CN105437390A - 用于刻划碳化硅板的方法和设备 - Google Patents

Abstract

刻划设备包括：水平工作台(3)，碳化硅板(2)在真空抽吸作用下固定在该水平工作台(3)上；进给螺纹(5)和Y轴控制电动机(6)，该进给螺纹(5)和Y轴控制电动机(6)用于使水平工作台(3)在刻划数字控制下沿着成对引导轨道(4、4)移动；引导轨道装置本体(7)，该引导轨道装置本体(7)沿着X轴方向安装在水平工作台(3)上方；支架(8)，该支架(8)安装在引导轨道装置本体(7)上，以便在被引导的同时沿X轴方向移动；进给螺纹和X轴控制电动机(9)，该进给螺纹和X轴控制电动机(9)用于使支架(8)在数字控制下沿X轴方向移动；以及刻划头部(10)，该刻划头部(10)安装在支架(8)上。

Description

用于刻划碳化硅板的方法和设备

本申请是国际申请号为PCT/JP2011/000061、国际申请日为2011年1月7日、进入中国国家阶段申请号为201180064329.9、名称为“用于刻划碳化硅板的方法和设备”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于刻划碳化硅板的方法以及设备，其中，通过借助切割轮向碳化硅板施加压力并使该切割轮在碳化硅板上滚动、从来在碳化硅板上刻划出刻划线。

背景技术

顺便而言，碳化硅板(SiC板)等由于表面硬度高，因而在进行刻划(刻划出刻划线)时切割轮非常容易打滑，并且较难刻划出可从刻划起始点开始获得有效垂直裂缝的刻划线。如果碳化硅板等由于沿着刻划线施加弯曲应力而折断，则在刻划起始点及其附近从垂直裂缝的断续部分开始容易产生碎片等等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2009-248267

发明内容

本发明需解决的问题

因此，本发明的目的是提供一种用于刻划碳化硅板的方法和设备，该方法和设备允许从刻划起始点开始持续地产生有效的垂直裂缝。

解决问题的手段

根据本发明，提供一种碳化硅板的刻划方法，该方法包括如下步骤：首先，在刻划开始时在刻划起始点处刻划出凹痕，并从该凹痕内开始进行刻划。

根据本发明，还提供一种碳化硅板的刻划方法，该方法包括如下步骤：首先，在刻划开始时，致使切割轮在切割轮于刻划起始点处与碳化硅板压接的状态下精细地转动或摆动，以由此在起始点处刻划出凹痕；随后从该凹痕内开始进行刻划。

此外，根据本发明，提供一种碳化硅板的刻划方法，该方法包括如下步骤：在刻划开始时，致使与切割轮单独设置的金刚石刻划针在起始点处伸出并与碳化硅板压接，以由此刻划出凹痕；随后使切割轮下降到凹痕中；以及从该凹痕内开始进行刻划。

此外，根据本发明，提供一种刻划设备，该刻划设备包括：刻划头部，该刻划头部具有切割轮并且适合于通过在与碳化硅板压接的状态下滚动而刻划出刻划线；以及金刚石划针单元，该金刚石划针单元具有金刚石刻划针，并且致使金刚石刻划针与碳化硅板压接，以便由此刻划出凹痕。

应注意到的是，前述凹痕的尺寸(直径)较佳地等于或小于刻划线的尺寸，但也可大于该刻划线的尺寸。

本发明中的碳化硅板例如用作半导体器件的基底(晶片)以及电子设备的器件之类的基底。

发明效果

在刻划开始时，首先通过在起始点进行刻划来形成凹痕，致使切割轮从该凹痕内开始刻划，从而从该起始点开始持续地产生有效的垂直裂缝。为此，在包括起始点的整个刻划线上获得优良的折断效果。

此外，由于切割轮从凹痕内开始，因而凹痕的中心和刻划线彼此对准。

附图说明

图1是一个示例中刻划设备的示意性正视图，在该刻划设备中执行本发明刻划方法的一个示例；

图2是利用图1所示刻划设备执行本发明刻划方法的说明性示意图；

图3是本发明刻划方法中刻划线的一个示例的示意性俯视图；

图4是本发明刻划方法中主要刻划部分的示意性剖视图；

图5是另一示例中刻划设备的示意性正视图，在该刻划设备中执行本发明刻划方法的另一示例；

图6是图5所示执行本发明刻划方法的刻划设备的刻划头部和金刚石划针单元的正视图；

图7是另一示例中刻划设备的示意性正视图，在该刻划设备中执行本发明刻划方法的又一示例；

图8是碳化硅板切割设备的示意图，在该碳化硅板切割设备中执行本发明刻划方法的又一示例；以及

图9是图8所示执行本发明刻划方法的刻划头部的正视图。

具体实施方式

以下将给出参照附图的本发明实施例的描述。当然，由于利用刻划头部和刻划设备来执行根据本发明的刻划方法，因而将通过刻划设备的实施例来描述根据本发明的刻划方法。

第一实施例

在图1至4中，刻划设备1具有：水平工作台3，碳化硅板2放置在该水平工作台3上并且在真空抽吸作用下固定；成对平行引导轨道4，该成对平行引导轨道4用于引导并支承水平工作台3沿Y轴方向水平移动；进给螺纹5和Y轴控制电动机6，该进给螺纹5和Y轴控制电动机6用于使水平工作台3在刻划数字控制下沿着引导轨道4移动；引导轨道装置本体7，该引导轨道装置本体7沿着X轴方向安装在水平工作台3上方；支架8，该支架8安装在引导轨道装置本体7上以在被引导的同时沿X轴方向移动；进给螺纹5和X轴控制电动机9，该进给螺纹和X轴控制电动机9用于使支架8在数字控制下沿X轴方向移动；以及刻划头部10，该刻划头部10安装在支架8的前表面上。

刻划头部10包括：花键轴12，该花键轴12在其下端处具有切割轮保持件11；转动花键单元13，该转动花键单元13用于将该花键轴12保持在中心，以使得该花键轴12可垂直移动并且也可转动；以及气缸单元15，该气缸单元15借助自由转动接头14联接于花键轴12的上端。

当然，气缸单元15的主体安装在支架8上，且活塞杆16借助自由转动接头14联接于花键轴12。

切割轮17设置在切割轮保持件11中。当然，切割轮17的轴线相对于花键轴12的轴线偏心地(相对于前进方向向后)设置。

保持在转动花键单元13中的花键轴12通过气缸单元15在转动花键单元13内沿Z轴方向(垂直于碳化硅板2的表面)垂直地移动。此外，在刻划过程中，沿与碳化硅板2的表面正交的方向对于切割轮17施加气压。

花键轴12由转动花键单元13驱动转动。

角度控制电动机19相对于转动花键单元13侧向设置。

转动花键单元13具有用于使花键轴12转动的驱动齿轮20。由于该驱动齿轮20与安装在角度控制电动机19上的齿轮21啮合联接，因而花键轴12且由此切割轮17通过该角度控制电动机19在角度控制下转动。也就是说，切割轮17的刀刃面经受角度控制以面向刻划方向。

下文，将给出关于通过该刻划设备1执行的本发明刻划方法的第一实施例的描述。

每次就在开始通过在向切割轮17施加气压的同时使切割轮17滚动而刻划出刻划线之前，首先使切割轮17下降至刻划起始点A，并且利用例如从0.1kg/cm²至2kg/cm²的刀缘载荷与碳化硅板2压接，其中该切割轮17由烧结金刚石轮构成并且较佳地具有从90°至140°的刀具角度以及从2mm至3.5mm的半径(切割轮直径)。在此种压接状态下，切割轮17精细地转动或摆动，以便由此在该起始点A处形成凹痕B。如图1至4所示，从该凹痕B内开始，致使切割轮17在压接状态下开始刻划，由此刻划出从凹痕B开始的连续刻划线C。

该方法是如下一种方法：每次形成刻划线C时，通过在起始点A处刻划而形成凹痕B并且从该凹痕B开始进行刻划。

应注意到的是，凹痕B的尺寸(直径)等于或小于刻划线C的尺寸。在图3中，为了进行解释而放大地示出了该凹痕。

因此，由于从通过在起始点A处进行刻划而形成的凹痕B内执行刻划，因而可从凹痕(起始点A)产生连续的垂直裂缝，而切割轮从起始点A开始不会发生打滑，由此可获得优良的折断效果。

此外，由于切割轮17从凹痕B开始，因而凹痕B的中心和刻划线C彼此对准。

第二实施例

在图5和6中，刻划设备22具有金刚石划针单元25，该金刚石划针单元25在支架24的前表面上设置成与同样设置在该支架前表面上的刻划头部23并置。

金刚石划针单元25专用于在刻划开始时在碳化硅板2上刻划形成凹痕B。该实施例中的刻划设备22具有：工作台26，碳化硅板2放置在该工作台26上并且在真空抽吸作用下固定，且该工作台水平地转动；成对平行引导轨道27，该成对平行引导轨道27用于引导并支承工作台26沿Y轴方向水平移动；进给螺纹28和Y轴控制电动机29，该进给螺纹28和Y轴控制电动机29用于使工作台26在刻划数字控制下沿着引导轨道27移动；引导轨道装置本体30，该引导轨道装置本体30沿着X轴方向安装在工作台26上方；支架24，该支架24安装在引导轨道装置本体30上以在被引导的同时沿X轴方向移动；进给螺纹和X轴控制电动机31，该进给螺纹和X轴控制电动机31用于使支架24在数字控制下沿X轴方向移动；刻划头部23，该刻划头部安装在支架24的前表面上；以及金刚石划针单元25，该金刚石划针单元25类似地设置在支架24的前表面上并与刻划头部23并置。在该刻划设备22中，刻划头部23在其下端处具有切割轮32，该切割轮由烧结金刚石轮构成并且较佳地具有从90°至140°的刀具角度以及从2mm至3.5mm的半径(切割轮直径)。然而，该刻划设备22并不设有角度控制单元，该角度控制单元用以使切割轮32绕垂直于碳化硅板2的轴线转动。该刻划设备22沿着引导轨道装置本体30执行沿X轴线方向的刻划。

该刻划头部23还致使切割轮32在借助气压利用例如从0.1kg/cm²至2.0kg/cm²的刀缘载荷与碳化硅板2压接的状态下滚动，以由此刻划出刻划线。也就是说，刻划头部23包括滑套本体33、垂直移动本体34、切割轮保持件35以及气缸单元36，该滑套本体安装在支架24的前表面上，该垂直移动本体由滑套本体33保持从而可垂直移动，该切割轮保持件设置在垂直移动本体34的下端处，而该气缸单元36联接于垂直移动本体34的上端。

切割轮保持件35设有切割轮32。垂直移动本体34的上端联接于气缸单元36的活塞杆37。

垂直移动本体34由气缸单元36垂直地移动，并且在刻划过程中，切割轮32通过借助垂直移动本体34接受来自气缸单元36的压力而利用例如从0.1kg/cm²至2.0kg/cm²的刀缘载荷与碳化硅板2压接，且由此结合支架24的运动而滚动以执行刻划。

同时，金刚石划针单元25具有：DD电动机38，该DD电动机38具有安装在支架24的前表面上的中空轴；花键轴39，该花键轴可滑动地保持在中空轴中以接受转动驱动；金刚石刻划针40，该金刚石刻划针设置在花键轴39的下端处；以及气缸单元42，该气缸单元借助自由转动接头41连接于花键轴39的上端，且气缸单元42的活塞杆43联接于花键轴39。

在操作金刚石划针单元25的方面，随着花键轴39由气缸单元42朝向碳化硅板2延伸，远端处的金刚石刻划针40与碳化硅板2压接。同时，通过驱动DD电动机28使远端处的金刚石刻划针40精细地转动，由此形成凹痕B。

作为通过气缸单元42进行垂直移动的替代，金刚石刻划针40或整个金刚石划针单元25可通过直线电动机或伺服电动机垂直地移动。

下文将对通过该刻划设备22执行的刻划方法进行描述。

每次在碳化硅板2上刻划出刻划线时，在刻划开始时，首先将金刚石划针单元25定位在刻划起始点A处，并操作金刚石划针单元25。通过使花键轴39延伸来使远端处的金刚石刻划针40在起始点A处压接，且金刚石刻划针40精细地转动或摆动，由此在该起始点A处形成凹痕B。

在形成凹痕B的同时，抽回金刚石刻划针40。然后，再使切割轮32运动并定位在形成凹痕B的位置(起始点A)处。然后，切割轮32伸出并且在凹痕B内利用例如从0.1kg/cm²至2.0kg/cm²的刀缘载荷与碳化硅板2压接。在该状态下，从凹痕B内开始刻划，且从凹痕B连续地刻划出刻划线C。

应注意到的是，凹痕B的尺寸(直径)通常等于或小于刻划线C的尺寸，但也可大于该刻划线的尺寸。

第三实施例

在图7中，在根据该实施例的刻划设备45中，刻划头部47和金刚石划针单元48彼此独立地制造并且分别按照在单独的支架49和50上，该刻划头部由烧结金刚石轮构成并且较佳地具有从90°至140°的刀具角度以及从2mm至3.5mm的半径(切割轮直径)，且适合于通过在利用从0.1kg/cm²至2.0kg/cm²的刀缘载荷与碳化硅板2压接的状态下滚动而刻划出刻划线C，另一方面，该金刚石划针单元专用于在碳化硅板2刻划形成凹痕B。

相应的支架49和50独立地安装在引导轨道本体52上并且适合于彼此独立地移动，该引导轨道本体52安装在工作台51上方。也就是说，刻划头部47和金刚石划针单元48彼此独立地移动。

此外，刻划头部47和金刚石划针单元48的相应结构和操作可与前述第二实施例中示出的刻划设备22的刻划头部23和金刚石划针单元25的结构和操作相同。

同样与第二实施例相同的是，刻划设备45具有：工作台51，碳化硅板2放置在该工作台51上并且在真空抽吸作用下固定，且该工作台水平地转动；成对平行引导轨道53，该成对平行引导轨道53用于引导并支承工作台51沿Y轴方向水平移动；进给螺纹58和Y轴控制电动机54，该进给螺纹58和Y轴控制电动机53用于使工作台51在数字控制下沿着引导轨道53移动；引导轨道装置本体52，该引导轨道装置本体52沿着X轴方向安装在工作台51上方；两个支架49和50，该支架49和50安装在引导轨道装置本体52上以在被引导的同时沿X轴方向移动；进给螺纹和一个X轴控制电动机55，该进给螺纹和X轴控制电动机55用于使一个支架49在数字控制下沿X轴方向移动；进给螺纹和另一个X轴控制电动机56，该进给螺纹和X轴控制电动机56用于使另一个支架50类似地在数字控制下沿X轴方向移动；前述刻划头部47，该刻划头部安装在一个支架49的前表面上；以及前述金刚石划针单元48，该金刚石划针单元48设置在另一支架50的前表面上。

与第二实施例中的金刚石划针单元25相同，金刚石划针单元48在其后端处具有金刚石刻划针57，且该金刚石刻划针57适合于朝向碳化硅板2伸出与该碳化硅板压接并精细地转动或摆动，以由此刻划出凹痕B。

下文将对通过该刻划设备45执行的刻划方法进行描述。

每次在碳化硅板2上刻划出刻划线时，在刻划开始时，首先使金刚石划针单元48移动并定位在刻划起始点A处，并马上操作金刚石划针单元48以由此通过在起始点A处进行刻划而形成凹痕B。在形成凹痕B之后，金刚石划针单元48马上返回至其原始位置。然后，再使刻划头部47移动并定位在形成凹痕B的位置(起始点A)处。然后，切割轮46伸出并且在凹痕B内利用例如从0.1kg/cm²至2.0kg/cm²的刀缘载荷与碳化硅板2压接。在该状态下，从凹痕B内开始刻划，且从凹痕B连续地刻划出刻划线C。

当然，凹痕B的尺寸(直径)等于或小于刻划线C的尺寸，但也可大于该刻划线的尺寸。

第四实施例

在图8和图9中，采用该碳化硅板切割设备60，设有切割轮61的支架62通过经受NC控制而在平面坐标系中移动，在该刻划设备9中，该切割轮由烧结金刚石轮构成并且较佳地具有从90°至140°的刀具角度以及从2mm至3.5mm的半径(切割轮直径)。因此，切割轮61通过经受NC控制而在正交坐标系中移动。

如图8所示，成对引导轨道64沿着Y轴设置在基部63上，且运动基部65通过引导轨道64沿Y轴方向移动。此外，沿着X轴的成对引导轨道66设置在运动基部65上。支架63可由这些引导轨道66沿X轴方向移动。运动基部65由Y轴控制电动机67和啮合齿条装置或进给螺纹在数字控制下沿Y轴方向移动。

运动基部65上的支架62由X轴控制电动机68和啮合齿条装置或进给螺纹在数字控制下沿X轴方向移动。

因此，支架62沿X轴方向和Y轴线方向的定位受控，且安装在支架62上的切割轮61沿着与预编程运动轨迹移动。下文中，如图9所示，切割器头部69、同样也是刻划头部安装在支架62的前表面上。

切割器头部69包括：花键轴71，该花键轴71在其下端处具有切割轮保持件70；转动花键单元72，该转动花键单元72用于将该花键轴71保持在中心以使得该花键轴71可垂直移动并且也可转动；以及气缸单元，该气缸单元借助自由转动接头73联接于花键轴71的上端。气缸单元74的主体安装在支架62上，且活塞杆75借助自由转动接头73联接于花键轴71。

切割轮61设置在切割轮保持件70中。切割轮61的轴线相对于花键轴71的轴线偏心地(相对于前进方向向后)设置。

保持在转动花键单元72中的花键轴71通过气缸单元74在转动花键单元72内沿Z轴方向(垂直于碳化硅板2的表面)垂直地移动。

在刻划过程中，沿与碳化硅板2的表面正交的方向对于切割轮61施加气压。此外，花键轴71由转动花键单元72驱动转动。角度控制电动机76相对于转动花键单元72侧向地设置。

转动花键单元72具有用于使花键轴71转动的驱动齿轮77。由于该驱动齿轮77与安装在角度控制电动机76上的齿轮78啮合联接，因而花键轴71且由此切割轮61通过该角度控制电动机76在角度控制下转动。

也就是说，切割轮61的刀刃面经受角度控制以面向刻划方向。碳化硅板2放置在设置于基部63上的工作台79上，并且根据需要而吸住并固定。

下文，将给出关于通过该刻划设备1执行的本发明刻划方法的描述。

每次就在开始通过在向切割轮61施加气压的同时使切割轮61滚动而刻划出刻划线之前，首先使切割轮61下降至刻划起始点A并且利用例如从0.1kg/cm²至2kg/cm²的刀缘载荷与碳化硅板2压接。在此种压接状态下，切割轮61精细地转动或摆动以由此在该起始点A处形成凹痕B。然后，从该凹痕B内开始，致使切割轮61在压接状态下开始刻划，由此刻划出从凹痕B开始的连续刻划线C。

该方法是如下一种方法：每次形成刻划线C时，通过在起始点A处刻划而形成凹痕B并且从该凹痕B开始进行刻划。

因此，由于从通过在起始点A处进行刻划而形成的凹痕B内执行刻划，因而可从凹痕(起始点A)产生连续的垂直裂缝，而切割轮从起始点A开始不会发生打滑，由此可获得优良的折断效果。

此外，由于切割轮61从凹痕B开始，因而凹痕B的中心和刻划线C彼此对准。

Claims (4)

1.一种碳化硅板刻划方法，所述方法包括如下步骤：首先在刻划开始时在刻划起始点处刻划出凹痕；以及从所述凹痕内开始刻划。

2.一种碳化硅板刻划方法，所述方法包括如下步骤：在刻划开始时，首先致使切割轮在所述切割轮于刻划起始点处与碳化硅板压接的状态下转动或摆动，由此在所述起始点处刻划出凹痕；随后从所述凹痕内开始刻划。

3.一种碳化硅板刻划方法，所述方法包括如下步骤：在刻划开始时，首先致使与切割轮单独设置的金刚石刻划针在所述金刚石刻划针于刻划起始点处与碳化硅板压接的状态下转动或摆动，由此刻划出凹痕；随后致使所述切割轮在所形成的凹痕处与所述碳化硅板压接；从所述凹痕内开始刻划。

4.一种刻划设备，包括：刻划头部，所述刻划头部具有切割轮，并且适合于通过使所述切割轮在与碳化硅板压接的状态下滚动来刻划处刻划线；以及金刚石划针单元，所述金刚石划针单元具有金刚石刻划针，并且致使所述金刚石刻划针与所述碳化硅板压接，以便由此刻划出凹痕。