KR101414172B1

KR101414172B1 - 미세구조 홈을 갖는 스크라이빙 휠

Info

Publication number: KR101414172B1
Application number: KR1020130088913A
Authority: KR
Inventors: 신택중; 이세광; 전창호; 김상범; 이성희; 김인섭
Original assignee: 이화다이아몬드공업 주식회사
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2014-07-01
Also published as: KR101484158B1; JP2015528764A; CN108481580A; WO2014017878A2; JP6085895B2; CN104507884A; CN108481580B; KR20140066984A; KR20140015210A; WO2014017878A3; US10358375B2; US20150175470A1

Abstract

본 발명은 스크라이빙 휠에 관한 것으로서, 적어도 둘레 단부 영역의 두께가 반경 방향 외측으로 갈수록 점진적으로 축소되는 휠 형상의 휠본체, 상기 둘레 단부 영역을 따라 교호적으로 형성되는 복수의 홈과 커터날로 형성된 커터부를 포함하되, 상기 홈은 상기 휠본체의 둘레 단부 영역 양 측면으로부터 함몰되는 측면측 함몰영역과 상기 휠본체의 둘레 단부로부터 함몰되는 단부측 함몰영역이 하나의 홈으로 형성되는 구조인 것을 특징으로 한다.

Description

미세구조 홈을 갖는 스크라이빙 휠{Scribing Wheel having micro structure for cutting}

본 발명은 스크라이빙 휠에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스크라이빙 휠의 둘레 단부를 따라 형성되는 홈의 구조를 개선하여 유리 두께가 얇은 모바일 패널 절단작업에 적합하도록 형성된 미세구조 홈을 갖는 스크라이빙 휠에 관한 것이다.

LCD, 터치 패널(touch panel) 등의 FPD(Flat panel Display) 기기에 사용되는 유리 등의 평면 기판을 얻기 위해서는 생산성을 고려하여 대형의 평면형 원자재 기판을 목적에 맞는 크기의 평면 기판으로 절단하는 과정이 필수적이다. 이러한 평면 기판의 절단은 스크라이빙(scribing) 공정을 통해 이루어진다.

스크라이빙 공정은 평면 기판을 이용하는 각종 디스플레이 패널 또는 반도체 웨이퍼 등의 제조 공정에 포함될 수 있는 공정으로서, 스크라이빙 대상물인 평면형 원자재 기판에 제조할 평면 기판에 대응하는 스크라이빙 선을 형성하고, 이 스크라이빙 선을 중심으로 양쪽에 힘을 가하여 스크라이빙 선을 따라 부러지도록 하여 절단이 이루어지도록 하는 공정이다.

일반적으로 디스플레이 패널과 웨이퍼 등에 사용되는 평면 기판은 유리 등과 같은 취성 재료를 이용하는데, 이 취성 재료는 외부 힘이 가해졌을 때 크랙의 전파가 매우 빠르게 잘 일어나는 성질을 가지고 있으므로, 취성 재료의 절단에 있어 스크라이빙 공정은 매우 유용하게 사용된다.

이러한 스크라이빙 공정에 사용되는 스크라이빙 휠은 둘레 단부를 따라 형성되는 다수의 미세 홈과 커터날에 의해 커터부가 형성되는 구조로서 스크라이빙 휠의 전체적인 형상이 원형 톱과 같은 형상을 갖는 것이 일반적이었다.

이와 같은, 스크라이빙 휠은 그 둘레 단부에 형성되는 커터부의 홈 및 커터날의 구조에 따라 스크라이빙 공정의 질이 좌우되기 때문에, 커터부를 구성하는 홈과 커터날의 구조에 대한 연구 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래 스크라이빙 휠의 일 예를 도시한 도면이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 종래 스크라이빙 휠(101)은 원형으로 형성된 휠본체(110)의 둘레 단부 영역을 따라 커터부(120)로서 다수의 홈(121)과 커터날(127)이 형성되어 있는 구조를 가지고 있는데, 이 중 홈(121)의 구조가 도 1a에 도시된 바와 같이, V자형 홈으로 형성되거나, 도 1b에 도시된 바와 같이, U자형 홈으로 형성되는 것이 일반적이었다.

그런데, 이러한 종래 스크라이빙 휠은 홈의 구조상 커터부가 스크라이빙 대상물(130)인 유리 등의 평면형 원자재 기판을 파고 들어가는 과정에서 도 2에 개략적인 확대도로 도시된 바와 같이, 홈과 휠본체의 둘레 단부 영역 양 측면 간에 형성되는 모서리 영역(c)이 스크라이빙 대상물에 접촉되면서 응력이 집중되는 접촉 면적이 X,Y 양 방향으로 크게 증가하여 균열(k)이 X,Y 양 방향 사이 영역에서 발생할 수밖에 없다.

이에 의해, 스크라이빙 공정에서 얻어지는 평면 기판의 유효면 안쪽으로 균열이 형성되어 평면 기판의 강도, 특히 굽힘 강도(Bending strength)가 현격하게 저하되는 문제점이 발생한다.

또한, 전술한 바와 같이, 종래 스크라이빙 휠의 홈 구조에 의해 스크라이빙 대상물에 응력이 집중되는 접촉 면적이 X,Y 양 방향 크게 형성되기 때문에, 스크라이빙 공정에서 얻어지는 평면 기판의 측면에는 큰 균열이 남아있게 되는 문제점이 발생한다.

이에 따라, 스크라이빙 공정에서 얻어진 평면 기판은 측면 연마 공정을 통해 측면에 남아 있는 균열을 제거하게 되는데, 이 측면 연마 공정을 고려하여 스크라이빙 공정에서는 평면 기판의 둘레 측면 부분에 여유 면적을 확보한 후 스크라이빙 공정이 진행되어야 한다. 이는 스크라이빙 대상물의 자재 소모 및 측면 연마 공정 추가 등에 의한 생산성 저하를 초래하는 문제점으로 대두되었다.

즉, 상술된 스크라이빙 휠은 홈과 커터날로 구성된 커터부가 인선부를 따라 형성되는데, 상기 커터부를 구성하는 홈의 형상이 상술된 바와 같이 인선부로부터만 함몰되어 이루어진 V자형 또는 U자형 홈인 경우 꼭지점 근방에서 큰 균열이 발생하기 때문이다.

한편, 이러한 문제점을 해결하기 위해 도 3a 및 도 3b와 같이 스크라이빙 휠 원주면의 양쪽 경사면에 방사상으로 형성된 고랑이 인선부에서 만나서 이루어진 홈을 갖는 커터부 구조를 갖는 스크라이빙 휠이 개발된 바 있다. 그런데 이와 같은 구조를 갖게 되면 양쪽 경사면에 형성된 고랑에 의해 유리 칩 배출이 용이하고 커터날에 의해 패널에 형성되는 치형의 형상 변경으로 커팅 품질 또는 절단 패널의 모서리 품질이 향상되지만, 제조상의 홈의 폭이 20~40㎛ 이고 깊이는 6~12㎛ 수준이어서 두께가 얇은 모바일 패널 절단에 사용되기에는 너무 큰 문제점이 있었다.

더욱이, 최근에는 비교적 대화면의 모바일 단말기와 태블릿PC가 각광을 받으면서 제품의 안정성을 이슈로 해당 기기의 디스플레이 패널에 대한 우수한 굽힘 강도가 요구되고 있는데, 상술된 종래 스크라이빙 휠을 이용하여 모바일 단말기와 태블릿PC의 디스플레이 패널에 이용되는 평면 기판을 제조하게 되면, 전술한 문제점과 같은 이유로 요구되는 굽힘 강도에 부응할 수 없다.

특히, 모바일 기기의 디스플레이 패널에 이용되는 평면 기판의 제조는 생산성 문제로 스크라이빙 공정에서 얻어지는 평면 기판의 측면 연마를 생략하는 실정이므로 요구되는 굽힘 강도에 부응할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 스크라이빙 공정에서 얻어지는 평면 기판의 굽힘 강도 저하를 최소화할 수 있어 절단 패널이 우수한 굽힘 강도를 갖도록 할 수 있는 구조의 스크라이빙 휠을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 스크라이빙 공정에서 얻어지는 평면 기판의 둘레에 균열이 남는 것을 최소화할 수 있는 구조의 스크라이빙 휠을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 스크라이빙 공정에서 얻어지는 평면 기판의 측면 가공을 생략하여 생산성을 향상시킬 수 있는 구조의 스크라이빙 휠을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 낮은 작업 하중에서도 별도의 Breaking 공정이 필요 없고 정밀한 절입 조절이 가능하며 절단 패널의 곡강도(Bending Strength)가 우수하므로, 모바일 단말기와 태블릿PC 등의 휴대용 디스플레이 기기에서 요구되는 두께가 얇은 모바일 패널 절단작업에 적합한 미세 홈 구조를 갖는 스크라이빙 휠을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 복수개의 휠 본체에 고속 레이저를 조사하여 정확하고 용이하게 커터부의 미세 홈 형성이 가능하므로 생산성이 비약적으로 향상된 구조를 갖는 스크라이빙 휠을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 스크라이빙 휠에 있어서, 일정 두께를 갖는 디스크 형상의 스크라이빙 휠에 있어서, 적어도 둘레 단부 영역이 상기 휠의 일정 두께가 반경 방향 외측으로 갈수록 점진적으로 축소됨으로써 상기 둘레 단부 영역을 구성하는 제1 및 제2 측면이 수렴되어 형성된 선단부를 포함하는 휠본체; 및 상기 둘레단부영역을 따라 교호적으로 형성되는 복수의 홈과 커터날로 형성된 커터부를 포함하는데, 상기 홈은 상기 선단부로 수렴되는 상기 제1 및 제2 측면에서 각각 함몰되어 형성된 제1 측면측 함몰영역 및 제2 측면측 함몰영역과 상기 선단부로부터 함몰되어 형성된 단부측 함몰영역이 하나로 연결된 구조인 것을 특징으로 하는 스크라이빙 휠을 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 측면측 함몰영역은 일정 폭(W)을 갖도록 이격되어 상기 함몰영역을 이루는 양 측벽이 상호 경사각을 갖고 하부로 갈수록 중심측으로 수렴되어 하부가 선형구조로 형성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 측면측 함몰영역은 일정 폭(W)을 갖도록 이격되어 상기 함몰영역을 이루는 양 측벽이 상호 경사각을 갖고 하부로 갈수록 중심측으로 수렴하는 형상으로 구성되는데, 상기 양 측벽의 이격간격인 일정 폭(W)은 상기 선단부에서 멀어질수록 좁아진다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 단부측 함몰영역은 상기 제1 및 제2 측면측 함몰영역의 양 측벽 및 상기 양 측벽이 수렴되어 형성된 하부가 상기 선단부에서 수렴되어 형성된 모서리를 함몰시켜 형성된 양 측면 및 상기 양 측면을 연결하는 하부면으로 구성되어 상기 홈이 안장구조를 이룬다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 측면측 함몰영역의 하부는 상기 단부측 함몰영역의 하부면과 근접할수록 상기 하부면과 완만하게 연결되는 경사면을 이루고 멀어질수록 선형 구조이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 측면측 함몰영역의 깊이는 상기 단부측 함몰영역에서 멀어질수록 얕아지는 구조이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 측면측 함몰영역의 일정폭(W)은 상기 선단부에서 1μm 내지 10μm이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 홈의 깊이(H)는 단부측 함몰영역의 깊이와 동일하고 0.5μm 내지 6μm이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 홈의 길이(L)는 상기 측면측 함몰영역의 길이와 동일하고 1μm 내지 20μm이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 휠본체의 둘레 단부 영역을 구성하는 제1 및 제2 측면은 상호 경사각(2θ)을 갖는다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 휠본체의 둘레 단부 영역 양 측면의 상호 경사각(2θ)은 80°내지 120°이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 홈을 이루는 제1 및 제2 측면측 함몰영역과 상기 단부측 함몰영역에 형성된 모서리는 라운드 된다. 것

바람직한 실시예에 있어서, 상기 홈을 구성하는 제1 및 제2측면측 함몰영역과 단부측 함몰영역은 초고속레이저를 조사하여 동시에 형성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 초고속레이저는 펨토초 또는 피코초 펄스폭을 갖는다.

본 발명의 스크라이빙 휠에 따르면, 스크라이빙 공정에서 얻어지는 평면 기판의 굽힘 강도 저하를 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 스크라이빙 휠에 따르면, 스크라이빙 공정에서 얻어지는 평면 기판의 둘레에 균열이 남는 것을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 스크라이빙 휠에 따르면, 스크라이빙 공정에서 얻어지는 평면 기판의 측면 가공을 생략하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 스크라이빙 휠에 따르면, 낮은 작업 하중에서도 별도의 Breaking 공정이 필요 없고 정밀한 절입 조절이 가능하며 절단 패널의 곡강도(Bending Strength)가 우수하므로, 모바일 단말기와 태블릿PC 등의 휴대용 디스플레이 기기에서 요구되는 두께가 얇은 모바일 패널 절단작업에 적합하다.

또한, 본 발명의 스크라이빙 휠에 따르면, 복수개의 휠 본체에 고속 레이저를 조사하여 정확하고 용이하게 커터부의 미세 홈 형성이 가능하므로 생산성이 비약적으로 향상된 커터부 구조를 갖는다.

본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.

도 1a 및 도 1b는 각각 공지된 스크라이빙 휠의 측면도,
도 2는 도 1a 및 도 1b의 스크라이빙 휠을 이용한 스크라이빙 공정의 문제점을 설명하기 위한 도면,
도 3a 및 도 3b는 각각 공지된 다른 예의 스크라이빙 휠의 커터부 구조 확대도,
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 스크라이빙 휠의 측면도,
도 4b는 도 4a의 확대영역의 다른 예를 나타낸 도면,
도 5 및 도 6은 도 4a의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 홈의 단면 예를 나타낸 도면,
도 7은 도 4a의 Ⅶ-Ⅶ선에 따른 커터부 영역의 단면 형상을 나타낸 도면,
도 8a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크라이빙 휠의 측면도 및 커터부에 대한 일부 확대도,
도 8b는 도 8a에 도시된 스크라이빙 휠에 형성된 홈의 평면도,
도 8c는 도 8a에 도시된 스크라이빙 휠에 형성된 홈을 측면 함몰영역에서 바라본 정면도,
도 9는 본 발명에 따른 스크라이빙 휠을 이용한 스크라이빙 공정을 설명하기 위한 도면,
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 스크라이빙 휠과 종래 스크라이빙 휠에 의해 형성되는 스크라이빙 라인의 비교 촬영 이미지,
도 11은 본 발명에 따른 스크라이빙 휠과 종래 스크라이빙 휠에 의해 얻어진 평면 기판의 굽힘 강도를 실험을 설명하기 위한 도면,
도 12는 본 발명에 따른 스크라이빙 휠과 종래 스크라이빙 휠에 의해 얻어진 평면 기판의 굽힘 강도 실험 결과 그래프,
도 13은 본 발명의 스크라이빙 휠 제조장치의 모식도,
도 14는 도 13에 도시된 본 발명의 스크라이빙 휠 제조장치 중 카트리지의 모식도.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명은 TV, 모니터용 패널 절단에 사용되는 스크라이빙 휠의 커터부 구조로는 태블릿PC, 휴대폰을 포함하는 두께가 얇은 모바일 패널을 절단할 수 없으므로, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 스크라이빙 휠의 새로운 커터부 구조를 제공하는데 그 기술적 특징에 있다.

즉, 본 발명의 커터부 구조는 도 1a 내지 도 1b에 도시된 바와 같이 인선부로부터만 함몰되어 이루어지거나, 도 3a 및 도 3b와 같이 스크라이빙 휠 원주면의 양쪽 경사면에 방사상으로 함몰되어 형성된 고랑이 인선부에서 만나서 이루어진 형태로 구성되는 것이 아니라, 인선부로부터 함몰된 단부측 함몰영역과 양쪽 경사면에 방사상으로 함몰되어 형성된 측면측 함몰영역이 하나로 연결된 구조를 갖게 되기 때문이다. 그 결과, 본 발명의 스크라이빙 휠은 도1a 및 도1b가 갖는 굽힘 강도가 현저하게 저하되는 홈의 형상에 대한 문제점이 해결될 뿐만 아니라 도 3a 및 도 3b와는 달리 커터부에 형성된 홈의 폭 및 깊이가 10㎛이하인 미세홈 구조를 가지므로 낮은 작업 하중에서도 별도의 Breaking 공정이 필요 없고 정밀한 절입 조절이 가능하며, 절단유리 에지(Edge)의 균열 발생이 억제되어 절단 패널의 곡강도(Bending Strength)가 우수하다.

도 4a 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 스크라이빙 휠을 도시한 도면들이고, 도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크라이빙 휠을 도시한 도면들이다.

본 발명의 스크라이빙 휠(1)의 구조에 대한 실시예들이 도시된 도면을 참조하여 본 발명의 스크라이빙 휠(1)의 구조에 대해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.

먼저, 본 발명의 제1 실시예에 의한 스크라이빙 휠(1)은 도 4a에 도시된 바와 같이, 휠본체(10)와, 휠본체(10)의 둘레단부영역에 형성되어 스크라이빙 대상물(30)에 대해 스크라이빙을 행하는 커터부(20)를 가지고 있다.

여기서, 휠 본체(10)는 둘레 단부 영역을 구성하는 제1측면(12) 및 제2측면(13)이 수렴되어 형성된 선단부(14)를 포함하는 디스크 형 바디일 수 있다.

이와 같이 휠본체(10)는 원형의 휠 형상을 가지고 있으며, 그 중앙에는 도시하지 않은 구동기의 회전축과 연결되는 축결합공(11)이 형성되어 있는 구조로 마련된다. 축결합공(11)은 스크라이빙 휠(1)을 사용하여 취성재료 표면에 흠집(즉 스크라이빙 선)을 내고자 할 때 공정 축을 삽입하여 사용할 목적으로 형성될 수 있다.

이 휠본체(10)의 재질은 고강도의 초경합금이나 다결정 다이아몬드(PCD, polycrystalline diamond)인 것이 바람직하다. 물론, 휠본체(10)의 재질은 스크라이빙 대상물(30)의 재질이나 두께 등과 같은 여건에 따라서 후술할 레이저빔 가공 또는 이온빔 가공이 가능한 여타 고강도 재질로 변경될 수 있다.

그리고, 이 휠본체(10)의 둘레 단부 영역은 커터부(20)를 형성하기 위한 구조로서, 반경 방향 외측으로 갈수록 두께가 축소되는 형상을 갖는다. 바람직하게는 휠본체(10)의 둘레 단부 영역 단면 구조는 도 7에 도시된 바와 같이, 삼각 단면 구조로 형성될 수 있다. 이때, 휠본체(10)의 둘레 단부 영역(14) 양 측면의 상호 경사각(2θ)을 갖는데, 이 경사각(2θ)은 스크라이빙 대상물(30)의 조건 등을 포함한 다양한 스크라이빙 공정상의 여건에 따라서 스크라이빙 휠(1)의 제작 과정에서 결정될 수 있는 것으로서, 본 발명의 실시예에서는 80°내지 120°범위내에서 형성되는 것이 바람직하다.

커터부(20)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 휠본체(10)의 둘레 단부 영역을 따라 교호적으로 형성되는 복수의 홈(21)과 커터날(27)로 구성된다.

이들 홈(21)과 커터날(27)의 피치(P)는 스크라이빙 대상물(30)의 조건 등을 포함한 다양한 스크라이빙 공정 상의 여건에 따라서 스크라이빙 휠(1)의 제작 과정에서 적절히 결정될 수 있다.

한편, 홈(21)은 도 4a 및 도 4b에 확대 도시된 바와 같이, 휠본체(10)의 둘레단부영역의 선단부(14)로 수렴되는 제1측면(12) 및 제2측면(13)에서 각각 함몰되어 형성된 제1측면측 함몰영역 및 제2측면측 함몰영역으로 구성된 측면측 함몰영역(23)과 휠본체(10)의 둘레단부영역의 선단부(14)로부터 함몰되는 형태의 단부측 함몰영역(25)이 하나의 홈(21)으로 연결되어 형성되는 구조를 가지고 있다.

구체적으로 살펴보면, 측면측 함몰영역(23)은 제1 및 제2 측면측 함몰영역의 양 측벽 및 양 측벽이 수렴되어 형성된 하부가 선단부(14)에서 수렴되어 형성된다. 그러므로 선단부(14)에서 상기 측면측 함몰영역(23)을 살펴보면, 제1측면측 함몰영역과 제2측면측 함몰영역의 양 측벽이 수렴되어 측면측으로 형성된 2개의 모서리가 서로 모아져 형성된 V자형 모서리일 수 있다. 이와 같은 상태에서 단부측 함몰영역(25)은 선단부(14)에 형성된 V자형의 날카로운 에지 즉 모서리를 함몰시켜 측면을 형성함으로써 형성된다.

이와 같이 측면측함몰영역(23)과 단부측함몰영역(25)이 형성된 홈(21)의 구조는 스크라이빙 공정에서 커터부(20)가 스크라이빙 대상물(30)에 접촉하는 과정에서 접촉 면적이 X,Y 양 방향이 아닌 한 방향으로만 형성되도록 하여 스크라이빙 라인에서 발생할 수 있는 균열이 최소화하면서, 후술하는 바와 같이 스크라이빙 공정에서 얻어지는 평면 기판의 굽힘 강도 저하를 최소화한다.

이때, 홈(21)은 소정의 폭(W)을 가지면서 그 단면 형상이 도 5와 같이 삼각 단면 등을 포함한 다각 단면 또는 도 6과 같이, 원호 단면 형상일 수 있는데, 바람직하게는 일정 폭(W)을 갖도록 이격되어 측면측 함몰영역(23)을 이루는 양 측벽이 상호 경사각을 갖고 하부로 갈수록 중심측으로 수렴되어 하부가 선형구조로 형성되는 것이다. 또한, 양 측면측 함몰영역(23)의 하부는 도시하지 않았지만 휠본체(10)의 둘레 단부 영역 양 측면에 대해 평행하거나 평행하지 않은 구조일 수 있다.

특히, 도 5 및 도 6과 같이, 홈(21)과 휠본체(10)의 둘레 단부 영역의 양 측면 간에 형성되는 모서리 영역이 소정 반경(R)으로 라운드 처리되는 것이 바람직하다. 이때, 라운드의 반경(R)은 0.1μm 내지 5μm일 수 있는데, 이 라운드 구조(R)에 의해 스크라이빙 공정에서 홈(21)과 휠본체(10)의 둘레 단부 영역의 양 측면(12,13) 간에 형성되는 모서리 영역이 스크라이빙 대상물(30)에 접촉하는 영역에서 응력이 분산되는 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 이러한 구조에 의해, 스크라이빙 라인에서 발생할 수 있는 균열이 더욱 최소화되면서, 스크라이빙 공정에서 얻어지는 평면 기판의 굽힘 강도 저하가 더욱 더 최소화된다.

한편, 홈(21)의 폭(W)은 스크라이빙 대상물(30)의 조건 등을 포함한 다양한 스크라이빙 공정 상의 여건에 따라서 10㎛이하의 크기를 갖는 범위 내에서 스크라이빙 휠(1)의 제작 과정에서 결정될 수 있는 것이지만, 본 발명의 스크라이빙 휠은 미세구조 홈을 구현할 수 있으므로 1μm 내지 6μm인 것이 바람직할 수 있다.

이때, 홈(21)의 폭(W)은 도 4a와 같이, 단부측 함몰영역(25)으로부터 측면측 함몰영역(23)의 말단부까지 동일한 폭으로 형성될 수도 있다. 경우에 따라서는 측면측 함몰영역(23)을 이루는 양 측벽이 상호 경사각을 갖고 하부로 갈수록 중심측으로 수렴하는 형상으로 구성되는 경우, 양 측벽의 이격간격인 일정 폭(W)은 상기 선단부에서 멀어질수록 좁아지는 구조일 수 있다.

또한, 홈(21)의 길이는 측면측 함몰영역(23)의 길이와 동일하고 20μm 이하의 길이로 형성될 수 있다. 바람직하게는 홈(21)의 길이 즉 측면측 함몰영역(23)의 길이는 스크라이빙 작용에 영향을 주지 않기 때문에 스크라이빙 휠의 내구성을 향상시키기 위해 단부측 함몰영역(25)을 보장할 수 있는 길이이기만 하면 가능한 짧게 형성하는 것이 바람직할 수 있는데, 1μm 내지 10μm일 수 있다.

또한, 홈(21)의 깊이(H)는 단부측 함몰영역의 깊이와 동일하고 10μm 이하의 깊이로 형성될 수 있다. 바람직하게는 홈(21)의 깊이 즉 단부측 함몰영역(25)의 깊이는 0.5μm 내지 6μm인 것이 바람직할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 의한 스크라이빙 휠(1)은 도 8a에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 의한 스크라이빙 휠(1)과 전체적인 구성은 동일하고 커터부(20)의 구성 중 홈(21)의 구성이 상이하므로 홈(21)을 중심으로 설명하기로 한다.

커터부(20)를 구성하는 홈(21)은 상술된 바와 같이 휠본체(10)의 둘레단부영역의 선단부(14)로 수렴되는 제1측면(12) 및 제2측면(13)에서 각각 함몰되어 형성된 제1측면측 함몰영역 및 제2측면측 함몰영역으로 구성된 측면측 함몰영역(23)과 휠본체(10)의 둘레단부영역의 선단부(14)로부터 함몰되는 형태의 단부측 함몰영역(25)이 하나의 홈(21)으로 연결되어 형성되는 구조를 가지고 있다.

특히, 도 8a에 확대 도시된 바와 같이 단부측 함몰영역(25)이 측면측 함몰영역(23)을 다시 선단부(14)에서 함몰시켜 측면만으로 구성되는 것이 아니라 상기 측면(25a)을 연결하는 하부면(25b)을 더 형성한다는 점에서 제1실시예와 상이하다.

구체적으로 단부측 함몰영역(25)의 구조에 대해 살펴보면 다음과 같다. 상술된 바와 같이 측면측 함몰영역(23)은 제1 및 제2 측면측 함몰영역(23a, 23b)의 양 측벽 및 양 측벽이 수렴되어 형성된 하부가 선단부(14)에서 수렴되어 형성된다. 따라서, 선단부(14)에서 상기 측면측 함몰영역(23)을 살펴보면, 제1측면측 함몰영역과 제2측면측 함몰영역의 양 측벽이 수렴되어 측면측으로 형성된 2개의 모서리가 서로 모아져 형성된 V자형 모서리일 수 있다. 이와 같은 상태에서 단부측 함몰영역(25)이 선단부(14)에 형성된 V자형의 날카로운 에지 즉 모서리를 함몰시켜 양 측면(25a)을 형성할 뿐만 아니라 양 측면(25a)을 연결하는 하부면(25b)을 더 형성함으로써 홈(21)이 전체적으로 안장구조를 이루게 되기 때문이다.

이 때 하부면(25b)은 도 8b에 도시된 바와 같이 홈(21) 중앙부에 형성된 분지 형상의 완만한 평탄부로서 측면(25a)과 완만한 둔각을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 및 제2 측면측 함몰영역(23a, 23b)의 하부는 단부측 함몰영역(25)의 하부면(25b)과 근접할수록 하부면(25b)과 완만하게 연결되는 경사면을 이루고 멀어질수록 선형 구조일 수 있다. 또한, 인선부가 스크라이빙 대상물(30)에 절입하는 부분에서 발생하는 균열 형성이 억제될 수 있도록 단부측 함몰영역(25) 및 측면측함몰영역(23)을 구성하는 모든 모서리는 라운드 가공되는 것이 바람직할 수 있다.

이와 같이 안장구조를 갖는 홈(21)의 형상으로 인해 본 발명의 스크라이빙 휠은 낮은 작업 하중에서도 별도의 Breaking 공정이 필요 없고 정밀한 절입 조절이 가능하며, 절단유리 에지(Edge)의 균열 발생이 억제되어 절단 패널의 곡강도(Bending Strength)가 매우 우수해진다.

즉, 공지된 스크라이빙 휠의 홈 형상은 휠 원주면의 인선부를 따라 교대로 형성된 커터부와 홈이 연속적인 날카로운 인선을 가지는 것과는 달리 본 발명의 스크라이빙 휠은 안장구조의 홈을 갖기 때문에 다음과 같은 우수한 효과를 갖기 때문이다.

먼저, 홈(21)의 측면측 함몰영역(23)에 의해 침투력이 증가하여, 동일 작업 하중에서도 돌출부가 유리 속으로 깊게 파고 들어서 작은 하중에서 유리 분단이 가능하다. 또한, 홈(21)의 단부측 함몰영역(25)의 측면(25a)에 의해 가공 모서리가 날카롭지 않고 둥글어서 인선부가 유리 속으로 파고 들어갈 때 꼭지점 부분에서 발생하는 균열 형성이 억제되어 절단한 모바일 패널의 곡강도가 우수하다. 또한, 홈(21)의 단부측 함몰영역(25)의 하부면(25b)에 의해 패널 절단 작업 시에 종종 발생하는 가압력 오르내림에도 일정한 절입이 가능하므로 정밀한 절단이 가능해진다.

한편, 균열 및 굽힘 강도 저하를 최소화하기 위한 제1실시예 및 제2실시예에서 형성된 홈(21)의 양 측면측 함몰영역(23)의 길이(L) 및 깊이(D)는, 단부측 함몰영역의 깊이(H)와 도 7에 도시된 것과 같은 기하학적인 관계를 갖는다.

즉, 홈(21)의 단부측 함몰영역(25)은 휠본체(10)의 둘레 단부로부터 휠본체(10)의 중앙측을 향해 일부 깊이(H)만큼 형성되고, 양 측면측 함몰영역(23)은 휠본체(10)의 둘레 단부로부터 둘레 단부 영역의 사면을 따라 일부 길이(L:μm) 구간만큼 형성될 수 있다.

이때, 홈(21)의 양 측면측 함몰영역(23)의 길이(L)는 단부측 함몰영역의 깊이(H)와 다음 수학식1의 조건을 만족하는 것으로서,

홈(21)의 단부측 함몰영역(25)의 깊이(H)는 0.5μm 내지 6μm, 양 측면측 함몰영역(23)의 길이(L)는 1μm 내지 20μm의 범위 내에서 스크라이빙 대상물(30)의 조건 등을 포함한 다양한 스크라이빙 공정 상의 여건에 따라서 스크라이빙 휠(1)의 제작 과정에서 결정될 수 있다.

또한, 홈(21)의 양 측면측 함몰영역(23)은 휠본체(10)의 둘레 단부 영역 양 측면으로부터 일부 깊이(D:μm)만큼 형성될 수 있다.

이때, 홈(21)의 양 측면측 함몰영역(23)의 깊이(D)는 단부측 함몰영역의 깊이(H)와 다음 수학식2의 조건을 만족하는 것으로서,

홈(21)의 측면측 함몰영역(23)의 깊이(D)는 0.3μm 내지 6μm의 범위 내에서 스크라이빙 대상물(30)의 조건 등을 포함한 다양한 스크라이빙 공정상의 여건에 따라서 스크라이빙 휠(1)의 제작 과정에서 결정될 수 있다.

이러한 구성과 구조 및 구조적 조건을 갖는 본 발명에 따른 스크라이빙 휠(1)을 이용하여 원하는 평면 기판(도 11의 40)을 얻고자 스크라이빙 공정을 수행하는 과정을 살펴본다.

스크라이빙 휠(1)이 도 9와 같이, 스크라이빙 대상물(30)인 평면형 원자재 기판에 소정의 압력으로 접촉하게 되면, 커터부(20)가 평면형 원자재 기판을 파고 들어가는 과정에서 홈(21)의 양 측면함몰 영역의 구조상 홈(21)과 휠본체(10)의 둘레 단부 영역 양 측면 간에 형성되는 모서리 영역이 스크라이빙 대상물(30)에 접촉되면서 응력이 집중되는 접촉 면적이 X측 또는 Y측 한 방향으로만 작용하게 된다. 균열(k)의 방향이 일 방향으로 최소화되거나 스크라이빙 휠(1)의 진행 방향으로 균열(k)이 형성되어 스크라이빙 공정에서 얻어지는 평면 기판(40)의 측면에 균열이 거의 형성되지 않는다.

특히, 홈(21)과 휠본체(10)의 둘레 단부 영역 양 측면 간에 형성되는 모서리 영역의 라운드 구조(R)가 스크라이빙 대상물(30)에 접촉 영역에서 응력을 분산시킴으로써, 균열의 발생을 최소화한다.

이에 의해, 스크라이빙 공정에서 얻어지는 평면 기판(도 11의 40)의 강도, 특히 굽힘 강도(Bending strength)가 저하되는 것을 최소화할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 스크라이빙 공정에서 얻어지는 평면 기판의 측면에 균열이 최소화되므로 스크라이빙 공정에서 평면 기판의 둘레 측면 부분에 여유 면적을 확보하는 것을 최소화할 수 있으며, 평면 기판의 측면 가공 등의 추가 가공 공정을 생략할 수 있다. 이에 의해, 생산성을 현격하게 향상시킬 수 있다.

이에 의해, 본 발명에 따른 스크라이빙 휠(1)을 이용한 스크라이빙 공정에서 얻어지는 평면 기판은 대형 디스플레이 패널의 제조뿐만 아니라, 모바일 단말기와 태블릿PC 등에 이용되는 디스플레이 패널 및 반도체 웨이퍼 제조에서 요구되는 평면 기판의 강도 및 굽힘 강도에 충분히 부응할 수 있다.

실시예 1

도 4a에 도시된 구조를 갖는 스크라이빙 휠1을 제조하였다. 즉, 휠 본체를 준비한 후, 휠 본체의 선단부에 초고속레이저가 조사되어 홈이 형성되는 레이저 조사 단계, 휠이 미리 결정된 각도만큼 회전되는 휠 회전 단계, 상기 레이저 조사 단계 및 상기 휠 회전 단계가 순차적으로 반복 수행되는 단계를 포함하여 스크라이빙 휠1을 제조하였다. 이 때 레이저 반복률, PRR(pulse repetition rate, Hz) 및 빔 사이즈 w_o가 각각 100kHz 및 3μm이고, 스테이지의 이동 속도(stage speed) v를 0.3m/sec로 하여 레이저의 평균 조사 펄스 수가 1로 하였다. 한편 펄스당 어블레이션 깊이가 75nm인 레이저 플루언스에서 총 40번의 공정 반복을 함으로써 2micron 깊이의 노치를 휠의 선단부에 형성할 수 있었다.

제조된 스크라이빙 휠1의 피치는 16.2㎛이고, 노치 깊이의 평균값은 2.17μm이고 노치 길이는 5.2μm이며 인선길이는 11.0μm 였다.

실시예 2

도 8a에 도시된 구조를 갖는 스크라이빙 휠2를 실시예1에 사용된 방법과 동일하지만 하기와 같이 제조조건을 달리하여 제조하였다.

즉, 레이저 반복률, PRR(pulse repetition rate, Hz) 및 빔 사이즈 w_o가 각각 50kHz 및 3μm이고, 스테이지의 이동 속도(stage speed) v를 0.15m/sec로 하여 레이저의 평균 조사 펄스 수가 1로 하였다. 한편 펄스당 어블레이션 깊이가 50nm인 레이저 플루언스에서 총 60번의 공정 반복을 함으로써 2micron 깊이의 노치를 휠의 선단부에 형성할 수 있었다.

제조된 스크라이빙 휠2의 피치는 16.2㎛이고, 노치 깊이의 평균값은 2.25μm이고 노치 길이는 5.0μm이며 인선 길이는 11.2μm 였다.

비교예

도 1a와 같은 구조를 갖는 비교예 스크라이빙 휠을 준비하였다. 이 때 비교예 스크라이빙 휠의 피치는 16.5㎛이고, 노치 깊이의 평균값은 2.8μm이고 노치 길이는 9.5μm이며 인선 길이는 7.0μm 였다.

실험예 1

실시예 1에서 얻어진 본 발명의 스크라이빙 휠1을 이용한 스크라이빙 공정에서 스크라이빙 대상물(30)에 형성되는 스크라이빙 라인(A)과 종래 스크라이빙 휠인 비교예 스크라이빙 휠을 이용한 스크라이빙 공정에서 스크라이빙 대상물(30)에 형성되는 스크라이빙 라인(B)을 현미경으로 관찰하고 그 현미경 촬영 이미지를 각각 도 10a 및 도 10b에 도시하였다.

실험 결과 이미지인 도 10a에서 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따른 스크라이빙 휠1에 의한 스크라이빙 라인은 도 10b와 같은 비교예 스크라이빙 휠에 의한 스크라이빙 라인에 비해 균열의 발생이 현격하게 최소화되는 것을 확인할 수 있다.

실험예 2

실시예1 및 실시예2에서 제조된 스크라이빙 휠1, 스크라이빙 휠2 및 비교예 스크라이빙 휠을 이용하여 250㎛ 두께의 유기기판에 대해 스크라이빙 공정을 수행하고 작업하중에 따른 분단 깊이를 측정하여 그 측정결과를 표 1에 나타내었다.

구분	작업하중(N)	분단깊이(㎛)
스크라이빙 휠1	8.0	229
스크라이빙 휠2	8.5	223
비교예 스크라이빙 휠	9.5	214

표 1로부터, 비교예 스크라이빙 휠과 비교하여 본 발명의 스크라이빙 휠 1 및 2가 더 작은 하중에서도 분단 깊이가 더 우수한 것을 알 수 있으며, 그 결과 8 ~ 8.5 N의 작은 작업하중에서도 유리 분단이 가능하였다.

실험예 3

본 발명의 스크라이빙 휠1 및 2에 의해 얻어진 500㎛ 두께의 평면 기판(40)에 대한 굽힘 강도 및 비교예 스크라이빙 휠을 이용하여 얻어진 평면 기판(140)에 대한 굽힘 강도를 도 11과 같이 실험 하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.

이때, 굽힘 강도 실험 조건은 다음과 같다.

가) 테스트 방법 : 3점 굽힘 테스트(3-Point Bending Test)

나) 로딩 스피드 : 12.5mm/min

다) 시료 사이즈 : 길이 30 × 폭 10 × 두께 0.5 (mm³)

라) 테스트 시료 수 : 100개

마) 굽힘 강도 계산식 : σ_f = 3PL/2Wt²

(여기서, σ_f : 굽힘 강도(Bending Strength), P : 시료 파단시 최대 하중, L : 시편 지지점 간격, W : 시편 폭(10mm), t : 시편 두께(0.5mm))

구분	작업하중(N)	굽힘강도(MPa)
스크라이빙 휠1	8.0	353
스크라이빙 휠2	8.5	389
비교예 스크라이빙 휠	9.5	316

표 2로부터, 본 발명의 스크라이빙 휠 1 및 2가 비교예 스크라이빙 휠과 비교하여 현저하게 우수한 굽힘 강도를 갖는 것을 알 수 있다.

특히, 본 발명의 스크라이빙 휠 1 및 2를 비교하면, 스크라이빙 휠2와 같이 단부측 함몰영역(25)이 측면과 하부면으로 형성되어 홈이 전체적으로 안장(Saddle)구조를 갖게 되면, 단부측 함몰영역(25)이 단순히 측면을 갖는 구조인 스크라이빙 휠1과 비교하여, 스크라이빙 공정에서 얻어진 유리의 굽힘강도가 더 우수해짐을 알 수 있다. 이러한 굽힘강도의 향상 효과는, 스크라이빙 휠2와 같은 미세홈 구조를 갖게 되면 스크라이빙 작업 시에 종종 발생하는 가압력 오르내림에도 일정한 절입으로 정밀한 절단이 가능해지므로 굽힘강도의 산포가 크게 감소하기 때문이다.

실험예 4

실시예1 및 실시예2에서 제조된 스크라이빙 휠1, 스크라이빙 휠2 및 비교예 스크라이빙 휠의 수명을 비교하기 위하여, 0.5㎜ 두께의 유리기판을 1.8km까지 스크라이빙 절단하였고, 각각 0.6km, 1.2km, 1.8km 절단 후에 얻어진 유리기판에 대한 굽힘 강도를 측정하고 그 결과를 도 12에 나타내었다.

도 12로부터 본 발명의 스크라이빙 휠1 및 2에서는 절단 거리에 따른 굽힘 강도 급감은 나타나지 않았으나, 비교 스크라이빙 휠과의 차이가 절단 거리에 관계없이 거의 일정하게 유지되어서, 비교 스크라이빙 휠 대비 발명 스크라이빙 휠1 및 2의 수명이 향상됨을 알 수 있다.

상기와 같은 실험 결과는 본 발명에 따른 스크라이빙 휠의 구조적 특징에 의해 얻어지는 효과를 증명하는 실험 결과로서, 본 발명에 따른 스크라이빙 휠은 스크라이빙 공정에서 얻어지는 평면 기판의 굽힘 강도 저하를 최소화할 수 있음을 증명한다.

또한, 스크라이빙 공정에서 얻어지는 평면 기판의 둘레에 균열이 남는 것이 최소화되는 것을 증명한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 스크라이빙 휠을 이용하여 얻어진 평면 기판은 측면 가공을 생략하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 모바일 단말기와 태블릿PC 등의 휴대용 디스플레이 기기에서 요구되는 굽힘 강도에 부응하는 평면 기판을 제조할 수 있다.

마지막으로, 상술된 구조 및 효과를 갖는 본 발명의 스크라이빙 휠(1)의 제조장치 및 제조방법을 구체적으로 살펴본다.

본 발명의 스크라이빙 휠 제조 장치(1000)는 기본적으로 레이저 조사부(100) 및 휠 이동부(200), 두 부분을 포함하여 이루어진다. 레이저 조사부(100)에서는 초고속 레이저를 조사하며, 휠 이동부(200)는 레이저 조사부(100)에서 조사되는 레이저 빔의 광경로 상에 휠 본체(10)의 선단부(14)가 배치되도록 휠본체(10)을 수평 이동, 수직 이동 또는 회전 이동시키도록 형성되어, 레이저 조사부(100)에 의하여 조사되는 레이저 빔에 의하여 휠 본체(10)의 선단부(14)에 미세노치 즉 홈(21)이 형성되도록 하는 것이다.

레이저 조사부(100)는 도 13에 도시된 바와 같이 레이저 광원(110), 대물렌즈(120), 이색성 거울(130, dichroic mirror), 촬영부(140)를 포함하여 이루어질 수 있다.

레이저 광원(110)은 비접촉식 및 비열적 공정을 실현할 수 있도록 하기 위하여, 열적 변형을 최소화하는 초고속 레이저인 것이 바람직하다. 특히 본 발명의 스크라이빙 휠(1)이 갖는 미세구조 홈을 제작하기 위해서는 레이저 조사부(100)가 펨토초 또는 피코초 펄스폭을 가지는 레이저 광을 조사하도록 되는 것이 바람직하다.

대물렌즈(120)는 상기 레이저 광원(110)에서 조사되는 레이저 빔을 휠본체(10)의 선단부(14)로 집속시키는 역할을 한다.

이색성 거울(130, dichroic mirror)은, 상기 레이저 광원(110) 및 대물렌즈(120) 사이의 광경로 상에 배치되며, 상기 레이저 광원(110)에서 조사되는 레이저 빔의 파장 범위의 빛을 전반사하고 그 외의 파장 범위의 빛을 투과시키는 역할을 한다. 즉 상기 이색성 거울(130) 역할을 하는 장치로서, (명확히 이색성 거울이 아니더라도) 상술한 바와 같은 기능을 할 수 있다면 다른 어떤 광학 부품을 사용하여도 무방하다.

촬영부(140)는 이색성 거울(130)에 의하여 투과된 빛을 이용하여 휠본체(10)의 선단부(14)를 촬영하는 역할을 한다. 구체적으로 이러한 기능을 하는 부품으로서, CCD(charge coupled device) 카메라 등이 널리 사용되는 바, 촬영부(140)는 CCD 카메라 등으로 이루어질 수 있다.

휠 이동부(200)는 스테이지(210), 회전축(220), 스텝 모터(230), 트랜슬레이터(240, translator)를 포함하여 이루어질 수 있다. 스테이지(210)는 말 그대로 작업대로서, 상기 휠본체(10)가 놓여져 노치 제작 공정이 이루어질 수 있도록 하는 공간을 형성한다. 스테이지(210)는 수평 방향 이동 가능하게 형성될 수 있다.

회전축(220)은 휠본체(10)의 축결합공(11)에 끼워지게 되며, 그 양측 끝단에 스텝 모터(230) 및 트랜슬레이터(240)가 결합 구비된다. 회전축(220)에 휠본체(10)가 끼워진 채로 회전축(220)을 수평, 수직, 회전 이동시킴으로써 레이저가 조사되는 부위를 조절할 수 있으며, 이에 따라 레이저 가공에 의하여 휠본체(10) 선단부(14) 상의 원하는 부위에 원하는 크기의 노치 즉 홈(21)을 형성할 수 있게 되는 것이다.

스텝 모터(230)는 휠본체(10)의 회전 이동을 담당한다. 즉 스텝모터(230)는, 스테이지(210) 상에 배치되며 회전축(220)의 일측 끝단에 구비되어 회전축(220)을 회전시켜 휠본체(10)를 회전 이동시키는 기능을 한다. 이 때 상기 휠 이동부(200)에는,스텝 모터(230) 축의 세차 운동을 포함하는 노이즈 움직임의 전달을 제거하도록, 스텝 모터(230) 및 회전축(220)의 연결부에 구비되는 커플러(250)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

트랜슬레이터(240, translator)는 휠본체(10)의 수평 또는 수직 이동을 담당한다. 즉 트랜슬레이터(240)는, 스테이지(210)와 결합 구비되며 회전축(220)의 타측 끝단에 구비되어 휠본체(10)을 수평 또는 수직 이동시키는 기능을 한다. 트랜슬레이터(240)는 물론 공정 시작 전 휠본체(10)을 원하는 위치에 정렬할 때 사용되며, 공정 과정 중에도 위치를 조정하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 레이저 조사시 형성되는 홈(21)의 깊이를 조절하기 위하여 휠본체(10)의 수직 방향 높이를 조절하기 위해서도 사용될 수 있다. 이러한 정밀 조작을 위해서는, 휠 이동부(200)는, 촬영부(140)에 의하여 촬영된 이미지를 이용하거나 또는 별도 구비된 높이 측정 센서(270)에 의하여 측정된 높이 값을 이용하여 휠본체(10)를 수직 이동시킬 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 특히 휠본체(10) 하나씩에 대하여 노치 즉 홈(21) 제작 공정을 수행하는 것이 아니라, 복수 개의 휠본체(10)에 대하여 한꺼번에 홈(21)을 제작하도록 하는 것이 큰 특징이다. 즉, 미세 구조 홈을 갖는 스크라이빙 휠(1) 제조장치(1000)는 복수 개의 휠본체(10)가 동축 상에 적층 배열되어 형성되는 적층체에 홈(21)을 형성하도록 이루어지는 것이다. 복수 개의 휠본체(10)를 안정적으로 고정하기 위해서 본 발명에서는 휠 카트리지(300) 구조를 도입한다. 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 14는 본 발명의 휠 카트리지의 전형적인 모식도를 도시하고 있다. 휠 카트지리(300)는, 복수 개의 휠본체(10)가 동축 상에 적층 배열되어 형성되는 적층체, 적층체의 양측 끝단에 구비되는 한 쌍의 지지판(310) 및 휠본체(10)들의 사이에 채워지는 필링재(320)를 포함하여 이루어질 수 있다. 휠 카트리지(300)에는 휠본체(10)을 하나만 넣어도 되고, 수십 개 내지 수백 개를 넣어도 무방하다. 이와 같이 복수 개의 휠본체(10)들이 적층되어 있는 상태에서 레이저 조사부(100)를 이용하여 한꺼번에 홈(21)을 형성하도록 함으로써, 하나하나의 휠에 홈(21)을 형성하는 것에 비하여 생산성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.

지지판(310)은 휠본체(10)간 간격이 벌어지지 않고 적층체 형태를 잘 유지할 수 있는 것이기만 하다면 어떻게 형성되어도 무방하며, 재질 또한 글래스 등 어떤 것이어도 무방하다. 휠본체(10)와 휠본체(10) 사이에는 필링재(320)가 채워지는데, 필링재(320)는 휠본체(10)에 물리적 및 화학적 손상을 주지 않는 용매(물 등이어도 무방하다)에 용해 가능한 재료(고분자 재료 등이어도 무방하다)일 수 있다. 필링재(320)는 휠본체(10)와 휠본체(10) 사이 및 휠본체(10)와 지지판(310) 사이의 접착 능력을 향상하고, 초고속 레이저를 이용한 홈 제작 시 레이저 유발 플럼(plum) 등에 의하여 발생할 수도 있는 필요 공정면 이외의 휠 표면 손상을 방지해 주는 역할을 한다. 이 때, 휠본체(10)의 선단부(14) 위에는 고분자재료 등으로 된 필링재(320)의 두께가 수십 나노미터 이하가 되도록 하여 초고속 레이저를 이용한 홈 제작 시 필링재(320) 두께에 의하여 공정 정밀도에 영향이 없도록 한다.

이처럼 휠본체(10)의 선단과 선단 사이를 고분자와 같은 필링재(320)로 코팅 혹은 채움으로써, 레이저 공정 시 발생할 수 있는 휠본체(10) 선단부(14) 이외의 부분에 대한 부분적인 어블레이션을 방지할 수 있다. 또는 코팅의 정도를 변화시킴으로써 어블레이션 정도를 제어하여 제작된 홈(21)의 3차원적인 구조를 인위적으로 제어할 수도 있다.

이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 스크라이빙 휠 제조장치(100)를 이용하여 스크라이빙 휠(1)을 제조하는 방법에 대해 살펴보면 다음과 같다.

먼저 휠본체(10)가 수평면(즉 XY면) 상에 대하여 수직임과 동시에 휠본체(10)의 면 방향이 공정 동작의 구동축 방향에 수직하도록 배치되도록 한다. 이 때 휠본체(10)의 축 방향이 X축 또는 Y축 중 어느 하나와 나란하게 배치되도록 하는 것이 바람직하다. (휠 카트리지(300)를 사용할 경우에도 마찬가지이다.)

이러한 정렬 배치 작업은 수동으로 수행할 수도 있고, 또는 촬영부(240)를 통해 채득된 이미지를 이용하여 자동으로 수행되도록 할 수도 있다.

휠본체(10)(또는 휠 카트리지(300))를 작업대 즉 스테이지(210) 상에 정렬 배치한 후에는, 대물렌즈(120)의 높이를 조절하거나 또는 트랜슬레이터(240)를 사용하여 휠본체(10)의 높이를 조절함으로써, 레이저 조사부(100)에서 조사되는 레이저 빔의 초점이 휠본체(10)의 선단부(14)에 맞추어지도록 한다.

이러한 초점 정렬 작업 역시 촬영부(240)를 통해 채득된 이미지를 이용하여 수행되도록 할 수도 있고, 또는 이러한 초점 정렬 작업은 휠 이동부(200)에 별도 구비된 상기 높이 측정 센서(270)를 이용해 측정된 높이 값을 이용하여 수행되도록 할 수도 있다.

이처럼 3차원(XYZ) 공간 상에서 휠본체(10)(또는 상기 휠 카트리지(300))의 정렬 배치 작업이 완료되고 나면, 레이저 조사부(100)에 의해서 조사되는 초고속 레이저가 휠본체(10)의 선단부(14)에 집속 조사되도록 하여 홈(21)이 제작된다. 이 때 홈(21)을 구성하는 제1 및 제2측면측 함몰영역(23a, 23b)과 단부측 함몰영역(25)은 펨토초 또는 피코초 펄스폭을 갖는 초고속레이저를 조사하여 동시에 형성된다. 특히, 홈(21)의 넓이, 깊이, 안장구조, 휠본체(10)에 따라 레이저의 에너지, 레이저의 펄스 반복률, 레이저의 상대 이동 속도, 조사 반복 횟수가 결정될 수 있다.

이상의 과정을 통하여 휠본체(10)의 선단부(14)에 하나의 홈(21)을 제작할 수 있다. 이렇게 홈(21)이 만들어지면, 휠본체(10)를 미리 결정된 각도만큼 회전시킨 후 다시 이상의 과정을 반복한다. 이러한 과정을 거쳐 최종적으로 휠본체(10) 상에 방사상으로 배치된 복수 개의 홈(21)를 형성할 수 있게 되는 것이다.

본 발명에서는, 상술된 바와 같이 휠 카트리지(300) 구조를 도입함으로써, 휠본체(10) 하나하나에 대하여 홈(21)을 제작하는 것이 아니라 수백 개까지의 휠본체(10)에 한꺼번에 홈(21)를 제작할 수 있게 되어, 생산성 향상 효과를 극대화할 수 있게 된다.

1 : 스크라이빙 휠
10 : 휠본체 11 : 축결합공
12 : 제1측면 13 : 제2측면
14 : 선단부 20 : 커터부
21 : 홈 23 : 측면측 함몰영역
23a: 제1측면측 함몰영역 23b: 제2측면측 함몰영역
25 : 단부측 함몰영역 25a : 측면
25b: 하부면 27 : 커터날

Claims

일정 두께를 갖는 디스크 형상의 스크라이빙 휠에 있어서,
적어도 둘레 단부 영역이 상기 휠의 일정 두께가 반경 방향 외측으로 갈수록 점진적으로 축소됨으로써 상기 둘레 단부 영역을 구성하는 제1 및 제2 측면이 수렴되어 형성된 선단부를 포함하는 휠본체; 및 상기 둘레단부영역을 따라 교호적으로 형성되는 복수의 홈과 커터날로 형성된 커터부를 포함하는데,
상기 홈은 상기 선단부로 수렴되는 상기 제1 및 제2 측면에서 각각 함몰되어 형성된 제1 측면측 함몰영역 및 제2 측면측 함몰영역과 상기 선단부로부터 함몰되어 형성된 단부측 함몰영역이 하나로 연결된 구조이고,
상기 단부측 함몰영역은 상기 제1 및 제2 측면측 함몰영역의 양 측벽 및 상기 양 측벽이 수렴되어 형성된 하부가 상기 선단부에서 수렴되어 형성된 모서리를 함몰시켜 형성된 양 측면 및 상기 양 측면을 연결하는 하부면으로 구성되어 상기 홈이 안장구조를 이루는 것을 특징으로 하는 스크라이빙 휠.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 측면측 함몰영역은 일정 폭(W)을 갖도록 이격되어 상기 함몰영역을 이루는 양 측벽이 상호 경사각을 갖고 하부로 갈수록 중심측으로 수렴되어 하부가 선형구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 스크라이빙 휠.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 측면측 함몰영역은 일정 폭(W)을 갖도록 이격되어 상기 함몰영역을 이루는 양 측벽이 상호 경사각을 갖고 하부로 갈수록 중심측으로 수렴하는 형상으로 구성되는데, 상기 양 측벽의 이격간격인 일정 폭(W)은 상기 선단부에서 멀어질수록 좁아지는 것을 특징으로 하는 스크라이빙 휠.
삭제
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 측면측 함몰영역의 하부는 상기 단부측 함몰영역의 하부면과 근접할수록 상기 하부면과 완만하게 연결되는 경사면을 이루고 멀어질수록 선형 구조인 것을 특징으로 하는 스크라이빙 휠.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 측면측 함몰영역의 깊이는 상기 단부측 함몰영역에서 멀어질수록 얕아지는 구조인 것을 특징으로 하는 스크라이빙 휠.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 측면측 함몰영역의 일정폭(W)은 상기 선단부에서 1μm 내지 10μm인 것을 특징으로 하는 스크라이빙 휠.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홈의 깊이(H)는 단부측 함몰영역의 깊이와 동일하고 0.5μm 내지 6μm인 것을 특징으로 하는 스크라이빙 휠.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홈의 길이(L)는 상기 측면측 함몰영역의 길이와 동일하고 1μm 내지 20μm인 것을 특징으로 하는 스크라이빙 휠.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 휠본체의 둘레 단부 영역을 구성하는 제1 및 제2 측면은 상호 경사각(2θ)을 갖는 것을 특징으로 하는 스크라이빙 휠.
제10항에 있어서,
상기 휠본체의 둘레 단부 영역 양 측면의 상호 경사각(2θ)은 80°내지 120°인 것을 특징으로 하는 스크라이빙 휠.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홈을 이루는 제1 및 제2 측면측 함몰영역과 상기 단부측 함몰영역에 형성된 모서리는 라운드된 것을 특징으로 하는 스크라이빙 휠.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홈을 구성하는 제1 및 제2측면측 함몰영역과 단부측 함몰영역은 초고속레이저를 조사하여 동시에 형성된 것을 특징으로 하는 스크라이빙 휠.
제 13 항에 있어서,
상기 초고속레이저는 펨토초 또는 피코초 펄스폭을 갖는 것을 특징으로 하는 스크라이빙 휠.