刻划方法、 金刚石尖头、 及刻划装置 【技术领域】
本发明涉及一种在脆性材料衬底上形成划线的方法、 及用于该方法的金刚石尖 头、 进而包含该金刚石尖头的刻划装置。背景技术
以往， 已知有通过金刚石尖头或划线刀轮来切削玻璃衬底， 以在玻璃衬底上形成 划线的技术 ( 例如， 专利文献 1)。
[ 背景技术文献 ]
[ 专利文献 ]
专利文献 1 ： 日本专利特开 2010-085791 号公报 发明内容 [ 发明所要解决的问题 ]
在专利文献 1 的技术中， 会产生因切削玻璃衬底而在划线附近产生切屑的问题。 而且， 在专利文献 1 的技术中， 视情况， 会产生在经刻划的截面上产生微裂 ( 细小的龟裂 ) 的问题。
因此， 本发明的目的在于提供一种可在脆性材料衬底上形成良好划线的刻划方 法、 及用于该方法的金刚石尖头、 进而包含该金刚石尖头的刻划装置。
[ 解决问题的技术手段 ]
为了解决所述课题， 技术方案 1 的发明是一种刻划方法， 其利用具备包含金刚石 内含物的刃部的刀具在脆性材料衬底上形成划线， 且其特征在于包括如下步骤 ： (a) 通过 使所述刃部和所述脆性材料衬底接触， 而自所述刀具对所述脆性材料衬底施力 ； (b) 在使 所述刀具的所述刃部和所述脆性材料衬底接触的状态下， 使所述刀具相对于所述脆性材料 衬底进行相对移动， 由此在所述脆性材料衬底上形成划线 ； 且所述刃部的外表面具有曲面 形状的圆角面， 且在所述步骤 (a) 中， 通过使所述圆角面和所述脆性材料衬底接触， 而自所 述刀具对所述脆性材料衬底施力， 在所述步骤 (b) 中， 保持着所述圆角面向下凸出的状态， 使所述刀具相对于所述脆性材料衬底进行相对移动。
技术方案 2 的发明是根据技术方案 1 所述的刻划方法， 其特征在于 ： 所述刀具是在 作为圆柱状或棱柱状杆体的握持部的一端设置有所述刃部的金刚石尖头。
技术方案 3 的发明是根据技术方案 2 所述的刻划方法， 其特征在于 ： 将如下金刚石 尖头用作所述金刚石尖头， 即， 所述刃部包含 ： 前端面 ； 多个斜面， 分别和所述前端面连接 ； 以及多个所述圆角面， 分别由所述多个斜面中的 2 个即邻接斜面和所述前端面包围 ； 所述 刃部的各棱线包含 ： 作为所述 2 个邻接斜面的交线的直线部 ； 以及曲线部， 位于和所述 2 个 邻接斜面的各个连接的圆角面上， 且连接于所述直线部及所述前端面 ； 并且， 在所述刃部的 各棱线上， 所述直线部相对所述前端面的斜度设定为大于所述前端面为水平时所述曲线部 相对所述前端面的斜度。
技术方案 4 的发明是根据技术方案 3 所述的刻划方法， 其特征在于 ： 将如下金刚石 尖头用作所述金刚石尖头， 即， 所述金刚石内含物为多晶金刚石， 所述多晶金刚石是将包含 微细晶粒组织或非晶体的石墨型碳物质作为起始物质， 在超高压高温下直接转换烧结为金 刚石， 且实质上仅含金刚石。
技术方案 5 的发明是根据技术方案 3 所述的刻划方法， 其特征在于 ： 将如下金刚石 尖头用作所述金刚石尖头， 即， 所述金刚石内含物是含有含量为 65.0 重量％～ 75.0 重量％ 的金刚石、 含量为 3.0 重量％～ 10.0 重量％的超微粒碳化物、 及其余的结合材料的烧结金 刚石， 且所述金刚石的平均粒径为 0.1μm ～ 5.0μm， 所述结合材料是以钴为主成分的铁系 金属。
技术方案 6 的发明是根据技术方案 5 所述的刻划方法， 其特征在于 ： 将如下金刚 石尖头用作所述金刚石尖头， 即， 所述烧结金刚石中的所述超微粒碳化物的含量为 6.0 重 量％～ 8.0 重量％， 且所述超微粒碳化物含有 1.0 重量％～ 4.0 重量％的碳化钛、 及其余的 碳化钨。
技术方案 7 的发明是根据技术方案 1 所述的刻划方法， 其特征在于 ： 所述刀具是在 圆盘状本体部的外周设置有所述刃部的划线刀轮。
技术方案 8 的发明是一种金刚石尖头， 其通过相对脆性材料衬底被相对移动， 而 在所述脆性材料衬底上形成划线， 且其特征在于包括 ： 圆柱状或棱柱状杆体的握持部、 以及 包含金刚石内含物且设置在所述握持部的一端而形成的刃部， 且所述刃部包含 ： 前端面 ； 多个斜面， 分别和所述前端面连接 ； 以及多个圆角面， 分别由所述多个斜面中的 2 个即邻接 斜面和所述前端面包围 ； 所述刃部的各棱线包含 ： 作为所述 2 个邻接斜面的交线的直线部 ； 以及曲线部， 位于和所述 2 个邻接斜面的各个连接的圆角面上， 且连接于所述直线部及所 述前端面 ； 并且， 在所述刃部的各棱线上， 所述直线部相对所述前端面的斜度设定为大于所 述前端面为水平时所述曲线部相对所述前端面的斜度。
技术方案 9 的发明是根据技术方案 8 所述的金刚石尖头， 其特征在于 ： 所述金刚石 内含物为多晶金刚石， 所述多晶金刚石是将包含微细晶粒组织或非晶体的石墨型碳物质作 为起始物质， 在超高压高温下直接转换烧结为金刚石， 且实质上仅含金刚石。
技术方案 10 的发明是根据技术方案 8 所述的金刚石尖头， 其特征在于 ： 所述金刚 石内含物为烧结金刚石， 所述烧结金刚石含有含量为 65.0 重量％～ 75.0 重量％的金刚石、 含量为 3.0 重量％～ 10.0 重量％的超微粒碳化物、 及其余的结合材料， 且所述金刚石的平 均粒径为 0.1μm ～ 5.0μm， 所述结合材料是以钴为主成分的铁系金属。
技术方案 11 的发明是根据技术方案 10 所述的金刚石尖头， 其特征在于 ： 所述烧结 金刚石中的所述超微粒碳化物为 6.0 重量％～ 8.0 重量％， 所述超微粒碳化物含有 1.0 重 量％～ 4.0 重量％的碳化钛、 及其余的碳化钨。
技术方案 12 的发明是根据技术方案 8 至 11 中任一技术方案所述的金刚石尖头， 其特征在于 ： 所述多个圆角面是在所述脆性材料衬底上形成划线时和所述脆性材料衬底接 触的接触部。
技术方案 13 的发明是一种刻划装置， 其特征在于包括 ： 刻划单元， 包含根据技术 方案 8 至 11 中任一技术方案所述的金刚石尖头 ； 以及保持单元， 一面保持着所述脆性材料 衬底一面使之移动 ； 且， 通过使所述保持单元相对于所述刻划单元进行相对移动而在所述脆性材料衬底上形成划线。
技术方案 14 的发明是一种刻划装置， 其特征在于包括 ： 刻划单元， 包含根据技术 方案 12 所述的金刚石尖头 ； 以及保持单元， 一面保持着所述脆性材料衬底一面使之移动 ； 且， 通过使所述保持单元相对于所述刻划单元进行相对移动而在所述脆性材料衬底上形成 划线。
[ 发明的效果 ]
根据技术方案 1 至技术方案 7 所述的发明， 如果使刀具一面接触于脆性材料衬底 一面进行移动， 则无需切削和刀具的圆角面接触的脆性材料衬底的接触部， 便可使该接触 部产生大的压缩应力及拉伸应力。利用该压缩应力及拉伸应力， 而在脆性材料衬底上形成 划线及垂直裂纹。 由此， 可防止在划线附近产生切屑及微裂， 从而可良好地刻划脆性材料衬 底。
根据技术方案 8 至技术方案 14 所述的发明， 如果在使刃部的圆角面接触于脆性材 料衬底， 自圆角面对脆性材料衬底施力的状态下， 使金刚石尖头移动， 则无需切削和圆角面 接触的脆性材料衬底的接触部， 便可使该接触部中产生大的压缩应力及拉伸应力。利用该 压缩应力及拉伸应力， 而在脆性材料衬底上形成划线及垂直裂纹。 由此， 可防止在划线附近 产生切屑及微裂， 从而可良好地刻划脆性材料衬底。 附图说明
图 1 是表示本发明第 1 及第 2 实施方式中的刻划装置的整体构成的一例的前视 图 2 是表示本发明第 1 及第 2 实施方式中的刻划装置的整体构成的一例的侧视 图 3 是表示划线头部附近的构成的一例的前视图。 图 4 是表示轮架摆动部附近的构成的一例的侧视图。 图 5 是表示轮架摆动部附近的构成的一例的侧视图。 图 6 是表示第 1 实施方式中的金刚石尖头的构成的一例的侧视图。 图 7 是表示第 1 实施方式中的刃部形状的一例的前视图。 图 8 是用以说明图 7 中的刃部的棱线的前视图。 图 9 是表示不具有圆角面的刃部的形状的一例的前视图。 图 10 是表示第 2 实施方式中的划线刀轮附近的构成的一例的前视图。 图 11 是表示第 2 实施方式中的划线刀轮附近的构成的一例的底视图。 图 12 是用以说明主销后倾稳定效应的底视图。 图 13 是表示第 2 实施方式中的划线刀轮的一例的侧视图。 图 14 是表示第 2 实施方式中的划线刀轮的一例的前视图。 图 15 是图 14 的符号 A 处的局部放大图。 图 16 是用来说明用以评价经刻划的脆性材料衬底的端面强度的测试方法的图 图 17 是用以说明实施例 1 及比较例 1 的测试条件的图式。 图 18 是表示实施例 1 及比较例 1 的测试结果的图式。7图。
图。
式。
CN 102807316 A
说明书4/17 页图 19 是经图 7 所示的刃部刻划的脆性材料衬底的照片。 图 20 是经图 9 所示的刃部刻划的脆性材料衬底的照片。 [ 符号的说明 ] 1 刻划装置 4 脆性材料衬底 4a 接触部 10 保持单元 10a 基部 11 载置台 11a 吸附部 11b 旋转台 11c 移动台 11d 旋转轴 12 滚珠螺杆机构 12a 螺杆 12b 13 14a 14b 15 16 17、 17a、 17b 18、 18a 20 30 31 34 35 36 36a 38 38a 40 40a 46、 47 49 50 51 51a 螺母 电动机 支撑部 支撑部 导轨 导轨 滑动部 滑动部 刻划单元 划线头部 轮架 轮架摆动部 轮架接头 安装片 摆动轴 回转部 旋转轴 轮架安装块 安装块本体 轴承 固定部 升降部 气缸 本体部51b 52 53 53a 53b 54 56 60 61 62 62a 64 65、 65a、 65b、 65c、 65d 66 66b 67、 67a、 67b、 67c、 67d 68 68b 69 69b 70 71、 71a、 71b 72 73 80 85、 85a、 85b 90 91 91a 92 93 95、 95a、 95b 96、 96a、 96b 100 120 130 131 136 137连杆 传递部 引导机构 导轨 导块 安装板 旋转轴 金刚石尖头 刃部 握持部 握持部 62 的一端 前端面 斜面 棱线 棱线 圆角面 直线部 直线部 曲线部 曲线部 驱动部 支柱 导轨 电动机 摄像部单元 摄像机 控制单元 ROM( 只读存储器 ) 程序 RAM( 随机存取存储器 ) CPU( 中央处理器 ) 上部支点 下部支点 刻划装置 刻划单元 划线头部 轮架 销 支撑框体138 138a 160 160a 160b 160c 161 162 162a 165、 165a、 165b 167 170 190 AR1 AR2 AR3 AR4 AR5 AR6 AR7 R1 R2 R3 SL K D1 D2 X Y Z θ1 θ2 Dm Tb Th回转部 旋转轴 划线刀轮 贯通孔 旋转轴 设置位置 本体部 刃部 刀尖 斜面 圆角面 驱动部 控制单元 箭线 箭线 箭线 箭线 箭线 箭线 箭线 箭线 箭线 箭线 划线 垂直裂纹 距离 距离 坐标轴 坐标轴 坐标轴 角度 刀尖角 划线刀轮 160 的外径 刃部 162 的厚度 划线刀轮 160 的厚度具体实施方式
以下， 一面参照附图， 一面对本发明的实施方式进行详细说明。
<1. 第 1 实施方式 ><1.1. 刻划装置的构成 >
图 1 及图 2 分别是表示第 1 实施方式中的刻划装置 1 的整体构成的一例的前视图 及侧视图。刻划装置 1 是在如同例如玻璃衬底或陶瓷衬底等之类的由脆性材料形成的衬底 ( 以下， 也简称为 “脆性材料衬底” )4 的表面上划有划线 ( 切割纹路 ： 纵向裂纹 ) 的装置。
如图 1 及图 2 所示， 刻划装置 1 主要包括保持单元 10、 刻划单元 20、 摄像部单元 80、 及控制单元 90。此外， 在图 1 及以下各图中， 为明确这些构件的方向关系， 而视需要适当地 标注有将 Z 轴方向作为铅垂方向且将 XY 平面作为水平面的 XYZ 正交坐标系。
此处， 在第 1 及第 2 实施方式中， 将如下方法称为 “断裂” ， 该方法是
(1) 通过刻划装置 1( 在第 2 实施方式的情况下为刻划装置 100)， 在脆性材料衬底 4 的表面上形成划线 SL 及垂直裂纹 K( 参照下述图 7 及图 10)( 刻划步骤 ) ；
(2) 接着， 通过施加应力， 使垂直裂纹 K 进一步伸展， 将脆性材料衬底 4 切断 ( 断裂 步骤 )。
另一方面， 将如下方法称为 “分裂” ， 该方法是仅通过刻划步骤 ( 即， 不执行断裂步 骤 )， 使垂直裂纹 K 从脆性材料衬底 4 的划线 SL 的主面伸展到相反侧的主面为止， 将脆性材 料衬底 4 切断。 而且， 作为可通过本实施方式的刻划方法而断裂或分裂的脆性材料衬底 4 的材质 例， 可列举玻璃、 陶瓷、 硅、 或蓝宝石等。尤其近年来， 作为用于与通信设备相关的高频模块 的衬底， 正在从 HTCC(High Temperature Co-fired Ceramics， 高温共烧陶瓷 ) 向着相对易 于加工的 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics， 低温共烧陶瓷 ) 加速转移。 因此， 本 实施方式的划线方法不断被有效地使用。
保持单元 10 是通过一面保持脆性材料衬底 4 一面使其移动， 而使脆性材料衬底 4 相对刻划单元 20 进行移动。如图 1 所示， 保持单元 10 是设置在基部 10a 上， 且主要包括载 置台 11、 滚珠螺杆机构 12、 及电动机 13。
此处， 基部 10a 是由例如大致立方体状的石板形成， 且其上表面 ( 和保持单元 10 对向的面 ) 经平坦加工。由此， 可降低基部 10a 的热膨胀， 从而使由保持单元 10 保持的脆 性材料衬底 4 良好地移动。
载置台 11 是吸附保持所载置的脆性材料衬底 4。 而且， 载置台 11 使所保持的脆性 材料衬底 4 沿着箭线 AR1 方向 (X 轴的正或负方向 ： 以下， 也简称为 “进退方向” ) 进退移动， 并且沿着箭线 R1 方向进行旋转。如图 1 及图 2 所示， 载置台 11 主要包括吸附部 11a、 旋转 台 11b、 及移动台 11c。
吸附部 11a 是设置在旋转台 11b 的上侧。 如图 1 及图 2 所示， 在吸附部 11a 的上表 面可载置脆性材料衬底 4。而且， 在吸附部 11a 的上表面， 栅格状地配置有多个吸附槽 ( 省 略图示 )。 在吸附部 11a 的上表面上载置着脆性材料衬底 4 的状态下， 通过将各吸附槽内的 环境气体进行排气 ( 吸引 )， 而使脆性材料衬底 4 吸附在吸附部 11a。
旋转台 11b 是设置在吸附部 11a 的下侧， 且使吸附部 11a 以和 Z 轴大致平行的旋 转轴 11d 为中心进行旋转。而且， 移动台 11c 是设置在旋转台 11b 的下侧， 且使吸附部 11a 及旋转台 11b 沿进退方向进行移动。
因此， 由载置台 11 吸附保持的脆性材料衬底 4 沿着箭线 AR1 方向进退移动， 并且 以随着吸附部 11a 的进退动作而移动的旋转轴 11d 为中心进行旋转。
滚珠螺杆机构 12 是配置在载置台 11 的下侧， 且使载置台 11 沿着箭线 AR1 方向进 退移动。如图 1 及图 2 所示， 滚珠螺杆机构 12 主要包括进给螺杆 12a 和螺母 12b。
进给螺杆 12a 是沿着载置台 11 的进退方向延伸的杆体。在进给螺杆 12a 的外周 面， 设置有螺旋状的槽 ( 省略图示 )。而且， 进给螺杆 12a 的一端是由支撑部 14a 可旋转地 支撑， 且进给螺杆 12a 的另一端是由支撑部 14b 可旋转地支撑。进而， 进给螺杆 12a 是和电 动机 13 联动连结， 且如果电动机 13 进行旋转， 则进给螺杆 12a 沿着电动机 13 的旋转方向 进行旋转。
螺母 12b 是随着进给螺杆 12a 旋转， 利用未图示滚珠的滚动， 沿着箭线 AR1 方向进 退。如图 1 及图 2 所示， 螺母 12b 是固定在移动台 11c 的下部。
由此， 若将电动机 13 驱动， 将电动机 13 的旋转力传递给进给螺杆 12a， 那么， 螺母 12b 将沿着箭线 AR1 方向进退移动。最终， 固定着螺母 12b 的载置台 11 和螺母 12b 同样地 沿着箭线 AR1 方向进退移动。
一对导轨 15、 16 是约束载置台 11 在行进方向上的移动。如图 2 所示， 一对导轨 15、 16 是在基部 10a 上， 隔开特定距离固定在箭线 AR2 方向上。
多个 ( 本实施方式中为 2 个 ) 滑动部 17(17a、 17b) 是沿着导轨 15 在箭线 AR1 方 向上自如滑动。如图 1 及图 2 所示， 各滑动部 17(17a、 17b) 是在移动台 11c 的下部， 隔开特 定距离固定在箭线 AR1 方向上。 多个 ( 本实施方式中为 2 个 ： 其中， 为了方便图示， 而仅记载滑动部 18a) 滑动部 18 是沿着导轨 16 在箭线 AR1 方向上自如滑动。如图 1 及图 2 所示， 各滑动部 18 是和滑动部 17(17a、 17b) 同样地， 在移动台 11c 的下部， 隔开特定距离固定在箭线 AR1 方向上。
因具有以上构成， 而在保持单元 10 中， 如果将电动机 13 的旋转力施加给滚珠螺杆 机构 12， 则载置台 11 将沿着一对导轨 15、 16 进行移动。因此， 可确保载置台 11 在进退方向 上的平移性。
刻划单元 20 是通过使用金刚石尖头 60( 参照下述图 3)， 而在脆性材料衬底 4 上形 成划线。如图 1 及图 2 所示， 刻划单元 20 主要包括划线头部 30 和驱动部 70。
划线头部 30 是从所保持的金刚石尖头 60 对脆性材料衬底 4 的表面施加挤压力 ( 以下， 也简称为 “刻划负荷” )。而且， 划线头部 30 通过在使金刚石尖头 60 的刃部 61( 参 照图 3) 接触于脆性材料衬底 4 的状态下， 使金刚石尖头 60 移动， 而在脆性材料衬底 4 上形 成划线。此外， 关于划线头部 30 的详细构成， 将在下文中进行叙述。
驱动部 70 是使由划线头部 30 保持的金刚石尖头 60 沿着箭线 AR2 方向 (Y 轴正或 负方向 ) 进行往复移动。如图 2 所示， 驱动部 70 主要包括支柱 71、 导轨 72、 及电动机 73。
多根 ( 本实施方式中为 2 根 ) 支柱 71(71a、 71b) 是从基部 10a 沿着上下方向 (Z 轴方向 ) 延伸。如图 2 所示， 各导轨 72 是在夹在支柱 71a、 71b 之间的状态下相对这些支柱 71a、 71b 固定。
多条 ( 本实施方式中为 2 条 ) 导轨 72 是约束划线头部 30 在加工方向上的移动。 如图 2 所示， 多条导轨 72 是隔开特定距离固定在上下方向上。
电动机 73 是和未图示的进给机构 ( 例如， 滚珠螺杆机构 ) 联动连结。由此， 如果 电动机 73 进行旋转， 则划线头部 30 沿着多条导轨 72 在箭线 AR2 方向上往复移动。
摄像部单元 80 是拍摄由保持单元 10 保持的脆性材料衬底 4。如图 2 所示， 摄像部
单元 80 包含多台摄像机 85(85a、 85b)。
如图 1 及图 2 所示， 多台 ( 本实施方式中为 2 台 ) 摄像机 85(85a、 85b) 是配置在 保持单元 10 的上方。各摄像机 85(85a、 85b) 是拍摄形成在脆性材料衬底 4 上的特征性部 分 ( 例如， 对准标记 ( 省略图示 )) 的图像。而且， 基于由各摄像机 85(85a、 85b) 拍摄的图 像， 求出脆性材料衬底 4 的位置及姿势。
控制单元 90 是实现刻划装置 1 的各元件的动作控制、 及数据运算。如图 1 及图 2 所示， 控制单元 90 主要包括 ROM(Read Only Memory， 只读存储器 )91、 RAM(Random Access Memory， 随机存取存储器 )92、 及 CPU(Central Processing Unit， 中央处理器 )93。
ROM(Read Only Memory)91 是所谓的非挥发性存储部， 且存储有例如程序 91a。此 外， 作为 ROM91， 也可以使用读写自如的非挥发性存储器即闪存。
RAM(Random Access Memory)92 是挥发性的存储部， 存储有例如 CPU93 运算中使用 的数据。CPU(Central Processing Unit)93 是执行遵循 ROM91 的程序 91a 的控制 ( 例如， 驱动部 70 对轮架 31 的往复动作、 及升降部 50 对轮架 31( 参照下述图 3) 的升降动作等的 控制 )、 及各种数据运算处理等。
<1.2. 划线头部的构成 > 图 3 是表示划线头部 30 附近的构成的一例的前视图。图 4 及图 5 分别是表示轮 架摆动部 34 附近的构成的一例的侧视图。如图 3 至图 5 所示， 划线头部 30 主要包括轮架 31、 轮架摆动部 34、 轮架接头 35、 升降部 50、 及金刚石尖头 60。
轮架 31 是将金刚石尖头 60 固定在划线头部 30。如图 3 至图 5 所示， 轮架 31 是以 金刚石尖头 60 的刃部 61 成为脆性材料衬底 4 侧的方式， 握持金刚石尖头 60 的握持部 62。
金刚石尖头 60 是通过相对脆性材料衬底 4 进行移动而在脆性材料衬底 4 上形成 划线的刀具 ( 工具 )。此外， 关于金刚石尖头 60 的详细构成， 将在下文中进行叙述。
轮架摆动部 34 是使金刚石尖头 60 的刃部 61 以摆动轴 36a 及 / 或旋转轴 38a 为 中心进行摆动。如图 4 及图 5 所示， 轮架摆动部 34 主要包括轮架接头 35 和轮架安装块 40。
轮架接头 35 是将轮架 31 及轮架安装块 40 联动连结。如图 3 至图 5 所示， 轮架接 头 35 是固定在回转部 38 的下端， 且主要包括安装片 36 和回转部 38。
安装片 36 是用来在轮架接头 35 的下部安装轮架 31 的安装元件。如图 3 至图 5 所示， 安装片 36 是设置在轮架接头 35 的下端， 且安装片 36 的形状在侧视图中呈大致 L 字 状。
而且， 如图 3 至图 5 所示， 安装片 36 具有摆动轴 36a。摆动轴 36a 是沿着和金刚 石尖头 60 的延伸方向 ( 箭线 AR3 方向 ) 大致垂直的方向 ( 箭线 AR4 方向 ： 以下， 也简称为 “轴心方向” ) 延伸。而且， 轮架 31 是以设置在安装片 36 的摆动轴 36a 为中心进行摆动。
回转部 38 是可以沿着金刚石尖头 60 的延伸方向 ( 箭线 AR3 方向 ) 的旋转轴 38a 为中心进行旋转。如图 3 所示， 回转部 38 是以和轴承 46、 47 的内径面对向的方式插入。
轮架安装块 40 如上所述可转动地支撑轮架接头 35。如图 3 所示， 轮架安装块 40 是设置在轮架接头 35 的安装片 36 的上方、 及轮架 31 的上方， 且主要包括轴承 46、 47 和固 定部 49。
轴承 46、 47 是在安装块本体 40a 内， 且从上到下依次进行配置。轴承 46、 47 轴颈 支撑轮架接头 35 的回转部 38。
固定部 49 是利用轴承 46、 47 将转动自如的回转部 38 固定在轮架安装块 40。由 此， 可设定轮架接头 35 围绕旋转轴 38a 的转动角。
此外， 也可以使用例如螺钉等紧固构件作为固定部 49。 而且， 轴承的个数并不限定 为 2 个， 也可以为例如 1 个或 3 个以上。
升降部 50 是通过使轮架 31 在和保持单元 10 接近的方向上移动， 而使固定在轮架 31 上的金刚石尖头 60 的刃部 61 抵住脆性材料衬底 4。如图 3 所示， 升降部 50 主要包括气 缸 51 和传递部 52。
气缸 51 是对轮架安装块 40 侧施加沿着上下方向 (Z 轴的正或负方向 ) 的驱动力 的驱动力供给源。如图 3 所示， 气缸 51 是配置在轮架安装块 40 的上方， 且主要包括本体部 51a 和连杆 51b。
连杆 51b 是可相对本体部 51a 进退移动。如图 3 所示， 连杆 51b 的下端是连结在 传递部 52。因此， 通过驱动气缸 51， 使连杆 51b 从本体部 51a 进出， 而使传递部 52 被连杆 51b 的下端朝下方向按压。
传递部 52 是设置在气缸 51 及轮架安装块 40 之间， 且将来自气缸 51 的驱动力传 递给轮架安装块 40。
如图 3 所示， 引导机构 53 主要包括导轨 53a、 和沿着导轨 53a 在上下方向自如滑动 的导块 53b。而且， 安装板 54 是夹在引导机构 53 及轮架安装块 40 之间的板材。轮架安装 块 40 是隔着安装板 54 固定在导块 53b 上。由此， 如果对轮架安装块 40 施加沿上下方向的 驱动力， 那么引导机构 53 将沿着导块 53b 的升降方向， 引导轮架安装块 40。
如图 3 至图 5 所示， 旋转轴 56 是和金刚石尖头 60 的延伸方向 ( 箭线 AR3 方向 ) 大致垂直， 且在和设置在安装片 36 的摆动轴 36a 大致垂直的方向上延伸。由此， 可设定轮 架安装块 40 围绕旋转轴 56 的旋转角。因此， 可在 YZ 平面内调整固定在轮架 31 上的金刚 石尖头 60 的姿势。
<1.3. 金刚石尖头的构成 >
图 6 是表示金刚石尖头 60 的构成的一例的侧视图。图 7 是表示金刚石尖头 60 的 刃部 61 的形状的一例的前视图。图 8 是用来说明图 7 中的刃部 61 的棱线 66 的前视图。如 图 6 所示， 金刚石尖头 60 主要包括刃部 61 和握持部 62。
如图 6 所示， 金刚石尖头 60 是在作为圆柱状或棱柱状杆体的握持部 62 的一端 62a 设置有刃部 61。利用由轮架 31 握持着握持部 62， 而将金刚石尖头 60 安装在划线头部 30。
此处， 在本实施方式中， 握持部 62 的直径优选 2mm ～ 6mm， 且握持部 62 的长度优选 10mm ～ 70mm。
刃部 61 是由金刚石内含物成形。 通过使刃部 61 抵住脆性材料衬底 4， 而在脆性材 料衬底 4 上形成划线。如图 7 及图 8 所示， 刃部 61 呈四棱锥台状， 且主要包含前端面 64、 多 个斜面 65(65a ～ 65d)、 及多个圆角面 67(67a ～ 67d ： 其中， 为方便图示而省略圆角面 67d)。 而且， 由邻接 2 个斜面 65 形成刃部 61 的棱线 66。
如图 7 及图 8 所示， 多个斜面 65(65a ～ 65d) 形成作为四棱锥台状的刃部 61 的侧 面。各斜面 65(65a ～ 65d) 是设为梯形的平面。
多个圆角面 67(67a ～ 67d) 是形成在前端面 64 的各角部， 且呈曲面状。而且， 各 圆角面 67 是由多个斜面 65 中对应的邻接斜面 65 和前端面 64 包围。例如， 如图 7 所示， 圆角面 67a 是由互相邻接的斜面 65a、 65b 和前端面 64 包围。
此处， 在本实施方式中， 刃部 61 的各棱线 66 包含形成于 2 个邻接的斜面 65 之间 的线段 (2 个邻接的斜面 65 的交线 ) 即直线部 68、 以及位于和该邻接的斜面 65 分别连接的 圆角面 67 上且和直线部 68 及前端面 64 连接的曲线部 69。
例如， 如图 7 及图 8 所示， 棱线 66b 包含直线部 68b 及曲线部 69b。直线部 68b 是 形成于邻接的斜面 65a、 65d 之间的线段 ( 斜面 65a、 65d 的交线 )。另一方面， 曲线部 69b 是 和直线部 68b 及前端面 64 连接的圆弧状的曲线。
而且， 如图 8 所示， 在刃部 61 的各棱线 66 中， 直线部 68 相对前端面 64 的斜度设 定为大于前端面 64 为水平时曲线部 69 相对前端面 64 的斜度 ( 即， 曲线部 69 上的各位置 上的切线的斜度 )。
此外， 在本实施方式中， 对握持部 62 的安装位置附近 ( 位于和前端面 64 相反一侧 的四棱锥台的底面 ) 的刃部 61 的大小优选 0.5mm 见方～ 3.0mm 见方， 更优选 0.8mm 见方～ 2.0mm 见方。
<1.4. 刃部所含的材料 >
如上所述， 刃部 61 是由金刚石内含物成形。作为该金刚石内含物的一例， 可列举 烧结金刚石、 多晶金刚石、 天然单晶金刚石、 及合成单晶金刚石。 以下， 对烧结金刚石及多晶 金刚石进行特别说明。
<1.4.1. 烧结金刚石 >
刃部 61 成形中使用的烧结金刚石优选包含金刚石粒子和其余的结合相， 且相邻 的金刚石粒子彼此互相结合。可通过相邻的金刚石粒子彼此互相结合， 而获得优异的耐磨 性及强度。
此处， 对烧结金刚石中所含的材料中的金刚石粒子、 及结合相中所含的结合材料 及添加剂进行说明。
金刚石粒子的平均粒径优选 0.1μm ～ 5.0μm， 更优选 0.5μm ～ 1.0μm。
此处， 当金刚石的平均粒径小于 0.6μm 时， 裂纹易于在金刚石晶界内传播。因此， 产生金刚石尖头 60 寿命缩短的问题。
烧结金刚石中的金刚石的含量优选 65.0 重量％～ 75.0 重量％ ( 更优选 68.0 重 量％～ 72.0 重量％∶ 83.0 容量％～ 88.0 容量％ )。此处， 当金刚石的含量小于 68.0 重 量％时， 烧结金刚石的耐磨性下降。
作为添加剂， 优选使用例如选自钨、 钛、 铌、 钽中的至少 1 种以上的元素的超微粒 碳化物。
烧结金刚石中超微粒碳化物的含量优选 3.0 重量％～ 10.0 重量％。
更优选， 超微粒碳化物的含量为 6.0 重量％～ 8.0 重量％， 且超微粒碳化物含有 1.0 重量％～ 4.0 重量％的碳化钛和其余的碳化钨。由此， 可在烧结过程中金刚石的熔 融 - 凝固时抑制金刚石粒子的异常晶粒生长。因此， 可进一步提高抗扭强度特性。
通常， 优选使用铁族元素作为结合材料。作为铁族元素， 可列举例如钴、 镍、 铁等， 其中宜为钴。 而且， 优选结合材料在烧结金刚石中为金刚石及超微粒碳化物以外的其余物， 更优选结合材料的含量为 20 重量％～ 25 重量％。
此外， 本实施方式中由 “重量％” 表示的含量是基于由 EDX(Energy DispersiveX-ray spectrometry， 能量色散 X 射线光谱仪 ) 所进行的元素分析而求出。另一方面， 由 “容量％” 表示的含量是指金刚石粒子的合计体积相对包含空隙的烧结金刚石的总体积的 比例。
<1.4.2. 多晶金刚石 >
而且， 刃部 61 成形中使用的多晶金刚石是将包含微细晶粒组织、 或非晶体的石墨 型碳物质作为起始物质， 在超高压高温下直接转换烧结为金刚石而成。 而且， 多晶金刚石实 质上仅含金刚石， 且多晶金刚石中未有意地添加其他物质。
作为包含微细晶粒组织的石墨型碳物质， 可列举例如平均粒径为 0.5μm ～ 1μm 的金刚石粒子。而且， 作为包含非晶体的石墨型碳物质， 可列举非晶形碳 (amorphous Carbon ： a-G)、 碳纳米管 (Carbon Nanotube ： CNT)、 或富勒烯 (fullerene)C60。
<1.5. 刻划方法 >
此处， 一面参照图 1、 图 2 及图 7 一面对利用作为金刚石内含物的刀具的一例而列 举的金刚石尖头 60 在脆性材料衬底 4 上形成划线 SL(scribe line) 的方法进行说明。
本方法是通过划线头部 30 的动作使金刚石尖头 60 的外表面中的圆角面 67 和脆 性材料衬底 4 接触。而且， 从和脆性材料衬底 4 接触的圆角面 67 对脆性材料衬底 4 施力 ) 刻划负荷 )。 接着， 在使金刚石尖头 60 的圆角面 67 和脆性材料衬底 4 接触的状态下， 使金刚石 尖头 60 相对于脆性材料衬底 4 进行相对移动。在此情况下， 使金刚石尖头 60 和保持脆性 材料衬底 4 的保持单元 10 分别在 X 轴方向 ( 箭线 AR1 方向 ： 参照图 1) 和 Y 轴方向 ( 箭线 AR2 方向 ： 参照图 2) 上移动。
由此， 在脆性材料衬底 4 的表面上形成和金刚石尖头 60 的刃部 61( 参照图 7) 的 轨迹相应的划线 SL。而且， 在脆性材料衬底 4 上形成从划线 SL 沿着垂直方向 (Z 轴方向 ) 延伸的垂直裂纹 K。
此处， 在一面使金刚石尖头 60 和脆性材料衬底 4 接触一面使金刚石尖头 60 相对 于脆性材料衬底 4 移动的情况下， 如图 7 所示， 使和脆性材料衬底 4 接触的圆角面 67 朝下 凸出。
而且， 刻划负荷优选设定为 0.3N ～ 3.0N， 更优选设定为 0.5 ～ 2.5N。而且， 金刚 石尖头 60 相对脆性材料衬底 4 的移动速度通常设定为 50mm/sec ～ 1200mm/sec， 优选设定 为 100mm/sec ～ 800mm/sec。 此外， 刻划负荷及移动速度的具体值是根据脆性材料衬底 4 的 材质、 及 / 或厚度等适当设定。
<1.6. 刻划原理 >
此处， 一面参照图 7 及图 9， 一面将在刃部 61 中成形有圆角面 67 时的刻划原理和 在刃部 61 中未成形有圆角面 67 的情况加以比较地进行说明。图 9 是刃部 61 不具有圆角 面 67， 而具有棱线 66 的直线部 68 到达前端面 64 的角部为止的形状的情况 ( 棱线 66 不包 含曲线部 69 的情况 ) 下的刃部 61 的前视图。
首先， 对刃部 61 中未成形有圆角面 67 时的划线 SL 及垂直裂纹 K 的形成方式进行 说明。
在所述情况下， 如图 9 所示， 如果在使刃部 61 的棱线 66 和脆性材料衬底 4 接触的 状态下， 从刃部 61 对脆性材料衬底 4 施力， 并且使刃部 61 相对于脆性材料衬底 4 进行移动，
那么， 一方面脆性材料衬底 4 由仅含直线部 68 的刃部 61 的棱线 66 进行切削， 一方面在脆 性材料衬底 4 上形成划线 SL。而且， 通过从刃部 61 对脆性材料衬底 4 施加的力， 在脆性材 料衬底 4 上形成从该划线 SL 沿着垂直方向伸展的垂直裂纹 K。
即， 在刃部 61 不具有圆角面 67 的情况下， 划线 SL 附近的脆性材料衬底 4 被切削。 最终导致出现产生脆性材料衬底 4 的切屑之类的问题。而且， 视情况也会产生在划线 SL 附 近 ( 被刻划的截面 ) 产生微裂的问题。
接着， 对刃部 61 中成形有圆角面 67 时的划线 SL 及垂直裂纹 K 的形成方式进行说 明。
如图 7 所示， 曲线部 69 的形状是和直线部 68 的形状相比较为平缓。即， 在刃部 61 的各棱线 66 中， 直线部 68 相对前端面 64 的斜度设定为大于曲线部 69 相对前端面 64 的斜 度。
由此， 在刃部 61 不具有圆角面 67 的情况下 ( 参照图 9)， 即便将与大小可切削脆性 材料衬底 4 的力同等的力从刃部 61 的圆角面 67 施加到脆性材料衬底 4 时， 脆性材料衬底 4 也不会被切削。
即， 在刃部 61 中成形有圆角面 67 的情况下， 如果在使刃部 61 的曲线部 69 和脆性 材料衬底 4 接触的状态下， 从刃部 61 施加所述同等的力 ( 视情况为同等以上的力 )， 那么， 在和圆角面 67 接触的脆性材料衬底 4 的接触部 4a 中将产生压缩应力 ( 从划线 SL 的两侧 朝向划线 SL 的应力 )。接着， 如果使刃部 61 在和接触部 4a 分离的方向上移动， 则在该接触 部 4a 中产生拉伸应力。而且， 由于该接触部 4a 沿着刃部 61 的移动方向进行移动， 在各接 触部 4a 中产生压缩应力及拉伸应力， 而在脆性材料衬底 4 上形成以起始裂纹为起点的划线 SL 及垂直裂纹 K。 这样一来， 在刃部 61 中成形有圆角面 67 的情况下， 可从圆角面 67 对脆性材料衬 底 4 施加大的刻划负荷， 而不会切削脆性材料衬底 4。即， 在刃部 61 中成形有圆角面 67 的 情况下， 由于通过刃部 61 的棱线 66 的曲线部 69 形成划线 SL 及垂直裂纹 K， 所以可使接触 部 4a 中产生比刃部 61 的棱线 66 不包含曲线部 69 且通过直线部 68 形成划线 SL 及垂直裂 纹 K 时更大的压缩应力及拉伸应力。因此， 可防止产生切屑及微裂， 从而可良好地刻划脆性 材料衬底 4。
<1.7. 本实施方式的金刚石尖头的优点 >
如上所述， 在本实施方式的刻划装置 1 所含的金刚石尖头 60 中， 如图 7 及图 8 所 示， 刃部 61 包含前端面 64、 多个斜面 65、 及分别形成为曲面形状的多个圆角面 67。
而且， 刃部 61 的各棱线 66 包含 ： 直线部 68， 形成于多个斜面 65 中相应的 2 个邻 接斜面之间 ； 以及曲线部 69， 位于和该 2 个邻接斜面分别连接的圆角面 67 上， 且连接直线 部 68 及前端面 64。进而， 在刃部 61 的各棱线 66 中， 直线部 68 相对前端面 64 的斜度设定 为曲线部 69 相对前端面 64 的斜度。
而且， 当利用金刚石尖头 60 在脆性材料衬底 4 上形成划线 SL 时， 使和脆性材料衬 底 4 接触的圆角面 67 成为朝下凸出的状态。
由此， 在从刃部 61 的圆角面 67 对脆性材料衬底 4 施力的情况下， 金刚石尖头 60 可不切削和圆角面 67 接触的脆性材料衬底 4 的接触部 4a( 参照图 7)， 而使该接触部 4a 中 产生大的压缩应力及拉伸应力。而且， 通过该压缩应力及拉伸应力， 而在脆性材料衬底 4 上
形成划线 SL 及垂直裂纹 K。
因此， 金刚石尖头 60 可防止在划线 SL 附近产生切屑及微裂， 从而可良好地刻划脆 性材料衬底 4。而且， 可延长金刚石尖头 60 的寿命。
<2. 第 2 实施方式 >
接着， 对本发明的第 2 实施方式进行说明。第 1 及第 2 实施方式的刻划装置 1、 100 是除了对应的刻划单元 20、 120 的构成相互不同以外， 具有相同的构成。因此， 以下以该不 同之处为中心进行说明。
此外， 对刻划装置 1、 100 中相同的构成要素标注相同符号， 且标注该相同符号的 构成要素在第 1 实施方式中已进行说明。因此， 以下省略与该相同符号对应的构成要素的 说明。
<2.1. 刻划装置的构成 >
图 10 及图 11 是表示划线刀轮 160 附近的构成的一例的前视图及底视图。图 12 是用来说明主销后倾稳定效应的底视图。以下， 一面参照图 1、 图 2、 及图 10 至图 12 一面对 刻划装置 100 的构成进行说明。
刻划装置 100 是和第 1 实施方式的刻划装置 1 同样地在脆性材料衬底 4 中划有划 线的装置。如图 1 及图 2 所示， 刻划装置 100 主要包括保持单元 10、 刻划单元 120、 摄像部 单元 80、 及控制单元 190。
保持单元 10 通过一面保持脆性材料衬底 4 一面使其移动， 而使脆性材料衬底 4 相 对刻划单元 120 进行移动。如图 1 所示， 保持单元 10 是设置在基部 10a 上， 且主要包括载 置台 11、 滚珠螺杆机构 12、 及电动机 13。
刻划单元 120 是通过使划线刀轮 160 对脆性材料衬底 4 压接滚动， 而在脆性材料 衬底 4 上形成划线。 如图 1 及图 2 所示， 刻划单元 120 主要包括划线头部 130 和驱动部 170。
划线头部 130 是自所保持的划线刀轮 160 对脆性材料衬底 4 的表面施加刻划负 荷。如图 10 所示， 划线头部 130 包含轮架 131。而且， 轮架 131 是旋转自如地保持划线刀轮 160 的元件。如图 10 所示， 轮架 131 主要包括销 136、 支撑框体 137、 及回转部 138。
销 136 是在插入到贯通划线刀轮 160 的贯通孔 160a 中的状态下固定的杆体。此 处， 如图 10 及图 11 所示， 贯通孔 160a 是沿着和 X 轴大致平行的旋转轴 160b 延伸。
如图 10 所示， 支撑框体 137 是以覆盖贯通孔 160a 的两开口 ( 两端 ) 的方式配置 的构造物。从贯通孔 160a 的两端突出的销 136 是可旋转地设置在支撑框体 137。因此， 可 使由销 136 固定的划线刀轮 160 相对支撑框体 137 自如旋转。
如图 10 所示， 回转部 138 设置在支撑框体 137 的上部， 且以和 Z 轴大致平行的旋 转轴 138a 为中心使支撑框体 137 进行旋转。如图 11 所示， 从铅垂下方观察的回转部 138 的旋转轴 138a 的位置和脆性材料衬底 4 中的保持单元 10 的设置位置 160c 为错开。
因此， 如图 12 所示， 如果划线刀轮 160 的行进方向由箭线 AR5( 二点链线 ) 方向变 为箭线 AR6( 实线 ) 方向， 则因主销后倾稳定效应而使环绕旋转轴 138a 的扭矩作用在划线 刀轮 160。由此， 划线刀轮 160 沿着箭线 R2 方向进行转动， 划线刀轮 160 的位置由二点链线 位置变为实线位置。
这样一来， 在本实施方式的刻划装置 100 中， 即便划线刀轮 160 的行进方向产生变 化， 导致划线刀轮 160 的姿势相对于行进方向错开角度 θ1， 箭线 R2 方向的扭矩也会作用于划线刀轮 160。 最终， 以划线刀轮 160 的姿势和划线刀轮 160 的行进方向达到大致平行的方 式， 划线刀轮 160 进行回转。
驱动部 170 使由划线头部 130 保持的划线刀轮 160 沿着箭线 AR2 方向进行往复移 动。如图 2 所示， 驱动部 170 主要包括支柱 71、 导轨 72、 及电动机 73。
控制单元 190 实现刻划装置 100 的各元件的动作控制、 及数据运算。如图 1 及图 2 所示， 控制单元 190 主要包括 ROM91、 RAM92、 及 CPU93。
<2.2. 划线刀轮的构成 >
图 13 及图 14 是表示划线刀轮 160 的构成的一例的侧视图及前视图。图 15 是图 14 的符号 A 处的局部放大图。划线刀轮 160 是由和第 1 实施方式的刃部 61 相同的金刚石 内含物 ( 例如， 烧结金刚石或多晶金刚石 ) 成形。划线刀轮 160 是通过相对脆性材料衬底 4 进行移动而在脆性材料衬底 4 上形成划线的刀具。
如图 10 至图 14 所示， 划线刀轮 160 是以 2 个圆锥台的下底面 ( 其中， 下底面的面 积大于上底面 ) 相互对向的方式配置， 且呈大致圆盘状 ( 算盘珠状 )。如图 13 及图 14 所 示， 划线刀轮 160 主要包括本体部 161 和刃部 162。
如图 13 及图 14 所示， 本体部 161 是划线刀轮 160 中除去设置在外周部分的刃部 162 以外的圆盘状的部位， 且在本体部 161 的中心附近设置有沿着旋转轴 160b 贯通本体部 161 的贯通孔 160a。而且， 在本体部 161 的外周， 设置有圆环状的刃部 162。
如图 13 所示， 刃部 162 是划线刀轮 160 的外周部分。如图 14 所示， 刃部 162 是形 成为在前视图中呈 V 字状。在刃部 162 中， 沿着旋转轴 160b 的方向的厚度 Tb( 参照图 14) 随着从旋转轴 160b 侧朝向刀尖 162a 而逐渐变小。
刀尖 162a 是沿着刃部 162 的最外周部 ( 即， 刃部 162 中相距旋转轴 160b 的距离 最大， 且刃部 162 的厚度 Tb 最小的部分 ) 设置。如图 15 所示， 刀尖 162a 主要包括多个斜 面 165(165a、 165b) 和圆角面 167。
此外， 如图 13 所示， 并未有意地在刀尖 162a 上形成凹凸。
如图 15 所示， 多个 ( 本实施方式中为 2 个 ) 斜面 165(165a、 165b) 形成刃部 162 的侧面。而且， 如图 15 所示， 圆角面 167 和斜面 165(165a、 165b) 分别连接。
<2.3. 划线刀轮的尺寸 >
此处， 划线刀轮 160 的外径 Dm( 参照图 14) 通常为 1mm ～ 10mm， 优选 1mm ～ 5mm( 更 优选 1mm ～ 3mm)。当划线刀轮 160 的外径 Dm 小于 1mm 时， 划线刀轮 160 的操作性及耐久性 下降。另一方面， 当划线刀轮 160 的外径 Dm 大于 5mm 时， 存在刻划时的垂直裂纹 K 未较深 地形成在脆性材料衬底 4 的情况。
而且， 划线刀轮 160 的厚度 Th( 参照图 14) 优选 0.5mm ～ 1.2mm， 更优选 0.5mm ～ 1.1mm。当划线刀轮 160 的厚度 Th 小于 0.5mm 时， 存在加工性及操作性下降的情况。另一 方面， 当划线刀轮 160 的厚度 Th 大于 1.2mm 时， 用于划线刀轮 160 的材料及制造划线刀轮 160 的成本变高。
而 且，刃 部 162 的 刀 尖 角 θ2( 参 照 图 14) 通 常 为 钝 角，优 选 90deg ＜ θ2 ≤ 160deg( 更优选 100deg ≤ θ2 ≤ 140deg)。此外， 刀尖角 θ2 的具体值是根据切 断的脆性材料衬底 4 的材质、 及 / 或厚度等适当设定。
<2.4. 划线刀轮的成形方法 >此处， 对由烧结金刚石或多晶金刚石成形划线刀轮 160 的方法进行说明。本成形 方法中， 首先， 从较佳厚度 (0.5mm ～ 1.2mm) 的多晶金刚石中切取所需半径的圆盘。
接着， 以使沿着旋转轴 160b 的刃部 162 的厚度 Tb 随着从旋转轴 160b 侧朝向刀尖 162a 而逐渐变小的方式， 切削圆盘的周缘部。 由此， 在圆盘的周缘部形成前视图中呈 V 字状 的刃部 162。
<2.5. 刻划方法 >
此处， 一面参照图 1、 图 2、 及图 15， 一面对利用作为金刚石内含物的刀具的一例而 列举的划线刀轮 160 在脆性材料衬底 4 上形成划线 SL 的方法进行说明。
本方法是通过划线头部 130 的动作， 使划线刀轮 160 的外表面中的圆角面 167 接 触于脆性材料衬底 4。而且， 从和脆性材料衬底 4 接触的圆角面 167 对脆性材料衬底 4 施力 ( 刻划负荷 )。
接着， 在使划线刀轮 160 的圆角面 167 和脆性材料衬底 4 接触的状态下， 使划线刀 轮 160 相对于脆性材料衬底 4 进行相对移动。在此情况下， 使划线刀轮 160 和保持脆性材 料衬底 4 的保持单元 10 分别在 X 轴方向 ( 箭线 AR1 方向 ： 参照图 1) 和 Y 轴方向 ( 箭线 AR2 方向 ： 参照图 2) 上进行移动。
由此， 使划线刀轮 160 在脆性材料衬底 4 上进行旋转， 从而在脆性材料衬底 4 上形 成和刀尖 162a 的圆角面 167( 参照图 15) 的轨迹相应的划线 SL。而且， 在脆性材料衬底 4 上形成从划线 SL 沿垂直方向 (Z 轴方向 ) 延伸的垂直裂纹 K。
此处， 刻划负荷优选设定为 3N ～ 30N， 更优选设定为 5N ～ 20N。 而且， 划线刀轮 160 相对脆性材料衬底 4 的移动速度通常设定为 50mm/sec ～ 1200mm/sec， 优选设定为 50mm/ sec ～ 300mm/sec。此外， 刻划负荷及移动速度的具体值是根据脆性材料衬底 4 的材质、 及 / 或厚度等而适当设定。
<2.6. 刻划原理 >
如图 15 所示， 在本实施方式的划线刀轮 160 的刀尖 162a 上成形有圆角面 167。由 此， 可以和第 1 实施方式同样地， 从刀尖 162a 的圆角面 167 对脆性材料衬底 4 施加大的刻 划负荷， 而不会切削脆性材料衬底 4。即， 在刀尖 162a 上成形有圆角面 167， 且通过该圆角 面 167 形成划线 SL 及垂直裂纹 K 的情况下， 可使接触部 4a 中产生大的压缩应力及拉伸应 力。由此， 可防止产生切屑及微裂， 从而可良好地刻划脆性材料衬底 4。
<2.7. 本实施方式中的划线刀轮的优点 >
如上所述， 本实施方式的刻划装置 100 所含的划线刀轮 160 如图 14 所示包含刃部 162， 该刃部 162 是厚度 Tb 从本体部 161 的中心朝向刀尖 162a 变小。
而且， 如图 15 所示， 刃部 162 的刀尖 162a 具有圆角面 167， 该圆角面 167 是和形成 162 的侧面的 2 个斜面 165(165a、 165b) 分别连接。进而， 圆角面 167 具有曲面形状。
由此， 在从刀尖 162a 的圆角面 167 对脆性材料衬底 4 施力的情况下， 划线刀轮 160 可使该接触部 4a 中产生大的压缩应力及拉伸应力， 而不会切削和圆角面 167 接触的脆性材 料衬底 4 的接触部 4a( 参照图 10)。而且， 通过该压缩应力及拉伸应力， 在脆性材料衬底 4 上形成划线 SL 及垂直裂纹 K。
因此， 划线刀轮 160 可以和第 1 实施方式的金刚石尖头 60 同样地， 防止在划线 SL 附近产生切屑及微裂， 从而可良好地刻划脆性材料衬底 4。而且， 可延长划线刀轮 160 的寿命。 <3. 变形例 >
以上， 对本发明的实施方式进行了说明， 但本发明并不限定于所述实施方式， 可进 行各种变形。
(1) 在第 1 实施方式中， 对刃部 61 呈四棱锥台状的情况进行了说明， 但刃部 61 的 形状并不限定为四棱锥台状。例如， 刃部 61 也可以呈三棱锥台状， 并且也可以具有 n 棱锥 台状 ( 其中， n 为 5 以上的整数 )。进而， 刃部 61 也可以呈 m 棱锥状 ( 其中， m 为 3 以上的 整数 )。
(2) 而且， 第 1 及第 2 实施方式是采用使用滚珠螺杆作为驱动部 70、 170 的进给机 构 ( 参照图 2)， 但进给机构并不限定于此。例如， 也可以采用线性电动机 ( 线性导轨 ) 等作 为进给机构。
(3) 进而， 对第 1 实施方式中的驱动部 70 和第 2 实施方式中的驱动部 170 分别使 划线头部 30、 130 相对保持单元 10 进行移动的情况进行了说明， 但划线头部 30、 130 的移动 方式并不限定于此。
例如， 也可以将划线头部 30、 130 固定， 而使保持单元 10 沿箭线 AR1 方向 ( 参照图 1) 移动。而且， 也可以将保持单元 10 固定， 而利用驱动部 70、 170 使划线头部 30、 130 分别 沿箭线 AR2 方向 ( 参照图 2) 移动。进而， 也可以使划线头部 30 及保持单元 10 两者移动。
这样一来， 只要保持脆性材料衬底 4 的保持单元 10 和握持金刚石尖头 60 的划线 头部 30 或握持划线刀轮 160 的划线头部 130 中至少一者可相对于另一者进行相对移动即 可。
[ 实施例 ]
以下， 通过实施例对本发明进行更详细的说明， 但本发明不受这些示例任何限制。
< 实施例 1 及比较例 1>
图 16 是用来说明用以评价被刻划的脆性材料衬底 4 的端面强度的测试方法的图 式。
图 17 是表示实施例 1 及比较例 1 的测试条件的图式。图 18 是表示实施例 1 及比 较例 1 的测试结果的图式。图 19 是实施例 1 的经具有圆角面 67 的刃部 61( 参照图 7) 刻 划的脆性材料衬底 4 的照片。图 20 是比较例 1 的经不具有圆角面的刃部 ( 参照图 9) 刻划 的脆性材料衬底 4 的照片。
在实施例 1 及比较例 1 中， 采用 4 点弯曲测试作为评价被刻划的脆性材料衬底 4 的端面强度的测试。如图 16 及图 17 所示， 本测试是使上部支点 95(95a、 95b) 间距离 D1 为 10.0mm， 使下部支点 96(96a、 96b) 间距离 D2 为 20.0mm， 且在使刻划面朝下的状态下， 使长边 侧沿箭线 AR7 方向弯曲。
如图 18 所示， 实施例 1 的破裂负荷的平均值约为比较例 1 的破裂负荷的平均值的 3 倍。这种情况表示通过实施例 1 刻划的脆性材料衬底 4 的强度高于通过比较例 1 刻划的 脆性材料衬底 4。
而且， 比较例 1( 参照图 20) 中， 在划线 SL 附近产生有切屑， 而在实施例 1 中， 划线 SL 附近未产生切屑。这种情况表示实施例 1 和比较例 1 相比更能对脆性材料衬底 4 实施良 好的刻划。