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JP2019171724A - スクライブヘッド - Google Patents

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JP2019171724A
JP2019171724A JP2018063885A JP2018063885A JP2019171724A JP 2019171724 A JP2019171724 A JP 2019171724A JP 2018063885 A JP2018063885 A JP 2018063885A JP 2018063885 A JP2018063885 A JP 2018063885A JP 2019171724 A JP2019171724 A JP 2019171724A
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曽山 浩
Hiroshi Soyama
浩 曽山
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Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
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Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
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Abstract

【課題】安定した姿勢で基板に位置付けられるようスクライビングホイールを支持するホルダユニットを備えるスクライブヘッドを提供することを目的とする。【解決手段】基板Fの表面Hにスクライブラインを形成するスクライビングホイール40と、スクライビングホイール40を支持軸52により支持するホルダ50と、ホルダ50を回転可能に支持する回転軸53を有するホルダユニット30と、を備え、回転軸53が基板Fの表面Hの法線Nからスクライブ方向Rに平行な方向に傾けられており、ホルダユニット30は、回転軸53の軸心Sに対する支持軸52に垂直な方向の重量バランスが相違するように構成されている、ことを特徴とするスクライブヘッド。【選択図】図3

Description

本発明は、基板にスクライブラインを形成するためのスクライブヘッドに関する。
ガラス基板等の脆性材料基板の分断において、スクライブヘッドを備えたスクライブ装置が用いられる。脆性材料基板の分断工程は、基板の表面にスクライブラインを形成するスクライブ工程と、形成されたスクライブラインに沿って基板の表面に所定の力を付加することで基板を分断するブレイク工程とからなる。スクライブ工程では、スクライビングホイールが、基板の表面に押し付けられながら、所定のラインに沿って移動される。このとき、所定のラインに沿って円滑に移動するように、スクライビングホイールは基板の表面上に位置付けられる。
以下の特許文献1には、高精度にガラス基板を切断するガラス切断専用工具の構成が開示されている。このガラス切断専用工具は、カッターホイールの両側面を固定部材で挟持し、カッターホイールの貫通孔および固定部材の貫通孔に取付軸を圧入によって通す。カッターホイールと固定部材と取付軸とは一体化するため、カッターホイールによって、カッターホイールのガタツキを抑制してガラス基板をスクライブすることができる。
特開2018−20914号公報
スクライブ工程では、スクライブラインの形成が開始される位置にホルダを近づけて、スクライビングホイールを基板の表面に接触させる。このとき、ホルダが回転軸を中心に左右に振れて、作業者が意図しないようなスクライブラインを形成する場合がある。このため、スクライビングホイールを基板の表面に位置付けるときの姿勢を安定させる必要がある。この点、特許文献1のガラス切断専用工具によれば、スクライブラインを形成している間、カッターホイールが取付軸によって固定されているため、工具に対してはカッターホイールが移動することなく、所定のスクライブラインを形成することができる。しかし、スクライブラインが形成される開始時において、カッターホルダがどのような姿勢であるかに関しては言及されていない。
かかる課題に鑑み、本発明は、安定した姿勢で基板の表面に位置付けられるようにスクライビングホイールを支持するホルダユニットを備えるスクライブヘッドを提供することを目的とする。
本発明の主たる態様は、基板の表面にスクライブラインを形成するスクライブヘッドに関する。この態様に係るスクライブヘッドは、基板の表面にスクライブラインを形成するスクライビングホイールと、前記スクライビングホイールを支持軸により支持するホルダと、前記ホルダを回転可能に支持する回転軸を有するホルダユニットと、を備える。前記回転軸が前記基板の表面の法線からスクライブ方向に平行な方向に傾けられており、前記ホルダユニットは、前記回転軸の軸心に対する前記支持軸に垂直な方向の重量バランスが相違するように構成されている。
本態様に係るスクライブヘッドによれば、ホルダユニットの重量バランスが相違するため、ホルダユニットは、自重により、スクライビングホイールの支持軸がスクライブ方向に垂直な方向に向く姿勢をとり易くなる。よって、スクライブラインの形成が開始されるとき、ホルダユニットの姿勢が安定した状態で、スクライビングホイールをスクライブラインが形成される開始位置に位置付けることができる。これにより、スクライビングホイールは、スクライブラインを安定的に形成することができる。
本態様に係るスクライブヘッドにおいて、前記回転軸が、前記支持軸および前記回転軸に垂直な方向に前記ホルダユニットを2分割する中心軸と、前記回転軸の軸心との間に位置ずれが生じるように設けられているよう構成され得る。
本態様の構成であれば、ホルダユニット自体の重量バランスを調整せずとも、回転軸の軸心に対するホルダユニットの重量バランスを、支持軸に垂直な方向に相違させることができる。よって、ホルダユニットは、自重により、重量の重い方に傾き、ホルダユニットの姿勢が安定する。これにより、スクライビングホイールの姿勢も安定し、スクライブラインを安定的に形成することができる。
本態様に係るスクライブヘッドにおいて、前記ホルダユニットは、前記支持軸および前記回転軸に垂直な方向に前記ホルダユニットを2分割する中心軸に対する重量バランスが相違するように構成され得る。
本態様の構成であれば、ホルダユニットの中心軸と回転軸の軸心とが一致するような構成の場合も、回転軸の軸心に対するホルダユニットの重量バランスを、支持軸に垂直な方向に相違させることができる。また、ホルダユニットの中心軸と回転軸の軸心との位置をずらした場合は、より効果的に、回転軸の軸心に対するホルダユニットの重量バランスを、支持軸に垂直な方向に相違させることができる。
本態様に係るスクライブヘッドにおいて、前記回転軸は、前記スクライブ方向に対して後方側が前記基板の表面に近づくように傾斜しているよう構成され得る。
本態様の構成であれば、ホルダユニットは、重量の重い方に傾いた状態でスクライブヘッドに取り付けられる。これにより、ホルダユニットは安定した姿勢を維持した状態となり、スクライビングホイールは円滑にスクライブラインを形成することができる。
以上のとおり、本発明によれば、安定した姿勢で基板に位置付けられるようにスクライビングホイールを支持するホルダユニットを備えるスクライブヘッドを提供することができる。
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の1つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
図1は、実施形態1に係るスクライブヘッドが適用されるスクライブ装置の構成を模式的に示す図である。 図2(a)、(b)は、それぞれ、実施形態1に係るホルダユニットの正面図および側面図である。 図3は、実施形態1に係るスクライブヘッドにホルダユニットが取り付けられた場合のホルダユニットの姿勢を説明する側面図である。 図4(a)は、実施形態2に係るホルダユニットの側面図である。図4(b)は、実施形態2に係るスクライブヘッドにホルダユニットが取り付けられた場合のホルダユニットの姿勢を説明する側面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図には、便宜上、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸が付記されている。Z軸は、カッターホイールの中心軸に垂直である。また、図2(a)〜図4(b)中の実線は、基板Fの表面Hを示している。
<実施形態1>
[スクライブ装置の構成]
図1は、実施形態1に係るスクライブヘッド20が適用されるスクライブ装置1の構成を模式的に示す図である。
スクライブ装置1は、移動台10を備えている。移動台10は、ボールネジ11と螺合されている。移動台10は、一対の案内レール12によってY軸方向に移動可能に支持されている。モータの駆動によりボールネジ11が回転することで、移動台10が、一対の案内レール12に沿ってY軸方向に移動する。
移動台10の上面には、モータ13が設置されている。モータ13は、上部に位置する載置部14をXY平面で回転させて所定角度に位置決めする。モータ13により水平回転可能な載置部14は、図示しない真空吸着手段を備えている。載置部14上に載置された基板Fは、この真空吸着手段によって、載置部14上に保持される。
基板には、たとえば、ガラス基板、低温焼成セラミックスや高温焼成セラミックスからなるセラミックス基板、シリコン基板、化合物半導体基板、サファイア基板、石英基板等がある。また、基板Fは、基板の表面または内部に薄膜あるいは半導体材料を付着させたり、含ませたりしたものであってもよい。また、基板Fは、その表面Hに脆性材料に該当しない薄膜等が付着されていてもよい。
スクライブ装置1は、載置部14に載置された基板Fの上方に、この基板Fの表面Hに形成されたアライメントマークを撮像する二台のカメラ15を備えている。また、移動台10とその上部の載置部14とを跨ぐように、ブリッジ16が支柱17a、17bに架設されている。
ブリッジ16には、ガイド18が取り付けられている。スクライブヘッド20は、このガイド18に案内されてX軸方向に移動するように設置されている。スクライブヘッド20は、下端に支持部21を備えている。スクライビングホイール40が保持されているホルダユニット30が、支持部21を介してスクライブヘッド20に取り付けられている。
スクライブ装置1を用いて基板Fの表面Hにスクライブラインを形成する場合、まず、スクライビングホイール40が取り付けられたホルダユニット30がスクライブヘッド20の支持部21に取り付けられる。ここで、図1に示すように、ホルダユニット30は、傾くようにして支持部21に取り付けられる。これに関しては、追って説明する。
次に、スクライブ装置1は、一対のカメラ15によって基板Fの位置決めを行う。そして、スクライブ装置1は、スクライブヘッド20を所定の位置に移動させ、スクライビングホイール40に対して所定の荷重を印加して、基板Fの表面Hへ接触させる。その後、スクライブ装置1は、スクライブヘッド20をX軸方向に移動させることにより、基板Fの表面Hに所定のスクライブラインを形成する。なお、スクライブ装置1は、必要に応じて載置部14を回動ないしY軸方向に移動させて、上記の場合と同様にしてスクライブラインを形成する。
上記の実施形態1においては、スクライブヘッド20がX軸方向に移動し、載置部14がY軸方向に移動するとともに回転するスクライブ装置について示したが、スクライブ装置1はスクライブヘッド20と載置部14とが相対的に移動するものであればよい。たとえば、スクライブヘッド20が固定され、載置部14がX軸、Y軸方向に移動し、かつ回転するスクライブ装置1であってもよい。また、この場合、カメラ15はスクライブヘッド20に固定されていてもよい。
[ホルダユニットの構成]
次に、ホルダユニット30の構成について、図2(a)、(b)を参照して説明する。図2(a)は、ホルダユニット30をX軸正側から見た正面図、図2(b)は、ホルダユニット30をY軸正側から見た側面図である。
ホルダユニット30は、スクライビングホイール40と、ホルダ50と、2つのベアリング51a、51bと、回転軸53と、が一体となって構成されている。回転軸53は、ホルダ50の天面側から鉛直方向に延び、ベアリング51a、51bに挿通されている。ホルダユニット30においては、ホルダ50が回転軸53により回転可能となっている。
図2(a)、(b)において、回転軸53の中心線を軸心Sとして示し、支持軸52および回転軸53に垂直な方向にホルダ50を2分割する中心線を中心軸Lとして示す。図2(a)、(b)では、軸心Sおよび中心軸Lは、一点鎖線で示す。図2(b)に示すように、実施形態1では、軸心Sおよび中心軸Lは、互いに一致せず、ずれた位置に配置されている。軸心SをZ軸負側の方へ延長すると、ホルダユニット30の重量は、軸心Sに対してX軸正側および負側で相違する。
ホルダ50は、図2(b)に示すように、下部が側面視において下端に向かって幅が狭くなる台形形状となっている。また、図2(a)に示すように、ホルダ50の台形形状部分には、それぞれ保持部54a、54bが形成され、保持部54a、54bとの間に保持溝55が形成されている。保持溝55の互いに対向する内側面56a、56bは、水平面(XY平面)に垂直である。
なお、図2(a)、(b)の構成では、ホルダ50が、1つの基材で構成されているが、たとえば、保持部54a、54bをそれぞれ有する2つの基材を固定することでホルダ50が形成されてもよい。
保持部54a、54bには、支持軸52が挿入される孔57a、57bが、保持溝55を跨ぐように形成されている。孔57a、57bの径は、支持軸52の径よりも僅かに大きい。本実施の形態においては、孔57a、57bの中心が中心軸L上に位置するように、孔57a、57bが形成されている。
スクライビングホイール40が保持溝55に挿入された状態で、スクライビングホイール40の貫通孔41と孔57a、57bとに支持軸52が挿入される。
保持部54aのY軸正側の側面には、止め金58aがネジ59aで取り付けられ、保持部54bのY軸負側の側面には、止め金58bがネジ59bで取り付けられて、孔57a、57bを閉塞する。
図1に示すように、ホルダユニット30のベアリング51a、51bは支持部21の開口部21aに挿入され、ホルダ50がスクライブヘッド20の下端から露出するように、スクライブヘッド20の内部へと固定される。このとき、ホルダユニット30は、回転軸53を中心として回転自在となっている。ここで、図2(b)に示しているホルダユニット30は、軸心Sに対してX軸負側に占める体積が大きいため、この部分の重量が重い。このため、回転軸53を傾斜させると、ホルダ50は、回転軸53を中心として回転し、自重により、軸心Sに対して重量の重い方が基板Fに近づく姿勢をとる。
スクライビングホイール40は、たとえば、焼結ダイヤモンドや超硬合金等で形成された、円板状の部材である。スクライビングホイール40には、支持軸52が挿入される貫通孔41が形成されている。貫通孔41は、スクライビングホイール40の両側面の中心を貫通するように形成されている。また、スクライビングホイール40には、稜線を形成するV字状の刃が外周部に形成されている。スクライビングホイール40は、たとえば、厚さが0.4〜1.1mm程度、外径が1.0〜5.0mm程度である。また、貫通孔41の径は、たとえば、0.4〜1.5mm程度、刃の刃先角は、90〜150°程度である。
ホルダ50は、ステンレスや炭素工具鋼から構成されている。また、支持軸52は、たとえば、焼結ダイヤモンドや超硬合金等で形成された、円柱状の部材であり、一端または両端が尖頭形状になっている。支持軸52の径は、スクライビングホイール40の貫通孔41の径よりもやや小さい。支持軸52の径は、たとえば、貫通孔41の径が0.8mmのとき0.77mm程度である。支持軸52が貫通孔41に挿入された状態では、支持軸52と貫通孔41との間に隙間(クリアランス)が生じる。
[スクライブヘッドの使用状態]
図3は、実施形態1に係るスクライブヘッド20にホルダユニット30が取り付けられた場合のホルダユニット30の姿勢を説明するための側面図である。図3において、破線は、基板Fの表面Hの法線Nを示している。
上記したように、実施形態1に係るホルダユニット30は、軸心Sに対して重量が相違する。このため、回転軸53を傾斜させると、ホルダユニット30は回転軸53を中心に回転して、重量の重い方が基板Fに近づく姿勢をとる。実施形態1のスクライブヘッド20は、このホルダユニット30の重量バランスに着目して構成される。
図3に示すように、回転軸53を、法線Nからスクライブ方向Rに平行な方向に角度αだけ傾けて、スクライビングホイール40を基板Fの表面Hに接触させると、ホルダユニット30は回転軸53を中心に回転し、自重により軸心Sに対して重量の重い方が基板Fに近づくような姿勢をとる。このように、スクライビングホイール40の姿勢つまりホルダユニット30の姿勢が安定する。
このため、スクライブヘッド20にホルダユニット30を取り付ける際、ホルダユニット30を傾けた状態で取り付ければ、スクライビングホイール40が基板Fの表面Hに接触したとき、速やかにスクライビングホイール40の姿勢が安定する。
このようなホルダユニット30のスクライブヘッド20への取り付けは、スクライブヘッド20の下端に設けられている支持部21を介して行うことができる。図1に戻って、支持部21は、直方体状の部材であり、下方に開口部21aが形成されている。開口部21aは、回転軸53および2つのベアリング51a、51bが収まるようなサイズに形成されている。また、支持部21は開口部21aに収容された回転軸53が所定角度傾けて設けられているこの開口部21aに、ホルダユニット30のベアリング51a、51bを嵌めて固定する。
スクライブ装置1を用いて基板Fの表面Hにスクライブラインを形成する場合、スクライビングホイール40は、図3に示す矢印Rの方向(X軸方向)つまりスクライブ方向に進むように回転する。
[実施形態1の効果]
実施形態1によれば、以下の効果が奏される。
図2(b)に示すように、実施形態1に係るスクライブヘッド20では、軸心Sと中心軸Lとの位置がずれている。このため、スクライビングホイール40を基板Fの表面Hに接触させたときに、ホルダユニット30は回転軸53を中心に回転しやすく、ホルダユニット30の姿勢が安定しない。スクライビングホイール40が基板Fの表面Hにスクライブラインを形成する間にホルダユニット30が回転すると、スクライブラインが予定された位置に形成されず、正常な分断が行われない。このように、スクライブラインの形成が開始される位置で、ホルダユニット30の姿勢を安定化させることは重要である。
この点、実施形態1に係るスクライブヘッド20では、軸心Sに対してホルダユニット30の重量バランスが相違することを利用して構成される。つまり、図3に示すように、ホルダユニット30を、回転軸53を傾斜させてスクライブヘッド20に取り付ける。これにより、スクライビングホイール40が基板Fの表面Hに接触すると、ホルダユニット30は回転軸53を中心に回転して、自重により、軸心Sに対して重量の重い方が基板Fに近づくように傾斜し、ホルダユニット30の姿勢が直ちに安定する。
したがって、スクライブラインの形成が開始される位置で、ホルダユニット30すなわちスクライビングホイール40の姿勢が速やかに安定し、スクライビングホイール40は開始位置から所定のスクライブラインを形成することができる。
図3に示すように、スクライビングホイール40がスクライブラインを形成している間におけるホルダユニット30の姿勢は、スクライブ方向Rに対してホルダユニット30の後方側が基板Fの表面Hに近づくように回転軸53が傾斜している。このように、スクライブラインの形成が開始されるとき、スクライビングホイール40が上記のような安定した姿勢で基板Fの表面Hに位置付けられた場合、スクライビングホイール40は、その姿勢を維持した状態で円滑にスクライブラインを形成することができる。
なお、実施形態1に係るスクライブヘッド20において、回転軸53の傾斜角度すなわち角度αは、たとえば、5度〜50度の範囲が好ましい。角度αがこの範囲内であれば、ホルダユニット30は、重量の重い方に自重により傾きやすく、ホルダユニット30の姿勢が安定しやすい。より好ましくは、10度〜40の範囲である。角度αは、基板Fの種類、スクライビングホイール40のサイズ、およびホルダユニット30の重量等により、適宜調整すればよい。
<実施形態2>
上記した実施形態1に係るスクライブヘッド20においては、回転軸53の軸心Sとホルダユニット30の中心軸Lとの位置がずれていた。これに対し、実施形態2に係るスクライブヘッド20は、軸心Sと中心軸Lとを一致させた構成のホルダユニット30が適用される。
図4(a)は、実施形態2に係るホルダユニット30の側面図である。図4(b)は、実施形態2に係るスクライブヘッド20にホルダユニット30が取り付けられた場合のホルダユニット30の姿勢を説明する側面図である。スクライブヘッド20の構成は、軸心Sと中心軸Lとを一致させて配置したこと以外は、実施形態1に係るスクライブヘッド20と同様であるため、説明を省略する。また、図4(a)、(b)では、回転軸53の軸心Sを破線で示し、ホルダユニット30の中心軸Lを一点鎖線で示している。
図4(a)に示すように、実施形態2に係るホルダユニット30においては、回転軸53の軸心Sは、ホルダユニット30の中心軸Lに一致するように配置される。このように軸心Sおよび中心軸Lが配置されると、ホルダユニット30は、中心軸Lに対して左右の重量が略均等になる。そのため、スクライビングホイール40が基板Fの表面Hに接触すると、ホルダユニット30は回転軸53を中心に回転し、ホルダユニット30の姿勢が安定しにくい。
そこで、実施形態2に係るホルダユニット30は、中心軸Lに対して左右の重量が相違するように構成される。そのような構成として、下記のような構成が挙げられる。
(1)錘を設ける場合
図4(a)、(b)に示すように、中心軸Lによりホルダユニット30が2分割された場合、一方の側に錘60を設ける。これにより、ホルダユニット30は、中心軸Lに対して2つの部分の重量が互いに相違する。よって、回転軸53を傾斜させると、ホルダユニット30は回転軸53を中心に回転するが、錘60を設けた方が自重により基板Fの表面Hに近づくような姿勢をとる。よって、ホルダユニット30の姿勢が直ちに安定する。
このように、軸心Sと中心軸Lとが一致するように構成されているホルダユニット30であっても、錘60をホルダ50の適当な位置に設けることにより、ホルダユニット30の重量バランスが変化する。これにより、ホルダユニット30の姿勢が安定する。
また、このような構成は、錘60があれば簡単に構成できるため、軸心Sと中心軸Lとが一致するように構成された既存のホルダユニット30に対しても適用できる。
(2)ホルダの形状が非対称である場合
ホルダユニット30において、中心軸Lによりホルダ50の2分割されたそれぞれの部分における形状を非対称とすることにより、重量を相違させることができる。言い換えれば、支持軸52の中心がホルダ50の中心軸Lとずれた位置に形成される。これにより、回転軸53を傾斜させると、ホルダユニット30は回転軸53を中心に回転して、体積の大きい方が自重により基板Fの表面Hに近づくような姿勢をとる。よって、ホルダユニット30の姿勢が直ちに安定する。
なお、実施形態2に係るスクライブヘッド20においても、回転軸53の傾斜角度すなわち角度αは、実施形態1に係るスクライブヘッド20と同様に、基板Fの種類、スクライビングホイール40のサイズ、およびホルダユニット30の重量等により、適宜調整すればよい。
なお、ホルダユニット30は、ホルダ50に本実施の形態のように回転軸53及びベアリング51a、51bが一体化された構成ではなく、ホルダ50を取り付けるための取付部と、回転軸53及びベアリング51a、51bと、を備えるホルダジョイントを別に設ける構成であってもよい。この場合、回転軸53を中心に回転するホルダ50および取付部を合計した重量バランスが、回転軸53の軸心に対して異なるようにすればよい。
20…スクライブヘッド
40…スクライビングホイール
30…ホルダユニット
50…ホルダ
52…支持軸
53…回転軸
F…基板
H…基板の表面
L…中心軸
N…法線
R…スクライブ方向
S…軸心

Claims (4)

  1. 基板の表面にスクライブラインを形成するスクライビングホイールと、
    前記スクライビングホイールを支持軸により支持するホルダと、
    前記ホルダを回転可能に支持する回転軸を有するホルダユニットと、を備え、
    前記回転軸が前記基板の表面の法線からスクライブ方向に平行な方向に傾けられており、前記ホルダユニットは、前記回転軸の軸心に対する前記支持軸に垂直な方向の重量バランスが相違するように構成されている、
    ことを特徴とする、スクライブヘッド。
  2. 請求項1に記載のスクライブヘッドにおいて、
    前記回転軸が、前記支持軸および前記回転軸に垂直な方向に前記ホルダユニットを2分割する中心軸と、前記回転軸の軸心との間に位置ずれが生じるように設けられている、
    ことを特徴とするスクライブヘッド。
  3. 請求項1または2に記載のスクライブヘッドにおいて、
    前記ホルダユニットは、前記支持軸および前記回転軸に垂直な方向に前記ホルダユニットを2分割する中心軸に対する重量バランスが相違するように構成されている、
    ことを特徴とするスクライブヘッド。
  4. 請求項1ないし3の何れか一項に記載のスクライブヘッドにおいて、
    前記回転軸は、前記スクライブ方向に対して後方側が前記基板の表面に近づくように傾斜している、
    ことを特徴とするスクライブヘッド。
JP2018063885A 2018-03-29 2018-03-29 スクライブヘッド Pending JP2019171724A (ja)

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