CN101879665A - 脆性材料基板的激光切割方法 - Google Patents

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周国斌
柴国钟
卢炎麟
姚建华
王晨
杨渊思
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Abstract

脆性材料基板的激光切割方法，包括以下步骤：1、在脆性材料基板的正面制作初始裂纹；2、使用激光器在基板的背面沿划线方向加热，基板在温度场所形成的热应力作用下、沿激光器移动的方向开裂。本发明具有切割路径不偏移，控制简单，降低了激光器的功率，提高了切割速度的优点。

Description

脆性材料基板的激光切割方法
技术领域
本发明属于脆性材料基板的精密切割加工领域。
背景技术
脆性材料基板，如硅片、石英晶体、工程陶瓷、液晶玻璃等，在电子工业及日常生活中有着非常广泛的应用。由于制造及工艺的缘故，以这些材料制造的元器件往往需要进行切割等二次加工。
对于脆性材料基板，传统的切割加工是用钻石、金刚石或硬金属轮划线，然后用机械的方法折断。采用这种方式切割，在加工过程中易产生碎屑，切口断面比较粗糙，存在微细裂纹，需要进行磨边、清洗等后处理工序，加工过程的机械力还会对元器件造成内在破坏，成为元器件失效的潜在因素。
为克服机械折断的缺点，专利CN1454858A、CN101121220A、CN101444875等提到一种激光切割法：首先在基板上制造出一条初始裂纹(切口)，然后通过激光照射基板，再通过低温源冷却基板，基板上初始裂纹在这种激剧变化的温度场作用下扩展，从而实现切割。
这种激光切割方法存在的主要问题是：1、切割路径控制比较困难，在切割过程，切割线经常会偏离激光器移动的轨迹；2、过高的温度在切割线附近的残余应力导致切割面质量下降，裂纹路径扩展不稳定。
发明内容：
为克服现有技术的切割路径控制困难，裂纹路径扩展不稳定的缺点，本发明提供了一种切割路径不偏移，控制简单，切割速度快的脆性材料基板的激光切割方法。
脆性材料基板的激光切割方法，包括以下步骤：
1、在脆性材料基板的正面制作初始裂纹；
2、使用激光器在基板的背面沿划线方向加热，基板在温度场所形成的热应力作用下、沿激光器移动的方向开裂。
进一步，所述的划线工具为钻石、金刚石或硬金属轮；或者所述的划线工具为采用激光烧蚀法划线的脉冲型激光器。
进一步，步骤1中，初始裂纹的深度小于或等于50μm。
进一步，步骤2中，加热用激光器为脉冲型或连续型。
本发明的技术构思是：在基板的正面划线，在其背面用激光器加热，避免了激光器直接接触裂纹，裂纹的切割面不发生变化，裂纹路径始终保持初始状态。激光器只需沿着初始裂纹移动即可，切割路径不偏移，控制简单，可提高切割速度。
本发明具有切割路径不偏移，控制简单，降低了激光器的功率，提高了切割速度的优点。
附图说明
图1为划线工序示意图
图2为激光加热工序示意图
具体实施方式
实施例一
参照附图1、2，进一步说明本发明。
脆性材料基板的激光切割方法，包括以下步骤：
1、在脆性材料基板3的正面ABCD用划线工具1制作初始裂纹；
2、使用激光器2在基板3的背面A′B′C′D′沿划线方向加热，基板3在温度场所形成的热应力作用下、沿激光器2移动的方向开裂。
所述的划线工具1为钻石、金刚石或硬金属轮；或者所述的划线工具为采用激光烧蚀法划线的脉冲型激光器。
步骤1中，初始裂纹p的深度h小于或等于50μm。
步骤2中，加热用激光器为脉冲型或连续型。
本发明的技术构思是：在基板3的正面ABCD划线，在其背面A′B′C′D′用激光器2加热，避免了激光器2直接接触裂纹p，裂纹p的切割面不发生变化，裂纹路径始终保持初始状态。激光器2只需沿着初始裂纹p移动即可，切割路径不偏移，控制简单，可提高切割速度。
实施例二：
结合实例，进一步说明本发明：
实验样品为康宁(Corning)公司的Eagle2000的TFT-LCD，尺寸大小为200mm×100mm×0.7mm。
1、采用金刚石滚轮在液晶玻璃的正面中间划线；作用在金刚石滚轮上的作用力在3N-15KN之间，经扫描电子显微镜测量，其划线深度在3μm-40μm之间；
2、在划线完成后，在液晶玻璃的背面采用功率为100W的连续可调CO2激光器加热；激光器波长为10.6μm，在液晶玻璃背面形成的光斑直径在3mm-10mm之间，离焦量d在40mm-90mm之间；
3、检验：以前述参数切割液晶玻璃时，最高切割速度可达120mm/s；切割面光滑平整，经粗糙度检测仪检测，其切割断面Ra≤50μm。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.脆性材料基板的激光切割方法，包括以下步骤：
1)、在脆性材料基板的正面制作初始裂纹；
2)、使用激光器在基板的背面沿划线方向加热，基板在温度场所形成的热应力作用下、沿激光器移动的方向开裂。
2.如权利要求1所述的脆性材料基板的激光切割方法，其特征在于：所述的划线工具为钻石、金刚石或硬金属轮；或者所述的划线工具为采用激光烧蚀法划线的脉冲型激光器。
3.如权利要求2所述的脆性材料基板的激光切割方法，其特征在于：步骤1中，初始裂纹的深度小于或等于50μm。
4.如权利要求3所述的脆性材料基板的激光切割方法，其特征在于：步骤2中，加热用激光器为脉冲型或连续型。
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