TWI414365B - Cooling the nozzle and the cooling method using the nozzle and the cutting method of the brittle material substrate - Google Patents

Description

冷卻噴嘴及使用該噴嘴之冷卻方法及脆性材料基板之割斷方法

本發明係關於冷卻噴嘴及使用該噴嘴之冷卻方法，更詳細地係關於適合用於割斷玻璃基板等脆性材料基板之冷卻噴嘴及使用該噴嘴之冷卻方法。

以往，做為脆性材料基板之割斷方法，使刀輪等壓接轉動形成劃線後，沿劃線對基板從垂直方向施加外力以割斷基板之方法被廣泛進行。

通常，使用刀輪進行脆性材料基板之劃線之場合，會因刀輪施加於脆性材料基板之機械性應力使基板易產生缺陷，進行折斷時產生起因於上述缺陷之裂痕。

針對此點，近年來，使用雷射光束於基板形成劃線之方法已實用化。此方法係對基板照射雷射光束將前述基板加熱至熔融溫度未滿後，藉由以冷卻媒體冷卻基板使基板產生熱應力，藉此熱應力使裂痕從基板表面往大致垂直方向形成。此使用雷射光束於脆性材料基板形成劃線之方法係利用熱應力，在工具不直接接觸基板之情形下，使割斷面成為缺口等較少之平滑面，維持基板之強度。

做為局部冷卻以雷射光束加熱之基板之手段，一般使用將水等冷卻媒體與空氣一起噴霧之冷卻噴嘴。做為將液體對基板噴霧之噴嘴，已有例如使液體從中央噴出，使空氣從其周圍分散狀或環狀噴出之噴嘴被提案(例如專利文獻1等)。

專利文獻1：日本特開平6-171067號公報

於搭載於電子機器之構成零件，有於玻璃基板之表面形成有電極膜者，在割斷此種玻璃基板之場合，被要求盡可能減少冷卻液之噴霧量。

然而，若減少冷卻水之噴出量，會因噴出空氣使冷卻液大範圍擴散導致冷卻點變大，無法有效率地進行局部冷卻。

本發明係鑑於此種以往之問題而為，其目的在於提供可以較少冷卻液量將基板等被冷卻物有效率地局部冷卻之冷卻噴嘴及冷卻方法。

此外，本發明之目的在於提供將被以雷射光束加熱之基板以較少冷卻液量局部性冷卻，有效率地形成劃線之脆性材料基板之割斷方法。

根據本發明，提供一種冷卻噴嘴，具有形成為圓環狀之氣體噴出口、從此圓環狀之氣體噴出口之大致中心往外方突出之噴出冷卻液之液管；前述液管之突出量在0.5～1mm之範圍。

此外，從減少冷卻液量且縮小冷卻點之觀點，從前述液管之前端3mm以上為相同內徑之直管部較理想。

此外，氣體流路內周面相對於氣體流路中心軸之傾斜角度係往前述氣體噴出口階段性變小較理想。具體而言係前述氣體流路之內周面朝前述氣體噴出口傾斜45～60度後，傾斜20～30度較理想。

此外，根據本發明，提供一種使用前述申請專利範圍第1至4項中任一項之冷卻噴嘴冷卻被冷卻物之方法，其特徵在於：使前述冷卻噴嘴之前述液管之前端與被冷卻物之表面之距離在3～10mm之範圍。

另外，根據本發明，提供一種脆性材料基板之割斷方法，包含在相對脆性材料基板使雷射光束移動之同時進行照射，將前述基板加熱至熔融溫度未滿後，使冷卻液從冷卻噴嘴對前述基板噴出使其冷卻，藉由於前述基板產生之熱應力形成由垂直裂痕構成之劃線之步驟，其特徵在於：使用前述申請專利範圍第1至4項中任一項之冷卻噴嘴做為前述冷卻噴嘴。

在此，使前述冷卻噴嘴之前述液管之前端與脆性材料基板之表面之距離在3～10mm之範圍較理想。

在本發明之冷卻噴嘴及冷卻方法，由於液管從氣體噴出口之大致中心往外方突出0.5～1mm，故可抑制噴出氣體導致之冷卻液之擴散。藉此，以較少冷卻液量亦可縮小冷卻點，可有效率地進行局部冷卻。

此外，若使從前述液管之前端3mm以上為相同內徑之直管部，從液管噴出之冷卻液會接近層流，冷卻液之擴散被抑制而可更有效率地進行局部冷卻。

此外，若使相對於氣體流路之中心軸之氣體流路之內周面之傾斜角度往前述氣體噴出口階段性變小，會對氣體流路內之氣體發揮整流作用，抑制從氣體噴出口噴出之氣體之擴散。藉此冷卻液之擴散被抑制而可更有效率地進行局部冷卻。在本發明之脆性材料基板之割斷方法由於使用前述記載之冷卻噴嘴，故可將被以雷射光束加熱之基板以較少冷卻液量局部性冷卻，有效率地形成劃線。藉此，適合適用於於表面形成有電極膜之玻璃基板等不希望使水分存在於基板表面之脆性材料基板之割斷。

以下雖針對本發明之冷卻噴嘴基於圖更詳細說明，但本發明並不受此等實施型態任何限制。

於圖1及圖2顯示顯示本發明之冷卻噴嘴之一例之概略剖面圖。此等圖之冷卻噴嘴N係以噴嘴蓋6、噴嘴件7為主要構成構件，於噴嘴蓋6之內部收納固定有噴嘴件7。噴嘴蓋6係呈有底大致圓桶狀，於其內底部之中心形成有氣體噴出口61。且於往氣體噴出口61之噴嘴蓋6之氣體流路62之內周面第1傾斜面63與第2傾斜面64連續形成為缽狀。如圖2所示，第1傾斜面63之氣體流路62之相對於氣體流路62之中心軸O之傾斜角度θ₁ 比第2傾斜面64之傾斜角度θ₂ 大。即，氣體流路62之內周面傾斜角度係往氣體噴出口61以2階段變小。

根據由本發明者等進行之實驗，做為第1傾斜面63之傾斜角度θ₁ 為45～60度之範圍較理想，做為第2傾斜面64之傾斜角度θ₂ 為20～30度之範圍較理想。藉由如此使傾斜角度階段性變小，可圖在氣體流路62流動之氣體之整流化，抑制從氣體噴出口61噴出之氣體之擴散。另外，傾斜角度之變化並不限於2階段，只要噴嘴蓋6之加工上之限制許可，為3階段以上亦無妨。

噴嘴件7具有二重管構造，中央管路為液體流路71，外周管路為氣體流路72。並且，於嘴件7之前端部保持有液管8。於液體流路71及氣體流路72分別連接有不圖示之冷卻液供給手段及氣體供給手段。

液管8係插通氣體噴出口61之大致中心，從氣體噴出口61往外方突出。在此重點係在於使從氣體噴出口61之液管8之突出量d為0.5～1mm。藉由使液管8以此範圍從氣體噴出口61突出，抑制冷卻液之因氣體而產生之擴散，即使為較少之流量亦不會擴散而可使冷卻點縮小。液管8之突出量d更理想之下限值為0.6mm，更理想之上限值為0.9mm。

此外，使與液管8之前端81為相同內徑之直管部之從液管8之前端81之長度X(於圖2圖示)為3mm以上較理想。液管8為針狀之細管，藉由冷卻液在此液管8內流動既定距離以上，流動接近層流，從液管8噴出之冷卻液之擴散受抑制而可進行局部冷卻。做為從液管8之前端81之長度X之上限值，雖只要考慮液管8之內徑或外徑等適當決定即可，但通常為5mm。

於此種構成之冷卻噴嘴N中，冷卻液係由不圖示之供給手段經液體流路71送往液管8，在液管8被層流化後從液管8之前端81往外方噴出。另一方面，冷卻液係由不圖示之供給手段經氣體流路72送往噴嘴蓋6之氣體流路62。噴嘴蓋6之氣體流路62係藉由第1傾斜面63與第2傾斜面64往氣體噴出口61連續縮徑，氣體在被升壓之狀態下從氣體噴出口61往外方噴出。從液管8噴出之冷卻液藉由此強力噴出之氣體而被擴散，對被冷卻物噴霧。如前述，在本發明之冷卻噴嘴N由於使液管8從氣體噴出口61突出，故抑制冷卻液之因氣體而產生之擴散，可使被冷卻物之冷卻點縮小，可圖有效率之冷卻。

具體而言，相對於在使液管8之突出量為0，即使液管8之前端81與氣體噴出口61為相同位置之以往之冷卻噴嘴，需要水10mL/min做為冷卻液、空氣40L/min做為氣體，在使液管8之突出量為0.7mm之本發明之冷卻噴嘴，以水1mL/min、空氣10L/min做為氣體發揮與以往相同之冷卻效果。

於冷卻處理中，本發明之冷卻噴嘴N係對向配置於被冷卻物50(於圖2圖示)之表面。對冷卻噴嘴N之液管8之前端81與被冷卻物50之表面之距離Y(於圖2圖示)雖無特別限定，但通常3～10mm之範圍較理想。若前述距離比3mm近，受到氣體衝擊被冷卻物50產生之背壓之影響，冷卻液不易從液管8噴出。反之，若前述距離比10mm遠，冷卻液廣範圍擴散而冷卻點變大，冷卻效果降低。液管8之前端81與被冷卻物50之表面之距離Y之更理想之範圍係5～8mm之範圍。

其次，針對使用本發明之冷卻噴嘴N之脆性材料基板之割斷方法說明。於圖3顯示用於本發明之脆性材料基板之割斷方法之實施之割斷裝置之一例之概說圖。此圖之割斷裝置具備可於架台11上於對紙面垂直方向(Y方向)自由移動之滑動平台12、可於滑動平台12上於圖之左右方向(X方向)自由移動之台座19、設於台座19上之旋轉機構25，載置固定於設於此旋轉機構25上之旋轉平台26之脆性材料基板50係藉由此等移動手段而可在水平面內自由移動。

滑動平台12係安裝為可於隔既定距離平行配置於架台11之上面之一對之導軌14、15上自由移動。並且，於一對之導軌14、15之間，與導軌14、15平行地設有滾珠螺桿13，可藉由不圖示之馬達自由正逆旋轉。此外，於滑動平台12之底面設有滾珠螺帽16。此滾珠螺帽16係螺合於滾珠螺桿13。藉由滾珠螺桿13正轉或反轉，滾珠螺帽16於Y方向移動，藉此，安裝有滾珠螺帽16之滑動平台12在導軌14、15上於Y方向移動。

此外，台座19係被支持為可於隔既定距離平行配置於滑動平台12上之一對之導引構件21移動。並且，於一對之導引構件21之間，與導引構件21平行地設有滾珠螺桿22，可藉由馬達23自由正逆旋轉。此外，於台座19之底面設有滾珠螺帽24。此滾珠螺帽24係螺合於滾珠螺桿22。藉由滾珠螺桿22正轉或反轉，滾珠螺帽24於X方向移動，藉此，台座19與滾珠螺帽24一起沿一對之導引構件21於X方向移動。

於台座19上設有旋轉機構25。且於此旋轉機構25上設有旋轉平台26。為割斷對象之脆性材料基板50係以真空吸附固定於旋轉平台26上。旋轉機構25係使旋轉平台26於垂直方向之中心軸之周圍旋轉。

於旋轉平台26之上方以從安裝台32垂下之保持構件33支持有支持台31，以使與旋轉平台26分離對向。於支持台31設有於脆性材料基板50之表面形成初始裂痕之刀輪35、對脆性材料基板50之表面照射雷射光束之開口(不圖示)、冷卻脆性材料基板50之表面之冷卻噴嘴N。冷卻噴嘴N之液管8之前端81與脆性材料基板50之表面之距離為3～10mm之範圍較理想。

刀輪35係被刀輪保持具36保持為可於壓接於脆性材料基板50之表面之位置與非接觸位置升降，僅在形成成為劃線之開始起點之初始裂痕時下降至壓接於脆性材料基板50之位置。為了抑制裂痕從初始裂痕往無法預測之方向生成之「先行」現象，初始裂痕之形成位置形成於比脆性材料基板50之表面側端內側較理想。

於安裝台32上設有雷射輸出裝置34。從雷射輸出裝置34射出之雷射光束LB被以反射鏡44往下方反射，經保持於保持構件33內之光學系統從形成於支持台31之開口照射於固定於旋轉平台26上之脆性材料基板50。

此外，從支持台31之設於雷射光束LB射出之開口附近之冷卻噴嘴N係如前述，冷卻水向脆性材料基板50與空氣一起被噴出。冷卻水被噴霧之脆性材料基板50上之位置係割斷預定線51上且係雷射光束LB之照射區域之後側。在此，從本發明之冷卻噴嘴N被噴霧之冷卻水之冷卻點即使為較少之噴出量，與以往相比亦為較小之面積。藉此，於割斷於表面形成有電極膜之玻璃基板之場合等，可將以往成為問題之冷卻液之使用量比以往大幅減少。

於安裝台32設有辨識預先刻印於脆性材料基板50之對準標記之一對之CCD攝影機38、39。藉由此等CCD攝影機38、39檢出脆性材料基板50之設置時之位置偏移，例如脆性材料基板50偏移角度θ之場合將旋轉平台26旋轉-θ之量，脆性材料基板50偏移Y之場合將滑動平台12移動-Y之量。

於此種構成之割斷裝置割斷脆性材料基板50之場合係先將脆性材料基板50載置於旋轉平台26上並以吸引手段固定。之後，以CCD攝影機38、39拍攝設於脆性材料基板50之對準標記，如前述基於攝影資料將脆性材料基板50定位於既定之位置。

其次，如前述，以刀輪35於脆性材料基板50形成初始裂痕。之後，從雷射輸出裝置34射出雷射光束LB。雷射光束LB藉由反射鏡44如圖4所示對脆性材料基板50之表面大致垂直照射。同時，使做為冷卻媒體之水從冷卻噴嘴N往雷射光束照射區域之後端附近噴出。藉由對脆性材料基板50照射雷射光束LB，脆性材料基板50於厚度方向被加熱至熔融溫度未滿，脆性材料基板50雖欲熱膨脹，但因係局部加熱而無法膨脹，以照射點為中心產生壓縮應力。又藉由在加熱後脆性材料基板50之表面立即被以從冷卻噴嘴N噴霧之水冷卻，脆性材料基板50收縮而產生拉伸應力。藉由此拉伸應力之作用，以初始裂痕為開始點沿割斷預定線51於脆性材料基板50形成垂直裂痕53。

之後藉由使雷射光束LB及冷卻噴嘴N依割斷預定線51相對移動，垂直裂痕53伸展，於脆性材料基板50形成劃線52。在此實施型態之場合係在雷射光束LB與冷卻噴嘴N固定於既定位置之狀態下藉由滑動平台12與台座19、旋轉平台26之旋轉機構25移動脆性材料基板50。當然，在固定脆性材料基板50之狀態下使雷射光束LB與冷卻噴嘴N移動亦無妨。或使脆性材料基板50及雷射光束LB、冷卻噴嘴N雙方移動亦無妨。

以此種脆性材料基板50之割斷方法，由於藉由本發明之冷卻噴嘴N可局部地且以較少之冷卻液量冷卻被以雷射光束LB加熱之部分，故可適用於割斷於表面形成有電極膜之玻璃基板之場合等，希望減少冷卻液之使用量之場合。此外，由於可安定地形成垂直裂痕，故加工良率上升且可更加快切斷速度，故亦可圖加工時間之減少。

[產業上之可利用性]

在本發明之冷卻噴嘴係抑制因噴出氣體導致之冷卻液之擴散，可以較少之冷卻液量形成較小之冷卻點。藉此，可有效率地局部冷卻，甚為有用。

6．．．噴嘴蓋

7．．．噴嘴件

8．．．液管

N．．．冷卻噴嘴

d．．．從氣體噴出口之液管之突出量

50．．．脆性材料基板

52．．．劃線

53．．．垂直裂痕

61．．．氣體噴出口

62．．．氣體流路

63．．．第1傾斜面

64．．．第2傾斜面

71．．．液體流路

72．．．氣體流路

81．．．前端

LB．．．雷射光束

圖1係顯示本發明之冷卻噴嘴之實施例之剖面圖。

圖2係說明圖1之冷卻噴嘴之傾斜面之傾斜角度及液管長度、液管之前端與被冷卻物之距離之概說剖面圖。

圖3係顯示實施本發明之脆性材料基板之割斷方法之裝置之一例之概說圖。

圖4係說明脆性材料基板之割斷之圖。

6．．．噴嘴蓋

7．．．噴嘴件

8．．．液管

N．．．冷卻噴嘴

d．．．從氣體噴出口之液管之突出量

61．．．氣體噴出口

62．．．氣體流路

63．．．第1傾斜面

64．．．第2傾斜面

71．．．液體流路

72．．．氣體流路

81．．．前端

Claims (6)

1. 一種冷卻噴嘴，具有形成為圓環狀之氣體噴出口、從此圓環狀之氣體噴出口之大致中心往外方突出之噴出冷卻液之液管；前述液管之突出量在0.5~1mm之範圍；從前述液管之前端3mm以上為相同內徑之直管部。
2. 如申請專利範圍第1項之冷卻噴嘴，其中，氣體流路內周面相對於氣體流路中心軸之傾斜角度係往前述氣體噴出口階段性變小。
3. 如申請專利範圍第2項之冷卻噴嘴，其中，前述氣體流路之內周面朝前述氣體噴出口傾斜45~60度後，傾斜20~30度。
4. 一種使用前述申請專利範圍第1至3項中任一項之冷卻噴嘴冷卻被冷卻物之方法，其特徵在於：使前述冷卻噴嘴之前述液管之前端與被冷卻物之表面之距離在3~10mm之範圍。
5. 一種脆性材料基板之割斷方法，包含在相對脆性材料基板使雷射光束移動之同時進行照射，將前述基板加熱至熔融溫度未滿後，使冷卻液從冷卻噴嘴對前述基板噴出使其冷卻，藉由於前述基板產生之熱應力形成由垂直裂痕構成之劃線之步驟，其特徵在於：使用前述申請專利範圍第1至3項中任一項之冷卻噴嘴做為前述冷卻噴嘴。
6. 如申請專利範圍第5項之脆性材料基板之割斷方 法，其中，使前述冷卻噴嘴之前述液管之前端與脆性材料基板之表面之距離在3~10mm之範圍。