专利名称：研磨装置和研磨方法
技术领域：
本发明涉及对诸如表面已经平滑化的玻璃板和液晶显示器中所使用的显示板等 对象进行研磨的研磨装置和研磨方法。
背景技术：
近年来，除了仅具有语音通信功能的传统移动电话之外，能够兼用作移动式个人 电脑的先进移动电话(被称为“智能手机”)都已经变得常见。在很多情况下，在这样的移 动式终端设备的显示单元中使用了诸如液晶面板或有机电致发光(electroluminescence ； EL)面板等平板显示器(flat panel display ;FPD)。在被安装至移动式终端设备之前,平 板显示器(或者，下文中称为“显示面板”)的表面(和背面)要经过研磨。作为一个示例，如 图11中所示，在通过将滤色器15和薄膜晶体管(Thin Film Transistor ；TFT)基板16结 合起来(即，粘接在一起)而制造出的液晶面板的研磨工序中，需要使液晶面板更薄并且更 坚固。滤色器15和TFT基板16都以玻璃基板作为主要部件。
已知双面研磨机是能够对显示面板进行研磨的研磨机。双面研磨机能够以如下 方式对被研磨工件的两个表面同时进行研磨使具有用于夹持工件的保持孔的行星齿轮架 (planetary carrier)以周转的方式(epicyclically)运动，并且在上表面盘与下表面盘之 间对保持孔中的工件进行研磨。在研磨期间，从上表面盘供给的浆料(磨料)被置于上表面 盘与下表面盘之间，从而使得能够对工件的表面进行研磨。
作为对工件的研磨技术的不例，日本专利特开昭第61-230866号公报披露了在定 位孔的任意位置处设置有缺口(cutaway)以便在对工件的一个表面进行研磨(单面搁置)的 情况下易于取出工件，而日本专利特开第2001-198805号公报披露了一种对工件进行研磨 并且具有间隙部(注入孔5)的研磨装置，这些间隙部设置于工件夹持件中的大致呈矩形的 凹槽孔2的四个角处。
然而，当使用强度测试仪来测量已经用双面研磨机研磨过的显示面板的断裂强度 时，如图12A及图12B所示，发现了两种断裂模式。图12A示出了起点位于端面处的断裂 21，图12B示出了起点位于表面中间位置处的断裂22。在根据JIS方法的强度测试中多数 发生的是起点位于端面处的断裂。在根据DIG方法的强度测试中多数发生的是起点位于表 面中间位置处的断裂。
近来，移动式终端设备的功能性正在迅速发展，并且携带这样的移动式终端设备 的人群数量不断增长。与这样的用户趋势相一致的是，期望具有更高断裂强度的显示面板。
日本专利特开昭第61-230866号公报中所披露的研磨机无法提高被研磨后的工件的强度，并且其目的不是提高工件的强度。关于根据日本专利特开第2001-198805号公报的研磨装置，由于在工件的端面(侧面)与工件保持用夹具(workpiece holding jig)的凹槽孔2的边缘之间在包含该边缘的中心的较长区域中存在着接触，所以工件的强度会降低。发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的在于在利用诸如双面研磨机等使用了行星齿轮架的研磨装置来进行研磨的过程中，至少防止显示面板出现以端面为起点的断裂。
本发明实施例的研磨装置包括上表面盘；下表面盘，所述下表面盘被设置成面对着所述上表面盘并且在与所述上表面盘的旋转方向相反的方向上旋转；太阳齿轮，所述太阳齿轮绕着所述上表面盘和所述下表面盘共同的旋转轴旋转；内齿轮，所述内齿轮绕着所述上表面盘和所述下表面盘共同的所述旋转轴旋转；以及行星齿轮架，在所述行星齿轮架中形成有用于保持工件的保持孔，并且所述行星齿轮架在与所述太阳齿轮及所述内齿轮咬合着进行自转的同时公转。所述行星齿轮架中的所述保持孔设置有缺口，所述缺口位于当所述行星齿轮架自转时所述保持孔的与所述工件的侧面接触的那一侧。
根据本发明实施例的由研磨装置执行的研磨方法，所述研磨装置包括上表面盘； 下表面盘，所述下表面盘被设置成面对着所述上表面盘并且在与所述上表面盘的旋转方向相反的方向上旋转；太阳齿轮，所述太阳齿轮绕着所述上表面盘和所述下表面盘共同的旋转轴旋转；内齿轮，所述内齿轮绕着所述上表面盘和所述下表面盘共同的所述旋转轴旋转； 以及行星齿轮架，在所述行星齿轮架中形成有用于保持工件的保持孔，并且所述行星齿轮架在与所述太阳齿轮及所述内齿轮咬合着进行自转的同时公转。所述研磨方法包括以下步骤给所述行星齿轮架中的所述保持孔设置缺口，所述缺口位于当所述行星齿轮架自转时所述保持孔的与所述工件的侧面接触的那一侧；以及将所述工件保持在所述行星齿轮架中的设置有所述缺口的所述保持孔中，并且在所述上表面盘与所述下表面盘之间研磨所述工件的至少一个表面。
根据本发明的上述实施例，通过形成所述缺口，避免了在研磨期间所述工件的侧面与所述行星齿轮架的所述保持孔的边之间的接触或者减小了这种接触的长度(或面积)。
根据本发明的上述实施例，能够防止在研磨期间出现起点位于工件的端面处的断m ο
图1是示意性地示出了本发明第一实施例的研磨装置的立体图2是用于说明第一实施例的研磨装置的行星齿轮架的立体图3是示出了第一实施例中的行星齿轮架的一个示例的平面图4是在工件已经被搁置于保持孔中的状态下，沿着在行星齿轮架中的保持孔的间隙部附近的线A-A而得到的截面图5用于说明向研磨装置供给浆料时的示例；
图6是用于说明研磨装置的示例性操作的示意图7用于说明根据JIS强度测试来测量工件的强度的方法；
图8是示出了断裂强度与累积失败率之间的关系示例的图表；
图9A和图9B用于说明根据Taguchi方法进行分析而得到的结果的示例，其中图 9A示出了信噪比(S/N比)(稳定性)的结果，图9B示出了灵敏度(特性值)的结果；
图10是示出了在根据更适当的条件进行了研磨的情况下工件的平均强度的提升 程度的图表；
图11是示出了显示面板的一个示例的立体图；以及
图12A和图12B用于说明显示面板出现的断裂的种类，其中图12A示出了起点位 于端面处的断裂，图12B示出了起点位于表面中间位置处的断裂。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来详细说明本发明的优选实施例。需要注意的是，在本说明 书和附图中，具有实质上相同的功能和结构的构成元件用相同的附图标记来表示，并且省 略对这些构成元件的重复说明。
下面的说明是以如下顺序进行的。
1、引言
2、第一实施例(行星齿轮架在保持孔处设置有间隙部的示例)
3、第二实施例(研磨条件适当地设定了控制因素的示例)
1、引言
在上述两种断裂模式中，本发明的发明人考虑的是，起点位于工件的端面处的断 裂(参见图12A)的原因是否为由于研磨期间内工件与行星齿轮架之间的接触而在侧面中 产生了裂纹，由此导致强度不足。因此，本发明人研究了防止工件的侧面与行星齿轮架之间 的接触对于防止起点位于工件的端面处的断裂而言是否有效。下面的第一实施例将对此进 行详细说明。
同时，本发明人还考虑的是，起点位于工件的表面中间位置处的断裂(参见图12B) 的原因是否为由于未采用最佳的研磨条件而使得在研磨期间内磨料中的颗粒在上述表面 中产生了微细裂纹(或者“微裂纹”)，由此也会导致强度不足。因此，本发明人得出了将研磨 条件最优化(即，根据最小化来计算最优值)的技术构思作为用于防止起点位于工件的表面 中间位置处的断裂的有效方法。下面的第二实施例将对此进行详细说明。
2、第一实施例
研磨装置的示例性结构
现在将参照附图来说明本发明第一实施例的研磨装置。在本发明的第一实施例 中，用双面研磨机作为本发明的“研磨装置”的示例。首先，将参照图1至图3来说明作为 本发明实施例的研磨装置的这种双面研磨机的结构。
图1是示意性地示出了本发明第一实施例的研磨装置的立体图。需要注意的是， 该图省略了行星齿轮架。图2是用于说明第一实施例的研磨装置的行星齿轮架的立体图。 图3是示出了第一实施例中的行星齿轮架的一个示例的平面图。
如图1和图2中所示，本实施例的研磨装置包括上表面盘1、以面对上表面盘I的 方式设置着的下表面盘2、太阳齿轮3和内齿轮4。这四个轮体(旋转体)能够以单独选择的 转速进行旋转。
上表面盘I是从上方压住作为工件的显示面板的圆环形圆盘，并且由于传递过来 的上表面盘旋转部IA的旋转力而旋转。下表面盘2是其上放置有工件的圆环形圆盘，并且 由于从下表面盘轴承(未图示)传递过来的旋转力而旋转。上表面盘I与下表面盘2在研磨 时以彼此相反的方向旋转。例如，当从上方观察研磨装置时，下表面盘2的旋转方向Dl是 逆时针的，而上表面盘I的旋转方向Du是顺时针的。
太阳齿轮3是安置在上表面盘I及下表面盘2的中心处的外齿轮，并且采用与行 星齿轮架5的齿形相同尺寸的齿形。太阳齿轮3绕着上表面盘I和下表面盘2共同的旋转 轴旋转。内齿轮4是围绕下表面盘2的外圆周而设置着的内齿轮，并且采用与行星齿轮架 5的齿形相同尺寸的齿形。内齿轮4绕着上表面盘I和下表面盘2共同的旋转轴旋转。
布置于上表面盘I与下表面盘2之间的行星齿轮架5被形成为相对薄的圆盘形 状。行星齿轮架5具有切入至其外圆周表面中的齿(凹槽)，并且在与太阳齿轮3及内齿轮 4咬合着进行自转的同时公转。太阳齿轮3的旋转方向Ds与内齿轮4的旋转方向Di是相 同的，并且行星齿轮架5的自转方向是由上述这两个齿轮的转速之差来决定的。使用钢板、 玻璃环氧树脂或氯乙烯板等作为行星齿轮架5的材料。
例如，如果太阳齿轮3旋转得比内齿轮4快(在逆时针方向上)，那么行星齿轮架5 的自转方向将是顺时针方向DcI。此外，如果内齿轮4旋转得比太阳齿轮3快(在逆时针方 向上)，那么行星齿轮架5的自转方向将是逆时针方向Dc2。请注意，如果下表面盘2的旋 转为逆时针方向D1，那么行星齿轮架5在顺时针方向Dcl上的自转是“正向自转”。反之， 如果下表面盘2的旋转为逆时针方向Dl，那么行星齿轮架5在逆时针方向Dc2上的自转是 “逆向自转”。
如图3中所示，在各行星齿轮架5的平坦表面部分中形成有多个保持孔10，把要被 研磨的工件插入到保持孔10中。已经被切割成单件的液晶面板等的显示面板被插入到行 星齿轮架5的保持孔10中并且在研磨工序期间被保持在保持孔10中。
保持孔10的形状大体上为矩形，并且被形成为其长度方向与行星齿轮架5的径向 平行。缺口(或“间隙部”)Ila和Ilb被形成在用于构成各保持孔10且位于长度方向上的 两条对边IOa和IOb的大致中央部(即，中央附近)。通过以这样的方式形成保持孔10的缺 口，即间隙部Ila和间隙部11b，避免了在研磨期间内工件的侧面与行星齿轮架5中的保持 孔10的长度方向上的边IOa及边IOb之间的接触，或者减少了这种接触的接触长度(接触 面积)。
图4是在工件已经被插入到保持孔10中的状态下，沿着保持孔10的间隙部Ila 和间隙部Ilb附近的线A-A得到的截面图。作为一个示例，如果行星齿轮架5的自转是逆 向自转(在逆时针方向Dc2上)，那么工件将会由于惯性力而移动并且压靠在保持孔10的边 IOa (其具有间隙部Ila)侧。工件的侧面受到来自行星齿轮架5的与该侧面接触的边IOa 的抗力F，抗力F能够造成在工件的侧面中出现裂纹。
在本实施例中，如上所述，通过形成间隙部，避免了在研磨期间内工件的侧面与行 星齿轮架5的保持孔10的边IOa及边IOb之间的接触，或者减小了接触长度(或接触面积)， 这使得相比于过去而言能够抑制裂纹的产生。
需要注意的是，在本实施例中，保持孔10被形成为略大于正好能够放入工件的尺 寸。据此，在各保持孔10与工件之间提供了一定程度的空隙(play)，从而使得保持孔10的边与工件之间的接触机会更少，并且进一步减少了裂纹的产生。
需要注意的是，尽管在图3的示例中间隙部Ila和间隙部Ilb被形成为半圆或椭 圆的弧形缺口，但是间隙部Ila和间隙部Ilb的其它示例可以是利用四边形的三条边或者 三角形的两条边的形状。
通过上述的结构，保持着工件的行星齿轮架5以周转的方式被驱动从而使得工件 在上表面盘I与下表面盘2之间被研磨，因而能够对工件的两个表面同时进行机械加工。
研磨装置的示例性操作
现在说明具有上述结构的研磨装置的操作。图5用于说明向研磨装置供给浆料时 的示例。图6是用于说明研磨装置的示例性操作的示意图。
通常，一旦研磨工序开始，如图5中所示被供给的浆料(磨料)7就通过形成在上表 面盘I中的孔等朝着下表面盘2落下。在上表面盘I与下表面盘2之间存在有浆料7的情 况下，在施加压力P (参见图6)的同时使上表面盘I或下表面盘2与工件之间相对运动，并 且利用浆料7中所包含的颗粒的滚动、刮擦和划破等动作以光滑、精确的方式完成工件的表面。
强度测试
该测量是在研磨之后通过使用强度测试仪对工件进行的强度测试来执行的，所述 强度测试仪是根据图7中所示的原理进行操作的。图7中的示例示出了 JIS强度测试的原 理。该JIS强度测试把其中结合了滤色器15和TFT基板16的液晶面板作为工件水平地搁 置至例如相隔30cm的两个棒状支撑体18A和18B上。随后，带有突出部的物体17以规定 的方法从上方落下，然后观察裂纹的产生以及任何断裂的状态。另外，除了 JIS方法之外还 执行DIG强度测试(未图示)来测量研磨后的工件的强度。请注意，作为显示面板的目标强 度，目前必需有I IN (牛顿)。
图8是示出了在行星齿轮架5的保持孔10中设置有间隙部I Ia和间隙部Ilb的情 况下，液晶面板(参见图11)的强度测试(在此例中是根据JIS方法)的测量结果的图表。图 8中的图表是所谓的“Weibull分布”，其示出了断裂强度(N)与累积失败率F(t) (%)之间 的关系的示例。首先，为了得出在设置间隙部Ila和间隙部Ilb之前的强度，对1000块液晶 面板进行了强度测试并且发现存在着断裂强度为8N这样的断裂强度不足的液晶面板。另 一方面，通过使用其中设置有间隙部Ila和间隙部Ilb的行星齿轮架5，能够获得25N (其 至少是8N的3倍)的断裂强度。这满足了显示面板目前所要求的IlN的目标强度。
根据上述第一实施例，通过在设置于行星齿轮架上的工件保持部处设置间隙部 (缺口)，能够实现强度的大幅提升。作为一个示例，在Weibull分布上观察到了三倍以上的 强度提升。
3、第二实施例
现在将参照表I以及图9A和图9B来说明本发明的第二实施例。如表I中所示，给 出了八项用于研磨过程的控制因素并且为各项均设定了三个等级。需要注意的是，该表中 的“比重”项、“粒度”项、“流量”项和“浆料温度”项是跟浆料有关的。“最初四个步骤”项 是指各个齿轮的转速按照四个阶段上升直到达到规定速度的时间。“旋转方向”项表示行星 齿轮架5的自转方向。“压紧力”项是由上表面盘I (或下表面盘2)施加在工件上的压力。 需要注意的是，当下表面盘2的转速分别是30rpm、35rpm和40rpm时,上表面盘I的转速例如分别为 10. 2rpm> 11. 9rpm 和 13. 6rpm。
表I
权利要求
1.一种研磨装置，所述研磨装置包括 上表面盘； 下表面盘，所述下表面盘被设置成面对着所述上表面盘并且在与所述上表面盘的旋转方向相反的方向上旋转； 太阳齿轮，所述太阳齿轮绕着所述上表面盘和所述下表面盘共同的旋转轴旋转； 内齿轮，所述内齿轮绕着所述上表面盘和所述下表面盘共同的所述旋转轴旋转；以及 行星齿轮架，在所述行星齿轮架中形成有用于保持工件的保持孔，并且所述行星齿轮架在与所述太阳齿轮及所述内齿轮咬合着进行自转的同时公转， 其特征在于，所述行星齿轮架中的所述保持孔设置有缺口，所述缺口位于当所述行星齿轮架自转时所述保持孔的与所述工件的侧面接触的那一侧。
2.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述保持孔大致呈矩形，并且所述缺口被设置在当所述行星齿轮架自转时所述保持孔的与所述工件的所述侧面接触的那一侧的边中。
3.根据权利要求2所述的研磨装置，其特征在于，所述缺口设置于大致呈矩形的所述保持孔的与所述工件的所述侧面接触的那一侧的所述边中，并且还设置于与所述边相面对的另一边中。
4.根据权利要求2或3所述的研磨装置，其特征在于，当所述行星齿轮架自转时所述保持孔的与所述工件的所述侧面接触的那一侧的所述边对应于矩形的长度方向。
5.一种由研磨装置执行的研磨方法，所述研磨装置包括上表面盘；下表面盘，所述下表面盘被设置成面对着所述上表面盘并且在与所述上表面盘的旋转方向相反的方向上旋转；太阳齿轮，所述太阳齿轮绕着所述上表面盘和所述下表面盘共同的旋转轴旋转；内齿轮，所述内齿轮绕着所述上表面盘和所述下表面盘共同的所述旋转轴旋转；以及行星齿轮架，在所述行星齿轮架中形成有用于保持工件的保持孔，并且所述行星齿轮架在与所述太阳齿轮及所述内齿轮咬合着进行自转的同时公转， 所述研磨方法包括以下步骤 给所述行星齿轮架中的所述保持孔设置缺口，所述缺口位于当所述行星齿轮架自转时所述保持孔的与所述工件的侧面接触的那一侧；以及 将所述工件保持在所述行星齿轮架中的设置有所述缺口的所述保持孔中，并且在所述上表面盘与所述下表面盘之间研磨所述工件的至少一个表面。
6.根据权利要求5所述的研磨方法，其特征在于， 在所述下表面盘沿逆时针方向旋转的状态下让所述行星齿轮架沿逆时针方向自转，浆料比重为70g/cm3，浆料粒度为1500，各齿轮的转速上升直到达到规定速度的时间为19分钟，所述下表面盘的转速为35rpm，并且所述上表面盘或所述下表面盘施加在所述工件上的压紧力为15kpa。
全文摘要
本发明公开了研磨装置和研磨方法。所述研磨装置包括上表面盘；下表面盘，所述下表面盘被设置成面对着所述上表面盘并且在与所述上表面盘的旋转方向相反的方向上旋转；太阳齿轮，所述太阳齿轮绕着所述上表面盘和所述下表面盘共同的旋转轴旋转；内齿轮，所述内齿轮绕着所述上表面盘和所述下表面盘共同的旋转轴旋转；以及行星齿轮架，在所述行星齿轮架中形成有用于保持工件的保持孔，并且所述行星齿轮架在与所述太阳齿轮及所述内齿轮咬合着进行自转的同时公转。所述行星齿轮架中的所述保持孔设置有缺口，所述缺口位于当所述行星齿轮架自转时所述保持孔的与所述工件的侧面接触的那一侧。本发明至少能够防止研磨期间出现起点位于工件的端面处的断裂。
文档编号B24B37/34GK103029033SQ20121035700
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月21日 优先权日2011年9月30日
发明者城崎友秀, 松井俊辅 申请人:索尼公司