TW201815539A - 鑽石工具及其刻劃方法 - Google Patents

Abstract

本發明之課題在於，於刻劃時可自基板之外側開始刻劃。

相對於鑽石工具10之基座11之角部而自基座之兩側形成傾斜面，將稜線17a、17b與頂面18a、18b之交點設為尖頭P1、P2。使該鑽石工具10之任一尖頭與基板接觸且不滾動地進行刻劃。於此情形時，即便自基板之外開始刻劃，由於導引面先於尖頭與基板端部接觸而進行刻劃，故而亦可不損傷尖頭而開始外切刻劃。

Description

鑽石工具及其刻劃方法

本發明係關於一種用以藉由鑽石尖頭刻劃玻璃基板或矽晶圓等脆性材料基板之鑽石工具及其刻劃方法。

過去為了刻劃玻璃基板或矽晶圓，已知有使用利用刻劃輪或由單晶鑽石形成之鑽石尖頭之工具。對玻璃基板主要使用相對於基板滾動之刻劃輪，但就提高刻劃後之基板之強度等優點而言，亦研究使用作為固定刀之鑽石尖頭。於專利文獻1、2中，提出有用以刻劃藍寶石晶圓或氧化鋁晶圓等硬度較高之基板之尖頭刀具。於該等專利文獻中，使用有於角錐之稜線上設置有切割尖頭之工具、或前端成為圓錐之工具。又，於專利文獻3中，為了刻劃玻璃板而提出有使用具有圓錐形之前端之玻璃刻劃器的刻劃裝置。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2003-183040號公報

[專利文獻2]日本專利特開2005-079529號公報

[專利文獻3]日本專利特開2013-043787號公報

若利用習知之作為固定刀之工具進行刻劃則尖頭會磨損，故而必須更換尖頭。此處，於利用工具所進行之刻劃中，尖頭必須以適當之角度與基板接觸。然而，於習知之工具中，於更換尖頭之情形時，必須使工具於軸方向上旋轉，從而不易精度較佳地調整該接觸角度。

因此，考慮將角柱狀之工具之各頂點以自兩側面重合之方式進行研磨而形成傾斜面，並將傾斜面之交線之兩側設為尖頭的刻劃工具。於使用此種刻劃工具進行刻劃之習知之刻劃方法中，必須自脆性材料基板之較端部靠內側之上表面開始刻劃，即必須以內切開始刻劃。其原因在於：若欲自脆性材料基板之端部開始刻劃，則於尖頭與脆性材料基板之端部碰撞時有尖頭及基板雙方損傷之可能性。然而，於以內切進行刻劃之情形時，在玻璃板等基板之端部殘留未被刻劃之部分。若沿著刻劃線將經以此方式內切刻劃之基板切斷，則有於未形成刻劃線之基板端部之分斷精度變差之問題。

本發明係鑒於此種習知之問題而完成者，其目的在於提供一種即便以外切開始刻劃，脆性材料基板或尖頭亦不會產生損傷之鑽石工具及其刻劃方法。

為了解決該課題，本發明之鑽石工具具備：方形之基座，其 具有側面及複數個外周面；第1、第2傾斜面，其等係相對於上述基座之至少1個角部，自上述基座之兩側面朝向相鄰之1個上述外周面而形成；稜線，其係上述第1、第2傾斜面之交線；及頂面，其設於上述1個外周面與上述稜線之間；上述外周面之與上述頂面鄰接之一部分或整個面成為導引面，至少上述稜線、上述頂面及上述導引面由鑽石形成，且將上述稜線與頂面之交點設為尖頭。

此處，亦可為，上述導引面之周向之長度為1mm以上。

此處，亦可為，上述基座為多邊形狀之基座，且於上述多邊形之1個角部具有2個上述尖頭。

為了解決該課題，本發明之鑽石工具之刻劃方法係使用如下鑽石工具之刻劃方法，上述鑽石工具具有於基座之角部形成於上述基座之厚度之中央之稜線、共有上述稜線之一端之頂面、及以與上述頂面鄰接之方式設置於與上述稜線為相反側之導引面，將由上述稜線與上述頂面共有之點設為尖頭，上述鑽石工具之刻劃方法係以上述鑽石工具之1個尖頭成為最低位置之方式將上述鑽石工具保持於刻劃頭，以於基板之外側上述尖頭成為較上述基板之上表面更靠下方之方式將刻劃頭下壓，藉由使上述刻劃頭與基板之面平行地移動，而使上述導引面與基板之端部接觸，且於上述導引面於上述基板端部滑動特定距離後，上述頂面與上述基板端部接觸而開始外切刻劃，並於上述尖頭與上述基板之上表面接觸之狀態下結束刻劃。

根據具有此種特徵之本發明，可自脆性材料基板之端部進行 刻劃，即，開始藉由外切之刻劃。因此，於結束刻劃後，在沿著刻劃線將基板分斷時，可自刻劃開始點獲得良好之截面，又，可獲得抑制撞上基板時之尖頭與基板之損傷的效果。

10、50‧‧‧鑽石工具

11、51‧‧‧基座

11a、11b、51a、51b‧‧‧側面

12a、12b、52a~52d‧‧‧外周面(導引面)

13a、13b、15a~15b、16a~16b、53a~53d、54a~54d、55a~55h、56a~56h‧‧‧傾斜面

14、17a、17b、57a~57d、58a~58d‧‧‧稜線

18a、18b、59a~59d、60a~60d‧‧‧頂面

P1~P8‧‧‧尖頭

圖1係表示本發明之第1實施形態之鑽石工具之製造過程的俯視圖、側視圖及前視圖。

圖2係第1實施形態之鑽石工具之俯視圖、側視圖及前視圖。

圖3係表示安裝有本發明之第1實施形態之鑽石工具之刻劃頭的前視圖及側視圖。

圖4係表示使用本發明之第1實施形態之鑽石工具之刻劃的前視圖(其1)。

圖5係表示使用本發明之第1實施形態之鑽石工具之刻劃的前視圖(其2)。

圖6係表示使用本發明之第1實施形態之鑽石工具之刻劃的前視圖(其3)。

圖7係表示使用本發明之第1實施形態之鑽石工具之刻劃的前視圖(其4)。

圖8係本實施形態之刻劃開始前之尖頭P1之放大圖。

圖9係本實施形態之刻劃開始時之尖頭P1之周邊的放大圖。

圖10係本發明之第1實施形態之變形例之鑽石工具的俯視圖、側視圖及前視圖。

圖11係本發明之第1實施形態之變形例之鑽石工具的俯視圖、側視圖及前視圖。

圖12係本發明之第2實施形態之鑽石工具之側視圖及前視圖。

圖13係表示本發明之第3實施形態之鑽石工具之製造過程的側視圖及前視圖。

圖14係本發明之第3實施形態之鑽石工具之側視圖及前視圖。

其次，對本發明之第1實施形態進行說明。圖1係表示本發明之第1實施形態之鑽石工具10之製造過程的俯視圖、側視圖及前視圖，圖2係表示製造完成後之鑽石工具之俯視圖、側視圖及前視圖。該鑽石工具10將固定厚度且等腰三角形之單晶鑽石之板材作為基座11。如圖1所示，對該基座11，自1個頂點之角部分之兩側研磨成於前視下為V字形。即，自一側面11a朝向基座11之2個外周面12a、12b進行切割直至達到基座11之厚度之1/2以上而形成傾斜面13a。此時，較佳為以傾斜面13a與基座11之2個相鄰之外周面12a、12b分別形成之角部成為互為相等之方式進行切割。繼而，自基座11之另一側面11b以同樣之方式朝向基座11之2個相鄰之外周面12a、12b進行切割直至達到基座11之厚度之1/2左右，形成於俯視下成為梯形之傾斜面13b。傾斜面13a、13b之交線成為稜線14。

繼而，如圖2所示，相對於傾斜面13a，自側面11a分別向外周面12a及12b側傾斜而形成傾斜面15a、15b。又，同樣地相對於傾斜面13b，自側面11b朝向外周面12a、12b分別形成傾斜面16a、16b。若如 此，則位於原外周面12a之位置之第1、第2傾斜面15a與16a相交，而於基座11之厚度方向之中間，較佳為如圖2(a)般於中央位置，形成平行於基座之側面11a、11b之稜線17a。同樣地，位於原外周面12b之位置之第3、第4傾斜面15b與16b相交，而分別於基座11之厚度方向之中間、較佳為中央位置，形成平行於基座之側面11a、11b之稜線17b。

繼而，自外周面12a朝向傾斜面15a、16a形成頂面18a。同樣地，自外周面12b朝向傾斜面15b、16b形成頂面18b。此處，所謂頂面係指分別共有稜線17a、17b之一端之面。將稜線17a、17b分別與頂面18a、18b相接之端部設為尖頭P1、P2。頂面係作用於刻劃之基板之面，只要作用於基板之範圍、即自與稜線之交點於周向上之長度於圖2(b)之側視圖中觀察為0.05mm以上，則作為頂面有效地發揮功能，例如設為0.05~0.1mm左右。又，稜線17a、17b只要於刻劃時作用於基板之範圍、即自與頂面之交點於圖2(b)之側視圖中觀察為0.02mm以上之長度則發揮功能。

藉由以此方式形成尖頭P1、P2，如圖2所示，於側視下三角形之鑽石工具10可形成2個尖頭。構成尖頭P1、P2之頂面與傾斜面均不構成另一尖頭而獨立，故而可使各尖頭不相互影響而進行精密之研磨。此種傾斜面或頂面可藉由雷射加工而容易地形成。又，亦可於雷射加工後進一步進行機械研磨，而使形成稜線之部分成為更精密之研磨面。

圖3係表示於刻劃頭單元30安裝有鑽石工具10之狀態之前視圖及側視圖。如圖3所示，鑽石工具10保持於工具保持器20。工具保持器20係長方體狀之構件，於其下端以任一尖頭、此處為尖頭P1成為下端之方式傾斜地保持鑽石工具10。於工具保持器20設置2處螺孔，藉此固定 於刻劃頭30。

刻劃頭單元30以板狀之頂板31本身藉由未圖示之滑動機構而整體上下移動之方式構成。而且，於該頂板31固定刻劃負載用之氣缸32。氣缸32之下端之桿32a伸縮自如地突出。此外，如圖3(b)所示，於頂板31之桿32a之下方設置導引機構33及滑動部34，而以特定負載將滑動部34向下方按壓。導引機構33係將滑動部34保持為上下移動自如者。於滑動部34設置L字形之板35。板35與滑動部34一起上下移動，並由止動部36限制下限。而且，於該板35，工具保持器20藉由螺固而固定於傾斜方向。而且，藉由使刻劃頭單元30於箭頭A方向上移動而可進行刻劃。

使用圖4~圖7，對使用該實施形態之鑽石工具10進行刻劃之情形進行說明。於開始刻劃時，首先如圖4所示，使鑽石工具10之1個尖頭P1接近基板40並使刻劃頭單元30下降。此時，如圖8之尖頭P1周邊之放大圖所示，外周面12a與脆性材料基板縮成之角度θ較佳為成為15~20°，鑽石工具10之尖頭P1低於基板40之上表面，以基板40與尖頭P1之高度之差D對應於基板40之厚度而成為0.05~0.2mm左右之方式將刻劃頭單元30下壓。繼而，使刻劃頭單元30自基板40之左側面向右移動。若如此，則如圖5所示般鑽石工具10之外周面12a與基板40之左上端部接觸。即，外周面12a之至少一部分或全部作為將尖頭P1導引至基板40之導引面發揮功能。此時，如圖9之放大圖所示，尖頭P1與基板40之間隔F由角度θ及高度之差D決定，例如若θ=15°且D=0.2mm，則F成為0.78mm。因此，導引面12a較佳為於鑽石工具10之周向上具有1.0mm以上之長度。繼而，若使鑽石工具於箭頭A方向上移動，則如圖6所示般基 板40抵抗氣缸32之壓力而將滑動部34略微上壓，從而板35本身上升。若進一步使刻劃頭單元30向右側移動，則一面導引面12a相對於基板40滑動一面包含頂面18a之尖頭P1之周邊部分進入至基板40，從而可開始自基板40之端部之刻劃、即外切刻劃。若進一步使刻劃頭單元30於箭頭A方向上移動而進行刻劃，則能以使鑽石工具10之頂面18a先行而稜線17a後行之方式進行刻劃。如上所述，於外切刻劃開始時，首先鑽石工具10之外周面(導引面)12a與基板40之左上端部接觸，其後包含頂面18a之尖頭由導引面導引而接觸於基板40，藉此即便藉由外切開始刻劃，亦可防止尖頭之損傷。進而，藉由寬度較寬之頂面先行與基板接觸其後稜線與基板接觸，而消除應力於基板40之端部之集中，從而亦可抑制基板端部之損傷。再者，於開始外切刻劃時，另一尖頭P2位於較基板40之邊緣部更靠外側且上方，故而尖頭P2亦不會損傷。

進而，如圖7所示，進行刻劃直至即將到達基板40之端部，其後使刻劃頭30上升並藉由內切使刻劃結束。再者，若進行刻劃直至尖頭P1自基板40之端部離開為止，即藉由外切使刻劃結束，則有如下可能性：於尖頭P1離開基板40後，刻劃頭藉由氣缸32而下降，從而尖頭P2於基板40之端部損傷。因此，較佳為藉由內切使刻劃結束。

而且，於與基板40接觸之尖頭P1因磨損而劣化之情形時，使鑽石工具10反轉，使另一尖頭P2與基板40接觸，同樣地使用尖頭P2進行刻劃。若如此，則可藉由新的尖頭進行刻劃。

再者，於第1實施形態中，於如圖1(a)般自兩側之側面11a、11b形成傾斜面13a、13b後，重新形成第1~第4傾斜面，亦可如圖 10所示般將傾斜面13a、13b分別設為第1、第2傾斜面，直接將外周面12a、12b之端部設為頂面，使用作為其交線之稜線14。於此情形時，導引面與頂面變得位於同一平面上。若如此，則可將稜線14之兩側與外周面之交點P1、P2設為尖頭，將外周面之與稜線相接之部分用作頂面，將外周面之與稜線分開之部分用作導引面。或者，亦可如圖11所示般略微研磨外周面12a、12b之端部，而另外形成頂面18a、18b。於此情形時，尖頭P1、P2共有稜線14，而外周面12a、12b成為導引面。

其次，對本發明之第2實施形態進行說明。於第1實施形態中，如圖2所示般以原傾斜面13a、13b之一部分殘留之方式形成第1~第4傾斜面15a、15b、16a、16b，但第2實施形態係如圖12所示般以使第1~第4傾斜面15a、15b、16a、16b變大而使原傾斜面13a、13b消失之方式進行研磨而形成者。

其次，使用圖13及圖14，對本發明之第3實施形態進行說明。於上述第1實施形態中，使用等腰三角形狀之基座，但本實施形態之鑽石工具50係於正方形之基座之各角部分別形成如圖2所示之2個尖頭者。如圖13所示，該實施形態之鑽石工具50使用單晶鑽石之正方形且固定厚度之板狀之基座51。而且，自基座51之一側面51a朝向4個外周面52a~52d之交點形成傾斜面53a~53d。同樣地，自另一側面51b朝向4個角部形成傾斜面54a~54d。

繼而，如圖14(a)、(b)所示，相對於傾斜面53a自側面51a向外周面52a及52b側分別傾斜而形成傾斜面55a、55b。又，同樣地，相對於傾斜面54a自側面51b朝向外周面52a、52b分別形成傾斜面56a、 56b。若如此，則位於原外周面52a之側之第1、第2傾斜面55a與56a相交，而於基座51之厚度方向之中間、較佳為中央位置，形成平行於基座之側面51a、51b之稜線57a。同樣地，位於原外周面52b之位置之第3、第4傾斜面55b與56b相交，而分別於基座51之厚度方向之中間、較佳為中央位置，形成平行於基座之側面51a、51b之稜線58a。

繼而，相對於傾斜面53b自側面51a向外周面52b及52c側分別傾斜而形成傾斜面55c、55d。又，同樣地，相對於傾斜面54b自側面51b朝向外周面52b、52c分別形成傾斜面56c、56d。若如此，則位於原外周面52b之位置之第1、第2傾斜面55c與56c相交，而於基座51之厚度方向之中間，較佳為如圖14(b)所示般於中央位置，形成平行於基座之側面51a、51b之稜線57b。同樣地，位於原外周面52b之側之第3、第4傾斜面55d與56d相交，而分別於基座51之厚度方向之中間、較佳為中央位置，形成平行於基座之側面51a、51b之稜線58b。

繼而，相對於傾斜面53c自側面51a向外周面52c及52d側分別傾斜而形成傾斜面55e、55f。又，同樣地，相對於傾斜面54c自側面51b朝向外周面52c、52d分別形成傾斜面56e、56f。若如此，則位於原外周面52c之位置之第1、第2傾斜面55e與56e相交，而於基座51之厚度方向之中間、較佳為中央位置，形成平行於基座之側面51a、51b之稜線57c。同樣地，位於原外周面52d之側之第3、第4傾斜面55f與56f相交，而分別於基座51之厚度方向之中間、較佳為中央位置，形成平行於基座之側面51a、51b之稜線58c。

進而，相對於傾斜面53d自側面51a向外周面52d及52a 側分別傾斜而形成傾斜面55g、55h。又，同樣地，相對於傾斜面54d自側面51b朝向外周面52d、52a分別形成傾斜面56g、56h。若如此，則位於原外周面52d之側之第1、第2傾斜面55g與56g相交，而於基座51之厚度方向之中間、較佳為中央位置，形成平行於基座之側面51a、51b之稜線57d。同樣地，位於原外周面52a之位置之第3、第4傾斜面55h與56h相交，而分別於基座51之厚度方向之中間、較佳為中央位置，形成平行於基座之側面51a、51b之稜線58d。

繼而，自外周面52a朝向傾斜面55a、56a形成頂面59a。同樣地，自外周面52b朝向傾斜面55b、56b形成頂面60a。繼而，自外周面52b朝向傾斜面55c、56c形成頂面59b，自外周面52c朝向傾斜面55d、56d形成頂面60b。繼而，自外周面52c朝向傾斜面55e、56e形成頂面59c，自外周面52d朝向傾斜面55f、56f形成頂面60c。繼而，自外周面52d朝向傾斜面55g、56g形成頂面59d，自外周面52a朝向傾斜面55h、56h形成頂面60d。將稜線57a~57d分別與頂面59a~59d相接之端部設為尖頭P1、P3、P5、P7。將稜線58a~58d分別與頂面60a~60d相接之端部設為尖頭P2、P4、P6、P8。

於該實施形態中，構成各尖頭之頂面與傾斜面亦均不構成其他尖頭而獨立，故而可不對其他尖頭產生影響而進行精密之研磨。若如此，則於基座之周圍可形成8個尖頭P1~P8。

又，於上述各實施形態中，由單晶鑽石構成基座整體，但由於只要與脆性材料基板接觸之表面部分為鑽石便足夠，故而亦可於使用超硬合金或燒結鑽石製而形成之基座之外周面及稜線之表面形成多晶鑽石 層，對其進一步精密地研磨而形成尖頭。又，亦可使用摻雜硼等雜質而具有導電性之單晶或多晶鑽石。藉由使用具有導電性之鑽石，可藉由放電加工容易地形成傾斜面。

又，於上述實施形態中，設為使鑽石工具向各尖頭中之頂面方向移動而進行刻劃，亦可向各尖頭之稜線方向移動而進行刻劃。

[產業上之可利用性]

本發明之鑽石工具可用於刻劃脆性材料基板之刻劃裝置，尤其是亦可有效地用於鑽石工具之磨損變多之硬度較高之刻劃對象。

Claims (4)

1. 一種鑽石工具，其具備：方形之基座，其具有側面及複數個外周面；第1、第2傾斜面，其等係相對於上述基座之至少1個角部，自上述基座之兩側面朝向相鄰之1個上述外周面而形成；稜線，其係上述第1、第2傾斜面之交線；及頂面，其設於上述1個外周面與上述稜線之間；上述外周面之與上述頂面鄰接之一部分或整個面成為導引面，至少上述稜線、上述頂面及上述導引面由鑽石形成，且將上述稜線與頂面之交點設為尖頭。
2. 如申請專利範圍第1項之鑽石工具，其中上述導引面之周向之長度為1mm以上。
3. 如申請專利範圍第1項之鑽石工具，其中上述基座為多邊形狀之基座，且於上述多邊形之1個角部具有2個上述尖頭。
4. 一種使用鑽石工具之刻劃方法，該鑽石工具具有於基座之角部形成於上述基座之厚度之中央之稜線、共有上述稜線之一端之頂面、及以與上述頂面鄰接之方式設置於與上述稜線為相反側之導引面，將由上述稜線與上述頂面共有之點設為尖頭，且該刻劃方法係：以上述鑽石工具之1個尖頭成為最低位置之方式將上述鑽石工具保持於刻劃頭，以於基板之外側上述尖頭成為較上述基板之上表面更靠下方之方式將刻劃頭下壓， 藉由使上述刻劃頭與基板之面平行地移動，而使上述導引面與基板之端部接觸，且於上述導引面於上述基板端部滑動特定距離後，上述頂面與上述基板端部接觸而開始外切刻劃。