CN101921055A - 冷却喷嘴及该喷嘴的使用方法及脆性材料基板的割断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冷却喷嘴及该喷嘴的使用方法及脆性材料基板的割断方法，所述冷却喷嘴形成为圆环状的气体喷出口61、从此圆环状的气体喷出口61的大致中心往外方突出的冷却液喷出的液管8。且，使前述液管8的突出量为0.5～1mm的范围。此外，从减少冷却液量且缩小冷却点的观点，使从前述液管8的前端81伸出3mm以上为相同内径的直管部较理想。此外，使喷嘴盖6的气体流路62的内周面的相对于中心轴O的倾斜角度往前述气体喷出口61阶段性变小较理想。本发明可以在提供较少冷却液量的情况下将基板等被冷却物有效率地局部冷却。

Description

冷却喷嘴及该喷嘴的使用方法及脆性材料基板的割断方法

技术领域

本发明涉及冷却喷嘴及该喷嘴的使用方法及脆性材料基板的割断方法，特别涉及适用于割断玻璃基板等脆性材料基板的冷却喷嘴及使用该喷嘴的冷却方法。

背景技术

以往，作为脆性材料基板的割断方法，使刀轮等压接转动形成划线后，沿划线对基板从垂直方向施加外力以割断基板的方法被广泛进行。

通常，使用刀轮进行脆性材料基板的划线的场合，会因刀轮施加于脆性材料基板的机械性应力使基板易产生缺陷，进行折断时产生起因于上述缺陷的裂痕。

针对此点，近年来，使用激光光束于基板形成划线的方法已实用化。此方法对基板照射激光光束将前述基板加热至熔融温度未满后，通过以冷却媒体冷却基板使基板产生热应力，以此热应力使裂痕从基板表面往大致垂直方向形成。此使用激光光束于脆性材料基板形成划线的方法利用热应力，在工具不直接接触基板的情形下，使割断面成为缺口等较少的平滑面，维持基板的强度。

作为局部冷却以激光光束加热的基板的手段，一般使用将水等冷却媒体与空气一起喷雾的冷却喷嘴。作为将液体对基板喷雾的喷嘴，已有例如使液体从中央喷出，使空气从其周围分散状或环状喷出的喷嘴被提案(例如专利文献1等)。

专利文献1：日本特开平6-171067号公报

发明内容

[发明欲解决的课题]

在搭载于电子机器的构成零件，有的在玻璃基板的表面形成有电极膜，在割断此种玻璃基板的场合，被要求尽可能减少冷却液的喷雾量。

然而，若减少冷却水的喷出量，会因喷出空气使冷却液大范围扩散导致冷却点变大，无法有效率地进行局部冷却。

本发明鉴于此种以往的问题而为，其目的在于提供可以较少冷却液量将基板等被冷却物有效率地局部冷却的冷却喷嘴及冷却方法。

此外，本发明的目的在于提供将被以激光光束加热的基板以较少冷却液量局部性冷却，有效率地形成划线的脆性材料基板的割断方法。

[解决课题的手段]

根据本发明，提供一种冷却喷嘴，具有形成为圆环状的气体喷出口和从该圆环状的气体喷出口中心往外方突出的喷出冷却液的液管；

所述液管的突出量在0.5～1mm的范围。

此外，从减少冷却液量且缩小冷却点的观点，与液管的前端为相同内径的直管部的长度为3mm以上较理想。

此外，气体流路内周面相对于气体流路中心轴的倾斜角度向所述气体喷出口的方向阶段性变小较理想。具体而言所述气体流路的内周面朝所述气体喷出口倾斜45～60度后，倾斜20～30度较理想。

此外，根据本发明，还提供一种使用前述的冷却喷嘴冷却被冷却物的方法，其中，使所述冷却喷嘴的所述液管的前端与被冷却物的表面的距离在3～10mm的范围。

此外，根据本发明，还提供一种脆性材料基板的割断方法，包含在相对脆性材料基板使激光光束移动的同时进行照射，将所述基板加热至熔融温度未满后，使冷却液从冷却喷嘴对所述基板喷出使其冷却，凭借于所述基板产生的热应力形成由垂直裂痕构成的划线的步骤，其中：

使用前述的冷却喷嘴。

此外，使所述冷却喷嘴的所述液管的前端与脆性材料基板的表面的距离在3～10mm的范围较理想。

[发明的效果]

在本发明的冷却喷嘴及冷却方法，由于液管从气体喷出口的大致中心往外方突出0.5～1mm，故可抑制喷出气体导致的冷却液的扩散。由此，以较少冷却液量亦可缩小冷却点，可有效率地进行局部冷却。

此外，若使从前述液管的前端3mm以上为相同内径的直管部，从液管喷出的冷却液会接近层流，冷却液的扩散被抑制而可更有效率地进行局部冷却。

此外，若使相对于气体流路的中心轴的气体流路的内周面的倾斜角度往前述气体喷出口阶段性变小，会对气体流路内的气体发挥整流作用，抑制从气体喷出口喷出的气体的扩散。由此冷却液的扩散被抑制而可更有效率地进行局部冷却。在本发明的脆性材料基板的割断方法由于使用前述记载的冷却喷嘴，故可将被以激光光束加热的基板以较少冷却液量局部性冷却，有效率地形成划线。由此，适适用于表面形成有电极膜的玻璃基板等不希望使水分存在于基板表面的脆性材料基板的割断。

附图说明

图1显示本发明的冷却喷嘴的实施例的剖面图；

图2说明图1的冷却喷嘴的倾斜面的倾斜角度及液管长度、液管的前端与被冷却物的距离的概说剖面图；

图3显示实施本发明的脆性材料基板的割断方法的装置的一例的概略图；

图4说明脆性材料基板的割断的图。

附图标记说明：11-架台；12-滑动平台；13-滚珠螺杆；14、15-导轨；16-滚珠螺帽；19-台座；21-导引构件；22-滚珠螺杆；23-马达；24-滚珠螺帽；25-旋转机构；26-旋转平台；31-支持台；32-安装台；33-保持构件；34-激光输出装置；35-刀轮；36-刀轮保持具；38、39-CCD摄影机；50-被冷却物；51-割断预定线；52-划线；53-垂直裂痕。6-喷嘴盖；7-喷嘴件；8-液管；N-冷却喷嘴；d-从气体喷出口的液管的突出量；50-脆性材料基板；52-划线；53-垂直裂痕；61-气体喷出口；62-气体流路；63-第1倾斜面；64-第2倾斜面；71-液体流路；72-气体流路；8-液管；81-前端；LB-激光光束。

具体实施方式

以下虽针对本发明的冷却喷嘴基于图更详细说明，但本发明并不受此等实施型态任何限制。

于图1及图2显示本发明的冷却喷嘴的一实施例的概略剖面图。所述图中的冷却喷嘴N是以喷嘴盖6、喷嘴件7为主要构成构件，于喷嘴盖6的内部收纳固定有喷嘴件7。喷嘴盖6的底部大致呈圆桶状，于其内底部的中心形成有气体喷出口61，且在喷嘴盖6靠近气体喷出口61的气体流路62的内周面上，第1倾斜面63与第2倾斜面64连续形成为钵状。如图2所示，第1倾斜面63的 气体流路62相对于气体流路62的中心轴O的倾斜角度θ1比第2倾斜面64的倾斜角度θ2大。即，气体流路62的内周面倾斜角度向气体喷出口61的方向以2阶段变小。

根据由本发明者等进行的实验，作为第1倾斜面63的倾斜角度θ1为45～60度的范围较理想，作为第2倾斜面64的倾斜角度θ2为20～30度的范围较理想。通过如此使倾斜角度阶段性变小，可实现在气体流路62流动的气体的整流化，抑制从气体喷出口61喷出的气体的扩散。另外，倾斜角度的变化并不限于2阶段，只要喷嘴盖6的加工上的限制许可，为3阶段以上亦无妨。

喷嘴件7具有二重管构造，中央管路为液体流路71，外周管路为气体流路72。并且，于嘴件7的前端部保持有液管8。于液体流路71及气体流路72分别连接有图中未示的冷却液供给手段及气体供给手段。

液管8插通气体喷出口61的大致中心，从气体喷出口61往外方突出。在此重点在于使从气体喷出口61的液管8的突出量d为0.5～1mm。通过使液管8以此范围从气体喷出口61突出，抑制冷却液的因气体而产生的扩散，即使为较少的流量亦不会扩散而可使冷却点缩小。液管8的突出量d更理想的下限值为0.6mm，更理想的上限值为0.9mm。

此外，与液管8的前端81为相同内径的直管部的长度X(如图2所示)为3mm以上较理想。液管8为针状的细管，通过冷却液在此液管8内流动预定距离以上，流动接近层流，从液管8喷出的冷却液的扩散受抑制而可进行局部冷却。作为从液管8的前端81的长度X的上限值，虽只要考虑液管8的内径或外径等适当决定即可，但通常为5mm。

于此种构成的冷却喷嘴N中，冷却液由图中未示的供给手段经液体流路71送往液管8，在液管8被层流化后从液管8的前端81往外方喷出。另一方面，冷却液由图中未示的供给手段经气体流路72送往喷嘴盖6的气体流路62。喷嘴盖6的气体流路62凭借第1倾斜面63与第2倾斜面64往气体喷出口61连续缩径，气体在被升压的状态下从气体喷出口61往外方喷出。从液管8喷出的冷却液凭借此强力喷出的气体而被扩散，对被冷却物喷雾。如前所述，在本发明的冷却喷嘴N由于使液管8从气体喷出口61突出，故抑制冷却液的因气体而产生的扩散，可使被冷却物的冷却点缩小，可有效率的冷却。

具体而言，相对于在使液管8的突出量为0，即使是液管8的前端81与气体喷出口61为相同位置的现有冷却喷嘴，需要水10mL/min作为冷却液、空气 40L/min作为气体，在使液管8的突出量为0.7mm的本发明的冷却喷嘴，以水1mL/min、空气10L/min作为气体发挥与以往相同的冷却效果。

于冷却处理中，本发明的冷却喷嘴N对向配置于被冷却物50(如图2所示)的表面。对冷却喷嘴N的液管8的前端81与被冷却物50表面之间的距离Y(如图2所示)虽无特别限定，但通常3～10mm的范围较理想。若前述距离比3mm近，受到气体冲击被冷却物50产生的背压的影响，冷却液不易从液管8喷出。反之，若前述距离比10mm远，冷却液广范围扩散而冷却点变大，冷却效果降低。液管8的前端81与被冷却物50的表面的距离Y的更理想的范围是5～8mm的范围。

其次，针对使用本发明的冷却喷嘴N的脆性材料基板的割断方法说明。如图3显示用于本发明的脆性材料基板的割断方法的实施的割断装置的一实施例的概略图。此图的割断装置具备可于架台11上于对纸面垂直方向(Y方向)自由移动的滑动平台12、可于滑动平台12上于图的左右方向(X方向)自由移动的台座19、设于台座19上的旋转机构25，载置固定于设于此旋转机构25上的旋转平台26的脆性材料基板50凭借此等移动手段而可在水平面内自由移动。

滑动平台12可于间隔预定距离平行配置于架台11的上面的一对导轨14、15上自由移动。并且，在该对导轨14、15之间，与导轨14、15平行地设有滚珠螺杆13，可凭借图中未示的马达自由正逆旋转。此外，在滑动平台12的底面设有滚珠螺帽16。此滚珠螺帽16与滚珠螺杆13螺纹连接。通过滚珠螺杆13正转或反转，滚珠螺帽16于Y方向移动，由此，安装有滚珠螺帽16的滑动平台12在导轨14、15上于Y方向移动。

此外，台座19可于间隔预定距离平行配置于滑动平台12上的一对导引构件21移动。并且，于该对导引构件21之间，与导引构件21平行地设有滚珠螺杆22，可凭借马达23自由正逆旋转。此外，于台座19的底面设有滚珠螺帽24。此滚珠螺帽24与滚珠螺杆22螺纹连接。滚珠螺杆22正转或反转，滚珠螺帽24于X方向移动，由此，台座19与滚珠螺帽24一起在该对导引构件21上沿X方向移动。

于台座19上设有旋转机构25，且于该旋转机构25上设有旋转平台26。为割断对象的脆性材料基板50以真空吸附固定于旋转平台26上。旋转机构25使旋转平台26于垂直方向的中心轴的周围旋转。

于旋转平台26的上方以从安装台32垂下的保持构件33支持有支持台31， 以使与旋转平台26分离对向。于支持台31设有于脆性材料基板50的表面形成初始裂痕的刀轮35、对脆性材料基板50的表面照射激光光束的开口(图中未示)、冷却脆性材料基板50的表面的冷却喷嘴N。冷却喷嘴N的液管8的前端81与脆性材料基板50的表面的距离为3～10mm的范围较理想。

刀轮35由刀轮保持具36限位，可在脆性材料基板50的表面的位置与非接触位置之间升降，仅在形成为划线的开始起点的初始裂痕时下降至压接于脆性材料基板50的位置。为了抑制裂痕从初始裂痕往无法预测的方向生成的「先行」现象，初始裂痕的形成位置形成于比脆性材料基板50的表面侧端内侧较理想。

于安装台32上设有激光输出装置34。从激光输出装置34射出的激光光束LB被以反射镜44往下方反射，经保持于保持构件33内的光学系统从形成于支持台31的开口照射于固定于旋转平台26上的脆性材料基板50。

此外，从支持台31设于激光光束LB射出的开口附近的冷却喷嘴N如前所述，冷却水向脆性材料基板50与空气一起被喷出。冷却水被喷雾的脆性材料基板50上的位置割断预定线51上且激光光束LB的照射区域的后侧。在此，从本发明的冷却喷嘴N被喷雾的冷却水的冷却点即使为较少的喷出量，与以往相比亦为较小的面积。由此，于割断于表面形成有电极膜的玻璃基板的场合等，可将以往成为问题的冷却液的使用量比以往大幅减少。

于安装台32设有辨识预先刻印于脆性材料基板50的对准标记的一对的CCD摄影机38、39。凭借所述的CCD摄影机38、39检出脆性材料基板50的设置时的位置偏移，例如脆性材料基板50偏移角度θ的场合将旋转平台26旋转-θ的量，脆性材料基板50偏移Y的场合将滑动平台12移动-Y的量。

于此种构成的割断装置割断脆性材料基板50的场合是先将脆性材料基板50载置于旋转平台26上并以吸引手段固定。之后，以CCD摄影机38、39拍摄设于脆性材料基板50的对准标记，如前所述基于摄影资料将脆性材料基板50定位于预定的位置。

其次，如前所述，以刀轮35在脆性材料基板50上形成初始裂痕。之后，从激光输出装置34射出激光光束LB。激光光束LB凭借反射镜44如图4所示对脆性材料基板50的表面大致垂直照射。同时，使作为冷却媒体的水从冷却喷嘴N往激光光束照射区域的后端附近喷出。通过对脆性材料基板50照射激光光束LB，脆性材料基板50在厚度方向被加热至熔融温度未满，脆性材料基板50虽欲热膨胀，但因局部加热而无法膨胀，以照射点为中心产生压缩应力。又通 过在加热后脆性材料基板50的表面立即被以从冷却喷嘴N喷雾的水冷却，脆性材料基板50收缩而产生拉伸应力。凭借此拉伸应力的作用，以初始裂痕为开始点沿割断预定线51于脆性材料基板50形成垂直裂痕53。

之后通过使激光光束LB及冷却喷嘴N依割断预定线51相对移动，垂直裂痕53伸展，于脆性材料基板50形成划线52。在此实施型态的场合在激光光束LB与冷却喷嘴N固定于预定位置的状态下凭借滑动平台12与台座19、旋转平台26的旋转机构25移动脆性材料基板50。当然，在固定脆性材料基板50的状态下使激光光束LB与冷却喷嘴N移动亦无妨。或使脆性材料基板50及激光光束LB、冷却喷嘴N双方移动亦无妨。

以此种脆性材料基板50的割断方法，由于凭借本发明的冷却喷嘴N可局部地且以较少的冷却液量冷却被以激光光束LB加热的部分，故可适用于割断于表面形成有电极膜的玻璃基板的场合等，希望减少冷却液的使用量的场合。此外，由于可安定地形成垂直裂痕，故加工良率上升且可更加快切断速度，故亦可图加工时间的减少。

[产业上的可利用性]

在本发明的冷却喷嘴抑制因喷出气体导致的冷却液的扩散，可以较少的冷却液量形成较小的冷却点。由此，可有效率地局部冷却，甚为有用。

Claims (7)

1.一种冷却喷嘴，其特征在于，具有形成为圆环状的气体喷出口和从该圆环状的气体喷出口中心往外方突出的喷出冷却液的液管；

所述液管的突出量在0.5～1mm的范围。

2.如权利要求1所述的冷却喷嘴，其特征在于，与液管的前端为相同内径的直管部的长度为3mm以上。

3.如权利要求1或2所述的冷却喷嘴，其特征在于，气体流路内周面相对于气体流路中心轴的倾斜角度向所述气体喷出口的方向阶段性变小。

4.如权利要求3所述的冷却喷嘴，其特征在于，所述气体流路的内周面朝所述气体喷出口倾斜45～60度后，倾斜20～30度。

5.一种使用前述权利要求1至4中任一项的冷却喷嘴冷却被冷却物的方法，其特征在于：

使所述冷却喷嘴的所述液管的前端与被冷却物的表面的距离在3～10mm的范围。

6.一种脆性材料基板的割断方法，包含在相对脆性材料基板使激光光束移动的同时进行照射，将所述基板加热至熔融温度未满后，使冷却液从冷却喷嘴对所述基板喷出使其冷却，凭借于所述基板产生的热应力形成由垂直裂痕构成的划线的步骤，其特征在于：

使用前述权利要求1至4中任一项的冷却喷嘴作为所述冷却喷嘴。

7.如权利要求6所述的脆性材料基板的割断方法，其特征在于，使所述冷却喷嘴的所述液管的前端与脆性材料基板的表面的距离在3～10mm的范围。

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