JP2010264471A - Thermal stress cracking for brittle material by wide region non-uniform temperature distribution - Google Patents

Thermal stress cracking for brittle material by wide region non-uniform temperature distribution Download PDF

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  • Laser Beam Processing (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device which achieve both of high cracking speed and high cracking position precision without generating thermal damage on a workpiece by the heating of a material in high quality thermal stress cracking for a brittle material which does not generate cullets and microcracks which have been inevitable in the conventional mechanical scribing method. <P>SOLUTION: In a region wide as much as possible on a workpiece, a non-uniform heating temperature distribution of relatively low temperature which is slowly distributed is provided so as to reduce heating temperature for generating stress, and the thermal damage of the workpiece is prevented. Besides, heating energy concentrated on a relatively micro region as a cracking position decision factor is superimposed on the heating temperature distribution, also, the position is off-set, or negative feedback control is performed, and further, if required, positive feedback control is performed so as to improve cracking position precision. As the heating laser, a CO<SB>2</SB>laser, an Er:YAG laser capable of achieving full-cuts or an Fe<SP>+2</SP>:ZnSe laser capable of selectively achieving full-cuts and extremely deep scribes at various sheet thicknesses is used. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は脆性材料、なかんずくフラットパネルディスプレィ用ガラスや太陽電池基板用ガラスの熱応力割断方法に関する。以下、ワークの一例としてガラスの場合を紹介するが、本発明は脆性材料全般に対して適用できるものである。 The present invention relates to a thermal stress cleaving method for brittle materials, especially glass for flat panel displays and glass for solar cell substrates. Hereinafter, although the case of glass will be introduced as an example of a workpiece, the present invention can be applied to all brittle materials.

最近ガラス割断において、過去数世紀にわたって使用されてきたダイアモンドチップによる機械的方法に代わって、レーザ光照射による熱応力割断法が使用されるようになってきた。 Recently, in the glass cleaving, the thermal stress cleaving method by laser light irradiation has been used in place of the diamond chip mechanical method which has been used for the past several centuries.

この方法によれば、機械的方法に固有の欠点、すなわちマイクロクラック発生によるガラス強度の低下、割断時のカレット発生による汚染、適用板厚の下限値の存在、などが一掃できる。   According to this method, defects inherent in the mechanical method, that is, a decrease in glass strength due to the occurrence of microcracks, contamination due to the occurrence of cullet at the time of cleaving, existence of a lower limit value of the applied plate thickness, and the like can be eliminated.

この結果、熱応力割断法によれば機械割断の後工程である研磨、洗浄が不要になり、面粗さ1μm以下の鏡面が得られ、製品外形寸法精度は±25μm以上になる。さらにガラス板厚0.1mmまでの薄さにも使用でき、今後のフラットパネルディスプレィ用ガラスや太陽電池基板用ガラスに使用できる。 As a result, according to the thermal stress cleaving method, polishing and cleaning, which are subsequent processes of mechanical cleaving, are not required, a mirror surface having a surface roughness of 1 μm or less is obtained, and the product external dimension accuracy is ± 25 μm or more. Furthermore, it can be used for glass plates having a thickness of up to 0.1 mm, and can be used for future flat panel display glass and solar cell substrate glass.

同方法の原理は次の通りである。ガラスに局所的にレーザ照射により、クラック、溶融、気化などが発生しない程度の加熱を行なう。この時ガラス加熱部は熱膨張しようとするが周辺ガラスからの反作用にあい十分な膨張ができず、照射点を中心として圧縮応力が発生する。周辺の非加熱領域でも、加熱部からの膨張に押されてさらに周辺に対して歪みが発生し、その結果圧縮応力が発生する。こうした圧縮応力は半径方向のものである。ところで物体に圧縮応力がある場合には、その直交方向にはポアソン比で関係付けられる引っ張り応力が発生する。ここでは、その方向は接線方向である。この様子を図2に示す。   The principle of this method is as follows. The glass is heated to the extent that cracks, melting, vaporization, etc. do not occur by laser irradiation locally. At this time, the glass heating section tries to expand thermally, but cannot sufficiently expand due to the reaction from the surrounding glass, and compressive stress is generated around the irradiation point. Even in the peripheral non-heated region, the peripheral portion is further distorted by the expansion from the heating portion, and as a result, compressive stress is generated. These compressive stresses are radial. By the way, when an object has a compressive stress, a tensile stress related to the Poisson's ratio is generated in the orthogonal direction. Here, the direction is a tangential direction. This is shown in FIG.

同図は、原点に中心をおくガウシアン分布の温度上昇がある場合の、半径方向応力成分σと接線方向応力成分σの場所による変化を示したものである。前者は終始圧縮応力(同図では負値)であるが、後者は加熱中心部では圧縮応力であるが、同中心から離れると引っ張り応力(同図で正値)に変化する。同図に示す応力分布を基礎とし、一般の温度分布に対しても、この応力分布の線型重ね合わせとして取り扱うことができる。その場合も、ガラス板上の各点において、圧縮応力と引っ張り応力が直交方向に発生することに違いは
ない。
This figure shows the change of the radial stress component σ x and the tangential stress component σ y depending on the location when there is a temperature rise in the Gaussian distribution centered at the origin. The former is compressive stress from the beginning to the end (negative value in the figure), while the latter is compressive stress at the heating center, but changes to tensile stress (positive value in the figure) when leaving the center. Based on the stress distribution shown in the figure, a general temperature distribution can be handled as a linear superposition of the stress distribution. Even in that case, there is no difference that compressive stress and tensile stress are generated in the orthogonal direction at each point on the glass plate.

これらの応力のうち、直接割断に関係するのは引っ張り応力である。同応力が材料固有値である破壊靱性値を超える時には、破壊が随所に発生し制御不能である。本発明のような熱応力割断の場合には、引張り応力を同値以下に選定しておくので、破壊は発生しない。 Of these stresses, the tensile stress is directly related to the cleaving. When the stress exceeds the fracture toughness value, which is a material specific value, fracture occurs everywhere and cannot be controlled. In the case of the thermal stress cleaving as in the present invention, since the tensile stress is selected to be equal to or less than the same value, no fracture occurs.

ところが、引張り応力存在位置に亀裂がある場合には同先端では応力拡大が発生し、同
力が材料の破壊靱性値を超えると亀裂が拡大する。すなわち、加工としての制御された割断が生じることになる。レーザ照射点を走査することで、亀裂を延長させていくことができる。この熱応力割断では、割断面は結晶の劈開面に類似のものになるので、マイクロクラックもカレット発生もなく、前記した機械的方法の欠点が一掃できて、ガラスの加工方法としてきわめて優れた特性を有するものになる。
However, when there is a crack at the position where the tensile stress is present, stress expansion occurs at the tip, and the crack expands when the same force exceeds the fracture toughness value of the material. That is, controlled cleaving as processing occurs. By scanning the laser irradiation point, the crack can be extended. In this thermal stress cleaving, the fractured surface is similar to the cleaved surface of the crystal, so there is no microcracking or cullet generation, the disadvantages of the mechanical method described above can be eliminated, and extremely excellent properties as a glass processing method Will have.

この熱応力割断には図13に示す二種類のものがある。図13(a)に示すのは、加熱2と冷却3の結果、ワーク1の表面層(たとえば深さ100μm)のみに亀裂4が発生するもので、一般に表面スクライブと称されている。5はスクライブ方向を示す。   There are two types of thermal stress cleaving shown in FIG. FIG. 13 (a) shows that cracks 4 occur only in the surface layer (for example, 100 μm depth) of the work 1 as a result of heating 2 and cooling 3, and this is generally called surface scribe. 5 indicates the scribe direction.

一方、図13(b)に示すものは、亀裂がワークの全厚みにわたって発生するもので一般にフルカットと称されている。5は割断方向、6は割断予定線を示す。同図に示すフルカットの場合、冷却を行なっていない。勿論冷却を行なった方が引っ張り応力形成には有利であるが、バルク的にワーク内部に及ぶ冷却方法が見当たらないからである。両者には、一長一短がある。前者ではスクライブ後にブレーク工程が必要であり、これが最大の欠点である。この工程は後者では不要であるが、同技術には大型ワークで割断速度が低下したり、ワーク端付近で割断位置精度が低下するなどのいわゆるサイズ効果という欠点がある。 On the other hand, what is shown in FIG. 13B is one in which cracks occur over the entire thickness of the workpiece and is generally referred to as full cut. 5 indicates a cleaving direction, and 6 indicates a cleaving line. In the case of the full cut shown in the figure, cooling is not performed. Of course, cooling is advantageous for the formation of tensile stress, but there is no cooling method that reaches the inside of the workpiece in bulk. Both have advantages and disadvantages. The former requires a break process after scribing, which is the biggest drawback. This process is not necessary for the latter, but the technique has a drawback of a so-called size effect such that the cleaving speed is lowered for a large workpiece and the cleaving position accuracy is lowered near the end of the workpiece.

このガラスのレーザ照射による表面スクライブ技術はコンドラテンコ ブラディミアー ステパノビッチによって精力的に開発され、特許文献1の日本特許が成立している。同特許は、特許文献2及び3の欧州特許ならびに米国特許としても成立している。 同氏はレーザ光としてCOレーザ光を選択した。 This surface scribing technique by laser irradiation of glass has been vigorously developed by Kondratenco Bradymier Stepanovic, and a Japanese patent of Patent Document 1 has been established. This patent is also established as a European patent and a US patent in Patent Documents 2 and 3. He selected CO 2 laser light as the laser light.

同じくCOレーザを用いて表面スライブを行う技術で、ビームスプリッターによって円対称レーザビームを直線上に配列した複数個のビームスポット列に変換する技術の特許文献4の日本特許が成立している。 Similarly, a Japanese patent of Patent Document 4 has been established in which a surface sliver is performed using a CO 2 laser, and a technique of converting a circularly symmetric laser beam into a plurality of beam spot arrays arranged in a straight line by a beam splitter.

以上の表面スクライブ特許に対して、前記した欠点を除去するべく図13(b)に示すフルカット技術開発が追求され、希土類元素ドープガラスに対して半導体レーザを照射する技術の特許文献5の日本特許が成立している。 In response to the above-mentioned surface scribe patent, the development of a full-cut technique shown in FIG. 13 (b) was pursued to eliminate the above-mentioned drawbacks, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-228688, which is a technique for irradiating a rare earth element doped glass with a semiconductor laser. A patent has been granted.

熱応力割断がフルカットになるか表面スクライブにとどまるかは、ワーク加熱が表面現象にとどまるかあるいはバルク現象であるかの差によって、熱応力が表面層のみに発生するかあるいはワークの全厚みにわたって発生するかの差違による。前記したように、両者にはメリット、デメリットがあるので、目的に応じて使い分ければよい。本特許は両技術に共通に適用可能なもので、脆性材料熱応力割断の更なる性能向上を可能にする改良特許である。   Whether thermal stress cleaving is a full cut or surface scribe depends on whether the workpiece heating is a surface phenomenon or a bulk phenomenon, depending on whether the thermal stress occurs only in the surface layer or over the entire thickness of the workpiece. It depends on the difference in occurrence. As described above, since both have merits and demerits, they may be properly used according to the purpose. This patent is applicable to both technologies in common and is an improved patent that enables further performance improvement of brittle material thermal stress cleaving.

コンドラテンコ V.S.、 脆性非金属材料の分断方法、 日本国特許第3027768号Kondratenko V.S., method for cutting brittle non-metallic materials, Japanese Patent No. 3027768 Kondratenko Vladimir S., Method of splitting non-metallic materials, EP0633867B1Kondratenko Vladimir S., Method of splitting non-metallic materials, EP0633867B1 Kondratenko Vladimir S., Method of splitting non-metallic materials, USP5609284Kondratenko Vladimir S., Method of splitting non-metallic materials, USP5609284 寺本勉、切断装置、日本国特許第3792639号Tsutomu Teramoto, cutting device, Japanese Patent No. 3792639 三浦宏、軽部規夫、脆性材料の割断方法および装置、 日本国特許第4179314号Hiroshi Miura, Norio Kabebe, Cleaving method and apparatus for brittle materials, Japanese Patent No. 4179314

Vladimir V. Fedorov et al. 3.77-5.05 μm Tunable Solid-State Lasers Based on Fe2+-Doped ZnSe Crystals Operating at Low and Room Temperatures, IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 42, No. 9, pp 906-917, September (2006).Vladimir V. Fedorov et al. 3.77-5.05 μm Tunable Solid-State Lasers Based on Fe2 + -Doped ZnSe Crystals Operating at Low and Room Temperatures, IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 42, No. 9, pp 906-917, September (2006).

レーザ照射等による熱応力割断は、機械的方法よりも高品位加工法であることに特徴がある。一方、同加工法にも欠点がある。その第一のものは、加工点温度が常温より高温になることである。機械的方法が常温で行えるのと対照的に、熱応力割断では常温以上に加熱しなければならない。特に大型ワークでフルカットを行う場合には、割断速度を増大させるために熱応力を増大させる必要がある。このためには、加熱温度を一段と高くする必要がある。一方ガラスには変性点温度や融点があるし、特にガラス表面に成膜がある場合にはワーク損傷を防止するために加熱温度を低下させる必要があり、これは熱応力割断における最大の問題点になる。 The thermal stress cleaving due to laser irradiation or the like is characterized by a higher quality processing method than a mechanical method. On the other hand, this processing method also has drawbacks. The first is that the processing point temperature is higher than room temperature. In contrast to the mechanical method that can be performed at room temperature, thermal stress cleaving must be heated above room temperature. In particular, when full cutting is performed with a large workpiece, it is necessary to increase the thermal stress in order to increase the cleaving speed. For this purpose, it is necessary to further increase the heating temperature. On the other hand, glass has a denaturation point temperature and melting point, and especially when there is a film on the glass surface, it is necessary to lower the heating temperature to prevent workpiece damage, which is the biggest problem in thermal stress cleaving. become.

この問題を解決するために、本発明ではワーク加熱をワーク上の一点に限定せず、広領域に分布させることにした。そうすれば、加熱領域の各点で発生する熱応力を加熱全領域で面積分することによって、発生熱応力を著しく増大させることができる。ただし、ワーク全域を一様加熱するのでは熱応力は発生しない。むしろワーク内の残留応力除去のために、ワークを加熱炉に入れて徐熱徐冷をすることがよく行われている。熱応力発生のためには、非均一温度分布が必要なのである。同分布形成は原理的には加熱によっても冷却によってもいいが、実際には加熱の方が実行するのに容易である。また、両者を併用することも効果がある。こうした分布型加熱を行うことによって、我々は板厚0.7mmの大型無アルカリガラスを割断速度300mm/秒でフルカットするのに、加熱温度50℃の低温度で済ますことができた。   In order to solve this problem, in the present invention, the workpiece heating is not limited to one point on the workpiece, but is distributed over a wide area. Then, the generated thermal stress can be remarkably increased by dividing the thermal stress generated at each point of the heating region by the area in the entire heating region. However, thermal stress is not generated when the entire workpiece is uniformly heated. Rather, in order to remove the residual stress in the work, it is often performed that the work is put into a heating furnace and gradually heated and cooled. In order to generate thermal stress, a non-uniform temperature distribution is necessary. The distribution can be formed by heating or cooling in principle, but in practice heating is easier to carry out. It is also effective to use both in combination. By carrying out such distributed heating, we were able to cut the large non-alkali glass having a thickness of 0.7 mm at a low temperature of 50 ° C. to fully cut at a breaking speed of 300 mm / second.

この方法は、加工点の加熱温度低減に効果がある。しかしながら温度分布がなだらかに広いと、割断位置の決定因子がなくなるので、同精度が低下するという欠点が生じる。これを防止するために、なだらかな温度分布に鋭いピークを重畳させて、割断位置決定因子として活用すればよい。ただし一般的に、温度分布と原子間結合解離に使用できる応力分布は一致しない。実際にワ−ク割断に寄与するのは後者であって、これは温度分布だけでなくワークの全体構造に依存する。したがって、温度分布を割断予定線に合わせるだけでは、高い割断位置精度は実現できない。同精度は、両者間のずれが理論あるいは実験によって正確に予見できる場合にはオフセット技術で、その予見が困難な場合には負帰還制御、あるいは必要によっては正帰還制御によって高めればよい。 This method is effective in reducing the heating temperature at the processing point. However, if the temperature distribution is gently wide, there is no determinant of the cleaving position, so that the same accuracy is lowered. In order to prevent this, a sharp peak may be superimposed on a gentle temperature distribution and used as a cleaving position determining factor. However, in general, the temperature distribution and the stress distribution that can be used for dissociation between atoms do not match. The latter actually contributes to the work cleaving, which depends not only on the temperature distribution but also on the overall structure of the workpiece. Therefore, a high cleaving position accuracy cannot be realized simply by matching the temperature distribution to the cleaving line. The accuracy can be improved by an offset technique when the deviation between the two can be accurately predicted by theory or experiment, and by negative feedback control or, if necessary, positive feedback control when the prediction is difficult.

本発明によれば、熱応力割断の有する高品質を実現しながら、加熱温度をガラス自体も表面上の成膜をも損傷しないだけ十分に低い値に低下させ、かつ位置精度も十分に高めることができる。レーザによるガラス割断は、加工品質上の多くのすばらしい技術上の利点がありながら、いまだに過去数世紀にわたって使用されてきたダイアモンドチップによる機械的方式を置換できないできた。本発明はそうした事態を一変するものである。 According to the present invention, while realizing the high quality of thermal stress cleaving, the heating temperature is lowered to a sufficiently low value without damaging the glass itself or the film formation on the surface, and the positional accuracy is sufficiently increased. Can do. Laser glass breaking has many great technical advantages in processing quality, but has not been able to replace the diamond tip mechanical system that has been used over the past centuries. The present invention changes such a situation.

本発明によって実現されるガラスの熱応力割断、特にフルカット技術、のメリットに次に挙げるものがある。
1)フルカットを従来方法に比較して大幅に高速度で実現することができる。
2)割断がフルカットだけの一工程ででき、ブレークが不要になる。まして、研磨、洗浄などの後工程は不要である。
3)割断面近傍におけるマイクロクラック発生がなく、ワークの材料強度が高い値になる。
4)割断面にカレットの付着がなく、清浄である。
5)輪郭割断が可能にある。
6)割断位置精度が高くなる。
7)割断面がガラス表面に対して、十分に垂直である。
8)割断面が鏡面で、面粗さが良好である。
9)重ねガラスの選択的割断を一方向からのレーザビーム照射でおこなうことができ、ガラス板の反転などの操作が不要になる。
10)割断の自動化ができる。
Advantages of the thermal stress cleaving of glass realized by the present invention, particularly the full cut technology, are as follows.
1) Full cut can be realized at a significantly higher speed than the conventional method.
2) The cleaving can be done in one process only with a full cut, and no break is required. In addition, post-processing such as polishing and cleaning is unnecessary.
3) There is no generation of micro cracks in the vicinity of the fractured surface, and the material strength of the workpiece becomes a high value.
4) There is no adhesion of cullet on the cut surface and it is clean.
5) The contour can be cleaved.
6) The cleaving position accuracy is increased.
7) The fractured surface is sufficiently perpendicular to the glass surface.
8) The fractured surface is a mirror surface and the surface roughness is good.
9) The selective cutting of the laminated glass can be performed by laser beam irradiation from one direction, and operations such as reversing the glass plate are not necessary.
10) The cleaving can be automated.

広領域非均一温度分布による熱応力割断原理を示す模式図。The schematic diagram which shows the thermal stress cleaving principle by wide area | region nonuniform temperature distribution. ガウス型温度分布による発生熱応力分布図。The generated thermal stress distribution diagram by Gaussian temperature distribution. 熱応力発生のための比較的低温の広領域非均一加熱分布の一例。An example of a relatively low temperature wide area non-uniform heating distribution for thermal stress generation. 広領域非均一加熱分布の一例下で発生する応力拡大係数分布図。The stress intensity factor distribution map generated under an example of a wide area non-uniform heating distribution. レーザスポット走査に対する応力拡大係数分布。Stress intensity factor distribution for laser spot scanning. 広領域非均一加熱に走査レーザスポットを重畳させた場合の応力拡大係数分布。Stress intensity factor distribution when scanning laser spot is superimposed on wide area non-uniform heating. DOEによるガウシアンレーザビームのラインビームへの変換。Conversion of Gaussian laser beam to line beam by DOE. 輪郭に沿った熱応力割断時のラインビーム向きの回転制御。Rotation control of line beam direction when cleaving thermal stress along the contour. 滑らかでない輪郭に沿った熱応力割断時のラインビームの長さと向きの制御。Control of line beam length and orientation during thermal stress cleaving along non-smooth contours. ワーク側端近傍を熱応力割断時の、実際の割断位置と同目標位置間のずれ。Deviation between the actual cleaving position and the target position when the thermal stress cleaving near the workpiece side edge. 厚さ0.7mmの無アルカリガラス板の赤外線透過率特性。Infrared transmittance characteristics of a non-alkali glass plate having a thickness of 0.7 mm. ワークの多数個割断において、フルカット方向と非常に深いスクライブ方向が直交する例。An example in which a full cut direction and a very deep scribe direction are orthogonal to each other when cleaving a large number of workpieces. ガラスのレーザ光照射による表面スクライブ(a)とフルカット(b)模式図。Schematic diagram of surface scribe (a) and full cut (b) by laser irradiation of glass.

この発明の実施形態の模式図を図1に示す。前記したように、加熱領域を広領域に及ぶようにすればするほど、加熱温度が低くてよいという長所が生まれるが、一方割断位置精度も低下してしまう。その防止のために、図1の11に示すように温度分布の幅広い山脈の稜線上に、頂きのとがった山脈7を重畳した温度分布を利用する。この場合、とがった稜線位置7が割断位置決定因子になる。幅広い加熱領域にわたった積分値としての熱応力値は山の高さが比較的低いにも関わらず大きくなり、それでいて割断閾値には至らなく、望むらくはとがった山頂の位置だけで同閾値を上回るように設定する。同図では、熱応力が原子間結合解離を引き起こすに十分なだけ大きい領域を10で示した。同領域では、○で示す隣り合う原子間の、線分で示す原子間結合が解離する状態を、×で示す。8はフルカットによる割断を、9は亀裂先端を示す。5は割断方向である。この場合、山頂を先鋭にしておけばおくほど、割断位置精度が向上する。   A schematic diagram of an embodiment of the present invention is shown in FIG. As described above, the longer the heating region is, the more advantageous it is that the heating temperature may be lowered. On the other hand, the cleaving position accuracy also decreases. In order to prevent this, a temperature distribution is used in which a scenic mountain range 7 is superimposed on the ridgeline of a mountain range having a wide temperature distribution, as shown at 11 in FIG. In this case, the sharp ridge line position 7 becomes a cleaving position determining factor. The thermal stress value as an integral value over a wide heating range becomes large despite the fact that the height of the mountain is relatively low, yet it does not reach the cleaving threshold. Set to exceed. In the figure, a region where the thermal stress is large enough to cause interatomic bond dissociation is indicated by 10. In the same region, the state in which the interatomic bond indicated by the line segment between adjacent atoms indicated by ◯ is dissociated is indicated by x. 8 indicates the cleaving by full cut, and 9 indicates the crack tip. 5 is a cleaving direction. In this case, the sharper the summit, the better the cleaving position accuracy.

線形弾性破壊力学によれば、割断はワーク上亀裂先端付近の熱応力場の特異性によって発生する。この特異性を外れた熱応力値では、隣り合う原子間結合力に打ち勝つことはできないようにしておく。亀裂近傍の特異性の条件下で発生する熱応力にしても、ワーク変形に使用される値を超えた値が初めて原子結合解離に使用できる。前者は主としてワーク構造に依存し、ワークが大型であればある程大きな値になる。後者はワーク材料定数に依存し、ワーク形状に無関係である。線形弾性破壊力学理論によれば、後者を代表する物理量K(開口型応力拡大係数)がK1>K1c(ここでK1cは材料の破壊靱性値で、通常のガラスにおいては0.73MPa/m2)の場合、割断が亀裂先端の進展として進行する。本発明では所要の割断位置のみでK1>K1cになるよう温度分布を選択すればよい。その場合、この条件ができるだけ低温で実現できるように設計する。Kの算出方法は線形弾性破壊力学理論によって与えられ公知であるので、ここでの説明は省略する。 According to linear elastic fracture mechanics, cleaving occurs due to the singularity of the thermal stress field near the crack tip on the workpiece. A thermal stress value that deviates from this singularity is set such that it cannot overcome the bonding force between adjacent atoms. Even if thermal stress is generated under the condition of the singularity near the crack, the value exceeding the value used for workpiece deformation can be used for atomic bond dissociation for the first time. The former mainly depends on the workpiece structure, and the larger the workpiece, the larger the value. The latter depends on the workpiece material constant and is independent of the workpiece shape. According to the linear elastic fracture mechanics theory, the physical quantity K 1 (opening stress intensity factor) representing the latter is K 1 > K 1c (where K 1c is the fracture toughness value of the material, and 0.73 MPa / In the case of m 2 ), the cleaving proceeds as the crack tip progresses. In the present invention, the temperature distribution may be selected so that K 1 > K 1c only at the required cleaving position. In that case, it is designed so that this condition can be realized at the lowest possible temperature. Since the method for calculating the K 1 is known given by linear elastic fracture mechanics theory, explanation is omitted here.

この実施形態によれば、広領域非均一加熱の効果として加熱温度を低減させることが出来て、ワークの熱損傷を避けることが出来る。また、広領域加熱に割断位置決定因子を重畳させることによって、高割断位置精度を実現することが出来る。その結果、熱応力割断が有する固有の高品質割断特性を生かすことが出来る。   According to this embodiment, the heating temperature can be reduced as an effect of the non-uniform heating of the wide area, and the thermal damage of the workpiece can be avoided. Moreover, high cleaving position accuracy can be realized by superimposing a cleaving position determining factor on wide area heating. As a result, the inherent high quality cleaving characteristics of thermal stress cleaving can be utilized.

第一の実施例として、第一の具体的な加熱温度分布設計例を紹介する。それは、幅580mm、板厚0.7mmの無アルカリガラス板の中央部の直線状フルカット割断の場合を対象にする。これはフルカットとしては、大型ワークに不可避のサイズ効果のためにかなり困難な場合である。図1のなだらかな山脈として、図3に示すようなガラス幅中央部に温度約50℃のピークを有するガウシアン温度分布を設定することにする。その具現化のために、ガラス板上の高さ200mmの位置にガラス長に並行に設置した電気入力1kWの柱状赤外線ランプを使用した。図3には割断実施と同時である、電力投入3分後のガラス表面温度の測定値も示した。ここで割断開始までランプ点灯後3分間待ったのは、ランプ光エネルギーの一部はガラスの表面で吸収され、内部に熱伝導で到達しフルカット割断の条件が出来上がるのは一定の時間後であるからである。赤外線ランプ光を3−4μmのバンドパスフィルターを介して照射すれば、照射光はガラス内部に到達し直接吸収されるので、この条件はランプ点灯と同時に達成され待ち時間は不要になる。 As a first embodiment, a first specific heating temperature distribution design example is introduced. It covers the case of linear full cut cleaving at the center of an alkali-free glass plate having a width of 580 mm and a thickness of 0.7 mm. This is a case where a full cut is quite difficult due to the inevitable size effect for large workpieces. As a gentle mountain range in FIG. 1, a Gaussian temperature distribution having a peak at a temperature of about 50 ° C. at the center of the glass width as shown in FIG. 3 is set. For the realization, a columnar infrared lamp with an electric input of 1 kW installed in parallel with the glass length at a position of 200 mm in height on the glass plate was used. FIG. 3 also shows the measured value of the glass surface temperature 3 minutes after power-on, which is the same time as the cleaving operation. Here, after waiting for 3 minutes from the start of the lamp, the lamp light was partially absorbed by the glass surface and reached the inside by heat conduction, and the condition for full cut was completed after a certain period of time. Because. If the infrared lamp light is irradiated through a 3-4 μm bandpass filter, the irradiated light reaches the inside of the glass and is directly absorbed, so this condition is achieved simultaneously with the lamp lighting and no waiting time is required.

この温度分布に対して、有限要素法で計算したガラス幅中央におけるK1値のガラス長さ方向分布を図4に示す。同図中には、無アルカリガラスに対するK1cの値も示した。K1がK1cより大きくなる領域は、ガラスの割断開始端部から310mmまでの領域で、この点を超えるとフルカットは停止してしまう。この条件の加熱では、端部から310mmまではフルカットが自動的に進行しそこで停止する。 FIG. 4 shows the glass length direction distribution of the K 1 value at the center of the glass width calculated by the finite element method with respect to this temperature distribution. In the figure, the value of K 1c for non-alkali glass is also shown. Region K 1 becomes larger than K 1c is an area from the cleaving start end portion of the glass to 310 mm, full cut Beyond this point would be stopped. In heating under this condition, full cutting automatically proceeds from the end to 310 mm and stops there.

加熱温度をもっと上げればフルカット進行距離はより増大し、下げれば減少するであろう。いずれにしても、図3に示す様な幅の広い加熱では割断位置精度はとても期待できない。この条件下でのメリットは、最高加熱温度が50℃まで低減できたことである。 Increasing the heating temperature will increase the full cut travel distance, and decreasing it will decrease it. In any case, the cleaving position accuracy cannot be expected with wide heating as shown in FIG. The merit under this condition is that the maximum heating temperature could be reduced to 50 ° C.

本発明における割断位置決定因子としての重畳加熱用に、ガラスによる吸収レーザ出力100W、スポット直径3mm、走査速度300mmの単一レーザスポットを応用した。先ずこのレーザ光加熱のみに対して有限要素法によるK計算を行った。実際の実験は、波長976nmのLDレーザビームを使用して行った。 図5に、レーザビーム走査線上におけるK1値計算結果のガラス長さ方向の分布を示す。同図には、走査レーザビーム位置がガラス端からそれぞれ30、100,200,250,300,400,510mmの位置に至った場合の、K1分布と温度分布を示す。このレーザによるだけの加熱では、Kはガラス端部近傍以外ではK1cより低く、割断は発生しない。 A single laser spot with an absorption laser output of 100 W, a spot diameter of 3 mm, and a scanning speed of 300 mm was applied for superposition heating as a cleaving position determining factor in the present invention. First it was K 1 calculated by the finite element method with respect to only the laser beam heating. The actual experiment was performed using an LD laser beam having a wavelength of 976 nm. FIG. 5 shows the distribution in the glass length direction of the K 1 value calculation result on the laser beam scanning line. This figure shows the K 1 distribution and the temperature distribution when the scanning laser beam position reaches the position of 30, 100, 200, 250, 300, 400, 510 mm from the glass edge, respectively. The heating only by the laser, K 1 is lower than the K 1c except in the vicinity of glass edges, fracture does not occur.

赤外線ランプとレーザビームによる加熱を重畳させ、図1に示すような加熱温度分布を実現するのが本発明の趣旨である。図6に、その重畳時のK値計算結果のガラス長さ方向の分布を示す。同図には、レーザビーム位置が図5と同じ地点における場合の、K1分布と温度分布を示す。ここで、各点におけるK値も温度も、図4及び図5に示す値の和になっている。これらの物理量には、重ね合わせの原理が成立している。その結果、割断予定線上のみでKがK1cを超えるようにできればよい。図6に示すK値はレーザビームの近傍まではK1cより大きく、従って割断はそこまで進行し、そこで停止する。停止するのは、レーザビーム近傍には強い圧縮応力が存在するからである。 The gist of the present invention is to realize a heating temperature distribution as shown in FIG. 1 by superimposing heating by an infrared lamp and a laser beam. FIG. 6 shows the distribution in the glass length direction of the K 1 value calculation result at the time of superimposition. This figure shows the K 1 distribution and temperature distribution when the laser beam position is at the same point as in FIG. Here, the K 1 value and the temperature at each point are the sum of the values shown in FIGS. The superposition principle is established for these physical quantities. As a result, K 1 only in the planned cutting line may if to exceed the K 1c. The K 1 value shown in FIG. 6 is larger than K 1c up to the vicinity of the laser beam, so that the cleaving proceeds there and stops there. The reason for stopping is that there is a strong compressive stress in the vicinity of the laser beam.

図3に示す赤外ランプによる加熱の場合には、割断はK>K1cの範囲内ではきわめて高速に進行した。ワーク内の熱応力分布の伝搬速度は、ほとんど音速に近いからである。この場合、割断面に荒れが発生する。それに対して、図6に示す赤外ランプとレーザビーム加熱重畳の場合には、前記したように割断亀裂はレーザビームを超えることができない
ので割断速度はレーザビーム走査速度と同一になる。この方法で、高い割断品質を維持することができて便利である。
In the case of heating by the infrared lamp shown in FIG. 3, the cleaving proceeded very rapidly within the range of K 1 > K 1c . This is because the propagation speed of the thermal stress distribution in the workpiece is almost close to the speed of sound. In this case, the fractured surface is roughened. On the other hand, in the case of the infrared lamp and laser beam heating superposition shown in FIG. 6, since the cleaving crack cannot exceed the laser beam as described above, the cleaving speed is the same as the laser beam scanning speed. This method is convenient because high cleaving quality can be maintained.

ここに提示したのは、柱状赤外線ランプによる最高50℃という熱応力割断用加熱としてはかなりの低温加熱に、走査型レーザスポット照射を重畳させて、板厚0.7mm、幅580mmの無アルカリガラス板の中央部に速度300mmで高品位熱応力割断を実行できる実施形態であって、これはいずれの従来技術も達成できない効果であり、本発明の高機能を実証するものである。   Presented here is a non-alkali glass with a plate thickness of 0.7 mm and a width of 580 mm by superimposing scanning laser spot irradiation on heating at a considerably low temperature of 50 ° C. with a columnar infrared lamp, which is quite low temperature heating. An embodiment in which high-grade thermal stress cleaving can be performed at a speed of 300 mm at the center of the plate, which is an effect that none of the conventional techniques can achieve, and demonstrates the high functionality of the present invention.

図7に示す加熱温度分布の第二の構成例は、割断位置決定因子として、レーザ発振器12から射出されるガウシアンレーザビーム13をラインビームホモジナイザーとしての回折格子型光学素子(DOE)14を用いてラインビームに変換したものを使用するものである。図7は、この変換の様子を示す模式図である。図中15は、DOEを通過後のレーザビームを示し、所定位置において設計仕様であるラインビーム16が実現する。その他の構成については、第一の実施例に等しい。このラインビームとしては、幅0.1−1mm、長さ25mm程度のものが標準的に使用される。この場合長さ方向には均一強度分布であるが、幅方向は均一にもできるしガウシアンにもできる。また、強度分布を入射レーザビーム径、位置などを調整して変化させることもできる。 The second configuration example of the heating temperature distribution shown in FIG. 7 uses a diffraction grating optical element (DOE) 14 that uses a Gaussian laser beam 13 emitted from the laser oscillator 12 as a line beam homogenizer as a cleaving position determining factor. The one converted into a line beam is used. FIG. 7 is a schematic diagram showing the state of this conversion. In the figure, reference numeral 15 denotes a laser beam after passing through the DOE, and a line beam 16 which is a design specification is realized at a predetermined position. About another structure, it is equal to a 1st Example. As this line beam, a beam having a width of about 0.1-1 mm and a length of about 25 mm is typically used. In this case, the intensity distribution is uniform in the length direction, but the width direction can be uniform or Gaussian. Also, the intensity distribution can be changed by adjusting the incident laser beam diameter, position, and the like.

第一の実施例に比較し、第二の実施例の場合、割断位置精度がより増大したり、所要の加熱温度がより低減できたり、表面スクライブの場合スクライブ深さがより深く出来たりする。これらが本構成例の効果である。 Compared to the first embodiment, in the case of the second embodiment, the cleaving position accuracy is further increased, the required heating temperature can be further reduced, and in the case of surface scribe, the scribe depth can be increased. These are the effects of this configuration example.

本発明の第三の構成例を、図8に示す。自由曲線である輪郭割断を行なう場合には、割断位置決定因子としてのラインビーム16は輪郭の接線に一致させることが必要である。このためラインビームの向きを常時回転制御する必要がある。これはDOEの回転制御17で行なうことが出来る。 A third configuration example of the present invention is shown in FIG. When contour cutting which is a free curve is performed, it is necessary that the line beam 16 as a cutting position determining factor be matched with the tangent of the contour. For this reason, it is necessary to constantly control the direction of the line beam. This can be done by the DOE rotation control 17.

この構成による効果としては、ラインビームの長軸方向が常に輪郭線と一致するので、割断位置精度の向上、発生熱応力の増大、その結果としての割断速度向上などがある。 As an effect of this configuration, since the major axis direction of the line beam always coincides with the contour line, there are an improvement in cleaving position accuracy, an increase in generated thermal stress, and a resulting cleaving speed.

本発明の第四の構成例を、図9に示す。割断曲線がランダムに曲がっている場合には、ラインビームの向きの制御だけでは不十分で、その長さを短縮したり、場合によっては点状にしたりする必要がある。こうした制御は、DOEの回転制御と同時にDOEと同時回転しながら前後に移動する楔型マスク19の使用によって行なうことができる。図中この前後運動を20で示し、その制御によってラインビーム16は21,22,23に示すようにその長さを所要の値に制御できる。特に21に示すのは点状のもので、割断曲線の鋭角の曲がりに対応している。 A fourth configuration example of the present invention is shown in FIG. When the cutting curve is bent at random, it is not sufficient to control the direction of the line beam, and it is necessary to shorten the length or, depending on the case, to form a dot. Such control can be performed by using the wedge-shaped mask 19 that moves back and forth while simultaneously rotating with the DOE simultaneously with the rotation control of the DOE. In the figure, this back-and-forth movement is indicated by 20, and the length of the line beam 16 can be controlled to a required value as indicated by 21, 22, 23 by the control. In particular, 21 shows a point-like shape, which corresponds to an acute angle curve of the cleaving curve.

この構成の効果として輪郭曲線が小さな曲率で曲がったり、あるいは鋭角で折れ曲がったりするような場合でも、割断位置精度が低下したり、割断速度が低下したりすることを防止できる。 As an effect of this configuration, even when the contour curve is bent with a small curvature or bent at an acute angle, it is possible to prevent the cutting position accuracy from being lowered and the cutting speed from being lowered.

熱応力割断は原子間結合解離に用いられる最大熱応力位置で発生するのであって、最高温度位置で発生するものではない。我々が入力条件として与えることが出来るのは温度分布であって、この熱応力分布ではない。後者はワーク構造などの条件に応じて、結果として出現するものである。勿論両者には因果関係があるが、実際の生産現場においてそうした関係を常時把握することは困難である。図1に示す本発明の原理によれば、実際に発生する熱応力割断位置は同決定因子付近のいずれかの場所に一義的に限定されるのであるが、それは必ずしも割断目標位置ではないので、高精度制御のためには何らかの位置制御技術が必要である。 The thermal stress cleaving occurs at the maximum thermal stress position used for interatomic bond dissociation, not at the maximum temperature position. What we can give as input conditions is the temperature distribution, not this thermal stress distribution. The latter appears as a result depending on conditions such as the workpiece structure. Of course, there is a causal relationship between the two, but it is difficult to always grasp such a relationship at the actual production site. According to the principle of the present invention shown in FIG. 1, the actually generated thermal stress cleaving position is uniquely limited to any place near the determinant, but it is not necessarily the cleaving target position. Some kind of position control technology is necessary for high-precision control.

温度分布とこの割断発生位置間のずれが理論的に特定できる場合には、同ずれを補償するべく温度分布を当初からオフセット設定することによって高割断位置精度を実現することが出来る。図10に有限要素法によって算出し、実験で実証された同ずれの一例を示す。これはワーク幅が500mm、長さ1000mm、厚さ0.7mmと幅2000mm、長さ2000mm、厚さ0.7mmの2種の無アルカリガラス板の、側端から20mmの位置で直径1.5mmのレーザビームを長さ方向に走査した場合の実際の割断位置を示す。割断開始並びに終端近傍を除いて、最大0.7mmの位置ずれを生じ、それには高度な再現性が見られる。0.7mmの位置ずれが許容される場合にはそのままでいいし、許容されない場合には位置制御が必要である。このずれ量を種々の条件下で有限要素法で算出し記録しておけば、熱応力分布のオフセット設定が可能であり、高割断位置精度が実現できる。これが本発明の第五の構成例である。 When the deviation between the temperature distribution and the position where the cleaving occurs can be theoretically specified, high cleaving position accuracy can be realized by setting the temperature distribution to be offset from the beginning to compensate for the deviation. FIG. 10 shows an example of the deviation calculated by the finite element method and proved in the experiment. This is a workpiece width of 500 mm, length of 1000 mm, thickness of 0.7 mm and width of 2000 mm, length of 2000 mm, thickness of 0.7 mm, and a diameter of 1.5 mm at a position 20 mm from the side edge. The actual cleaving position when the laser beam is scanned in the length direction is shown. Except for the cleaving start and the vicinity of the end, a maximum positional displacement of 0.7 mm occurs, and a high degree of reproducibility is observed. If a positional deviation of 0.7 mm is allowed, it can be left as it is. If it is not allowed, position control is required. If this deviation amount is calculated and recorded by the finite element method under various conditions, it is possible to set an offset of the thermal stress distribution and to realize high cleaving position accuracy. This is the fifth configuration example of the present invention.

この構成によって、熱応割断位置の更なる高精度化が可能になる。ワーク形状、割断位置などの条件が不変である繰り返し条件下での反復作業においては、許容位置誤差が50μm程度であればこの方法が適当であろう。同装置は負帰還制御部が不要となり、装置構成の簡素化が可能である。 With this configuration, it is possible to further increase the accuracy of the thermal cleavage position. In repetitive work under repetitive conditions in which conditions such as the workpiece shape and cleaving position are unchanged, this method may be appropriate if the allowable position error is about 50 μm. The device does not require a negative feedback control unit, and the device configuration can be simplified.

レーザビーム位置の負帰還制御が、本発明の第六の構成例である。生産現場では上記のオフセット設定が困難な場合もあるので、実際の割断位置をスクライブモニターで検出し、割断位置決定因子に対応する照射レーザビーム位置に負帰還制御、あるいは必要によっては正帰還制御を行い、所定の割断位置精度を実現することができる。この制御は公知の制御技術の応用で行なうことが出来る。 The negative feedback control of the laser beam position is the sixth configuration example of the present invention. Since the offset setting described above may be difficult at the production site, the actual cleave position is detected with a scribe monitor, and negative feedback control or positive feedback control is performed on the irradiation laser beam position corresponding to the cleaving position determination factor. It is possible to achieve a predetermined cleaving position accuracy. This control can be performed by applying a known control technique.

以上のレーザビーム位置制御による割断位置高精度化に対して、ラインレーザビーム回転角制御によっても割断位置高精度化を行なうことができ、これが本発明の第七の構成例である。この方法の原理は、ラインレーザビームの回転角制御によってK11(面内せん断型応力拡大係数)をゼロか非常に小さな値にすることができ、その場合最大温度位置と最大熱応力位置が一致することを利用する。この事実は、有限要素法計算によって確認できた。この場合もレーザビーム位置制御同様、オフセット設定と負あるいは正帰還制御の2種類の方法がある。しかしながらオフセット補償量の算出はかなり複雑であるので実際の生産現場での使用には問題であり、負あるいは正帰還制御の方がより現実的である。同方法も、公知の制御技術を適用して行なうことが出来る。 In contrast to the above-described high accuracy of the cleaving position by the laser beam position control, the cleaving position can be highly accurate by the line laser beam rotation angle control, which is the seventh configuration example of the present invention. The principle of this method is that the K 11 (in-plane shear stress intensity factor) can be made zero or very small by controlling the rotation angle of the line laser beam, in which case the maximum temperature position matches the maximum thermal stress position. Take advantage of what you do. This fact could be confirmed by finite element calculation. In this case as well, there are two methods, offset setting and negative or positive feedback control, as with laser beam position control. However, since the calculation of the offset compensation amount is quite complicated, it is problematic for use in an actual production site, and negative or positive feedback control is more realistic. This method can also be performed by applying a known control technique.

前記2種類の負帰還あるいは正帰還制御によれば、温度分布と割断位置間のずれ量の事前評価が不要になり、自動化運転によって割断位置の高精度化が実現できるので、実際の生産現場におけるメリットには計り知れないものがある。 According to the two types of negative feedback or positive feedback control, it is not necessary to evaluate in advance the amount of deviation between the temperature distribution and the cleaving position, and the high accuracy of the cleaving position can be realized by automated operation. There are immense benefits.

加熱用レーザとしては、ガラスに吸収されるレーザビームが使用できる。代表的なレーザは、波長10.6μmのCO2レーザである。同レーザは、商用レーザとして高出力レーザが容易に入手できて便利である。同レーザの特徴は、ガラスによる吸収係数が過大であって、深さ3.7μmの表面層で入射エネルギーの99%が吸収されてしまい、ガラスのバルク加熱が出来ないことである。そのため表面スクライブには適しているが、フルカットには使用できない。 As the heating laser, a laser beam absorbed by glass can be used. A typical laser is a CO 2 laser with a wavelength of 10.6 μm. This laser is convenient because a high-power laser can be easily obtained as a commercial laser. The feature of this laser is that the absorption coefficient by the glass is excessive, and 99% of the incident energy is absorbed by the surface layer having a depth of 3.7 μm, and the glass cannot be heated in bulk. Therefore, it is suitable for surface scribing, but cannot be used for full cut.

図11に、厚さ0.7mmの無アルカリガラス板の赤外光透過特性(%)を示す。フル
カット用レーザビームとしては、ガラス板で約50%吸収されることが理想的であるので、発振波長が波長領域2.75−4.5μmの範囲内のレーザビームが使用できる。勿論板厚が大きい場合には最短波長が2.5μm、板厚が小さくなれば最長波長が5μmの範囲内の発振波長であればよい。このため、フルカット用レーザとしては、Er:YAGレーザ(2.94μm)を使用することができる。
FIG. 11 shows infrared light transmission characteristics (%) of a non-alkali glass plate having a thickness of 0.7 mm. As the full-cut laser beam, it is ideal that about 50% is absorbed by the glass plate, so that a laser beam having an oscillation wavelength in the wavelength range of 2.75 to 4.5 μm can be used. Of course, it is sufficient that the shortest wavelength is 2.5 μm when the plate thickness is large, and the longest wavelength is within the range of 5 μm when the plate thickness is small. For this reason, an Er: YAG laser (2.94 μm) can be used as the full-cut laser.

波長領域3.77−5.05μmで波長可変である中赤外レーザの使用によって、理想的な効果を生み出すことが出来る。同レーザは、ディスクレーザやファイバイーレーザで励起する2価の鉄イオンドープのZnSe結晶レーザである。約50%近い発振効率があり、高出力化も期待できる。同レーザの技術は非特許文献1に報告されている。 The use of a mid-infrared laser that is tunable in the wavelength region of 3.77-5.05 μm can produce an ideal effect. This laser is a divalent iron ion-doped ZnSe crystal laser excited by a disk laser or a fiber laser. Oscillation efficiency is nearly 50%, and high output can be expected. The laser technology is reported in Non-Patent Document 1.

現在フラットパネル表示器用ガラスの板厚は、現行値の0.7mmから0.1mmに向かって徐々に減少する傾向にある。これらの板厚において入射光エネルギーの99%が吸収される条件は、関係式I/I0=e-αxから吸収係数αが65−230cm−1の範囲内にあることである。これに対応する無アルカリガラスの吸収特性から決められる波長範囲は、十分前記したこのレーザの波長同調範囲内に入っている。従って、ガラス板厚が変わってもこの波長同調によって、ほとんどの光エネルギーがガラス板の裏面まで到達しそれでいてガラス板を貫通することがなく、スクライブ深さをガラス板厚近い値にすることが可能である。フルカット同士になってしまうと交差点でのクロス加工が困難であるが、裏面に非カット層が若干残存しているとクロス加工が出来ることは実証されている。この様子を、図12に示す。ガラス板1に、最初に波長同調によるレーザ光浸透を行い裏面に至らない深いスクライブ24,241,242,243、などを作成する。ついで波長同調をより短波長方向に行い、レーザ光をガラス板を完全に透過させ前スクライブと直交方向にフルカット25,251,252、などを実現する。両線のクロス点では、スクライブ位置では裏面がまだ分離されていないのでフルカットが問題なく進行する。なお、この説明ではガラス板端部に設ける初亀裂については省略した。 Currently, the thickness of the flat panel display glass tends to gradually decrease from the current value of 0.7 mm to 0.1 mm. The condition that 99% of the incident light energy is absorbed in these plate thicknesses is that the absorption coefficient α is in the range of 65-230 cm −1 from the relational expression I / I 0 = e −αx . The wavelength range determined from the absorption characteristics of the alkali-free glass corresponding to this is well within the wavelength tuning range of this laser. Therefore, even if the glass plate thickness changes, this wavelength tuning allows almost all of the light energy to reach the back side of the glass plate and never penetrate the glass plate, making it possible to make the scribe depth close to the glass plate thickness. It is. If it becomes full cuts, cross processing at the intersection is difficult, but it is proved that cross processing can be performed if a non-cut layer remains on the back surface. This is shown in FIG. First, laser glass penetration by wavelength tuning is performed on the glass plate 1 to form deep scribes 24, 241, 242, 243, etc. that do not reach the back surface. Next, wavelength tuning is performed in the shorter wavelength direction, and the laser light is completely transmitted through the glass plate to realize full cuts 25, 251, 252, etc. in the direction orthogonal to the previous scribe. At the cross point of both lines, the full cut proceeds without any problem because the back surface is not yet separated at the scribe position. In this description, the initial crack provided at the end of the glass plate is omitted.

こうした工程後に、深いスクライブ線に沿って機械ブレークを実行する。スクライブ深さが十分にあるので、このブレークは容易である。こうした工程中、フルカットされた各片がばらばらにならないように、ワークは必要な工程中は静電吸着板26に固定しておく。同吸着板は各位置における電圧印加を独立に制御できる構造にしておき、所要の場所で所要のタイミングに吸着を開放すればよい。 After these steps, a machine break is performed along the deep scribe line. This break is easy because the scribe depth is sufficient. During these processes, the workpiece is fixed to the electrostatic attraction plate 26 during the necessary processes so that the full-cut pieces do not fall apart. The suction plate may be structured so that voltage application at each position can be controlled independently, and suction may be released at a required timing at a required timing.

この構成によって、各種板厚のガラスに対してフルカットを実現したり、フルカットに至らない非常に深いスクライブを実現したりすることできる。この技術は熱応力割断によって交差割断を行うときにクロス割断を実現することでき、実用上きわめて有用である。 With this configuration, it is possible to realize a full cut for various glass thicknesses, or to achieve a very deep scribe that does not lead to a full cut. This technique is very useful in practice because it can realize cross cleaving when performing cross cleaving by thermal stress cleaving.

以上説明したのは本発明の機能を実現するためのいくつかの実施例であって、本発明の精神はその他の多くの方法で実現可能であることは言を俟たない。 What has been described above are several embodiments for realizing the functions of the present invention, and it goes without saying that the spirit of the present invention can be realized in many other ways.

このように、ガラスの熱応力割断がフラットパネルディスプレィや太陽電池の製造過程に導入されれば、加工速度、加工品質、経済性などの向上、従来技術の弱点克服において、その効果ははかり知れないものになる。これらの加工が現在はダイアモンドカッターで行われており、カレット発生のための切断後の洗浄工程の必要性や、マイクロクラックの存在による材料強度低下などの問題を呈している。本発明による熱応力割断で、こうした問題を解決することができる。また、加熱温度が十分に低いので、ガラス基板やその表面上に設けられた成膜に熱損傷を引き起こすことがない。熱応力割断位置精度も十分に高く、熱影響領域をストリート幅内に十分に納めることが出来るので、本発明の技術は基板ガラスだけでなくセル加工にも使用することが出来る。 In this way, if the thermal stress cleaving of glass is introduced into the manufacturing process of flat panel displays and solar cells, the effects cannot be measured in improving the processing speed, processing quality, economics, etc., and overcoming the weaknesses of the conventional technology. Become a thing. These processes are currently performed with a diamond cutter, which presents problems such as the necessity of a cleaning step after cutting for generating cullet and a reduction in material strength due to the presence of microcracks. Such a problem can be solved by the thermal stress cleaving according to the present invention. In addition, since the heating temperature is sufficiently low, thermal damage is not caused to the glass substrate or the film formed on the surface thereof. Since the thermal stress cleaving position accuracy is sufficiently high and the heat-affected region can be sufficiently accommodated within the street width, the technology of the present invention can be used not only for substrate glass but also for cell processing.

1 ワーク
2 加熱
3 冷却
4 表面スクライブ
5 スクライブ方向または割断方向
6 割断予定線
7 割断位置決定因子
8 フルカット割断
9 亀裂先端
10 熱応力に基づく原子間結合解離
11 広領域非均一温度分布
12 レーザ発振器
13 ガウシアンレーザビーム
14 回折格子型光学素子(DOE)
15 DOE通過後のレーザビーム
16 ラインビーム断面形状
17 DOE回転方向
18 ラインビーム回転方向
19 楔型マスク
20 楔型マスク移動方向
21 点状レーザスポット
22 短いラインビーム
23 長いラインビーム
24 非常に深いスクライブ
241 同
242 同
243 同
25 フルカット
251 同
252 同
26 静電吸着板
1 Work
2 Heating 3 Cooling 4 Surface scribing 5 Scribing direction or cleaving direction 6 Cleavage line 7 Cleavage position determining factor 8 Full cut cleaving 9 Crack tip 10 Interatomic bond dissociation 11 based on thermal stress 11 Wide region non-uniform temperature distribution 12 Laser oscillator 13 Gaussian Laser beam 14 Diffraction grating type optical element (DOE)
15 Laser beam 16 after passing through DOE 16 Line beam cross-sectional shape 17 DOE rotation direction 18 Line beam rotation direction 19 Wedge mask 20 Wedge mask moving direction 21 Point laser spot 22 Short line beam 23 Long line beam 24 Very deep scribe 241 Same as 242 Same as 243 Same as 25 Full cut 251 Same 252 Same 26 Electrostatic suction plate

Claims (8)

ワーク上の広領域にワークの熱損傷温度よりも低温の非均一温度分布と、割断位置決定因子としての微小領域に集中した温度分布を重畳させ、同微小領域付近でのみ開口型応力拡大係数Kが材料の破壊靱性値K1cより大きな値になるようにし、かつ同割断位置決定因子の温度分布に、割断位置が同目標位置と一致するように必要に応じてオフセット設定を行なうか、あるいは負帰還制御、場合によっては正帰還制御を行なう脆性材料の熱応力割断方法において、割断位置決定因子用にレーザ光を回折格子型光学素子によって変換したラインビームを使用することを特徴とするもの。 A non-uniform temperature distribution that is lower than the thermal damage temperature of the workpiece and a temperature distribution concentrated in a minute region as a cleaving position determining factor are superimposed on a wide region on the workpiece, and the opening type stress intensity factor K is only in the vicinity of the minute region. 1 is set to a value larger than the fracture toughness value K 1c of the material, and an offset is set in the temperature distribution of the cleaving position determining factor as necessary so that the cleaving position matches the target position, or In a thermal stress cleaving method for a brittle material that performs negative feedback control and, in some cases, positive feedback control, a line beam obtained by converting laser light by a diffraction grating type optical element is used as a cleaving position determining factor. 請求項1において、ラインビームの向きあるいは長さを割断位置における割断輪郭の形状に合わせて制御することを特徴とするもの。 2. The method according to claim 1, wherein the direction or length of the line beam is controlled in accordance with the shape of the cleaving contour at the cleaving position. 請求項1において、表面スクライブ、非常に深いスクライブ、フルカットなど所要の割断の種類に応じて、レーザとしてCOレーザ、Fe2+:ZnSeレーザ、Er:YAGレーザのいずれかを使用するもの。 2. The laser according to claim 1, wherein one of a CO 2 laser, a Fe 2+ : ZnSe laser, and an Er: YAG laser is used as a laser according to a necessary cleaving type such as surface scribe, very deep scribe, and full cut. 請求項1において、ワーク固定のために場所ごとに独立して電圧印加を切り替えることが出来る静電吸着板を使用するもの。 In Claim 1, it uses the electrostatic attraction | suction board which can switch voltage application independently for every place for workpiece | work fixation. ワーク上の広領域にワークの熱損傷温度よりも低温の非均一温度分布と、割断位置決定因子としての微小領域に集中した温度分布を重畳させ、同微小領域付近でのみ開口型応力拡大係数Kが材料の破壊靱性値K1cより大きな値になるようにし、かつ同割断位置決定因子の温度分布に、割断位置が同目標位置と一致するように必要に応じてオフセット設定を行なうか、あるいは負帰還制御、場合によっては正帰還制御を行なう脆性材料の熱応力割断装置において、割断位置決定因子用にレーザ光を回折格子型光学素子によって変換したラインビームを使用することを特徴とするもの。 A non-uniform temperature distribution that is lower than the thermal damage temperature of the workpiece and a temperature distribution concentrated in a minute region as a cleaving position determining factor are superimposed on a wide region on the workpiece, and the opening type stress intensity factor K is only in the vicinity of the minute region. 1 is set to a value larger than the fracture toughness value K 1c of the material, and an offset is set in the temperature distribution of the cleaving position determining factor as necessary so that the cleaving position matches the target position, or A brittle material thermal stress cleaving apparatus that performs negative feedback control and, in some cases, positive feedback control, uses a line beam obtained by converting a laser beam by a diffraction grating type optical element for a cleaving position determining factor. 請求項5において、ラインビームの向きあるいは長さを割断位置における割断輪郭の形状に合わせて制御することを特徴とするもの。 6. The method according to claim 5, wherein the direction or length of the line beam is controlled in accordance with the shape of the cleaving contour at the cleaving position. 請求項5において、表面スクライブ、非常に深いスクライブ、フルカットなど所要の割断の種類に応じて、レーザとしてCOレーザ、Fe2+:ZnSeレーザ、Er:YAGレーザのいずれかを使用するもの。 6. The laser according to claim 5, wherein one of a CO 2 laser, a Fe 2+ : ZnSe laser, and an Er: YAG laser is used as a laser according to a required cleaving type such as surface scribe, very deep scribe, and full cut. 請求項5において、ワーク固定のために場所ごとに独立して電圧印加を切り替えることが出来る静電吸着板を使用するもの。 6. The apparatus according to claim 5, wherein an electrostatic chucking plate capable of switching voltage application independently for each place for fixing the workpiece.
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