TW201620845A - 分斷方法及分斷裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種能夠抑制因雷射照射對基板造成之熱影響，且能夠將玻璃基板以整齊之端面切斷之分斷方法及分斷裝置。 本發明係將玻璃基板沿著分斷預定線進行分斷之分斷方法及裝置，上述分斷方法包含：機械刻劃步驟，其係藉由一面將刀輪16壓抵於玻璃基板1之表面，一面相對移動，而形成有限深度之龜裂S；及雷射分斷步驟，其係根據藉由沿著龜裂S掃描雷射束而產生之熱應力分佈，使於機械刻劃步驟中加工而得之龜裂S進一步滲透，而將玻璃基板1完全切割；且於機械刻劃步驟中，在玻璃基板1之表面形成板厚之30~80%之龜裂，於雷射分斷步驟中，使用振盪波長為5μm波段之雷射。

Description

分斷方法及分斷裝置

本發明係關於一種將包含無鹼玻璃等之玻璃基板分斷之分斷方法及分斷裝置。本發明尤其係關於一種將適合用於液晶顯示器或電漿顯示器等平板顯示器(FPD)之厚度較薄之玻璃基板分斷之分斷方法及分斷裝置。

先前以來，已知有如下技術：使用雷射刻劃法，對玻璃基板加工沿著分斷預定線之切斷用龜裂(裂痕)(例如參照專利文獻1)，或將板厚較薄之玻璃基板完全切斷(完全切割加工)(例如參照專利文獻2)，上述雷射刻劃法係一面照射雷射束，一面進行掃描，於基板上產生熱應力分佈而進行刻劃。

於迄今為止之雷射刻劃法中，主要使用玻璃基板之吸收係數較大之CO₂雷射等對基板表面附近進行掃描加熱，並且追隨上述操作而自冷卻機構之噴嘴對加熱區域噴射冷媒。藉此，根據因優先進行之加熱而產生之壓縮應力及因接下來之急冷而產生之拉伸應力之應力分佈，使玻璃基板之表面產生切斷用龜裂，或使龜裂滲透基板之整個厚度而進行完全切割加工。

於對相對較厚之基板(例如板厚為1mm以上)進行雷射刻劃加工中，因沿深度方向進行熱傳導之緩和時間之影響而引起上下方向之溫度差，由此基板表面側成為拉伸應力且基板內部(深部)側成為壓縮應力之應力分佈成為主要影響，根據該上下方向之應力分佈，而加工龜 裂(裂痕)。另一方面，當為較薄之基板(例如板厚為0.2~0.4mm左右)時，幾乎不產生深度方向之溫度差，因此亦幾乎不會產生上下方向之應力分佈之影響，但取而代之，沿著掃描路徑之前後方向之應力分佈會造成影響，若因該前後方向之應力分佈而形成強應力分佈，則能夠進行完全切割加工。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]國際公開WO03/008352號公報

[專利文獻2]日本專利特開2001-170786號公報

上述利用CO₂雷射等之先前之完全切割加工(雷射分斷加工)有如下優點：即便為較薄在玻璃基板，亦可一面保持端面強度，一面進行切斷，並且於如下方面較佳：於後續步驟中可不進行機械分斷處理而直接將基板切斷(分斷)，因此可簡化步驟。

然而，於上述完全切割加工中，由於僅利用沿著雷射束之掃描路徑之前後方向之應力分佈將基板切斷，因此必須於前後方向產生較大之應力差，且需要足夠大小之每單位面積之熱輸入量。為此，必須使照射之雷射之輸出功率變大，或使掃描速度變慢，但無論哪種情形，就利用基板表面上之吸收係數較大之CO₂雷射等之雷射照射而言，對基板表面附近造成之損害均較大且表面會產生細微之損傷。

針對上述情形，於專利文獻2(0055欄)中亦記載有代替波長為10.6μm之CO₂雷射，而使用CO雷射、YAG(Yttrium Aluminum Garnet，釔-鋁-石榴石)雷射、準分子雷射進行雷射刻劃。但是，該文獻中無使用CO雷射時之具體說明。

通常而言，認為只要使用對玻璃基板之吸收係數較小之雷射， 則原理上能夠抑制於基板表面附近之吸收，因此能夠實現抑制表面損壞之加工，但於利用吸收係數較小之雷射進行刻劃之情形時，產生如下之其他問題。

即，於使用Nd：YAG雷射等1μm波段之吸收係數較小之雷射之情形時，90%以上之能量未被玻璃基板吸收而透過，因此將基板分斷需要較大之輸出(熱輸入量)，產生反而對基板造成熱損壞之虞，並且需要考慮使於基板背面側透過之熱逸散等，而產生裝置變得複雜等問題。

因此，於對玻璃基板掃描CO₂或Nd：YAG雷射並進行加熱之完全切割加工、即雷射分斷加工中，有對基板表面或內部造成之熱損壞成為問題之虞。

另一方面，作為完全未產生熱影響之完全切割加工，亦有於藉由一面將刀輪(亦稱作劃線輪)壓抵於玻璃基板，一面使刀輪滾動，而形成伴有龜裂之劃線，之後沿著劃線按壓而進行切斷之機械方法，但於使龜裂沿著整個厚度方向滲透而進行切斷時，有經切斷之端面彼此接觸而損傷、或龜裂並非沿厚度方向筆直地進展而產生偏離，從而導致良率變差之問題。

因此，本發明之目的在於提供一種針對成為切斷對象之玻璃基板，抑制因雷射束照射時之加熱所引起之熱影響，且能夠以端面強度較高且整齊之切斷面將玻璃基板分斷之分斷方法及分斷裝置。

為了達成上述目的，於本發明中提出有如下技術手段。即，本發明之分斷方法之特徵在於：其係將玻璃基板沿著分斷預定線進行分斷者，且包含：機械刻劃步驟，其係藉由一面將刀輪壓抵於上述玻璃基板之表面，一面相對移動，而沿著上述分斷預定線形成有限深度之龜裂；及雷射分斷步驟，其係根據藉由沿著上述龜裂掃描雷射束而產 生之熱應力分佈，使於上述機械刻劃步驟中加工而得之龜裂進一步滲透而將上述玻璃基板完全切割；且於上述機械刻劃步驟中，在上述玻璃基板之表面形成板厚之30~80%之龜裂，於上述雷射分斷步驟中，使用振盪波長為5μm波段之雷射進行分斷。

此處，所謂5μm波段之雷射具體而言例如相當於CO雷射。

又，本發明之切斷裝置之特徵在於：其係將玻璃基板沿著分斷預定線進行分斷者，且包含：刀輪，其用於進行機械刻劃步驟，上述機械刻劃步驟係於上述玻璃基板之表面沿著分斷預定線形成有限深度之龜裂；加工控制部，其以利用上述刀輪所形成之龜裂之深度成為上述玻璃基板之板厚之30~80%之方式，控制上述刀輪之按壓荷重；及雷射照射部，其用於進行雷射分斷步驟，上述雷射分斷步驟係根據藉由沿著上述龜裂掃描雷射束而產生之熱應力分佈，使於上述機械刻劃步驟中加工而得之龜裂進一步滲透，而將上述玻璃基板完全切割；且自上述雷射照射部照射之雷射之振盪波長為5μm波段之雷射。

於上述發明中，在上述機械刻劃步驟中所使用之刀輪可使用直徑為1~3mm且沿著成為刀尖之脊線形成有槽之帶槽刀輪。

又，上述玻璃基板應用厚度為0.1~0.4mm之玻璃基板。

根據本發明，於優先進行之機械刻劃步驟中，能夠使用刀輪容易地加工深度為玻璃基板之厚度之30~80%之龜裂。再者，關於刀輪，較佳為使用不易滑動之刀尖帶槽之刀輪進行刻劃。又，藉由使用帶槽刀輪，即便為低荷重，亦能夠使龜裂之滲透深度成為上述範圍。而且，該龜裂能夠藉由後續之使用5μm波段雷射(CO雷射)之雷射分斷步驟，而沿著基板厚度方向滲透，由此進行分斷加工。此時，被分斷之部分即龜裂之殘留部分較薄，因此即便抑制雷射照射之熱輸入量使基板所產生之應力分佈變小，亦能夠充分地成為完全切割狀態。因 此，能夠利用抑制了熱輸入量之雷射照射進行加工。

該利用5μm波段之雷射進行之雷射分斷與先前以來所使用之CO₂雷射相比，因來自表面之熱分散所引起之熱量移動時之損耗變小，而能夠實現利用較CO₂雷射小之熱輸入量進行雷射分斷(完全切割)，因此能夠以較少之熱輸入量有效率地對所需部分進行加熱，且能夠抑制玻璃基板之表面之熱損壞。又，於使用Nd：YAG雷射等1μm波段之雷射之情形時，90%以上之能量未被玻璃基板吸收而透過，因此產生較大之熱能損耗，但若為5μm波段之CO雷射，則大部分於玻璃基板內被吸收，僅20~30%之能量未被吸收而透過，因此能夠提昇熱效率並且無需考慮使透過之熱逸散等。

由此，藉由優先進行之機械刻劃步驟與利用5μm波段之雷射之雷射刻劃步驟之組合，能夠避免因雷射束之熱對玻璃基板造成損壞，且能夠抑制於玻璃基板之切斷面產生損傷等，能夠以端面強度較高且整齊之切斷面進行分斷。

進而，就先前之CO₂雷射而言，為了確保熱輸入量而將雷射束之光束點之剖面形狀設為橢圓光束，使其長軸朝向光束行進方向而進行掃描，但於本發明中，由於能夠抑制分斷所需之熱輸入量，因此能夠將光束點之剖面形狀設為小之圓形。其結果，即便於沿著彎曲之線進行掃描之異形切斷時，亦有能夠精度良好地進行切斷之效果。

1‧‧‧玻璃基板

2‧‧‧玻璃基板

3‧‧‧薄膜層

4‧‧‧平台

5‧‧‧水平軌道

6‧‧‧螺桿

7‧‧‧旋轉驅動部

8‧‧‧支持柱

9‧‧‧橫樑

10‧‧‧架橋部

11‧‧‧導軌

12‧‧‧刀輪用刻劃頭

13‧‧‧雷射照射部用刻劃頭

14‧‧‧馬達

15‧‧‧保持器

16‧‧‧刀輪

16a‧‧‧槽

16b‧‧‧刀尖部

16c‧‧‧圓盤體

17‧‧‧雷射照射部

18‧‧‧升降機構

20‧‧‧控制器

21‧‧‧輸入操作部

22‧‧‧顯示部

23‧‧‧加工控制部

A‧‧‧分斷裝置

L‧‧‧深度

M‧‧‧貼合基板

P1‧‧‧加熱區域

S‧‧‧龜裂

圖1係表示用於實施本發明之分斷方法之分斷裝置之一實施形態之概略前視圖。

圖2係表示本發明中所使用之刀輪之圖。

圖3係說明本發明之分斷方法之雷射分斷步驟之立體圖。

圖4係說明本發明中之玻璃基板之分斷狀態之立體圖。

圖5係表示控制本發明之分斷裝置之控制器之方塊圖。

以下，基於圖1~圖5所示之一實施形態對本發明之詳細情況進行說明。於本實施例中，作為成為切斷對象之玻璃基板1，使用厚度為0.1~0.4mm之薄板之無鹼玻璃板。

圖1係表示用於本發明之分斷裝置A之圖，具備載置玻璃基板1之平台4。平台4具備將玻璃基板1保持於平台4上之固定位置之保持器件。於本實施例中，作為該保持器件，經由於平台4之表面形成開口之多個小空氣吸附孔(未圖示)而吸附保持基板1。又，平台4能夠沿著水平之軌道5於Y方向(圖1之前後方向)上移動，且被藉由馬達(未圖示)而旋轉之螺桿6驅動。進而，平台4能夠藉由內置馬達之旋轉驅動部7而於水平面內旋動。

架橋部10具備隔著平台4而設置之兩側之支撐柱8、8、及沿X方向水平地延伸之橫樑(橫桿)9，且上述架橋部10係以橫跨平台4上之方式設置。

於橫樑9上設置有沿X方向水平地延伸之導軌11，將刀輪用刻劃頭12及雷射照射部用刻劃頭13以能夠藉由以馬達14作為驅動源之移動機構(未圖示)而沿著導軌11於X方向上移動之方式安裝於該導軌11。於刀輪用刻劃頭12上，經由藉由升降機構18升降之保持器15而安裝有刀輪16，於雷射照射部用刻劃頭13上設置有以將雷射束聚集於基板表面之方式照射之雷射照射部17。

再者，於本實施例中，表示將雷射照射部17與刀輪16安裝於個別之刻劃頭12、13之例，但亦可安裝於相同之刻劃頭上。

關於刀輪16，使用於壓抵於玻璃基板1之表面並滾動時，能夠加工基板厚度之30~80%之高滲透之龜裂S之刀輪。於本實施例中，如圖2所示，使用沿著圓周脊線形成有槽(切口)16a且殘留之脊線成為刀尖部16b之由超硬合金製圓盤體16c所形成之帶槽刀輪。

再者，此種高滲透之加工用帶槽刀輪16中，有三星DIAMOND股份有限公司製造之Penett(Penett；註冊商標)刀輪、及APIO(APIO；註冊商標)刀輪。前者能夠形成更深之龜裂S，後者能夠形成較前者淺之龜裂S，因此能夠根據加工對象基板而適當選擇。

自本發明之雷射照射部17照射之雷射係使用振盪波長為5μm波段之CO雷射。雷射之輸出功率及掃描速度根據成為加工對象之玻璃基板1之厚度或材質、所加工之龜裂S之深度而有所不同，選擇於能夠切斷之輸出功率及掃描速度之條件範圍中損壞儘可能小之條件。即，較理想為選擇於能夠切斷之範圍中儘可能使輸出功率變小並且掃描速度不會變得過慢之條件。

進而，如圖5之方塊圖所示，本發明之分斷裝置A具備控制器20、輸入操作部21、及顯示部22。控制器20具備加工控制部23作為藉由CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)、ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)等電腦硬體而實現之功能性構成要素。加工控制部23進行如下等對玻璃基板1之加工處理動作整體之控制：利用吸附保持器件吸附保持玻璃基板1、利用螺桿6或旋轉驅動部7使平台4移動、利用馬達14使刻劃頭12、13移動、利用升降機構18使刀輪16進行升降動作或對玻璃基板1進行按壓動作、及來自雷射照射部17之雷射之輸出功率等。輸入操作部21係操作員用於對分斷裝置A輸入各種操作指示或資料之介面，顯示部22用於顯示處理選單或動作狀況。

繼而，對使用上述裝置之本發明之分斷方法進行說明。

首先，如圖1及圖3所示，將玻璃基板1載置於平台4，一面將刀輪16壓抵於其表面，一面使刀輪16滾動，由此，沿著分斷預定線形成有限深度之龜裂S(機械刻劃步驟)。

於該機械刻劃步驟中，藉由使用帶槽刀輪16，能夠以低按壓荷 重容易地加工深度為玻璃基板1之厚度之30~80%左右之龜裂S。再者，由於帶槽刀輪不易於基板上滑動(容易卡住)，因此使刀輪碰撞玻璃端而形成成為觸發之切口，從而不自基板端進行刻劃(外切)，而自較基板端略微靠內側開始(內切)刻劃。而且，於本實施例中，使龜裂S之深度L形成為相對於玻璃基板1之厚度0.2mm為約70%左右。該龜裂S之深度能夠藉由利用控制器20之加工控制部23控制刀輪16之按壓荷重而進行。

繼而，沿著龜裂S自雷射照射部17一面照射CO雷射束一面掃描並加熱。根據此時產生之熱應力分佈，使於優先進行之機械刻劃步驟中加工而得之龜裂S進一步沿著厚度方向滲透，而將玻璃基板1完全切割(雷射分斷步驟)。

再者，於圖4中，P1表示利用雷射束之加熱區域。

於雷射分斷步驟中，使用振盪波長為5μm波段之CO雷射，且並非僅於玻璃基板之表面附近被吸收，一部分於基板內部被吸收，因此能夠將基板內部直接加熱。再者，由於基板之厚度薄為0.2mm，因此利用雷射照射自加熱區域P1之正面遍及背面瞬間被加熱，且幾乎不產生深度方向上之溫度差。由此，於加熱區域P1，在深度方向產生同樣之壓縮應力。

另一方面，加熱區域P1之周圍未被加熱，於與加熱區域P1之周圍形成應力分佈。即，於加熱區域P1產生壓縮應力且於加熱區域P1之周圍產生拉伸應力，由此，如圖4中箭頭所示，以將玻璃基板1撕裂之方式作用之力發揮作用，而能夠確實地將玻璃基板1完全切割(分斷)。

尤其，本發明中所使用之CO雷射係如上所述振盪波長為5μm波段之雷射，且並非僅於玻璃基板之表面附近被吸收，一部分於基板內部被吸收，因此能夠將基板內部直接加熱，且能夠有效率且瞬間地將 切斷面附近加熱。因此，若與先前以來被廣泛使用之CO₂雷射相比，則因來自表面之熱分散而引起之熱量移動時之損耗變小，而能夠實現利用較CO₂雷射小之熱輸入量進行雷射分斷(完全切割)，因此能夠以較少之熱輸入量有效率地對所需部分進行加熱，且能夠抑制玻璃基板1表面之熱損壞。

若進一步補充，則藉由使用5μm波段之CO雷射，能夠充分地抑制透過玻璃基板1之能量。即，於使用Nd：YAG雷射等1μm波段之雷射之情形時，90%以上之能量未被玻璃基板吸收而透過，產生較大之熱能損耗，若為5μm波段之CO雷射，則大部分於玻璃基板內被吸收，僅20~30%之能量未被吸收而透過，因此能夠提昇熱效率。除此以外，藉由與機械刻劃步驟之組合，無需利用雷射進行完全切割，因此能夠將雷射之輸出功率抑制得小，並且能夠抑制於基板表面產生損傷，並能夠以端面強度較高且整齊之切斷面進行分斷。

(實施例)

發明者等人係於利用刀輪16在厚度為0.2mm之玻璃基板加工出深度為板厚之70%之龜裂之後，使用CO₂雷射及CO雷射進行上述雷射分斷步驟之比較實驗。

其結果，於為CO雷射之情形時，能夠於基板表面之雷射之照射位置即雷射點之溫度為337℃時進行完全切割(分斷)。再者，於以相同之條件使用CO₂雷射之情形時，基板表面之雷射點之溫度為444℃。根據上述內容，可知CO雷射能夠以低約100℃之表面溫度進行分斷。

如以上所說明般，於本發明中，於優先進行之機械刻劃步驟中使用刀輪16加工玻璃基板之厚度之30~80%之龜裂S，繼而，藉由後續之使用CO雷射之雷射分斷步驟，而使龜裂S沿著基板厚度方向滲透，從而進行完全切割(分斷)。由此，利用雷射分斷所加工之部分之 厚度即龜裂S之殘留部分較薄，因此根據藉由CO雷射以不會造成損壞之能量進行加熱而產生之熱應力分佈，能夠確實地將玻璃基板1完全切割(分斷)。

進而，於本發明之雷射分斷步驟中，照射CO雷射時之能量於利用圓形之光束點進行掃描時亦可給基板之內部帶來充分之熱量。

藉由將光束點設為圓形，而容易以曲線形狀而非直線狀進行加工。即，於使用CO₂雷射之先前之雷射刻劃中，為了不對基板表面造成損壞並且確保熱輸入量，而將照射至玻璃基板上之雷射之光束點之形狀設為橢圓，以使該橢圓光束點之掃描方向與橢圓光束點之長軸之方向一致之方式進行加工。此時，由於光束點之形狀為橢圓，因此難以進行曲線形狀之加工，但於本發明之雷射分斷中並非橢圓形狀之光束點，能夠形成圓形之光束點，因此無需使掃描方向與光束點之方向一致，亦容易進行曲線形狀之加工。

以上，對本發明之代表性之實施例進行了說明，但本發明未必特定為上述實施形態，能夠於達成本發明之目的且不脫離申請專利範圍之範圍內適當地進行修正、變更。

[產業上之可利用性]

本發明主要利用於分斷厚度為0.1~0.4mm等較薄之玻璃基板。

1‧‧‧玻璃基板

4‧‧‧平台

5‧‧‧水平軌道

6‧‧‧螺桿

7‧‧‧旋轉驅動部

8‧‧‧支持柱

9‧‧‧橫樑

10‧‧‧架橋部

11‧‧‧導軌

12‧‧‧刀輪用刻劃頭

13‧‧‧雷射照射部用刻劃頭

14‧‧‧馬達

15‧‧‧保持器

16‧‧‧刀輪

17‧‧‧雷射照射部

18‧‧‧升降機構

A‧‧‧分斷裝置

Claims (5)

1. 一種分斷方法，其特徵在於：其係將玻璃基板沿著分斷預定線進行分斷者，且包含：機械刻劃步驟，其係藉由一面將刀輪壓抵於上述玻璃基板之表面，一面相對移動，而沿著上述分斷預定線形成有限深度之龜裂；及雷射分斷步驟，其係根據藉由沿著上述龜裂掃描雷射束而產生之熱應力分佈，使於上述機械刻劃步驟中加工而得之龜裂進一步滲透，從而將上述玻璃基板完全切割；且於上述機械刻劃步驟中，在上述玻璃基板之表面形成板厚之30~80%之龜裂，於上述雷射分斷步驟中，使用振盪波長為5μm波段之雷射進行分斷。
2. 如請求項1之分斷方法，其中上述刀輪係直徑為1~3mm且沿著成為刀尖之脊線形成有槽之帶槽刀輪。
3. 如請求項1或2之分斷方法，其中上述玻璃基板之厚度為0.1~0.4mm。
4. 一種分斷裝置，其特徵在於：其係將玻璃基板沿著分斷預定線進行分斷者，且包含：刀輪，其用於進行機械刻劃步驟，上述機械刻劃步驟係於上述玻璃基板之表面沿著分斷預定線形成有限深度之龜裂；加工控制部，其以利用上述刀輪形成之龜裂之深度成為上述玻璃基板之板厚之30~80%之方式，控制上述刀輪之按壓荷重；及雷射照射部，其用於進行雷射分斷步驟，上述雷射分斷步驟係根據藉由沿著上述龜裂掃描雷射束而產生之熱應力分佈，使 於上述機械刻劃步驟中加工而得之龜裂進一步滲透，而將上述玻璃基板完全切割；且自上述雷射照射部照射之雷射係振盪波長為5μm波段之雷射。
5. 如請求項4之分斷裝置，其中上述刀輪係直徑為1~3mm且沿著成為刀尖之脊線形成有槽之帶槽刀輪。