TWI474982B - 用於一強化玻璃基板之加工方法及切割設備 - Google Patents

Description

用於一強化玻璃基板之加工方法及切割設備

本發明係關於一種加工方法及切割設備，特別是一種用於一強化玻璃基板之加工方法及切割設備。

目前玻璃基板廣泛運用在電子產品之各種零件中，如螢幕、外殼等。為了避免玻璃基板輕易被刮傷或破裂，通常用於電子產品之玻璃基板均經過強化。在製造過程中，玻璃基板均需切割為較小尺寸之玻璃基板以配合各式電子零件之應用。然而，強化玻璃基板因其硬度高較難以切割並且切割程序過程產生的龜裂較難以控制。

請參考圖1A及圖1B，一般而言，強化玻璃基板1包含一拉伸層11及形成於拉伸層11上之至少一壓縮層12。拉伸層11具有拉伸內應力TS，而壓縮層12具有壓縮內應力CS。請參考圖1B，其繪示位於強化玻璃基板1之沿板厚T方向之任一斷面位置，其內應力之示意圖，X軸表示內應力之大小以及正負(即呈現壓縮內應力或拉伸內應力)。越接近玻璃基板表面位置處，壓縮內應力CS越大，沿玻璃基板厚度方向往中間部分接近時，拉伸內應力TS逐步變大，之後亦可於中間部分某一段區域維持一定值。由圖1A、1B可知，內應力曲線與Y軸(即沿玻璃基板之厚度方向之位置變化軸)相交處即為壓縮層12與拉伸層11之交界處，並可看出壓縮層12之厚度t。

習知一種切割強化玻璃基板1之方法，係於強化玻璃基板1之壓縮層12之一外表面10上刻劃形成一刻劃開口後，加熱強化玻璃基板1，使強化玻璃基板1劇烈熱膨脹並變形，並使強化玻璃基板1於刻劃開口兩側之二部分具有不對稱之溫差及變形，促使龜裂自刻劃開口快速延伸而貫穿壓縮層12及拉伸層11，藉此使強化玻璃基板1分裂為複數部分。

請參考圖2A，習知另一種切割強化玻璃基板1之方法，其係以一例如雷射等之加熱工具91沿預定切割線90於強化玻璃基板1之壓縮層12之外表面10上急速加熱並刻劃產生一刻劃開口，並隨後立即以一冷卻工具92沿預定切割線90於強化玻璃基板1之壓縮層12之外表面10上急速冷卻。圖2A所示之習知切割強化玻璃基板1之方法藉由劇烈溫度變化造成劇烈熱應力變化而使切割強化玻璃基板1分裂為複數部分。

請參考圖2B，其繪示強化玻璃基板1經加熱工具91急速加熱，並隨後經冷卻工具92急速冷卻後，位於強化玻璃基板1之板厚T內之任一位置，沿板厚方向之內應力變化之示意圖。如圖2B所示，由加熱工具91所產生之加熱區域HA使強化玻璃基板1內部局部熱膨脹並局部具有壓縮內應力CS，而由冷卻工具92所產生之急冷區域CA使強化玻璃基板1鄰近外表面10之外部局部冷收縮並局部具有拉伸內應力TS。藉此，讓壓縮層12轉變為具有拉伸內應力TS，而促使其龜裂發展。待加熱工具91所產生之加熱區域HA之熱消散後，拉伸層11再度轉變為具有拉伸內應力TS(可參考圖1B)，藉此讓龜裂於其中發展，而使得強化玻璃基板1分裂。

然而，上述二種習知切割強化玻璃基板1之方法，均有因龜裂於拉伸層11及/或壓縮層12中易於過度迅速發展，使得龜裂可能沿各種方向發展而不會僅沿預定切割線發展，進而造成強化玻璃基板1不會僅沿預定切割線分裂，而沿各種非預定方向分裂之問題。再者，此經習知切割方法刻劃而尚未完全分裂開之強化玻璃基板1，在進行如運送等後續程序時，極易促使龜裂更快速地發展而更易於未沿預定切割線碎裂。

因此，如何切割強化玻璃基板，以使強化玻璃基板僅沿預定切割線分裂，並且進行強化玻璃基板之後續製程時亦可避免強化玻璃基板未沿預定切割線分裂之問題，為此一業界之重要課題。

本發明之一目的在於提供一種用於一強化玻璃基板之加工方法及切割設備，可防止強化玻璃基板在切割製程中未沿一預定切割線分裂，並因此易於進行運送或其他後續製程。

一般而言，強化玻璃基板包含一拉伸層及形成於拉伸層上之一壓縮層。拉伸層具有拉伸內應力，而壓縮層具有壓縮內應力。

為達上述目的，本發明用於一強化玻璃基板之加工方法包含以下步驟：(a)於強化玻璃基板之壓縮層上沿一預定切割線刻劃形成一刻劃開口；及(b)向刻劃開口深層加熱強化玻璃基板，以使壓縮層及拉伸層於刻劃開口之一周圍局部熱膨脹，以使拉伸層於刻劃開口之周圍局部具有壓縮內應力。藉此，本發明之加工方法防止強化玻璃基板未沿預定切割線分裂。

為達上述目的，本發明用於一強化玻璃基板之切割設備包含一切割工具及一加熱工具。切割工具用以於強化玻璃基板之壓縮層上沿一預定切割線刻劃形成一刻劃開口。加熱工具用以向刻劃開口深層加熱強化玻璃基板，以使壓縮層及拉伸層於該刻劃開口之一周圍局部熱膨脹，以使拉伸層於刻劃開口之周圍局部具有壓縮內應力。藉此，本發明之切割設備防止強化玻璃基板未沿預定切割線分裂。

本發明用於一強化玻璃基板1之加工方法請參考圖3A至3C，其防止強化玻璃基板1未沿一預定切割線分裂。其中，強化玻璃基板1包含一拉伸層11及形成於拉伸層11上之至少一壓縮層12。拉伸層11具有拉伸內應力TS，而壓縮層12具有壓縮內應力CS。請參考圖3A，本發明加工方法包含以下步驟：(a)於強化玻璃基板1之壓縮層12上沿預定切割線刻劃形成一刻劃開口30；及(b)向刻劃開口30深層加熱強化玻璃基板1，以使壓縮層12及拉伸層11於刻劃開口30之一周圍局部熱膨脹，以使拉伸層11於刻劃開口30之周圍局部具有壓縮內應力CS。

請參考圖3B，其為於圖3A中強化玻璃基板1經上述步驟 (a)而刻劃形成刻劃開口30後沿A-A剖面線之剖面示意圖。一般而言，於強化玻璃基板1之壓縮層12上刻劃形成刻劃開口30後，強化玻璃基板1沿刻劃開口30向下形成龜裂301，形成如圖3B所示之斷面形狀。但此時若未採用本發明所述之(b)步驟進行處理，因龜裂301深入強化玻璃基板1而延伸至拉伸層11中，又因為拉伸層11內含拉伸內應力TS，拉伸內應力TS使拉伸層11有自刻劃開口30及龜裂301處向外側拉伸之傾向，而使得龜裂301於拉伸層11中易於迅速發展。因為龜裂301於拉伸層11中易於迅速發展，使得龜裂301可能沿各種方向發展而可能不會僅沿預定切割線發展。當龜裂301於拉伸層11中迅速發展並貫穿整個強化玻璃基板1時，強化玻璃基板1便會分裂，強化玻璃基板1可能沿各種方向分裂而可能不會僅沿預定切割線分裂，因而產生不良產品。

請參考圖3C，其為於圖3A中強化玻璃基板1經上述步驟(a)後，於步驟(b)向刻劃開口30深層加熱強化玻璃基板1時沿B-B剖面線之剖面示意圖。如圖3C所示，經步驟(b)向刻劃開口30深層加熱強化玻璃基板1時，將產生涵蓋龜裂301之深度d2之加熱區域HA，以使壓縮層12及拉伸層11於刻劃開口30之周圍局部熱膨脹，藉此拉伸層11於涵蓋龜裂301之深度d2之範圍內，於刻劃開口30之周圍轉變為局部具有壓縮內應力CS。藉此，本發明之加工方法可避免龜裂301於拉伸層11中過度迅速發展，使得龜裂301可能沿各種方向發展而可能不會僅沿預定切割線發展，進而造成強化玻璃基板1可能沿各種方向分裂而可能不會僅沿預定切割線分裂之問題。

詳細而言，如圖3A所示之加工方法之步驟(a)係以在一刻劃處310以工具沿預定切割線刻劃以形成刻劃開口30，並且步驟(b)係在一加熱處330以工具沿預定切割線移動以向刻劃開口30暫時深層加熱強化玻璃基板1，並且加熱處330係緊接於刻劃處310之後移動。其中，步驟(b)係以雷射、熱風、一加熱板、蒸汽或其他加熱方法加熱加熱處330。加熱方法在此不作限制。於步驟(b)中，在龜裂301於拉伸層11不沿預定切割線過度發展前，緊接著刻劃處310向刻劃開口30加熱強化玻璃基板1。藉此，使拉伸層11於涵蓋龜裂301之深度d2之範圍內於刻劃開口30之周圍轉變為局部具有壓縮內應力CS，避免龜裂301過度發展。於一實施態樣中，加熱處330係與刻劃處310保持實質上10毫米(mm)之一距離D。然，依照強化玻璃基板1的性質(如強度、厚度等)不同、機台能力不同及刻劃方式之不同，上述加熱處310與刻劃處330間之距離會相應調整配合。

於本發明之一較佳實施例中，如圖3A所示，其中於步驟(a)中刻劃形成刻劃開口30之一初始位置303係於強化玻璃基板1之壓縮層12上，並離開強化玻璃基板1之所有邊緣13，而刻劃形成之刻劃開口30亦可不刻劃至邊緣13。藉此，進一步減少龜裂301發展至邊緣13並貫穿強化玻璃基板1之機率，避免強化玻璃基板1未依照預期之方式分裂。

於本發明之一較佳實施例中，如圖3B所示，於步驟(a)中於強化玻璃基板1之壓縮層12上沿預定切割線刻劃形成之刻劃開口30之一刻劃深度d1小於壓縮層之一厚度t，以避免刻劃玻璃基板1時切削力過大，使龜裂301過度發展而發生上述造成良率下降之問題。然，於上述步驟(a)後龜裂301之深度d2仍可發展超過壓縮層之厚度t。

請參考圖4A，其顯示在上述加熱步驟(b)前，沿圖3A強化玻璃基板1之板厚T方向之A-A剖面線，其內應力之示意圖。其中，沿X軸越往右方壓縮內應力CS越大，而沿X軸越往左方拉伸內應力TS越大。由圖4A可知，內應力曲線與Y軸相交處即為壓縮層12與拉伸層11之交界處，並可看出壓縮層12之厚度t。於圖4A中，經刻劃後產生的龜裂301之深度d2係貫穿壓縮層12之厚度t而到達拉伸層11，並可能進一步過度發展而造成良率下降。

請參考圖4B，其顯示在上述加熱步驟(b)後，沿圖3A中強化玻璃基板1之板厚T方向之B-B剖面線，其內應力之示意圖。如圖4B所示，由加熱步驟(b)所產生之加熱區域HA使壓縮層12及拉伸層11於刻劃開口30之周圍局部熱膨脹，以使拉伸層11於刻劃開口30之周圍局部具有壓縮內應力CS，而使得強化玻璃基板1內應力產生變化，並使刻劃開口30周圍之加熱區域HA內之內應力均轉變為壓縮內應力CS。此時，具有壓縮內應力CS之深度d3不但大於壓縮層12之厚度t，更重要的是大於或相近於龜裂301之深度d2，藉此抑制龜裂301之發展，以進一步避免龜裂301於拉伸層11中因過於迅速發展，使得龜裂301不僅沿預定切割線，並亦沿其他各種方向發展，進而造成強化玻璃基板1可能沿各種非預定切割線之方向分裂之問題；此種抑制龜裂301之發展之加熱製程能使強化玻璃基板1於刻劃後不立即完全分裂斷開成小的玻璃裂片，而利於以整片玻璃基板原尺寸之形態進行運輸或其他後續製程。於一實施態樣中，步驟(b)係向刻劃開口30深層加熱強化玻璃基板1，使強化玻璃基板1自壓縮層12之一外表面10(如圖3A至3C所示)至實質上10至100微米(μm)之深度d3範圍內，具有壓縮內應力CS。然上述加熱深度d3之範圍，於其他實施例中，會隨強化玻璃基板1之不同型態、製程不同、龜裂301之深度d2不同及不同加熱製程之加熱深度能力不同，而需相應配合及調整，因此本發明實際應用時之加熱深度d3之範圍，並非僅限制於實施例所列之數值。

在上述向刻劃開口30深層加熱強化玻璃基板1之步驟(b)後，尚可進行步驟(c)之加工，本發明之加工方法步驟(c)之一實施例為：彎曲強化玻璃基板1，以加速使強化玻璃基板1沿刻劃開口30分裂為複數部分。步驟(c)亦可為其他促使強化玻璃基板1之龜裂301發展之製程，以加速強化玻璃基板1沿刻劃開口30分裂為複數部分，例如：反覆冷熱變化，或於刻劃開口30兩側產生溫度差等方法。本發明之加工方法於其他實施例中亦可不執行步驟(c)或其他可促使強化玻璃基板1之龜裂301發展之製程，而僅等待於步驟(b)所對刻劃開口30深層加熱強化玻璃基板1之熱能逐漸散去後，使強化玻璃基板1中之龜裂301較緩慢地自然發展。於 此情況下，因龜裂301會受到逐漸散去的熱能的抑制，而不會過度快速的發展，而可使強化玻璃基板1沿預定切割線及刻劃開口30自然分裂為複數部分。

本發明用於強化玻璃基板1之切割設備3，適可應用本發明之上述加工方法，因而防止強化玻璃基板1未沿預定切割線分裂。請參考圖3A至3C，本發明之切割設備3包含一切割工具31及一加熱工具33。切割工具31用以於強化玻璃基板1之壓縮層12上沿預定切割線刻劃形成刻劃開口30。加熱工具33用以向刻劃開口30深層加熱強化玻璃基板1，以使壓縮層12及拉伸層11於該刻劃開口30之周圍局部熱膨脹，以使拉伸層11於刻劃開口30之周圍之加熱區域HA處局部具有壓縮內應力CS。

詳細而言，切割工具31係於刻劃處310沿預定切割線刻劃以形成刻劃開口30，並且加熱工具330係於加熱處330沿預定切割線移動以向刻劃開口30暫時深層加熱強化玻璃基板1，並且加熱處330係緊接於刻劃處310之後移動。

切割工具31可為一切割輪、高能雷射源或其他切割工具，用以於刻劃處310沿預定切割線刻劃以形成刻劃開口30。加熱工具33可包含一雷射源、一熱風源、一加熱板、一蒸氣源或其他加熱裝置，用以加熱加熱處330。本發明切割設備3之加熱工具33較佳係使用雷射源向加熱處330照射雷射，或使用熱風源向加熱處330吹送熱風。

若本發明之切割設備3欲執行上述本發明之加工方法之步驟(c)，即彎曲強化玻璃基板1，以加速使強化玻璃基板1沿刻劃開口30分裂為複數部分之步驟，則本發明之切割設備3更包含用以彎曲強化玻璃基板1之一彎曲機構(圖未示)，亦可包含於進行步驟(c)之前，將整片尚未分裂開來之強化玻璃基板1輸送至彎曲機構處之運輸機構。切割設備3之彎曲機構亦可替代為其他可促使強化玻璃基板1之龜裂301發展之機構，而本發明之切割設備3於其他實施例中亦可不包含彎曲機構或其他可促使強化玻璃基板1之龜裂301發展之機構。如上所述，因龜裂301會受到逐漸散去的熱能的抑制，而不會過度快速的發展，而強化玻璃基板1將可沿預定切割線及刻劃開口30自然分裂為複數部分。

如上述本發明之加工方法所述，於一實施態樣中，加熱工具330深層加熱強化玻璃基板1之加熱處330係與切割工具31刻劃強化玻璃基板1之刻劃處310保持實質上10毫米(mm)之距離D，如圖3A所示。相似地，依照強化玻璃基板1的性質不同、機台能力不同及刻劃方式之不同，上述加熱處330與刻劃處310間之距離會相應調整配合。

亦相似於本發明之上述加工方法，於一實施態樣中，加熱工具33係使強化玻璃基板1自壓縮層12之一外表面10至實質上10至100微米(μm)之一深度d3(如圖4B所示)範圍內，具有壓縮內應力CS。相似地，上述加熱深度d3之範圍，於其他實施例中，會隨強化玻璃基板1之不同型態、製程不同、龜裂301之深度d2不同及不同加熱製程之加熱深度能力不同，而需相應配合及調整，因此本發明實際應用時之加熱深度d3之範圍，並不限制於實施例揭露之數值。

如圖3B所示，於一較佳實施例中，於本發明之切割設備3之切割工具31於強化玻璃基板1之壓縮層12上沿預定切割線刻劃形成之刻劃開口30之刻劃深度d1小於壓縮層之厚度t，以避免刻劃玻璃基板1時切削力過大，使龜裂301過度發展而發生上述造成良率下降之問題。然，切割工具31刻劃形成之刻劃開口30後，龜裂301之深度d2仍可能發展超過壓縮層之厚度t。

於本發明之一較佳實施例中，如圖3A所示，於本發明之切割設備3之切割工具31刻劃形成刻劃開口30之一初始位置303係於強化玻璃基板1之壓縮層12上，並離開強化玻璃基板1之所有邊緣13，而刻劃形成之刻劃開口30亦可不刻劃至邊緣13。藉此，可進一步減少龜裂301發展至邊緣13並貫穿強化玻璃基板1之機率，避免強化玻璃基板1未依照預期之方式分裂。

本發明之切割設備3應用前述加工方法之其他詳細內容已如前述，在此不再贅述。

利用本發明之用於強化玻璃基板之加工方法及切割設備，可防止強化玻璃基板在切割製程中未沿預定切割線分裂，並因此易於運送或其他後續製程。

1．．．強化玻璃基板

10．．．外表面

11．．．拉伸層

12．．．壓縮層

13．．．邊緣

3．．．切割設備

30．．．刻劃開口

301．．．龜裂

303．．．初始位置

31．．．切割工具

310．．．刻劃處

33．．．加熱工具

330．．．加熱處

90．．．預定切割線

91．．．加熱工具

92．．．冷卻工具

CA．．．急冷區域

CS．．．壓縮內應力

D．．．距離

d1．．．刻劃深度

d2．．．深度

d3．．．深度

HA．．．加熱區域

TS．．．拉伸內應力

t．．．厚度

T．．．板厚

圖1A係強化玻璃基板之一剖面示意圖；

圖1B係強化玻璃基板內應力之一示意圖；

圖2A係一習知切割強化玻璃基板方法之一示意圖；

圖2B係一習知切割強化玻璃基板方法所造成之強化玻璃基板內應力之一示意圖；

圖3A係本發明用於一強化玻璃基板之加工方法及切割設備之一示意圖；

圖3B係本發明經刻劃後之強化玻璃基板之一剖面示意圖；

圖3C係本發明經加熱後之強化玻璃基板之一剖面示意圖；

圖4A係本發明經刻劃後之強化玻璃基板之內應力之一示意圖；及

圖4B係本發明經加熱後之強化玻璃基板之內應力之一示意圖。

1．．．強化玻璃基板

10．．．外表面

13．．．邊緣

3．．．切割設備

30．．．刻劃開口

303．．．初始位置

31．．．切割工具

310．．．刻劃處

33．．．加熱工具

330．．．加熱處

D．．．距離

HA．．．加熱區域

Claims (16)

1. 一種用於一強化玻璃基板之加工方法，其防止該強化玻璃基板未沿一預定切割線分裂，其中該強化玻璃基板包含一拉伸層及形成於該拉伸層上之一壓縮層，該拉伸層具有拉伸內應力，該壓縮層具有壓縮內應力，並且該加工方法包含以下步驟：(a)於該強化玻璃基板之該壓縮層上沿該預定切割線刻劃形成一刻劃開口；及(b)向該刻劃開口深層加熱該強化玻璃基板，以使該壓縮層及該拉伸層於該刻劃開口之一周圍局部熱膨脹，以使該拉伸層於該刻劃開口之該周圍局部具有壓縮內應力。
2. 如請求項1所述之加工方法，其中步驟(a)係於一刻劃處沿該預定切割線刻劃以形成該刻劃開口，並且步驟(b)係於一加熱處沿該預定切割線移動以向該刻劃開口暫時深層加熱該強化玻璃基板，並且該加熱處係緊接於該刻劃處之後移動。
3. 如請求項2所述之加工方法，其中步驟(b)係以雷射、熱風、一加熱板或蒸汽加熱該加熱處。
4. 如請求項2所述之加工方法，其中該加熱處係與該刻劃處保持實質上10毫米(mm)之一距離。
5. 如請求項2所述之加工方法，其中於步驟(b)係使該強化玻璃基板自該壓縮層之一外表面至實質上10至100微米(μm)之一深度範圍內，具有壓縮內應力。
6. 如請求項1所述之加工方法，其中於步驟(a)中該刻劃開口之一深度小於該壓縮層之一厚度。
7. 如請求項1所述之加工方法，其中於步驟(a)中刻劃形成該刻劃開口之一初始位置係於該強化玻璃基板之該壓縮層上離開該強化玻璃基板之所有邊緣。
8. 如請求項1所述之加工方法，其中於步驟(b)後該方法更包含以下步驟：(c)彎曲該強化玻璃基板，以使該強化玻璃基板沿該刻劃開口分裂為複數部分。
9. 一種用於一強化玻璃基板之切割設備，其防止該強化玻璃基板未沿一預定切割線分裂，其中該強化玻璃基板包含一拉伸層及形成於該拉伸層上之一壓縮層，該拉伸層具有拉伸內應力，該壓縮層具有壓縮內應力，並且該切割設備包含：一切割工具，用以於該強化玻璃基板之該壓縮層上沿該預定切割線刻劃形成一刻劃開口；及一加熱工具，用以向該刻劃開口深層加熱該強化玻璃基板，以使該壓縮層及該拉伸層於該刻劃開口之一周圍局部熱膨脹，以使該拉伸層於該刻劃開口之該周圍局部具有壓縮內應力。
10. 如請求項9所述之切割設備，其中該切割工具係於一刻劃處沿該預定切割線刻劃以形成該刻劃開口，並且該加熱工具係於一加熱處沿該預定切割線移動以向該刻劃開口暫時深層加熱該強化玻璃基板，並且該加熱處係緊接於 該刻劃處之後移動。
11. 如請求項10所述之切割設備，其中該加熱工具係包含一雷射源、一熱風源、一加熱板或一蒸氣源，以加熱該加熱處。
12. 如請求項10所述之切割設備，其中該加熱處係與該刻劃處保持實質上10毫米(mm)之一距離。
13. 如請求項10所述之切割設備，其中於該加熱工具係使該強化玻璃基板自該壓縮層之一外表面至實質上10至100微米(μm)之一深度範圍內，具有壓縮內應力。
14. 如請求項9所述之切割設備，其中該刻劃開口之一深度小於該壓縮層之一厚度。
15. 如請求項9所述之切割設備，其中該切割工具刻劃形成該刻劃開口之一初始位置係離開該強化玻璃基板之所有邊緣。
16. 如請求項9所述之切割設備，其中該切割設備更包含一彎曲機構，用以彎曲該強化玻璃基板，以使該強化玻璃基板沿該刻劃開口分裂為複數部分。