JPWO2003057440A1

JPWO2003057440A1 - Cutter wheel for non-metallic material, scribing device using the cutter wheel, and scribing method using the cutter wheel

Info

Publication number: JPWO2003057440A1
Application number: JP2003557781A
Authority: JP
Inventors: 若山　治雄; 治雄若山
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP4081013B2; TWI254702B; TW200301755A; WO2003057440A1; AU2002367270A1

Abstract

カッターホイール１は、軸孔６に支軸を挿通させて、脆性材料の表面上を転動しつつ脆性材料表面からの刃先２の侵入深度を規制する規制面３を刃先２の両側に有している。このカッターホイールを用いた非金属材料のスクライブ方法は、このカッターホイールをその規制面が非金属材料の表面に接触するまで加圧して刃先を非金属材料内に侵入させた状態を維持しながら該カッターホイールを所定方向に転動させることにより非金属材料をスクライブする。The cutter wheel 1 has a regulation surface 3 on both sides of the blade edge 2 for restricting the penetration depth of the blade edge 2 from the surface of the brittle material while rolling on the surface of the brittle material by inserting the support shaft into the shaft hole 6. ing. The non-metallic material scribing method using the cutter wheel presses the cutter wheel until the regulation surface comes into contact with the surface of the non-metallic material, and maintains the state in which the blade edge is intruded into the non-metallic material. The non-metallic material is scribed by rolling the cutter wheel in a predetermined direction.

Description

技術分野
本発明は、例えばガラス、シリコン、セラミックス等といった非金属性の脆性材料やプラスチックシートといった非金属材料の切断に好適なカッターホイールと、このカッターホイールを用いたスクライブ装置、並びにスクライブ方法に関する。
背景技術
従来、上記脆性材料のスクライブには図１８に示すような鈍角を有する刃先を備えたカッターホイールＨが広く用いられている。このカッターホイールＨによるスクライブは、通常、刃先に脆性材料Ｇの材質や厚み等の諸条件に見合った荷重をかけながらカッターホイールＨを脆性材料の表面上を転動させることにより行われ、これによって脆性材料の表面に連続する垂直クラックＫのライン、すなわちスクライブラインが形成される。
また、例えばガラス基板のスクライブ工程においては、図１９に示すように、ガラス基板Ｇをクロススクライブすることが日常的に行われている。このとき、第１の方向にスクライブを行ったときにスクライブラインＬ１〜Ｌ３の各両側に蓄積された内部歪みの影響を受けて、第１の方向と交差する第２の方向にスクライブを行ったとき、先のスクライブラインＬ１〜Ｌ３との交点付近でいわゆる交点飛びと呼ばれる現象が発生し、当該交点付近で第２のスクライブラインＬ４〜Ｌ６が形成されないといったことがしばしば起こる。内部歪みは、水平クラックの形で加工物の表面に出てくるため、カレットの発生とかブレーク後の断面品質の低下等の問題に関連してくる重要な現象で、できるだけその発生を減らす必要がある。そのためには、スクライブ時のスクライブ動作が安定することが必要となり、具体的にはスクライブ動作中にスクライブ圧を所定範囲内で安定させることが重要となる。そこで、上記の現象の発生を防止するため、従来は、第２のスクライブラインＬ４〜Ｌ６を形成するときに、その刃先荷重を第１のスクライブラインＬ１〜Ｌ３を形成した時の刃先荷重の約１．２〜３倍にしていた。
また、プラスチックシートのスクライブにおいては、プラスチックシートを硬いテーブルなどの上に吸着固定させてスクライブしていた。なお、プラスチックシートの場合は、図１８に示すカッターホイールの刃先角度は脆性材料の場合と異なり鋭角になっている。
脆性材料とかプラスチックシートとかの加工対象物をスクライブ加工する場合に、加工対象物の表面上を転動させて対象物の表面部を加工するカッターホイールを使用する場合は、加工対象物の表面に対してカッターホイールの刃先部を押圧方向に如何に安定して押圧させながら転動移動させていくのかが関心事である。
加工対象物の材料が脆性材料かプラスチック材料かによって、加工表面で発生する現象が異なるので、材料別に以下に詳述する。
まず、脆性材料の場合には、カッターホイールＨにより脆性材料Ｇに垂直クラックＫが発生するメカニズムをみてみると、まず刃先に荷重がかかることで脆性材料Ｇ表面の刃先と当接している箇所に弾性変形が生じ、次いで刃先荷重の増大に伴い上記箇所に塑性変形が生じる。さらに刃先荷重が増大すると塑性変形の限界点を超えることとなり、その結果脆性破壊が発生し、脆性材料の厚み方向に垂直クラックＫが成長し始める。この垂直クラックＫの成長は、垂直クラックＫの先端Ｍが、刃先荷重の大きさ及び脆性材料の材質や厚み等に応じた到達深度Ｐ（脆性材料表面からの距離）にまで達した時点で終息する。これを、一定の材質、一定の厚さの脆性材料について見ると、上記垂直クラックＫの先端Ｍが達する到達深度Ｐをコントロールできるのは刃先荷重だけとなる。すなわち、刃先荷重を増大させるとカッターホイールＨの刃先が脆性材料Ｇの表面に食い込む深さが長くなり、垂直クラックＫを発生させるためのエネルギーが大きくなるため、垂直クラックＫの到達深度は深くなる。ところが、刃先荷重がある一定の大きさを超えると、いわゆる深い垂直クラックＫが得られるもののそれと同時に脆性材料Ｇの表面付近に蓄積された内部歪みが飽和状態となり、垂直クラックＫの成長方向とは全く異なる方向に向かうクラック、いわゆる水平クラックが発生する。このような水平クラックは、望ましくない切り粉を多量に発生させる原因となる。
本発明者等は、上記したメカニズムをさらに詳しく探究した結果、刃先荷重と垂直クラックＫの到達深度Ｐとには図１４に示すような関係があることを見出した。すなわち、この図１４に示されたグラフからも分かるように、垂直クラックＫの到達深度Ｐは、刃先荷重が増大するに従って緩やかに深くなる領域（Ａ領域）がまず存在し、これに続いて、刃先荷重の増大に伴って急激に増加する領域（Ｂ領域）が存在し、さらに刃先荷重が増大してもほとんど増加しない領域（Ｃ領域）が存在する。そして、このＣ領域では、Ａ領域やＢ領域では見られなかった水平クラックの方が垂直クラックよりも大幅に増加するのである。
以上のことから、Ｂ領域、つまり刃先荷重の増大に伴って急激に到達深度Ｐが増加する領域内に相当する刃先荷重でスクライブを行うことによって、前記水平クラックの発生を伴わずに深い垂直クラックを得られることを見出した。
ところが、Ｂ領域の刃先荷重の設定可能な最適範囲が極めて狭く、通常のスクライブ時における刃先荷重の調節ではＢ領域内で長時間安定してスクライブできないことが解った。
また、クロススクライブにおいては、前述したように交点飛びの発生を防止するため第２のスクライブラインの形成にあたって刃先荷重を第１のスクライブライン形成時よりも大幅に増大させる必要があることから、刃先荷重が往々にして上記Ｃ領域に入ってしまうこととなり、このため多量の切り粉の発生を避けることができないといった問題があった。
さらに、上記したような問題とは別に、上記従来のカッターホイールＨを用いた、例えばガラス基板のスクライブでは、ガラスのうねりや反り、ガラス表面の凹凸、また、カッターホイールを保持するホルダやこのホルダを保持するスクライブヘッドのがたなどの外的要因により安定したスクライブラインが得られないことがしばしば発生していた。
また、一方の材料として上で取り上げたプラスチックについては、プラスチックシートの場合、プラスチックシートの厚みのばらつきや該シートを保持するテーブルの平坦度、あるいは相対的に動く刃先を保持する部分の該シートに対する高さ方向の平行度のばらつきなどにより、かなり余裕を持った刃先の深さ設定を必要としていた。このため、プラスチックシートに対する刃先の侵入深さが一定とならず、侵入深さが浅い部分ではプラスチックシートの分離がしにくくなり、また侵入深さが深い部分では刃先が硬いテーブルにまで達し、刃先の先端にダメージを受けるといった問題があった。
さらに、例えば液晶表示パネル用の貼り合わせ透光性プラスチック基板のように、２枚重ねの基板を切断する場合などにおいては、基板２枚分の厚みのばらつきの影響を受けて、刃先の先端が深く入り込んだときは、切断対象となっていない下側の基板にまで傷を付けてしまい、不良品の発生を招来し、逆に浅い場合は分離不可となって、製品の取り出しが困難になるといった問題があった。
発明の開示
本発明者等は、前述の知見に基づき、脆性材料に対しては、上記Ｂ領域の刃先荷重に相当するスクライブ圧を安定して加え続けることで刃先の脆性材料への食い込み量を一定に保つことができれば、水平クラックの発生を招来することなく極めて深い深度にまで達する垂直クラックを安定して確実に得られるばかりでなく、上記の外的要因によるスクライブラインの不安定化といった問題も解消し得ることを見出し、また、プラスチックシートに対しても、刃先の侵入深さを一定に保つことができれば、プラスチックシートの厚みのばらつき等に左右されることなく一定深さの切り込みを形成することができることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
この種のカッターホイールの使用法において、刃先部を転動させて移動させる際に、加工物表面部の凹凸の影響とかカッターホイールの刃先を転動させる際の物理運動の不安定性などによる外乱の影響で、刃先の加工性能が不安定になるのを可能な限り少なくさせることが重要である。
こうした点に鑑みて、安定した転動動作が得られるように、加工物表面を押圧するカッターホイールの刃先部の押圧方向の動きを簡単な機構で規制する役目を果たす手段として、刃先の両側面部に規制手段としての規制部位を設ける。
すなわち、本発明に係る非金属材料用カッターホイールは、非金属材料の表面上を転動しつつ非金属材料をスクライブするカッターホイールにおいて、該非金属材料表面からの刃先の侵入深度を規制する規制面を刃先の少なくとも片側に有することを特徴とするものである。
本発明によれば、刃先の侵入深度を規制する面と刃先稜線との間のカッターホイールの径方向の距離をサブミクロンオーダーの精度で精密に加工することにより、脆性材料に対しては、刃先荷重の調整では得られなかったＢ領域の垂直クラックが得られ、プラスチックシートに対しては一定深さの切り込みが安定して得られる。
そして、脆性材料に対しては、刃先にたとえ前記Ｂ領域の範囲を超えるような大きな荷重がかけられても、刃先の少なくとも片側の規制面が脆性材料の表面と当接することによってその荷重を受け、これによって刃先の脆性材料への食い込み量が常に一定に保たれることになるので、水平クラックの発生を招来することなく極めて深い深度にまで達する垂直クラックを確実に得ることが可能となる。
また、上記したように刃先の少なくとも片側に規制面があることによって刃先に大きな荷重をかけても水平クラックが発生する心配がないことから、前述したような外的要因を、刃先荷重を大きくすることで払拭することが可能となり、その結果安定したスクライブラインが得られる。
また、上記の非金属材料用カッターホイールは、前記規制面とカッターホイールの側面とが出会う周縁角部を全周にわたって切り欠いてもよい。
このような形状のカッターホイールの場合、表面に多数個の素子がマトリックス状に形成されたガラス基板やシリコンウエハ等の脆性材料基板を、素子単位に切断するのに好適なものとなる。すなわち、上記素子間に露出する基板面をカッターホイールでスクライブする場合、図１８に示すような形状のカッターホイールでは、刃先の傾斜面が素子と干渉してしまうが、前述したように各規制面と各側面とがそれぞれ出会う周縁角部を全周にわたって切り欠いた形状とすることによって、素子と干渉することなく刃先を素子間に挿入することが可能となり、素子間に露出する基板面をスクライブすることができる。
また、上記の非金属材料用カッターホイールは、刃先の刃先稜線を、カッターホイールの両側面間の中心よりいずれか一方の側面寄りに偏位させてもよい。
この場合も表面に多数個の素子がマトリックス状に形成されたガラス基板やシリコンウエハ等の脆性材料基板を、素子単位に切断するのに好適なものとなる。すなわち、刃先稜線が寄っている側のカッターホイールの側面を素子の側面に臨ませることで、刃先稜線を、従来のカッターホイールに比べて、素子に近接させることが可能となり、基板の切断に際して、素子の個々について素子の直近を、素子を損傷することなくスクライブすることができる。
本発明のスクライブ装置は、非金属材料を載置するテーブルと、このテーブルの上方に配されたスクライブヘッドと、このスクライブヘッドにより前記テーブル上の被加工対象物に相互に交差するスクライブラインを形成させるクロススクライブ手段とを備え、前記スクライブヘッドに、上記したいずれかの非金属材料用カッターホイールを設けたことを特徴とするものである。
また、このスクライブ装置において、１本のスクライブラインの形成が完了する毎にカッターホイールの向きを１８０度反転させるカッターホイール反転手段を設けてもよい。
これにより、基板を反転させずに、基板の所定箇所、つまり各素子の凸部や薄膜に近接した箇所をスクライブすることが可能となる。
また、上記スクライブ装置において、カッターホイールを２つ備えたものを用いてもよい。この場合、これら２つのカッターホイールは並列に、且つ、相互の刃先稜線が最も離れた位置となるよう配する。そして、上記２つのカッターホイールは動作プログラムにより選択的に同時或いは個別にスクライブできる。これによって、上記のように１本のスクライブラインが形成される毎にカッターホイールを１８０度反転させる必要がなくなる。
また、スクライブヘッドが、非金属材料が載置されているテーブルに対して相対的にＸ方向及び／またはＹ方向に移動する機構を備えるスクライブ装置において、スクライブヘッドに上記したいずれかの非金属材料用カッターホイールを設けた構成としてもよい。
さらに、手切りのスクライブ工具として、筒状の柄からなる握り部と、この握り部の先端に設けられたチップホルダとを備え、このチップホルダに上記したいずれかの非金属材料用カッターホイールを設けた構成としてもよい。
また、本発明に係るスクライブ方法は、上記した各種の非金属材料用カッターホイールを用いた非金属材料のスクライブ方法であって、該カッターホイールをその規制面が非金属材料の表面に接触するまで加圧して刃先を非金属材料内に侵入させた状態を維持しながら該カッターホイールを所定方向に転動させることにより非金属材料をスクライブすることを特徴とするものである。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態におけるカッターホイール１の斜視図、図２はその側面図、図３はその正面図である。
このカッターホイール１は、軸孔６に支軸（不図示）を挿通させて、図外脆性材料の表面上を転動しつつ脆性材料表面からの刃先２の侵入深度を規制する規制面３を刃先２の両側に有している。
上記刃先２の刃先角度θは、ガラス等の脆性材料が切断対象の場合、１００°〜１６５°とするのがよい。刃先角度θが１００°より小さいと刃先２の必要強度が得られず、また１６５°より大きいと刃先２は脆性材料内に食い込み難い。また、刃先２の刃先稜線２１と規制面３との径方向の距離Ｄは、２μｍ〜１００μｍとするのがよい。この距離が２μｍより小さいと脆性材料に塑性変形が生じず、その結果として垂直クラックが発生しない。また、１００μｍより大きいと脆性材料への刃先２の食い込み量が大き過ぎることになり、脆性材料が割れてしまうこととなる。また、脆性材料の材質にもよるが、脆性材料の厚みが厚くなるにしたがって上記範囲内で距離Ｄを選定すると、効率よく深い垂直クラックＫが得られる。
なお、上記刃先角度θと距離Ｄとの兼ね合いについては、切断の対象となる脆性材料Ｇの材質や厚み及びカッターホイール１自体の厚み等に応じ、上記規制面３が所定の機能を果たしうる面積を確保できる範囲内で適宜選択すればよい。
上記規制面３は、スクライブ時、脆性材料Ｇの表面に加圧された状態で当該表面上を円滑に転動しうるよう、鏡面加工が施されていることが望ましい。
図４は、本発明に係る他の実施の形態を示し、この例では、カッターホイール１は、各規制面３とカッターホイールの各側面４とがそれぞれ出会う周縁角部を全周にわたって切り欠いたものである。
このような形状のカッターホイール１の場合、図６に示すように、表面に多数個の素子Ｔがマトリックス状に形成されたガラス基板やシリコンウエハ等の脆性材料基板Ｇを、素子Ｔ単位に切断するのに好適なものとなる。すなわち、素子Ｔ間に露出する基板面をこのカッターホイール１でスクライブする場合は、素子Ｔと干渉することなくカッターホイール１を素子Ｔ間に挿入することが可能となり、素子Ｔ間に露出する基板面をスクライブすることができる。
図５は、本発明に係るさらに他の実施の形態を示し、この例では、カッターホイール１は、刃先２の刃先稜線２１を、カッターホイール１の両側面４，４間の中心よりいずれか一方の側面４（図示例では左側の側面４）寄りに偏位させたものである。
この実施の形態では、両側面４間の厚みは機械的強度として必要とされる厚みを確保する一方で、片方の側面４と刃先の刃先稜線との距離を狭めることにより、図６に示した実施の形態と同様の特徴を発揮するスクライブが可能となる。
この場合も、図４に示す上記実施の形態のものと同様、表面に多数個の素子Ｔがマトリックス状に形成されたガラス基板やシリコンウエハ等の脆性材料基板Ｇを、素子Ｔ単位に切断するのに好適なものとなる。すなわち、図７に示すように、刃先稜線２１が寄っている側のホイール側面４を素子Ｔの側面に臨ませることで、刃先稜線２１を、従来のカッターホイールＨに比べて、素子Ｔに近接させることが可能となり、基板Ｇの切断に際して、素子Ｔの個々について素子Ｔの直近を、素子Ｔを損傷することなくスクライブすることができる。
次に、本発明に係るスクライブ方法は、上記の各実施の形態で示したカッターホイールを用いるものであり、図３に示すように、カッターホイール１をその規制面３が脆性材料Ｇの表面に当接するまで加圧して刃先２を脆性材料Ｇ内に侵入させた状態を維持しながらカッターホイール１を所定方向（図３において紙面に直交する方向）に転動させることにより脆性材料Ｇをスクライブするものである。
ここで、刃先２にかける荷重の大きさであるが、図１４に示すＢ領域に存する値となるよう調整することが望ましい。つまり刃先荷重が増大しても垂直クラックＫの深さがほとんど増加しないＣ領域に及ぶようなことがあっても、刃先２の両側の規制面３が脆性材料Ｇの表面と当接することによってその荷重を受け止め、これによって刃先２が脆性材料Ｇを押圧するスクライブ圧の変動が抑えられ、脆性材料Ｇへの食い込み量が常に一定に保たれることになるので、水平クラックの発生を招来することなく極めて深い深度にまで達する垂直クラックＫを確実に得ることができると同時に水平クラックの発生が殆どないため、クロススクライブにおいての交点飛びを有効に防止することができ、切り粉の発生を極めて少なくすることができる。
また、図５に示す上記の実施形態に係るカッターホイール１で脆性基板Ｇのスクライブを行うには、図７に示すように、カッターホイール１を、刃先稜線２１が寄っている方の側面が素子Ｔの側面に臨むようにして脆性基板Ｇにあてがわれる。ここで、素子Ｔは脆性基板Ｇ上にマトリックス状に配列されているので、一方の列の素子に沿ってそれらの側面直近をスクライブし、１本のスクライブラインを形成したならば、次にカッターホイール１を１８０度反転して、先の列に隣接する列の素子Ｔに沿ってそれらの側面直近をスクライブし、次のスクライブラインを形成する。
また、スクライブに際しては、上記のように、１本のスクライブラインの形成を完了する毎にカッターホイール１を１８０度反転させる他に、２個のカッターホイール１，１を、図８に示すような関係となるよう、すなわち２個のカッターホイール１，１が並列に、且つ、相互の刃先稜線２１，２１が最も離れた位置となるよう配されたカッターホルダー（図示省略）を使用してもよい。このように２個のカッターホイール１，１を用いた場合は、各素子Ｔ間を１回走らせるだけで、隣接する各素子Ｔの対向する各側面にそれぞれ近接した箇所を同時にスクライブすることが可能となり、上記のように１本のスクライブラインが形成される毎にカッターホイールを１８０度反転させる必要がなくなり、作業性を向上させることができる。
また、本発明の実施の形態の別の脆性材料のカッターホイールの一例としては、図９のような刃先部３２の両側の規制面３３と円錐形状の軸部３５が一体となったカッターホイールが含まれる。このカッターホイールは軸部が円錐形状となっているため、カッターホイールをホルダーの軸受けに最適な状態で回転可能に保持させると、カッターホイールと軸受けとの間に生じる摩擦抵抗を低減させることができるとともに、カッターホイール自体の寿命がカッターホイールと比べて１００倍以上長くなる。そして、刃先部３２、規制面３３と軸部３５はそれぞれ別部材の別材質のものをロー付けし、その後、仕上げ加工してもよい。
本発明のカッターホイールは、上記した脆性材料に限らず、プラスチックシートを切断するのにも有効に用いることができる。
液晶表示パネル基板用の透光性プラスチックに、例えば、厚み０．２ｍｍのアクリル系樹脂を用い、この基板を鉄材やアルミ材の硬いテーブル上に吸引吸着させて分離するときには、刃先の食い込み量を一定にして、例えば０．１５ｍｍにして切り込みを形成する必要がある。
従来、刃先の食い込み量を規制する面の無いカッターホイールで透光性プラスチック基板に切り込みを形成しようとすると、基板自体の厚みのばらつきや基板を吸着保持するテーブル平坦度のばらつき、さらに、基板表面に対して平行に相対的に移動するカッターホイールの高さのばらつきにより、カッターホイールで形成される切り込みの深さが一定しなかった。
このため、基板に形成された切り込みの深さが浅い箇所では基板が分離しづらく、切り込みが基板の裏面にまで到達している箇所では、刃先がテーブルに接触して、刃先にダメージが与えられることがあった。
また、液晶表示パネル用の貼り合わせ透光性プラスチック基板を分離するときには、基板の２枚分の厚みのばらつきの影響を受けて、刃先が深く入り込んだときには、加工対象となっていない下側の基板にまで傷をつけてしまい、切り込み深さが浅いときには基板を分離することができず、不良品を発生させていた。
図１０は、本発明のカッターホイールを用いた単板の透光性プラスチック基板７０の加工状態図であり、図１１は、本発明のカッターホイールを用いた貼り合わせ透光性プラスチック基板６０の加工状態図である。
上述の問題点を解消させるためには、図１０、図１１のように、透光性プラスチック基板に切り込みを形成するカッターホイール４１に刃先が侵入する深さを規制する規制面４３を設け、カッターホイール４１の刃先に所定の切り込み荷重を加えて、カッターホイールの規制面４３が加工中に、常に基板表面７１、６１に当接するようにすることで、透光性プラスチック基板７０、６０に形成される切り込み深さが一定とされる。
透光性プラスチック基板に切り込みを形成するために適した刃先の先端角度αは１０°〜４０°が最適であり、加工対象の基板の厚みが大きくなるほど鋭角にする必要がある。この点は脆性材料の場合、厚みが増加する程鈍角にするのと反対である。
透光性プラスチック基板用のカッターホイールとしては図１２のように、軸孔４６に支軸（不図示）を挿入して基板表面を転動するディスク形状のものが規制面４３で基板表面に傷を付ける虞がないため最も好ましい。
また、図１３のように、ディスク形状のカッターホイールの刃先の稜線の片側にのみ規制面が設けられたものであってもよい。
カッターホイールの材質としては、鉄、セラミックス、超硬合金、ダイヤモンドなどが用いられる。
透光性プラスチック基板としては、上述のアクリル系樹脂の他に、例えばポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレート、ポリエーテル等が挙げられる。
−スクライブ装置−
図１５は、上記したカッターホイールを装着したスクライブ装置の一実施の形態を示す概略正面図である。
図１６は、図１５のスクライブ装置の側面図である。
このスクライブ装置は、例えば、載置された脆性材料基板Ｇを真空吸着手段によって固定する水平回転可能なテーブル５１と、このテーブル５１をＹ方向（図１５の紙面に直交する方向）に移動可能に支承する平行な一対の案内レール５２，５２と、この案内レール５２，５２に沿ってテーブル５１を移動させるボールネジ５３と、Ｘ方向（この図における左右方向）に沿ってテーブル５１の上方に架設されたガイドバー５４と、このガイドバー５４にＸ方向に摺動可能に設けられたスクライブヘッド５５と、このスクライブヘッド５５を摺動させるモータ５６と、スクライブヘッド５５の下部に昇降動可能且つ首振り自在に設けられたチップホルダ５７と、このチップホルダ５７の下端に回転可能に装着された上述のカッターホイール１と、ガイドバー５４の上方に設置されテーブル５１上の脆性材料基板Ｇに表示されたアラインメントマークを認識する一対のＣＣＤカメラ５８とを備えたものである。また、上記スクライブヘッド５５内には、１本のスクライブラインの形成が完了する毎に前述の如くカッターホイール１を１８０度反転させるべくチップホルダ５７を１８０度反転させるカッターホイール反転手段が内蔵されている。
また、スクライブ装置は、上記したようなカッターホイール反転手段を設けずに、２個のチップホルダ５７，５７に２個のカッターホイール１，１を並列に、且つ、相互の刃先稜線２１，２１が最も離れた位置となるよう取り付けてもよい。このように２個のカッターホイール１，１を用いた場合は、例えば、図８に示すように、各素子間をスクライブヘッドを１回走らせるだけで、隣接する各素子Ｔ，Ｔの凸部や薄膜にそれぞれ近接した箇所Ｅ，Ｆを同時にスクライブすることが可能となり、上記のように１本のスクライブラインが形成される毎にカッターホイール１を１８０度反転させる必要がなくなり、作業性が向上する。
さらに、２個のカッターホイール１，１は、動作プログラムにより、選択的に、同時または個別にスクライブすることができるようになっており、スクライブヘッド５５には２個のチップホルダ５７，５７を個別に昇降させることができる昇降手段を内蔵している。
また、プラスチックシートをスクライブする場合には、上述のスクライブ装置のカッターホイール１に替えてカッターホイール４１を使用すればよい。
さらに、図１７は上記したカッターホイール１を装着したスクライブ工具の実施の形態を示す一部切り欠き断面図である。
この図１７に示す構造は、本出願人による「ガラス切り」（実公昭６２−２３７８０）で開示したガラス切りの切刃に替えて、本願発明のカッターホイール１を装着したものである。このガラス切りは、筒状の柄（ハンドル）によって構成された握り部８１と、この握り部８１の端部に設けられたチップホルダ８２とを備え、このチップホルダ８２の先端に本願発明のカッターホイール１が軸１１ａを介して回転自在に設けられている。このガラス切りは、更に、カッターホイール１に油を供給するための構造として、握り部８１の中空部に油室８３と、この油室８３のキャップ８４が設けられており、さらに、これらに付随する機構９１〜９９を備える。ここでは、機構９１〜９９は本願発明の首題に直接関連するものではないので、これらの説明は省略する。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の非金属材料用カッターホイール、スクライブ装置及びスクライブ方法によれば、脆性材料に対しては、水平クラックの発生を招来することなく極めて深い深度にまで達する垂直クラックを確実に得ることができるばかりでなく、前述したような外的要因によるスクライブラインの不安定化といった問題も解消することができる。
また、クロススクライブにおいての交点飛びを有効に防止することができ、切り粉の発生を極めて少なくすることができる。
一方、プラスチックシートに対しては、プラスチックシートの厚みやテーブルの平坦度にばらつきがあったりしても、形成される切り込み深さを一定とすることができる。
このように、本発明の装置及び方法によって、品質のよい、信頼性の高い製品を供給することができ、有用である。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明に係るカッターホイールの実施の形態を示す斜視図、図２は同じく側面図であり、図３は同じく正面図である。
図４は、本発明の他の実施の形態を示すカッターホイールの正面図である。
図５は、本発明のさらに他の実施の形態を示すカッターホイールの正面図である。
図６は、素子がマトリックス状に配された脆性材料を図４に示すカッターホイールによりスクライブする状況を示す正面図である。
図７は、素子がマトリックス状に配された脆性材料を図５に示すカッターホイールによりスクライブする状況を示す正面図である。
図８は、素子がマトリックス状に配された脆性材料を図５に示すカッターホイールを２個使用してスクライブする状況を示す正面図である。
図９は、本発明に係るカッターホイールのさらに別の実施の形態を示す斜視図である。
図１０は、本発明のカッターホイールを用いた単板の透光性プラスチック基板の加工状態図である。
図１１は、本発明のカッターホイールを用いた貼り合わせ透光性プラスチック基板の加工状態図である。
図１２は、本発明の別の実施の形態を示すカッターホイールの正面図ある。
図１３は、本発明のさらに別の実施の形態を示すカッターホイールの正面図である。
図１４は、脆性材料の切断における刃先荷重と垂直クラックの到達深度との関係をグラフで示す図である。
図１５は、本発明に係るスクライブ装置の実施の形態を示す概略正面図である。
図１６は、図１５のスクライブ装置の側面図である。
図１７は、本発明に係るカッターホイールを装着したスクライブ工具の実施の形態を示す一部切り欠き断面図である。
図１８は、従来のカッターホイールを示す正面図である。
図１９は、従来のカッターホイールによるクロススクライブの状況を示す概略斜視図である。Technical field
The present invention relates to a cutter wheel suitable for cutting non-metallic brittle materials such as glass, silicon and ceramics and non-metallic materials such as plastic sheets, a scribing apparatus using the cutter wheel, and a scribing method.
Background art
Conventionally, a cutter wheel H provided with a cutting edge having an obtuse angle as shown in FIG. 18 has been widely used for scribing the brittle material. The scribing by the cutter wheel H is usually performed by rolling the cutter wheel H on the surface of the brittle material while applying a load corresponding to various conditions such as the material and thickness of the brittle material G to the cutting edge. A line of vertical cracks K, that is, a scribe line is formed on the surface of the brittle material.
Further, for example, in the glass substrate scribe process, as shown in FIG. 19, the glass substrate G is routinely scribed. At this time, when the scribing was performed in the first direction, the scribing was performed in the second direction intersecting the first direction under the influence of the internal distortion accumulated on both sides of the scribe lines L1 to L3. Sometimes, a phenomenon called so-called intersection jump occurs near the intersections with the previous scribe lines L1 to L3, and the second scribe lines L4 to L6 are often not formed near the intersections. Since internal distortion appears on the surface of the workpiece in the form of horizontal cracks, it is an important phenomenon related to problems such as the occurrence of cullet and reduced cross-sectional quality after a break, and it is necessary to reduce the occurrence as much as possible. is there. For this purpose, it is necessary to stabilize the scribe operation during the scribe operation. Specifically, it is important to stabilize the scribe pressure within a predetermined range during the scribe operation. Therefore, in order to prevent the occurrence of the above phenomenon, conventionally, when the second scribe lines L4 to L6 are formed, the edge load is about the cutting edge load when the first scribe lines L1 to L3 are formed. 1.2 to 3 times.
In the scribing of a plastic sheet, the plastic sheet is scribed by being fixed on a hard table or the like. In the case of a plastic sheet, the cutting edge angle of the cutter wheel shown in FIG. 18 is an acute angle unlike the case of a brittle material.
When scribing a workpiece such as a brittle material or a plastic sheet, when using a cutter wheel that rolls on the surface of the workpiece and processes the surface of the workpiece, the surface of the workpiece is On the other hand, it is of concern how the blade edge of the cutter wheel is rolled and moved while being stably pressed in the pressing direction.
Since the phenomenon that occurs on the processed surface differs depending on whether the material to be processed is a brittle material or a plastic material, the details will be described below for each material.
First, in the case of a brittle material, looking at the mechanism by which vertical cracks K are generated in the brittle material G by the cutter wheel H, first, a load is applied to the blade edge so that it is in contact with the blade edge on the surface of the brittle material G. Elastic deformation occurs, and then plastic deformation occurs at the above location with an increase in blade load. When the blade load further increases, the limit point of plastic deformation is exceeded. As a result, brittle fracture occurs, and vertical cracks K begin to grow in the thickness direction of the brittle material. The growth of the vertical crack K ends when the tip M of the vertical crack K reaches a depth P (distance from the surface of the brittle material) according to the size of the blade load and the material and thickness of the brittle material. To do. If this is seen with respect to a certain material and a brittle material having a certain thickness, it is only the blade edge load that can control the depth P reached by the tip M of the vertical crack K. That is, when the load on the cutting edge is increased, the depth at which the cutting edge of the cutter wheel H bites into the surface of the brittle material G is increased, and the energy for generating the vertical crack K is increased. . However, if the edge load exceeds a certain size, a so-called deep vertical crack K is obtained, but at the same time, the internal strain accumulated near the surface of the brittle material G becomes saturated, and the growth direction of the vertical crack K is Cracks that go in completely different directions, so-called horizontal cracks, are generated. Such horizontal cracks cause a large amount of undesirable chips.
As a result of further exploring the above-described mechanism, the present inventors have found that there is a relationship as shown in FIG. That is, as can be seen from the graph shown in FIG. 14, the depth P of the vertical crack K first has a region (A region) that gradually increases as the cutting edge load increases. There is a region (B region) that increases sharply as the blade load increases, and there is a region (C region) that hardly increases even if the blade load increases. And in this C area | region, the direction of the horizontal crack which was not seen in A area | region and B area | region increases significantly rather than a vertical crack.
From the above, by performing scribing with the blade load corresponding to the B region, that is, the region where the reach depth P suddenly increases as the blade load increases, a deep vertical crack is generated without the occurrence of the horizontal crack. I found out that
However, it has been found that the optimum range in which the blade edge load in the B region can be set is extremely narrow, and it is impossible to scribe stably in the B region for a long time by adjusting the blade load during normal scribing.
In cross scribing, as described above, it is necessary to significantly increase the blade load in forming the second scribe line in order to prevent the occurrence of jumping at the intersection point as compared with the formation of the first scribe line. The load often enters the region C, and there is a problem that a large amount of chips cannot be avoided.
Further, apart from the above-described problems, for example, when scribing a glass substrate using the above-described conventional cutter wheel H, glass swells and warps, irregularities on the glass surface, a holder for holding the cutter wheel, and this holder In many cases, a stable scribe line cannot be obtained due to external factors such as backlash of the scribe head for holding the scribe head.
In the case of a plastic sheet, the plastic picked up above as one material, in the case of a plastic sheet, the variation in the thickness of the plastic sheet, the flatness of the table that holds the sheet, or the portion that holds the relatively moving blade edge with respect to the sheet Due to variations in parallelism in the height direction, it was necessary to set the cutting edge depth with a considerable margin. For this reason, the penetration depth of the blade edge with respect to the plastic sheet is not constant, it becomes difficult to separate the plastic sheet at the portion where the penetration depth is shallow, and the blade edge reaches a hard table at the portion where the penetration depth is deep, There was a problem of taking damage to the tip.
Further, when cutting two stacked substrates, such as a bonded light-transmitting plastic substrate for a liquid crystal display panel, the tip of the blade edge is affected by the thickness variation of the two substrates. If it penetrates deeply, it will scratch even the lower substrate that is not to be cut, leading to the generation of defective products. Conversely, if it is shallow, it will not be separable, making it difficult to take out the product. There was a problem.
Disclosure of the invention
Based on the above-mentioned knowledge, the present inventors maintain a constant amount of biting into the brittle material by continuously applying a scribe pressure corresponding to the blade load in the region B to the brittle material. If possible, not only can the vertical cracks reach a very deep depth without incurring the occurrence of horizontal cracks, but also the problem of instability of the scribe line due to the above external factors can be solved. If the penetration depth of the blade edge can be kept constant even for a plastic sheet, it is possible to form a cut with a constant depth without being affected by variations in the thickness of the plastic sheet, etc. The present inventors have found out what can be done and have completed the present invention.
In using this type of cutter wheel, when moving the blade edge by rolling, disturbances due to the unevenness of the surface of the workpiece or instability of physical movement when rolling the blade edge of the cutter wheel, etc. It is important to reduce as much as possible that the cutting performance of the cutting edge becomes unstable due to the influence.
In view of these points, both sides of the cutting edge are used as a means for regulating the movement in the pressing direction of the cutting edge of the cutter wheel that presses the surface of the workpiece with a simple mechanism so as to obtain a stable rolling operation. Is provided with a restriction portion as a restriction means.
That is, the cutter wheel for non-metallic material according to the present invention is a regulating surface that regulates the penetration depth of the blade edge from the surface of the non-metallic material in the cutter wheel that scribes the non-metallic material while rolling on the surface of the non-metallic material. Is provided on at least one side of the blade edge.
According to the present invention, for a brittle material, the edge of the blade edge is precisely processed with a submicron order accuracy between the radial distance of the cutter wheel between the surface that regulates the penetration depth of the blade edge and the edge of the blade edge. A vertical crack in the B region that could not be obtained by adjusting the load is obtained, and a constant depth of cut can be stably obtained for the plastic sheet.
And even if a large load is applied to the cutting edge of the brittle material even if it exceeds the range of the B region, the load is received by the restriction surface on at least one side of the cutting edge coming into contact with the surface of the brittle material. As a result, the amount of biting into the brittle material at the blade edge is always kept constant, so that it is possible to reliably obtain a vertical crack reaching a very deep depth without incurring the occurrence of a horizontal crack.
In addition, as described above, since there is a restriction surface on at least one side of the blade edge, there is no fear that horizontal cracks will occur even if a large load is applied to the blade edge. It becomes possible to wipe off, and as a result, a stable scribe line is obtained.
Moreover, said cutter wheel for nonmetallic materials may cut out the peripheral corner | angular part where the said control surface and the side surface of a cutter wheel meet over the perimeter.
In the case of a cutter wheel having such a shape, it is suitable for cutting a brittle material substrate such as a glass substrate or a silicon wafer having a large number of elements formed in a matrix on the surface, in element units. That is, when the substrate surface exposed between the elements is scribed with a cutter wheel, the inclined surface of the cutting edge interferes with the element in the cutter wheel having a shape as shown in FIG. And the side edges meet each other, making it possible to insert the cutting edge between the elements without interfering with the elements, and scribe the substrate surface exposed between the elements. can do.
Moreover, said cutter wheel for nonmetallic materials may deviate the blade edge ridgeline of a blade edge | side toward either one side surface from the center between the both sides | surfaces of a cutter wheel.
Also in this case, it is suitable for cutting a brittle material substrate such as a glass substrate or a silicon wafer having a large number of elements formed in a matrix on the surface, element by element. That is, by facing the side surface of the element on the side of the cutter wheel on which the edge of the blade edge is approaching, it becomes possible to bring the edge of the edge of the blade closer to the element as compared to the conventional cutter wheel. For each element, the immediate vicinity of the element can be scribed without damaging the element.
The scribing apparatus of the present invention forms a table on which a non-metallic material is placed, a scribing head disposed above the table, and a scribing line that intersects the workpieces on the table by the scribing head. Cross scribing means to be provided, and the scribe head is provided with any of the cutter wheels for non-metallic materials described above.
Further, in this scribing device, a cutter wheel reversing unit that reverses the direction of the cutter wheel by 180 degrees every time the formation of one scribe line is completed may be provided.
Accordingly, it is possible to scribe a predetermined portion of the substrate, that is, a portion close to the convex portion or the thin film of each element without inverting the substrate.
Moreover, you may use the said scribing apparatus provided with two cutter wheels. In this case, these two cutter wheels are arranged in parallel so that the edge edges of the blades are farthest from each other. The two cutter wheels can be selectively scribed simultaneously or individually by an operation program. This eliminates the need to invert the cutter wheel 180 degrees each time one scribe line is formed as described above.
Further, in the scribing apparatus having a mechanism in which the scribing head moves in the X direction and / or the Y direction relative to the table on which the nonmetallic material is placed, any one of the nonmetallic materials described above in the scribing head. It is good also as a structure which provided the cutter wheel for.
Furthermore, as a hand-cut scribe tool, a grip portion made of a cylindrical handle and a tip holder provided at the tip of the grip portion are provided. It is good also as a provided structure.
The scribing method according to the present invention is a non-metallic material scribing method using the various non-metallic material cutter wheels described above until the regulating surface of the cutter wheel comes into contact with the surface of the non-metallic material. The non-metallic material is scribed by rolling the cutter wheel in a predetermined direction while maintaining the state where the blade edge is intruded into the non-metallic material by applying pressure.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a perspective view of a cutter wheel 1 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view thereof, and FIG. 3 is a front view thereof.
The cutter wheel 1 has a regulating surface 3 for regulating a penetration depth of the blade edge 2 from the surface of the brittle material while rolling a shaft (not shown) through the shaft hole 6 and rolling on the surface of the brittle material. It is provided on both sides of the blade edge 2.
The cutting edge angle θ of the cutting edge 2 is preferably 100 ° to 165 ° when a brittle material such as glass is to be cut. If the cutting edge angle θ is smaller than 100 °, the necessary strength of the cutting edge 2 cannot be obtained, and if it is larger than 165 °, the cutting edge 2 is difficult to bite into the brittle material. Moreover, the radial distance D between the cutting edge ridge line 21 of the cutting edge 2 and the regulating surface 3 is preferably 2 μm to 100 μm. If this distance is less than 2 μm, plastic deformation does not occur in the brittle material, and as a result, vertical cracks do not occur. On the other hand, if it is larger than 100 μm, the amount of biting of the cutting edge 2 into the brittle material will be too large, and the brittle material will be cracked. Further, although depending on the material of the brittle material, when the distance D is selected within the above range as the thickness of the brittle material increases, a deep vertical crack K can be efficiently obtained.
Regarding the balance between the blade edge angle θ and the distance D, the area where the regulating surface 3 can perform a predetermined function according to the material and thickness of the brittle material G to be cut, the thickness of the cutter wheel 1 itself, and the like. It may be selected as appropriate within a range in which the above can be secured.
The regulation surface 3 is preferably mirror-finished so that it can smoothly roll on the surface of the brittle material G while being scribed.
FIG. 4 shows another embodiment according to the present invention, and in this example, the cutter wheel 1 is notched over the entire circumference at the peripheral corner where each regulating surface 3 and each side surface 4 of the cutter wheel meet each other. Is.
In the case of the cutter wheel 1 having such a shape, as shown in FIG. 6, a brittle material substrate G such as a glass substrate or a silicon wafer on which a large number of elements T are formed on a surface is cut in units of the elements T. It becomes a suitable thing to do. That is, when the substrate surface exposed between the elements T is scribed with the cutter wheel 1, the cutter wheel 1 can be inserted between the elements T without interfering with the elements T, and the substrate exposed between the elements T. You can scribe the face.
FIG. 5 shows still another embodiment according to the present invention. In this example, the cutter wheel 1 is configured so that the edge ridge line 21 of the blade edge 2 is one of the centers between the side surfaces 4 and 4 of the cutter wheel 1. The side surface 4 is deviated toward the side surface 4 (left side surface 4 in the illustrated example).
In this embodiment, the thickness between both side surfaces 4 ensures the thickness required for mechanical strength, while reducing the distance between one side surface 4 and the edge of the blade edge as shown in FIG. Scribing that exhibits the same characteristics as the embodiment is possible.
Also in this case, a brittle material substrate G such as a glass substrate or a silicon wafer having a large number of elements T formed in a matrix on the surface is cut into elements T as in the above-described embodiment shown in FIG. It becomes a suitable thing. That is, as shown in FIG. 7, the blade edge ridge line 21 is closer to the element T than the conventional cutter wheel H by making the wheel side surface 4 on the side where the blade edge ridge line 21 approaches approach the side surface of the element T. When the substrate G is cut, the immediate vicinity of the element T can be scribed for each element T without damaging the element T.
Next, the scribing method according to the present invention uses the cutter wheel shown in each of the above embodiments. As shown in FIG. 3, the regulating surface 3 of the cutter wheel 1 is placed on the surface of the brittle material G. The brittle material G is scribed by rolling the cutter wheel 1 in a predetermined direction (a direction orthogonal to the paper surface in FIG. 3) while maintaining the state where the blade edge 2 is intruded into the brittle material G by applying pressure until contact. Is.
Here, although it is the magnitude | size of the load applied to the blade edge | tip 2, it is desirable to adjust so that it may become the value which exists in the B area | region shown in FIG. In other words, even if the depth of the vertical crack K extends to the C region where the load on the cutting edge increases, the regulation surfaces 3 on both sides of the cutting edge 2 come into contact with the surface of the brittle material G. The load is received, and thereby the fluctuation of the scribe pressure with which the cutting edge 2 presses the brittle material G is suppressed, and the amount of biting into the brittle material G is always kept constant, which causes the occurrence of horizontal cracks. The vertical crack K that reaches a very deep depth can be reliably obtained, and at the same time there is almost no horizontal cracking, so it is possible to effectively prevent intersection jumping in cross scribing and extremely low generation of chips. can do.
Moreover, in order to scribe the brittle substrate G with the cutter wheel 1 according to the above-described embodiment shown in FIG. 5, as shown in FIG. 7, the side of the cutter wheel 1 on which the cutting edge ridge line 21 approaches is an element. It is applied to the brittle substrate G so as to face the side surface of T. Here, since the elements T are arranged in a matrix on the brittle substrate G, if one scribe line is formed by scribing along the elements in one row, the next cutter The wheel 1 is inverted 180 degrees and scribes near the side surfaces along the element T in the row adjacent to the previous row to form the next scribe line.
When scribing, as described above, every time the formation of one scribe line is completed, the cutter wheel 1 is inverted 180 degrees, and two cutter wheels 1 and 1 are arranged as shown in FIG. A cutter holder (not shown) may be used so that the two cutter wheels 1 and 1 are arranged in parallel with each other and the cutting edge ridges 21 and 21 are in the most distant positions. . When the two cutter wheels 1 and 1 are used in this way, it is possible to simultaneously scribe locations adjacent to the opposing side surfaces of each adjacent element T by simply running between each element T once. Thus, it is not necessary to reverse the cutter wheel by 180 degrees each time one scribe line is formed as described above, and workability can be improved.
Moreover, as an example of another brittle material cutter wheel according to the embodiment of the present invention, a cutter wheel in which the regulation surfaces 33 on both sides of the blade edge portion 32 and the conical shaft portion 35 are integrated as shown in FIG. included. Since this cutter wheel has a conical shape in the shaft portion, if the cutter wheel is rotatably held in an optimum state for the bearing of the holder, the frictional resistance generated between the cutter wheel and the bearing can be reduced. At the same time, the life of the cutter wheel itself is 100 times longer than that of the cutter wheel. And the blade edge | tip part 32, the control surface 33, and the axial part 35 may braze the thing of a different material from another member, respectively, and may finish it after that.
The cutter wheel of the present invention is not limited to the brittle material described above, and can be used effectively for cutting plastic sheets.
For example, an acrylic resin with a thickness of 0.2 mm is used as the light-transmitting plastic for the liquid crystal display panel substrate, and when this substrate is separated by suction adsorption on a hard table of iron or aluminum, the amount of biting of the blade edge is set. It is necessary to form the incision to be constant, for example, 0.15 mm.
Conventionally, when trying to form a cut in a translucent plastic substrate with a cutter wheel without a surface that regulates the amount of biting of the blade edge, variations in the thickness of the substrate itself, variations in the flatness of the table that holds the substrate by suction, and the substrate surface The depth of the cut formed by the cutter wheel was not constant due to variations in the height of the cutter wheel that moved relatively in parallel with the cutter wheel.
For this reason, it is difficult to separate the substrate at a portion where the depth of cut formed in the substrate is shallow, and at the portion where the cut reaches the back surface of the substrate, the blade edge contacts the table and damages the blade edge. There was a thing.
Also, when separating the laminated light-transmitting plastic substrate for the liquid crystal display panel, when the blade edge penetrates deeply due to the variation in thickness of the two substrates, the lower side which is not the object to be processed If the substrate is scratched and the depth of cut is shallow, the substrate cannot be separated, resulting in defective products.
FIG. 10 is a processing state diagram of a single-piece translucent plastic substrate 70 using the cutter wheel of the present invention, and FIG. 11 is a processing of the bonded translucent plastic substrate 60 using the cutter wheel of the present invention. It is a state diagram.
In order to solve the above-mentioned problems, as shown in FIGS. 10 and 11, a regulating surface 43 is provided to regulate the depth at which the blade edge penetrates into the cutter wheel 41 that forms the cut in the translucent plastic substrate. A predetermined cutting load is applied to the cutting edge of the wheel 41 so that the regulation surface 43 of the cutter wheel is always in contact with the substrate surfaces 71 and 61 during processing, thereby forming the transparent plastic substrates 70 and 60 on the surface. The depth of cut is constant.
The tip angle α of the cutting edge suitable for forming the cut in the light-transmitting plastic substrate is optimally 10 ° to 40 °, and it is necessary to make the angle sharper as the thickness of the substrate to be processed increases. In the case of a brittle material, this point is the opposite of making the angle obtuse as the thickness increases.
As shown in FIG. 12, a disc-shaped cutter wheel for rolling a substrate surface by inserting a support shaft (not shown) into a shaft hole 46 is scratched on the substrate surface by a regulating surface 43 as a cutter wheel for a light-transmitting plastic substrate Since there is no fear of attaching, it is the most preferable.
Further, as shown in FIG. 13, a restriction surface may be provided only on one side of the edge line of the blade edge of the disk-shaped cutter wheel.
As the material of the cutter wheel, iron, ceramics, cemented carbide, diamond or the like is used.
Examples of the light-transmitting plastic substrate include polycarbonate, polyether sulfone, polyarylate, polyethylene terephthalate, polyethylene-2,6-naphthalate, and polyether in addition to the acrylic resin described above.
-Scribe device-
FIG. 15 is a schematic front view showing an embodiment of a scribing device equipped with the cutter wheel described above.
FIG. 16 is a side view of the scribing apparatus of FIG.
This scribing device is, for example, a horizontally rotatable table 51 for fixing a placed brittle material substrate G by vacuum suction means, and this table 51 can be moved in the Y direction (a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 15). A pair of parallel guide rails 52, 52 to be supported, a ball screw 53 for moving the table 51 along the guide rails 52, 52, and the table 51 along the X direction (left-right direction in this figure). A guide bar 54, a scribe head 55 provided on the guide bar 54 so as to be slidable in the X direction, a motor 56 for sliding the scribe head 55, and a lower part of the scribe head 55 which can be moved up and down and swings. A tip holder 57 provided freely, and the above-described cutter wheel 1 rotatably attached to the lower end of the tip holder 57 Guide is an alignment mark displayed on the brittle material substrate G on the installed table 51 above the bar 54 that includes a pair of CCD cameras 58 recognizes. The scribe head 55 includes a cutter wheel reversing means for reversing the tip holder 57 by 180 degrees so that the cutter wheel 1 is reversed by 180 degrees every time the formation of one scribe line is completed. Yes.
Further, the scribing device does not have the cutter wheel reversing means as described above, and the two cutter wheels 1 and 1 are arranged in parallel on the two chip holders 57 and 57, and the mutual cutting edge ridges 21 and 21 are provided. You may attach so that it may become the most distant position. When the two cutter wheels 1 and 1 are used in this way, for example, as shown in FIG. 8, only by running the scribe head once between the elements, the convex portions of the adjacent elements T and T are provided. It is possible to simultaneously scribe locations E and F that are close to the thin film, and it is not necessary to invert the cutter wheel 1 180 degrees each time one scribe line is formed as described above, improving workability. To do.
Further, the two cutter wheels 1 and 1 can be selectively scribed simultaneously or individually by an operation program, and the two tip holders 57 and 57 are individually attached to the scribe head 55. It has built-in lifting means that can be moved up and down.
When the plastic sheet is scribed, the cutter wheel 41 may be used instead of the cutter wheel 1 of the above-mentioned scribing device.
Further, FIG. 17 is a partially cutaway cross-sectional view showing an embodiment of a scribe tool equipped with the cutter wheel 1 described above.
The structure shown in FIG. 17 is provided with the cutter wheel 1 of the present invention in place of the glass cutting blade disclosed in “Glass cutting” by the present applicant (Japanese Utility Model Publication No. 62-23780). This glass cutting includes a grip portion 81 formed of a cylindrical handle (handle) and a tip holder 82 provided at an end portion of the grip portion 81, and the cutter of the present invention is provided at the tip of the tip holder 82. A wheel 1 is rotatably provided via a shaft 11a. This glass cutting further includes an oil chamber 83 and a cap 84 of the oil chamber 83 provided in the hollow portion of the grip portion 81 as a structure for supplying oil to the cutter wheel 1. Mechanisms 91 to 99 are provided. Here, since the mechanisms 91 to 99 are not directly related to the title of the present invention, their description will be omitted.
Industrial applicability
As described above, according to the cutter wheel, scribing apparatus, and scribing method of the present invention for a non-metallic material, a vertical crack reaching a very deep depth without causing the occurrence of a horizontal crack is caused to a brittle material. Not only can it be obtained reliably, but also the problem of instability of the scribe line due to external factors as described above can be solved.
Further, it is possible to effectively prevent the jumping of the intersections in the cross scribe, and the generation of chips can be extremely reduced.
On the other hand, for a plastic sheet, the depth of cut formed can be made constant even if the thickness of the plastic sheet and the flatness of the table vary.
As described above, the apparatus and method of the present invention can supply a high-quality and reliable product, which is useful.
[Brief description of the drawings]
1 is a perspective view showing an embodiment of a cutter wheel according to the present invention, FIG. 2 is a side view, and FIG. 3 is a front view.
FIG. 4 is a front view of a cutter wheel showing another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a front view of a cutter wheel showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a front view showing a state where a brittle material in which elements are arranged in a matrix is scribed by the cutter wheel shown in FIG.
FIG. 7 is a front view showing a situation where a brittle material in which elements are arranged in a matrix is scribed by the cutter wheel shown in FIG.
FIG. 8 is a front view showing a situation where a brittle material in which elements are arranged in a matrix is scribed using two cutter wheels shown in FIG.
FIG. 9 is a perspective view showing still another embodiment of the cutter wheel according to the present invention.
FIG. 10 is a processing state diagram of a single-plate translucent plastic substrate using the cutter wheel of the present invention.
FIG. 11 is a processing state diagram of a bonded translucent plastic substrate using the cutter wheel of the present invention.
FIG. 12 is a front view of a cutter wheel showing another embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a front view of a cutter wheel showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the edge load and the depth of arrival of vertical cracks in cutting a brittle material.
FIG. 15 is a schematic front view showing an embodiment of a scribing apparatus according to the present invention.
FIG. 16 is a side view of the scribing apparatus of FIG.
FIG. 17 is a partially cutaway sectional view showing an embodiment of a scribe tool equipped with a cutter wheel according to the present invention.
FIG. 18 is a front view showing a conventional cutter wheel.
FIG. 19 is a schematic perspective view showing a state of cross scribing with a conventional cutter wheel.

【０００５】
属材料表面からの刃先の侵入深度を規制する規制面を刃先の少なくとも片側に有しており、前記刃先の刃先稜線と前記規制面との当該カッターホイールの径方向の距離は２μｍ〜１００μｍの範囲内とされることを特徴とするものである。
本発明によれば、刃先の侵入深度を規制する面をサブミクロンオーダーで精密に仕上げることにより、脆性材料に対しては、刃先荷重の調整では得られなかったＢ領域の垂直クラックが得られ、プラスチックシートに対しては一定深さの切り込みが安定して得られる。
そして、脆性材料に対しては、刃先にたとえ前記Ｂ領域の範囲を超えるような大きな荷重がかけられても、刃先の少なくとも片側の規制面が脆性材料の表面と当接することによってその荷重を受け、これによって刃先の脆性材料への食い込み量が常に一定に保たれることになるので、水平クラックの発生を招来することなく極めて深い深度にまで達する垂直クラックを確実に得ることが可能となる。
また、上記したように刃先の少なくとも片側に規制面があることによって刃先に大きな荷重をかけても水平クラックが発生する心配がないことから、前述したような外的要因を、刃先荷重を大きくすることで払拭することが可能となり、その結果安定したスクライブラインが得られる。
また、上記の非金属材料用カッターホイールは、前記規制面とカッターホイールの側面とが出会う周縁角部を全周にわたって切り欠いてもよい。
このような形状のカッターホイールの場合、表面に多数個の素子がマトリックス状に形成されたガラス基板やシリコンウエハ等の脆性材料基板を、素子単位に切断するのに好適なものとなる。すなわち、上記素子間に露出する基板面をカッターホイールでスクライブする場合、図１９に示すような形状のカッターホイールでは、刃先の傾斜面が素子と干渉してしまうが、前述したように各規制面と各側面とがそれぞれ出会う周縁角部を全周にわたって切り欠いた形状とすることによって、素子と干渉することなく刃先を素子間に挿入することが可能となり、素子間に露出する基板面をスクライブすることができる。
また、上記の非金属材料用カッターホイールは、刃先の刃先稜線を、カッターホイールの両側面間の中心よりいずれか一方の側面寄りに偏位させてもよい。
この場合も表面に多数個の素子がマトリックス状に形成されたガラス基板やシ[0005]
It has a regulation surface that regulates the penetration depth of the blade edge from the surface of the genus material on at least one side of the blade edge, and the radial distance of the cutter wheel between the blade edge ridge line of the blade edge and the regulation surface is in the range of 2 μm to 100 μm. It is characterized by being inside.
According to the present invention, by precisely finishing the surface that regulates the penetration depth of the cutting edge in the submicron order, a vertical crack in the B region that was not obtained by adjusting the cutting edge load is obtained for brittle materials, For a plastic sheet, a constant depth of cut can be obtained stably.
And even if a large load is applied to the cutting edge of the brittle material even if it exceeds the range of the B region, the load is received by the restriction surface on at least one side of the cutting edge coming into contact with the surface of the brittle material. As a result, the amount of biting into the brittle material at the blade edge is always kept constant, so that it is possible to reliably obtain a vertical crack reaching a very deep depth without incurring the occurrence of a horizontal crack.
In addition, as described above, since there is a restriction surface on at least one side of the blade edge, there is no fear that horizontal cracks will occur even if a large load is applied to the blade edge. It becomes possible to wipe off, and as a result, a stable scribe line is obtained.
Moreover, said cutter wheel for nonmetallic materials may cut out the peripheral corner | angular part where the said control surface and the side surface of a cutter wheel meet over the perimeter.
In the case of a cutter wheel having such a shape, it is suitable for cutting a brittle material substrate such as a glass substrate or a silicon wafer having a large number of elements formed in a matrix on the surface, in element units. That is, when the substrate surface exposed between the elements is scribed with a cutter wheel, the inclined surface of the cutting edge interferes with the element in the cutter wheel having a shape as shown in FIG. And the side edges meet each other, making it possible to insert the cutting edge between the elements without interfering with the elements, and scribe the substrate surface exposed between the elements. can do.
Moreover, said cutter wheel for nonmetallic materials may deviate the blade edge ridgeline of a blade edge | side toward either one side surface from the center between the both sides | surfaces of a cutter wheel.
In this case as well, a glass substrate or sheet having a large number of elements formed in a matrix on the surface is used.

Claims

非金属材料の表面上を転動しつつ非金属材料をスクライブするカッターホイールにおいて、
該非金属材料表面からの刃先の侵入深度を規制する規制面を刃先の少なくとも片側に有することを特徴とする非金属材料用カッターホイール。In the cutter wheel that scribes the nonmetallic material while rolling on the surface of the nonmetallic material,
A cutter wheel for a non-metallic material, characterized by having a regulating surface for regulating the penetration depth of the cutting edge from the surface of the non-metallic material on at least one side of the cutting edge.

前記規制面とカッターホイールの側面とが出会う周縁角部が全周にわたって切り欠かれたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の非金属材料用カッターホイール。The cutter wheel for a non-metallic material according to claim 1, wherein a peripheral corner where the regulating surface and the side surface of the cutter wheel meet is cut out over the entire circumference.

前記刃先の刃先稜線が、カッターホイールの両側面間の中心よりいずれか一方の側面寄りに偏位されたことを特徴とする請求の範囲第１項又は２のいずれかに記載の非金属材料用カッターホイール。3. The non-metallic material according to claim 1, wherein a cutting edge ridge line of the cutting edge is deviated closer to any one side surface than a center between both side surfaces of the cutter wheel. Cutter wheel.

前記非金属材料が脆性材料であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか一項に記載の非金属材料用カッターホイール。The cutter wheel for a nonmetallic material according to any one of claims 1 to 3, wherein the nonmetallic material is a brittle material.

前記刃先角度が１００°〜１６５°の範囲内であることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の非金属材料用カッターホイール。The cutter wheel for non-metallic materials according to claim 4, wherein the blade edge angle is in a range of 100 ° to 165 °.

前記刃先の刃先稜線と前記規制面との当該カッターホイールの径方向の距離は２μｍ〜１００μｍの範囲内とされることを特徴とする請求の範囲第４項又は５に記載の非金属材料用カッターホイール。The cutter for a nonmetallic material according to claim 4 or 5, wherein a distance in a radial direction of the cutter wheel between a cutting edge ridge line of the cutting edge and the regulating surface is in a range of 2 µm to 100 µm. wheel.

前記非金属材料がプラスチックであることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか一項に記載の非金属材料用カッターホイール。The cutter wheel for nonmetallic material according to any one of claims 1 to 3, wherein the nonmetallic material is plastic.

前記刃先角度が１０°〜４０°の範囲内であることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の非金属材料用カッターホイール。The cutter edge for a nonmetallic material according to claim 7, wherein the blade edge angle is within a range of 10 ° to 40 °.

非金属材料を載置するテーブルと、
このテーブルの上方に配されたスクライブヘッドと、
このスクライブヘッドにより前記テーブル上の被加工対象物に相互に交差するスクライブラインを形成させるクロススクライブ手段とを備え、
前記スクライブヘッドに、請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載のカッターホイールが設けられたことを特徴とするスクライブ装置。A table on which a non-metallic material is placed;
A scribe head arranged above the table;
Cross scribing means for forming a scribe line that crosses the workpiece on the table by the scribe head,
A scribing device, wherein the scribing head is provided with the cutter wheel according to any one of claims 1 to 8.

１本のスクライブラインの形成が完了する毎にカッターホイールの向きを１８０度反転させるカッターホイール反転手段が設けられたことを特徴とする請求の範囲第９項に記載のスクライブ装置。10. The scribing apparatus according to claim 9, further comprising a cutter wheel reversing means for reversing the direction of the cutter wheel by 180 degrees every time the formation of one scribe line is completed.

カッターホイールを２つ備え、これら２つのカッターホイールは並列に、且つ、相互の刃先稜線が最も離れた位置となるよう配されたことを特徴とする請求の範囲第９項に記載のスクライブ装置。The scribing device according to claim 9, comprising two cutter wheels, wherein the two cutter wheels are arranged in parallel with each other so that the edge edges of the cutter blades are located farthest from each other.

カッターヘッドが、非金属材料が載置されているテーブルに対して相対的にＸ方向及び／またはＹ方向に移動する機構を備えるスクライブ装置において、カッターヘッドに請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載のカッターホイールを具備したことを特徴とするスクライブ装置In the scribing apparatus including a mechanism in which the cutter head moves in the X direction and / or the Y direction relative to the table on which the nonmetallic material is placed, the cutter head includes claims 1 to 8. A scribing device comprising the cutter wheel according to any of the above.

筒状の柄からなる握り部と、この握り部の先端に設けられたチップホルダとを備え、このチップホルダに請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載のカッターホイールを具備したことを特徴とするスクライブ工具。A grip portion comprising a cylindrical handle, and a tip holder provided at the tip of the grip portion, the tip holder comprising the cutter wheel according to any one of claims 1 to 8. A scribing tool characterized by that.

請求の範囲第１項乃至８のいずれかに記載の非金属材料用カッターホイールを用いた非金属材料のスクライブ方法であって、
該カッターホイールをその規制面が非金属材料の表面に接触するまで加圧して刃先を非金属材料内に侵入させた状態を維持しながら該カッターホイールを所定方向に転動させることにより非金属材料をスクライブすることを特徴とする非金属材料のスクライブ方法。A scribing method for a nonmetallic material using the cutter wheel for a nonmetallic material according to any one of claims 1 to 8,
Non-metallic material by rolling the cutter wheel in a predetermined direction while maintaining the state in which the cutting edge is intruded into the non-metallic material by pressurizing the cutter wheel until the regulating surface contacts the surface of the non-metallic material A method of scribing a non-metallic material, characterized by scribing.