技術領域

本發明涉及一種用于刻劃碳化硅板的方法以及設備，其中，通過借助切割輪向碳化硅板施加壓力并使該切割輪在碳化硅板上滾動、從來在碳化硅板上刻劃出刻劃線。

背景技術：

順便而言，碳化硅板(SiC板)等由于表面硬度高，因而在進行刻劃(刻劃出刻劃線)時切割輪非常容易打滑，并且較難刻劃出可從刻劃起始點開始獲得有效垂直裂縫的刻劃線。如果碳化硅板等由于沿著刻劃線施加彎曲應力而折斷，則在刻劃起始點及其附近從垂直裂縫的斷續部分開始容易產生碎片等等。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：特開2009-248267

技術實現要素：

本發明需解決的問題

因此，本發明的目的是提供一種用于刻劃碳化硅板的方法和設備，該方法和設備允許從刻劃起始點開始持續地產生有效的垂直裂縫。

解決問題的手段

根據本發明，提供一種碳化硅板的刻劃方法，該方法包括如下步驟：首先，在刻劃開始時在刻劃起始點處刻劃出凹痕，并從該凹痕內開始進行刻劃。

根據本發明，還提供一種碳化硅板的刻劃方法，該方法包括如下步驟：首先，在刻劃開始時，致使切割輪在切割輪于刻劃起始點處與碳化硅板壓接的狀態下精細地轉動或擺動，以由此在起始點處刻劃出凹痕；隨后從該凹痕內開始進行刻劃。

此外，根據本發明，提供一種碳化硅板的刻劃方法，該方法包括如下步驟：在刻劃開始時，致使與切割輪單獨設置的金剛石刻劃針在起始點處伸出并與碳化硅板壓接，以由此刻劃出凹痕；隨后使切割輪下降到凹痕中；以及從該凹痕內開始進行刻劃。

此外，根據本發明，提供一種刻劃設備，該刻劃設備包括：刻劃頭部，該刻劃頭部具有切割輪并且適合于通過在與碳化硅板壓接的狀態下滾動而刻劃出刻劃線；以及金剛石劃針單元，該金剛石劃針單元具有金剛石刻劃針，并且致使金剛石刻劃針與碳化硅板壓接，以便由此刻劃出凹痕。

應注意到的是，前述凹痕的尺寸(直徑)較佳地等于或小于刻劃線的尺寸，但也可大于該刻劃線的尺寸。

本發明中的碳化硅板例如用作半導體器件的基底(晶片)以及電子設備的器件之類的基底。

發明效果

在刻劃開始時，首先通過在起始點進行刻劃來形成凹痕，致使切割輪從該凹痕內開始刻劃，從而從該起始點開始持續地產生有效的垂直裂縫。為此，在包括起始點的整個刻劃線上獲得優良的折斷效果。

此外，由于切割輪從凹痕內開始，因而凹痕的中心和刻劃線彼此對準。

附圖說明

圖1是一個示例中刻劃設備的示意性正視圖，在該刻劃設備中執行本發明刻劃方法的一個示例；

圖2是利用圖1所示刻劃設備執行本發明刻劃方法的說明性示意圖；

圖3是本發明刻劃方法中刻劃線的一個示例的示意性俯視圖；

圖4是本發明刻劃方法中主要刻劃部分的示意性剖視圖；

圖5是另一示例中刻劃設備的示意性正視圖，在該刻劃設備中執行本發明刻劃方法的另一示例；

圖6是圖5所示執行本發明刻劃方法的刻劃設備的刻劃頭部和金剛石劃針單元的正視圖；

圖7是另一示例中刻劃設備的示意性正視圖，在該刻劃設備中執行本發明刻劃方法的又一示例；

圖8是碳化硅板切割設備的示意圖，在該碳化硅板切割設備中執行本發明刻劃方法的又一示例；以及

圖9是圖8所示執行本發明刻劃方法的刻劃頭部的正視圖。

具體實施方式

以下將給出參照附圖的本發明實施例的描述。當然，由于利用刻劃頭部和刻劃設備來執行根據本發明的刻劃方法，因而將通過刻劃設備的實施例來描述根據本發明的刻劃方法。

第一實施例

在圖1至4中，刻劃設備1具有：水平工作臺3，碳化硅板2放置在該水平工作臺3上并且在真空抽吸作用下固定；成對平行引導軌道4，該成對平行引導軌道4用于引導并支承水平工作臺3沿Y軸方向水平移動；進給螺紋5和Y軸控制電動機6，該進給螺紋5和Y軸控制電動機6用于使水平工作臺3在刻劃數字控制下沿著引導軌道4移動；引導軌道裝置本體7，該引導軌道裝置本體7沿著X軸方向安裝在水平工作臺3上方；支架8，該支架8安裝在引導軌道裝置本體7上以在被引導的同時沿X軸方向移動；進給螺紋5和X軸控制電動機9，該進給螺紋和X軸控制電動機9用于使支架8在數字控制下沿X軸方向移動；以及刻劃頭部10，該刻劃頭部10安裝在支架8的前表面上。

刻劃頭部10包括：花鍵軸12，該花鍵軸12在其下端處具有切割輪保持件11；轉動花鍵單元13，該轉動花鍵單元13用于將該花鍵軸12保持在中心，以使得該花鍵軸12可垂直移動并且也可轉動；以及氣缸單元15，該氣缸單元15借助自由轉動接頭14聯接于花鍵軸12的上端。

當然，氣缸單元15的主體安裝在支架8上，且活塞桿16借助自由轉動接頭14聯接于花鍵軸12。

切割輪17設置在切割輪保持件11中。當然，切割輪17的軸線相對于花鍵軸12的軸線偏心地(相對于前進方向向后)設置。

保持在轉動花鍵單元13中的花鍵軸12通過氣缸單元15在轉動花鍵單元13內沿Z軸方向(垂直于碳化硅板2的表面)垂直地移動。此外，在刻劃過程中，沿與碳化硅板2的表面正交的方向對于切割輪17施加氣壓。

花鍵軸12由轉動花鍵單元13驅動轉動。

角度控制電動機19相對于轉動花鍵單元13側向設置。

轉動花鍵單元13具有用于使花鍵軸12轉動的驅動齒輪20。由于該驅動齒輪20與安裝在角度控制電動機19上的齒輪21嚙合聯接，因而花鍵軸12且由此切割輪17通過該角度控制電動機19在角度控制下轉動。也就是說，切割輪17的刀刃面經受角度控制以面向刻劃方向。

下文，將給出關于通過該刻劃設備1執行的本發明刻劃方法的第一實施例的描述。

每次就在開始通過在向切割輪17施加氣壓的同時使切割輪17滾動而刻劃出刻劃線之前，首先使切割輪17下降至刻劃起始點A，并且利用例如從0.1kg/cm²至2kg/cm²的刀緣載荷與碳化硅板2壓接，其中該切割輪17由燒結金剛石輪構成并且較佳地具有從90°至140°的刀具角度以及從2mm至3.5mm的半徑(切割輪直徑)。在此種壓接狀態下，切割輪17精細地轉動或擺動，以便由此在該起始點A處形成凹痕B。如圖1至4所示，從該凹痕B內開始，致使切割輪17在壓接狀態下開始刻劃，由此刻劃出從凹痕B開始的連續刻劃線C。

該方法是如下一種方法：每次形成刻劃線C時，通過在起始點A處刻劃而形成凹痕B并且從該凹痕B開始進行刻劃。

應注意到的是，凹痕B的尺寸(直徑)等于或小于刻劃線C的尺寸。在圖3中，為了進行解釋而放大地示出了該凹痕。

因此，由于從通過在起始點A處進行刻劃而形成的凹痕B內執行刻劃，因而可從凹痕(起始點A)產生連續的垂直裂縫，而切割輪從起始點A開始不會發生打滑，由此可獲得優良的折斷效果。

此外，由于切割輪17從凹痕B開始，因而凹痕B的中心和刻劃線C彼此對準。

第二實施例

在圖5和6中，刻劃設備22具有金剛石劃針單元25，該金剛石劃針單元25在支架24的前表面上設置成與同樣設置在該支架前表面上的刻劃頭部23并置。

金剛石劃針單元25專用于在刻劃開始時在碳化硅板2上刻劃形成凹痕B。該實施例中的刻劃設備22具有：工作臺26，碳化硅板2放置在該工作臺26上并且在真空抽吸作用下固定，且該工作臺水平地轉動；成對平行引導軌道27，該成對平行引導軌道27用于引導并支承工作臺26沿Y軸方向水平移動；進給螺紋28和Y軸控制電動機29，該進給螺紋28和Y軸控制電動機29用于使工作臺26在刻劃數字控制下沿著引導軌道27移動；引導軌道裝置本體30，該引導軌道裝置本體30沿著X軸方向安裝在工作臺26上方；支架24，該支架24安裝在引導軌道裝置本體30上以在被引導的同時沿X軸方向移動；進給螺紋和X軸控制電動機31，該進給螺紋和X軸控制電動機31用于使支架24在數字控制下沿X軸方向移動；刻劃頭部23，該刻劃頭部安裝在支架24的前表面上；以及金剛石劃針單元25，該金剛石劃針單元25類似地設置在支架24的前表面上并與刻劃頭部23并置。在該刻劃設備22中，刻劃頭部23在其下端處具有切割輪32，該切割輪由燒結金剛石輪構成并且較佳地具有從90°至140°的刀具角度以及從2mm至3.5mm的半徑(切割輪直徑)。然而，該刻劃設備22并不設有角度控制單元，該角度控制單元用以使切割輪32繞垂直于碳化硅板2的軸線轉動。該刻劃設備22沿著引導軌道裝置本體30執行沿X軸線方向的刻劃。

該刻劃頭部23還致使切割輪32在借助氣壓利用例如從0.1kg/cm²至2.0kg/cm²的刀緣載荷與碳化硅板2壓接的狀態下滾動，以由此刻劃出刻劃線。也就是說，刻劃頭部23包括滑套本體33、垂直移動本體34、切割輪保持件35以及氣缸單元36，該滑套本體安裝在支架24的前表面上，該垂直移動本體由滑套本體33保持從而可垂直移動，該切割輪保持件設置在垂直移動本體34的下端處，而該氣缸單元36聯接于垂直移動本體34的上端。

切割輪保持件35設有切割輪32。垂直移動本體34的上端聯接于氣缸單元36的活塞桿37。

垂直移動本體34由氣缸單元36垂直地移動，并且在刻劃過程中，切割輪32通過借助垂直移動本體34接受來自氣缸單元36的壓力而利用例如從0.1kg/cm²至2.0kg/cm²的刀緣載荷與碳化硅板2壓接，且由此結合支架24的運動而滾動以執行刻劃。

同時，金剛石劃針單元25具有：DD電動機38，該DD電動機38具有安裝在支架24的前表面上的中空軸；花鍵軸39，該花鍵軸可滑動地保持在中空軸中以接受轉動驅動；金剛石刻劃針40，該金剛石刻劃針設置在花鍵軸39的下端處；以及氣缸單元42，該氣缸單元借助自由轉動接頭41連接于花鍵軸39的上端，且氣缸單元42的活塞桿43聯接于花鍵軸39。

在操作金剛石劃針單元25的方面，隨著花鍵軸39由氣缸單元42朝向碳化硅板2延伸，遠端處的金剛石刻劃針40與碳化硅板2壓接。同時，通過驅動DD電動機28使遠端處的金剛石刻劃針40精細地轉動，由此形成凹痕B。

作為通過氣缸單元42進行垂直移動的替代，金剛石刻劃針40或整個金剛石劃針單元25可通過直線電動機或伺服電動機垂直地移動。

下文將對通過該刻劃設備22執行的刻劃方法進行描述。

每次在碳化硅板2上刻劃出刻劃線時，在刻劃開始時，首先將金剛石劃針單元25定位在刻劃起始點A處，并操作金剛石劃針單元25。通過使花鍵軸39延伸來使遠端處的金剛石刻劃針40在起始點A處壓接，且金剛石刻劃針40精細地轉動或擺動，由此在該起始點A處形成凹痕B。

在形成凹痕B的同時，抽回金剛石刻劃針40。然后，再使切割輪32運動并定位在形成凹痕B的位置(起始點A)處。然后，切割輪32伸出并且在凹痕B內利用例如從0.1kg/cm²至2.0kg/cm²的刀緣載荷與碳化硅板2壓接。在該狀態下，從凹痕B內開始刻劃，且從凹痕B連續地刻劃出刻劃線C。

應注意到的是，凹痕B的尺寸(直徑)通常等于或小于刻劃線C的尺寸，但也可大于該刻劃線的尺寸。

第三實施例

在圖7中，在根據該實施例的刻劃設備45中，刻劃頭部47和金剛石劃針單元48彼此獨立地制造并且分別按照在單獨的支架49和50上，該刻劃頭部由燒結金剛石輪構成并且較佳地具有從90°至140°的刀具角度以及從2mm至3.5mm的半徑(切割輪直徑)，且適合于通過在利用從0.1kg/cm²至2.0kg/cm²的刀緣載荷與碳化硅板2壓接的狀態下滾動而刻劃出刻劃線C，另一方面，該金剛石劃針單元專用于在碳化硅板2刻劃形成凹痕B。

相應的支架49和50獨立地安裝在引導軌道本體52上并且適合于彼此獨立地移動，該引導軌道本體52安裝在工作臺51上方。也就是說，刻劃頭部47和金剛石劃針單元48彼此獨立地移動。

此外，刻劃頭部47和金剛石劃針單元48的相應結構和操作可與前述第二實施例中示出的刻劃設備22的刻劃頭部23和金剛石劃針單元25的結構和操作相同。

同樣與第二實施例相同的是，刻劃設備45具有：工作臺51，碳化硅板2放置在該工作臺51上并且在真空抽吸作用下固定，且該工作臺水平地轉動；成對平行引導軌道53，該成對平行引導軌道53用于引導并支承工作臺51沿Y軸方向水平移動；進給螺紋58和Y軸控制電動機54，該進給螺紋58和Y軸控制電動機53用于使工作臺51在數字控制下沿著引導軌道53移動；引導軌道裝置本體52，該引導軌道裝置本體52沿著X軸方向安裝在工作臺51上方；兩個支架49和50，該支架49和50安裝在引導軌道裝置本體52上以在被引導的同時沿X軸方向移動；進給螺紋和一個X軸控制電動機55，該進給螺紋和X軸控制電動機55用于使一個支架49在數字控制下沿X軸方向移動；進給螺紋和另一個X軸控制電動機56，該進給螺紋和X軸控制電動機56用于使另一個支架50類似地在數字控制下沿X軸方向移動；前述刻劃頭部47，該刻劃頭部安裝在一個支架49的前表面上；以及前述金剛石劃針單元48，該金剛石劃針單元48設置在另一支架50的前表面上。

與第二實施例中的金剛石劃針單元25相同，金剛石劃針單元48在其后端處具有金剛石刻劃針57，且該金剛石刻劃針57適合于朝向碳化硅板2伸出與該碳化硅板壓接并精細地轉動或擺動，以由此刻劃出凹痕B。

下文將對通過該刻劃設備45執行的刻劃方法進行描述。

每次在碳化硅板2上刻劃出刻劃線時，在刻劃開始時，首先使金剛石劃針單元48移動并定位在刻劃起始點A處，并馬上操作金剛石劃針單元48以由此通過在起始點A處進行刻劃而形成凹痕B。在形成凹痕B之后，金剛石劃針單元48馬上返回至其原始位置。然后，再使刻劃頭部47移動并定位在形成凹痕B的位置(起始點A)處。然后，切割輪46伸出并且在凹痕B內利用例如從0.1kg/cm²至2.0kg/cm²的刀緣載荷與碳化硅板2壓接。在該狀態下，從凹痕B內開始刻劃，且從凹痕B連續地刻劃出刻劃線C。

當然，凹痕B的尺寸(直徑)等于或小于刻劃線C的尺寸，但也可大于該刻劃線的尺寸。

第四實施例

在圖8和圖9中，采用該碳化硅板切割設備60，設有切割輪61的支架62通過經受NC控制而在平面坐標系中移動，在該刻劃設備9中，該切割輪由燒結金剛石輪構成并且較佳地具有從90°至140°的刀具角度以及從2mm至3.5mm的半徑(切割輪直徑)。因此，切割輪61通過經受NC控制而在正交坐標系中移動。

如圖8所示，成對引導軌道64沿著Y軸設置在基部63上，且運動基部65通過引導軌道64沿Y軸方向移動。此外，沿著X軸的成對引導軌道66設置在運動基部65上。支架63可由這些引導軌道66沿X軸方向移動。運動基部65由Y軸控制電動機67和嚙合齒條裝置或進給螺紋在數字控制下沿Y軸方向移動。

運動基部65上的支架62由X軸控制電動機68和嚙合齒條裝置或進給螺紋在數字控制下沿X軸方向移動。

因此，支架62沿X軸方向和Y軸線方向的定位受控，且安裝在支架62上的切割輪61沿著與預編程運動軌跡移動。下文中，如圖9所示，切割器頭部69、同樣也是刻劃頭部安裝在支架62的前表面上。

切割器頭部69包括：花鍵軸71，該花鍵軸71在其下端處具有切割輪保持件70；轉動花鍵單元72，該轉動花鍵單元72用于將該花鍵軸71保持在中心以使得該花鍵軸71可垂直移動并且也可轉動；以及氣缸單元，該氣缸單元借助自由轉動接頭73聯接于花鍵軸71的上端。氣缸單元74的主體安裝在支架62上，且活塞桿75借助自由轉動接頭73聯接于花鍵軸71。

切割輪61設置在切割輪保持件70中。切割輪61的軸線相對于花鍵軸71的軸線偏心地(相對于前進方向向后)設置。

保持在轉動花鍵單元72中的花鍵軸71通過氣缸單元74在轉動花鍵單元72內沿Z軸方向(垂直于碳化硅板2的表面)垂直地移動。

在刻劃過程中，沿與碳化硅板2的表面正交的方向對于切割輪61施加氣壓。此外，花鍵軸71由轉動花鍵單元72驅動轉動。角度控制電動機76相對于轉動花鍵單元72側向地設置。

轉動花鍵單元72具有用于使花鍵軸71轉動的驅動齒輪77。由于該驅動齒輪77與安裝在角度控制電動機76上的齒輪78嚙合聯接，因而花鍵軸71且由此切割輪61通過該角度控制電動機76在角度控制下轉動。

也就是說，切割輪61的刀刃面經受角度控制以面向刻劃方向。碳化硅板2放置在設置于基部63上的工作臺79上，并且根據需要而吸住并固定。

下文，將給出關于通過該刻劃設備1執行的本發明刻劃方法的描述。

每次就在開始通過在向切割輪61施加氣壓的同時使切割輪61滾動而刻劃出刻劃線之前，首先使切割輪61下降至刻劃起始點A并且利用例如從0.1kg/cm²至2kg/cm²的刀緣載荷與碳化硅板2壓接。在此種壓接狀態下，切割輪61精細地轉動或擺動以由此在該起始點A處形成凹痕B。然后，從該凹痕B內開始，致使切割輪61在壓接狀態下開始刻劃，由此刻劃出從凹痕B開始的連續刻劃線C。

該方法是如下一種方法：每次形成刻劃線C時，通過在起始點A處刻劃而形成凹痕B并且從該凹痕B開始進行刻劃。

因此，由于從通過在起始點A處進行刻劃而形成的凹痕B內執行刻劃，因而可從凹痕(起始點A)產生連續的垂直裂縫，而切割輪從起始點A開始不會發生打滑，由此可獲得優良的折斷效果。

此外，由于切割輪61從凹痕B開始，因而凹痕B的中心和刻劃線C彼此對準。