JP7408162B2 - 基板ブレイク装置および基板ブレイク方法 - Google Patents

Description

本発明は、予めスクライブライン（切溝）を形成したガラス基板を、そのスクライブラインに沿って分断するための基板ブレイク装置並びに基板ブレイク方法に関する。本発明は、例えばテレビ、携帯端末、ゲーム機器等で採用されているフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）等に使用されるガラス基板が主な加工対象である。

従来から、スクライビングホイールによるメカニカルスクライブ、又は、レーザスクライブによりガラス基板（以下単に「基板」という）の表面にスクライブラインを形成し（スクライブ工程）、次工程（ブレイク工程）でこのスクライブラインに沿ってブレイクするようにして基板を分断加工することがなされている。このブレイク工程では、下向き先細り形状（ナイフ状）で長尺のブレイクバーを基板のスクライブラインに沿って押しつけ、基板をＶ字形に撓ませて分断する手法（例えば特許文献１参照）や、スクライブラインにスチームなどの加熱媒体を吹き付けて熱応力を生じさせることにより、スクライブラインの亀裂を基板厚み方向に浸透させて基板を分断する手法（特許文献２参照）などが知られている。

特開２０１６－１２０７２５号公報 ＷＯ２００４－０６７２４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるようなナイフ状のブレイクバーの押しつけによるブレイク手法では、基板上面を押圧することによってＶ字形に撓ませたときに、押圧荷重のかけ方によっては隣接する分断端面の上端縁部分同士が互いに押し合うように干渉して欠けが生じることがあり、これが起点となって基板表面にひび割れ等が発生したり、端面強度が劣化したりする問題が生じるおそれがあった。また、ブレイク対象となるスクライブラインは、基本的にブレイクバーと同様に直線形状であり、ブレイクバーは直線状のスクライブラインに正確に位置合わせしてブレイクする必要があった。

これに対し、特許文献２に記載される熱応力を利用したブレイク手法では、基板と非接触でブレイクを行うものであるため、撓みによって生じる分断端面同士の押し合いによる欠けが発生するおそれがない点で優れているが、スクライブラインから空間的に離れるように配置したノズルからスクライブラインに向けてスチーム等の熱媒体を吹きつけて対流熱伝達を行うためのものであるから、熱の利用効率が悪くて不経済であると共に、吹き付けによって雰囲気気体を舞い上げることになり雰囲気気体にダストが含まれていると製品の歩留まりに悪影響を及ぼすおそれがあった。また、熱源を含む加熱機構の組付け構成が複雑で大型化するといった問題点もあった。

更に加えて、上記した何れの場合も、一本のスクライブラインを分断した後、ブレイクバー若しくは熱媒体噴射部に対して基板を相対的に移動させて次のスクライブラインを分断するものであるから、全てのスクライブラインを分断するまでに要する時間をできるだけ短縮することが望まれていた。

そこで本発明は上記課題に鑑み、分断端面に欠けが生じるおそれがなく、熱応力を利用したブレイクを採用するものでありながら、熱損失が少なく、しかも作業効率に優れた基板ブレイク装置並びに方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明では次のような技術的手段を講じた。すなわち、本発明の基板ブレイク装置は、スクライブラインが形成された基板を、そのスクライブラインに沿ってブレイクする基板ブレイク装置であって、柱状で良熱伝導性材料からなる複数本の伝熱ロッドと、前記基板が載置される載置面に前記伝熱ロッドが挿入可能な複数の取付孔が形成された良熱伝導性材料のテーブルと、前記テーブルの前記載置面と反対面側で前記テーブルに対し熱絶縁されるようにして支持される良熱伝導性材料のプレートと、前記テーブルを第一設定温度Ｔ１にする第一温度設定機構と、前記プレートを第二設定温度Ｔ２にする第二温度設定機構とを備え、前記各伝熱ロッドは前記テーブルに対し熱絶縁されるとともに、片端側が前記載置面と面一となり、他端側が前記プレートと面接して熱伝導するように保持され、前記テーブルに形成される前記取付孔の位置は、少なくとも前記基板が前記載置面に載置されたときに前記スクライブラインに相対する複数の位置が含まれるように形成されている構成とした。
ここで第一設定温度Ｔ１と第二設定温度Ｔ２とは、それぞれの温度に接した基板に熱応力差を生じさせることができる程度の温度差であればよい。

本発明によれば、テーブルの載置面に基板を載置したときに基板のスクライブラインと相対する位置にある複数の（スクライブラインに沿った）取付孔に対し、予め伝熱ロッドを挿入しておき、各伝熱ロッドの設定温度がプレートからの熱伝導により第二設定温度Ｔ２になるようにしておくとともに、テーブルの温度が第一設定温度Ｔ１になるようにしておく。この状態で、ブレイクしようとする基板を、そのスクライブラインがテーブルの取付孔に挿入された伝熱ロッドに当接するようにして載置すると、スクライブラインは第一設定温度Ｔ１のテーブルに接する領域と、第二設定温度Ｔ２の伝熱ロッドに接する領域とが交互に生じるようになり、スクライブラインに沿って熱応力分布が形成されてスクライブラインを分離しようとする分離力が加わることになってブレイクされることになる。

本発明によれば、基板の複数のスクライブラインに沿った位置の取付穴に伝熱ロッドを挿入しておくことにより、複数のスクライブラインを同時に分断したり、複数の単位基板を同時に切り出したりすることが可能となる。これにより、基板分断に要する時間を短縮して作業効率を高めることができる。また、伝熱ロッドを挿入する位置をスクライブラインに沿わせることで、曲線や屈折線などを含む任意形状のスクライブラインを分断したり、円形などの任意の外形輪郭線を持つ単位基板を切り出すことができる。
更に加えて本発明では、ブレイクバーで基板を撓ませてブレイクするものでないから、ブレイクされた基板分断面に欠け等の欠陥が発生していない高品質の端面を得ることができる。また、基板に面接触による熱伝導で熱応力を与えているので、熱損失を小さく押さえることができると共に、スチーム等の吹き付けによるブレイクで生じるようなダストの舞い上がりや蒸気で濡れた製品表面へのパーティクルの付着を抑制することができるといった効果がある。

本発明において、前記取付孔は一定間隔をあけて前記載置面に網目状または格子状に形成されるようにしてもよい。
これにより、伝熱ロッドを挿入する取付孔を選択することにより、直線、曲線を含めて任意の形状のスクライブラインに沿って容易にブレイクすることができる。

本発明において、第一温度設定機構および第二温度設定機構は、一方に電熱ヒータによる加熱機構が用いられ、他方に水冷機構が用いられるようにしてもよい。

本発明において、前記基板を吸着保持して前記載置面に載置させるとともに、ブレイクされた後の基板を前記載置面から搬出するロボットアームを備えるようにしてもよい。
これにより、基板を載置面に搬送して接触状態を保持すると共に、分断後の基板を載置面から搬出する動作を効率よく行うことができる。

また、別の観点からなされた本発明の基板ブレイク方法は、スクライブラインが形成された基板をテーブルに載置してそのスクライブラインに沿ってブレイクする基板ブレイク方法であって、前記基板を載置する載置面が第一設定温度Ｔ１に設定されるとともに、前記基板を載置したときの前記スクライブラインの位置に相対する前記テーブルの位置に沿って、第一設定温度Ｔ１とは異なる第二設定温度Ｔ２に設定された複数の領域が間隔をあけて形成されたテーブルを用意し、前記テーブルの前記載置面に前記スクライブラインを面接させることにより、前記スクライブラインに沿ってブレイクするようにしている。

本発明の一実施例である基板ブレイク装置の概略的な正面図。 図１のテーブル部分の右側面図。 図１のテーブルとプレートとの分解斜視図。 図１のテーブルに伝熱ロッドを取り付ける過程を示す説明図。 分断すべき基板の一例を示す平面図。 図５で示した基板をブレイクする場合の伝熱ロッドの配置図。 伝熱ロッドとテーブルとによって基板（のスクライブライン）に形成される加熱領域及び冷却領域を示す説明図。 別形態の単位基板を分断する場合の伝熱ロッドの配置図。 円形の単位基板を分断する場合の伝熱ロッドの配置図。

以下において、本発明の詳細を図に基づいて説明する。
図１～図４は本発明の一実施例である基板ブレイク装置を示す図であり、図５は分断される基板Ｗの平面図である。基板Ｗには、前段工程で互いに直交する縦、横の浅い溝状のスクライブラインＳが加工されており、これにより分断後に製品となる複数の、例えば図５のように６枚の単位基板Ｗ１と、周辺の端材Ｅとに区分けされている。スクライブラインＳは、スクライビングホイールを基板表面に押し付けながら転動させるメカニカルスクライブにより加工されるが、これに代えてレーザスクライブで形成することもできる。

基板ブレイク装置Ａは、分断すべき基板Ｗを載置して保持する水平なテーブル１と、分断すべき基板Ｗを吸着保持してテーブル１上に載置させるとともに、分断後の単位基板Ｗ１をテーブル面から搬出するロボットアーム（搬送アーム）１４とを備えている。

テーブル１は、アルミ、銅等のような良熱伝導性の金属材料で形成され、内部を通る循環通路２（水冷ジャケット）に冷水などの冷媒を循環させることにより第一設定温度Ｔ１（冷媒温度）に設定できるように形成されている。循環通路２の入口３並びに出口４は配管を介して冷媒源（図示外）に連結されている。冷媒温度は冷媒源の温調装置（図示外）により所望の温度に調整可能にしてある。また、テーブル１の平坦な載置面（上面）には、後述する伝熱ロッド６を嵌め込むことができる多数の取付孔５が上下に貫通して網目状（または格子状）に設けられ、隣接する取付孔５の間は等間隔にしてある。

伝熱ロッド６はアルミ、銅等の良熱伝導性の金属材料で形成され、図４（ａ）に示すように、取付孔５に着脱可能に嵌め込むことができるように円柱状で形成され、取付孔５に接する外周面は断熱材６aで被覆されている。なお、伝熱ロッド６と取付孔５とを精密加工することによって伝熱ロッド６と取付孔５との間にスペースを設けることで非接触にして熱的に絶縁するようにしてもよい。
また、伝熱ロッド６の上端面の少なくとも一部若しくは全面が平らな面で形成され、図４（ｂ）に示すように、取付孔５に装着したときに伝熱ロッド６の上面とテーブル１の上面（載置面）とは面一となるように設計されている。さらに、伝熱ロッド６の下端側には後述するプレート８のソケット７（穴）に差し込まれる差込部６bを備えている。

テーブル１の下側（載置面とは反対側）には、多数のソケット７を備えたアルミ、銅等の良熱伝導性の金属材料からなるプレート８が、熱絶縁性材料であるセラミック製の連結ボルト９並びにナット１０を介して隙間を設けた状態で連結されている。テーブル１とプレート８との隙間は両者間を熱的に絶縁する断熱空間としての役目を果たすものであって、テーブル１とプレート８との間で連結ボルト９の周囲に円筒状の間隔子１１を取り付けて隙間が維持されている。

上記プレート８に設けられたソケット群７は、上方にあるテーブル１の各取付孔５に相対する位置にそれぞれ配置されている。これにより、伝熱ロッド６をテーブル上面（載置面）から取付孔５に差し込むことでその下部の差込部６ｂをソケット７に取り付けることができるようにしてあり、伝熱ロッド６とプレート８とは面接触することにより熱伝導可能になってプレート８の熱が伝熱ロッド６に伝達される。プレート８には、電熱ヒータ１２が組み込まれており、電熱ヒータ１２によって加熱されたプレート８の熱が伝熱ロッド６に伝わって伝熱ロッド６の上面が第二設定温度Ｔ２に設定されるように形成されている。なお、電熱ヒータ１２は電線１３を介して電源（図示外）に接続され、温調装置（図示外）により所望の温度に調整可能にしてある。

ロボットアーム１４は、基板Ｗを真空吸着する吸盤１５を備えている。本実施例では、分断される６枚の単位基板Ｗ１を吸着できるように６個の吸盤が設けられているが、一つの大きな吸盤で６枚の単位基板を吸着できるように形成してもよい。

ここでテーブル１の第一設定温度Ｔ１およびプレート８（すなわち伝熱ロッド６）の第二設定温度Ｔ２について説明する。本実施例では、ブレイク対象の基板Ｗを接触させることで、スクライブラインに沿って、テーブル１の上面（載置面）に接して冷やされた冷却領域と、伝熱ロッド６に接して温められた加熱領域とに、逆向きの熱応力（圧縮応力と引張応力）を発生させてスクライブラインに強い分離力を生じさせることから、第一設定温度Ｔ１、第二設定温度Ｔ２に大きな温度差を与えれば、より強い分離力を発生させることができる。
しかしながら、液晶パネル等の基板では、基板に設けられた他の材料（回路、接着剤等）によって加熱可能な温度が制限されており、許容温度以下にする必要がある。また、冷却についても結露しない範囲で冷却するのが望ましい。
したがって、加工対象の基板に許容されている温度範囲内で、設定温度Ｔ１、Ｔ２を設定する。例えば、テーブル１の第一設定温度Ｔ１を露点温度以上となる２０°Ｃとし、伝熱ロッド６（およびプレート８）の第二設定温度Ｔ２をそれより十分に高温となる１１０～６０°Ｃの範囲で設定するようにしている。

次に、上記のブレイク装置Ａによる基板Ｗの分断動作について説明する。なお、以下の説明ではロボットアーム１４により次々搬送されてテーブル1上に載置される各基板Ｗは、ロボットアーム（または当接部材等を用いた位置決め手段）により常にテーブル上の同じ位置に正確に位置決めされて載置されるものとする。
まず、図６に示すように、テーブル１上に載置される基板ＷのスクライブラインＳに相対する位置の取付孔５に、予め伝熱ロッド６を嵌め込んでおく（ハッチング部分が伝熱ロッド６を示す）。この操作は、図４（ａ）に示すように、テーブル１の上面から直接差し込むことで、図４（ｂ）に示すように、プレート８のソケット７に取り付けることができる。

伝熱ロッド６をテーブル１にセットした後、テーブル１の循環通路２に冷媒を流してテーブル１を第一設定温度Ｔ１（冷媒温度）に冷却すると共に、電熱ヒータ１２に通電してプレート８（および伝熱ロッド６）を第二設定温度Ｔ２に加熱する。

次いで、図１（ａ）に示すように、ロボットアーム１４で吸着保持した基板Ｗをテーブル１の上方の定位置に搬送し、図１（ｂ）にようにロボットアーム１４を下降させて基板Ｗの下面をテーブル１の上面（載置面）に接触させる。接触させる時間は基板の厚みによって異なるが、一般的な基板の場合は２秒程度で十分である。この接触により、基板ＷのスクライブラインＳに沿って相対する位置に伝熱ロッド６が並べて取り付けられているので、スクライブラインＳにおける伝熱ロッド６に接触した領域が部分加熱され、スクライブラインＳにおけるテーブル面１に接触した領域が部分冷却される。

このように基板Ｗとテーブル１との接触、および、基板Ｗと伝熱ロッド６との接触によって、基板Ｗには、図７に示すように伝熱ロッド６に接触した加熱領域と、伝熱ロッド６の間でテーブル１に接触した冷却領域とがスクライブラインＳに沿って交互に隣接して形成される。
これにより、加熱領域では熱膨張によりスクライブラインＳに圧縮応力が発生し、冷却領域では熱収縮により引張応力が発生する。この圧縮応力並びに引張応力が互いに隣接する複数箇所で同時に生じることにより、スクライブラインＳの亀裂が基板厚み方向に浸透し、その結果、スクライブラインＳが完全分断される。これにより基板Ｗが６枚の単位基板Ｗ１と端材Ｅとに分断される。

分断された単位基板Ｗ１はロボットアーム１４により搬出されて次工程に送られる。残った端材Ｅは、次のステップで同じロボットアーム１４により、或いは図示しない別の端材除去手段（例えば端材を吸引するクリーナ）等によりテーブル１から取り除かれる。

このように分断すべきスクライブラインＳの形状に沿って伝熱ロッド６をテーブル１の取付孔５に嵌め込んでおくことにより、任意の外形輪郭線を持つ単位基板を熱応力を作用させてブレイクすることができる。例えば図８に示すように、辺の一部をコの字状に窪ませた輪郭線を持つ単位基板や、図９に示すような円形の単位基板をスクライブラインＳに沿って分断して取り出すこともできる。

以上のように本発明の基板ブレイク装置では、基板のスクライブラインに沿った位置に相対する取付孔に伝熱ロッドを嵌め込むことにより、複数のスクライブラインを同時に分断したり、複数の単位基板を同時に切りだしたりすることが可能となる。これにより、基板分断に要する時間を短縮して作業効率を高めることができる。また、伝熱ロッドの取付位置を選択することで、曲線や屈折線などを含む任意形状のスクライブラインを分断したり、円形などの任意の外形輪郭線を持つ単位基板を切り出すことができる。

また本発明では、ナイフ状のブレイクバーで基板を撓ませてブレイクするものでないから、ブレイクされた基板分断面に欠け等の欠陥が発生していない高品質の端面を得ることができる。また、基板に面接触による熱伝導で熱応力を与えているので、スチーム等の吹き付けによるブレイクで生じるようなダストの舞い上がりがなく、蒸気で濡れた製品表面へのパーティクルの付着を抑制し、熱損失も小さく抑制することができる。

以上本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態に特定されるものではなく、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。
例えば、上記実施例ではテーブル１を冷却し、プレート８を加熱するようにしたが、テーブル１に電熱ヒータを取り付けて加熱し、プレート８を冷却してもよい。また、加熱手段や冷却手段を別の方法に代えてもよい。
また、上記実施例ではテーブル１上に網目状または格子状に多数の取付孔を設けたが、分断すべきスクライブラインＳ’の形状が常に同じであり変更されることがない場合は、そのスクライブラインＳ’に沿った位置に相対する位置のみに取付孔を形成し余分な取付孔を設けていない専用テーブルを用いるようにしてもよい。
また、上記実施例では取付孔はすべて円孔としたが、一部または全部を楕円孔や角孔等とするとともに、伝熱ロッドの形状も楕円柱、角柱等としてもよい。

本発明は、スクライブラインが形成された基板を、そのスクライブラインに沿ってブレイクする基板ブレイク装置並びに基板ブレイク方法に利用することができる。

Ａ ブレイク装置
Ｓ スクライブライン
Ｗ 基板
Ｗ１ 単位基板
１ テーブル
２ 循環通路（第一温度設定機構）
５ 取付穴
６ 伝熱ロッド
７ ソケット
８ プレート
１２ 電熱ヒータ（第二温度設定機構）
１４ ロボットアーム（搬送アーム）
１５ 吸盤

Claims (5)

1. スクライブラインが形成された基板を、そのスクライブラインに沿ってブレイクする基板ブレイク装置であって、
   柱状で良熱伝導性材料からなる複数本の伝熱ロッドと、
   前記基板が載置される載置面に前記伝熱ロッドが挿入可能な複数の取付孔が形成された良熱伝導性材料のテーブルと、
   前記テーブルの前記載置面と反対面側で前記テーブルに対し熱絶縁されるようにして支持される良熱伝導性材料のプレートと、
   前記テーブルを第一設定温度Ｔ１にする第一温度設定機構と、
   前記プレートを第二設定温度Ｔ２にする第二温度設定機構とを備え、
   前記各伝熱ロッドは前記テーブルに対し熱絶縁されるとともに、片端側が前記載置面と面一となり、他端側が前記プレートと面接して熱伝導するように保持され、
   前記テーブルに形成される前記取付孔の位置は、少なくとも前記基板が前記載置面に載置されたときに前記スクライブラインに相対する複数の位置が含まれるように形成されている基板ブレイク装置。
2. 前記取付孔は一定間隔をあけて前記載置面に網目状または格子状に形成される請求項１に記載の基板ブレイク装置。
3. 第一温度設定機構および第二温度設定機構は、一方に電熱ヒータによる加熱機構が用いられ、他方に水冷機構が用いられる請求項１または請求項２のいずれかに記載の基板ブレイク装置。
4. 前記基板を吸着保持して前記載置面に載置させるとともに、ブレイクされた後の基板を前記載置面から搬出するロボットアームを備えた請求項１～請求項３のいずれかに記載の基板ブレイク装置。
5. スクライブラインが形成された基板をテーブルに載置してそのスクライブラインに沿ってブレイクする基板ブレイク方法であって、
   前記基板を載置する載置面が第一設定温度Ｔ１に設定されるとともに、前記基板を載置したときの前記スクライブラインの位置に相対する前記テーブルの位置に沿って、第一設定温度Ｔ１とは異なる第二設定温度Ｔ２に設定された複数の領域が間隔をあけて形成されたテーブルを用意し、
   前記テーブルの前記載置面に前記スクライブラインを面接させることにより、前記スクライブラインに沿ってブレイクする基板ブレイク方法。

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