200841974 . 九、發明·說明： _ ^ 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種雷射加工方法，尤其係一種用以切割 脆性材料之雷射加工方法。 【先前技術】 目前’於平面顯示器（Flat Panel Display, FPD)製 造領域，對待加工之脆性材料如，玻璃基板進行雷射切割 • 時，全程皆以刀具如，刀輪或鑽石刀壓入玻璃基板表面以 在玻璃基板表面產生一定深度之預切刀痕，隨即以雷射加 熱玻璃基板表面，再以冷卻流體冷卻玻璃基板表面，因此 於玻璃基板表面因急劇變化之溫度差產生應力之變化，使 先前產生之預切刀痕產生裂紋向下成長，進而貫穿整個玻 璃基板斷面使得玻璃基板完全分離。刀具於玻璃基板表面 進行全程切割之同時通常會產生中央裂痕（Median Crack)、徑向裂痕（Radial Crack)、及側向裂痕（Lateral • Crack)等三種裂紋。其中，中央裂痕係自預切刀痕底部向 下延伸；徑向裂痕係自預切刀痕周邊向外延伸；而側向裂 痕係自預切刀痕之底部彈塑性變形區交界處向上及兩側 延伸，若輿徑向裂痕連結將會造成一次微破裂（First Micro-chipping)而導致玻璃基板之表面損傷。雷射加熱 玻璃基板表面時會再次對玻璃基板施加應力，使得刀具全 程切割時所形成之橫向裂紋與徑向裂紋再次成長後相互 連結，進而造成二次微破裂（Second Micro-chipping)。 根據破壞力學的Griffiths Law公式：σ, 其 7 200841974 中’ σ，為材料之破壞強度，K1 e為材料之破壞章刃性；γ為^_ ， 常數’其與裂痕的幾何形狀相關，當裂痕為橢圓形狀時， Υ= 7Γ ; C為裂痕之尺寸大小），可以得知，當脆性材料受到 刀具之壓入產生側向裂痕，造成裂痕尺寸（亦即c值）較 大，導致切割後之脆性材料之強度急劇下降，嚴重影響切 剔後之脆性材料之強度品質以及造成四點彎曲測試中之 破壞荷載（Failure Load)值較低。其中，四點彎曲測試係 • 一種測試切割後的脆性材料之強度之常用方法，切割後之 脆性材料之強度越佳則破壞荷載值就越高；反之，切割後 之脆性材料之強度越差則破壞荷載值就越低。 於工業實踐中，採用刀具全程式切割在脆性材料如玻 璃基板之待加工面形成連續之預切割線，四點彎曲測試中 測得的切割後之素玻璃基板之破壞荷載值通常較低，豆予 均值及最大值分別約為丨2.25及14.〇1千克；使得切割後 的玻璃基板的強度品質不佳。隨著坡壤基板之薄化技術之 鲁不斷發展，目前利祕刻或機械研磨方式可將玻璃基板由 原先之0.7毫米（mm)進一步薄化至〇.4毫米，甚至〇 1毫 米·，刀具全程式切割時所造成之各種裂紋（如一次微破裂 輿二次微破裂）相對於玻璃基板之厚度之比例則會進一步 升高，其將高度影響切割後之玻璃基板之強度品質。圖i 不出採用刀具全程式切#彳之切割後之玻璃基板⑽（材料 為Corning Eagle 2000,厚度為〇 5毫米，放大倍率為 200X)於四點彎曲賴中跨距範圍内之斷面狀態。從圖ι 8 200841974 •中可以看到，坡璃基板100斷面之預切刀痕深度不均勻、 •表面不規則及佈滿微裂痕。 【發明内容] 有鑑於此，提供一種選擇性地避免產生侧向裂痕，使 切吾彳後之脆性材料之強度以及四點彎曲測試中破壞荷載 值有效提升之雷射加工方法實為必要。 下面將以實施例說明一種雷射加工方法，其可有效提 • 升切割後之脆性材料之強度以及四點彎曲測試中破壞荷 載值。 一種雷射加工方法，其包括步驟： 提供一待加工之脆性材料，所述脆性材料包括一待力口 工面’一第一表面及一第二表面，所述第一表面舆第二表 面相對設置且分別舆所述待加工面相交； ： 於所述待加工面上形成不連續之預切割線，所述預切 告J線沿從所述第_表面到所述第二表面之方向延伸； • 經由雷射光束加熱待加工面，所述雷射光束之加熱胳 徑與所述不連續之預切割線在同一條直線上； 沿雷射光束之加熱路徑向待加工面噴射冷卻流體以 使待加工之脆性材料沿所述不連續之預切割線完全開裂。 相較于先前技術，所述雷射加工方法經由實驗證明< 有效提升切割後之脆性材料之強度以及四點彎曲測試中 之破壞荷載值。例如，當將所述雷射加工方法應用於切割 玻璃基板（如Corning Eagle 2⑽0玻璃基板），於玻璃基板 9 200841974 - 之待加工面以跳躍式切割形成不連續之預切割線時，四點 « 彎曲測試測得的切割後之素玻璃基板之破壞荷載值之平 均值為22. 74千克（Kg)，最大值可達36. 34千克；相較于先 前技術中以刀具全程式切割之玻璃基板於四點彎曲測試 中測得破壞荷載值而言，所述雷射加工方法之採用可大大 提升切割後之脆性材料之強度品質及四點彎曲測試中之 破壞荷載值。 p 【實施方式】 下面將結合附圖對本發明實施例作進一步之詳細說 明。 參見圖2至5，本發明第一實施例提供之雷射加工方 法，其包括以下步驟（1)〜(2) ·· (1) 提供一待加工之脆性材料，如玻璃基板10(材料為 Corning Eagle 2000，厚度為0.5毫米，如圖2所示）。所 述玻璃基板10包括一待加工面14，一第一侧面12，及一第 ⑩ 二侧面16。所述第一侧面12舆第二侧面16相對設置且分設 於所述待加工面14之兩侧並舆待加工面14相交。所述玻璃 基板10可裝載於一加工台50上並可隨所述加工台50沿X、Y 及Z軸方向運動。 (2) 於所述待加工面14上形成不連續之預切割線 142(如圖2及圖3所示），所述預切割線142沿從所述第一侧 面12到所述第二侧面16之方向（例如，本實施例中之X軸方 向）延伸。 200841974
V • 本實施例採用刀具2〇,如鑽石刀或刀輪於所述待加工 •面14上形成不連續之預切割線142。具體的，於破璃基板 10沿圖2所示A方向移動之過程中： (a)刀具20於第一侧面12與待加工面14之交界處下刀 以使刀具20與玻璃基板10充分接觸，於坡璃基板1〇之待加 工面14上形成預定長度之初始預切割痕（丨n丨t i a ^
Crack)1422 ； φ (b)將刀具20沿运離待加工面i4之方向移動使刀具2〇 與待加工面14分離（亦即，提刀）並保持預定長之時間；於 該預定長之時間内，玻璃基板1〇沿A方向移動之距離通常 應不小於四點彎曲測試中之面板（如液晶顯示器面板，LCD Panel)跨距； (c) 刀具20下刀，於待加工面14上形成預定長度之間 斷預切割痕（Intermediate Crack)1424 ; (d) 根據玻璃基板10之尺寸大小，可選地，重複步驟 _ (b)與（c)，於待加工面14上形成複數間斷預切割痕1424， 圖2示出兩個沿X軸方向之間斷預切割痕1424 ; (e) 刀具20提刀並保持預定長之時間；於該預定長之 時間内，玻璃基板10沿A方向移動之距離通常應不小於四 點彎曲測試中之面板跨距； (f) 刀具20下刀，於待加工面14上形成預定長度之最 後預切割痕（Final Crack)1426 ;該最後孩切割痕1426通 常終止於所述第二側面16與待加工面U之交界處；從而所 11 200841974 • 述不連續之預切割線142被形成於玻璃基板l〇之待加工面 • 14 上。 本領域技術人員可以理解的是，經由多次重複上述步 驟（a)〜（f)，可於玻璃基板1〇之待加工面14形成複數不連 續之預切割線142。如圖3所示，玻璃基板10上形成有兩個 沿X轴方向之不連續之預切割線142。圖4示出不連續之預 切告彳線142上的相鄰之預切割痕之間（包括初始預切割痕 • 1422與間斷預切割痕1424、間斷預切割痕1424與間斷預切 割痕1424之間、間斷預切割痕1424與最後預切割痕“託之 間）的距離d，該距離d通常不小於四點彎曲測試中面板跨 距。 另外，於脆性材料之雷射切割過程中，通常需對形成 有預切割線之待加工之脆性材料進行後續之雷射加熱、悔 速冷卻等步驟，以使脆性材料沿預切割線完全裂開。本實 施例中，為使玻璃基板1〇沿預切割線142完全裂開，通常 ® 於形成預切割線142之過程中還將依次執行以了步驟 (3)〜(4): a (3)經由第一雷射器30，如二氧化碳雷射器產生雷射 光束32，該雷射光束32於反射鏡34之偏轉作用被導引至集 光透鏡組36，進而由該集光透鏡組36將雷射光束32以非聚 焦之方式照射於玻璃基板10之待加工面14上，使玻填基板 10受熱膨脹而在玻璃基板10之内部產生張應力。所述雷身會 光束32係沿著所述預切割線142對玻璃基板10之待加工面 12 200841974 • 14進行加熱，圖2中之兩相鄰預切割痕之間的細線則表示 • 此位置已被雷射光束32加熱過。所述雷射器30之選擇與待 加工之脆性材料之材質相關，通常第一雷射器3 0產生之雷 射光束之波長需與待加工之脆性材料之吸收波長相適 配。需要指明的是，第一實施例中反射鏡34之設置係為使 得整個雷射切割系統更加緊溱。 (4)經由冷卻裴置4〇產生冷卻流體沿預切割線142之 I 延伸方向急速以霧狀噴射於被雷射光束3 2加熱之玻璃基 板10之待加工面14上，該冷卻流體使待加工面142之溫度 急速下降，玻璃基板1〇之内部因溫度下降產生收縮而產生 靨應力。玻璃基板1〇因在短時間内局部產生急劇應力變 化，而使得玻璃基板1〇沿著預切割線142完全裂開，進而 達成切割玻璃基板1〇之目的。通常，冷卻流體喷射於待力口 工面14上之路徑、雷射光束32照射於待加工面14上之路徑 與預切割線142在同一直線上。 • 圖5示出已切割之玻璃基板10於四點彎曲測試中跨距 範圍内之斷面狀態；從圖5中可以得知，採用在待加工面 14上形成不連續之預切割線142之方法，可使切割完畢之 玻璃基板10之斷面之品質良好且無中央裂痕、橫向裂痕及 徑向裂痕等微裂痕，進而可達成較佳之切割品質。 參見圖6 ’本發明第二實施例提供之一種雷射加工方 法’其與第一實施例之雷射加工方法基本相同，亦包括步 驟：（a)提供一待加工之脆性材料，如玻璃基板10 ;及（b) 13 200841974 •於所述玻璃基板之待加工面14上形成不連續之預切割線 * 242。其不同於第—實施例提供之雷射加工方法之處在 於·第二實施例係採用雷射光束62來形成不連續之預切割 線242。 具體的’第二雷;射器60，如紫外線雷射器被提供用以 產生雷射光束62照射於待加工之脆性材料，如玻璃基板 !〇(材料為Corning Eagle 2〇〇〇，厚度為0.5毫米，如圖6 % 所示）之待加工面U上以形成不連續之預切割線242。所述 第一雷射為60產生之雷射光束62在反射鏡64之偏轉作用 下穿過阻斷光閘（Blocking Shutter)68被導引至集光透鏡 組66，再經由集光透鏡組66將雷射光束62照射於玻璃基板 10之待加工面14上。所述阻斷光閘⑽充當光開關，用以阻 斷或允許雷射光束62照射至玻璃基板10之待加工面1.4 上。下面將具體描述一種形成不連續之預切割線242之基 本過程。 • 於玻璃基板1〇沿圖6所示A方向移動的過程中： (I)打開阻斷光閘68，允許雷射光束62投射於第一侧 面12與待加工面14之交界處，並於玻璃基板1〇之待加工面 14上形成預定長度之初始預切割痕2422 ; (Π)關閉阻斷光閘68並保持預定長之時間；於該預定 長的時間内，玻璃基板10沿A方向移動之距離通常應不小 於四點彎曲測試中之面板跨距； (III)打開阻斷光閘68，於待加工面14上形成預定長 14 200841974 • 度之間斷預切割痕2424 ; - > (IV)根據玻璃基板1〇之尺寸大小，可選地，重複步驟 (11)與（111)’於待加工面14上形成複數間斷預切割痕 2424 ； (V)關閉阻斷光閘68並保持預定長之時間；於該預定 長之時間内，玻璃基板1 〇沿A方向移動之距離通常應不小 於四點彎曲測試中的面板跨距； 馨 （VI)打開阻斷光閘68，於待加工面14上形成預定長度 之最後預切割痕2426 ;該最後預切割痕2426通常終止於所 述第二側面16與待加工面14之交界處；從而所述不連續之 預切割線242被形成於玻璃基板10之待加工面14上。 本領域技術人員可以理解的是，經由多次重複上述步 驟（I)〜（vi)，可於玻璃基板ίο之待加工面14形成複數不埠 續之預切割線242。另外，需要指明的是，本發明第二實 施例中並不限於設置阻斷光閘6 8，只要能獲得形成間斷性 鲁之雷射光束62照射於待力口工面14上之效果均可。 本發明第：實施例中’為使玻璃基板1G沿預切割線 242完全裂開’同樣可於形成預切·⑽之過程中依次執 行第一實施例中所述之步驟。 斤一另外’本領域技術人員可以理解的是，本發明第一及 第-貝％ t到中之待加工之材料之材質並不限於玻璃，還可 以為^他脆性材料，如陶曼、晶圓(脇〇等。本發明第 '^及弟》—實施例中夕楚 J r之弟一雷射器30並不限於二氧化碳雷 15 200841974 ' 射器，其還可以根據待加工之材料之材質適當地選擇其他 ▲ 氣體雷射器。本發明第二實施例中之第二雷射器60並不限 於紫外線雷射器，其還可以為其他固態雷射器，只要其能 獲得於待加工之材料之待加工面形成不連續之預切割線 之效果均可。 另外，本領域技術人員還可于本發明精神内做其他變 化，如變更形成有不連續的預切割線的待加工的脆性材料 φ 的後續處理步驟等以用於本發明等設計，只要其不偏離本 發明的技術效果均可。這些依據本發明精神所做的變化， 都應包含在本發明所要求保護的範圍之内。 綜上所述，本發明確已符合發明專利要件，爰 依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之 較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，於援依本 案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以 下之申請專利範圍内。 • 【圖式簡單說明】 圖1係先前技術中採用刀具全程式切割之玻璃基板於 四點彎曲測試中跨距範圍内之斷面SEM(Scanning Electron Microscope)照片。 圖2係本發明第一實施例之雷射加工方法加工玻璃基 板之一狀態示意圖。 圖3係圖2所示之其上形成有兩條不連續之預切割線 之玻璃基板之狀態示意圖。 16 200841974 圖4係圖3中示出玻璃基板之具有預切割痕位置之局 部立體示意圖。 圖5係圖4所示之切割後之玻璃基板於四點彎曲測試 中面板跨距範圍内之斷面SEM照片。 圖6係本發明第二實施例之雷射加工方法加工玻璃基 板之一狀態示意圖。 【主要元件符號說明】 第一側面 工2 預切割線 142, 242 間斷預切割痕1424, 2424 第二侧面 1 β 第一雷射器 反射鏡 冷卻震置 第二雷射器 距離 玻璃基板 10, 10 0 待加工面 14 初始預切割痕 1422, 2422 最後預切割痕1426,2426 20 32, 62 36, 66 50 68 30 34, 64 40 60 d 刀具 雷射光束 集光透鏡組 加工台 阻斷光閘 17