划割轮、 划割装置、 及划割方法 技术领域 本发明涉及一种烧结金刚石制的划割轮、 及具有此划割轮的划割装置、 及使用此 划割轮的划割方法。
背景技术 以往， 将贴合 2 片玻璃基板而形成的贴合玻璃基板通过一系列的划割工序及断裂 工序而裁剪为多个单位贴合玻璃的技术众所周知 ( 例如， 专利文献 1)。
另外， 通过在刀尖的棱线部形成突起部， 而不产生水平裂痕， 使深的垂直裂痕产生 在玻璃板上的技术以往也众所周知 ( 例如， 专利文献 2)。
另外， 使形成贴合基板的表面背面的单板基板不上下反转及水平方向旋转 90°， 而水平方向地在正交的两个方向上连续分割的技术以往也众所周知 ( 例如， 专利文献 3)。
进而， 通过使轮的外径、 槽的深度、 槽间的棱线的长度为所期望范围， 而使划割轮 的刀尖的磨损降低， 使划割轮长寿命化的技术以往也众所周知 ( 例如 ： 专利文献 4)。
[ 先行技术文献 ]
[ 专利文献 ]
[ 专利文献 1] 日本专利第 3042192 号说明书
[ 专利文献 2] 日本专利第 3074143 号说明书
[ 专利文献 3] 国际公开第 2005/087458 号
[ 专利文献 4] 国际公开第 2009/148073 号
发明内容 [ 发明所要解决的问题 ]
此处， 作为使划割工数降低的方法之一， 列举如下方法 ： 最大限度削减划割轮与脆 性材料基板隔离移动的时间， 最大限度确保划割轮与脆性材料基板 ( 例如， 玻璃基板等 ) 抵 接的时间。
然而， 此方法会产生如下问题 ： 在使脆性材料基板抵接 ( 侵入 ) 的状态下， 使划割 轮的前进方向变化， 根据情形有时刀尖的突起部缺损。
因此， 本发明的目的在于提供一种可以在脆性材料基板上形成良好的划线的划割 轮、 及此具有划割轮的划割装置、 及使用此划割轮的划割方法。
[ 解决问题的手段 ]
为了解决所述问题， 技术方案 1 的发明的特征在于 ： 其是烧结金刚石制的划割轮， 且包括 ： 圆盘状的本体部 ； 设置在所述本体部的外周的圆环状的刀 ； 沿着所述刀的最外周 部而设置且具有多个突起部的刀尖 ； 所述刀的厚度从所述本体部的中心朝向所述刀尖变 小， 通过所述刀的最外周部的中心轴的平面的剖面成 V 形状， 各突起部设置在沿着所述刀 尖而形成的多个槽中邻接的槽之间， 所述烧结金刚石包含 65.0 ～ 75.0 重量％的金刚石、 3.0 ～ 10.0 重量％的超微粒子碳化物、 及其余部分的结合材料， 所述金刚石的平均粒径为
0.6 ～ 1.5μm 的范围， 所述结合材料为以钴为主成分的铁系金属。
另外， 技术方案 2 的发明根据技术方案 1 所述的划割轮， 其特征在于 ： 所述超微粒 子碳化物为 6.0 ～ 8.0 重量％的范围， 并且包含 1.0 ～ 4.0 重量％的碳化钛、 及其余部分的 碳化钨。
另外， 技术方案 3 的发明的特征在于包括 ： 划割单元， 其通过使根据技术方案 1 或 2 所述的划割轮相对于脆性材料基板压接转动， 由此在所述脆性材料基板上形成划线 ； 及 保持单元， 其保持所述脆性材料基板， 且使被保持的所述脆性材料基板相对于划割单元而 相对性地移动。
另外， 技术方案 4 的发明的特征在于 ： 其是利用根据技术方案 1 或 2 所述的划割轮 在脆性材料基板上形成划线的方法， 且包括如下工序 ： (a) 使所述划割轮与所述脆性材料 基板抵接， 且在与所述脆性材料基板平行的第 1 水平方向使所述划割轮相对性地移动 ； (b) 在所述工序 (a) 之后， 在使所述划割轮与所述脆性材料基板抵接的状态下， 将所述划割轮 的移动方向变更为与所述第 1 水平方向不同、 与所述脆性材料基板平行的第 2 水平方向。
[ 发明的效果 ]
根据技术方案 1 到技术方案 4 所述的发明， 构成划割轮的烧结金刚石包含 65.0 ～ 75.0 重量％的金刚石、 3.0 ～ 10.0 重量％的超微粒子碳化物、 及其余部分的结合材料， 并且 金刚石的平均粒径为 0.6 ～ 1.5μm 的范围， 结合材料为以钴为主成分的铁系金属。 由此， 此烧结金刚石制的划割轮不仅可以提高耐磨损性及耐冲击强度特性， 还可 以提高耐扭动强度特性。 即， 在使划割轮与成为切断对象的脆性材料基板抵接的状态下， 即 使在使划割轮的前进方向变化的情况下， 也可以有效地防止刀尖的突起部缺损。 因此， 可以 实现划割轮的进一步长寿命化。
尤其， 根据技术方案 2 所述的发明， 超微粒子碳化物包含 1.0 ～ 4.0 重量％的碳化 钛。 由此， 在烧结过程中的金刚石的熔融凝固时， 可以抑制金刚石粒子的异常粒成长。 因此， 可以进而使耐扭动强度特性提高。
附图说明
图 1 是表示本发明的实施形态中的划割装置的整体构成的一例的正面图。
图 2 是表示本发明的实施形态中的划割装置的整体构成的一例的侧面图。
图 3 是表示划割轮附近的构成的一例的正面图。
图 4 是表示划割轮附近的构成的一例的仰视图。
图 5 是用以说明转向轮后倾效果的仰视图。
图 6 是表示划割轮的构成的一例的侧面图。
图 7 是表示划割轮的构成的一例的正面图。
图 8 是图 6 的 A 部分的放大图。
图 9 是表示形成在划割轮的刀尖的槽形状的其它例的图。
图 10 是表示形成在划割轮的刀尖的槽形状的其它例的图。
图 11 是表示形成在划割轮的刀尖的槽形状的其它例的图。
图 12 是用以说明耐扭动测试的平面图。
图 13 是用以说明实施例 1、 比较例 1、 及比较例 2 的测试条件的图。图 14 是表示耐扭动测试前的实施例 1 的划割轮的突起部的照片。 图 15 是表示耐扭动测试后的实施例 1 的划割轮的突起部的照片。 图 16 是表示耐扭动测试前的比较例 1 的划割轮的突起部的照片。 图 17 是表示耐扭动测试后的比较例 1 的划割轮的突起部的照片。 图 18 是表示耐扭动测试前的比较例 2 的划割轮的突起部的照片。 图 19 是表示耐扭动测试后的比较例 2 的划割轮的突起部的照片。 图 20 是用以说明实施例 2、 比较例 1、 及比较例 2 的测试条件的图。 [ 符号的说明 ] 1 划割装置 4 脆性材料基板 10 保持单元 20 划割单元 30 头部 40 驱动部 50 划割轮 51 本体部 52 刀 52a 刀尖 53 槽 54 突起部 54a 棱线 60 拍摄部单元 90 控制单元 SL 划线 K 垂直裂痕具体实施方式
<1. 划割装置的构成 >
以下， 一面参照图式一面对本发明的实施形态进行详细说明。
图 1 及图 2 是分别表示划割装置 1 的整体构成的一例的正面图及侧面图。图 3 及 图 4 是表示划割轮 50 附近的构成的一例的正面图及仰视图。图 5 是用以说明转向轮后倾 效果的仰视图。
划割装置 1 是例如玻璃基板或者陶瓷基板等般， 在由脆性材料而形成的基板 ( 以 下， 也仅称为 “脆性材料基板” )4 的表面， 划入划线 ( 切缝 ： 纵向裂痕 ) 的装置。
如图 1 及图 2 所示， 划割装置 1 主要包括 ： 保持单元 10、 划割单元 20、 拍摄部单元 60、 及控制单元 90。 此外， 图 1 及以后的各图中， 为了使这些单元的方向关系明确， 而根据需 要适当附上将 Z 轴方向设为铅直方向、 将 XY 平面设为水平面的 XYZ 正交坐标系统。
此处， 如图 3 所示， 当利用划割装置 1 在脆性材料基板 4 的表面形成划线 SL 后， 脆 性材料基板 4 上将产生在垂直方向 (Z 轴方向 ) 延伸的垂直裂痕 K( 划割工序 )。而且， 通过对产生了此垂直裂痕 K 的脆性材料基板 4 赋予应力 ( 断裂工序 )， 而从 形成了划线 SL 的脆性材料基板 4 的主面到其相反侧的主面为止使垂直裂痕 K 成长， 从而将 脆性材料基板 4 切断， 将此方法称为 “割断” 。
另一方面， 仅通过划割工序 ( 即， 不执行断裂工序 )， 使垂直裂痕 K 从脆性材料基 板 4 的划线 SL 的主面伸展到相反侧的主面为止， 从而将脆性材料基板 4 切断， 将此方法称 为 “分割” 。
这些割断及分割是在用以切断的本质的要素为垂直裂痕的伸展的方面， 较使用切 出切屑为用以切断的本质的要素的金刚石划割锯 (cutting saw)( 或者轮 )、 或者金刚石划 割锯 (dicing saw) 的研削切断更好的切断方法。
另外， 作为利用本实施形态的划割方法能够割断或者分割的脆性材料基板 4 的材 质的例， 可列举玻璃、 陶瓷、 硅、 或者蓝宝石等。 尤其， 近年来， 作为通信机器关联的高频模块 所使用的基板， 从 HTCC(High Temperature Co-fired Ceramics， 高温共烧陶瓷 ) 向比较容 易加工的 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics， 低温共烧陶瓷 ) 的过渡正在加速。 因此， 本实施形态的划割方法将日益有效地被使用。
保持单元 10 保持脆性材料基板 4， 并且使被保持的脆性材料基板 4 相对于划割单 元 20 而相对性地移动。如图 1 所示， 保持单元 10 设置在基部 10a 上， 且主要具有平台 11、 滚珠丝杠机构 12、 及马达 13。 此处， 基部 10a 例如由大致长方体状的石定盘而形成， 且其上表面 ( 与保持单元 10 相向的面 ) 被平坦加工。由此， 可以降低基部 10a 的热膨胀， 可以使由保持单元 10 保持的 脆性材料基板 4 良好地移动。
平台 11 吸附保持所载置的脆性材料基板 4。 另外， 平台 11 使被保持的脆性材料基 板 4 在箭头 AR1 方向 (X 轴正或者负方向 ： 以下， 也简称为 “进退方向” ) 进退， 并且向箭头 R1 方向旋转。如图 1 及图 2 所示， 平台 11 主要具有吸附部 11a、 旋转台 11b、 及移动台 11c。
吸附部 11a 设置在旋转台 11b 的上侧。 如图 1 及图 2 所示， 脆性材料基板 4 能够载 置在吸附部 11a 的上表面。另外， 在吸附部 11a 的上表面格子状地配置着多个吸附槽 ( 图 示省略 )。因此， 在载置着脆性材料基板 4 的状态下， 将各吸附槽内的环境排气 ( 吸引 )， 由 此脆性材料基板 4 被吸附部 11a 吸附。
旋转台 11b 设置在吸附部 11a 的下侧， 且使吸附部 11a 以与 Z 轴大致平行的旋转 轴 11d 为中心而旋转。另外， 移动台 11c 设置在旋转台 11b 的下侧， 且沿着进退方向， 使吸 附部 11a 及旋转台 11b 移动。
因此， 被平台 11 吸附保持的脆性材料基板 4 在箭头 AR1 方向进退， 并且以随着吸 附部 11a 的进退动作而移动的旋转轴 11d 为中心而旋转。
滚珠丝杠机构 12 配置在平台 11 的下侧， 且使平台 11 在箭头 AR1 方向进退。如图 1 及图 2 所示， 滚珠丝杠机构 12 主要具有进给螺杆 12a 与螺母 12b。
进给螺杆 12a 为沿着平台 11 的进退方向延伸的棒体。在进给螺杆 12a 的外周面 设置着螺旋状的槽 ( 图示省略 )。另外， 进给螺杆 12a 的一端由支持部 14a 可旋转地支持， 进给螺杆 12a 的另一端由支持部 14b 可旋转地支持。进而， 进给螺杆 12a 与马达 13 连动连 结， 若马达 13 旋转， 则进给螺杆 12a 在其旋转方向上旋转。
螺母 12b 随着进给螺杆 12a 的旋转， 通过未图示的滚珠的滚转运动， 在箭头 AR1 方
向进退。如图 1 及图 2 所示， 螺母 12b 被固定在移动台 11c 的下部。
因此， 当驱动马达 13， 马达 13 的旋转力传达到进给螺杆 12a 后， 螺母 12b 在箭头 AR1 方向进退。其结果， 固定了螺母 12b 的平台 11 与螺母 12b 同样地在箭头 AR1 方向进退。
一对导轨 15、 16 限制前进方向中的平台 11 的移动。如图 2 所示， 一对导轨 15、 16 在基部 10a 上， 在箭头 AR2 方向仅隔开特定距离而固定。
多个 ( 本实施形态中为 2 个 ) 滑动部 17(17a、 17b) 沿着导轨 15 在箭头 AR1 方向 滑动自如。如图 1 及图 2 所示， 各滑动部 17(17a、 17b) 在移动台 11c 的下部， 在箭头 AR1 方 向仅隔开特定距离而固定。
多个 ( 本实施形态中为 2 个 ： 然而， 为便于图示， 仅记载滑动部 18a) 滑动部 18 沿 着导轨 16 在箭头 AR1 方向滑动自如。如图 1 及图 2 所示， 各滑动部 18 与滑动部 17(17a、 17b) 同样地， 在移动台 11c 的下部， 在箭头 AR1 方向仅隔开特定距离而固定。
如此， 当将马达 13 的旋转力赋予滚珠丝杠机构 12 后， 平台 11 沿着一对导轨 15、 16 移动。因此， 可以确保进退方向中的平台 11 的直进性。
划割单元 20 相对于被保持单元 10 保持的脆性材料基板 4， 使烧结金刚石制的划割 轮 50( 参照图 3) 压接转动， 由此在脆性材料基板 4 的表面形成划线 SL。如图 1 及图 2 所 示， 划割单元 20 主要具有头部 30 与驱动部 40。 头部 30 由未图示的升降· 加压机构， 从被保持的划割轮 50 对脆性材料基板 4 的表 面， 赋予挤压力 ( 以下， 也仅称为 “划割负荷” )。如图 3 所示， 头部 30 具有支架 35。另外， 支架 35 为旋转自如地保持划割轮 50 的要素。如图 3 所示， 支架 35 主要具有销 36、 支持框 体 37、 及旋回部 38。
销 36 是在插入到贯通划割轮 50 的贯通孔 50a 中的状态下固定的棒体。此处， 如 图 3 及图 4 所示， 贯通孔 50a 沿着与 X 轴大致平行的旋转轴 50b 延伸。
如图 3 所示， 支持框体 37 是以覆盖贯通孔 50a 的两个开口 ( 两端 ) 的方式而配置 的构造物。 从贯通孔 50a 的两端突出的销 36 相对于支持框体 37 而可旋转地设置着。 因此， 被销 36 固定的划割轮 50 相对于支持框体 37 旋转自如。
如图 3 所示， 旋回部 38 设置在支持框体 37 的上部， 且以与 Z 轴大致平行的旋转轴 38a 为中心而使支持框体 37 旋转。如图 4 所示， 从下表面观察的旋回部 38 的旋转轴 38a 的 位置与脆性材料基板 4 中的保持单元 10 的设置位置 50c 偏移。
由此， 如图 5 所示， 划割轮 50 的前进方向从箭头 AR3(2 点链线 ) 方向变化为箭头 AR4( 实线 ) 方向， 由于转向轮后倾效果而旋转轴 38a 周围的转矩作用于划割轮 50。因此， 划割轮 50 在箭头 R2 方向转动， 划割轮 50 的位置从 2 点链线位置变化为实线位置。
如此， 划割轮 50 的前进方向变化， 即便在划割轮 50 的姿势相对于前进方向仅偏移 角度 θ1 的情况下， 箭头 R2 方向的转矩也作用于划割轮 50。其结果， 划割轮 50 旋回， 以使 划割轮 50 的姿势与划割轮 50 的前进方向大致平行。
驱动部 40 使划割轮 50 所设置的头部 30 在箭头 AR2 方向 (Y 轴正或者负方向 ： 以 下， 也仅称为 “往返方向” ) 往返。如图 2 所示， 驱动部 40 主要具有支柱 41、 轨道 42、 及马达 43。
多根 ( 本实施形态中为 2 根 ) 支柱 41(41a、 41b) 从基部 10a 起在上下方向 (Z 轴 方向 ) 延伸。如图 2 所示， 各导轨 42 在夹持在支柱 41a、 41b 之间的状态下， 相对于这些支
柱 41a、 41b 而固定。
多根 ( 本实施形态中为 2 根 ) 导轨 42 限制往返方向中的头部 30 的移动。如图 2 所示， 多根导轨 42 在上下方向仅隔开特定距离而固定。
马达 43 与未图示的进给机构 ( 例如， 滚珠丝杠机构 ) 连动连结。由此， 若马达 43 旋转， 则头部 30 沿着多根导轨 42 在箭头 AR2 方向往返。
通过使划割轮 50 在脆性材料基板 4 上压接转动， 而在脆性材料基板 4 上形成划线 SL( 参照图 3)。划割轮 50 例如是将烧结金刚石 (Polycrystalline diamond ： 以下， 也仅称 为 “PCD” ) 成形而成的。此外， 关于划割轮 50 的详细的构成将于下文叙述。
拍摄部单元 60 拍摄被保持单元 10 保持的脆性材料基板 4。如图 2 所示， 拍摄部单 元 60 具有多个相机 65(65a、 65b)。
多个 ( 本实施形态中为 2 台 ) 相机 65(65a、 65b) 如图 1 及图 2 所示， 配置在保持 单元 10 的上方。各相机 65(65a、 65b) 拍摄脆性材料基板 4 上所形成的特征性的部分 ( 例 如， 对准标记 ( 图示省略 )) 的图像。然后， 根据由各相机 65(65a、 65b) 所拍摄的图像， 求出 脆性材料基板 4 的位置及姿势。
此处， 所谓脆性材料基板 4 的 “位置” ， 是指绝对坐标系统中的脆性材料基板 4 上的 任意的位置。另外， 所谓脆性材料基板 4 的 “姿势” ， 是指相对于头部 30 的往返方向的脆性 材料基板 4 的基准线 ( 例如， 在脆性材料基板 4 为四方形的情况下， 为 4 边中的 1 边 ) 的倾 斜。 进而， 在本实施形态中， 使用四方形的脆性材料基板 4， 在脆性材料基板 4 的 4 个角 部中邻接的 2 个角部形成对准标记。另外， 各对准标记由所对应的相机 65a、 65b 拍摄， 根据 这些已拍摄的图像， 求出绝对坐标系统中的各对准标记的位置。 然后， 根据这些对准标记的 位置， 运算脆性材料基板 4 的位置及姿势。
控制单元 90 实现划割装置 1 的各要素的动作控制、 及数据运算。如图 1 及图 2 所示， 控制单元 90 主要具有 ROM(Read Only Memory， 只读存取器 )91、 RAM(Random Access Memory， 随机存取存取器 )92、 及 CPU(Central Processing Unit， 中央处理器 )93。
ROM(Read Only Memory)91 是所谓非挥发性的记忆部， 例如， 储存程序 91a。此 外， 作 为 ROM91， 也 可 以 使 用 读 写 自 如 的 非 挥 发 性 存 取 器 即 闪 存。RAM(Random Access Memory)92 是挥发性的记忆部， 例如， 储存 CPU93 的运算所使用的数据。
CPU(Central Processing Unit)93 执行根据 ROM91 的程序 91a 的控制 ( 保持单元 10 的进退· 旋转动作、 及由驱动部 40 进行的头部 30 的往返动作等的控制 )、 及脆性材料基 板 4 的位置及姿势运算等的数据处理。
例如， CPU93
(1) 运算脆性材料基板 4 的位置及姿势， 并且
(2) 根据此位置及姿势的运算结果， 使旋转台 11b 旋转动作， 且使移动台 11c 进退 动作，
由此执行相对于头部 30 的脆性材料基板 4 的对准处理。
<2. 划割轮的构成 >
图 6 及图 7 是表示划割轮 50 的构成的一例的侧面图及正面图。图 8 是图 6 的 A 部分的放大图。如图 3 至图 7 所示， 划割轮 50 是以 2 个圆锥台的下底面 ( 其中， 下底面较
上底面而言面积大 ) 相互对向的方式而配置的， 且具有大致圆盘形状 ( 算盘珠形状 )。 如图 6 至图 8 所示， 划割轮 50 主要具有本体部 51、 刀 52、 及刀尖 52a。
如图 6 及图 7 所示， 本体部 51 形成为圆盘状， 在本体部 51 的中心附近沿着旋转轴 50b 而设置着贯通本体部 51 的贯通孔 50a。另外， 在本体部 51 的外周设置着圆环状的本体 部 51。
如图 6 所示， 刀 52 是由以旋转轴 50b 为中心的同心圆状的内周及外周而形成的圆 环状体。如图 7 所示， 刀 52 正面观察为 V 字状。沿着旋转轴 50b 的刀 52 的厚度 Tb( 参照 图 7) 随着从旋转轴 50b 侧朝向刀尖 52a 逐渐变小。
刀尖 52a 沿着刀 52 的最外周部 ( 即， 刀 52 中距旋转轴 50b 的距离最大、 刀 52 的 厚度 Tb 最小的部分 ) 而设置。如图 8 所示， 刀尖 52a 具有突起部 54， 并且在刀尖 52a 设置 着槽 53 与棱线 54a。
多个槽 53 是设置在刀尖 52a 的侧面观察大致 V 字状的凹部。如图 8 所示， 邻接的 槽 53 沿着刀 52 的外周仅隔开所期望的间距 P 而形成。
如图 8 所示， 多个突起部 54 沿着本体部 51 的最外周部而设置。更具体而言， 各突 起部 54 设置在沿着刀尖 52a 而设置的多个槽 53 中邻接的槽 53 之间。
此外， 图 8 中， 为便于图示， 仅记载了 3 个槽 53、 及 4 个突起部 54。另外， 形成在刀 尖 52a 的多个槽 53 为微米级且意图加工的。因此， 多个槽 53 是区别于由刀尖 52a 形成时 的研削加工而必然形成的研削条痕的。
<2.1. 划割轮的尺寸 >
此处， 划割轮 50 的外径 Dm( 参照图 7) 优选为 1 ～ 5(mm)( 进而优选为 1 ～ 3(mm)) 的范围。在划割轮 50 的外径 Dm 小于 1mm 的情况下， 划割轮 50 的操作性及耐久性降低。另 一方面， 在划割轮 50 的外径 Dm 大于 5mm 的情况下， 有时划割时的垂直裂痕 K 相对于脆性材 料基板 4 不形成得较深。
另外， 划割轮 50 的厚度 Th( 参照图 7) 优选为 0.5 ～ 1.2(mm)( 进而优选为 0.5 ～ 1.1(mm)) 的范围。在划割轮 50 的厚度 Th 小于 0.5mm 的情况下， 有时加工性及操作性降低。 另一方面， 在划割轮 50 的厚度 Th 大于 12mm 的情况下， 划割轮 50 的材料及制造用的成本变 高。
另外， 刀 52 的刀尖角 θ2( 参照图 7) 通常为钝角， 优选为 90 ＜ θ2 ≤ 160(deg) ( 进而优选为 100 ≤ θ2 ≤ 140(deg)) 的范围。此外， 刀尖角 θ2 的具体的角度根据切断的 脆性材料基板 4 的材质、 及 / 或厚度等而适当设定。
另外， 形成在刀尖 52a 的槽 53 的深度 Dp( 换而言之突起部 54 的高度 ) 优选为 1 ～ 60(μm)， 通常为 2 ～ 25(μm)( 进而优选为 3 ～ 15(μm)) 的范围。
另外， 邻接的槽 53 之间的间距 P( 参照图 8) 优选为 20 ～ 200(μm)( 进而优选为 30 ～ 70(μm)) 的范围。在邻接的槽 53 之间的间距 P 小于 20μm 的情况下， 有时划割轮 50 的刀尖 52a 的磨损变大， 耐久性降低。另一方面， 在此间距 P 大于 200μm 的情况下， 有时无 法在脆性材料基板 4 上形成良好的垂直裂痕 K。
另 外， 形 成 在 邻 接 的 槽 53 之 间 的 棱 线 54a 的 长 度 L( 参 照 图 8) 优 选 为 25 ～ 75(μm)( 进而优选为， 25 ～ 75(μm)) 的范围。在此棱线 54a 的长度 L 小于 25μm 的情况 下， 将产生无法确保充分的有效切削长度， 划割轮 50 的寿命变短的问题。另外， 槽 53 的宽度 W 相对于棱线 54a 的长度 L 的比例 Rt( ＝ W/L) 优选为 0.5 ～ 5.0( 进而优选为 1.0 ～ 3.5) 的范围。在此情况下， 可以充分确保有效切削长度。
<2.2. 划割轮中所包含的材料 >
另外， 划割轮 50 的成形所使用的烧结金刚石具有金刚石粒子与其余部分的结合 相， 优选相邻的金刚石粒子彼此相互结合。 由于相邻的金刚石粒子彼此相互结合， 可获得优 异的耐磨损性及强度。
此处， 对烧结金刚石中所包含的材料中的金刚石粒子及结合相中所包含的结合材 料及添加剂进行说明。
金刚石粒子的平均粒径优选为 0.6 ～ 1.5(μm)( 进而优选为 0.7 ～ 1.0(μm)) 的 范围。
此处， 划割轮 50 中， 在突起部 54 的棱线 54a 中求出锐利度。因此， 金刚石粒子的 平均粒径必需为至少 1.5μm 以下的超微粒子。
另一方面， 在金刚石的平均粒径小于 0.6μm 的情况下， 金刚石晶界中裂痕容易传 播。 因此， 当扭动力反复作用于刀尖 52a 的突起部 54 后， 促进此突起部 54 的缺损。 其结果， 产生划割轮 50 的寿命变短的问题。 烧结金刚石中的金刚石的含量优选为 65.0 ～ 75.0( 重量％ )( 进而优选为 68.0 ～ 72.0( 重量％ ) ∶ 85.0 ～ 86.0( 容量％ )) 的范围。 此处， 在金刚石的含量小于 68.0 重量％ 的情况下， 烧结金刚石的耐磨损性降低。
作为添加剂， 例如， 较佳地使用选自钨、 钛、 铌、 钽的至少 1 种以上的元素的超微粒 子碳化物。
此处， 烧结金刚石中的超微粒子碳化物的含量优选为 3.0 ～ 10.0( 重量％ ) 的范 围。
进而优选为， 超微粒子碳化物的含量为 6.0 ～ 8.0( 重量％ ) 的范围， 超微粒子碳 化物包含 1.0 ～ 4.0( 重量％ ) 的碳化钛与其余部分的碳化钨。由此， 在烧结过程中的金刚 石的熔融凝固时， 可以抑制金刚石粒子的异常粒成长。 因此， 可以进而使耐扭动强度特性提 高。
作为结合材料， 通常， 较佳地使用铁族元素。作为铁族元素， 例如可列举钴、 镍、 铁 等， 其中钴较佳。 另外， 烧结金刚石中的结合材料的含量优选为金刚石及超微粒子碳化物的 其余部分， 进而优选为 20 ～ 25( 重量％ ) 的范围。
此 外， 本实施形态中的 “重 量 ％”是 根 据 利 用 EDX(Energy Dispersive X-ray spectrometry， 能量弥散 X 射线光谱测定 ) 而进行的元素分析来求出。另一方面， “容量％” 是指金刚石粒子的合计体积相对于包含孔隙的烧结金刚石的总体积的比例。
<3. 划割轮的制造方法 >
在说明划割轮 50 的制造方法时， 首先， 说明烧结金刚石的烧结方法， 接着， 对从烧 结金刚石成形划割轮 50 的方法进行说明。
<3.1. 烧结金刚石的烧结方法 >
此处， 对烧结金刚石的烧结方法进行说明。此烧结方法中， 首先， 将所述金刚石粒 子、 结合材料、 添加剂加以混合。 其次， 金刚石在热力学性地稳定的高温及超高压下， 将这些 混合物烧结。由此， 制造烧结金刚石。
此处， 在烧结时， 超高压产生装置的模具内的压力优选为 5 ～ 8(GPa) 的范围。另 外， 此模具内的温度优选为 1500 ～ 1900(℃ ) 的范围。
<3.2. 划割轮的成形方法 >
此处， 对从所制造出的烧结金刚石成形划割轮 50 的方法进行说明。首先， 本成形 方法中， 首先， 从较佳厚度 (0.5 ～ 1.2(mm)) 的烧结金刚石切取所期望的半径的圆盘。
其次， 削圆盘的周缘部， 以使沿着旋转轴 50b 的刀 52 的厚度 Tb 随着从旋转轴 50b 侧朝向刀尖 52a 而逐渐变小。由此， 在圆盘的周缘部， 形成正面观察为 V 字状的刀 52。
然后， 利用激光加工、 放电加工、 或者研削加工等以往公知的加工方法， 在刀尖 52a 形成多个槽 53。此外， 本实施形态的划割轮 50 如上所述直径小 (1 ～ 5(mm))， 槽 53 的形成 要求加工精度。因此， 作为槽 53 的加工方法推荐激光加工， 作为所使用的激光光， 可列举例 如 YAG(yttrium aluminum garnet， 钇铝石榴石 ) 激光。
<4. 划割方法 >
此处， 对利用划割轮 50 在脆性材料基板 4 上形成划线 SL 的方法进行说明。
在本方法中， 头部 30 的划割轮 50 由未图示的升降·加压机构而相对于脆性材料 基板 4 压接。另外， 驱动保持单元 10 的马达 13、 及 / 或驱动部 40 的马达 43， 使头部 30 相 对于被保持单元 10 保持的脆性材料基板 4 而在水平面内相对性地移动。因此， 在脆性材料 基板 4 上由划割轮 50 形成所期望的划线 SL， 且产生垂直裂痕 K。 此处， 划割负荷优选为 5 ～ 50(N)( 进而优选为 15 ～ 30(N)) 的范围。 另外， 划割轮 50 相对于脆性材料基板 4 的移动速度 ( 以下， 也仅称为 “划割速度” ) 优选为 50 ～ 300(mm/ sec) 的范围。此外， 划割负荷及划割速度的具体性的值可根据脆性材料基板 4 的材质、 及/ 或厚度等而适当设定。
另外， 在脆性材料基板 4 上， 对应头部 30 的相对移动， 形成如以下的划线 SL。
例如， 若在使马达 43 停止的状态下， 驱动马达 13， 则在使头部 30 停止的状态下， 使 保持单元 10 在进退方向 ( 图 1 的箭头 AR1 方向 ) 移动。即， 头部 30 相对于被保持单元 10 保持的脆性材料基板 4 在进退方向相对移动。因此， 在脆性材料基板 4 的上表面， 形成沿着 此进退方向的划线 SL( 参照图 3)。
另一方面， 若在使马达 13 停止的状态下， 驱动马达 43， 则在保持单元 10 停止的状 态下， 使头部 30 在往返方向 ( 图 2 的箭头 AR2 方向 ) 移动。即， 头部 30 相对于被保持单元 10 保持的脆性材料基板 4 在往返方向相对移动。 因此， 在脆性材料基板 4 的上表面， 形成沿 着此往返方向的划线 SL( 参照图 3)。
另外， 若各马达 13、 43 的动作状态从 (1) 马达 43 停止、 马达 13 驱动的状态变化为 (2) 马达 13 停止、 马达 43 驱动的状态， 则头部 30 的移动方向因转向轮后倾效果而从与脆性 材料基板 4 平行的进退方向 ( 第 1 水平方向 ) 变化为往返方向 ( 第 2 水平方向 )。即， 划割 轮 50 保持与脆性材料基板 4 抵接的状态， 划割轮 50 的刀尖 52a 的方向变更 90 度。因此， 在脆性材料基板 4 的上表面形成大致 L 字状的划线 SL( 参照图 3)。
进而， 在马达 13、 43 同时旋转的情况下， 头部 30 的前进方向成为相对于进退方向 ( 箭头 AR1 方向 ) 及往返方向 ( 箭头 AR2 方向 ) 而倾斜的状态。因此， 在脆性材料基板 4 的 上表面， 形成相对于进退方向及往返方向而倾斜的状态的划线 SL( 参照图 3)。 进而， 在使马 达 13、 43 的旋转数变化的情况下， 形成曲线状的划线 SL( 参照图 3)。
此处， 在本实施形态中， 将为了形成大致 L 字状的划线而使脆性材料基板 4 产生垂 直裂痕 K( 参照图 3) 的情况也称为 “L 字划割” 。
此外， 在割断的情况下， 利用断裂装置 ( 图示省略 )， 对脆性材料基板 4 的主面中 (1) 形成了划线 SL 的主面 ( 以下， 也仅称为 “形成面” )、 (2) 与形成面为相反侧的主面赋予 应力。因此， 在划割工序中， 产生在脆性材料基板 4 上的垂直裂痕 K 成长到与形成面为相反 侧的面为止， 从而脆性材料基板 4 被切断 ( 断裂工序 )。
另外， 在分割的情况下， 利用划割工序形成深的垂直裂痕 K。 因此， 不需要断裂装置 ( 图示省略 )， 仅利用划割工序即可切断脆性材料基板 4。
<5. 本实施形态中的划割轮的优点 >
如以上般， 本实施形态的划割轮 50 为烧结金刚石制， 此烧结金刚石包含 65.0 ～ 75.0 重量％的金刚石、 3.0 ～ 10.0 重量％的超微粒子碳化物、 及其余部分的结合材料， 并且 金刚石的平均粒径为 0.6 ～ 1.5μm 的范围， 结合材料为以钴为主成分的铁系金属。
由此， 此划割轮 50 不仅可以提高耐磨损性及耐冲击强度特性， 还可以提高耐扭动 强度特性。即， 在使划割轮 50 与脆性材料基板 4 抵接的状态下， 即便在使划割轮 50 的前进 方向变化的情况下， 也可以有效地防止刀尖 52a 的突起部 54 缺损。因此， 可以实现划割轮 50 的进一步长寿命化。 <6. 变形例 >
以上， 对本发明的实施形态进行了说明， 但是本发明并不限定于所述实施形态， 可 以进行各种变形。
在本实施形态中， 说明了设置在刀尖 52a 的多个槽 53 的形状为侧面观察大致 V 字 状的情况， 但是并不限定于此。图 9 至图 11 是表示划割轮 50 的刀尖 52a 上所形成的槽 53 的其它例的图。如图 9 所示， 槽 53 例如也可以为侧面观察梯形状的凹部。另外， 如图 10 及 图 11 所示， 也可以为侧面观察圆弧状或者矩形状的凹部。
【实施例】
以下， 根据实施例进一步对本发明进行详细说明， 但是本发明并不对这些例作任 何限定。
< 实施例 1>
此处， 对实施例 1 进行说明。 图 12 是用以说明耐扭动测试的平面图。 图 13 是表示 实施例 1 及比较例 1、 2 所分别对应的划割轮 50 的材质及尺寸、 及耐扭动测试的条件的图。
此耐扭动测试中， 如图 12 所示， 反复执行 L 字划割。 而且， 通过观察各划割轮 50 的 刀尖 52a 的突起部 54 的缺损状况， 来判断实施例 1、 及比较例 1、 2 所分别对应的划割轮 50 的耐扭动强度特性。
如图 13 所示， 关于构成实施例 1 的划割轮 50 的烧结金刚石， 金刚石的平均粒径及 含量、 铁族金属的含量、 及超微粒子碳化物的含量均为优选范围内。
另一方面， 构成比较例 1 的划割轮 50 的烧结金刚石在以下方面与构成实施例 1 的 划割轮 50 的烧结金刚石不同 ：
(1) 金刚石的平均粒径大于优选范围的上限值，
(2) 金刚石的含量小于优选范围的下限值， 且
(3) 碳化物的含量多于优选范围的上限值。
另外， 构成比较例 2 的划割轮 50 的烧结金刚石在以下方面与构成实施例 1 的划割 轮 50 的烧结金刚石不同 ：
(1) 金刚石的平均粒径小于优选范围的下限值。
此处， 耐扭动测试中所执行的 L 字划割按照以下顺序执行。 首先， 在使保持单元 10 的马达 13 停止的状态下， 驱动部 40 的马达 43 驱动， 由此头部 30 的划割轮 50 在 Y 轴正方 向移动。由此， 在脆性材料基板 4 上形成长度 D1 的划线 SL1。
其次， 使驱动部 40 的马达 43 从驱动状态变为停止状态， 使保持单元 10 的马达 13 从停止状态变为驱动状态。由此， 划割轮 50 的刀尖 52a 的突起部 54 与脆性材料基板 4 抵 接 ( 侵入 )， 且因转向轮后倾效果而划割轮 50 的前进方向变化约 90 度。
接下来， 通过使头部 30 的划割轮 50 进而在 X 轴正方向移动， 而在脆性材料基板 4 上形成长度 D2 的划线 SL2。
然后， 在将形成划线 SL1、 SL2 的 L 字划割执行多次之后， 求出刀尖 52a 的突起部 54 的缺损状况 ( 例如， 突起部 54 的缺损个数 )， 由此求出实施例 1、 及比较例 1、 2 所分别对应 的划割轮 50 的耐扭动强度特性。
图 14 是表示耐扭动测试前的实施例 1 的划割轮 50 的突起部 54 的照片。图 15 是 表示耐扭动测试后 ( 将 L 字划割执行 1000 次之后 ) 的实施例 1 的划割轮 50 的突起部 54 的 照片。如图 14 及图 15 所示， 虽然耐扭动测试后的实施例 1 的突起部 54 存在稍微的缺损， 但是通过执行 1000 次之后的划割轮 50 也可以良好地执行 L 字划割。
图 16 及图 18 是表示耐扭动测试前的比较例 1 及 2 的划割轮 50 的突起部 54 的照 片。图 17 及图 19 是表示耐扭动测试后 ( 将 L 字划割执行 10 次之后 ) 的比较例 1 及 2 的 划割轮 50 的突起部 54 的照片。
比较例 1 及 2 的划割轮 50 如图 17 及图 19 所示， 在执行 10 次的时间点突起部 54 明显缺损， 无法继续进行 10 次以上划割工序。
然后， 认为比较例 1 及 2 的结果起因于以下情况。即， 比较例 1 的金刚石的含量为 64.0 重量％， 小于优选范围 (68.0 ～ 72.0( 重量％ )) 的下限值。由此， 认为比较例 1 的划 割轮 50 的耐磨损性降低。因此， 认为比较例 1 的划割轮 50 的寿命比实施例 1 的划割轮 50 短。
另外， 比较例 2 的金刚石的平均粒径为 0.5μm， 小于优选范围 (0.6 ～ 1.5(μm))。 由此， 与实施例 1 相比而比较例 2 中， 金刚石晶界容易产生裂痕， 刀尖 52a 的突起部 54 容易 缺损。即， 与实施例 1 相比而比较例 2 的耐扭动强度特性差。因此， 认为比较例 2 的划割轮 50 的寿命比实施例 1 的划割轮 50 短。
如此， 在使由实施例 1 的烧结金刚石而制作的划割轮 50 与脆性材料基板 4 抵接的 状态下， 即便在使此划割轮 50 的前进方向变化的情况下， 也可以有效地防止刀尖 52a 的突 起部 54 缺损。因此， 可以实现划割轮 50 的进一步长寿命化。
< 实施例 2>
此处， 对实施例 2 进行说明。图 20 是表示实施例 2 及比较例 1、 2 所分别对应的划 割轮 50 的材质及尺寸、 及耐扭动测试的条件的图。
如图 20 所示， 关于构成实施例 2 的划割轮 50 的烧结金刚石， 金刚石的平均粒径及 含量、 铁族金属的含量、 及超微粒子碳化物的含量均为优选范围内。另外， 实施例 2 中， 执行与实施例 1 相同的耐扭动测试。
因此， 由实施例 2 的烧结金刚石而制作的划割轮 50 也与实施例 1 的情况相同， 可 以实现进一步长寿命化。
[ 工业上的可利用性 ]
本实施形态的划割轮在如下方面有益 ： 不仅提高耐磨损性及耐冲击强度特性， 还 提高耐扭动强度特性， 且可以在干式脆性材料基板上产生较深的垂直裂痕。