CN101927402A - 脆性材料基板的割断方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种脆性材料基板的割断方法，是一种不招致装置的大型化、复杂化便将微裂痕或玻璃屑等的产生抑制至最小限度并同时割断脆性材料基板的方法，其包括以下步骤：首先，在玻璃基板的一面的割断预定线的割断开始端以刀轮形成初期龟裂。其次，以折断滚轮按压玻璃基板的形成有前述初期龟裂的面的相反侧面的与前述初期龟裂对向的部分，使前述初期龟裂往前述基板的厚度方向进展，形成到达前述相反侧面的初期贯通龟裂。之后，从前述初期贯通龟裂沿前述割断预定线使激光光束相对移动并同时照射，以熔融温度未满的温度加热前述玻璃基板，据此借由在基板产生的热应力使初期贯通龟裂沿前述割断预定线进展，以割断预定线割断玻璃基板。

Description

脆性材料基板的割断方法

技术领域

本发明涉及一种以激光照射割断玻璃基板或陶瓷基板等脆性材料基板的方法。

背景技术

以往，做为玻璃基板或陶瓷基板等脆性材料基板的割断方法，是广泛使用使刀轮等压接于脆性材料基板的表面并同时转动，形成对脆性材料基板的表面大致垂直方向的裂痕(以下称为“垂直裂痕”)，之后，对基板施加机械性的按压力，使垂直裂痕往基板厚度方向进展以割断基板的方法。

然而，通常在使用刀轮形成脆性材料基板的垂直裂痕的场合，会产生被称为玻璃屑(cullet)的小破片，可能因此玻璃屑而在脆性材料基板的表面产生伤痕。此外，在割断后的脆性材料基板的端部容易产生微裂痕(microcrack)，可能以此微裂痕为起因而产生脆性材料基板的断裂。因此，通常是在割断后研磨、洗净脆性材料基板的端部以去除微裂痕或玻璃屑等。

另一方面，近年来，使用二氧化碳激光以熔融温度未满的温度加热脆性材料基板，据此借由在脆性材料基板产生的热应力使拉伸应力局部性产生以形成垂直裂痕的方法已有各种检讨、开发。由于此使用激光光束的割断方法是非接触加工，故可抑制上述的玻璃屑或微裂痕等潜在性缺陷的产生。但由于在此使用激光光束的割断方法中垂直裂痕也未达基板的厚度方向的全体而通常仅止于表面部，故仍须施加外力使垂直裂痕往基板厚度方向进展。因此，垂直裂痕的端面被彼此按压，仍有产生微裂痕或玻璃屑的问题。

针对此问题，例如在专利文献1有提案借由在玻璃基板的侧面形成初期龟裂，先以线状加热器加热割断预定线，以空气喷嘴等冷却机构部分冷却进展的龟裂的前端周边，以使龟裂更加进展的技术。

此外，在专利文献2有提案对至少2点同时照射激光光束形成初期龟裂后，借藉由使激光光束沿割断预定线移动以使初期龟裂在割断预定线的方向进展的割断脆性材料基板的方法

专利文献1：日本特开2000-281375号公报

专利文献2：日本特开平7-328781号公报

然而，在专利文献1的提案技术中，因于玻璃基板的侧面形成初期龟裂，故在割断预定线的方向(从基板侧面观察为深度方向)形成既定长度(深度)的初期龟裂有困难。此外，实质上需要在于分离割断面的方向对割断预定线的终端部施加力的状态下固定支持的机构或使检出进展的龟裂位置的感测器移动的机构等，故割断作业准备作业繁杂且装置会大型化。另外，由于以沿割断预定线配置的加热器线加热割断预定线全线，故电力消耗量比部分加热的场合多。

此外，在专利文献2的提案技术中，需要多个激光振荡器，且以光轴变更手段作为必要手段，有装置复杂化、大型化的问题。此外，在以多个激光光束照射形成初期龟裂的场合，激光输出或照射位置等的调整十分困难，有初期龟裂的形成位置的精度无法提升的问题。

由此可见，上述现有的脆性材料基板的割断方法在方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般方法又没有适切的方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的脆性材料基板的割断方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的脆性材料基板的割断方法存在的缺陷，而提供一种新的脆性材料基板的割断方法，所要解决的技术问题是使其在不招致装置的大型化、复杂化的情况下，便可以将微裂痕或玻璃屑等的产生抑制至最小，非常适于实用。

本发明的另一目的在于，提供一种新的脆性材料基板的割断方法，所要解决的技术问题是使其在割断被贴合的积层基板的一方的基板时可简单分离、除去被割断的基板部分，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种脆性材料基板的割断方法，是借由照射激光光束来割断脆性材料基板，其包括以下步骤：在前述基板的一面的割断预定线的割断开始端以刀具形成初期龟裂的步骤；按压前述基板的形成有前述初期龟裂的面的相反侧面的与前述初期龟裂对向的部分，使前述初期龟裂往前述基板的厚度方向进展而形成到达前述相反侧面的初期贯通龟裂的步骤；从前述初期贯通龟裂沿前述割断预定线使激光光束相对移动并同时照射，以熔融温度未满的温度加热前述基板，据此借由在基板产生的热应力使初期贯通龟裂沿前述割断预定线进展之的步骤。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种脆性材料基板的割断方法，是借由照射激光光束来割断脆性材料基板，其包括以下步骤：在前述基板的一面的割断预定线的割断开始端以刀具形成初期龟裂的步骤；从前述初期龟裂沿前述割断预定线使激光光束相对移动并同时照射，以熔融温度未满的温度加热前述基板，据此借由在基板产生的热应力使初期龟裂沿前述割断预定线进展以形成初期进展龟裂的步骤；按压前述基板的形成有前述初期进展龟裂的面的相反侧面的与前述初期进展龟裂对向的部分，使前述初期进展龟裂往前述基板的厚度方向进展而形成到达前述相反侧面的初期贯通龟裂的步骤；从前述初期进展龟裂沿前述割断预定线使激光光束相对移动并同时照射，以熔融温度未满的温度加热前述基板，据此借由在基板产生的热应力使初期进展龟裂沿前述割断预定线进展的步骤。

本发明的目的及解决其技术问题另外再采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种脆性材料基板的割断方法，是将2片脆性材料基板贴合的积层基板中一方的脆性材料基板加以割断，其包括以下步骤：在第1脆性材料基板的割断预定线的割断开始端以刀具形成初期龟裂的步骤；按压第2脆性材料基板的与前述初期龟裂对向的部分，使前述初期龟裂往第1脆性材料基板的厚度方向进展而形成到达第1脆性材料基板的相反侧面的初期贯通龟裂的步骤；从前述初期贯通龟裂沿前述割断预定线使激光光束相对移动并同时照射，以熔融温度未满的温度加热第1脆性材料基板，据此借由在第1脆性材料基板产生的热应力使初期贯通龟裂沿前述割断预定线进展的步骤。

本发明的目的及解决其技术问题另外还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种脆性材料基板的割断方法，是将2片脆性材料基板贴合的积层基板中一方的脆性材料基板加以割断，其包括以下步骤：在第1脆性材料基板的割断预定线的割断开始端以刀具形成初期龟裂的步骤；从前述初期龟裂沿前述割断预定线使激光光束相对移动并同时照射，以熔融温度未满的温度加热第1脆性材料基板，据此借由在第1脆性材料基板产生的热应力使初期龟裂沿前述割断预定线进展以形成初期进展龟裂的步骤；按压第2脆性材料基板的与前述初期龟裂对向的部分，使前述初期龟裂往第1脆性材料基板的厚度方向进展而形成到达第1脆性材料基板的相反侧面的初期贯通龟裂的步骤；从前述初期贯通龟裂沿前述割断预定线使激光光束相对移动并同时照射，以熔融温度未满的温度加热第1脆性材料基板，据此借由在第1脆性材料基板产生的热应力使初期贯通龟裂沿前述割断预定线进展的步骤。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明脆性材料基板的割断方法至少具有下列优点及有益效果：

在本发明的脆性材料基板的割断方法中，由于是使初期龟裂为往基板厚度方向贯通的龟裂，使此初期贯通龟裂借由激光光束的照射而沿割断预定线进展，故在不招致装置的大型化、复杂化的情况下便可将微裂痕或玻璃屑等的产生抑制至最小限度。

此外，在将2片脆性材料基板贴合的积层基板中一方的脆性材料基板加以割断的本发明的方法中，除上述效果外，还因在形成初期贯通龟裂之际按压第2脆性材料基板的与前述初期龟裂对向的部分而第1脆性材料基板及第2脆性材料基板弯曲，初期贯通龟裂的端面间的贴合、第1脆性材料基板的端部的割断除去部分与第2脆性材料基板间的贴合容易消除。

另外，利用使以刀具形成的初期龟裂为小部分，以照射激光光束使该初期龟裂进展至既定长度的方法，可进一步抑制微裂痕或玻璃屑等的产生。

综上所述，本发明是有关于一种脆性材料基板的割断方法，是一种不招致装置的大型化、复杂化便将微裂痕或玻璃屑等的产生抑制至最小限度并同时割断脆性材料基板的方法，其包括以下步骤：首先，在玻璃基板的一面的割断预定线的割断开始端以刀轮形成初期龟裂。其次，以折断滚轮按压玻璃基板的形成有前述初期龟裂的面的相反侧面的与前述初期龟裂对向的部分，使前述初期龟裂往前述基板的厚度方向进展，形成到达前述相反侧面的初期贯通龟裂。之后，从前述初期贯通龟裂沿前述割断预定线使激光光束相对移动并同时照射，以熔融温度未满的温度加热前述玻璃基板，据此借由在基板产生的热应力使初期贯通龟裂沿前述割断预定线进展，以割断预定线割断玻璃基板。本发明在技术上有显著的进步，具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1(a)至图1(c)是显示本发明的脆性材料基板的割断方法的一实施例的步骤图。

图2(a-1)至图2(b)是显示初期龟裂的其他形成方法的步骤图。

图3(a)至图3(d)是显示本发明的积层基板的割断方法的一实施例的步骤图。

1：玻璃基板(脆性材料基板)         2：刀轮(刀)

4：折断滚轮                       7：玻璃基板(第1脆性材料基板)

8：玻璃基板(第2脆性材料基板)      P：积层基板

10a：表面                         10b：背面

11：割断预定线                    31：初期龟裂

31a：初期龟裂        31b：初期进展龟裂

32：初期贯通龟裂     33：龟裂

51：激光光束         61：冷却水

As：割断开始端

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的脆性材料基板的割断方法其具体实施方式、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

图1(a)至图1(c)是显示本发明的脆性材料基板的割断方法的一实施例的步骤图。图1是以割断预定线11割断做为脆性材料基板的玻璃基板1的场合的步骤图。如同图1(a)所示，先在玻璃基板1的表面10a的割断开始端As以刀轮2形成初期龟裂31。此初期龟裂31的长度及深度虽无特别限定，但通常初期龟裂31的长度为1～30mm的范围较理想，更理想为数mm的范围。此外，初期龟裂31的深度为基板厚度的10％以上较理想。

其次，如同图1(b)所示，以折断滚轮4将玻璃基板1的背面10b的对向在初期龟裂31的部分往表面10a的方向按压。藉此，初期龟裂31往玻璃基板1的厚度方向进展，成为到达背面10b的初期贯通龟裂32。

其次，如同图1(c)所示，从玻璃基板1的初期贯通龟裂32沿割断预定线11照射椭圆形状的激光光束51，并从冷却喷嘴60对激光光束51照射区域的后端附近喷雾做为冷却媒体的冷却水61。

借由对玻璃基板1照射激光光束51，玻璃基板1在厚度方向被以熔融温度未满的温度加热，玻璃基板1虽欲热膨胀，但因局部加热而无法膨胀，产生将照射点往中心压缩的应力。之后，借由在加热后立即对玻璃基板1的表面喷雾冷却水61而被冷却，此时产生拉伸应力。借由此拉伸应力的作用，以初期贯通龟裂32为开始点，涵盖玻璃基板1的厚度方向全体的龟裂进展。之后，借由使激光光束51沿割断预定线11移动，涵盖玻璃基板1的厚度方向全体的龟裂33沿激光光束51的移动方向连续进展，玻璃基板1被以割断预定线11割断。另外，在此实施例中虽然是固定玻璃基板1并使激光光束51移动，但使玻璃基板1移动并固定激光光束51或使玻璃基板1及激光光束51双方移动也无妨。此外，即使不喷雾冷却水61而以自然空冷虽也可使以初期贯通龟裂32为起点的龟裂33进展，但喷雾冷却水61强制冷却的做法龟裂33迅速且确实进展，故比较理想。

在此使用的激光光束51并无特别限定，由玻璃基板1的材料或厚度等适当决定即可。脆性材料基板为玻璃基板的场合，由于在玻璃基板表面的吸收比较大故波长9～11μm的激光光束比较理想。此种激光光束可举出二氧化碳激光。激光光束51对玻璃基板1的照射形状是在激光光束的相对移动方向比较长的椭圆形状比较理想，长径为10～60mm的范围，短径为1～5mm的范围比较理想。

做为从冷却喷嘴60喷出的水，蒸馏水比较理想。但在割断后的玻璃基板1不会产生不良影响的范围，在水中添加介面活性剂等添加剂也无妨。冷却水量通常为1～2ml/min的范围。以水进行的玻璃基板1的冷却，从急冷以激光光束51加热的玻璃基板1的观点，使水与气体(通常为空气)一起喷射的所谓水注(water jet)方式比较理想。以冷却水冷却的区域为直径1～5mm程度的圆形或椭圆形状比较理想。此外，冷却区域为以激光光束51的加热区域的相对移动方向后方，形成于加热区域的后端附近比较理想。

激光光束51的相对移动速度虽由激光光束输出值或照射面积、脆性材料基板的厚度等适当决定即可，但通常为1～数百mm/sec的范围比较理想。

本发明的割断方法可用于玻璃基板或陶瓷基板、单结晶硅基板、蓝宝石基板等以往公知的脆性材料基板的割断，适合使用于例如液晶显示器等面板制造领域。

在以上说明的割断方法由于是以于玻璃基板1的端部少量形成的初期贯通龟裂32为起点借由照射激光光束使龟裂33进展，故可有效抑制玻璃屑或微裂痕等的产生。另外，在进一步抑制玻璃屑或微裂痕等的产生的场合，建议缩短以刀轮2形成的龟裂，以照射激光光束形成做为初期龟裂必要的剩余长度。图2(a-1)至图2(b)是显示初期龟裂的其他形成方法的步骤图。

在图2(a-1)中，以刀轮2在玻璃基板1的表面10a的割断开始端As形成初期龟裂31a。此初期龟裂31a只要是借由激光照射龟裂会进展的长度即可，例如可为点裂痕(数十μm)。借此，可将因刀轮2的使用而产生的微裂痕或玻璃屑等抑制至最小限度。

其次，如同图2(a-2)所示，从初期龟裂31a沿割断预定线11照射激光光束51并从冷却喷嘴60对激光光束51照射区域的后端附近喷雾做为冷却媒体的冷却水61，使初期龟裂31a沿割断预定线11进展，成为既定长度的初期进展龟裂31b。由于此初期龟裂31a的进展是以与玻璃基板1非接触的方式进行，故微裂痕或玻璃屑等不会产生。从在同图2(b)显示的形成初期贯通龟裂32的步骤往后的步骤与在图1(b)至图1(c)显示的割断方法相同，故在此省略说明。另外，照射激光光束导致的初期龟裂31a的进展机构与前述的以初期贯通龟裂32为起点的龟裂33的进展机构相同。

其次，针对将2片脆性材料基板贴合的积层基板中一方的脆性材料基板加以割断的方法进行说明。图3(a)至图3(d)是显示本发明的积层基板的割断方法的一实施例的步骤图。其中是将玻璃基板(第1脆性材料基板)7与玻璃基板(第2脆性材料基板)8以密封剂S贴合的积层基板P的玻璃基板7的一部分割断。如同图3(a)所示，先在玻璃基板7的表面端部使刀轮2压接同时转动以形成初期龟裂31。此初期龟裂31的长度及深度与前述实施例相同。

其次，如同图3(b)所示，以折断滚轮4将玻璃基板8的背面侧的对向于初期龟裂31的部分往玻璃基板7的方向按压。借此，积层基板P弯曲为向上凸，初期龟裂31往玻璃基板7的厚度方向全体进展，成为初期贯通龟裂32。同时，初期贯通龟裂32的端面间的贴合、玻璃基板7的端部的割断除去部分71与玻璃基板8间的贴合被消除，玻璃基板7的端部的割断除去部分71的分离可容易进行。

其次，如同图3(c)所示，从玻璃基板7的初期贯通龟裂32沿割断预定线11照射椭圆形状的激光光束51，并从冷却喷嘴60对激光光束51照射区域的后端附近喷雾做为冷却媒体的冷却水61，以初期贯通龟裂32为开始点，使涵盖玻璃基板7的厚度方向全体的龟裂33进展。借由使激光光束51沿割断预定线11移动，涵盖玻璃基板7的厚度方向全体的龟裂33沿激光光束51的移动方向连续进展，玻璃基板7被以割断预定线11割断。之后，如同图3(d)所示，割断除去部分71被从积层基板P分离、除去。另外，在此实施例中虽然是固定积层基板P并使激光光束51移动，但使积层基板P移动并固定激光光束51或使积层基板P及激光光束51双方移动也无妨。此外，即使不喷雾冷却水61而以自然空冷虽然也可使以初期贯通龟裂32为起点的龟裂33进展，但喷雾冷却水61强制冷却的作法龟裂33迅速且确实进展，故比较理想。

此外，与前述实施例同样地，从进一步抑制由刀轮2导致的玻璃屑或微裂痕等的产生的观点，缩短以刀轮2形成的龟裂，以照射激光光束形成做为初期进展龟裂必要的剩余长度也无妨。

这种积层基板的割断方法可适用例如在液晶显示面板的贴合2片玻璃基板且在其中一方的玻璃基板的内侧面形成有端子电极的场合，切断除去覆盖该端子电极的部分使该端子电极露出的场合。

[产业上的可利用性]

本发明的脆性材料基板的割断方法由于是使以刀具形成的初期龟裂成为在基板厚度方向贯通的龟裂，以激光光束的照射使此初期贯通龟裂沿割断预定线进展，故在不招致装置的大型化、复杂化的情况下便可将微裂痕或玻璃屑等的产生抑制至最小限度，非常有用。

此外，对于将2片脆性材料基板贴合的积层基板中一方的脆性材料基板加以割断的本发明的方法除上述效果外，还因在形成初期贯通龟裂之际按压第2脆性材料基板的与前述初期龟裂对向的部分而初期贯通龟裂的端面间的贴合、玻璃基板的端部的割断除去部分与玻璃基板间的贴合被消除，玻璃基板的割断除去部分的分离比较容易，非常有用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种脆性材料基板的割断方法，是借由照射激光光束来割断脆性材料基板，其特征在于其包括以下步骤：

在前述基板的一面的割断预定线的割断开始端以刀具形成初期龟裂的步骤；

按压前述基板的形成有前述初期龟裂的面的相反侧面的与前述初期龟裂对向的部分，使前述初期龟裂往前述基板的厚度方向进展而形成到达前述相反侧面的初期贯通龟裂的步骤；以及

从前述初期贯通龟裂沿前述割断预定线使激光光束相对移动并同时照射，以熔融温度未满的温度加热前述基板，据此借由在基板产生的热应力使初期贯通龟裂沿前述割断预定线进展的步骤。

2.一种脆性材料基板之割断方法，是借由照射激光光束来割断脆性材料基板，其特征在于其包括以下步骤：

在前述基板的一面之的割断预定线的割断开始端以刀具形成初期龟裂的步骤；

从前述初期龟裂沿前述割断预定线使激光光束相对移动并同时照射，以熔融温度未满的温度加热前述基板，据此借由在基板产生的热应力使初期龟裂沿前述割断预定线进展以形成初期进展龟裂的步骤；

按压前述基板的形成有前述初期进展龟裂的面的相反侧面的与前述初期进展龟裂对向的部分，使前述初期进展龟裂往前述基板的厚度方向进展而形成到达前述相反侧面的初期贯通龟裂的步骤；以及

从前述初期进展龟裂沿前述割断预定线使激光光束相对移动并同时照射，以熔融温度未满的温度加热前述基板，据此借由在基板产生的热应力使初期进展龟裂沿前述割断预定线进展的步骤。

3.一种脆性材料基板之割断方法，是将2片脆性材料基板贴合的积层基板中一方的脆性材料基板加以割断，其特征在于其包括以下步骤：

在第1脆性材料基板的割断预定线的割断开始端以刀具形成初期龟裂的步骤；

按压第2脆性材料基板的与前述初期龟裂对向的部分，使前述初期龟裂往第1脆性材料基板的厚度方向进展而形成到达第1脆性材料基板的相反侧面的初期贯通龟裂的步骤；以及

从前述初期贯通龟裂沿前述割断预定线使激光光束相对移动并同时照射，以熔融温度未满的温度加热第1脆性材料基板，据此借由在第1脆性材料基板产生的热应力使初期贯通龟裂沿前述割断预定线进展的步骤。

4.一种脆性材料基板之割断方法，是将2片脆性材料基板贴合的积层基板中一方的脆性材料基板加以割断，其特征在于其包括以下步骤：

在第1脆性材料基板的割断预定线的割断开始端以刀具形成初期龟裂的步骤；

从前述初期龟裂沿前述割断预定线使激光光束相对移动并同时照射，以熔融温度未满的温度加热第1脆性材料基板，据此借由在第1脆性材料基板产生的热应力使初期龟裂沿前述割断预定线进展以形成初期进展龟裂的步骤；

按压第2脆性材料基板的与前述初期进展龟裂对向的部分，使前述初期进展龟裂往第1脆性材料基板的厚度方向进展而形成到达第1脆性材料基板的相反侧面的初期贯通龟裂的步骤；以及

从前述初期贯通龟裂沿前述割断预定线使激光光束相对移动并同时照射，以熔融温度未满的温度加热第1脆性材料基板，据此借由在第1脆性材料基板产生的热应力使初期贯通龟裂沿前述割断预定线进展的步骤。

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