力する際に操作する操作部３０とを主として備える。

　昇降機構１０は、堅牢な支持体（昇降機構１０のフレーム、天板等）３に付設されてなるとともに図示しない回転軸が水平面内（ｘｙ平面内）で正逆回転自在とされてなるサーボモータ４と、サーボモータ４の回転軸に直結され鉛直下方に延在するねじ軸５と、ブレークバー１を保持するホルダ６と、ホルダ６が着脱自在に固設される昇降部７と、昇降部７に付設されてなり、ねじ軸５と螺合してボールねじを構成するナット８とを備える。係る昇降機構１０においては、サーボモータ４の所定範囲内の正逆回転動作が、ボールねじを介して、昇降部７の所定範囲内での昇降動作に変換されるようになっている。換言すれば、ねじ軸５とナット８と昇降部７とは、サーボモータ４の回転動作をブレークバー１の昇降動作に変換する動作変換機構を構成してなる。そして、ブレークバー１を保持するホルダ６が刃先１ｅを下端とする姿勢にて固設された状態で、サーボモータ４の回転に伴い昇降部７が下降させられることで、ブレークバー１によるワークＷのブレークが可能となっている。

　なお、図２に示す昇降機構１０の構成および各部の形態はあくまで概略的なものであって、同様の動作が実現される限りにおいて、実際の構成は図示したものと異なっていてもよい。

　コントローラ２０は、モータ制御部２１と、トルク検知部２２と、ブレーク処理部２３とを、主として備える。

　モータ制御部２１は、ブレーク処理部２３からの動作指示および停止指示に応答して、サーボモータ４に対し動作信号および停止信号を与え、サーボモータ４の動作を開始および停止させる。

　トルク検知部２２は、サーボモータ４の回転時にサーボモータ４に作用するトルクを検知する。トルク検知部２２によって検知されたトルクの値は、ブレーク処理部２３により絶えずモニタされ、必要に応じて取得されて、ブレーク状態の判定に用いられる。

　ブレーク処理部２３は、操作部３０を通じた実行指示に応答してブレーク装置１００の各部の動作を制御することにより、ブレーク装置１００においてワークＷに対するブレーク処理を実行させる。

　　＜ブレーク処理＞
　以下、ブレーク装置１００において行われるブレーク処理について説明する。図３は、ブレーク処理の開始から終了までの間におけるサーボモータ４のトルクＴの変化を、サーボモータ４の回転の様子と、ワークＷとブレークバー１との位置関係の変化とともに、示す図である。また、図４は、ブレーク処理の手順を示す図である。

　まず、ワークＷが上述のような姿勢にて支持部２に載置固定され、ブレークバー１が所定の初期位置に配置されてなる状態（ｔ＝ｔ１）において、操作部３０を通じてブレーク処理の実行指示が与えられると（ステップＳ１）、ブレーク処理部２３はモータ制御部２１にサーボモータ４を動作させる指示を与える。これに応答したモータ制御部２１がサーボモータ４に動作信号を与えることで、サーボモータ４の回転が開始され、これによりブレークバー１の下降が開始される（ステップＳ２）。以降、ブレーク処理部２３から停止指示が与えられるまで、サーボモータ４の回転によるブレークバー１の下降は継続される。また、ブレークバー１の下降開始に合わせて、トルク検知部２２によるサーボモータ４のトルクＴの検知と、ブレーク処理部２３によるトルクＴの値のモニタも開始される。

　より詳細には、図３に示すように、ｔ＝ｔ１における実行指示直後には、静止しているブレークバー１を移動させるために、サーボモータ４にはいったん大きな加速トルクＴａがはたらき、ブレークバー１は加速されるが、程なくしてトルクＴの値は低下し、ｔ＝ｔ２以降、しばらくの間は、サーボモータ４におけるトルクＴの値は加速トルクＴａよりも小さい略一定の値（ほぼゼロ）となる。これによりブレークバー１の移動もほぼ等速となる。

　ブレークバー１が下降を開始した以降、所定の時間Δｔａが経過すると（ステップＳ３）、ブレーク処理部２３はモニタしているトルクＴのその時点における値を取得し（ステップＳ４）、係るトルクＴの値が所定の閾値Ｔｂ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５）。係る判定は、ブレークバー１によるワークＷの押し込みが確実に開始されている状態を把握するべく行う。

　ここで、閾値Ｔｂは、ブレークバー１によるワークＷの押し込みが確実になされている状態に相当するトルクＴの値である。閾値Ｔｂの値は、ワークＷの材質や厚み、ブレークバー１のスペックなどを踏まえつつ、あらかじめ実験的に定められればよい。ただし、閾値Ｔｂは、誤判定を防ぐべく、加速トルクＴａよりも大きな値に設定される。また、ブレークバー１の下降速度にもよるが、Δｔａの値は０．１２５ｍｓｅｃ～１ｍｓｅｃ程度に定められるのが好適である。

　図３に示す場合であれば、厳密にはｔ＝ｔ３の時点でブレークバー１がワークＷに当接しており、以降、ブレークバー１はワークＷに押し込まれており、それゆえトルクＴの値も増大することになるが、本実施の形態においては、それよりも後の、トルクＴの値がＴｂとなるｔ＝ｔ４の時点に到達して初めて、ブレークバー１のワークＷに対する押し込みがなされているか否かを、判定していることになる。

　なお、図３に示すように、ワークＷに当接するまでに等速になっているブレークバー１は、ワークＷと当接し、ワークＷに押し込まれる状態となって移動する。

　ステップＳ４で取得されたトルクＴの値が閾値Ｔｂ未満であった場合（ステップＳ５でＮＯ）、ステップＳ３以降の処理が繰り返される。すなわち、ブレーク処理部２３が所定の時間Δｔａが経過した後に再び、トルクＴの値を取得して閾値Ｔｂと比較する。

　一方、ステップＳ４で取得されたトルクＴの値が閾値Ｔｂ以上であった場合（ステップＳ５でＴＥＳ）、ブレーク処理部２３は、その時点でのトルクＴの値を最大値Ｔ_ｍａｘであると設定する（ステップＳ６）。

　そして、その後さらに所定の時間Δｔｂが経過した地点で（ステップＳ７）、ブレーク処理部２３はモニタしているトルクＴのその時点における値を取得し（ステップＳ８）、係るトルクＴの値が最大値Ｔ_ｍａｘに所定の係数α（０＜α＜１）を乗じた値として定められる閾値αＴ_ｍａｘ以下であるか否かを判定する（ステップＳ９）。

　係る判定は、ワークＷに対するブレークバー１の押し込みが開始されて以降、徐々に増大していくサーボモータ４のトルクＴの値が、スクライブラインＳＬから伸展したクラックが他方主面に到達しまさにブレークが完了しようとする瞬間に最大値となり、ワークＷのブレークの完了とともに、急激に低下することを踏まえてなされるものである。閾値αＴ_ｍａｘは、最大値に到達後、値が確実に低下していると判断される状態に相当するトルクＴの値、つまりは、ブレークが確実に完了していると判断される、トルクＴの値である。図３に示す場合においては、ｔ＝ｔ３以降増大しているトルクＴの値が最大値Ｔｃに到達しており、以降は乱高下しつつも低下しているｔ＝ｔ５の時点で、ワークＷはブレークされていることになる。

　具体的には、時間Δｔｂごとに絶えず更新している最大値Ｔ_ｍａｘに対する、最新のトルクＴの値の比率が、あらかじめ定めた係数α以下となった場合、ワークＷのブレークが完了したと判断できることを利用している。なお、係数αの値は、ワークＷの材質や厚み、ブレークバー１のスペックなどを踏まえつつ、あらかじめ実験的に定められればよいが、例えばα＝０．０１とした場合、トルクＴの値が最大値から１％以上低下していれば、ワークＷのブレークが完了したと判断することができる。また、ブレークバー１の下降速度にもよるが、Δｔｂの値は０．１２５ｍｓｅｃ～１ｍｓｅｃ程度（例えば０．５ｍｓｅｃ）に定められるのが好適である。

　ステップＳ８で取得されたトルクＴの値が閾値αＴ_ｍａｘを超えていると判定された場合（ステップＳ９でＮＯ）、ステップＳ６以降の処理が繰り返される。すなわち、ブレーク処理部２３は判定の対象としたトルクＴの値を新たに最大値Ｔ_ｍａｘとして設定し、所定の時間Δｔｂが経過した後に再び、トルクＴの値を取得して閾値αＴ_ｍａｘと比較する。当然ながら、図３のｔ＝ｔ４からｔ＝ｔ５の間のように、トルクＴの値が増大している間は、従前に設定したＴ_ｍａｘの値よりも直近に取得したトルクＴの値の方が大きいため、ステップＳ９においてＹＥＳと誤判定されることはない。

　一方、ステップＳ８で取得された最新のトルクＴの値が閾値αＴ_ｍａｘ以下であったと判定された場合（ステップＳ９でＹＥＳ）、その時点までにワークＷのブレークが完了していることになるので、ブレーク処理部２３はモータ制御部２１にサーボモータ４を停止させる指示を与える。これに応答したモータ制御部２１がサーボモータ４に停止信号を与えることで、サーボモータ４の回転が停止され、これによりブレークバー１の下降が停止される（ステップＳ１０）。図３においては、ｔ＝ｔ６でブレークバー１の下降が停止されたものとしている。そして、係るブレークバー１の下降の停止をもって、ブレーク処理が終了したことになる（ステップＳ１１）。

　以上の手順にて行う、本実施の形態に係るブレーク処理においては、サーボモータ４におけるトルク値の変化に基づいて、ワークＷのブレークが完了したことを確実に判断し、その後速やかにブレークバー１を減速させ、停止させることができる。それゆえ、たとえワークＷ等に厚みバラツキが存在していたり、ブレークに際して支持部２に厚みバラツキ（表面起伏）が存在していたり、支持部２の駆動機構の並進動作や回転動作などにバラツキがあるような場合であっても、ブレークバー１の押し込み不足や押し込み過ぎといった従来のブレーク処理において生じていた不具合を生じさせることなく、ワークＷを確実にブレークすることが出来る。係る場合においてブレーク処理部２３は、ワークＷのブレークが完了したことを判断するブレーク完了判断部として機能しているといえる。

　そして、このことは、ブレークを繰り返し行う場合であっても、実行の都度、ブレークを好適に行うことができることを意味している。

　付言すれば、係る場合において、実際のブレークの完了時刻であるｔ＝ｔ５からブレークバー１の下降の停止時刻であるｔ＝ｔ６までの間にブレークバー１が進行する距離は、ブレークバー１の下降速度やコントローラ２０の処理速度などにもよるために一概にはいえないものの、例えばワークＷがガラス基板である場合であれば、最大でもせいぜい数μｍ程度に留めることが可能である。これは、従来のブレーク処理において行われていた、押し込み不足を避けるために本来の最適な押し込み量に加算する押し込み量（数十μｍ程度）に比して、小さい値である。

　また、本実施の形態に係るブレーク処理においては、ブレークの完了を速やかにかつ確実に把握することが出来るので、ブレークバーの押し込み過ぎを回避することが出来る。

　以上、説明したように、本実施の形態によれば、ブレークバーを下降させるサーボモータのトルク変化に基づいて、ワークに対するブレークの完了を確実に判断し、その後速やかに停止させるようにすることで、ブレークを繰り返し行う場合であってもその都度、ブレークバーの押し込み不足や押し込み過ぎといった従来のブレーク処理において生じていた不具合を生じさせることなく、ワークを確実にブレークすることが出来る。

Claims

　あらかじめ一方主面にスクライブラインが形成されてなるブレーク対象物を前記スクライブラインに沿って他方主面側からブレークすることで分断する装置であって、
　前記ブレーク対象物が載置固定される支持部と、
　前記支持部の上方に設けられてなり、下端に刃先を有するブレークバーと、
　前記ブレークバーを昇降させる昇降機構と、
　前記装置の各部の動作を制御する制御部と、
を備え、
　前記昇降機構が、
　　水平面内で回転するモータと、
　　前記モータの回転動作を前記ブレークバーの昇降動作に変換する動作変換機構と、
を有してなり、
　前記制御部が、
　　前記モータの動作を制御するモータ制御部と、
　　前記モータに作用するトルクを検知するトルク検知部と、
　　前記装置の各部の動作を制御することにより前記ブレーク対象物に対するブレークを実行させるブレーク処理部と、
を有してなり、
　前記ブレーク処理部は、前記一方主面を前記支持部に接触させる状態で前記ブレーク対象物が前記支持部に載置固定されてなる状態において前記モータ制御部に前記モータを回転させることにより、前記動作変換機構を動作させて前記ブレークバーを前記ブレーク対象物の他方主面であって前記スクライブラインの形成位置に対応する位置に向けて下降させ、前記ブレークバーが下降しているときに前記トルク検知部において検知される前記トルクの変化に基づいて、前記ブレーク対象物に対するブレークが完了したと判断する、
ことを特徴とする、ブレーク装置。
　請求項１に記載のブレーク装置であって、
　前記ブレーク処理部は、
　　所定の時間間隔で前記トルク検知部において検知される前記トルクの値を取得し、
　　前記ブレークバーが下降しており、かつ、前記トルクの値が、前記ブレークバーが前記ブレーク対象物に確実押し込まれているときの前記トルクの値に相当する所定の第１の閾値以上であるときに、最新の前記トルクの値を取得した都度、当該最新の前記トルクの値を従前に取得した前記トルクの最大値に基づいて定まる第２の閾値と比較し、前記最新の前記トルクの値が前記第２の閾値以下である場合に、前記ブレーク対象物に対するブレークが完了したと判断する、
ことを特徴とする、ブレーク装置。
　請求項２に記載のブレーク装置であって、
　前記第２の閾値が、前記トルクの最大値に係数α（０＜α＜１）を乗じた値である、
ことを特徴とする、ブレーク装置。