CN102442770A

CN102442770A - 激光割断装置

Info

Publication number: CN102442770A
Application number: CN2011102680097A
Authority: CN
Inventors: 田端淳
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2031-09-09
Also published as: CN102442770B; TW201210726A; KR20120026958A; TWI406727B; JP2012056229A; KR101197109B1; EP2428494A3; JP5202595B2; EP2428494A2

Abstract

本发明提供一种激光割断装置，是利用棒状构件而使基板弯曲的激光割断装置，于该装置中，自激光束照射方向观察，能够以激光束照射预定线与棒状构件重合的方式而迅速且正确地定位基板。本发明的激光割断装置设置有：侦测基板(50)的位置的CCD摄影机(38、39)；使固定台(11)旋转的旋转机构(25)；及于X方向移动的滑台(26)；且自激光束照射方向观察，以激光束照射预定线(51)与棒状构件(12)重合的方式，依据来自CCD摄影机(38、39)的侦测信息，通过旋转机构(25)及滑台(26)而调整固定基板(50)的固定台(11)的位置。

Description

激光割断装置

技术领域

本发明关于一种于使脆性材料基板弯曲的状态下进行激光束照射并割断的激光割断装置。

背景技术

现有作为玻璃基板等脆性材料基板的割断方法，广泛使用如下方法：使刀轮等压接滚动，形成由垂直裂痕所构成的划线之后，沿着划线自相对于基板垂直的方向施加外力而割断基板。

通常，于使用刀轮对脆性材料基板进行划线的情形时，由于刀轮赋予脆性材料基板的机械应力而易产生基板的缺陷，可能于施加外力而割断基板时产生由于上述缺陷而导致的裂痕等。

因此，近年来，使用激光割断脆性材料基板的方法付诸实用。该方法是将激光束照射至基板而使基板加热至未达熔融温度之后，通过利用冷媒冷却基板，而于基板上产生热应力，通过该热应力而自基板的表面于大致垂直的方向形成裂痕(以下可能记作「垂直裂痕」)。于该使用激光束的脆性材料基板的割断方法中，由于利用热应力，故而不会使工具直接接触于基板，割断面成为缺陷等较少的平滑的面，从而维持基板的强度。

于上述所谓激光割断方法中，为了使垂直裂痕加深，需要使激光束的照射功率变大或者使扫描速度变慢，但若使激光束的照射功率变大，则可能于基板表面产生由于加热而导致的损伤。又，若使激光束的扫描速度变慢，则加工效率降低。

因此，揭示有一种使基板弯曲并于该状态下照射激光束而加深垂直裂痕的技术。例如于专利文献1中，分别改变支撑基板的多个棒状构件的高度使基板由于自身重量而弯曲。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本特开2007-191363号公报

发明内容

[发明所欲解决的问题]

然而，于专利文献1的提案技术中，必须分别调整多个棒状构件的高度，作业繁杂。另一方面，于通过1个棒状构件而使基板弯曲的情形时，棒状构件的高度调整较容易，但要求自激光束照射方向观察，以激光束照射预定线与棒状构件重合的方式正确地定位。

本发明鉴于如此先前问题而成，其目的在于提供利用棒状构件而使基板弯曲的激光割断装置，于该装置中，自激光束照射方向观察，能够以激光束照射预定线与棒状构件重合的方式而迅速且正确地定位基板。

[解决问题的技术手段]

根据本发明，可提供一种激光割断装置，其具备：固定脆性材料基板的固定台；激光照射手段；冷却手段；及使固定于上述固定台的上述基板以激光束的照射面侧凸出的方式而弯曲的棒状构件；通过上述棒状构件而使上述基板弯曲，相对于上述基板而使上述激光照射手段及上述冷却手段相对移动，将激光束照射至脆性材料基板而加热至未达熔融温度之后，对上述基板喷附冷媒而进行冷却，利用于上述基板上产生的热应力而形成垂直裂痕并割断上述基板，其特征在于：其进而具备侦测上述基板的位置的位置侦测手段与调整上述固定台的位置的位置调整手段，自激光束照射方向观察，以激光束照射预定线与上述棒状构件重合的方式，依据来自上述位置侦测手段的侦测信息，通过上述位置调整手段而调整固定上述基板的上述固定台的位置。

此处，作为上述位置调整手段，较佳为具有：旋转机构，其以垂直于上述固定台的基板固定面的轴为中心而旋转上述固定台；及移动机构，其以上述固定台的基板固定面维持于同一平面内的方式而移动上述固定台。

又，作为上述位置侦测手段，较佳为光学性侦测形成于上述基板的检测用标记。

而且，较佳为设置有用以将上述基板固定于上述固定台的吸引固定手段。

较佳为，进而使上述棒状构件相对于上述固定台于突出位置与陷入位置自如移动，且移动至自上述固定台突出的位置，由此使上述基板弯曲。

就于上述基板较厚的情形时亦可使基板弯曲成所期望的形状的观点而言，较佳为，进而设置一对按压构件，其是以上述棒状构件为中心而将上述基板的两侧按压至上述固定台，将上述基板固定于上述固定台，通过上述一对按压构件而按压上述基板之后，通过上述棒状构件而使上述基板弯曲。

[发明的效果]

于本发明的激光割断装置中，由于自激光束照射方向观察，以激光束照射预定线与棒状构件重合的方式，可迅速且正确地定位脆性材料基板，故可通过棒状构件以于激光束照射预定线处成最大曲率的方式而使基板弯曲。而且，通过沿着激光束照射预定线照射激光束，可形成较深的垂直裂痕。

附图说明

图1表示本发明的激光割断装置的一实施形态的概说图。

图2表示基板的位置调整的一例的平面图。

图3表示使用图1的激光割断装置割断基板的情形的步骤图。

图4表示使用图1的激光割断装置割断基板的情形的步骤图。

图5说明激光束及冷却喷嘴的动作状态的立体图。

图6说明棒状构件自第1突出位置起移动至第2突出位置时的移动状态的图。

【主要元件符号说明】

11 固定台

12 棒状构件

13a、13b 按压构件

14 吸气孔(吸附固定手段)

20 基台

21 导向构件

22 滚珠螺杆

23 马达

24 球形螺母

25 旋转机构

26 滑台(移动机构)

31 支撑台

34 激光输出装置

37 冷却喷嘴

38、39 CCD摄影机(位置侦测手段)

44 反射镜面

50、50a、50b 基板/脆性材料基板

51 激光束照射预定线

52 划线

53 垂直裂痕

P 真空泵(吸附固定手段)

LB 激光束

AM 对准标记(检测用标记)

θ 角度

L 距离

具体实施方式

以下，更详细地说明本发明的激光割断装置，但本发明并不限定于所述实施形态。

图1表示本发明的激光割断装置的一例的概说图。于该图的激光割断装置中，载置、固定脆性材料基板(以下可能仅记作「基板」)50的固定台11设置于旋转机构25及滑台26(移动机构)之上。即，于图式的左右方向(X方向)自如移动的滑台26设置于基台20上，于滑台26上设置有旋转机构25。通过所述旋转机构25及滑台26，而载置、固定于固定台11的基板50于水平平面可于X方向及既定角度移动。

滑台26可移动地支撑于隔开既定距离而平行地配置于基台20上的一对导向构件21。而且，于一对导向构件21之间，与导向构件21平行地设置有通过马达23而自如地正反旋转的滚珠螺杆22。又，球形螺母24设置于滑台26的底面，且与滚珠螺杆22螺合。通过滚珠螺杆22正转或反转，而球形螺母24于X方向移动，由此，滑台26与球形螺母24一起沿着一对导向构件21于X方向移动。

于滑台26上设置有旋转机构25。而且，于该旋转机构25上设置有固定台11。旋转机构25于垂直于固定台11的方向的中心轴的周围旋转。

作为割断对象的基板50是通过真空吸附而固定于固定台11上。于固定台11的表面形成有多个吸气孔(吸附固定手段)14，所述多个吸气孔14连接于真空泵(吸附固定手段)P。通过驱动真空泵P抽吸空气而将基板50吸附固定于固定台11上。于固定台11的中央部、垂直于纸面的方向(前后方向)形成有槽部，于该槽部设置有前后方向细长的棒状构件12，该棒状构件是通过未图标的驱动手段而于自固定台11突出的位置与陷入固定台11的位置自如移动。棒状构件12位于自固定台11突出的位置后，以激光束LB照射面侧凸出的方式而使基板50弯曲。对此于下文进行详述。

于固定台11的上方以与固定台11分离对向的方式而设置有支撑台31。于支撑台31上前后方向并排设置有：用以于基板50的表面形成触发裂痕的切割轮(未图示)，用以将激光束LB照射至基板50的开口，以及用以冷却棒状构件12及基板50的表面的冷却喷嘴37(冷却手段，示于图5)。

切割轮(未图示)保持为可于与基板50压接的位置及与基板50不接触的位置升降，仅于形成成为划线52(示于图5)的开始起点的触发裂痕时，下降至与基板50压接的位置。为了抑制自触发裂痕沿着不可预测的方向产生裂痕的先行现象，触发裂痕的形成位置较佳为形成于较基板50的表面侧端更靠内侧。

自激光输出装置34射出的激光束LB通过反射镜面44而向下方反射，经由未图标的光学系统而自形成于支撑台31的开口照射至固定于固定台11上的基板50。

于支撑台31的X方向两侧设置有前后方向细长的长方体状的一对按压构件13a、13b。此一对按压构件13a、13b是通过未图标的驱动手段而于X方向及上下方向自如移动，如下述般，当将基板50固定于固定台11时，辅助以棒状构件12为中心而按压基板50的左右两侧，通过棒状构件12的突出而使基板50弯曲。另外，于棒状构件12突出时仅依靠通过固定台11的吸附固定便可固定基板50的情形时，即使不使用一对按压构件13a、13b亦可。

于固定台11的上方设置有识别预先压印于基板50的对准标记AM(检测用标记，示于图2)的一对CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合装置)摄影机(位置侦测手段)38、39。通过所述CCD摄影机38、39而识别对准标记AM，以基板50的激光束照射预定线51(示于图2)与棒状构件12于俯视时重合的方式，驱动旋转机构25及滑台26而修正基板50的位置。

具体而言，将基板50载置于固定台11上，驱动真空泵P(示于图1)并通过吸气孔14(示于图1)而将基板50吸附固定于固定台11。之后，通过CCD摄影机38、39而识别对准标记AM，检测出载置、固定于固定台11时的基板50的位置偏移。例如，如图2(a)所示般，于基板50偏移角度「-θ」、于X方向偏移距离「-L」的情形时，通过旋转机构25而使固定台11旋转角度「+θ」，并且使滑台26于X方向移动距离「+L」，以使基板50的激光束照射预定线51与棒状构件12于俯视时重合(图2(b))。旋转机构25及滑台26的驱动可同时进行，亦可先驱动任一者后驱动另一者。

在将基板50固定于固定台11而进行基板50的位置调整之后，继而，进行基板50的割断处理。图3及图4表示割断基板50的情形的步骤图。另外，关于使基板50吸附固定于固定台11的吸附手段及激光束照射手段、冷却手段，是为了简化图式而自所述图省略。

首先，使按压构件13a、13b向中央部移动之后，使其下降并将基板50按压固定于固定台11(图3(a)、(b))。通过按压构件13a、13b而进行的基板50的按压固定的程度较佳为通过传感器而进行侦测并控制以使其成为既定的按压力。又，通过按压构件13a、13b而进行的基板50的固定位置可适当地取决于基板50的材质或厚度等，但较佳为于通过棒状构件12的突出而使基板50弯曲时，使基板50的曲率半径为4000mm以下。为此，于棒状构件12的突出量为5mm以下的范围的情形时，自棒状构件12起至按压构件13a、13b为止的距离L较佳为100mm以上且300mm以下。又，较佳为按压构件13a、13b按压基板50的前后方向的整体，亦可于前后方向以既定间隔按压基板50。

而且，使棒状构件12位于自固定台11突出的第1突出位置。藉此使基板50弯曲(图3(c))。作为棒状构件12的突出量，较佳为如上述般使基板50弯曲时的基板50的曲率半径为4000mm以下，通常为0.1mm～5mm的范围。

继而，如上述般通过切割轮而于基板50上形成触发裂痕。之后，自激光输出装置34射出激光束LB(图3(d))。激光束LB由于反射镜面44而如图5所示般，大致垂直地照射至基板50表面。又，同时于激光束照射区域的后端附近自冷却喷嘴37喷出作为冷媒的水。通过将激光束LB照射至基板50，而于厚度方向以未达熔融的温度加热基板50，基板50欲发生热膨胀，由于局部加热无法膨胀，故以照射点为中心产生压缩应力。而且，于加热之后立即通过利用水冷却基板50的表面，而基板50此次收缩而产生拉伸应力。通过该拉伸应力的作用，而以触发裂痕为开始点沿着激光束照射预定线51于基板50上形成垂直裂痕53。另外，于本发明的装置中，由于于基板50的激光束照射面侧附加有基板50的弯曲所致的拉伸应力，故形成较通常更深的垂直裂痕53，根据情形可能垂直裂痕53会到达与基板50相反的面侧。

而且，通过使激光束LB及冷却喷嘴37按照激光束照射预定线51于前后方向相对地移动，而垂直裂痕53于前后方向进展从而于基板50上形成划线52。

此处所使用的激光束LB并无特别限定，可由基板的材质或厚度、欲形成的垂直裂痕的深度等适当地决定。于脆性材料基板为玻璃基板的情形时，较佳为使用玻璃基板表面的吸收较大的波长9～11μm的激光束。作为如此的激光束，可列举CO₂激光。作为激光束的照射点的形状，较佳为于激光束的相对移动方向细长的椭圆形状，相对移动方向的照射长度较佳为10～60mm的范围，照射宽度较佳为1～5mm的范围。

作为自冷却喷嘴37喷出的冷媒，可列举水或乙醇等。又，于对使用割断后的脆性材料基板的方面不造成不良影响的范围内，亦可添加界面活性剂等添加剂。作为冷媒的喷附量，通常较佳为数ml/min左右。就对通过激光束而加热的基板进行急冷的观点而言，通过冷媒而进行的基板的冷却较理想为与气体(通常为空气)一起喷射水的所谓的水喷方式。冷媒的冷却区域较佳为长径1～5mm左右的圆形状或椭圆形状。又，较佳为冷却区域为激光束的加热区域的相对移动方向后方，且以冷却区域与加热区域的中心点之间的距离为数mm～数十mm左右的方式而形成。

作为激光束LB及冷却喷嘴37的相对移动速度并无特别限定，可由欲得到的垂直裂痕的深度等适当地决定。一般地越使相对移动速度慢，则所形成的垂直裂痕越深。通常，相对移动速度为数百mm/sec左右。

继而，使棒状构件12更加突出而位于第2突出位置(图4(e))。由此，形成于基板50上的垂直裂痕53到达基板50的相反面侧，从而割断基板50。另外，于通过激光束LB的照射而形成垂直裂痕53的预备步骤中，于垂直裂痕53到达基板50的相反面侧的情形时，不需要该图所示的步骤。只要使垂直裂痕53进展至基板50的相反面侧，则棒状构件12的突出量并无特别限定，通常，自第1突出位置起为0.1mm～1mm左右的突出量即足够。另外，于使棒状构件12自第1突出位置变为第2突出位置时，可使棒状构件12的前后方向两端同时突出，亦可如图6所示般，使棒状构件12的前后方向的一侧端先突出，然后使另一端侧突出。

在进行基板50的割断后，保持使棒状构件12位于第2突出位置的状态而使按压构件13a上升并解除基板50a的按压(图4(f))。之后，解除固定台11的吸附固定，使基板50a移动至下一步骤(图4(g))。另外，保持使棒状构件12位于第2突出位置的状态而解除基板50a的按压并使其移动至下一步骤，是因为于使棒状构件12自第2突出位置移动至陷入位置之后，若移动基板50a，则于棒状构件12移动至陷入位置时，有基板50a与基板50b的端面彼此接触而损伤之虞。然后，基板50b超过棒状构件12而移动至既定距离为止，重复进行上述一系列的割断处理。另外，于图4(f)及图4(g)中所示的步骤亦可同时进行。

对作为本发明的激光割断装置的割断对象的脆性材料基板50并无特别限定，可列举玻璃、陶瓷、硅、蓝宝石等先前已知的脆性材料基板。于所述之中，本发明的激光割断装置可较佳地使用于一般认为表面压缩应力大、交叉划线较困难的化学强化玻璃或风冷强化玻璃等强化玻璃基板的割断。又，作为以本发明的激光割断装置可割断的脆性材料基板50的厚度虽是根据脆性材料基板50的材质等而不同，但于脆性材料基板50为玻璃基板的情形时，其为至大概2mm左右的厚度。

[产业上的可利用性]

于本发明的激光割断装置中，自激光束照射方向观察，可以基板的激光束照射预定线与棒状构件重合的方式而迅速且正确地定位基板。由此，可以于激光束照射预定线处成最大曲率的方式而使基板弯曲，可通过沿着激光束照射预定线照射激光束而于基板上形成较深的垂直裂痕，从而有用。

Claims

1.一种激光割断装置，其具备：固定台，其是固定脆性材料基板；激光照射手段；冷却手段；及棒状构件，其使固定于上述固定台的上述基板以激光束的照射面侧凸出的方式而弯曲；通过上述棒状构件而使上述基板弯曲，相对于上述基板使上述激光照射手段及上述冷却手段相对移动，使激光束照射至脆性材料基板而加热至未达熔融温度之后，对上述基板喷附冷媒而进行冷却，利用产生于上述基板的热应力而形成垂直裂痕并割断上述基板，其特征在于：

进而具备侦测上述基板的位置的位置侦测手段与调整上述固定台的位置的位置调整手段；

且自激光束照射方向观察，以激光束照射预定线与上述棒状构件重合的方式，依据来自上述位置侦测手段的侦测信息，利用上述位置调整手段而调整固定上述基板的上述固定台的位置。

2.如权利要求1的激光割断装置，其特征在于，上述位置调整手段具有：旋转机构，其是以垂直于上述固定台的基板固定面的轴为中心而旋转上述固定台；及移动机构，其是以上述固定台的基板固定面维持于同一平面内的方式而移动上述固定台。

3.如权利要求1或2的激光割断装置，其特征在于，上述位置侦测手段是光学性地侦测形成于上述基板的检测用标记。

4.如权利要求1或2的激光割断装置，其特征在于，设置有用以将上述基板固定于上述固定台的吸引固定手段。

5.如权利要求1或2的激光割断装置，其特征在于，上述棒状构件相对于上述固定台而于突出位置与陷入位置自如移动，且移动至自上述固定台突出的位置，由此使上述基板弯曲。

6.如权利要求1或2的激光割断装置，其特征在于，进而具备以上述棒状构件为中心而将上述基板的两侧按压至上述固定台的一对按压构件，将上述基板固定于上述固定台，通过上述一对按压构件而按压上述基板之后，由上述棒状构件而使上述基板弯曲。