CN101970364A - 用于激光刻后去除流体的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在激光刻划过程中干燥衬底表面的装置。在激光刻划过程中，细冷却液体射流跟随激光束以形成和传播局部孔隙。刻划的精度和工艺的总体稳定性取决于激光束与流体流的对准精度。一方面，该装置具有导管，该导管具有与至少一个喷嘴孔连通的至少一个内腔。该导管构造成与加压气体源连通以将加压气体引入腔内。加压气体形成气体幕，该气体幕用于从衬底的表面清除冷却流体。

Description

用于激光刻后去除流体的设备和方法

相关申请

本申请要求2008年1月15日提交的美国专利申请序列号第12/00892号的权益和优先权，其内容作为依据并以参见的方式纳入本文。

技术领域

本发明的领域总地涉及玻璃衬底的激光刻划，且更具体地涉及一种在激光刻划后清除冷却流体的设备和方法。

背景技术

在生产LCD玻璃时，必须切割玻璃衬底。在通过机械划线和断裂的玻璃常规分割中，沿边缘形成有微裂缝，如果该边缘没有作进一步的处理，则其可发展成大裂缝。使用激光刻划衬底表面有助于避免微裂缝且显著地改进了激光刻划边缘的质量。据测算，激光切割脆性材料的边缘强度比通过传统方法得到的边缘强度高30％。此外，激光切割材料的弯曲强度可提高100％。

在操作中，热感应激光分割是无接触方法，其不会产生颗粒，且由于激光相对于玻璃定位的灵活性，热感应激光分割方法允许生产几乎任何切割轮廓。通常，玻璃表面的一个区域通过在红外光谱范围内工作的CO₂激光加热。激光束相对于玻璃运动且暴露于激光的玻璃表面随后从最优的距离被冷却。一方面，施加冷却剂使得沿“加热的”切割线的局部表面突然冷却。

冷却过程中产生的张应力在玻璃表面上传播初始流，这形成了局部孔隙。尽管可能使用多种冷却剂，但在刻划例如LCD衬底具有非常低的膨胀系数的玻璃的情况中，冷却液通常是水或水浮质。在该方面中，在过程中很多水由于激光束产生的热而蒸发。然而，在一些应用中，一些冷却剂留在衬底上的刻划线周围区域中，必须去除这些冷却液以保证表面保持干燥及清洁。

需要一种非接触且通常不干扰冷却剂射流或导致玻璃偏移或振动的设备。此外，需要非常在玻璃表面高速相对运动时高效地包含和去除冷却剂的设备。

发明内容

本发明涉及用于激光刻划板材的装置和方法。在本发明的工艺的一些实施例中，其包含从表面去除急冷液体的步骤。在一个实施例中，在激光刻划过程中，细冷却液体射流跟随激光束来形成和传播局部孔隙。通常，刻划的精度和工艺的总体稳定性取决于激光束与液体射流的对准精度。考虑到从玻璃表面去除流体应不影响冷却液体射流的位置和稳定性。

根据本发明的第一方面，提供一种用于分割板材的激光刻划工艺，包括：

沿一线将激光束传递到板材的表面；

在激光束之后将冷却液体流沿与激光束大致相同的路径传送到表面上；以及

通过将弯曲气体幕引导到表面而从表面去除冷却液体，其中弯曲气体幕局部围住液体流。

根据本发明的第二方面，该装置包括导管，该导管具有与至少一个喷嘴孔流体连通的至少一个内腔。该导管构造成与加压气体源连通以将加压气体引入内腔内。一方面，该导管具有连接到中部的相应端的第一端部和第二端部，该中部可定位在第一和第二端部之间。在另一方面中，该导管的形状可设置成使得相应第一端部、第二端部以及中部相对于彼此不同轴定位。

附图说明

本发明较佳实施例的这些和其它特征将在其中参照附图的详细描述中变得更加显而易见，在附图中：

图1是根据本发明的用于干燥衬底表面的装置的一个实施例的部分透视立体图。

图2是图1的干燥装置的剖切正视图，示出多个内腔，多个喷嘴孔以及出口角。

图3是图1的干燥装置的剖切正视图，示出大约90度的出口角。

图4是图1的干燥装置的剖切左视图，示出装置中部内的内腔。

图5是图1的干燥装置的俯视平面图。

图6是图1的干燥装置的一个实施例的立体图，示出从该装置向衬底发射的气体幕。

图7是相对于激光束和液体射流定位的图1的装置的俯视平面图。

图8是图1的干燥装置的剖切正视图，示出缩短的细长喷嘴孔。

图9是衬底上静压轮廓示意图，示出图3的装置在离衬底大约4mm的距离处。

图10是衬底上静压轮廓示意图，示出图3的装置在离衬底大约10mm的距离处。

图11是衬底上静压轮廓示意图，示出图3的装置在离衬底大约20mm的距离处。

图12是衬底上静压轮廓示意图，示出图3的装置在离衬底大约20mm的距离处。

具体实施方式

参照下面的详细描述、实例、附图和权利要求书、以及其之前和之后的描述，可更容易地理解本发明。然而，在披露和描述本设备、系统和/或方法之前，应该理解，除非另外规定，本发明并不局限于所披露的特定设备、系统和/或方法，而是当然同样可作改变。还应当理解本文所使用的术语仅为了描述特定的方面而不意味着是限制性的。

本发明的以下描述被提供为本发明的最好的实现示教，通常称为实施例。为此，相关领域的技术人员能够认识并理解，对本文所描述的本发明的各个方面可以作出许多改变，并且同样能够获得本发明的有益结果。同样不言而喻，通过选择本发明的一些特征而不利用其他特征，可以获得一些本发明所需的益处。因此，本领域的工作人员可以认识到，对本发明作出许多改进和调整是可能的，在某些情况下甚至是所希望的，它们是本发明的一部分。因此，提供以下描述作为对本发明原理的说明而不构成对本发明的限制。

在全文中所使用的单数形式“一”“一个”和“该”包括复数指示物，除非文中清楚地另有说明。因此，例如“一喷嘴孔”可以包括两个或更多个这样的喷嘴孔，除非文中另外指明。

在本文中，范围可表达为从“约”一个特定值和/或到“约”另一特定值。当表示这样一个范围的时候，另一个方面包括从一个特定值和/或到另一特定值。类似地，当使用前缀“约”表示数值为近似值时，应理解，具体数值形成另一个方面。还应理解，每个范围的端值无论是与另一个端值联系起来还是独立于另一个端值，都是有意义的。

如同这里所使用的那样，术语“可供选择的”或“可供选择地”是指后述的事件或情况可能发生或可能不发生，该描述包括所述事件或情况发生和不发生的情况。

本发明涉及激光刻划过程中用于干燥衬底50表面的装置和方法。在激光刻划过程中，细冷却液体射流100跟随激光束200来形成和传播局部孔隙。刻划的精度和工艺的总体稳定性取决于激光束与流体流的对准精度。由此，从表面去除流体应不影响冷却液体射流100的位置和稳定性。尽管，在一较佳实施例中，在衬底50保持静止的同时激光束200与干燥装置大致沿刻划路径200运动，但也可考虑到衬底运动而激光保持静止。此外，在一方面，从冷却液体射流推出的流体是水。然而，可考虑其他冷却流体，例如但不限于，液氮、空气-水混合物、乙醇与去离子水的混和或二氧化碳。当激光束被衬底材料吸收时，将沿行进路径的区域的温度加热到高的水平。冷却液体流用作急冷介质，其跟随激光束的行进路径，允许沿路径产生和传播裂缝。

根据本发明的方法，将弯曲气体幕引导到待刻划的衬底的表面。在某些实施例中，理想的是该幕应至少部分地围绕急冷液体。在某些实施例中，该气体幕按与急冷流体流基本相同的方向前进。在某些其它实施例中，气体幕相对于衬底基本上保持静止。在某些其它实施例中，气体幕基本上完全从衬底表面去除急冷液体。在某些其它实施例中，气体幕包括空气。

在一个方面，该装置包括具有至少一个内腔310的导管300。与腔310连通的是导管300的外表面302的一部分内的至少一个喷嘴孔320。该导管构造成与加压气体源连通以将加压气体引入腔内。在一方面，导管具有第一端部330、第二端部340以及大致在所述第一和第二端部分之间的中部350。在另一方面，导管的形状做成使所述第一端部330、第二端部340以及中部350不共线。同样，在一示例性方面，导管300呈大致U形。在又一示例性方面，导管呈大致C形。在又一示例性方面，导管呈大致V形。然而，也可考虑其他导管形状。

可理解的是可以有一个喷嘴孔320或多个喷嘴孔构造成以形成与导管300形状大致相符的气体幕110的方式向衬底的表面推进由内腔接纳的加压气体层流。“幕”指的是气体形成层状分隔。幕110可具有连续和间断的部分，或其可基本上连续或基本上间断。

在一方面，有多个内腔。例如但不限于，可有3个内腔310，内腔中的至少一个限定在导管的中部内，内腔中的至少一个限定在导管的第一端部内，且内腔中的至少一个限定在导管的第二端部内。每个腔310可构造成与加压气体源连通，或它们可互相连通而相应腔中的一个与加压气体源连通。在另一个方面，每个腔构造成与加压气体源连通，到每个腔的加压气体流动是单独可控的。在一示例性方面中，加压气体包括空气，但可考虑其它气体。

在另一方面，该装置包括至少三个喷嘴孔。喷嘴孔中的一个限定在中部的外表面302内并与限定在导管的中部内的内腔310连通。喷嘴孔中的另一个限定在导管的第一端部的外表面内，并与限定在导管的第一端部内内腔连通。第三喷嘴孔320限定在导管300的第二端部的外表面内，并与限定在导管的第二端部内的内腔连通。如图所示，在一方面，限定有第一、第二以及第三喷嘴孔的相应外表面大致共面。

在另一方面，喷嘴孔每个形成为限定在导管的大致共面表面部分内的细长狭缝。如上所述，每个喷嘴孔构造成将加压气体的层流向衬底表面引导。在另一示例性方面，喷嘴孔构造成以大约30°至大约90°范围的出口角α将加压气体的层流向衬底表面引导。在另一方面，喷嘴孔构造成以大约30°到大约45°范围的出口角α将加压气体的层流向衬底表面引导。在又一方面，喷嘴孔构造成以大约75°到大约90°范围的出口角α将加压气体的层流向衬底50表面引导。在一方面，从喷嘴的出口角α与相对于衬底表面的入射角互补。

除了出口角之外，腔和喷嘴孔具体的几何尺寸以及外表面形状对流体去除装置的性能可具有实质性影响。已完成本发明的至少两个方面的原型测试。在一方面，如图1所示，喷嘴孔包括细长狭缝。用在从大约30到大约90的范围内的多个出口角对孔进行测试。结果，具有从大约75到大约90的出口角的方面对冷却流体射流的影响最小，虽然较小的出口角提供了较好的清洁效果，但与冷却流体射流有更多干涉。如可预期的那样，图9-11示出衬底上的静压随着装置进一步远离衬底定位而减小。在这些图中，明亮部分代表较高静压的区域。图9示出当装置在4mm处的静压轮廓；图10示出在10mm处；且图11示出在20mm处。如可看到的那样，当设备进一步远离衬底定位时，衬底上的静压轮廓被限定得越少。

在另一方面，如图8所示，对流体去除装置进行了测试，这里喷嘴孔包括了比图2和3中装置短的细长狭缝。这种几何尺寸减小了由腔内壁产生的气体流的干扰，其导致了在远离流体去除装置处较少的紊流气流。这在示出图12中，图12示出当图8设备在大约25mm处定位时，衬底上的静压轮廓。如可看到的那样，该设备在较长的范围(即25mm)呈现比图2和图3的设备较好的效果，如图12相对于图11所表明的那样。还示出，在较接近于衬底的距离处(即10mm)，包括较长细长狭缝的设备比具有较短细长狭缝的设备效果更好。

现参考图7，冷却液体源大致跟随激光束200的刻划路径210。在一方面中，导管至少基本包围位于腔360中的冷却液体源，腔360由导管相应的第一和第二端部以及中部350形成。在该方面中，如可理解那样，气体幕110部分地围绕冷却液体源，且当冷却液体源运动时，气体幕基本清洁衬底上的冷却液体并防止冷却液体进一步弄湿衬底。在一方面中，装置在使用时远离衬底大约0.5mm至大约50mm定位。另一方面，装置在使用时远离衬底大约1mm至大约12mm定位。

在一方面，导管可包括多种足够刚性且耐用的材料。例如但不限于，导管可包括钢、铝、黄铜、镍或其它金属合金，或聚合物等。在又一方面，如图1所示，外表面是小圆角的，这对产生柯恩达(Coandǎ)效果以沿气体幕方向引导一些外部空气流可具有有利的影响。已示出的用于导管的一些表面特征是有利的，包括低的表面粗糙度(大约32或更低的AA粗糙度)、承受激光刻划工艺的典型工作环境温度的能力并耐腐蚀。本领域具有普通技术的人员应理解各种材料可能适合或不适合导管。

尽管在前述的说明书中已经披露了本发明的若干实施例，但是熟悉本领域的技术人员在得益于前述描述和相关附图中所呈现的说明之后应能理解，可以想到本发明所适合的许多改型和其它实施例。因此，应能理解，本发明不限于上文所披露的具体实施例，许多改型和其它的实施例都将包含到附后权利要求书的范围之内。而且，尽管这里以及附后的权利要求书中采用了特定术语，但是这些特定术语仅仅用作一般描述意义，而不用来限制本发明和附后的权利要求。

Claims (10)

1.一种用于分割板材的激光刻划方法，包括：

沿一线将激光束传递到所述板材的表面；

在所述激光束之后将急冷液体流沿与所述激光束大致相同的路径传送到所述表面上；以及

通过将弯曲气体幕引导到所述表面而从所述表面去除所述急冷液体，其中所述弯曲气体幕局部围住所述液体流。

2.如权利要求1所述的激光刻划方法，其特征在于，所述弯曲气体幕基本上不改变所述液体流在所述表面上的预期行进路径。

3.如权利要求1或2所述的激光刻划方法，其特征在于，所述板材包括玻璃，且所述急冷液体流包括水。

4.如前述权利要求中任一项所述的激光刻划方法，其特征在于，所述气体幕基本上干燥所述表面。

5.如前述权利要求中任一项所述的激光刻划方法，其特征在于，通过以下装置将所述气体幕传送到所述表面上，所述装置包括：

导管，所述导管具有外表面并在所述外表面的一部分内限定至少一个内腔和至少一个喷嘴孔，其中所述至少一个喷嘴孔与所述至少一个腔连通，且所述导管具有第一端部、第二端部以及大致在所述第一端部与第二端部分之间的中部，且所述导管的形状做成使所述第一端部、第二端部以及中部不共线；

其中所述至少一个喷嘴孔构造成将由所述至少一个内腔接收的加压气体的层流推向所述衬底的所述表面，从而形成大致符合所述导管形状的气体幕。

6.一种用于在激光刻划过程中干燥衬底表面的装置，包括：

导管，所述导管具有外表面并在所述外表面的一部分内限定至少一个内腔和至少一个喷嘴孔，其中所述至少一个喷嘴孔与所述至少一个腔连通，且所述导管具有第一端部、第二端部以及大致在所述第一端部与第二端部分之间的中部，且所述导管的形状做成使所述第一端部、第二端部以及中部不共线；

其中所述至少一个喷嘴孔构造成将由所述至少一个内腔接收的加压气体的层流推向所述衬底的所述表面，从而形成大致符合所述导管形状的气体幕。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述导管是大致U形、V形或C形的。

8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述至少一个内腔包括多个内腔。

9.如权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个内腔包括至少三个内腔，且所述内腔中的至少一个限定在所述导管的所述中部内，所述内腔中的至少一个限定在所述导管的所述第一端部内，且所述内腔中的至少一个限定在所述导管的第二端部内。

10.如权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个喷嘴孔包括至少三个喷嘴孔，且所述多个喷嘴孔中的第一个限定在所述中部的外表面内并与限定在所述导管的所述中部内的所述至少一个内腔连通，所述多个喷嘴孔中的第二个限定在所述导管的所述第一端部的外表面内并与所述导管的所述第一端部内限定的所述至少一个内腔连通，所述多个喷嘴孔的第三个限定在所述导管的所述第二端部的外表面内并与与限定在所述导管的所述第二端部内的所述至少一个内腔连通。

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