JP6262960B2

JP6262960B2 - 基板分断装置

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Publication number: JP6262960B2
Application number: JP2013173557A
Authority: JP
Inventors: 村上　健二; 健二村上; 武田　真和; 真和武田
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2018-01-17
Anticipated expiration: 2033-08-23
Also published as: KR20150022638A; TW201507984A; TWI591030B; JP2015039872A; CN104416682A

Description

本発明は、セラミック基板等の脆性材料基板の分断装置に関する。特に本発明は、基板の片面に樹脂層または金属層が付着された基板に対し、セラミック面に形成した複数条のスクライブラインに沿って短冊状あるいは格子状に基板を分断してチップ等の単位製品とする基板分断装置に関する。

従来より、セラミック基板等の脆性材料基板に対して、ダイシングソー等を用いて、予め複数条のスクライブラインを形成し、その後に、外力を印加して基板を撓ませてスクライブラインに沿ってブレイクすることにより、チップ等の単位製品を取り出す方法が知られている（例えば特許文献１、特許文献２等）。

脆性材料基板に対し、スクライブラインに沿って曲げモーメントを加えてブレイクする際、曲げモーメントを効果的に生じさせるために、多くの場合、上記特許文献等に示すような３点曲げ方式にて行われている。
図９並びに図１０は、片面に樹脂層または金属層を有するアルミナ基板やＬＴＣＣ基板（低温焼成セラミックス基板）を３点曲げ方式でブレイクして単位製品を取り出す一般的なブレイク工程を説明するための図である。なお、上記樹脂層または金属層は、コンデンサやインダクタとしての機能を発揮させるため、またはデバイス保護のために形成されている。
回路パターンを表面または内部に形成した基板本体１１の表面に、薄い樹脂層または金属層（以下「表面層１２」という）を積層した基板Ｗを、ダイシングリング１３に支持された弾力性のある粘着フィルム１４に貼り付ける。基板本体１１の下面には前工程で複数条のスクライブライン（切り溝）Ｓが形成されている。
図１０に示すように、スクライブラインＳを跨いでその左右位置で基板Ｗの下面を受ける一対の受刃１５、１５が配置されている。基板ＷのスクライブラインＳに相対する部位の上方にはブレイク刃１６が配置されている。このブレイク刃１６を図１０（ｂ）に示すように基板Ｗに押しつけることによって、基板を撓ませてスクライブラインＳからブレイクしている。この際、ブレイク刃１６によって最初に押しつけられる表面層１２は、ブレイク刃１６の刃先によってまず切断され、その後さらなるブレイク刃１６の押しつけによって基板Ｗが撓んでスクライブラインＳから分断される。

特開２０１２−１３１２１６号公報特開２０１１−２１２９６３号公報

分断に使用されるブレイク刃１６は、使用寿命の面からできるだけ大きな刃先角度で形成するのが好ましい。基板Ｗの基板本体１１部分の分断には、ブレイク刃１６の刃先角度が９０度以上の鈍角、例えば１００度の刃先であっても充分に分断することが可能である。しかし、鈍角の刃先では表面層１２をきれいに分断することができず、表面層１２の一部が分断されずに残る場合がある。このような状態が発生すると、連続した生産ラインの流れに弊害を生じると共に、加工品質や歩留まりの低下の原因となる。一方、ブレイク刃１６の刃先を鋭突、例えば３０度以下の鋭角な刃先にすれば、押しつけ時に表面層１２を切断することはできるが、鋭角な刃先は破損しやすく使用寿命の点で問題がある。
また、基板Ｗの分断にブレイク刃１６を使用する場合、ブレイク刃１６を反復して上下動させる昇降機構が必要となって装置が大掛かりとなる。加えて、ブレイク時に基板Ｗの分断すべきスクライブラインＳがブレイク刃１６の直下となるように正確に位置決めして停止させなければならないので、位置検知のための複雑な機構を必要とする。また、ブレイク毎に基板Ｗを停止させなければならないので、基板分断に要するトータル時間が長くなるといった問題点があった。

そこで本発明は、上記した従来課題の解決を図り、ブレイク刃を用いることなく、簡単な機構で、樹脂または金属の表面層を備えた脆性材料基板を効率的に分断することができる新規な基板分断装置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、本発明の基板分断装置では、基板本体の上面に樹脂または金属の表面層が積層され、前記基板本体の下面に所定のピッチで複数条のスクライブラインが形成されている脆性材料基板をブレイクする基板分断装置であって、前記脆性材料基板の前記スクライブラインを送り方向と直交する方向にした状態で、かつ、下向きにした状態で前記脆性材料基板を載置して搬送するコンベアと、前記コンベアの送り方向中間位置に形成され、搬送中の前記脆性材料基板が上方に***した後にすぐに下降するように移動させる***部と、前記***部の上方で、前記コンベアにより送られてくる前記脆性材料基板の上面に弾力的に接触する弾性部材とからなり、前記***部は、前記脆性材料基板が当該***部を乗り越えるように移動する際に前記脆性材料基板が上方に撓むように形成されている構成とした。
また、前記***部は、コンベアベルトの下面から持上げ部材でコンベアベルトを持ち上げて形成してもよく、あるいはコンベアを前部コンベアと後部コンベアとに分割して、これら前後のコンベアの間に前記***部を形成してもよい。

本発明によれば、工程中に基板の搬送作業を停止させることなく、コンベアにより上流から下流に移動させながら、***部と弾性部材との間で基板を撓ませてスクライブラインから順次分断するようにしたので、ブレイク毎に基板を停止させてブレイク刃を上下動させる従来方式に比べて分断に要する時間を大幅に短縮することができる。また、大掛かりな反復昇降機構を必要とするブレイク刃を使用しないため、分断装置をコンパクトに形成することができるとともに、***部と弾性部材とによる簡単な構成により低コストで提供できる。加えて、ブレイク刃で分断する場合のように、基板の分断すべきスクライブラインの位置決めを必要としないため、位置検知のための複雑な機構を省略することができる、といった種々の効果がある。

本発明の基板分断装置において、前記弾性部材が支持部材に保持され、前記弾性部材の下面に接した状態で基板送り方向に回動することが可能な回転ベルトが前記支持部材に取り付けられており、前記回転ベルトは、前記***部で前記脆性材料基板が上方に撓んだときに前記弾性部材と共に凹むことができるように弾性材料で形成されている構成とするのがよい。
これにより、基板が弾性部材の下方を通過する際に、前記コンベアによる搬送と、回転ベルトの基板送り方向への回動によって基板を滑らかに搬送することができる。

本発明の基板分断装置において、前記***部が上下位置調整可能に形成されている構成とするのがよい。
これにより、加工対象となる基板の厚みや素材の種類に応じて***部の***量を分断に最適な状態に調整することができる。

本発明の基板分断装置において、前記弾性部材が上下位置調整可能に形成されている構成とするのがよい。
これにより、加工対象となる基板の厚みに応じて弾性部材の上下位置を微調整することができ、基板の移動を滑らかに行うことができる。

分断対象となる基板の分断過程を示す説明図。本発明に係る基板分断装置の一例を示す概略的な断面図。本発明の基板分断装置による基板分断工程を示す説明図。本発明における持上げ部材の別実施例を示す説明図。本発明における弾性部材の別実施例を示す説明図。本発明におけるコンベアの別実施例を示す説明図。図６で示した***部の別実施例を示す説明図。本発明における***部の上下調整機構を示す説明図。従来の基板分断方法を説明するための斜視図。従来の基板分断方法を示す断面図。

以下、本発明に係る基板分断装置の詳細を、一実施形態を示す図面に基づいて詳細に説明する。図１は加工対象の一例となるアルミナ基板Ｗを示すものである。基板Ｗの基板本体１の内部または上面には電子回路パターン（図示外）が形成されており、表面にはデバイス保護およびコンデンサやインダクタとしての特性を制御する樹脂または金属の薄い表面層２が積層されている。また、基板本体１の下面には、前段工程で互いに交差するＸ−Ｙ方向の複数条のスクライブライン（切り溝）Ｓ１、Ｓ２が所定のピッチをあけて形成されている。
この基板Ｗは、以下で述べる本発明の基板分断装置によって、まずＸ方向のスクライブラインＳ１に沿って分断されて図１（ｂ）に示すような長方形の短冊状基板Ｗ１に加工され、次いでＹ方向のスクライブラインＳ２に沿って分断されて、図１（ｃ）に示す単位製品Ｗ２が取り出される。

図２は、本発明に係る基板分断装置の一実施例を概略的に示す断面図である。この基板分断装置は、基板Ｗを載置して上流から下流に搬送するコンベア３と、コンベア３の中間位置に形成された***部４と、***部４の上方で、コンベア３により送られてくる基板Ｗの上面に弾力的に接触する位置に配置された平らな下面を有する弾性部材５とからなる。
本実施例において***部４は、コンベア３のコンベアベルト３ａの下面から持上げ部材４ａでコンベアベルト３ａ（および載置された基板Ｗ）を一旦上方に***させ、その後すぐに下降するように形成されている。この***部４は、基板Ｗが当該***部４を乗り越える際に上方に盛り上がって撓むように、コンベア３の水平な載置面ａより高さｈだけ上方に***して形成されている。
持上げ部材４ａは、自由回転する回転ローラで形成するのがよい。これにより、コンベアベルト３ａの滑動を滑らかに行うことができる。なお、この持上げ部材４ａは、図４（ａ）に示すように、上面を滑らかな円弧状の凸面とした凸状材４ｂ、または図４（ｂ）に示すように滑らかな略三角状の凸面とした凸状材４ｃで形成することもできる。

弾性部材５は、基板Ｗが上方に盛り上がったときに基板Ｗを傷めることなく弾力的に凹むことができる弾力性を備えた天然または合成ゴム等の弾性素材で作られている。また、本実施例では、弾性部材５は支持部材６に保持され、位置調整機構（図示外）により上下位置が調整できるように形成されている。これにより、加工対象となる基板Ｗの厚みに応じて弾性部材５の下面とコンベア３の載置面ａとの間隔Ｌを微調整することができるようにしている。

次に、本発明の基板分断装置の動作について説明する。
まず、図２に示すように、分断すべきＸ方向のスクライブラインＳ１を送り方向と直交する方向かつ下向きにした状態で、基板Ｗをコンベア３の上流位置に載置して下流方向（図の矢印方向）に移動させる。基板Ｗは、図３（ａ）に示すように弾性部材５の下方を水平に移動して***部４に到達する。なおこの際、基板Ｗが滑らかに移動できるように、弾性部材５の下面が基板Ｗの表面に近接する位置にあるか、あるいは軽く接触する程度に、弾性部材５の位置を予め調整しておく。

続いて基板Ｗの先頭部分は、図３（ｂ）に示すように、***部４に乗り上げて最初のスクライブラインＳ１’が上方に屈曲する。この屈曲による撓みによってスクライブラインＳ１’の亀裂が厚み方向に浸透して基板本体１が分断される。このとき、スクライブラインＳ１’上の表面層２は折れ曲げにより脆弱になるがまだ分断されていない。
次いで、図３（ｃ）に示すように、スクライブラインＳ１’の部分が***部４の頂部にくると、基板Ｗの湾曲によってスクライブラインＳ１’がＶ字状に開くと共に、そのときの引張応力によって表面層２の上記脆弱となった部分が分断される。これにより基板ＷはスクライブラインＳ１’から完全に分断される。
このような動作を図３（ｄ）に示すように順次繰り返すことにより、基板Ｗは図１で示すＸ方向の全てのスクライブラインＳ１から分断されてコンベア３で下流に移動され、複数の短冊状基板Ｗ１が取り出される。

短冊状基板Ｗ１は、その後、Ｙ方向のスクライブラインＳ２を送り方向に対して直交する方向かつ下向きにした状態でコンベア３上に載置される。そして、上記同様に、下流方向に移動させることにより先頭のスクライブラインＳ２から順次ブレイクされ、図１（ｃ）に示す単位製品Ｗ２が完成する。

発明者等は、表面に約１００μｍの樹脂層並びに約１０μｍの金属層からなる薄い表面層をそれぞれ積層した厚さ０．４ｍｍのアルミナ基板を加工対象とし、下記の条件でブレイク実験を繰り返し行った。
コンベア３の載置面ａと弾性部材５との間隔Ｌ：０．４５ｍｍ
弾性部材５の厚み：３ｍｍ
***部４としてのローラの直径：１ｍｍ
ローラの突出量（コンベア３の載置面ａからの突出高さ）ｈ：０．１５ｍｍ
スクライブラインのピッチ：４ｍｍ
コンベア３による基板Ｗの送り速度：３０ｍｍ／ｓｅｃ
結果はいずれの場合も良好で、きれいに分断することができた。

図５は本発明の基板分断装置の別の実施例を示すものである。
この実施例では、弾性部材５を保持する支持部材６の周りに回転ベルト７が設けられており、この回転ベルト７の一部が弾性部材５の下面に面接した状態で配置されている。回転ベルト７は複数の、例えば４つの輪体８によって保持され、コンベア３で送られてくる基板Ｗとの接触によって基板送り方向に自由回転するように取り付けられている。回転ベルト７は、図５（ｂ）で示すように、基板Ｗが***部４で持ち上がったときに、弾性部材５と共に上方に凹むことができるようにゴム等の薄い弾性帯状部材で形成されている。これにより、基板Ｗの搬送を容易にしている。
なお、回転ベルト７を、コンベア３の送り速度と同期して回動するようにすることも可能である。その際には駆動源（モータ）を１つにして同期させてもよい。

図６は本発明のさらに別の実施例を示すものである。この実施例では、コンベア３が前部コンベア３Ａと後部コンベア３Ｂとに分割されており、この前後のコンベア３Ａ、３Ｂとの間に***部４が形成されている。***部４は自由回転する回転ローラ４ｄで形成されている。なお、本実施例では、***部４の上方に配置される弾性部材５として、図２で示した構成のものを示したが、図５の回転ベルト７を有する構成のものを使用してもよい。いずれの場合も先の実施例と同様のブレイク動作を行うことができる。
なお、回転ローラ４ｄに代えて、図７（ａ）に示すように上面を滑らかな円弧状の凸面とした凸状材４ｅ、または図７（ｂ）に示すように滑らかな略三角状の凸面とした凸状材４ｆで形成することもできる。

以上のように、本発明によれば、基板Ｗの搬送作業を停止させることなく、コンベア３により上流から下流に移動させながら、***部４と弾性部材５との間で基板Ｗを撓ませてスクライブラインに沿って順次分断するようにしたので、分断に要する時間を短縮することができる。また、大掛かりな反復昇降機構を付帯するブレイク刃を使用せず、***部４と弾性部材５とによる簡単な部材で構成されているので、分断装置をコンパクトに、かつ、低コストで形成することが可能となる。さらに、ブレイク刃で分断する場合のように、基板の分断すべきスクライブラインの位置決めを必要としないので、位置検知のための複雑な機構を省略することができる。

本発明において、上記した***部４の高さ（***量）を調整可能に形成するのが好ましい。この場合、図２の実施例では、図８（ａ）に示すように持上げ部材４ａを上下調整機構９により上下調整できるようにする。また、図６の実施例では、図８（ｂ）に示すように、回転ローラ４ｄ（または凸状材４ｅ、４ｆ）を上下調整機構９により上下調整できるようにする。
これにより、分断すべき基板Ｗの厚みや素材の種類に応じて***部４の***量を分断に最適な状態に調整することができる。

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い。例えば本発明では、上記したような樹脂や金属などの薄い表面層２を有しない脆性材料基板も加工対象とすることができる。その他本発明では、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。

本発明の分断装置は、表面に樹脂や金属の薄い表面層を有するアルミナ基板、ＬＴＣＣ基板等の脆性材料からなる基板の分断に好適に利用される。

Ｓ１、Ｓ２分断すべきスクライブライン
Ｗ基板
１基板本体
２表面層
３コンベア
３ａコンベアベルト
４ ***部
４ａ持上げ部材
５弾性部材
６支持部材
７回転ベルト
９上下調整機構

Claims

基板本体の上面に樹脂または金属の表面層が積層され、前記基板本体の下面に所定のピッチで複数条のスクライブラインが形成されている脆性材料基板をブレイクする基板分断装置であって、
前記脆性材料基板の前記スクライブラインを送り方向と直交する方向にした状態で、かつ、下向きにした状態で前記脆性材料基板を載置して搬送するコンベアと、
前記コンベアの送り方向中間位置に形成され、搬送中の前記脆性材料基板が上方に***した後にすぐに下降するように移動させる***部と、
前記***部の上方で、前記コンベアにより送られてくる前記脆性材料基板の上面に弾力的に接触する弾性部材とからなり、
前記***部は、前記脆性材料基板が当該***部を乗り越えるように移動する際に前記脆性材料基板が上方に撓むように形成されている基板分断装置。
前記***部は、前記コンベアのベルトの下方から持上げ部材でベルトを持ち上げるように形成されている請求項１に記載の基板分断装置。
前記コンベアが前部コンベアと後部コンベアとに分割され、これら前後のコンベアの間に前記***部が形成されている請求項１に記載の基板分断装置。
前記弾性部材が支持部材に保持され、前記弾性部材の下面に接した状態で基板送り方向に回動することが可能な回転ベルトが前記支持部材に取り付けられており、前記回転ベルトは、前記***部で前記脆性材料基板が上方に撓んだときに前記弾性部材と共に凹むことができるように弾性材料で形成されている請求項１〜請求項３のいずれかに記載の基板分断装置。
前記***部が上下位置調整可能に形成されている請求項１〜請求項４のいずれかに記載の基板分断装置。
前記弾性部材が上下位置調整可能に形成されている請求項１〜請求項５のいずれかに記載の基板分断装置。