CN103481381A - 脆性片状结构的切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种脆性片状结构的切割方法，该方法包括：提供一脆性片状结构，该脆性片状结构具有一切割面；在所述切割面上形成一第一切割线，该第一切割线将所述切割面分成一第一区域及一第二区域，该第一区域具有预定图形；沿所述第一切割线的切线在所述切割面的第二区域上形成至少一第二切割线，并以所述第一切割线为端点在该切割面的第二区域上形成多个第三切割线；以及沿第一切割线、所述至少一第二切割线及多个第三切割线分离所述脆性片状结构，即可得到预定图形的脆性片状结构。

Description

脆性片状结构的切割方法
技术领域
本发明涉及一种脆性片状结构的切割方法，尤其涉及一种具有特定形状的脆性片状结构的切割方法。
背景技术
脆性材料一般是指在外力作用下（如拉伸、冲击等）仅产生很小的变形就会被破坏断裂的材料，如硅片，其切割方法一般包括先采用外力或激光等方法在脆性材料的表面形成切割线，这些切割线将该脆性材料的表面形成预定的方形区域；然后再沿这些切割线以机械或手动的方式分离该脆性材料即可得到预定的方形脆性材料。
然而，硅片为单晶结构，其晶向比较明显。硅片分割断裂时，比较容易沿着硅片的解里面断裂，从而使得硅片的断裂面比较规则，容易为平面，不容易得到曲面状的断裂面。所以采用的切割方法不容易得到圆形、椭圆形及不规则多边形等具有曲面及特定形状的硅片。另外，除了硅片之外的其他脆性材料，如玻璃，采用常用的方法也不容易被切割成圆形、椭圆形等特殊形状。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种切割脆性片状结构方法，以得到具有特定形状的脆性片状结构。
一种脆性片状结构的切割方法包括以下步骤：提供一脆性片状结构，该脆性片状结构具有一切割面；在所述脆性片状结构的切割面上形成一第一切割线，该第一切割线将所述切割面分成一第一区域及一第二区域，该第一区域具有预定图形；沿所述第一切割线的切线在所述切割面的第二区域上形成至少一第二切割线，并以所述第一切割线为端点在该切割面的第二区域上形成多个第三切割线；以及沿所述第一切割线、至少一第二切割线及多个第三切割线分离所述脆性片状结构，从而得到具有预定图形的脆性片状结构。
与现有技术相比较，本发明提供的脆性片状结构的切割方法先采用激光在脆性片状结构上形成第一切割线以得到具有预定图形的区域；然后再在所述脆性片状结构的切割面上形成第二切割线及第三切割线以分散或减小分离脆性片状结构时所述产生的应力，并引导所述脆性片状结构沿着所述第一切割线、第二切割线及第三切割线分离，从而可以得到具有预定图形的脆性片状结构。另外，该切割方法比较简单，而且易于操作。
附图说明
图1是本发明实施例提供的脆性片状结构的切割方法流程图。
图2是本发明第一实施例提供的切割硅片的工艺流程图。
图3是本发明第二实施例提供的切割硅片的工艺流程图。
图4是本发明第三实施例提供的切割形成有碳纳米管阵列的硅片的工艺流程图。
主要元件符号说明
硅片 10；100；20；32
第一切割线 110；210；310
切割面 112
第一区域 114；214；314
第二区域 116；216；316
第二切割线 120；220；320
第三切割线 130；230；330
圆心 218
弧 219
圆心切割线 240
脆性片状结构 30；300
碳纳米管阵列 340；34
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，本发明实施例提供一种脆性片状结构的切割方法。该切割方法包括以下步骤：
S10，提供一脆性片状结构，该脆性片状结构具有一切割面；
S20，在所述脆性片状结构的切割面上形成一第一切割线，该第一切割线将所述切割面分成一第一区域及一第二区域，该第一区域具有一预定图形；
S30，沿所述第一切割线的切线在所述切割面的第二区域上形成至少一第二切割线，并以所述第一切割线为端点在该切割面的第二区域上形成多个第三切割线；以及
S40，沿所述第一切割线、至少一第二切割线及多个第三切割线分离所述脆性片状结构，从而得到具有预定图形的脆性片状结构。
步骤S10中的脆性片状结构包括一脆性材料层。其中该脆性片状结构可以为单层结构，也可以为多层结构。当该脆性片状结构为单层结构时，该脆性片状结构为所述脆性材料层，该脆性材料层的材料可以为非金属，如硅片、陶瓷、玻璃、石英或玻璃硅晶圆。优选地，该脆性材料具有单晶结构。当该脆性片状结构为多层结构时，该脆性片状结构可以包括所述脆性材料层以及一设置于该脆性材料层的功能层。该功能层可以是一电路系统、碳纳米管阵列或镀层等。所以，该脆性片状结构可以是一个表面形成有电路的硅片、一形成有碳纳米管阵列的硅片、陶瓷片、玻璃片、石英板、一个表面形成有镀层的陶瓷片、玻璃片或石英板等。所述脆性片状结构的切割面为脆性材料层的表面。当该脆性片状结构为多层结构时，该切割面为所述脆性材料层远离所述功能层的表面。即，该切割面不是所述功能层的表面，该脆性材料层设置有功能层的表面与该切割面相对设置；也可以说，该切割面与所述功能层分开设置。如，当该脆性片状结构为形成有一电路系统的硅片，该切割面为该硅片远离其上的电路系统的表面。其中，本文中的脆性片状结构在水平方向上的长度或面积远大于其中垂直方向上的长度或面积，如脆性片状结构在水平方向上的长度或面积大于等于其中垂直方向上的长度或面积的10倍。
步骤S20中采用激光在所述切割面上沿所述特定形状形成所述第一切割线。具体地，相对移动一激光束及所述脆性片状结构，该激光束在该脆性片状结构的切割面上沿所述预定形状形成所述第一切割线，从而在该切割面上形成具有所述预定形状的第一区域。所述第一区域的预定图形为实际需要的脆性片状结构的图形。所述切割面的第二区域为该脆性片状结构的切割面上除了所述第一区域之外的其他区域。所述第一区域的预定图形可以为具有弧形结构的图形或多边形。其中，该具有弧形结构的图形可以为圆形、椭圆形、扇形等图形。所述多边形可以为四边形、五边形、六边形或八边形等。该预定图形还可以为其他不规则的图形，如波浪形或锯齿形等。当然，该预定图形也可以是三角形。
步骤S30为相对移动所述激光束及所述脆性片状结构，使激光束沿形成所述第一区域的第一切割线的几何切线形成所述至少一个第二切割线；以及使该激光束以所述第一切割线为端点，沿远离所述第一区域的方向在所述第二区域上形成多个第三切割线。因此，该至少一第二切割线及多个第三切割线分布在所述第一切割线的周围。其中，该至少一个第二切割线可能与所述第一切割线部分重合；如，当所述切割面的第一区域为多边形时。优选地，使所述激光束在所述切割面的第二区域上形成两个相互平行的第二切割线，所述多个第三切割线分布在所述两个第二切割线之间。该多个第三切割线的反向延伸方向伸入该切割面的第一区域中，且不与所述第一切割线至少部分重合。该至少一个第二切割线与该多个第三切割线可以平行设置，也可以不平行设置。优选地，该多个第三切割线与所述至少一个第二切割线相互平行。可以理解，该步骤S30中可以先在所述切割面上形成所述至少一个第二切割线，再形成所述多个第三切割线；该步骤S30也可以先在所述切割面上形成所述多个第三切割线，再形成所述至少一个第二切割线。也就是说，所述第二切割线与第三切割线的形成顺序不限，只要在所述切割面的第二区域形成第二切割线及第三切割线即可。
需要说明的是，本文中的“切割线”指的是没有穿透所述脆性片状结构的，而在脆性片状结构的切割面上形成的划痕。进一步，本文中的“第一切割线”、“第二切割线”及“第三切割线”都没有穿透所述脆性片状结构的脆性材料层，并没有伤到所述功能层，所以，本文中的“切割线”并没有完全切断该脆性片状结构。
步骤S40可以为先沿所述至少一个第二切割线分离所述脆性片状结构，然后沿所述多个第三切割线分离所述脆性片状结构。其中，该步骤S40可以采用一机械力沿所述第一切割线、至少一个第二切割线及多个第三切割线分离所述脆性片状结构。具体地，该步骤S40可以采用机械力沿所述至少一个第二切割线及多个第三切割线直接掰断所述脆性片状结构。进一步，该步骤S40可以先采用机械力沿所述至少一个第二切割线掰断所述脆性片状结构，然后再利用机械力沿所述多个第三切割线分离所述脆性片状结构。
由于脆性材料的结构特性，脆性片状结构不容易处理成圆形、椭圆形及不规则多边形等特定形状。尤其时，当该脆性材料为单晶结构时，由于具有单晶结构的脆性材料的晶向比较明显，包含脆性材料的脆性片状结构在被切割分离时，比较容易沿着具有单晶结构的脆性材料的解里面断裂，从而使得脆性片状结构的断裂面比较规则，容易为平面，不容易为上述的特定形状，所以不容易处理成上述的特定形状。本发明提供的切割脆性片状结构的方法先在切割面上形成具有特定形状的区域，再在切割面上形成至少一个第二切割线及多个第三切割线有利于减少所述脆性片状结构在分离时产生的应力，并且引导所述脆性材料沿这上述切割线断裂，从而得到具有上述特定形状的脆性片状结构。
下面就以包括硅片的脆性片状结构为例，进一步介绍本发明。
请参阅图2，本发明第一实施例提供一种切割硅片100得到较小直径的圆形硅片10的方法。该方法包括以下步骤：
首先，提供一直径大约为4英寸的圆形硅片100，该硅片100具有一切割面112。
其次，采用激光在切割面112上形成一第一切割线110。该第一切割线110将所述切割面112分成第一区域114及第二区域116，且该第一区域114的形状为直径大约为1英寸的圆形。
然后，沿该第一切割线110的几何切线形成两条第二切割线120，该两条第二切割线120相互平行。在位于该两条第二切割线120之间的第二区域116上形成多条第三切割线130。该多条第三切割线130分别以所述第一切割线110为端点。该多条第三切割线130均匀分布在该两条第二切割线120之间，且与该两条第二切割线120相互平行。
最后，采用机械力先分别沿所述两条第二切割线120直接掰断所述硅片100，再沿所述多条第三切割线130分离剩余的形成有第一切割线110的硅片100。即可得到直径大约为1英寸的圆形硅片10。
请参阅图3，本发明第二实施例提供一种切割硅片100得到扇形硅片20的方法。该方法包括以下步骤：
首先，提供一直径大约为4英寸的圆形硅片100，该硅片100具有一切割面112。
其次，采用激光在切割面112上形成一第一切割线210。该第一切割线210将所述切割面112分成第一区域214及第二区域216，且该第一区域214的形状为扇形，该扇形的第一区域214具有一圆心218以及与该圆心218相对设置的弧219。
然后，沿该扇形第一切割线210的弧219的几何切线形成一条第二切割线220，再形成一条与该第二切割线220平行的圆心切割线240。该圆心切割线240通过所述圆心218。然后，在位于该第二切割线220与圆心切割线240之间的第二区域116上形成多条第三切割线230。该多条第三切割线230分别以所述第一切割线210为端点。该多条第三切割线230均匀分布在该两条第二切割线120之间且与该第二切割线220相互平行。
最后，采用机械力可以先沿所条第二切割线220及圆心切割线240直接掰断所述硅片100，再沿所述多条第三切割线230分离剩余的形成有第一切割线210的硅片100，即可得到所述的扇形硅片20。
请参阅图4，本发明第三实施例提供一种切割脆性片状结构300得到方形脆性片状结构30的方法，该方法包括以下步骤：
首先，提供一脆性片状结构300，该脆性片状结构300包括一直径大约为4英寸的圆形硅片100以及一碳纳米管阵列340。该硅片100具有一切割面112。所述碳纳米管阵列340设置在该硅片100与所述切割面112相对设置的表面。
其次，采用激光在切割面112上形成一第一切割线310。该第一切割线310将所述切割面112分成第一区域314及第二区域316，且该第一区域314的形状为方形。
然后，沿形成该方形第一区域314的第一切割线310的几何切线形成两条第二切割线320，该两条第二切割线320相互平行且与所述第一切割线310部分重合。在位于该两条第二切割线320之间的第二区域316上形成多条第三切割线330。该多条第三切割线330分别以所述第一切割线310为端点。该多条第三切割线330均匀分布在该两条第二切割线320之间，且与该两条第二切割线320相互平行。
最后，采用机械力先分别沿所述两条第二切割线320直接掰断所述脆性片状结构300，再沿所述多条第三切割线330分离剩余的形成有第一切割线310的脆性片状结构300，就可以得到方形脆性片状结构30，该方形脆性片状结构30包括方形硅片32及形成在该方形硅片32上的方形碳纳米管阵列34。
本发明实施例提供的切割片状脆性材料的方法先在该脆性片状结构的切割面上形成第一切割线以得到具有特定形状的第一区域，然后再在该切割面的第二区域上形成第二切割线、第三切割线以及圆心切割线。所述第一切割线保证待需要的片状结构的形状。所述第二切割线、第三切割线以及圆心切割线则可以减少或分散在分离该脆性片状结构时所述第一区域沿所述第一切割线所产生的应力，同时，这些第一切割线、第二切割线、第三切割线以及圆心切割线还可以引导该脆性片状结构，尤其是具有单晶结构的脆性片状结构沿着这些切割线断裂，从而可以得到曲面状的断裂面，进而得到具有曲面及特定形状的脆性片状结构。此外，当该脆性片状结构包括所述脆性材料层及功能层时，在所述脆性材料层的表面上形成上述切割线，可以避免或减少在切割该脆性片状结构的过程中对所述功能层的污染。如，本发明第三实施例提供的切割具有碳纳米管阵列的硅片的方法就可以避免或减少在切割硅片的过程中对该碳纳米管阵列的污染。另外，本发明实施例提供的脆性片状结构的切割方法借助于激光及机械力直接分离就可以得到具有特定形状的脆性片状结构，方法比较简单，易于操作，而且有利于工业化处理。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (13)

1.一种脆性片状结构的切割方法，包括以下步骤：
提供一脆性片状结构，该脆性片状结构具有一切割面；
在所述脆性片状结构的切割面上形成一第一切割线，该第一切割线将所述切割面分成一第一区域及一第二区域，该第一区域具有预定图形；
沿所述第一切割线的切线在所述切割面的第二区域上形成至少一第二切割线，以所述第一切割线为端点在所述切割面的第二区域上形成多个第三切割线；以及
沿所述第一切割线、至少一第二切割线及多个第三切割线分离所述脆性片状结构，从而得到具有预定图形的脆性片状结构。
2.如权利要求1所述的脆性片状结构的切割方法，其特征在于，所述脆性片状结构包括一脆性材料层，且该脆性材料层的材料为非金属。
3.如权利要求2所述的脆性片状结构的切割方法，其特征在于，所述该脆性材料层的材料为硅片、陶瓷、玻璃、石英或玻璃硅晶圆。
4.如权利要求1所述的脆性片状结构的切割方法，其特征在于，所述脆性片状结构包括一脆性材料层以及一功能层，该功能层设置于所述脆性材料层远离所述切割面的表面。
5.如权利要求4所述的脆性片状结构的切割方法，其特征在于，所述功能层为一电路系统、一碳纳米管阵列或一镀层。
6.如权利要求1所述的脆性片状结构的切割方法，其特征在于，所述形成所述第一切割线的步骤为：相对移动一激光束及所述脆性片状结构，使该激光束在所述切割面上沿所述预定形状形成所述第一切割线，从而在该切割面上形成所述具有所述预定形状的第一区域。
7.如权利要求1所述的脆性片状结构的切割方法，其特征在于，所述第一区域的预定形状为多边形或具有弧形结构的图形。
8.如权利要求1所述的脆性片状结构的切割方法，其特征在于，所述第一区域的预定形状为圆形、椭圆形、扇形、三角形、四边形、五边形、六边形、八边形、波浪形或锯齿形。
9.如权利要求1所述的脆性片状结构的切割方法，其特征在于，所述至少一个第二切割线与所述第一切割线部分重合。
10.如权利要求1所述的脆性片状结构的切割方法，其特征在于，所述形成至少一个第二切割线以及形成多个第三切割线的步骤包括：相对移动一激光束及所述脆性片状结构，使该激光束沿所述第一区域的切线形成所述至少一个第二切割线；以及使所述激光束以所述第一切割线为端点，沿远离所述第一区域的方向切割所述第二区域以形成多个第三切割线。
11.如权利要求10所述的脆性片状结构的切割方法，其特征在于，所述形成至少一个第二切割线及多个第三切割线的步骤包括利用所述激光束在所述切割面的第二区域上形成两个第二切割线，所述多个第三切割线位于该两个第二切割线之间的第二区域上。
12.如权利要求11所述的脆性片状结构的切割方法，其特征在于，所述两个第二切割线与所述多个第三切割线相互平行设置。
13.如权利要求1所述的脆性片状结构的切割方法，其特征在于，所述沿所述第一切割线、至少一第二切割线及多个第三切割线分离所述脆性片状结构的步骤包括：沿所述至少一第二切割线掰断所述脆性片状结构；沿所述多个第三切割线分离具有所述第一切割线的脆性片状结构。
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