TWI458617B - 脆性片狀結構之切割方法 - Google Patents

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Description

脆性片狀結構之切割方法
本發明涉及一種脆性片狀結構之切割方法，尤其涉及一種具有特定形狀的脆性片狀結構之切割方法。
脆性材料一般係指在外力作用下(如拉伸、衝擊等)僅產生很小的變形就會被破壞斷裂的材料，如矽片，其切割方法一般包括先採用外力或雷射等方法在脆性材料的表面形成切割線，這些切割線將該脆性材料的表面形成預定的方形區域；然後再沿這些切割線以機械或手動的方式分離該脆性材料即可得到預定的方形脆性材料。
然而，矽片為單晶結構，其晶向比較明顯。矽片分割斷裂時，比較容易沿著矽片的解裏面斷裂，從而使得矽片的斷裂面比較規則，容易為平面，不容易得到曲面狀的斷裂面。所以採用的切割方法不容易得到圓形、橢圓形及不規則多邊形等具有曲面及特定形狀的矽片。另外，除了矽片之外的其他脆性材料，如玻璃，採用常用的方法也不容易被切割成圓形、橢圓形等特殊形狀。
有鑒於此，確有必要提供提供一種切割脆性片狀結構方法，以得到具有特定形狀的脆性片狀結構。
一種脆性片狀結構之切割方法包括以下步驟：提供一脆性片狀結 構，該脆性片狀結構具有一切割面；在所述脆性片狀結構之切割面上形成一第一切割線，該第一切割線將所述切割面分成一第一區域及一第二區域，該第一區域具有預定圖形；沿所述第一切割線的切線在所述切割面的第二區域上形成至少一第二切割線，並以所述第一切割線為端點在該切割面的第二區域上形成複數第三切割線；以及沿所述第一切割線、至少一第二切割線及複數第三切割線分離所述脆性片狀結構，從而得到具有預定圖形的脆性片狀結構。
與先前技術相比較，本發明提供之脆性片狀結構之切割方法先採用雷射在脆性片狀結構上形成第一切割線以得到具有預定圖形的區域；然後再在所述脆性片狀結構之切割面上形成第二切割線及第三切割線以分散或減小分離脆性片狀結構時所述產生的應力，並引導所述脆性片狀結構沿著所述第一切割線、第二切割線及第三切割線分離，從而可以得到具有預定圖形的脆性片狀結構。另外，該切割方法比較簡單，而且易於操作。
10；100；20；32‧‧‧矽片
110；210；310‧‧‧第一切割線
112‧‧‧切割面
114；214；314‧‧‧第一區域
116：216；316‧‧‧第二區域
120；220；320‧‧‧第二切割線
130；230；330‧‧‧第三切割線
218‧‧‧圓心
219‧‧‧弧
240‧‧‧圓心切割線
30；300‧‧‧脆性片狀結構
340；34‧‧‧奈米碳管陣列
圖1係本發明實施例提供之脆性片狀結構之切割方法流程圖。
圖2係本發明第一實施例提供之切割矽片的工藝流程圖。
圖3係本發明第二實施例提供之切割矽片的工藝流程圖。
圖4係本發明第三實施例提供之切割形成有奈米碳管陣列的矽片的工藝流程圖。
請參閱圖1，本發明實施例提供一種脆性片狀結構之切割方法。 該切割方法包括以下步驟：S10，提供一脆性片狀結構，該脆性片狀結構具有一切割面；S20，在所述脆性片狀結構之切割面上形成一第一切割線，該第一切割線將所述切割面分成一第一區域及一第二區域，該第一區域具有一預定圖形；S30，沿所述第一切割線的切線在所述切割面的第二區域上形成至少一第二切割線，並以所述第一切割線為端點在該切割面的第二區域上形成複數第三切割線；以及S40，沿所述第一切割線、至少一第二切割線及複數第三切割線分離所述脆性片狀結構，從而得到具有預定圖形的脆性片狀結構。
步驟S10中的脆性片狀結構包括一脆性材料層。其中該脆性片狀結構可以為單層結構，也可以為多層結構。當該脆性片狀結構為單層結構時，該脆性片狀結構為所述脆性材料層，該脆性材料層的材料可以為非金屬，如矽片、陶瓷、玻璃、石英或玻璃矽晶圓。優選地，該脆性材料具有單晶結構。當該脆性片狀結構為多層結構時，該脆性片狀結構可以包括所述脆性材料層以及一設置於該脆性材料層的功能層。該功能層可以係一電路系統、奈米碳管陣列或鍍層等。所以，該脆性片狀結構可以係一個表面形成有電路的矽片、一形成有奈米碳管陣列的矽片、陶瓷片、玻璃片、石英板、一個表面形成有鍍層的陶瓷片、玻璃片或石英板等。所述脆性片狀結構之切割面為脆性材料層的表面。當該脆性片狀結構為多層結構時，該切割面為所述脆性材料層遠離所述功能層的表 面。即，該切割面不係所述功能層的表面，該脆性材料層設置有功能層的表面與該切割面相對設置；也可以說，該切割面與所述功能層分開設置。如，當該脆性片狀結構為形成有一電路系統的矽片，該切割面為該矽片遠離其上的電路系統的表面。其中，本文中的脆性片狀結構在水準方向上的長度或面積遠大於其中垂直方向上的長度或面積，如脆性片狀結構在水準方向上的長度或面積大於等於其中垂直方向上的長度或面積的10倍。
步驟S20中採用雷射在所述切割面上沿所述特定形狀形成所述第一切割線。具體地，相對移動一雷射光束及所述脆性片狀結構，該雷射光束在該脆性片狀結構之切割面上沿所述預定形狀形成所述第一切割線，從而在該切割面上形成具有所述預定形狀的第一區域。所述第一區域的預定圖形為實際需要的脆性片狀結構的圖形。所述切割面的第二區域為該脆性片狀結構之切割面上除了所述第一區域之外的其他區域。所述第一區域的預定圖形可以為具有弧形結構的圖形或多邊形。其中，該具有弧形結構的圖形可以為圓形、橢圓形、扇形等圖形。所述多邊形可以為四邊形、五邊形、六邊形或八邊形等。該預定圖形還可以為其他不規則的圖形，如波浪形或鋸齒形等。當然，該預定圖形也可以係三角形。
步驟S30為相對移動所述雷射光束及所述脆性片狀結構，使雷射光束沿形成所述第一區域的第一切割線的幾何切線形成所述至少一個第二切割線；以及使該雷射光束以所述第一切割線為端點，沿遠離所述第一區域的方向在所述第二區域上形成複數第三切割線。因此，該至少一第二切割線及複數第三切割線分佈在所述第一切割線的周圍。其中，該至少一個第二切割線可能與所述第一 切割線部分重合；如，當所述切割面的第一區域為多邊形時。優選地，使所述雷射光束在所述切割面的第二區域上形成兩個相互平行的第二切割線，所述複數第三切割線分佈在所述兩個第二切割線之間。該複數第三切割線的反向延伸方向伸入該切割面的第一區域中，且不與所述第一切割線至少部分重合。該至少一個第二切割線與該複數第三切割線可以平行設置，也可以不平行設置。優選地，該複數第三切割線與所述至少一個第二切割線相互平行。可以理解，該步驟S30中可以先在所述切割面上形成所述至少一個第二切割線，再形成所述複數第三切割線；該步驟S30也可以先在所述切割面上形成所述複數第三切割線，再形成所述至少一個第二切割線。也就係說，所述第二切割線與第三切割線的形成順序不限，只要在所述切割面的第二區域形成第二切割線及第三切割線即可。
需要說明的係，本文中的“切割線”指的係沒有穿透所述脆性片狀結構的，而在脆性片狀結構之切割面上形成的劃痕。進一步，本文中的“第一切割線”、“第二切割線”及“第三切割線”都沒有穿透所述脆性片狀結構的脆性材料層，並沒有傷到所述功能層，所以，本文中的“切割線”並沒有完全切斷該脆性片狀結構。
步驟S40可以為先沿所述至少一個第二切割線分離所述脆性片狀結構，然後沿所述複數第三切割線分離所述脆性片狀結構。其中，該步驟S40可以採用一機械力沿所述第一切割線、至少一個第二切割線及複數第三切割線分離所述脆性片狀結構。具體地，該步驟S40可以採用機械力沿所述至少一個第二切割線及複數第三 切割線直接掰斷所述脆性片狀結構。進一步，該步驟S40可以先採用機械力沿所述至少一個第二切割線掰斷所述脆性片狀結構，然後再利用機械力沿所述複數第三切割線分離所述脆性片狀結構。
由於脆性材料的結構特性，脆性片狀結構不容易處理成圓形、橢圓形及不規則多邊形等特定形狀。尤其時，當該脆性材料為單晶結構時，由於具有單晶結構的脆性材料的晶向比較明顯，包含脆性材料的脆性片狀結構在被切割分離時，比較容易沿著具有單晶結構的脆性材料的解裏面斷裂，從而使得脆性片狀結構的斷裂面比較規則，容易為平面，不容易為上述的特定形狀，所以不容易處理成上述的特定形狀。本發明提供之切割脆性片狀結構的方法先在切割面上形成具有特定形狀的區域，再在切割面上形成至少一個第二切割線及複數第三切割線有利於減少所述脆性片狀結構在分離時產生的應力，並且引導所述脆性材料沿這上述切割線斷裂，從而得到具有上述特定形狀的脆性片狀結構。
下面就以包括矽片的脆性片狀結構為例，進一步介紹本發明。
請參閱圖2，本發明第一實施例提供一種切割矽片100得到較小直徑的圓形矽片10的方法。該方法包括以下步驟：首先，提供一直徑大約為4英寸的圓形矽片100，該矽片100具有一切割面112。
其次，採用雷射在切割面112上形成一第一切割線110。該第一切割線110將所述切割面112分成第一區域114及第二區域116，且該第一區域114的形狀為直徑大約為1英寸的圓形。
然後，沿該第一切割線110的幾何切線形成兩條第二切割線120，該兩條第二切割線120相互平行。在位於該兩條第二切割線120之間的第二區域116上形成多條第三切割線130。該多條第三切割線130分別以所述第一切割線110為端點。該多條第三切割線130均勻分佈在該兩條第二切割線120之間，且與該兩條第二切割線120相互平行。
最後，採用機械力先分別沿所述兩條第二切割線120直接掰斷所述矽片100，再沿所述多條第三切割線130分離剩餘的形成有第一切割線110的矽片100。即可得到直徑大約為1英寸的圓形矽片10。
請參閱圖3，本發明第二實施例提供一種切割矽片100得到扇形矽片20的方法。該方法包括以下步驟：首先，提供一直徑大約為4英寸的圓形矽片100，該矽片100具有一切割面112。
其次，採用雷射在切割面112上形成一第一切割線210。該第一切割線210將所述切割面112分成第一區域214及第二區域216，且該第一區域214的形狀為扇形，該扇形的第一區域214具有一圓心218以及與該圓心218相對設置的弧219。
然後，沿該扇形第一切割線210的弧219的幾何切線形成一條第二切割線220，再形成一條與該第二切割線220平行的圓心切割線240。該圓心切割線240通過所述圓心218。然後，在位於該第二切割線220與圓心切割線240之間的第二區域116上形成多條第三切割線230。該多條第三切割線230分別以所述第一切割線210為 端點。該多條第三切割線230均勻分佈在該第二切割線120及所述圓心切割線240之間且與該第二切割線220相互平行。
最後，採用機械力可以先沿所條第二切割線220及圓心切割線240直接掰斷所述矽片100，再沿所述多條第三切割線230分離剩餘的形成有第一切割線210的矽片100，即可得到所述的扇形矽片20。
請參閱圖4，本發明第三實施例提供一種切割脆性片狀結構300得到方形脆性片狀結構30的方法，該方法包括以下步驟：首先，提供一脆性片狀結構300，該脆性片狀結構300包括一直徑大約為4英寸的圓形矽片100以及一奈米碳管陣列340。該矽片100具有一切割面112。所述奈米碳管陣列340設置在該矽片100與所述切割面112相對設置的表面。
其次，採用雷射在切割面112上形成一第一切割線310。該第一切割線310將所述切割面112分成第一區域314及第二區域316，且該第一區域314的形狀為方形。
然後，沿形成該方形第一區域314的第一切割線310的幾何切線形成兩條第二切割線320，該兩條第二切割線320相互平行且與所述第一切割線310部分重合。在位於該兩條第二切割線320之間的第二區域316上形成多條第三切割線330。該多條第三切割線330分別以所述第一切割線310為端點。該多條第三切割線330均勻分佈在該兩條第二切割線320之間，且與該兩條第二切割線320相互平行。
最後，採用機械力先分別沿所述兩條第二切割線320直接掰斷所述脆性片狀結構300，再沿所述多條第三切割線330分離剩餘的形 成有第一切割線310的脆性片狀結構300，就可以得到方形脆性片狀結構30，該方形脆性片狀結構30包括方形矽片32及形成在該方形矽片32上的方形奈米碳管陣列34。
本發明實施例提供之切割片狀脆性材料的方法先在該脆性片狀結構之切割面上形成第一切割線以得到具有特定形狀的第一區域，然後再在該切割面的第二區域上形成第二切割線、第三切割線以及圓心切割線。所述第一切割線保證待需要的片狀結構的形狀。所述第二切割線、第三切割線以及圓心切割線則可以減少或分散在分離該脆性片狀結構時所述第一區域沿所述第一切割線所產生的應力，同時，這些第一切割線、第二切割線、第三切割線以及圓心切割線還可以引導該脆性片狀結構，尤其係具有單晶結構的脆性片狀結構沿著這些切割線斷裂，從而可以得到曲面狀的斷裂面，進而得到具有曲面及特定形狀的脆性片狀結構。此外，當該脆性片狀結構包括所述脆性材料層及功能層時，在所述脆性材料層的表面上形成上述切割線，可以避免或減少在切割該脆性片狀結構的過程中對所述功能層的污染。如，本發明第三實施例提供之切割具有奈米碳管陣列的矽片的方法就可以避免或減少在切割矽片的過程中對該奈米碳管陣列的污染。另外，本發明實施例提供之脆性片狀結構之切割方法借助於雷射及機械力直接分離就可以得到具有特定形狀的脆性片狀結構，方法比較簡單，易於操作，而且有利於工業化處理。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精 神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10；100‧‧‧矽片
110‧‧‧第一切割線
112‧‧‧切割面
114‧‧‧第一區域
116‧‧‧第二區域
120‧‧‧第二切割線
130‧‧‧第三切割線

Claims (14)

  1. 一種脆性片狀結構之切割方法，包括以下步驟：提供一脆性片狀結構，該脆性片狀結構具有一切割面；在所述脆性片狀結構之切割面上形成一第一切割線，該第一切割線將所述切割面分成一第一區域及一第二區域，該第一區域具有預定圖形；沿所述第一切割線的切線在所述切割面的第二區域上形成至少一第二切割線，该第二切割線為直線，以所述第一切割線為端點在所述切割面的第二區域上形成複數第三切割線，該第三切割線為直線；以及沿所述第一切割線、至少一第二切割線及複數第三切割線分離所述脆性片狀結構，從而得到具有預定圖形的脆性片狀結構。
  2. 如請求項第1項所述之脆性片狀結構之切割方法，其中，所述脆性片狀結構包括一脆性材料層，且該脆性材料層的材料為非金屬。
  3. 如請求項第2項所述之脆性片狀結構之切割方法，其中，所述該脆性材料層的材料為矽片、陶瓷、玻璃、石英或玻璃矽晶圓。
  4. 如請求項第1項所述之脆性片狀結構之切割方法，其中，所述脆性片狀結構包括一脆性材料層以及一功能層，該功能層設置於所述脆性材料層遠離所述切割面的表面。
  5. 如請求項第4項所述之脆性片狀結構之切割方法，其中，所述功能層為一電路系統、一奈米碳管陣列或一鍍層。
  6. 如請求項第1項所述之脆性片狀結構之切割方法，其中，所述形成所述第一切割線的步驟為：相對移動一雷射光束及所述脆性片狀結構，使該雷射光束在所述切割面上沿所述預定形狀形成所述第一切割線，從而在該切割面上形成所述具有所述預定形狀的第一區域。
  7. 如請求項第1項所述之脆性片狀結構之切割方法，其中，所述第一區域的預定形狀為多邊形或具有弧形結構的圖形。
  8. 如請求項第1項所述之脆性片狀結構之切割方法，其中，所述第一區域的預定形狀為圓形、橢圓形、扇形、三角形、四邊形、五邊形、六邊形、八邊形、波浪形或鋸齒形。
  9. 如請求項第1項所述之脆性片狀結構之切割方法，其中，所述至少一個第二切割線與所述第一切割線部分重合。
  10. 如請求項第1項所述之脆性片狀結構之切割方法，其中，所述形成至少一個第二切割線以及形成複數第三切割線的步驟包括：相對移動一雷射光束及所述脆性片狀結構，使該雷射光束沿所述第一區域的切線形成所述至少一個第二切割線；以及使所述雷射光束以所述第一切割線為端點，沿遠離所述第一區域的方向切割所述第二區域以形成複數第三切割線。
  11. 如請求項第10項所述之脆性片狀結構之切割方法，其中，所述形成至少一個第二切割線的步驟包括利用所述雷射光束在所述切割面的第二區域上形成兩個第二切割線，该兩個第二切割線相互平行。
  12. 如請求項第11項所述之脆性片狀結構之切割方法，其中，所述兩個第二切割線與所述複數第三切割線相互平行設置，所述複數第三切割線位於該兩個第二切割線之間的第二區域上。
  13. 如請求項第1項所述之脆性片狀結構之切割方法，其中，所述沿所述第一切割線、至少一第二切割線及複數第三切割線分離所述脆性片狀結構的步驟包括：沿所述至少一第二切割線掰斷所述脆性片狀結構；沿所述複數第三切割線分離具有所述第一切割線的脆性片狀結構。
  14. 如請求項第1項所述之脆性片狀結構之切割方法，其中，所述形成至少一個第二切割線的步驟之後包括形成一輔助切割線，該輔助切割線與所述第二切割線相互平行且與所述第一切割線相交於一點。
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