JP2018086785A - スクライビングホイール及びそのスクライブ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヤモンドで形成されたスクライビングホイールにおいて、高品質でサファイア基板をスクライブすること。【解決手段】円周部に沿って断面がＶ字形で中央に稜線が形成され、稜線と稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有し、少なくとも刃先部分がダイヤモンドのスクライビングホイールを形成する。稜線部分には、溝長さを９〜１２μｍ、稜線長さを５〜９μｍ、溝の深さを１．５〜４μｍとした溝１５を全周に設ける。このスクライビングホイールを用いて薄いサファイア基板をスクライブすると、薄いサファイア基板を分断してもクレバスのほとんど無い断面を得ることができる。【選択図】図２

Description

本発明は薄いサファイア基板をスクライブするためのスクライビングホイール及びそのスクライブ方法に関するものである。

従来サファイア基板をスクライブしブレイクする場合には、特許文献１，２等に示されるようにサファイア基板にレーザ光を照射してスクライブ溝を形成し、このスクライブ溝に沿ってブレイクする方法が提案されている。

又ガラス切断用のスクライビングホイールを用いたスクライブ方法も広く用いられている。従来のスクライビングホイールは、特許文献３等に示されるように、超硬合金製又は多結晶焼結ダイヤモンド（以下、ＰＣＤという）製の円板を基材としている。ＰＣＤはダイヤモンド粒子をコバルトなどと共に焼結させたものである。スクライビングホイールは基材となる円板の両側より円周のエッジを互いに斜めに削り込み、円周面にV字形の刃先を形成したものである。このようにして形成されたスクライビングホイールをスクライブ装置のスクライブヘッド等に回転自在に軸着して脆性材料基板に所定の荷重で押し付け、脆性材料基板の面に沿って移動させることで、転動させながらスクライブすることができる。

特開２０１２−１０６２７９号公報 特開２０１３−５１２９８号公報 国際公開ＷＯ２００３／５１７８４号公報

しかるに従来のレーザ光を用いたスクライブ方法では、サファイア基板の表面にダメージが生じ易く、基板の品質を損うという問題点があった。又スクライビングホイールを用いたスクライブ方法では、サファイア基板の厚さが薄くなると、ブレイクした後に断面にクレバスとも呼ばれる不規則な亀裂が発生し易くなるという問題点があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、サファイア基板のスクライブに適したスクライビングホイール及びそのスクライブ方法を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明のスクライビングホイールは、円周部に沿って断面がＶ字形で中央に稜線が形成され、前記稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有し、少なくとも刃先部分がダイヤモンドで形成されたスクライビングホイールであって、前記稜線部分の全周に所定間隔で形成された溝を有し、前記溝の長さを９μｍ以上１２μｍ以下、前記溝の間の稜線の長さを５μｍ以上９μｍ以下、前記溝の深さを１．５μｍ以上４μｍ以下としたものである。

ここで前記溝長さと稜線長さとの比を１．０より大きくするようにしてもよい。

この課題を解決するために、本発明のスクライブ方法はスクライビングホイールを用いたスクライブ方法であって、サファイア基板に前記スクライビングホイールを押し当て、前記スクライビングホイールを転動させることによりスクライブするものである。

このような特徴を有する本発明によれば、スクライビングホイールの少なくとも刃先部分をダイヤモンド製とし、その稜線部分に所定の溝を形成する。このような形状のスクライビングホイールを用い、サファイア基板をスクライブすることによって、十分な深さの垂直クラックを発生させることができ、分断後のクレバスの発生を抑制することができるという効果が得られる。

図１は本発明の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図及び側面図である。 図２は本実施の形態による刃先の稜線部分の拡大図である。 図３は本発明の実施例１〜７、比較例１〜４によるスクライビングホイールの寸法を示す図である。 図４は実施例１〜７、比較例１〜４によるスクライビングホイールを用いてスクライブした後、及びブレイクした後の評価を示す図である。 図５はスクライブラインを形成したサファイア基板を目視する状態を示す概略図である。 図６Ａはスクライブラインを形成したサファイア基板でスクライブラインに水平クラックが生じていない場合を示す図である。 図６Ｂはスクライブラインを形成したサファイア基板でスクライブラインに水平クラックが生じている場合を示す図である。 図７Ａはスクライブラインに沿ってブレイクした断面の状態を示す図であり、クレバスのない状態を示す。 図７Ｂはスクライブラインに沿ってブレイクした断面の状態を示す図であり、クレバスがわずかにある状態を示す。 図７Ｃはスクライブラインに沿ってブレイクした断面の状態を示す図であり、クレバスが多い状態を示す。

図１は本発明の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図及び側面図である。スクライビングホイールを製造する際には、例えば、超硬合金等のスクライビングホイール基材となる円板１１の中央にまず図１（ａ）に示すように軸穴となる貫通孔１２を形成する。次にこの貫通孔１２に図示しないモータ等のシャフトを連通して貫通孔１２の中心軸を回転軸１２ａとして回転させつつ、円板１１の全円周を円板の表裏両側より回転軸１２ａに対して斜めに研磨して図１（ｂ）に示すように稜線と稜線の両側の傾斜面を垂直断面Ｖ字形に形成する。こうして形成したＶ字形の斜面を研磨面１３とする。

まずダイヤモンド膜の付着が容易になるようにＶ字形の研磨面１３をあらかじめ粗面にしておく。次にサブミクロン以下の粒径の核となるダイヤモンドを斜面部分に形成した後、化学気相成長反応によってダイヤモンド薄膜を成長させる。このようにしてスクライビングホイールのＶ字形の斜面の研磨面に化学気相成長法（ＣＶＤ法）によって、膜厚が例えば２０〜３０μｍのダイヤモンド膜１４を形成する。

次にダイヤモンド膜の先端を研磨し、稜線を含む研磨領域を形成する。続いて、ダイヤモンド膜の研磨領域の稜線部分に一定間隔の微小な溝を形成する。この溝の詳細について図２を用いて説明する。図２は図１に一点鎖線Ｓで示す刃先の稜線部分の拡大図である、本図に示すようにスクライビングホイールの研磨面が交差する稜線部分に溝とその間の稜線の長さを夫々一定とする溝１５を全周に形成する。溝はダイヤモンド膜を有するスクライビングホイールの刃先をレーザ加工によって一部除去することにより形成してもよい。ここで各溝１５の溝の長さＡは９μｍ以上、１２μｍ以下とすることが好ましい。又溝の深さＢは１．５μｍ以上、４μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは２μｍ以上、３μｍ以下とする。又稜線の長さＣは５μｍ以上、９μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは５μｍ以上、７μｍ以下とする。又溝の長さＡと稜線の長さＣとの比Ａ／Ｃは、１より大きいことが好ましく、より好ましくは１．４以上とする。このような溝が全周に形成されたスクライビングホイールを用いてスクライブすると、好適なスクライブを行うことができる。そしてこのスクライブラインに沿ってブレイクした場合には、クレバスの少ない断面を得ることができる。

尚この実施の形態では溝の形成はレーザ加工により行っているが、レーザ加工に代えて、ダイヤモンド膜を放電加工して溝を形成してもよく、研磨により溝を形成するようにしてもよい。

又スクライビングホイール基材のＶ字形の刃先部に溝を形成しておき、このスクライビングホイール基材にＣＶＤ法でダイヤモンド膜をコーティングし研磨することでスクライビングホイールを構成するようにしてもよい。

又この実施の形態ではスクライビングホイール基材にダイヤモンド膜をコーティングして研磨しているが、スクライビングホイール基材自体を単結晶ダイヤモンドや、結合材を含まない多結晶ダイヤモンド等のダイヤモンド材料で構成するようにしてもよい。

次に実施例について図３を用いて説明する。図３は実施例１〜７によるスクライビングホイールは前述した実施の形態に基づいて作成したものである。ここでは図３に示すように溝の長さＡを９又は１２μｍ、溝の深さＢを１．５，２，３，又は４μｍ、稜線の長さＣを６又は８．５μｍとし、刃先角度Ｄを１１５°としたスクライビングホイールを実施例１〜７とする。溝稜線比Ａ／Ｃは１．０６〜２.００とした。又これと同時に比較例１〜４として、溝の長さＡを６，９又は１２μｍ、溝の深さＢを３μｍ、稜線の長さＣを６，８．５又は１２μｍとし、刃先角度Ｄを１１５°としたスクライビングホイールを作成した。比較例１〜４の溝稜線比Ａ／Ｃは０．７１〜１.００とした。

そして各実施例１〜７のスクライビングホイールと比較例１〜４のスクライビングホイールを用いて、スクライブ荷重を１．２０Ｎ〜２．２２Ｎにまで変化させて、０．１ｍｍの厚さのサファイア基板に押し当て、転動させることでスクライブした。更にこのサファイア基板をスクライブラインに沿って分断した。図４はスクライブの状態を３段階で、断面の状態を２段階で評価した結果を示す表である。スクライブラインの評価の際には、図５に示すように平行に多数のスクライブラインを形成したサファイア基板２１に照明を当て、スクライブラインを目視で確認した。ここでスクライブが良好「○」、及び「×」の場合は、スクライブラインが全体的に均等に光っている中浸透である状態を示す。又「△」は薄く光っているが所々途切れており、スクライブが低浸透である状態を示している。図６Ａはスクライブラインの品質を示し、中浸透（○）又は低浸透（△）で、水平クラックが生じていない状態を示しており、図６Ｂは水平クラックが生じている（×）状態を示す。図６Ｂにはスクライブラインの側方に水平クラックが生じている。

次にこのようなスクライブラインを形成したサファイア基板２１を、ブレイク装置を用いてブレイクした。又断面については図７Ａに示すようにクレバスが無いもの及び図７Ｂに示すようにクレバスが短く、ほとんど無いものを良好（○）とし、図７Ｃに示すように基板の厚さの半分を超えるような、大きなクレバスが多数生じているものを不良（×）として評価した。これらの結果から図に示されるように溝の長さＡは９〜１２μｍ、稜線の長さＣは５〜９μｍのものが好ましく、スクライブ荷重を適切に選択することによって良好なスクライブラインと断面を得ることができる。特に、実施例１，２においては複数の荷重において良好なスクライブラインと断面を得ることができた。又刃先角度Ｄは１１０〜１２５°で同様の傾向が得られる。

本発明のスクライビングホイールはサファイア基板をクレバスのほとんど無い断面で分断することができるサファイア基板用のスクライビングホイールを提供することができ、スクライブ装置に好適に用いることができる。

１０ スクライビングホイール
１１ 円板
１２ 貫通孔
１３ 研磨面
１４ ダイヤモンド膜
１５ 溝
２１ サファイア基板

Claims (3)

1. 円周部に沿って断面がＶ字形で中央に稜線が形成され、前記稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有し、少なくとも刃先部分がダイヤモンドで形成されたスクライビングホイールであって、
   前記稜線部分の全周に所定間隔で形成された溝を有し、前記溝の長さを９μｍ以上１２μｍ以下、前記溝の間の稜線の長さを５μｍ以上９μｍ以下、前記溝の深さを１．５μｍ以上４μｍ以下としたスクライビングホイール。
2. 前記溝長さと稜線長さとの比を１．０より大きくした請求項１記載のスクライビングホイール。
3. 請求項１又は２のスクライビングホイールを用いたスクライブ方法であって、
   サファイア基板に前記スクライビングホイールを押し当て、
   前記スクライビングホイールを転動させることによりスクライブするスクライブ方法。