JP2008168304A - レーザ割断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 一次割断後の短冊状の被加工子基板に対して、起点となる凹部を形成してもチップサイズの基板形状が歪にならないレーザ割断方法を提供する。
【解決手段】 セラミック等の脆性材料からなる被加工母基板１を用意し、割断予定部分である破線Ｙに沿って被加工母基板１を一次割断して短冊状の被加工子基板１ａを作製し、割断線Ｋに沿って穴３を形成し、短冊状の被加工子基板１ａを凹部３ａを起点として割断し、チップサイズの基板１ｂを作成する。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、ガラス、セラミックあるいは半導体材料などの脆性材料からなる被加工基板にレーザを照射させることにより生じる亀裂を用いて、被加工基板を割断するレーザ割断方法に関する。

セラミック等の脆性材料からなる被加工基板を切断する方法として、一般に、円板状の回転刃による切断やレーザによる溶断が知られている。

しかしながら、これらの方法では、回転刃による切断やレーザによる溶断等で切断しているため、被加工基板にはこれらの加工で削除される部分の材料を切り代として必要とするものであり、それだけ材料コストがかかるという問題があった。また、切断のための部分を完全に削除するためには時間がかかるため、加工コストがかかるという問題や、機械的歪みの不均一や熱応力の不均一により、切断予定部分以外の部分で割れや欠けが生じるという問題もあった。

そこで、このような問題を解決するために、レーザ照射による熱応力を利用して脆性材料からなる被加工基板を割断するレーザ割断方法が提案されている。このようなレーザ割断方法には、例えば上述したレーザによる溶断に比べると、加工に必要なエネルギーが小さくて済み、材料の削除も少ないため、材料コストや加工コストを少なくすることができるという利点がある。

また、一般に、セラミック基板等を母基板から所望の大きさのチップサイズに割断する場合、被加工母基板を割断予定部分で割断して短冊状の被加工子基板を得る一次割断工程の後、短冊状の被加工子基板を短辺方向に割断してチップサイズのセラミック基板を得る二次割断工程を行うという手順で行う。

このようなレーザ割断方法においては、亀裂の起点位置のズレや終点での応力の開放などによる位置ズレが生じるため、割断予定部分の交差点に凹部を形成することで、割断精度を向上させることが行われている。

このようなレーザ割断方法の一つが特許文献１には記載されている。以下、特許文献１のレーザ割断方法について図４を用いて説明する。

まず、図４（Ａ）に示すように、割断予定部分である破線Ｘと破線Ｙの交差点に穴１３を形成した被加工母基板１１を用意する。穴１３は前加工することなく、予め被加工母基板１１の積層製造時に形成されたものである。

次に、図４（Ｂ）に示すように、破線Ｙに沿ってレーザ照射装置２のレーザの照射位置を移動させて、レーザの照射に亀裂を追従させて進展させ、短冊状の被加工子基板１１ａを作製する。この後、破線Ｘに沿ってレーザ照射装置２のレーザの照射位置を移動させて、同様に亀裂を進展させて個々のチップサイズのセラミック基板を作製している。
特開平１０−２６３８６５号公報

ところで、特許文献１においては、予め穴を形成したシートを積層して、穴１３を有するセラミック等の脆性材料からなる生の被加工母基板を製造している。すなわち、穴がある状態で生の被加工母基板は焼成されることになる。この場合、図５に示すように、焼成時のセラミックの収縮等により穴１３の縁に無数のマイクロクラックＣが生じる。穴１３を有する被加工母基板１１にレーザを照射する際に、このマイクロクラックＣが起点となることで亀裂が生じる。基本的には、レーザの照射位置ＬＢを移動させた方向に沿うマイクロクラックＣが進展して亀裂となり、この亀裂が進展していくこととなる。

ここで、図４（Ｂ）のように、穴１３を形成した後、被加工母基板１１を縦方向に分割する場合に破線Ｙに沿ってレーザを走査した時、図５における縦波線Ｙに沿うマイクロクラックＣ１が最も進展することになる。この時、縦波線Ｙに沿うマイクロクラックＣ１程ではないが、その他の方向のマイクロクラックもレーザ照射により進展する。

その後、破線Ｘに沿って割断する場合に、破線Ｘに沿ってレーザを走査することにより横波線Ｘに沿うマイクロクラックＣ２を進展させて亀裂を生じさせるが、この際に、前工程である破線Ｙに沿って割断した時に進展したＣ1、Ｃ２以外の他の方向のマイクロクラックがさらに進展することで、不所望な部分を起点として亀裂が発生するという問題が生じる。その結果、最終形状であるチップサイズの基板が歪んだ形状になり、不良品が生じるという問題が生じていた。

この原因となるマイクロクラックは、特許文献１のように生の状態で穴を形成しておく場合に限らず、焼成後の被加工母基板にレーザや機械的加工治具等で穴を形成する場合でも、必ず形成されるものである。また、マイクロクラックは、短冊状の被加工子基板をチップサイズの基板に割断する際の起点を形成するために必要なものでもある。

本願発明は以上のような点に鑑みてなされたものであって、短冊状の被加工子基板をチップサイズに割断する際に、起点となる穴を有しつつ不所望な部分からの亀裂の発生を防止することができるレーザ割断方法を提供するものである。

すなわち、本願発明の請求項１に係るレーザ割断方法は、脆性材料からなる被加工母基板を割断して短冊状の被加工子基板を形成する工程と、前記被加工子基板の長辺に、前記被加工子基板を割断する起点となる凹部を形成する工程と、前記凹部付近にレーザを照射することにより前記被加工子基板を局部的に加熱し、その熱応力によって前記被加工子基板の凹部に亀裂を生じさせる工程と、レーザ照射により前記亀裂を進展させて前記短冊状の被加工子基板を割断する工程とを備えることを特徴とするものである。

また、本願発明の請求項２に係るレーザ割断方法は、前記被加工子基板を形成する工程後、前記被加工子基板を割断した状態で前記被加工母基板の外形状を保ったまま、前記被加工子基板を割断する起点となる凹部を形成することを特徴とするものである。

さらに、本願発明の請求項３に係るレーザ割断方法は、前記被加工子基板を割断する起点となる凹部を形成する工程において、前記被加工子基板の対向する二つの長辺の両側に凹部を形成することを特徴とするものである。

また、本願発明の請求項４に係るレーザ割断方法は、前記被加工子基板の割断工程において、前記亀裂の進展方向にレーザを走査して前記被加工子基板の幅全体を走査し終わった後、前記亀裂の進展方向の逆方向へレーザを走査することを特徴とするものである。

本願発明のレーザ割断方法は、被加工母基板を被加工子基板に割断した後に割断起点となる凹部を形成している。これにより、被加工母基板を被加工子基板に割断する際には凹部が存在しておらず、マイクロクラックも存在しないため、不所望な方向のマイクロクラックが進展することがない。したがって、被加工子基板をチップサイズに割断する際に、不所望な方向に亀裂が進展することを防止することができ、所望の形状の基板を得ることができる。

なお、被加工母基板を被加工子基板に割断する際には、被加工母基板端の部分で起点のズレはあるものの、それ以外の部分ではレーザ照射位置の移動に沿って亀裂が進展するため、被加工母基板全体で見た場合、起点部分を除いては精度よく加工されることになるため、大きな問題は生じない。

また、本願発明の請求項２に係るレーザ割断方法は、被加工子基板を形成する工程後、前記被加工子基板を割断した状態で被加工母基板の外形状を保ったまま、被加工子基板を割断する起点となる凹部を形成している。これにより、凹部の両側の被加工子基板に同時に凹部を形成することができるので、効率的に加工することができる。また、被加工母基板の外形状を保ったまま、凹部の加工を行っているので、凹部の形成位置が明確であり、精度よく凹部を形成することができる。

また、本願発明の請求項３に係るレーザ割断方法は、前記被加工子基板を割断する起点となる凹部を形成する工程において、前記被加工子基板の対向する二つの長辺の両側に凹部を形成している。これにより、被加工子基板を割断する二次割断工程時、両側の凹部のマイクロクラックを起点として進展した亀裂がつながりやすく、割断しやすいため、加工精度を向上させることができる。

また、本願発明の請求項４に係るレーザ割断方法は、前記被加工子基板の割断工程において、前記亀裂の進展方向にレーザを走査して前記被加工子基板の幅全体を走査し終わった後、前記亀裂の進展方向の逆方向へレーザを走査している。これにより、被加工子基板を割断する二次割断工程時、最初にレーザを走査した終点側付近の亀裂が、逆方向へレーザを走査した際に進展することで、完全にチップサイズの基板に割断することができる。

以下、本願発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は被加工母基板1をチップサイズの基板１ｂに割断する各工程を示す概略説明図である。

まず、図１（Ａ）に示すように、セラミック等の脆性材料からなる被加工母基板１を用意し、被加工母基板１の割断予定部分である破線Ｙに沿ってレーザ照射装置２のレーザの照射位置を移動させる。このレーザの走査により亀裂を進展させて被加工母基板１を一次割断することにより、短冊状の被加工子基板１ａを作製する。この被加工母基板の脆性材料としては、ガラス、アルミナセラミック、シリコン、リチウムタンタレイト等の単結晶、低融点ガラス焼成セラミック、石英、半導体材料等が挙げられる。

なお、一次割断工程については、レーザ割断以外の、例えば機械的切削工具を用いて割断してもよいが、一次割断工程においてレーザ割断を用いた場合、この後のレーザによる穴開けを、レーザの出力を穴が開くように強い条件に変更することで、同じレーザー加工装置で連続して加工することが可能となるため、一次割断工程においてレーザ割断を用いることが好ましい。

次に、図１（Ｂ）に示すように、複数の短冊状の被加工子基板１ａをレーザ割断した被加工母基板1の外形状を保ったまま、破線Ｙで割断された割断線Ｋに対応して所定間隔で穴３を形成する。この穴３の間隔は最終的なチップ状のセラミック基板のチップサイズに対応している。穴３を割断線Ｋ上に形成することで、穴３は割断線Ｋで分けられた二つの被加工子基板１ａの両方にかけて形成されることになる。そのため、位置精度よく効率的に穴３を形成することができる。なお、レーザ光としては加工する基板の材料により適宜選択することになるが、ＣＯ2レーザやＹＡＧレーザ等を用いることができる。また、一次割断工程に連続して同じレーザー加工装置を用いて穴開け加工する場合には、レーザによる一次割断工程ではスポット径を拡大して被加工母基板にレーザを照射し、レーザによる穴開けの工程では焦点をあわせて加工する。

また、図１（Ｃ）に示すように、短冊状の被加工子基板１aを個々に見ると、被加工母基板1の外形状を保った状態では穴３であった部分が分割されて、被加工子基板１aの長辺において平面方向に凹んだ半円状の凹部３aが形成されている。

この半円状の凹部３ａを有する短冊状の被加工子基板１ａの割断予定部分である破線Ｘに沿って白矢印の方向にレーザ照射装置２のレーザの照射位置を移動させる。このレーザの走査により半円状の凹部３ａを起点とする亀裂を進展させて被加工子基板１ａを割断することにより、チップサイズのセラミック基板１ｂを作製する。

以上のように、短冊状の被加工子基板に割断した後に起点となる凹部を形成しているので、短冊状の被加工子基板に割断する際に、起点となるマイクロクラックがほとんどないため、不所望な進展をする亀裂が生じにくい。そのため、短冊状の被加工子基板を割断した結果、得られるチップサイズの基板が、歪んだ形状となることを抑制することができる。

また、短冊状の被加工子基板の長辺の両方に亀裂の起点となる凹部を形成しているので両方から亀裂が発生し、加工精度を向上させることができる。

なお、このような亀裂の起点がずれることによって生じる問題は、短冊状の被加工子基板をチップサイズの基板に割断する二次割断工程時のものであり、被加工母基板から被加工子基板に割断する一次割断工程ではあまり問題とならない。これは、被加工母基板１の場合、割断距離が長いので、起点が多少ずれても所望の割断予定部分に漸近するからである。すなわち、図２に示すように、被加工母基板１をレーザ割断する場合、被加工母基板１の端部では起点Ｓの位置が、割断予定部分である破線Ｙからずれたとしても、レーザ照射領域ＬＢを破線Ｙに沿って走査することでこの走査軌跡に追従して所望の割断予定部分Ｙに近似した割断線Ｋとなる。

次に、本願発明の第２の実施形態に係るレーザ割断方法について図３を用いて説明する。図３は、本願発明の第２の実施の形態に係るレーザ割断方法で加工されている短冊状の被加工子基板１ａの概略平面図である。

第２の実施形態では、上述の第１の実施形態とはレーザの走査を往復動作させている点で異なる。すなわち、図３に示すように、短冊状の被加工子基板１ａ上において、一方の長辺の凹部３ａから他方の長辺の凹部３ａに向けて黒矢印の方向にレーザ照射領域ＬＢを移動させる。他方の長辺の凹部３ａに達した後、折り返し、白矢印の方向に一方の長辺の凹部３ａまでレーザ照射領域ＬＢを移動させる。このように、レーザの走査を往復動作させることで、短冊状の被加工子基板１ａを短辺方向に割断してチップサイズの基板１ｂを得ている。

本実施形態では、レーザ走査を往復動作させているので、一度目のレーザ走査で端部の凹部３ａ付近で亀裂が入りきらなかった場合でも、再度のレーザ走査により亀裂が進展し、確実に割断を行うことができる。

本願発明に係る被加工母基板の一次割断工程から被加工子基板の二次割断工程までを示す概略説明図。 起点ズレとレーザ照射位置の軌跡との関係を示す概略説明図。 本願発明の第２の実施の形態に係るレーザ割断装置で加工されている被加工子基板の平面図。 従来のレーザ割断方法を用いた場合の被加工母基板の一次割断工程から被加工子基板の二次割断工程までを示す概略説明図。 起点となる穴周囲のマイクロクラックと一次割断時のレーザ照射位置との関係を示す概略説明図。

符号の説明

１，１１ 被加工母基板
１ａ，１１ａ 被加工子基板
１ｂ チップサイズの基板
２ レーザ照射装置
３，１３ 穴
３ａ 凹部
Ｘ，Ｙ 割断予定部分
Ｃ１，Ｃ２ マイクロクラック
Ｋ 割断線
Ｓ 起点
ＬＢ レーザ照射領域

Claims (4)

1. 脆性材料からなる被加工母基板を割断して短冊状の被加工子基板を形成する工程と、
   前記被加工子基板の長辺に、前記被加工子基板を割断する起点となる凹部を形成する工程と、
   前記凹部付近にレーザを照射することにより前記被加工子基板を局部的に加熱し、その熱応力によって前記被加工子基板の凹部に亀裂を生じさせる工程と、
   レーザ照射により前記亀裂を進展させて前記短冊状の被加工子基板を割断する工程と、
   を備えることを特徴とするレーザ割断方法。
2. 前記被加工子基板を形成する工程後、前記被加工子基板を割断した状態で前記被加工母基板の外形状を保ったまま、前記被加工子基板を割断する起点となる凹部を形成することを特徴とする請求項1記載のレーザ割断方法。
3. 前記被加工子基板を割断する起点となる凹部を形成する工程において、前記被加工子基板の対向する二つの長辺の両側に凹部を形成することを特徴とする請求項1または２記載のレーザ割断方法。
4. 前記被加工子基板の割断工程において、前記亀裂の進展方向にレーザを走査して前記被加工子基板の幅全体を走査し終わった後、前記亀裂の進展方向の逆方向へレーザを走査することを特徴とする請求項1ないし３記載のレーザ割断方法。