KR20140006958A

KR20140006958A - 기판 절단 방법 및 절단 장치

Info

Publication number: KR20140006958A
Application number: KR1020137024721A
Authority: KR
Inventors: 크리스티앙 슈미트; 엔리코 스투라; 마이클 린더; 히로시 안도; 마사나오 하라다
Original assignee: 피코드릴 에스 아
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2014-01-16
Also published as: TW201309447A; JPWO2012133004A1; CN103476720A; WO2012133004A1

Abstract

본 발명은, 열 기계적인 인장 응력을 도입함으로써, 기판을 절단하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은, (a) 절단되는 기판을 공급하고, (b) AC 전압원에 접속된 하나 또는 그 이상의 전극 수단에 의해, 상기 기판에 전기 및 열에너지를 공급하고, 1㎑ 내지 10㎓의 범위의 주파수로, AC 전압 및 전류를 상기 기판의 결정된 영역에 공급하여 상기 영역을 가열하고, (c) 상기 영역을 냉각하고, (d) 스텝 (b) 동안, 상기 영역은 기판 표면의 패스를 따라, 상기 전극 및/또는 상기 기판을 상대적으로 움직이고, 상기 패스를 따라, 상기 기판을 절단하는 방법이다.

Description

기판 절단 방법 및 절단 장치 {SUBSTRATE CUTTING METHOD AND CUTTING DEVICE}

본 발명은, 열 기계 응력을 가함으로써 기판을 절단하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 이러한 절단 방법에 의해 기판 형상을 정밀하게 제조하는 장치에 관한 것이다.

글래스 등의 소성 파괴의 대상으로 되는 재료를, 정밀하게 제어하여 절단하는 것이, 대부분의 산업상의 프로세스나 제품에 요구되고 있다.

종래의 절단 방법[전형적으로는, 예를 들어 기계적으로 절단선을 부여하고 꺾음 절단하는 방법(기계적 절단법)이나 공지의 레이저 절단법]에서는, 절단시에 절삭 칩 등의 재료 파편이나 미세 입자가 발생한다. 이와 같은 절삭 칩은, 기판 표면에 부착되는 경우가 있다. 또한, 절단면에 미세한 크랙을 형성하는 경우가 있다.

상기한 기계적 절단법에는, 다이아몬드 코팅 호일 또는 드릴이 사용되고, 글래스의 대규모 제조에 도입되어 있다. 그러나 상기 절단법에서는, 글래스의 파편 입자(절삭 칩)가 발생하므로, 단부(절단면)의 정밀도/품질에의 요구가 고도화된 경우, 추가의 세정이나 연마 공정이 필요하게 된다. 또한, 상기 절단법은, 절단선을 따라 마이크로 크랙이 발생하기 쉬워, 이후에 인장 응력이 부가된 경우에 파괴의 기점으로 될 수 있다.

또한, 전술한 공지의 레이저 절단법으로서는, 기판상의 패스를 따라 가열하기 위해 레이저 빔을 사용하고, 계속해서 액체, 기체 또는 그들의 혼합 유체를 사용하여 냉각하고, 소정의 파괴를 유도하는 방법이 있다. 그러나 이 절단법에는 다음의 결점이 있다:필요한 장치가 고가인 것, 사람을 직접 및 간접적으로 레이저 폭로로부터 보호해야만 하는 것, 절단 대상의 재료가 다르면 레이저 빔에 대한 광학적 거동이 다른 것이다. 또한, 상기 레이저 절단법은, 재료가 한정된 두께에만 적합하여, 이러한 두께보다 지나치게 얇거나 또는 지나치게 두꺼운 기판을 절단할 때에는, 조건의 조정이 복잡해진다.

따라서 본 발명의 과제는, 기판의 일부를 제거하지 않고(절삭 칩 등의 재료 파편이나 미세 입자를 발생시키지 않도록) 절단하는 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는, 얇은 기판 및 두꺼운 기판을 효과적으로 처리하고, 기판을 곧게, 또는 자유로운 형상으로 절단하는 것을 가능하게 하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는, 절단시에 있어서의 재료 파편의 기판 표면으로의 영향을 피하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는, 절단 영역이 청정하고, 또한 평탄한 표면을 얻는 것 및 절단 경계를 따라 미소 파괴(micro fracture)의 형성을 피하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는, 저렴한 절단 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는, 용이하게 실시할 수 있고, 다른 두께의 재료에 복잡한 조정을 하지 않고 절단할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

이들 모든 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,

(a) 절단되는 기판을 공급하고,

(b) AC 전압원에 접속된 하나 또는 그 이상의 전극에 의해, 상기 기판에 전기 및 열에너지를 인가하고, 1㎑ 내지 10㎓의 범위의 주파수로, AC 전압 및 전류를 상기 기판의 소정 영역에 공급하여 상기 영역을 가열하고,

(c) 상기 영역을 냉각하고,

(d) 상기 스텝 (b) 동안,

(i) 상기 기판에 대해 상기 전극을 상대적으로,

(ii) 상기 전극에 대해 상기 기판을 상대적으로, 또는

(iii) 상기 전극과 상기 기판의 양자 모두를 각각에 대해 상대적으로 이동시킴으로써, 상기 영역을 상기 기판 표면의 패스를 따라 이동시키고, 상기 패스를 따라 상기 기판을 절단하는 방법을 제공한다.

도 1은 재료(5)의 표면을 향한 전극(1)의 예시적 실시 형태를 도시한다.
도 2는 본 발명의 전기 부품(8)으로서 가능한 실시 형태를 도시한다.
도 3은 본 발명의 자동화가 가능한 구성을 도시한다.
도 4는 이하의 조건으로 절단된, 글래스판(두께 0.7㎜)의 현미경 슬라이드를 나타낸다. 절단 조건:2.5A, 3.85㎜/초, 0.1㎫(1바)의 냉각 공기압, 500㎛의 시료-전극 거리.
도 5는 절단 프로세스시, 글래스 시료와 전극간에서 형성되는 전기 아크를 나타낸다.
도 6a는 이하의 조건으로 절단된 화학 강화 글래스판(두께 0.7㎜)의 절단부를 나타낸다. 절단 조건:2.5A, 3.85㎜/초, 0.1㎫(1바)의 냉각 공기압, 500㎛의 시료-전극 거리.
도 6b는 이하의 조건으로 절단된 화학 강화 글래스판(두께 0.7㎜)의 절단면을 나타낸다. 절단 조건:2.5A, 3.85㎜/초, 0.1㎫(1바)의 냉각 공기압, 500㎛의 시료-전극 거리.
도 7은 본 발명의 절단 방법·장치를, 글래스 리본의 테두리부의 절단에 사용한 예를 모식적으로 도시한다.

본 발명의 기판을 절단하는 방법은:(a) 절단되는 기판을 공급하고, (b) AC 전압원에 접속된 하나 또는 그 이상의 전극에 의해, 상기 기판에 전기 및 열에너지를 인가하고, 1㎑ 내지 10㎓의 범위의 주파수로, AC 전압 및 전류를 상기 기판의 소정 영역에 공급하여 상기 영역을 가열하고, (c) 상기 영역을 냉각하고, (d) 스텝 (b) 동안, (i) 상기 기판에 대해 상기 전극을 상대적으로, (ii) 상기 전극에 대해 상기 기판을 상대적으로, 또는 (iii) 상기 전극과 상기 기판의 양자 모두를 각각에 대해 상대적으로, 이동시킴으로써, 상기 영역을 상기 기판 표면의 패스를 따라 이동시키고, 상기 패스를 따라 상기 기판을 절단하는 것을 특징으로 하는, 방법이다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 기판은 대향 전극으로서 전기 폐쇄 회로를 확립하기 위해 작용한다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 대향 전극은, 절단되는 기판의 반대측에 설치되어 전기 폐쇄 회로를 확립한다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 대향 전극은 접지된다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 스텝 (b)는 그 자체, 상기 전극 및 상기 소정 영역의 사이에서의 전기 아크를 형성하고, 바람직하게는 상기 전기 아크가 기판 절단에 사용된다.

통상, 전류는 폐쇄 루프를 필요로 한다. 여기서 사용하는 「전기 회로」라 함은, 흘러나온 전류가 돌아오기 위한 리턴 패스를 포함하는 폐쇄 루프를 갖는, 전기적 네트워크에 관한 것으로서 의미한다. 그와 같은 실시 형태에 있어서, 기판은 이 루프의 일부로서 작용한다. AC(고압 고주파) 전원을 나온 전류는, 전극과, 전극과 기판간의 아크와, 기판 자체를 통과하여 전원에 흘러 돌아온다. 그와 같은 실시 형태에서는, 기판은, 그 자체로 대향 전극과 리턴 패스로서 작용한다. 이 설정은, AC 전원 공급을 접지함으로써, 보다 용이하게 구성된다. 기판으로부터 전원으로 유도하는 전용 도전성 패스(예를 들어, 배선 등)를 생략할 수 있다.

특히 두꺼운 재료에서는, 하나의 전극만으로는, 기판 내부에 비대칭적이고, 또한 불균일한 가열을 초래하는 경우가 있어, 두꺼워질수록 절단이 보다 어려워진다. 기판의 전체 두께 방향으로 균등하게 전류가 흐르는 것을 보증하기 위해, 하나의 실시 형태에 있어서는, 전용 접지(ground) 리턴을 제공하기 위한 대향 전극을 사용한다. 기판을 통해 전원으로 돌아오는 전류는 강하게 감소된다. 어떠한 이론에도 구속되는 것은 아니지만, 절단에 대해 다음 두 가지의 바람직한 효과가 초래된다:(1) 전기 아크가 기판의 양측에서 형성되고, 기판의 양쪽의 측으로부터 외부 열에 의해 기판을 가열할 수 있는 것, (2) 기판 내의 전장이, E＝(공급 전압)/(기판 두께)에 근접할 때까지 증가되는 것이다. 이것은 또한, 유전 손실에 의해 내부 가열을 증가시키게 된다.

전극의 배치에 의해, 또한 기판을 통과하는 전류 및 열의 패스를 어느 정도 제어하는 것을 가능하게 한다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 기판의 가열은, 상기 AC 전압 및/또는 전류 및/또는 기판과 전극간 거리를 조절함으로써 제어된다.

이론에 전혀 구속되는 것은 아니지만, 유전 손실 현상에 의해 기판 내부에 부여되는 전력 p_in은,

p_in＝ε_rε₀tanδωE²

이다. 또한, ε_r은 비유전율, ε₀은 유전율, tanδ는 유전 탄젠트, ω는 주파수, E는 전장, 즉 전압을 기판의 두께로 나눈 것이다.

이 식은, 사용자 제어 가능한 절단 파라미터를 정의한다:(1) 주파수 ω를 올리면 가열이 증가하여, 보다 신속한 가열을 가능하게 하고, 따라서 보다 신속한 절단 또는 두꺼운 재료의 절단을 가능하게 한다. 이 식은 또한, 절단에 유리하지 않은 유전 파라미터, 예를 들어 낮은 유전 탄젠트 및 저비유전율을 보상하는 방법을 제공한다. (2) 전압을 올리면 유전 손실이 증가하고, 따라서 절단 능력이 증가한다.

전기 아크에 의해 외부로부터 가열하는 것은 또한, 절단을 위한 역할을 할 수 있는 점에서, 그 강도를 변경하는 것은 절단에 영향을 미친다. 전기 아크는 공급 전압, 전류, 주파수, 기판과 전극의 거리에 의존한다. 기판 재료에 의해, 이들 파라미터는 최적 절단 조건을 결정하기 위해 변경될 수 있다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 스텝 (b)에 대해, 상기 전극은, 상기 기판의 편측 또는 양측에서, 기판으로부터 0㎜ 내지 100㎜의 거리에 설치된다.

기판 내부의 열은, 다른 기판과의 전극과의 거리를 사용하여 제어할 수 있다. 전기 아크가 전극 거리에 의존하는 점에서, 전기 아크의 기판 가열도 기판의 양측에서 상이할 것이다. 이 차이는, 따라서, 기판 내부의 수직 온도 분포에 반영된다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 스텝 (b)는, 10V 내지 10⁷V, 바람직하게는 100V 내지 10⁶V, 보다 바람직하게는 100V 내지 10⁵V의 크기의 범위의 전압과, 1㎑ 내지 10㎓, 바람직하게는 10㎑ 내지 1㎓, 보다 바람직하게는 100㎑ 내지 100㎒의 범위의 주파수를 공급함으로써 실시된다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 전기 아크의 성질은, 전극과 기판을 둘러싸는 분위기를 변경하여 제어된다. 분위기로서는, 예를 들어 질소, 아르곤 또는 6불화유황이, 기압 1㎩(10^- ⁵바) 내지 100㎫(10³바), 바람직하게는 100㎩(10^- ³바) 내지 1㎫(10바)의 범위이다.

주위의 분위기의 성분이나 압력을 바꿈으로써, 전기 아크에 접하는 영역의 형상이나 사이즈와 마찬가지로 전기 아크의 형상이나 온도를 제어 가능해진다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 스텝 (c)에서, 상기 소정 영역은, 다음 방법 중 어느 하나에 의해 냉각된다:

(i) 열전도 및/또는 주위 환경에 의한 대류에 의해 수동적으로,

(ii) 열을 효율적으로 흡수하는 요소, 경우에 따라, 예를 들어 펠티에 소자 등의 액티브 히트 펌프로서 작용하는 요소에 기판을 접함으로써,

(iii) 가스, 액체, 그들의 혼합 유체, 또는 가스와 고체의 혼합물을, 상기 소정 영역의 근방에, 또는 직접 그 영역에, 능동적으로 공급하는 것에 의한다.

이론에 전혀 구속되는 것은 아니지만, 본 발명자는, 절단은 절단 패스를 따른 열 구배에 의한다고 생각하고 있다. 가열된 영역이 다시 냉각될 때에 발생하는 인장 응력이 크래킹 및 절단을 초래한다. 이러한 열 구배는, 이들 가열 영역의 냉각을 촉진함으로써 증대되고, 따라서 인장 응력에 의한 크래킹도 증대시킨다. 가장 단순한 경우의 냉각은, 가열된 영역으로부터 열이 기판의 그 외의 영역으로 전도됨으로써 일어난다. 그러나 보다 우수한 냉각 방법으로서, 다음의 방법이 사용 가능하다. (1) 기판에 큰 축열체(heat reservoir)를 설치하여 수동적으로 냉각하거나, (2) 예를 들어, 히트 펌프를 사용하여 능동적으로 냉각하거나, 기판에 냉매를 가하여 능동적으로 냉각한다(예를 들어, 가스 또는 액체류). 이들 냉각 보조를 국소에 적용함으로써, 기판 내의 분리되는 영역을 보다 정밀하게 결정할 수 있다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 방법은 또한, 스텝 (a2)를 포함하고, 스텝 (b)에 앞서 상기 소정 영역을 냉각한다.

절단 속도, 절단 정밀도 등의 절단 성능을 개량하기 위해, 냉각 스텝 (a2)가 적용될 수 있다. 이것에 의한 주된 두 가지 효과는, (1) 재료의 취성, 따라서 크랙 용이성이 증가하는 것 및 (2) 달성 가능한 최대 열 구배가 증가하는 것이다. 여기서 이론에 전혀 구속되는 것은 아니지만, 기판 내의 최대 온도 T는 재료의 용융 온도 T_melting에 비해 낮고, 통상 T＜＜T_melting으로 제한된다. 왜냐하면 이와 같은 높은 온도에서는 통상 더 이상 절단은 발생하지 않기 때문이다. 따라서 보다 낮은 온도로부터 출발함으로써보다 높은 구배가 가능해진다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 소정 영역은, 앞서 설명한 방법 (i)로부터 (iii) 중 어느 하나에 의해 냉각된다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 바람직하게는, 상기 적극적 냉각이, 상기 소정 영역이 움직이는 것에 따라 기판상의 동일한 패스를 따라 움직인다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 적극적 냉각이, 상기 전극에의 고정된 거리에 위치하는 하나 또는 그 이상의 노즐을 통해 적용되고, 상기 기판상의 상기 냉각의 이동이, 다음 중 어느 하나에 의해 달성된다.

(i) 상기 기판에 대한 상기 노즐의 상대적인 이동,

(ii) 상기 노즐에 대한 상기 기판의 상대적인 이동,

(iii) 상기 노즐과 상기 기판의 양쪽 모두의 각각에 대한 상대적인 이동.

하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 기판 내의 응력은, 스텝 (b)에 앞서, 절단이 의도되는 패스를 따라 유기 또는 유도되어 있다.

이 다중 패스의 방법은, 우선적 절단 패스를 도입하는 것을 가능하게 한다. 이것은, 이미 높은 내부 인장 응력을 갖는 기판에 있어서 특히 중요하고, 이 방법으로 보상될 수 있다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 AC 전원은, 고압 고주파 장치이며, AC 전압이 10V 내지 10⁷V, 바람직하게는 100V 내지 10⁶V, 보다 바람직하게는 100V 내지 10⁵V의 범위의 크기를 갖고, 주파수가 1㎑ 내지 10㎓, 바람직하게는 10㎑ 내지 1㎓, 보다 바람직하게는 100㎑ 내지 100㎒의 범위의 주파수를 발생시킬 수 있다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 고전압 고주파 장치는, 테슬라 변압기, 플라이백 변압기 등의 공진 변압기, 고출력 고주파원 및 반도체에 기초하는 고주파 고체 초퍼(high frequency solid state chopper)로부터 선택된다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 고전압 고주파 장치는, 온갖 도전 재료로 이루어지는 전극의 하나 또는 그 이상과 결합된다. 이러한 도전 재료로서는, 바람직하게는 고융점, 저저항이며, 예를 들어 팔라듐, 백금 또는 금 등의 귀금속이다.

신뢰성이 높은 절단을 실시하기 위해서는 전압 공급에 사용하는 전극은 안정적이어야만 한다. 고융점 재료는 내산화성인 것이 바람직하다. 예를 들어, Pt, Pd 등의 귀금속이 그와 같은 성질을 갖는다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 전극은, 1-300㎜, 바람직하게는 2-100㎜, 보다 바람직하게는 3-50㎜의 범위의 길이를 갖고, 0.1-20㎜, 바람직하게는 0.2-10㎜, 보다 바람직하게는 0.4-4㎜의 범위의 평균 직경을 갖는다.

전류 리크, 따라서 전력 손실을 감소시키기 위해, 전극은 가능한 한 짧게 하는 것이 바람직하다. 한편, 긴 전극을 채용하면, 취급이 용이하게 되고, 뜨거운 영역으로부터의 열 분리가 보다 용이하게 된다. 실제의 전극 길이와 두께는, 사용하는 전력과 주파수에 따라 결정된다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 전극은, 1㎛ 내지 5㎜, 바람직하게는 10㎛ 내지 1㎜, 보다 바람직하게는 20㎛ 내지 0.5㎜의 범위의 곡률을 갖는 선단이 뾰족한 칩이다.

이론에 전혀 구속되는 것은 아니지만, 본 발명자들은, 예리한 전극 칩은 전기 아크가 시작될 때에 그 위치를 보다 정확하게 결정한다고 하는 것을 발견하고 있다. 이것에 따라서, 신뢰성이 높은 조작에 있어서 중요하다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 기판은, 예를 들어 글래스, 알루미늄 질화물, 지르코니아, 스피넬, 세라믹스 등의 전기적 절연 재료나, 도프된 실리콘 및 결정성 실리콘, 게르마늄, 갈륨비소 및 인듐인화물 등의 화합물 반도체 등의 전기적 반도체 재료를 포함한다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 기판은, 한쪽 또는 양쪽의 측에, 주석 도프 산화 인듐(ITO) 등의 도전성 재료 또는 금속 산화물 등의 비도전성 재료의 추가의 층이 부가되어 있어도 된다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 전압 및/또는 주파수는, 예를 들어 비유전율, 도전율, 열팽창 계수, 두께 등의 기판의 전기적 및 물리적 성질에 의해 조절된다.

이론에 전혀 구속되는 것은 아니지만, 기판 내의 열방산, 즉 부여되는 전력은, 다음 식으로 나타낸다.

p_in＝ε_rε₀tanδωE²

온도의 증가는, p_in에 비례한다:dT＝(p_in/ρc)dt

최적 절단 조건은, 종종 결정된 열에너지 값 dT/dt를 요구한다. 따라서 (1) 재료의 성질[즉, ε, tanδ, ρ(밀도), c(비열)], (2) 속도(dt에 역비례) 및 (3) 형상 파라미터(예를 들어, 두께)를 적합하게 하기 위해, 통상은 전압 및 주파수를 적절하게 설정할 필요가 있다. 처리하는 동안의 기판간의 전압 저하는 또한, 그 온도에 영향을 미치고, 이러한 영향을 받은 온도는 절단 프로세스를 변화시키는 것으로 되는 점에서, 특정한 임피던스의 전압원을 사용하는 것이 필요해질 수도 있다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 변압 구동 회로를 갖는 공진 변압기가 AC 전원으로서 사용되고, 기판은 폐쇄 회로의 일부로 되어 폐쇄 회로의 공명 주파수에 영향을 미친다. 변압 장치 구동 회로의 주파수는, 기판의 치수나 유전성 등의 물리적 성질에 따라 조절된다.

공진 변압기는 통상, 그 공진 주파수로, 또는 그 근방에서 제2 변압기 코일을 구동함으로써 작용한다. 이 제2 코일의 2개의 단부의 사이에 기판을 둠으로써, 그 공명 주파수를 바꾸고, 따라서 그것을 구동하기 위해 필요한 주파수를 바꾼다. 공명 주파수의 변화는, 기판의 유전성 및 형상에 의존하고, 최적 조작을 위해 그에 따라 구동 장치를 조절하는 것이 필요해질 수 있다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 공진 변압기는 AC 전압원으로서 사용되고, 앞서 설명한 회로의 공진에 맞추어 설정되는 고정 주파수에 의해 구동된다.

공진 변압기를 구동하는 회로는, 그 변압기의 고유 주파수 또는 공진 주파수를 선출하는 방법으로 설계되어 있어도 된다. 이 구성은, 예를 들어 기판의 재료 또는 형상 파라미터가 변화되는 경우라도, 전력원을 자동 조절하는 것을 가능하게 한다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 공진 변압기는, AC 전원으로서 사용되고, 기판 내의 유전 손실과 마찬가지로, 전기 아크의 성질을 제어하기 위해, 공진 주파수로부터 어긋난 주파수로 구동된다.

전압원의 고정 주파수의 사용은, 절단이 일어나는 조건이 크게 변화되지 않는 경우에는 가능해진다. 또한, 전압원의 고정 주파수를 사용함으로써, 주파수 선택에 의해 기판에의 초점 및 가열과 마찬가지로, 전기 아크의 거동을 제어할 수 있다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 스텝 (b)일 때, 상기 소정 영역 내의 기판 재료는 용융되지 않고, 제거되지 않거나 또는 상기 소정 영역으로부터 제거되지 않는다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 스텝 (b)일 때, 상기 소정 영역 내의 기판 재료는 용융되거나 및/또는 상기 소정 영역으로부터 제거된다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 패스는, 직선, 곡선, 각도가 형성되는 직선, 폐쇄선 또는 이들의 모든 조합이며, 상기 패스는 절단되는 상기 기판을 정의한다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 기판의 분리는, 바람직하게는 상기 패스를 따라, 상기 기판에 기계적 압축 또는 장력을 적용함으로써 제어된다.

이론에 전혀 구속되는 것은 아니지만, 본 발명자는, 절단은, 인장 응력을 부여함으로써 기판의 크래킹/분리를 야기한다고 생각한다. 외부로부터 다른 응력을 더 도입하여 가함으로써, 절단 패스를 보다 바람직하게 제어하는 방법이 제공된다. 이것은, 예를 들어 기판을 압축하거나 인장함으로써 그 경계에 힘을 부여함으로써 가능하다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 스텝 (b)에 앞서, 최초의 인공적인 크랙 등의 최초의 파괴 계기를 기판에 도입하고, 스텝 (b)가 상기 최초의 파괴 계기 부분에서 개시된다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 스텝 (b)에 앞서, 제2 인공적 크랙 등의 제2 파괴 계기를 기판에 도입하고, 분리 패스가 상기 제2 파괴 계기, 예를 들어 제2 인공적 크랙까지 통과하여 종료되도록 스텝 (b)를 실행한다.

절단의 최종 부분을 안내하기 위해, 인공적인 파괴 계기를 절단의 최종 부분에 도입할 수 있다. 그와 같은 파괴 계기는, 예를 들어 기판 자체보다도 단단한 예리한 치공구를 사용하여 기판을 긁음으로써 얻을 수 있다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 기판상의 상기 패스를 따른 상기 소정 영역의 이동과, 상기 기판상의 상기 냉각의 이동은, 0.01㎜/초 내지 10000㎜/초의 범위의 속도이다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 기판 표면상의 상기 패스를 따른 상기 소정 영역의 이동은, 상기 기판의 최초의 부분과 최종 분리 부분에서는, 이러한 부분에서의 품질을 개량하기 위해 속도를 떨어뜨린다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 전압 및/또는 주파수는, 절단의 최초와 최종 부분에서의 감소 속도를 보상하기 위해, 예를 들어 일정한 속도/전력의 비를 유지함으로써, 조절된다.

인장 응력 조건은, 특히 절단시, 기판의 주요 부분과 주변 부분에서는 다르다. 절단시의 이들 차이를 보상하기 위해, 경우에 따라 속도와 절단 파워를 변경할 필요가 있다. 예를 들어, 절단의 시작은 속도와 절단 파워를 서서히 올려 가고, 절단 패스의 종료에 근접하면 이들 파라미터를 서서히 낮춰간다.

본 발명의 과제는 또한, 본 발명에 의한 방법을 실시하기 위한 장치에 의해 해결된다.

이러한 장치는:

(I) 10V 내지 10⁷V의 범위의 전압과, 1㎑ 내지 10㎓의 범위의 주파수를 공급 가능한 AC 전압원과,

(II) 상기 AC 전압원에 접속되는 제1 전극과,

(III) 절단되는 기판을 보유 지지하고, 상기 기판의 일측을 상기 전극에 노출시키는, 보유 지지 수단과,

(IV) 경우에 따라, 상기 기판을 냉각하기 위해, 상기 전극에 고정된 거리에서 설치되는 냉각 수단과,

(V) 상기 전극, 경우에 따라 상기 냉각 수단과 조합하여 사용하는 상기 전극과, 상기 기판을 각각 서로에 관하여 움직이는 이동 수단과,

(VI) 상기 구성 (I), (V), 어느 경우에는 (IV)를 제어하는 제어 수단과,

(VII) 경우에 따라, 상기 기판의 반대측에 설치되는 대향 전극과,

(VIII) 경우에 따라, 상기 기판의 반대측에 설치되는 냉각 노즐을, 포함한다.

주의해야 하는 것은, 상기 구성 (I)-(III) 및 (V)-(VI)은, 필수적이며, (IV), (VII) 및 (VIII)은 선택적이며, 독립하여, 몇 개의 실시 형태로 나타난다고 하는 것이다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 AC 전압원은, 주파수 발생 장치 구동 파워부, 상기 파워부에 결합되는 테슬라 발생 장치로서 공진 변압기의 프라이머리 코일, 상기 제1 전극에 접속하는 상기 공진 변압기의 세컨더리 코일 및 상기 공진 변압기의 파워 출력을 제어/설정하기 위한 피드백 기구를 포함한다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 본 발명에 의한 장치는 또한, 상기 전극 및/또는 상기 보유 지지 수단에 보유 지지된 기판을 이동 가능하게 하는, 수치 제어 장치 및 관리용 카메라를 포함한다.

하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 제어 수단은 또한, 상기 관리용 카메라 및 상기 수치 제어 장치에 의해, 상기 정의된 방법의 실시를 제어한다.

주의해야 하는 것은, 본 발명에 의한 방법에 의해 달성되는 절단은 상기 기판의 표면에 대해 수직으로 될 수 있다고 하는 것이다. 그러나 다른 실시 형태에 있어서는, 절단은 90°가 아닌 각도, 예를 들어 95°, 100°, 105° 등의 90° 초과, 또는 80°, 70°, 60° 등의 90° 미만도 있을 수 있다. 기판의 측 표면과, 기판의 최상 표면 또는 기판의 바닥 표면 사이에서 형성되는 모든 이들 각도가 본 발명에 포함된다.

여기서 사용하는 용어 「상기 소정 영역에 인접하는 위치에 적용한다」고 함은, 상기 흐름을 상기 영역의 주변에 적용하는 것을 의미하고, 이러한 주변 영역과는 스텝 (b)에서 제공되는 열에 의해 영향받는 영역이다. 하나의 실시 형태에서는, 상기 영역은, 0.001㎠로부터 100㎠, 바람직하게는 0.1㎠로부터 10㎠, 보다 바람직하게는 0.1㎠로부터 1㎠의 범위의 사이즈이다. 당해 용어는 또한, 상기 영역에 상기 흐름을 직접 적용하는 것도 의미한다.

여기서 사용하는 「상기 영역의 근린」이라 하는 용어는, 「열의 영향을 받는 영역」을 의미하거나, 동의어로서 사용된다.

여기서 사용하는 「테슬라 변압기」 및 「테슬라 발생기」는, 전체에 걸쳐 교환 가능하게 사용된다.

본 발명에 의한 실시 형태에 있어서, AC 전압원에 접속된 전극을 사용하여, 전압이 상기 기판에 적용되고, 상기 기판으로 전류가 흐르는 결과로 된다. 통상, 전류는 상기 기판의 정의된 지점에서 기판에 들어온다. 이 지점은 여기서는 또한, 「소정 영역」으로서 의미하는 경우가 있고, 상기 기판의 상기 영역을 의미하고 전류는 여기에 들어간다. 하나의 실시 형태에 있어서는, 상기 기판의 상기 영역으로 상기 전압과 상기 전류를 제공하는 전극이, 상기 기판으로부터 0㎜ 내지 100㎜의 범위의 거리에서 설치된다. 상기 전극이 상기 기판으로부터 0㎜에서 설치되는 경우, 상기 전극이 상기 기판에 접하고 있는 것을 의미한다. 상기 전극이 상기 기판으로부터의 거리가 ＞0㎜에 설치된다고 하는 경우, 상기 전극이 상기 기판과 직접적으로는 접하고 있지 않은 것을 의미한다. 전류가 흐르기 위해 전기 아크가 형성된다. 당업자라면 상기 소정 영역에서 상기 기판으로 전극으로부터 전류가 흐르기 시작하도록, 전기 아크 형성에 필요한 파라미터를 결정할 수 있다.

통상, 본 발명에 의한 실시 형태에 있어서, 상기 기판에의 전류를 적용함으로써, 상기 소정 영역에서 국소적인 기판 가열을 야기한다. 주의해야 하는 것은, 이 가열은 보통 상기 기판의 상기 소정 영역 내에서는 재료를 용융시키지 않고, 어떠한 재료도 상기 소정 영역으로부터 제거되거나 튀어 날리지 않도록 하는 것이 바람직하다고 하는 것이다. 한편, 기판을 가능한 한 높게 국소 가열하는 것은, 절단 스피드의 향상을 초래한다. 따라서 기판 표면의 오염을 방지하면서 절단 스피드를 높이기 위해, 기판 재료가 용융되지 않고 가능한 한 고온으로 가열되도록, 패스의 길이, 절단 스피드, 기판 재료의 비유전율, 도전율, 열팽창 계수, 두께 등의 물성값에 따라 주파수나 전압을 설정하는 것이 바람직하다. 특히, 기판의 온도를 모니터링하면서, 당해 온도 이력에 따라 주파수나 전압을 제어하는 것이 더욱 바람직하다.

바람직한 실시 형태에 있어서는, 스텝 (b)에서 발생하는 가열은, 상기 기판에 전류를 상기한 방법으로, 보다 구체적으로는 1㎑ 내지 10㎓의 범위의 주파수로 전류를 적용함으로써 달성된다. 따라서 이 실시 형태에 있어서, 유전 손실이 기판의 가열에 기여하는 것이 가능해져, 상기 전기 아크에 의한 효과를 증대하는 것이 가능해진다.

본 발명의 실시 형태에 있어서는, 기판의 소정 영역은 기판을 따라 움직인다. 이것은, 전압이 제공되고, 따라서 전류가 기판에 흐르는 장소는, 정적이 아니라, 움직이는 것을 의미한다. 이러한 이동은, 통상 다음 중 하나 중 방법으로 달성된다. (i) 기판에 대해 상대적인 전극의 이동, (ii) 전극에 대해 상대적인 기판의 이동, (iii) 기판과 전극의 양자 모두의 각각에 대해 상대적인 이동. 통상, 이러한 상대적 이동은 기판 표면의 패스를 따라 일어난다. 이 패스는 또한, 절단되는 기판의 형상을 결정한다. 본 발명에 따르면, 이러한 패스는, 기판의 하나의 단부를 따르는 것은 아니고, 기판의 전체 또는 적어도 일부를 가로지르는 것이다. 이러한 패스는, 직선, 곡선, 각도가 형성되는 선, 또는 폐쇄선일 수 있다. 이 폐쇄선의 예로서는, 기판의 내부로부터 기판의 일부가 절단되는 경우이다.

본 발명에 따르면, 소정 영역의 재료는 가열되고는 있지만, 통상 용융되어 있지 않고, 그것만으로 기판으로부터 제거되거나 튀어 날리지 않는다. 용융이 발생하는 경우, 절단의 정밀도 및 품질에 간섭할 것이다.

본 발명의 실시 형태에 있어서, 스텝 (c), 즉 가열된 상기 소정 영역이 냉각되는 스텝은, 가열된 부분으로부터 대류 및/또는 전도에 의해 소극적으로 일어난다. 다른 실시 형태에서는, 냉각은 대부분 적극적인 냉각에 의해 일어난다. 이러한 적극적 냉각에는, 공기, 질소 또는 아르곤 등의 가스 흐름, 가스와 액체 혼합물, 에어로졸의 흐름, 또는 가스와 고체, 예를 들어 이산화탄소 드라이 아이스 혼합물의 흐름을 적용함으로써 달성된다.

바람직하게는, 냉각은 또한, 국소적인 것이다. 즉, 소정 영역이 움직이는 패스와 동일한 기판상의 패스를 따라 일어난다. 이것은 예를 들어, 전극과, 냉각 노즐 등의 냉각 수단을 서로에 대해 고정된 거리에서 설치하고, 그 고정된 거리에서 전극의 뒤로부터 냉각 수단을 추적시킨다고 하는 점에서 가능해진다. 본 발명자는 또한, 냉각 수단이 상기 패스를 따르는 전극에 선행하는 실시 형태도 상도하고 있다. 이러한 실시 형태에서는, 소정 영역은 우선 냉각되고, 그 후 가열된다. 따라서 스텝 (b)와 스텝 (c)가 효과적으로 역의 순으로 되어, 정의되는 영역이 처음으로 냉각되고, 계속해서 전압과 전류를 거기에 적용하여 가열한다. 또한, 냉각 스텝이 가열에 선행하고, 또한 가열의 이후에 더 냉각하는 실시 형태도 가능하다. 이들은 모두 본 발명자가 상도한 것이며, 본 발명의 범위에 포함된다.

통상, 전압 및 전류를 기판에 적용하는 전극은, 기판의 일측에 설치된다. 하나의 실시 형태에 있어서는, 제2 전극, 즉 대향 전극을 설치해도 되고, 이것은 기판의 대향하는 측에 설치된다.

소정 영역의 이동은, 0.01㎜/초 내지 10000㎜/초의 범위의 속도이다. 앞서 설명한 바와 같이, 이러한 이동은, 기판에 대해 상대적인 전극의 이동, 그 반대(전극에 대한 상대적인 기판의 이동), 또는 서로에 대해 모두 각각이 상대적으로 이동함으로써 달성 가능하다. 따라서, 또한 전극과 기판의 상대 속도는, 0.01㎜/초 내지 10000㎜/초의 범위이다. 이러한 이동의 패스는, 0으로부터 무한(직선)까지의 모든 곡률 반경을 갖는 곡선이 가능하고, 원형 형상도 포함된다.

통상, 제공되는 전압은, 10²V 내지 10⁷V의 범위이며, 1㎑ 내지 10㎓의 범위의 주파수를 갖는다. 이러한 제공되는 고주파수는, (1) 기판 내부에 유전 손실을 야기하고, (2) 통상, 전기 아크에 의해 발생하는 전류가, 기판의 소정 영역에서 기판을 가열한다.

이론에 구속되는 것은 아니지만, 본 발명자는, 기판에 도입된 열이 기판에 인장 응력을 유도하여, 소정 영역의 패스가, 제어 파괴(controlled breakage) 또는 제어 분리(controlled separation)를 받는 것으로 생각한다. 이러한 효과는 또한, 상기한 추가의 냉각에 의해 인장 응력이 발생하는 온도 구배를 강화함으로써 개량할 수 있다. 예를 들어, 이러한 추가 냉각은, 국소 가열 이전 또는 이후 또는 그 양쪽에서 행해도 된다.

이러한 제어 파괴 또는 분리를, 또한 기계적 수단을 추가함으로써 보조할 수 있다. 예를 들어, 적당한 인장 또는 체결이라 하는 적당한 수단에 의한 기계적 장력 또는 초음파 장치에 의한 기계적 장력이다.

본 발명의 실시 형태에 있어서는, 전극/냉각 수단의 기판에 대한 상대적 움직임은, 그 자리에서 또는 이격된 장소에서 조작되는 수치 제어 장치에 의해 조작할 수 있다. 본 발명에 의한 방법을 실행하는 전체 설정은, 적당한 컴퓨터 시스템을 사용하여 제어하는 것이 가능하다. 예를 들어, 적당한 인풋/아웃풋 인터페이스를 구비하는 퍼스널 컴퓨터, 또는 스탠드 얼론의 제어 장치이며, 기판 및/또는 전극의 움직임을 제어하는 수치 제어 장치 또는 그들의 조합을 들 수 있다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 냉각 수단은 바람직하게는 기판과 연관되어 전극과 함께 움직인다. 이것은 예를 들어, 통상 0.1㎜ 내지 100㎜의 범위의 전극으로부터의 고정 거리에 냉각 수단의 위치를 유지함으로써 달성할 수 있다.

본 발명에 의한 적당한 고전압 고주파수 장치는, 테슬라 변압기, 플라이백 변압기, 고출력 고주파 발생기(high power radiofrequency generator) 및 반도체에 기초하는 고주파수 고체 초퍼(high frequency solid state choppers based on semiconductor)를 들 수 있다.

본 발명은 또한, 본 발명에 의한 방법을 실시하기 위한 장치를 포함하고, 이러한 장치는,

(I) 10² 내지 10⁷V의 범위의 전압과 1㎑ 내지 10㎓의 범위의 주파수를 공급할 수 있는 AC 전압원과,

(II) 상기 전압원에 결합되는 제1 전극과,

(III) 절단되는 기판을 보유 지지하고, 상기 기판의 일측을 상기 제1 전극에 노출시키는 보유 지지 수단과,

(IV) 경우에 따라, 상기 기판을 냉각하기 위한, 상기 전극과의 고정 거리에서 설치되는 냉각 수단과,

(V) 상기 냉각 수단과 조합하여, 상기 전극과, 상기 기판을 각각 상대적으로 이동시키는 수단과,

(VI) (I), (V) 및 어느 경우에는 (IV)를 제어하는 제어 수단과,

(VIII) 경우에 따라, 상기 기판의 반대측에 설치되는 냉각 노즐을 포함한다.

상기 냉각 노즐 또는 대향 전극이, 기판의 「반대측에」 설치되는 경우라 함은, 통상 상기 제1 전극이 설치되는 측에 대해 설치되는 것을 의미한다.

본 발명자는, 고주파수 전압원에 의한 전기 에너지를 사용하여, 재료를 국소적으로 가열함으로써, 열응력이 도입되고, 따라서 재료의 제어 분리가 초래되는 것을 발견하였다. 또한, 재료의 미리 결정된 패스를 따라 이러한 열을 제공함으로써, 결정된 사양으로 절단할 수 있는 것을 발견하였다.

본 발명의 실시 형태에 있어서, 기판으로의 전기적 및/또는 열적 파워를 국소적으로 도입하는 것은, 고주파수 전압원에 접속한 전극을, 절단되는 영역에 인접하여 설치함으로써 가능해진다. 결정된 절단은, 기판에 대해 전극을 이동시키고, 따라서 전류가 기판에 들어가는 위치를 이동시킴으로써 가능해진다. 이러한 이동은, 전극 자체를, 또는 전극에 대해 기판을, 또는 양쪽 모두를 이동시킴으로써 가능해진다. 가열은, 대부분이 (1) 기판 내의 유전 손실 및 (2) 전극과 기판 사이에 형성되는 전기 아크로부터의 열전달에 의해 일어난다. 비도전성 기판을 가로질러 흐르는 용량성 전류의 고주파 현상에 의해, 가열은, 기판이 직접 또는 간접적으로 접지되어 있는 경우만, 또는 직접 또는 간접적으로(예를 들어, 캐패시터를 통해) 결합된 다른 전극을 사용하여, 하나의 전극을 사용하여 도입할 수 있다. 이러한 전극은, 전류의 흐름 및 따라서 기판 내의 열이, 사용자에 의해 결정된 바람직한 패스를 따르도록 설치할 수 있다. 하나의 실시 형태에서는, 공급되는 전압은, 10V 내지 10⁷V, 바람직하게는 100V 내지 10⁶V, 보다 바람직하게는 100으로부터 10⁵V의 범위의 크기이다. 또한, 하나의 실시 형태에서는, 전압원은, 1㎑ 내지 10㎓, 바람직하게는 10㎑ 내지 1㎓, 보다 바람직하게는 100㎑ 내지 100㎒의 범위의 주파수를 갖는 고주파 전원이다. 하나의 실시 형태에 있어서는, 공급되는 전압은, 1㎑ 내지 10㎓, 바람직하게는 10㎑ 내지 1㎓, 보다 바람직하게는 100㎑ 내지 100KHz의 범위의 주파수를 갖는다. 이들 파라미터는, 평균 전류가, 10^-9A로부터 10³A, 바람직하게는 10^-7A로부터 10²A, 보다 바람직하게는 10^-5A로부터 1A의 범위로 되도록 조절할 수 있다.

이러한 고전압 및 고주파수는 예를 들어, 테슬라 변압기 또는 이러한 요구를 충족시키는 다른 고주파-고전압 공급원을 사용하여 발생시킬 수 있다. 이러한 전압 공급은, 아웃풋 전압, 주파수, 전류, 임피던스를 조절 가능한 것이면 된다. 전극과 기판의 작용 거리는, 가열점의 형상에 영향을 미치고, 따라서 기판이 가열되는 영역의 공간적 열 프로필을 제어한다. 하나의 실시 형태에 있어서는, 전극과 기판 표면의 거리는, 0㎜(접촉) 내지 10㎝, 바람직하게는 0㎜ 내지 10㎜, 보다 바람직하게는 0.05㎜ 내지 5㎜의 범위이다.

기판 표면에 대한 전극의 상대적 속도를 바꿈으로써, 기판에 도입되고, 따라서 기판을 가열하는 열 및 전기 에너지의 양을 조절하는 것이 가능해진다. 전극 및 기판 표면에서의 속도는, 통상 0.01㎜/초 내지 10000㎜/초, 바람직하게는 0.1㎜/초 내지 500㎜/초, 보다 바람직하게는 50㎜/초 내지 200㎜/초의 범위에서 서로에 대해 움직인다.

본 발명의 방법 및 장치에 있어서, 전극은 어떠한 형상이어도 되지만, 바람직하게는 기판의 표면을 가리키는 뾰족한 선단 형상이다. 이러한 전극은 다양한 재료로 제작 가능하고, 고융점의 귀금속, 예를 들어 플래티나 또는 팔라듐이 특히 양호하게 작용하는 것이 발견되었다.

고주파 고전압 공급으로서, 테슬라 변압기를 사용할 수 있다. 1차측 코일(프라이머리 코일)은, 100권취수까지, 바람직하게는 1 내지 10권취수, 보다 바람직하게는 1 내지 2권취수이며, 직경 5㎜ 내지 1000㎜, 바람직하게는 10㎜ 내지 100㎜, 보다 바람직하게는 10㎜ 내지 60㎜의 범위의 직경을 갖는 평면 또는 나선 형상으로 하여 실시할 수 있다. 이러한 코일 재료는 고체의 도전성 재료(예를 들어, 구리, 알루미늄, 귀금속)로부터, 와이어/테이프 또는 퇴적층의 형상으로 얻을 수 있다. 2차측 코일(세컨더리 코일)은, 0.01㎜ 내지 10㎜, 바람직하게는 0.05㎜ 내지 5㎜, 보다 바람직하게는 0.1㎜ 내지 1㎜의 범위의 직경의 와이어이고, 10으로부터 10⁵권취수, 바람직하게는 50으로부터 10⁴권취수, 보다 바람직하게는 60으로부터 1000권취수의 범위의 권취수로 얻을 수 있다. 이러한 2차측 코일 권취는, 1차측 코일과는 다르지만 통상은 1차측 코일과 동축에, 1차측 코일의 내측 또는 그 바로 근처에 설치된다.

1∼2권취수의 1차측 코일을 갖는 고주파수 테슬라 변압기를 포함하는 하나의 예시적 설정은, 직경 약 20㎜의 패턴화 프린트 기판을 사용하여 실현하였다. 100으로부터 300권취수의 2차측은, 0.1㎜ 내지 0.5㎜의 범위의 직경의 구리로부터 얻어지고, 1차측 코일의 내측에 설치하였다. 전극으로서 플래티나 및 팔라듐을 모두, 0.5㎜ 내지 2㎜의 직경의 선단이 뾰족한 형상으로 사용하였다. 1차측 코일 구동에 필요한 파워 회로는, 반도체 회로에 기초하여, 예를 들어 저전력 공급(50W까지)으로서, IXYS로부터의 IXDD414 등의 모놀리식 MOS 게이트 드라이버를 들 수 있고, 및 고전력 공급으로서, 고주파수 하이파워 MOSFET(예를 들어, IXY2210N50L, DE275X2-102N06A 500W까지)을 들 수 있다. 시스템을, 1차측 코일 5V 내지 30V의 공급 전압 2∼20㎒로 조작하였다. 이러한 파라미터를 사용하여, 0.1㎜ 내지 2㎜까지의 범위의 두께를 갖는, 예를 들어 글래스 기판 등의 다른 기판을 절단하는 것에 성공하였다(도 4, 5, 6a 및 6b).

또한, 열 장력 형성과 계속되는 기판 분리는, 가열된 소정 영역을 냉각하기 위한 추가의 냉각 장치를, 가열 이전 및/또는 이후에, 결정된 시간, 결정된 강도로 사용함으로써, 더욱 제어할 수 있는 것을 알 수 있었다. 이와 같은 개량 실시 형태는, 가스 흐름(예를 들어, 공기, 질소, 아르곤), 액체(예를 들어, 디클로로메탄, 클로로포름), 가스와 액체의 혼합물(에어로졸), 또는 가스와 고체(예를 들어, 이산화탄소 드라이 아이스)를 사용하여, 절단되는 기판을, 전냉각하는 것을 포함한다. 예를 들어, 상기한 테슬라 변압기의 파라미터로서, 추가의 냉각 스텝을, 1㎜ 직경의 스프레이 노즐을 사용하여, 약 10℃의 공기를, 상대 압력 0.1㎫(1바)로, 기판 표면으로부터 1㎜의 거리, 전극으로부터 10㎜의 거리에서 사용하여 성공하였다.

두께나 열팽창 계수 등의 글래스 특성은, 절단 프로세스 중의 글래스의 거동을 주로 결정하는 것이다. 따라서 보다 두꺼운 글래스나 낮은 열팽창 계수를 갖는 글래스는, 전달되는 에너지를 증가시키기 위해, 보다 많은 전류 및/또는 보다 낮은 속도를 필요로 하게 된다.

본 발명의 절단 방법, 장치를 특히 유익하게 적용할 수 있는 기판의 재료로서, 글래스를 들 수 있다. 이것은, 특히 절단을 위한 가열에 의해, 기판의 소정 영역 내에서 재료를 용융시키지 않도록 함으로써, 기판 표면으로의 미세 입자 등의 부착을 방지하는 것이, 글래스 기판에 강하게 요구되기 때문이다. 또한, 상응한 크기의 글래스 기판(직사각형이면 예를 들어, 약 300㎜ 이상x약 200㎜ 이상, 또한, 바람직한 두께로서는 0.1㎜ 내지 2㎜)을 절단하는 경우, 절단 스피드의 향상이 요구된다. 따라서, 기판 표면의 오염을 방지하면서 절단 스피드를 높이기 위해, 기판 재료가 용융되지 않고 가능한 한 고온으로 가열할 수 있도록, 패스의 길이, 절단 스피드, 기판 재료의 비유전율, 도전율, 열팽창 계수, 두께 등의 물성값에 따라 주파수나 전압을 결정하는 것이 바람직하다. 이러한 최적화에 의해 본 발명의 절단 방법에 의한 절단 스피드는, 50㎜/초, 특히 100㎜/초 이상으로 하는 것이 가능해진다.

본 발명의 방법·장치를 적용할 수 있는 글래스 기판은, 그 제조 방법에는 한정되지 않고, 플로트법, 다운 드로우법(오버 플로우, 슬릿, 리드로우를 포함함) 등, 다양한 방법으로 제조한 것이 포함된다. 또한, 제조되는 글래스 기판의 용도는 특별히 한정되지 않고, 모든 분야에 있어서의 용도, 특히 건축용이나 차량용, 플랫 패널 디스플레이용, 동일하게 커버용, 그 외의 각종 용도를 들 수 있다.

본 발명의 방법·장치를 적용할 수 있는 글래스 기판의 재료에는 특별히 제한은 없고, 이하 예시적으로 설명하는 바와 같이 다양한 조성을 갖는 재료가 포함된다.

붕규산 글래스로 대표되는 무알칼리 글래스 또는 알칼리 미량 함유의 무알칼리 글래스, 알루미노 실리케이트 글래스, 소다 라임 글래스 등을 예시할 수 있다. 이들 글래스 기판은, 물리 강화 또는 화학 강화된 글래스 기판이어도 된다. 강화 처리가 실시된 글래스 기판은 내부에 인장 응력을 잔류시키고 있으므로, 본 발명의 절단 방법·장치를 유익하게 적용할 수 있다. 이것은, 기계적으로 스크라이브를 형성하고 꺾음 절단하는 절단 방법이나 레이저에 의해 가열하여 절단하는 방법이, 글래스 기판의 표면으로부터 글래스 기판에 대해 기계적 또는 열적 변화를 실시하기 때문이다. 이에 대해, 본 발명의 절단 방법·장치, 특히 상술한 재료를 용융시키지 않도록 절단하는 방법에서는, 글래스 기판의 두께 방향 내부의 가열도 가능하게 하고 있으므로, 내부의 잔류 인장 응력에 의해 절단선이 패스로부터 벗어나 자주(自走)하는 것을, 방지할 수 있다. 이 자주 방지는, 절단 스피드를 높이고자 하면 발생하기 쉬우므로, 상기한 대형 글래스 기판에 이들 본 발명의 절단 방법·장치를 적용하는 것이 유익한 이유 중 하나이다.

본 발명의 절단 방법이, 레이저를 사용한 절단 방법에 비해 보다 바람직한 이유 중 하나로서, 상기한 글래스 기판 표면으로부터의 가열 여부의 점을 들 수 있다. 즉, 본 발명의 절단 방법에 따르면, 글래스 기판의 두께 방향 내부도 가열할 수 있는 점에서, 인장 응력을 패스에 직교하는 방향으로 두께 방향으로 밸런스 좋게 부여할 수 있다고 생각된다. 이 결과, 레이저에 의한 절단에 비해, 본 발명의 각종 실시 형태에 의해 얻어진 글래스 기판의 절단면의 3점 굽힘 강도가 높아진다.

구체적으로, 이들 글래스 기판의 재료로서는, 소다 라임 글래스의 경우에는, 하기 산화물 기준의 질량 백분율 표시로, SiO₂:65∼75％, Al₂O₃:0∼3％, CaO:5∼15％, MgO:0∼15％, Na₂O:10∼20％, K₂O:0∼3％, Li₂O:0∼5％, Fe₂O₃:0∼3％, TiO₂:0∼5％, CeO₂:0∼3％, BaO:0∼5％, SrO:0∼5％, B₂O₃:0∼5％, ZnO:0∼5％, ZrO₂:0∼5％, SnO₂:0∼3％, SO₃:0∼0.5％라고 하는 조성을 갖는 것이 바람직하다.

액정 디스플레이용 또는 유기 EL 디스플레이용의 기판에 사용되는 무알칼리 글래스의 경우에는, 하기 산화물 기준의 질량 백분율 표시로, SiO₂:39∼70％, Al₂O₃:3∼25％, B₂O₃:1∼20％, MgO:0∼10％, CaO:0∼17％, SrO:0∼20％, BaO:0∼30％라고 하는 조성이나, 산화물 표준에 있어서 몰 퍼센트로, SiO₂:64.0∼72.0, Al₂O₃:9.0∼16.0, B₂O₃:1.0∼5.0, MgO＋La₂O₃:1.0∼7.5, CaO:2.0∼7.5, SrO:0.0∼4.5, BaO:1.0∼7.0을 포함하고, 여기서 Σ(MgO＋CaO＋SrO＋BaO＋3La₂O₃)/(Al₂O₃)≥1.15인, 식 중, Al₂O₃, MgO, CaO, SrO, BaO 및 La₂O₃이, 각 산화물의 몰 퍼센트를 나타내는 것을 특징으로 하는 알칼리를 포함하지 않는 글래스나, 질량 백분율로, SiO₂를 58.0∼68.0％, Al₂O₃을 10.0∼25.0％, B₂O₃를 3.0∼15.0％, MgO을 0∼2.9％, CaO을 0∼8.0％, BaO을 0.1∼5.0％, SrO을 0.1∼10.0％, ZnO을 0∼5.0％, ZrO₂을 0∼5.0％, TiO₂을 0∼5.0％의 조성을 갖고, 실질적으로 알칼리 금속 산화물을 함유하지 않는 글래스라고 하는 조성을 갖는 것이 바람직하다.

플라즈마 디스플레이용의 기판에 사용되는 혼합 알칼리계 글래스의 경우에는, 하기 산화물 기준의 질량 백분율 표시로, SiO₂:50으로부터 75％, Al₂O₃:0∼15％, MgO＋CaO＋SrO＋BaO＋ZnO:6∼24％, Na₂O＋K₂O:6∼24％라고 하는 조성을 갖는 것이 바람직하다.

디스플레이 등의 커버 글래스용의 기판에 사용되는 글래스의 경우에는, SiO₂를 50∼74％, Al₂O₃을 1∼10％, Na₂O을 6∼14％, K₂O을 3∼15％, MgO을 2∼15％, CaO을 0∼10％, ZrO₂을 0∼5％ 함유하고, SiO₂ 및 Al₂O₃의 함유량의 합계가 75％ 이하, Na₂O 및 K₂O의 함유량의 합계 Na₂O＋K₂O이 12∼25％, MgO 및 CaO의 함유량의 합계 MgO＋CaO이 7∼15％라고 하는 조성이나, SiO₂를 61∼66％, Al₂O₃을 6∼12％, MgO을 7∼13％, Na₂O을 9∼17％, K₂O을 0∼7％ 함유하고, ZrO₂을 함유하는 경우, 그 함유량이 0.8％ 이하라고 하는 조성이나, SiO₂를 75.5∼85.5％, MgO을 1∼8％, CaO을 0∼7％, Al₂O₃을 0∼5％, Na₂O을 10∼22.5％를 함유하고, MgO의 함유량이 CaO의 함유량 보다 많은, MgO 및 CaO의 함유량의 합계(MgO＋CaO)가 8％ 이하, MgO, CaO 및 Na₂O의 함유량의 합계가 24.5％ 이하, MgO 및 CaO의 함유량(MgO＋CaO)을 Na₂O의 함유량으로 나누어 얻어진 비가 0.45 이하라고 하는 조성을 들 수 있다.

또한, 화학 강화용 글래스로서:몰 백분율 표시로, SiO₂를 64∼68％, Na₂O을 12∼16％, Al₂O₃을 8∼12％, B₂O₃를 0∼3％, K₂O을 2∼5％, MgO을 4∼6％, CaO을 0∼5％ 함유하고, SiO₂＋B₂O₃＋CaO이 66∼69％, Na₂O＋K₂O＋B₂O₃＋MgO＋CaO＋SrO이 10％ 초과, MgO＋CaO＋SrO이 5∼8％, (Na₂O＋B₂O₃)-Al₂O₃이 2％ 이하, Na₂O-Al₂O₃이 2∼6％, (Na₂O＋K₂O)-Al₂O₃이 4∼10％이며, 적어도 13㎪·S의 액상 점도를 갖는 조성이나, 질량％로 SiO₂를 40∼70％, Al₂O₃을 12∼25％, B₂O₃를 0∼10％, Li₂O을 0∼8％, Na₂O을 6∼15％, K₂O을 0∼10％, Li₂O＋Na₂O＋K₂O을 13∼20％, MgO을 0∼3.9％, CaO을 0∼5％, ZnO을 0∼5％, ZrO₂을 0∼6％, SrO＋BaO을 0∼5％ 함유하고, 또한 질량 분율로 (MgO＋ZrO₂＋ZnO)/(MgO＋ZrO₂＋ZnO＋Al₂O₃)의 값이 0.25∼0.45인 조성을 들 수 있다.

그 외의 용도로서, 내열 용기 또는 이화학용 기구 등에 사용되는 붕규산 글래스의 경우에는, 하기 산화물 기준의 질량 백분율 표시로, SiO₂:60∼85％, Al₂O₃:0∼5％, B₂O₃:5∼20％, Na₂O＋K₂O:2∼10％라고 하는 조성을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 글래스 기판의 재료로서, 상기한 재료 외에, 실리카 글래스, 사파이어 등도 사용 가능하다. 또한, 균질한 글래스 재료 외에도, 불균질한 재료나, 복수의 재질의 글래스가 적층된 형태인 것도 사용할 수 있다.

또한, 비평면 또는 통상이 아닌 평면의 재료도 또한, 본 발명의 방법으로 처리 가능하다. 그러나 이들 상태의 경우에는, 기판 표면으로부터의 거리가 결정된, 예를 들어 일정한 거리에서 전극이 기판을 추적하도록 설정을 적합하게 함으로써, 얻어지는 결과를 개량할 수 있다. 통상, 기판 재료의 두께는 0.01㎜ 내지 5㎜, 바람직하게는 0.1㎜ 내지 2㎜의 범위이다. 하나의 실시 형태에서는, 기판의 편측 또는 양측에, 주석 도프 산화 인듐(ITO) 등의 도전성의 추가의 층이나 금속 산화물 등의 비도전성의 추가의 층을 갖고 있어도 된다.

기판과 전극이 서로에 관하여 직선을, 즉 일차원을 따라 움직임으로써, 직선 절단 또는 분리가 얻어진다. 복잡한 형상의 기판에는, 기판의 요구되는 형상을 따라 추적하도록 전극의 위치/움직임을 제어함으로써, 본 발명을 적용하여 얻을 수 있다. 시험한 구성에 있어서는, 각이 곡률이 부여된 직사각형 및 파상선 절단을 포함하는 복잡한 형상, 또한 기판을 도려낸 형상이 용이하게 얻어진다.

정밀하게 절단된 기판을 얻기 위해, 전극과 기판의 상대적 이동을, 수치 제어 전자 기계 장치에 의해 제어할 수 있다. 가능한 구성은, 기판상에 설치된 장치에 의해 전극이 움직이는지, 또는 그 대신에 전극을 고정된 위치에서 유지하여 기판이 움직이는지의, 그들 2개의 방법의 조합이다. 적절한 짧은 시간(통상 100ms보다 짧은 보정 교정 시간)에서 전기적 및 기계적 파라미터를 제어하여 적합하게 하기 위해서는, 피드백 루프을 실장하는 것이 가능하다. 이러한 방법으로, 전류, 전압 및/또는 온도의 측정값에 기초하여, 전압 발생 파라미터, 냉각 시스템, 기판-전극 거리 및/또는 속도를 리얼타임으로 조절하여, 정상적인 프로세스를 유지할 수 있다.

기판 및/전극의 움직임 또는 그들의 조합을 제어하기 위한 수치 제어 장치에 결합되는, 적당한 인풋/아웃풋 인터페이스를 설치한 PC 등의 적당한 컴퓨터 시스템 또는 스탠드 얼론 장치의 수단에 의해, 이러한 설정을 제어하여 구동할 수 있다.

절단 공정의 개시는 결정적인 사상일 수 있는 점부터, 정확한 절단 개시 위치의 결정에 따라, 본 프로세스를 보다 정확하게 하기 위해, 크랙 부여(또는, 인공적인 요철 부여)를 도입할 수 있다. 이러한 요철(irregularity)은, 재료의 단부로부터 절단 개시하는 경우에는 기판의 단부에 형성해도 되고, 기판의 내측에 형성해도 된다. 기판 내의 이러한 형성된 크랙은, 기판 내에서 폐쇄된 절단을 행하는 경우, 즉 외측의 단부의 경계를 가로지르지 않는 경우에 중요하다. 시료에 복수의 이와 같은 불규칙성을 부여하는 것은, 미리 정의되는 복잡한 분리 패스에 있어서 유용하다.

또한, 예시적 실시 형태로서 제공되는 다음 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 기판(5)의 표면을 향한 전극(1)의 예시적 실시 형태를 도시한다. 전극(1)은, 발생기(6)에 접속되고, 발생기(6)는, 접지되어 있어도 접지되어 있지 않아도 된다. 발생기(6)에 의한 전압 공급/발생에 의해, 전기 아크(2)가 재료의 표면과 전극간에 형성된다. 냉각 시스템(3)이, 전극으로부터 고정 위치에 설치되고, 냉각 매체를 분사한다. 냉각 매체는, 가스, 액체 또는 에어로졸의 형태이다. 전극(냉각 노즐이 추적함) 및 재료 표면은, 서로 절단되어야 하는 방향(4)을 따라 움직이고, 절단되는 표면을 전극에 노출시킨다. 선택적인 대향 전극(7)이, 절단되는 기판의 반대측에 설치되어도 된다. 점선은, 절단이 발생하는 것이 예상되는 영역을 나타낸다.

도 2는 본 발명의 전기 부품(8)으로서 가능한 실시 형태를 도시한다. 고주파 발생 구동 파워 스테이지(9)가 테슬라 변압기에 결합되어 있다. 2차측 코일(11)이, 전극(1)에 결합되고, 기판 근처에, 가능하면 접지된 대향 전극(7)과 함께, 설치된다. 경우에 따라, 피드백(12)이 발생기에 의해 발생되는 주파수를 조절한다.

도 3은 본 발명의 자동화가 가능한 구성을 도시하고, 기판(5), 전압 공급(6)에 결합되는 전극(13) 또는 기판(14), 가시광, 적외선 또는 자외선으로 조작되는 감시/피드백 카메라(15) 및 제어 장치(16)를 포함한다.

도 4는 이하의 조건으로 얻어진 소다 라임 글래스판(두께 0.7㎜)의 현미경 슬라이드의 절단부를 나타낸다. 절단 조건은, 2.5A, 3.85㎜/초, 0.1㎫(1바)의 냉각 공기압, 500㎛의 시료-전극간 거리이다.

도 5는 절단 프로세스시, 글래스 시료와 전극간에서 형성되는 전기 아크를 나타내는 사진이다. 냉각 공기를 분사하는 노즐이, 전극의 1㎝ 뒤를 추적하고, 온도 프로필을 제어하여, 랜덤한 크랙이 들어가는 것을 저지한다.

도 6a는 다음 조건으로 만들어진 화학 강화 글래스판(두께 0.7㎜)이 나타내어진다. 절단 조건은, 2.5A, 3.85㎜/초, 0.1㎫(1바)의 냉각 공기압, 500㎛의 시료-전극간 거리이다. 마찬가지로 도 6b는 다음 조건으로 만들어진 화학 강화 글래스판(두께 0.7㎜)이 나타내어진다. 절단 조건은, 2.5A, 3.85㎜/초, 0.1㎫(1바)의 냉각 공기압, 500㎛의 시료-전극간 거리이다.

도 7에는 본 발명의 절단 방법 및 장치를 사용하여, 글래스 리본의 테두리부의 절단에 사용한 예를 도시한다. 여기서 글래스 리본이라 함은, 주로 형상의 특징을 의미하고, 얇은 판 형상 또는 필름 형상의 글래스이며, 통상, 취급상의 편의성에서, 코어재에 권취되어 글래스 롤로서, 보존·이동 등이 가능한 것이다. 두께에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 통상 0.01∼0.2㎜ 정도이며, 폭에 대해서도 특별히 제한은 없지만 통상 100∼2000㎜ 정도이다. 롤 형상으로 권취하기 위한 코어재의 직경은 통상 100∼1000㎜의 범위이다. 또한, 통상, 제조 후의 글래스 리본의 폭 방향의 양쪽 또는 편측에는 테두리부라고 일컬어지는 부분이 남아 있고, 최종적으로는 절단되어 글래스 리본 제품으로 한다. 여기서 의미하는 글래스 리본의 테두리부라 함은, 제조 후의 글래스 리본의 폭 방향의 양쪽 또는 편측에 남겨지고, 최종적으로는 절단되는 부분을 의미하고, 글래스 리본에 있어서의 위치(폭 방향의 단부로부터의 거리), 절단되는 크기(사이즈, 길이), 절단되는 형상 등에 대해서는 특별히 한정은 없다. 통상, 제조 후의 글래스 리본의 폭 방향의 단부로부터 약 5∼100㎜ 정도의 부분을 의미한다.

우선, 절단되어야 하는 테두리부(75)를 갖는 글래스 리본(74)을 롤 형상으로 권취한 글래스 롤(71)을 준비한다. 또한, 글래스 롤(71)로부터 글래스 리본(74)을 풀어 평탄하게 하여 화살표 방향으로 진행시킨다. 글래스 롤(74)의 테두리부 근처에 설치된 본 발명의 절단 장치(73)에 의해, 진행되는 글래스 롤(74)의 절단되어야 하는 테두리부를 나타내는 패스(도시하지 않음)를 따라, 테두리부(75)가 절단된다. 테두리부(75)가 절단된 글래스 롤(76)은, 더 진행되고, 다시 권취되어 롤 형상의 글래스 롤(72)로 된다. 이때, 절단 장치(73)에 의한 절단은, 글래스 리본의 각종 물성값에 맞추어 전압이나 주파수를 조정하고, 상술한 형태 중 어느 하나를 적용하여 행해진다.

여기서, 글래스 리본(74)을 가열하여 절단 장치(73)에 의해 절단할 때, 즉 AC 전압원에 접속된 하나 또는 그 이상의 전극 수단에 의해, 상기 테두리부에 전기 및 열에너지를 공급하고, 1㎑ 내지 10㎓의 범위의 주파수로, AC 전압 및 전류를 상기 테두리부의 결정된 영역에 공급하여 상기 영역을 가열할 때, 적어도 상기 가열 영역의 글래스 리본 단면에 발생하는 장력은 100㎪ 이하이면 바람직하다. 상기 장력은 50㎪ 이하이면 더욱 바람직하다. 상기 장력이 100㎪을 초과하면 절단면(글래스 리본 단부면)의 성상이 안정되지 않고, 응력 집중이 일어나기 쉬워지므로 균열의 기점으로 되는 경우가 있다. 상기 장력이 100㎪ 이하이면, 바람직한 성상의 절단면이 얻어지고, 글래스 리본(74)의 기계적 강도의 저하를 방지할 수 있다.

도 7에서는, 글래스 리본(74)에는 양단부에 있는 테두리부를 동시에 절단하는 형태를 도시하였지만, 본 발명은 그 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 어느 한쪽의 테두리부만을 절단하는 경우나, 어느 한쪽의 테두리부를 절단한 후에, 다른 쪽의 테두리부를 절단하는 방법도 포함된다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 테두리부(75)를 절단한 후 글래스 롤(76)을 다시 권취하여 롤 형상의 글래스 롤(72)로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해 테두리부(75)를 절단한 후 글래스 롤(76)을 보다 콤팩트하게, 수납, 포장, 곤포, 보존, 운반 등을 하는 것을 가능하게 한다. 단, 본 발명의 방법 및 장치에 있어서는, 상기 다시 권취하는 것은 필수는 아니다. 예를 들어, 실질적으로 권취되는 일 없이 이하 설명한 바와 같이, 상기 테두리부(75)를 절단한 후의 글래스 롤(76) 및 절단된 테두리부(75)에 대해, 또한 다양한 취급 또는 회수 등이 가능하다. 여기서, 다양한 취급이라 함은, 예를 들어 상기 테두리부(75)가 절단된 글래스 롤을 실질적으로 다시 권취하는 일 없이 계속되는 다양한 공정에서 사용·가공 등을 하는 것을 포함한다. 또한, 여기서 회수라 함은, 권취 또는 견인에 의한, 절단한 후의 글래스 롤(76) 및 절단된 테두리부(75)의 수집, 보존, 재이용, 재사용, 폐기를 포함한다.

도 7에 도시하는 예에서는, 절단 후의 글래스 리본(74)을 권취하고, 테두리부(75)가 자중에 의해 자유 낙하하는 형태가 도시되어 있지만, 본 발명은 그 형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 방법 및 장치에 있어서는, 절단된 후의 글래스 리본(74)뿐만 아니라 테두리부(75)도 회수하는 것이 바람직하고, 앞서 설명한 다양한 회수의 방법이 적용 가능하다. 그때에 상기 글래스 리본(74)의 단면과 상기 테두리부(75)의 단면에 발생하는 장력의 차를 50㎪ 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 장력차를 작게 함으로써, 바람직한 성상의 절단면이 얻어지기 때문이다.

또한, 절단된 글래스 리본(74)과 테두리부(75)의 양쪽을 회수하는 경우에는, 양자를 반송할 때에 그들의 반송 높이가 다르도록 하는 것이 바람직하다. 양자의 반송 높이가 다르도록 함으로써, 글래스 리본(74)의 절단면과 테두리부(75)의 절단면이 서로 접촉하기 어려워지고, 그 결과 미소 흠집을 발생시키기 어려워지기 때문이다. 따라서 이러한 접촉에 의한 문제를 저감시키도록, 상기 글래스 리본(74)과 테두리부(75)의 높이를 적절하게 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 회수는, 상기 회수의 목적에 따라, 절단된 글래스 리본과 테두리부를 적절한 반송 수단을 사용하여 반송함으로써, 혹은 적절한 권취 수단을 사용하여 권취함으로써 행할 수 있고, 또한, 글래스 리본과 테두리부의 반송과 권취를 조합함으로써 행하는 것도 가능하다. 도 7에 있어서는 감아 풀리기 전의 글래스 롤(71)과 권취된 후의 글래스 롤(72) 사이의 글래스 리본(74)의 반송 수단은 도시되어 있지 않지만, 일반적으로는 반송 수단으로서 원통 형상의 반송 롤이 바람직하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 복수의 상기 반송 롤을 글래스 롤(71)과 글래스 롤(72)의 사이에 적절한 위치에 설치함으로써, 글래스 리본(74)의 진행 방향에 직교하는 방향으로 평행하게 배치하여 반송 경로를 형성할 수 있다. 그때, 복수의 반송 롤은, 환형상 부재(예를 들어, 벨트 부재)로 접속되어 있는 것이 바람직하다. 상기 환형상 부재에 의해 반송 롤 사이의 간극에서 글래스 리본(74)을 지지할 수 있으므로, 글래스 리본(74)의 휨이 억제되고, 절단 장치(73)와 글래스 리본(74) 사이의 거리의 변동을 방지할 수 있고, 그 결과, 안정된 품질로 절단할 수 있기 때문이다. 상기 반송 롤을 대신하는 글래스 리본(74)의 반송 수단으로서는, 글래스 리본(74)의 진행 방향에 평행하게 배치한 장척의 환형상 벨트 부재 등을 들 수 있다.

또한, 상술한 본 발명의 절단 방법·장치는, 글래스 리본을 성형한 후에 오프라인으로 폭 방향의 테두리부를 절단하는 형태를 설명한 것이지만, 본 발명은 그 형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 절단 방법·장치를, 글래스 리본을 성형한 후에, 온라인으로 폭 방향의 테두리부를 절단하기 위해 적용하는 형태도 포함하는 것이다. 즉, 예를 들어 플로트법에 의해 글래스 리본을 성형하는 경우에는, 예를 들어 도 7의 지면상 우측에 플로트 버스로부터 연통되는 서랭로를 배치함으로써 가능해진다. 또한, 예를 들어 오버 플로우 다운드로우법에 의해 글래스 리본을 성형하는 경우에도, 마찬가지로, 예를 들어 도 7의 지면상 우측에 서랭 존을 배치함으로써 가능해진다.

또한, 글래스 리본의 테두리부를 절단하기 위한 장치(오프라인 및 온라인)에 대해서는, 특별히 제한은 없고 상술한 본 발명의 장치를 바람직하게 적용 가능하지만, 예를 들어 다음 구성을 포함하는 장치가 바람직하다. 즉, 글래스 리본의 폭 방향의 테두리부를 절단하는 장치이며:(A) 절단되는 폭 테두리부를 갖는 글래스 리본을 롤 형상으로 권취한 글래스 롤로부터, 글래스 롤의 권취를 풀어 글래스 리본을 준비하는 수단과, (B) 상기 풀린 글래스 리본을, 다시 롤 형상으로 권취하는 수단과, (C) 상기 풀린 글래스 리본의 폭 방향의 테두리부를 절단하는 절단 수단을 포함하고, 상기 절단 수단이, (i) 10V 내지 10⁷V의 범위의 전압과, 1㎑ 내지 10㎓의 범위의 주파수를 공급 가능한 AC 전압원과, (ii) 상기 AC 전압원에 결합되는 제1 전극과, (iii) 절단되는 상기 글래스 리본의 폭 방향의 테두리부를 보유 지지하고, 상기 테두리부의 일측을 상기 전극에 노출시키는, 보유 지지 수단과, (iv) 경우에 따라, 상기 테두리부를 냉각하기 위해, 상기 전극에 고정된 거리에서 설치되는 냉각 수단을 포함하고, 상기 글래스 롤의 권취를 풀어, 상기 풀린 글래스 리본의 폭 방향의 테두리부를, 상기 절단 수단에 의해 절단하고, 상기 테두리부가 절단된 글래스 리본을, 다시 롤 형상으로 권취하는, 장치를 들 수 있다.

단, 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 장치에 있어서는, 다시 롤 형상으로 권취하기 위한 수단·장치를 구비하는 것은 필수는 아니다. 예를 들어 실질적으로 권취하는 수단을 구비하는 일 없이, 이하 설명한 바와 같이, 상기 테두리부(75)를 절단한 후의 글래스 롤(76) 및 절단된 테두리부(75)에 대해, 또한 각종 취급 또는 회수 등을 위한 장치를 포함하는 것이 가능하다. 여기서, 각종 취급을 위한 장치라 함은 계속되는 다양한 공정에서 사용·가공 등을 하기 위한 장치를 포함한다. 또는, 회수하기 위한 장치라 함은, 절단한 후의 글래스 롤(76) 및 절단된 테두리부(75)를 수집, 보존(일시적 또는 장기간), 재이용, 재사용, 폐기 등을 하기 위한 장치를 포함한다.

또한, 본 발명을 실시예에 기초하여 설명한다.

제1 실시예

소다 라임 글래스판을 파형 형상으로 절단하기 위해, 전극과 공기 노즐이 따라가는 패스를 코드 언어(code language)로 프로그램하였다. 따라가야 하는 전극과 냉각 노즐에 패스를 전달하기 위해 컴퓨터와 수치 제어 전자 기계 장치의 인터페이스를 사용하였다.

현미경 슬라이드 글래스의 두께 0.7㎜를 절단하기 위해, 다음 파라미터를 적용하였다. 2.5A 전류와, 3.85㎜/초의 전극 및 냉각 노즐 속도와, 0.1㎫(1바)의 냉각 공기압과, 전극과 글래스 시료의 거리가 0.5㎜이었다. 얻어진 절단은 도 4에 나타내어진다.

제2 실시예

화학 강화 글래스판을 절단하기 위해, 전극과 공기 노즐이 따라가는 패스를 코드 언어로 프로그램하였다. 따라가야 하는 전극과 냉각 노즐에 패스를 전달하기 위해 컴퓨터와 수치 제어 전자 기계 장치의 인터페이스를 사용하였다.

화학 강화 글래스판의 두께 0.7㎜를 절단하기 위해, 다음 파라미터를 적용하였다. 2.5A 전류와, 3.85㎜/초의 전극 및 냉각 노즐 속도와, 0.1㎫(1바)의 냉각 공기압과, 전극과 글래스 시료의 거리가 0.5㎜이었다. 얻어진 절단은 도 6a 및 6b에 나타내어진다.

명세서, 특허청구의 범위 및/또는 첨부 도면에서 개시된 본 발명의 구성은, 각각의 또는 어떠한 조합에 있어서, 본 발명의 다양한 변법을 실행하기 위해 중요하다.

본 출원은, 2011년 3월 28일자로 출원된 일본 특허 출원 2011-069800을 기초로 하여 우선권 주장되어 있는 출원이며, 이 우선권 주장의 기초로 되는 출원의 전체 내용은 여기서 참조되어 본 명세서에 원용된다.

1 : 전극
2 : 전기 아크
3 : 냉각 시스템
4 : 절단 방향
5 : 재료
6 : 발생기, 전압 공급
7 : 대향 전극
8 : 전기 부품
9 : 고주파 발생 구동 파워 스테이지
10 : 1차측 코일, 프라이머리 코일
11 : 2차측 코일, 세컨더리 코일
12 : 피드백
13 : 전극
14 : 기판
15 : 감시/피드백 카메라
16 : 제어 장치
71 : 글래스 롤
72 : 글래스 롤
73 : 절단 장치
74 : 글래스 리본
76 : 글래스 롤
75 : 테두리부

Claims

(a) 절단되는 기판을 공급하고,
(b) AC 전압원에 접속된 하나 또는 그 이상의 전극에 의해, 상기 기판에 전기 및 열에너지를 인가하고, 1㎑ 내지 10㎓의 범위의 주파수로, AC 전압 및 전류를 상기 기판의 소정 영역에 공급하여 상기 영역을 가열하고,
(c) 상기 영역을 냉각하고,
(d) 스텝 (b) 동안,
(i) 상기 기판에 대해 상대적인 상기 전극의 이동,
(ii) 상기 전극에 대해 상대적인 상기 기판의 이동, 또는
(iii) 상기 전극과 상기 기판의 각각에 대해 상대적인 이동에 의해, 상기 소정 영역을 기판 표면상의 패스를 따라 이동시키는 것을 특징으로 하는, 기판의 절단 방법.
제1항에 있어서,
상기 기판은 대향 전극으로서 폐쇄 전기 회로를 확립하기 위해 작용하는, 기판의 절단 방법.
제1항에 있어서,
대향 전극이, 절단되는 상기 기판의 반대측에 설치되어 폐쇄 전기 회로를 확립하는, 기판의 절단 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스텝 (b)는 그 자체, 상기 전극 및 상기 소정 영역의 사이에서의 전기 아크를 발현시키고, 바람직하게는 상기 전기 아크가 기판 절단에 사용되는, 기판의 절단 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판의 가열은, 상기 AC 전압 및/또는 전류 및/또는 기판과 전극간 거리를 조절함으로써 제어되는, 기판의 절단 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스텝 (b)에 있어서, 상기 전극은, 상기 기판의 편측 또는 양측에서, 기판으로부터 0㎜ 내지 100㎜의 거리에 설치되는, 기판의 절단 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스텝 (b)는, 10V 내지 10⁷V의 범위의 전압과, 1㎑ 내지 10㎓의 범위의 주파수를 공급함으로써 실시되는, 기판의 절단 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 또한, 스텝 (a2)를 포함하고, 상기 스텝 (b)에 앞서 상기 소정 영역을 냉각하는, 기판의 절단 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각이, 상기 소정 영역이 움직임에 따라 상기 기판상의 동일한 패스를 따라 움직이는, 기판의 절단 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판 내의 인장 응력은, 상기 스텝 (b)에 앞서, 절단이 의도되는 패스를 따라 유기 또는 유도되어 있는, 기판의 절단 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 AC 전원은, 고전압 고주파 장치이며, 10V 내지 10⁷V의 AC 전압, 1㎑ 내지 10㎓의 주파수를 발생시킬 수 있는, 기판의 절단 방법.
제11항에 있어서,
상기 고전압 고주파 장치는, 테슬라 변압기, 플라이백 변압기를 포함하는 공진 변압기, 고출력 고주파원 및 반도체에 기초하는 고주파 고체 초퍼로부터 선택되는, 기판의 절단 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은, 글래스 또는 세라믹스를 포함하는 전기적 절연 재료, 도프된 실리콘 및 결정성 실리콘, 게르마늄, 갈륨비소 및 인듐인화물을 포함하는 화합물 반도체를 포함하는 전기적 반도체 재료로부터 선택되는 재료로 이루어지는, 기판의 절단 방법.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전압 및/또는 주파수는, 비유전율, 도전율, 열팽창 계수, 두께를 포함하는 상기 기판의 전기적 및 물리적 성질에 의해 조절되는, 기판의 절단 방법.
제2항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
변압 구동 회로를 갖는 공진 변압기가 AC 전원으로서 사용되고, 상기 기판은 폐쇄 회로의 일부로 되어 상기 폐쇄 회로의 상기 공진 주파수에 영향을 미쳐, 변압 장치 구동 회로의 주파수를, 상기 기판의 치수 및 유전성을 포함하는 물리적 성질에 따라 조절하는, 기판의 절단 방법.
제15항에 있어서,
공진 변압기가 AC 전압원으로서 사용되고, 제15항에 기재되는 상기 회로의 상기 공진에 맞추어 설정되는 고정 주파수에 의해 구동되는, 기판의 절단 방법.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공진 변압기는, AC 전원으로서 사용되고, 상기 기판 내의 상기 유전 손실과 상기 전기 아크의 상기 성질을 제어하기 위해, 상기 공진 주파수로부터 어긋난 주파수로 구동되는, 기판의 절단 방법.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스텝 (b)일 때, 상기 소정 영역 내의 기판 재료는 용융되지 않고, 제거되지 않거나, 또는 상기 소정 영역으로부터 제거되지 않는, 기판의 절단 방법.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스텝 (b)일 때, 상기 소정 영역 내의 기판 재료는 용융되거나 및/또는 상기 소정 영역으로부터 제거되는, 기판의 절단 방법.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판의 분리는, 상기 기판에 기계적으로 압축 또는 인장의 힘을 인가함으로써 제어되는, 기판의 절단 방법.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스텝 (b)에 앞서, 최초의 인공적인 크랙을 포함하는 최초의 파괴 계기를 기판에 도입하고, 상기 스텝 (b)가 상기 최초의 파괴 계기 부분에서 개시되는, 기판의 절단 방법.
제21항에 있어서,
상기 스텝 (b)에 앞서, 제2 인공적 크랙을 포함하는 제2 파괴 계기를 기판에 도입하고, 상기 분리 패스가, 제2 인공적 크랙을 포함하는 상기 제2 파괴 계기까지 통과하여 종료되도록 스텝 (b)를 실행하는, 기판의 절단 방법.
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판 표면상의 상기 패스를 따른 상기 소정 영역의 이동은, 상기 기판의 최초의 부분과 최종 분리 부분에서는, 상기 부분에서의 상기 분리의 품질을 개량하기 위해 속도를 감소하는, 기판의 절단 방법.
제23항에 있어서,
상기 전압 및/또는 주파수는, 상기 절단의 상기 최초와 상기 최종 부분에서의 상기 감소 속도를 보상하기 위해, 일정한 속도/전력비를 유지함으로써, 조절되는, 기판의 절단 방법.
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 기재된 본 발명에 의한 방법을 실시하기 위한 장치이며:
(I) 10V 내지 10⁷V의 범위의 전압과, 1㎑ 내지 10㎓의 범위의 주파수를 공급 가능한 AC 전압원과,
(II) 상기 AC 전압원에 접속되는 제1 전극과,
(III) 절단되는 상기 기판을 보유 지지하고, 상기 기판의 일 표면을 상기 전극에 노출시키는, 보유 지지 수단과,
(V) 상기 전극과 상기 기판을 각각 상대적으로 이동시키는 이동 수단과,
(VI) (I)과 (V)를 제어하는 제어 수단을 포함하는, 장치.
제25항에 있어서,
상기 AC 전압원은, 주파수 발생 장치 구동 파워부, 상기 파워부에 결합되는 테슬라 발생 장치로서 공진 변압기의 프라이머리 코일, 상기 제1 전극에 결합되는 상기 공진 변압기의 세컨더리 코일 및 상기 공진 변압기의 파워 출력을 제어/설정하기 위한 피드백 기구를 포함하는, 장치.
제25항 또는 제26항에 있어서,
또한, 상기 전극 및/또는 상기 보유 지지 수단에 보유 지지된 상기 기판을 이동 가능하게 하는 수치 제어 장치 및 관리용 카메라를 포함하는, 장치.
제27항에 있어서,
상기 제어 수단은 또한, 상기 관리용 카메라 및 상기 수치 제어 장치에 의해, 상기 정의된 방법의 실시를 제어하는, 장치.
글래스 리본의 폭 방향의 테두리부를 절단하는 방법이며:
(A) 절단되는 폭 테두리부를 갖는 글래스 리본을 롤 형상으로 권취한 글래스 롤을 준비하고, 상기 글래스 롤의 권취를 풀어, 상기 풀린 글래스 리본의 폭 방향의 테두리부에,
(B) AC 전압원에 접속된 하나 또는 그 이상의 전극 수단에 의해, 상기 테두리부에 전기 및 열에너지를 공급하고, 1㎑ 내지 10㎓의 범위의 주파수로, AC 전압 및 전류를 상기 테두리부가 결정된 영역에 공급하여 상기 영역을 가열하고,
(C) 상기 영역을 냉각하고,
(D) 스텝 (B) 동안, 상기 영역은 상기 테두리부의 패스를 따라, 상기 전극에 관하여 상기 풀린 글래스 리본을 움직이고, 상기 패스를 따라, 상기 테두리부를 절단하는 것을 포함하는, 방법.
제29항에 있어서,
상기 스텝 (D)의 이후에,
(E) 상기 테두리부가 절단된 글래스 리본을, 다시 롤 형상으로 권취하는 것을 포함하는, 방법.
제29항에 있어서,
상기 스텝 (B) 동안, 적어도 상기 가열 영역의 글래스 리본 단면에 발생하는 장력이 100㎪ 이하인, 방법.
제31항에 있어서,
상기 스텝 (D)의 절단 후, 또한, 절단된 글래스 리본과 테두리부의 양쪽 모두를 회수하는 것을 포함하고, 상기 글래스 리본의 단면과 상기 테두리부의 단면에 발생하는 장력의 차가 50㎪ 이하인, 방법.
제31항 또는 제32항에 있어서,
상기 스텝 (D)의 절단 후, 또한, 절단된 글래스 리본과 테두리부의 양쪽 모두를 회수하는 것을 포함하고, 상기 글래스 리본과 상기 테두리부의 반송 높이가 다른 것인, 방법.
제32항 또는 제33항에 있어서,
상기 회수는, 절단된 글래스 리본과 테두리부의, 반송 및/또는 권취에 의해 행하는, 방법.
글래스 리본의 폭 방향의 테두리부를 절단하는 장치이며:
(A) 절단되는 폭 테두리부를 갖는 글래스 리본을 롤 형상으로 권취한 글래스 롤로부터, 글래스 롤의 권취를 풀어 글래스 리본을 준비하는 수단과,
(B) 상기 풀린 글래스 리본을, 다시 롤 형상으로 권취하는 수단과,
(C) 상기 풀린 글래스 리본의 폭 방향의 테두리부를 절단하는 절단 수단을 포함하고,
상기 절단 수단이,
(i) 10V 내지 10⁷V의 범위의 전압과, 1㎑ 내지 10㎓의 범위의 주파수를 공급 가능한 AC 전압원과,
(ii) 상기 AC 전압원에 결합되는 제1 전극과,
(iii) 절단되는 상기 글래스 리본의 폭 방향의 테두리부를 보유 지지하고, 상기 테두리부의 일측을 상기 전극에 노출시키는, 보유 지지 수단을 포함하고,
상기 글래스 롤의 권취를 풀어, 상기 풀린 글래스 리본의 폭 방향의 테두리부를, 상기 절단 수단에 의해 절단하는, 장치.
제35항에 있어서,
또한, 상기 테두리부가 절단된 글래스 리본을, 다시 롤 형상으로 권취하는 수단을 포함하는, 장치.