CN101934427B - 脆性材料基板的割断方法 - Google Patents

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Abstract

于使用激光的脆性材料基板的割断方法中，使垂直龟裂确实进展至割断预定线的终端。具有：于脆性材料基板的一面的割断预定线的割断开始端形成初期龟裂的步骤；以及从前述初期龟裂沿前述割断预定线使激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，之后立刻以冷却媒体冷却，以此使基板产生的热应力，使前述初期龟裂沿前述割断预定线进展，形成到达前述基板的背面的垂直龟裂的步骤。此外，在使前述初期龟裂进展的步骤途中使前述激光束的加热条件及冷却媒体的冷却条件的至少一方变化，形成不到达前述基板背面的垂直龟裂。

Description

脆性材料基板的割断方法
技术领域
本发明是关于脆性材料基板的割断方法，更详细地是关于使用激光的脆性材料基板的割断方法。
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龟裂(以下称为「垂直龟裂」)，之后，对基板施加机械性的按压力，使垂直龟裂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龟裂的场合，会产生被称为玻璃屑(cullet)的小破片，可能因此玻璃屑而于脆性材料基板的表面产生伤痕。此外，于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，据此由于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龟裂，以此割断脆性材料基板的方法已有各种检讨、开发。由于此使用激光束的割断方法是非接触加工，故可抑制上述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束的割断方法中，如图4(a)所示，有垂直龟裂L2的进展于割断预定线L1的终端(基板端部)附近中断的问题。若在于割断预定线L1的终端未形成垂直龟裂的状态下对基板G施加按压力以割断，会如同图4(b)所示割断线的终端部分L3从割断预定线L1偏离，无法获得充分的尺寸精度。因此，以往关于割断预定线L1的终端的未形成垂直龟裂L2的部分，可能需要使刀轮压接转动重新形成垂直龟裂的作业。
针对此点，例如在专利文献1(日本特开平8-175837号公报)有提案在于割断预定线的始点形成初期龟裂后，对割断预定线的周围施加弯曲力矩并同时局部加热，使垂直龟裂沿割断预定线进行至终端的技术。
然而，在前述提案技术中，要在割断预定线的周围正确形成弯曲力矩，必须将楔正确配置于基板背面的对应于割断预定线的位置，需要严密的作业。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脆性材料基板的割断方法，以比较简单的作业使垂直龟裂确实进展至前述割断预定线的终端。
为实现上述目的，本发明提供的脆性材料基板的割断方法具有：于脆性材料基板的一面的割断预定线的割断开始端形成初期龟裂的步骤；以及从前述初期龟裂沿前述割断预定线使激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，之后立刻以冷却媒体冷却，以此使基板产生的热应力，使前述初期龟裂沿前述割断预定线进展，形成到达前述基板的背面的垂直龟裂的步骤，其特征在于：在使前述初期龟裂进展的步骤的途中使前述激光束的加热条件及冷却媒体的冷却条件的至少一方变化，形成不到达前述基板的背面的垂直龟裂。
在此，从使垂直龟裂确实进展至前述割断预定线的终端的观点，于前述割断预定线的终端附近使前述加热条件及冷却条件的至少一方往于前述基板产生的热应力变小的方向变化较理想。
前述变化的加热条件是激光束的相对移动速度、照射点形状、照射输出中至少一个较理想。前述变化的冷却条件是冷却媒体的吹送点位置较理想。
此外，从使垂直龟裂确实进展至前述割断预定线的终端的观点，可进一步设在使前述初期龟裂沿前述割断预定线进展后，于进展后的龟裂的周围施加弯曲力矩的步骤。
本发明的效果：
在本发明的脆性材料基板的割断方法中，以使前述激光束的加热条件及冷却媒体的冷却条件的至少一方在前述相对移动的途中变化的比较简单的作业即可使垂直龟裂进展至前述割断预定线的终端。由此，于割断预定线的后端部分端面质量提升。
若于前述割断预定线的终端附近使前述加热条件及冷却条件的至少一方往于前述基板产生的热应力变小的方向变化，例如，从激光束的照射开始至条件变更是于基板厚度方向形成涵盖全体的贯通垂直龟裂，条件变更后是于基板厚度方向形成既定深度的垂直龟裂。
若使前述变化的加热条件为激光束的相对移动速度、照射点形状、照射输出中至少一个，并使前述变化的冷却条件为冷却媒体的吹送量、吹送点位置、冷媒温度中至少一个，容易控制于基板产生的热应力，可控制沿割断预定线进展的垂直龟裂的深度。
此外，若进一步设在使前述初期龟裂沿前述割断预定线进展后，于进展后的龟裂的周围施加弯曲力矩的步骤，可确实割断脆性材料基板。
附图说明
图1显示实施本发明的割断方法的割断装置的实施例的构成图。
图2显示本发明的割断方法中的激光加热及冷却的概略立体图。
图3显示在垂直龟裂的进展的途中，使加热条件及/或冷却条件变化的场合的垂直龟裂形成状态的玻璃基板的俯视图。
图4是说明于公知的割断方法中，垂直龟裂在割断预定线的后端附近中断场合的问题。
附图中主要组件符号说明：
3激光照射手段；4冷却手段；G玻璃基板(脆性材料基板)；19马达旋转速度控制；33激光输出控制；43冷却点位置控制；L1割断预定线；L2割断线；S1激光照射点；S2冷却点；CR1垂直龟裂(涵盖基板厚度全体的龟裂)；CR2垂直龟裂(比基板厚度浅的龟裂)。
具体实施方式
以下虽针对本发明的脆性材料基板的割断方法更详细说明，但本发明并不限于此等实施型态。
于图1显示可实施本发明的割断方法的割断装置的一例概说图。在图1的割断装置中，于水平的架台11上隔既定距离平行设有一对导轨13a、13b。此外，设有在此一对导轨13a、13b上于纸面垂直方向移动的滑动台12。从滑动台12的下面往下方垂设有支柱15。与导轨13a、13b平行地配置于导轨13a、13b之间的导螺杆14螺合于此支柱15，由导螺杆14由未图示的马达正逆转，滑动台12沿导轨13a、13b移动。
于滑动台12的上设有载置玻璃基板G的保持台2。保持台2具有被配置为可沿一对导轨13c(13d)于图的左右方向移动的台座21、设于此台座21上的旋转机构22、旋转台23。旋转台23设为可由旋转机构22自由旋转，于其上玻璃基板G以被未图示的真空吸引手段固定。
于保持台2的上方的安装架50设有激光照射手段3、接近此激光照射手段3的冷却手段4。激光照射手段3具有光学保持具31与激光振荡器32，从激光振荡器32发射的激光束由光学保持具31成为往既定方向延伸的长圆形的激光点被照射至玻璃基板上。
冷却手段4具有喷嘴41、使喷嘴41移动的电磁线圈42。从喷嘴41向玻璃基板G吹送水、氦气、二氧化碳等冷却媒体。如后述，由以电磁线圈42使喷嘴41移动，可改变激光束照射点与冷却点的距离。
另外，在于此图显示的割断装置是固定激光照射手段3及冷却手段4并使玻璃基板G与保持台2一起移动，但亦可使激光照射手段3及冷却手段4移动并固定玻璃基板G，或使激光照射手段3及冷却手段4、玻璃基板G双方移动。
于此种构成的割断装置中，激光振荡器32的输出或照射点形状、从喷嘴41的冷却媒体的吹送量、冷却点位置、马达17的旋转速度等的控制是以被计算机控制进行。在此图是做为控制手段的一例显示激光振荡器的输出控制33、冷却点位置的控制手段43、马达17的旋转速度控制手段19。
针对使用前述割断装置割断玻璃基板的场合各步骤于以下说明。首先，将玻璃基板G载置于旋转台23并以未图示的真空吸引手段固定。之后，调整为由光学保持具31产生的激光照射点S1(于图2所示)、由喷嘴41产生的冷却点S2(于图2所示)对相对移动方向以此顺序位于割断预定线L1(于图2所示)的在线。其次，于玻璃基板G的割断预定线L1的割断开始端形成初期龟裂。
之后，使激光振荡器32起动以对玻璃基板G照射激光束并从喷嘴41喷射冷却媒体，同时使马达17驱动以使导螺杆16旋转，使保持台2往图1的左方向移动。如图2所示，由此，激光照射点S1与冷却点S2沿割断预定线L1相对移动。在被照射激光束的激光照射点S1，玻璃基板G被加热而产生局部压缩应力，在被喷雾冷却媒体的冷却点S2，玻璃基板G被冷却而产生局部拉伸应力。于是，垂直龟裂L2由被形成的热应力分布而从初期龟裂沿割断预定线L1进展。
进展的垂直龟裂L2的深度会因使加热条件及冷却条件的至少一方变化而受控制。显示本发明所进行的实验结果的一例。
使用二氧化碳激光、使激光束的照射输出为120-500W、相对移动速度为100mm/sec以下，激光照射点的长度为20-50mm、宽度为4-6mm，使用水做为冷却媒体、使从激光照射点至冷却点的距离为10-20mm，使喷雾量为0.6-1.5cm3/min，对厚度0.7mm的无碱玻璃基板进行割断处理的结果，形成于前述玻璃基板的垂直龟裂到达玻璃基板的背面的龟裂。
另外，使用二氧化碳激光、使激光束的照射输出为50-500W、相对移动速度为50-1000mm/sec，激光照射点的长度为30-100mm、宽度为0.8-4mm，使用水做为冷却媒体、使从激光照射点至冷却点的距离为未满10mm，使喷雾量为0.6-1.5cm3/min，对相同厚度的无碱玻璃基板进行割断处理的结果，形成于前述玻璃基板的垂直龟裂是相对于玻璃基板的厚度10-20％程度的龟裂。
欲有效率地进行玻璃基板G的割断，于割断预定线L1的全域形成到达基板的背面的垂直龟裂虽最理想，但若如以往固定激光的加热条件及冷却媒体的冷却条件进行基板的割断，会产生垂直龟裂的进展于割断预定线的基板端部附近中断的现象。垂直龟裂的进展中断的位置虽因基板的厚度或材质而异，但一般为离终端数mm～十数mm程度。
针对此问题，在本发明是于垂直龟裂的进展中断的位置或即将中断的位置使加热条件及冷却条件的至少一方变化，以使垂直龟裂不会中断而继续进展。具体系如图3(a)所示，如前述调整加热条件及冷却条件，使到达玻璃基板G的背面的垂直龟裂CR1从割断预定线L1的开始端进展。之后，在离割断预定线的终端10mm程度的位置使加热条件及冷却条件的至少一方往于前述基板G产生的热应力变小的方向变化。如此一来，被形成的垂直龟裂虽成为相对于玻璃基板G的厚度10-20％程度的垂直龟裂CR2，但不会中断而会进展至割断预定线L1的终端(基板端部)。同图3(b)是使加热条件及/或冷却条件变化的时点更提早的场合，即使在此种场合，从开始端至条件变更前形成垂直龟裂CR1，条件变更后垂直龟裂CR2进展至割断预定线的终端。通常，使加热条件及冷却条件为相同条件进行割断的场合的垂直龟裂的进展中断的位置会有误差，故使加热条件及冷却条件变化的位置选择离终端20mm以上的位置在实际使用上较理想。
前述变化的加热条件是激光束的相对移动速度、照射点形状、波长、照射输出的中至少1个较理想。前述变化的冷却条件是冷却媒体的吹送量、吹送点位置、冷媒温度的中至少1个较理想。此外，于此等条件使变化的方向是于基板产生的热应力变小的方向较理想。
在图1显示的割断预定线是使马达17的旋转速度变化，以使激光照射手段3及冷却手段4的对玻璃基板G的相对移动速度变化。具体前述的相对移动速度于割断预定线的终端附近变快。且同时使激光照射点与冷却点的距离变化。具体是于割断预定线的终端附近对电磁线圈42通电使喷嘴41往接近光学保持具31的方向移动。此外，由降低激光输出或使激光照射点的形状变长或使宽度变窄而成为更细长的长圆形来使于基板产生的热应力变小亦无妨。
如以上的做法，在将垂直龟裂CR1、CR2形成至割断预定线L1的终端后，于垂直方向对基板G施加按压力。由此，对割断预定线L1的后端部分的未达基板背面的垂直龟裂CR2的周围施加弯曲力矩，使垂直龟裂CR2进展至基板背面侧。当然，在垂直龟裂CR2因基板G的自重等而进展至基板背面侧的场合便无施加上述按压力的必要。
以本发明的脆性材料基板的割断方法可使垂直龟裂进展至割断预定线的终端，于割断预定线的后端部分端面质量提升，甚为有用。

Claims (3)

1.一种脆性材料基板的割断方法，具有：
于脆性材料基板的一面的割断预定线的割断开始端形成初期龟裂的步骤；以及
从前述初期龟裂沿前述割断预定线使激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，之后立刻以冷却媒体冷却，使基板产生的热应力，使前述初期龟裂沿前述割断预定线进展，形成到达前述基板背面垂直龟裂的步骤，其特征在于：
在使前述初期龟裂进展的步骤途中，于垂直龟裂的进展中断的位置或即将中断的位置使前述激光束的加热条件及冷却媒体冷却条件的至少一方往于脆性材料基板产生的热应力变小的方向变化，形成不到达前述基板的背面的垂直龟裂。
2.如权利要求1所述的脆性材料基板的割断方法，其中，前述变化的加热条件是激光束的相对移动速度、照射点形状、照射输出中至少一个，前述变化的冷却条件是冷却媒体的吹送点位置。
3.如权利要求1所述的脆性材料基板的割断方法，其中，具有在使前述初期龟裂沿前述割断预定线进展后，于进展后的龟裂周围施加弯曲力矩的步骤。
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