TWI527778B - 用於一強化玻璃基板之切割方法及切割設備 - Google Patents

Description

用於一強化玻璃基板之切割方法及切割設備

本發明係關於一種切割方法及切割設備，特別是一種用於一強化玻璃基板之切割方法及切割設備。

目前玻璃基板廣泛運用在電子產品之各種零件中，如螢幕、觸控面板、外殼等。為了避免玻璃基板被刮傷或易於破裂，通常用於電子產品之玻璃基板均需經過強化。

如圖1A及1B所示之玻璃基板斷面示意圖，強化玻璃基板1包含一拉伸層11及形成於拉伸層11外側上之至少一壓縮層12。其中，拉伸層11具有拉伸內應力，而壓縮層12具有壓縮內應力，如此的應力分布方式使強化玻璃基板1外層即使受到外力而產生如圖1A所示之淺層裂痕10'時，因壓縮層12之壓縮內應力對淺層裂痕10'向內擠壓，使淺層裂痕10'不易延展，進而使強化玻璃基板1不易碎裂。

然而，當強化玻璃基板1受到外力而產生如圖1B所示深度超過壓縮層12厚度並到達拉伸層11內之裂痕10時，拉伸層11之拉伸內應力會將裂痕10向外拉開，如此將使裂痕10易於延展，進而使強化玻璃基板1分裂。

目前各種切割強化玻璃基板1之習知方法，無論是使用切割輪(Wheel)、利用雷射(Laser)之熱應力或使用化學蝕刻(Chemical Etching)方法切割強化玻璃基板1時，為了達到高切割品質，通常在刻劃一初始裂痕後，均需在壓縮層12上沿一預定切割線刻劃一深度超過壓縮層12厚度並到達拉伸層11內之刻劃開口101(如圖1C所示)。爾後，再使刻劃開口101於強化玻璃基板1中深入延展而貫穿強化玻璃基板1之厚度，進而使強化玻璃基板1沿預定切割線分裂。上述習知切割方法，即此領域所稱「半分割(Half Cut)」。

然而，本領域中亟欲尋求一種可不需事先在強化玻璃基板上沿一預定切割線形成一刻劃開口後，再進行使強化玻璃基板分裂，並且能獲得高切割品質之切割方法。

本發明之一目的在於提供一種切割一強化玻璃基板之方法，其可於一步驟中，直接切割貫穿強化玻璃基板之厚度，而不需要事先在強化玻璃基板上沿一預定切割線形成一刻劃開口後，再進行使強化玻璃基板分裂之步驟，並且仍可達到高切割品質。

其中，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，拉伸層具有拉伸內應力，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切割方法包含以下步驟：(a)於強化玻璃基板之壓縮層上於預定切割線形成一裂痕(此為初始裂痕)；及(b)於該初始裂痕之一周圍處於一冷卻點向壓縮層冷卻以使裂痕之一延展方向偏向冷卻點、於裂痕之周圍處於一加熱點向壓縮層加熱以使裂痕之延展方向偏離加熱點、或進行上述方法之組合，以控制裂痕沿預定切割線延展，並使強化玻璃基板沿預定切割線分裂。

為達上述目的，本發明用於一強化玻璃基板之切割設備，包含一裂痕產生工具及一溫度控制裝置。裂痕產生工具於強化玻璃基板之壓縮層上於預定切割線形成一裂痕(此為初始裂痕)。溫度控制裝置於 初始裂痕之一周圍處於一冷卻點向壓縮層冷卻以使裂痕之延展方向偏向冷卻點、於裂痕之周圍處於一加熱點向壓縮層加熱以使裂痕之延展方向偏離加熱點、或進行其組合，以控制裂痕沿預定切割線延展，並使強化玻璃基板沿預定切割線分裂。

1‧‧‧強化玻璃基板

3‧‧‧切割設備

10‧‧‧裂痕

10'‧‧‧淺層裂痕

11‧‧‧拉伸層

12‧‧‧壓縮層

31‧‧‧裂痕產生工具

101‧‧‧刻劃開口

301‧‧‧冷卻點

302‧‧‧加熱點

303‧‧‧預定切割線

331‧‧‧冷卻裝置

332‧‧‧加熱裝置

圖1A為於一強化玻璃基板上形成一淺層裂痕之一示意圖；圖1B為於一強化玻璃基板上形成一深度超過一壓縮層厚度之裂痕之一示意圖；圖1C為於一強化玻璃基板上形成一刻劃開口之一示意圖；圖2A為於一裂痕之一周圍處於一冷卻點向一強化玻璃基板冷卻以使裂痕之延展方向偏向冷卻點之一示意圖；圖2B為於一裂痕之周圍之一加熱點對一強化玻璃基板加熱以使裂痕之延展方向偏離加熱點之一示意圖；圖3A至3C為本發明切割方法之三個實施例之示意圖；圖3D為使用本發明切割方法進行異形切割之一示意圖；及圖4A及4B為本發明切割設備之二個實施例之示意圖。

如圖1B所示，強化玻璃基板1可為一化學強化玻璃基板或一物理強化玻璃基板，其包含一拉伸層11及形成於拉伸層11上之一壓縮層12，其中拉伸層11具有拉伸內應力，壓縮層12具有壓縮內應力。如前所述，一旦於強化玻璃基板1中產生如圖1B所示之深度超過壓縮層12厚度並到達拉伸層11內之裂痕10時，裂痕10因拉伸層11之拉伸內應力會將裂痕10向外拉開，並延伸貫穿強化玻璃基板1之深度。請參考圖2A，若此時於裂痕10之周圍之一冷卻點301處對壓縮層12進行冷卻，強化玻璃基板1鄰近冷卻點301之一側將冷收縮而拉扯裂痕10，而使裂痕10之一延展方向偏向冷卻點301。再者，請參考圖2B，若此時於裂 痕10之周圍之一加熱點302處對壓縮層12加熱，強化玻璃基板1鄰近加熱點302之一側將熱膨脹而推擠裂痕10，而使裂痕10之延展方向偏離加熱點302。本發明用於一強化玻璃基板1之切割方法適可藉由此原理而控制裂痕10之延展方向，進而達到沿預定切割線303切割強化玻璃基板1之目的。

據此，請參考圖2A及2B，本發明用於一強化玻璃基板1之切割方法，藉由上述原理，可控制強化玻璃基板1沿一預定切割線303分裂。本發明之切割方法基本上包含以下步驟：(a)於強化玻璃基板1之壓縮層12上於預定切割線303之一處形成一裂痕10(此為初始裂痕)；及(b)於裂痕10之一周圍之一冷卻點301處對壓縮層12進行冷卻以使裂痕10之延展方向偏向冷卻點，或於裂痕10之周圍之一加熱點302處對壓縮層12加熱以使裂痕10之延展方向偏離加熱點302，或進行上述方法之組合，以控制裂痕10沿預定切割線303延展，並使強化玻璃基板1沿預定切割線303分裂。本發明之切割方法不需要如同習知技術必須先沿預定切割線持續刻劃強化玻璃基板1，以產生沿預定切割線刻劃開口101後，才能使強化玻璃基板1沿預定切割線分裂。

請參考圖3A，於一實施例中，本發明之切割方法之步驟(b)係於裂痕10之周圍處且於裂痕10之延展方向之前，於沿預定切割線303移動之冷卻點301以低溫對壓縮層12進行冷卻，以使裂痕向冷卻點301延展。

請參考圖3B，於另一實施例中，本發明之切割方法之步驟(b)係於裂痕10之周圍處且於裂痕10之延展方向之前，於預定切割線303之二相對側且平行於預定切割線303而移動之二冷卻點301處以低溫對壓縮層12進行冷卻，以使裂痕10向二冷卻點301之間延展。

上述利用冷卻點301導引裂痕10之延展之步驟(b)中，可以一冷凍機、一電子致冷器(Peltier Device)或液化氣體等對於裂痕10之周圍之 冷卻點301進行冷卻，以冷卻壓縮層12。

請參考圖3C，於另一實施例中，本發明之切割方法之步驟(b)係於裂痕10之周圍處且於裂痕10之延展方向之前，於預定切割線303之二相對側且平行於預定切割線303移動之二加熱點302處進行加熱，以加熱壓縮層12，使裂痕10向二加熱點302之間延展。

上述利用加熱點302導引裂痕10之延展之步驟(b)中，可以雷射、一電熱器、一燃燒器或熱蒸汽等於裂痕10之周圍之加熱點302處對壓縮層12進行加熱。

另外，利用本發明之切割方法，亦可進行各種非直線例如截角、圓角及各種曲線形狀之異形切割。如圖3D所示，本發明之切割方法之步驟(b)係於裂痕10之周圍處且於裂痕10之延展方向之前，於預定切割線303之二相對側且平行於預定切割線303而沿著非直線之預定切割線303移動之二冷卻點301(或二加熱點302)對壓縮層12進行冷卻(或加熱)，以使裂痕10向二冷卻點301(或二加熱點302)之間延展，使強化玻璃基板1沿非直線之裂痕10分裂。

上述本發明之切割方法之步驟(a)，可以綠光雷射、紫外光雷射、二氧化碳雷射、一以鎢鋼(WC)或SK、SKH、SKD等高強度淬火鋼製成之切割輪或一鑽石刀等，於強化玻璃基板1之壓縮層12上形成裂痕10，該裂痕10之一初始深度係大於壓縮層12之一深度。

請參考圖4A及4B，本發明用於一強化玻璃基板1之切割設備3包含一裂痕產生工具31及一溫度控制裝置，以應用上述本發明之切割方法。本發明切割設備3適可控制強化玻璃基板1沿一預定切割線303分裂，詳述如下。

本發明切割設備3之裂痕產生工具31可於強化玻璃基板1之壓縮層12上於預定切割線303形成一裂痕10(此為初始裂痕)。本發明切割設備3之溫度控制裝置可包含圖4A所示之一冷卻裝置331及/或圖4B所 示之一加熱裝置332。溫度控制裝置可藉由冷卻裝置331於裂痕10之一周圍之一冷卻點301對壓縮層12進行冷卻以使裂痕10之一延展方向偏向冷卻點301；溫度控制裝置可藉由加熱裝置332於裂痕10之周圍之一加熱點302處對壓縮層12進行加熱，以使裂痕10之延展方向偏離加熱點302；抑或溫度控制裝置可藉由冷卻裝置331及加熱裝置332之組合，以控制裂痕10沿預定切割線303延展，使強化玻璃基板1沿預定切割線303分裂。

如圖3A所示，於一實施例中，本發明切割設備3之溫度控制裝置為冷卻裝置331時，冷卻裝置331可於裂痕10之周圍處且於延展方向之前，於沿預定切割線303移動之冷卻點301處對壓縮層12進行冷卻，以使裂痕10向冷卻點301延展。

如圖3B所示，於另一實施例中，本發明切割設備3之溫度控制裝置為冷卻裝置331時，冷卻裝置331於裂痕10之周圍處且於延展方向之前，於預定切割線303之二相對側且平行於預定切割線303而移動之二冷卻點301位置處，對壓縮層12進行冷卻，以使裂痕10向二冷卻點301之間延展。

本發明切割設備3之溫度控制裝置之冷卻裝置331可利用一冷凍機、一電子致冷器或液化氣體噴出裝置等，以於裂痕10之周圍之一冷卻點301處對壓縮層12進行冷卻。

如圖3C所示，於另一實施例中，本發明切割設備3之溫度控制裝置為加熱裝置332時，加熱裝置332可於裂痕10之周圍處且於延展方向之前，於預定切割線303之二相對側且平行於預定切割線303移動之二加熱點302處對壓縮層12進行加熱，以使裂痕10向二加熱點302之間延展。

本發明切割設備3之溫度控制裝置之加熱裝置332可利用雷射、一電熱器、一燃燒器或噴出熱蒸汽等方式，以於裂痕10之周圍之加熱 點302處對壓縮層12進行加熱。

上述本發明切割設備3之裂痕產生工具31可利用綠光雷射、紫外光雷射、二氧化碳雷射、一鑽石切割輪或一鑽石刀等，以於強化玻璃基板1之壓縮層12上形成裂痕10，該裂痕產生工具31所產生之裂痕10之一初始深度係大於壓縮層12之一深度。

上述本發明切割設備3亦可進行各種非直線之異形切割，例如：截角、圓角及各種曲線形狀(如圖3D所示)。

據上，藉由上述本發明之切割方法及切割設備3，於切割強化玻璃基板1時具有以下優點：1.獲得與藉由研磨(abrasion)、電漿(plasma)、雷射(Laser)等刻劃方式切割強化玻璃基板1之方法相當或更佳的切割品質；2.可進行異形切割(與使用二氧化碳雷射(CO₂ laser)進行裂痕進展型刻劃相比)；3.可直接進行一次切割穿過強化玻璃基板1厚度之「完全切割(Full Body Cut)」，不需習知各種半切割(Half Cut)方法需先形成一刻劃開口101之步驟；4.幾乎沒有或極少廢棄玻璃粉末(glass particle)；及5.相對習知各種半切割(Half Cut)方法，不需要形成一刻劃開口101之步驟，因此具有低切割運轉成本之優點。

上述實施例僅例示本發明之較佳之實施態樣，並非用以限制本發明。本發明所屬領域具有通常知識者可參考上述實施例而輕易推及其他實施態樣。

1‧‧‧強化玻璃基板

10‧‧‧裂痕

301‧‧‧冷卻點

303‧‧‧預定切割線

Claims (16)

1. 一種用於一強化玻璃基板之切割方法，用以控制該強化玻璃基板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，並且該切割方法包含以下步驟：(a)於該強化玻璃基板之該壓縮層上於該預定切割線形成一裂痕；及(b)於該裂痕之一周圍處於一冷卻點向該壓縮層冷卻以使該裂痕之一延展方向偏向該冷卻點、於該裂痕之該周圍處於一加熱點向該壓縮層加熱以使該裂痕之該延展方向偏離該加熱點、或進行其組合，以控制該裂痕沿該預定切割線延展，並使該強化玻璃基板沿該預定切割線分裂，其中於冷卻與加熱之方式組合使用之情形，該冷卻點並非緊隨於該加熱點之後。
2. 如請求項1所述之切割方法，其中步驟(b)係於該裂痕之該周圍處於該延展方向之前，於沿該預定切割線移動之該冷卻點向該壓縮層冷卻，以使該裂痕向該冷卻點延展。
3. 如請求項1所述之切割方法，其中步驟(b)係以一冷凍機、一電子致冷器(Peltier Device)或液化氣體於該裂痕之該周圍處於該冷卻點向該壓縮層冷卻。
4. 如請求項1所述之切割方法，其中步驟(b)係以雷射、一電熱器、一燃燒器或熱蒸汽於該裂痕之該周圍處於該加熱點向該壓縮層加熱。
5. 如請求項1所述之切割方法，其中步驟(a)係以綠光雷射、紫外光雷射、二氧化碳雷射、一切割輪或一鑽石刀於該強化玻璃基板 之該壓縮層上形成該裂痕。
6. 如請求項1所述之切割方法，其中該裂痕之一初始深度係大於該壓縮層之一深度。
7. 一種用於一強化玻璃基板之切割方法，用以控制該強化玻璃基板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，並且該切割方法包含以下步驟：(a)於該強化玻璃基板之該壓縮層上於該預定切割線形成一裂痕；及(b)於該裂痕之一周圍處於一冷卻點向該壓縮層冷卻以使該裂痕之一延展方向偏向該冷卻點、於該裂痕之該周圍處於一加熱點向該壓縮層加熱以使該裂痕之該延展方向偏離該加熱點、或進行其組合，以控制該裂痕沿該預定切割線延展，並使該強化玻璃基板沿該預定切割線分裂；其中步驟(b)係於該裂痕之該周圍處於該延展方向之前，於該預定切割線之二相對側平行該預定切割線移動之二該冷卻點向該壓縮層冷卻，以使該裂痕向該二冷卻點間延展。
8. 一種用於一強化玻璃基板之切割方法，用以控制該強化玻璃基板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，並且該切割方法包含以下步驟：(a)於該強化玻璃基板之該壓縮層上於該預定切割線形成一裂痕；及(b)於該裂痕之一周圍處於一冷卻點向該壓縮層冷卻以使該裂痕之一延展方向偏向該冷卻點、於該裂痕之該周圍處於一加熱點向該壓縮層加熱以使該裂痕之該延展方向偏離該加熱點、或 進行其組合，以控制該裂痕沿該預定切割線延展，並使該強化玻璃基板沿該預定切割線分裂；其中步驟(b)係於該裂痕之該周圍處於該延展方向之前，於該預定切割線之二相對側平行該預定切割線移動之二該加熱點向該壓縮層加熱，以使該裂痕向該二加熱點間延展。
9. 一種用於一強化玻璃基板之切割設備，用以控制該強化玻璃基板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：一裂痕產生工具，其於該強化玻璃基板之該壓縮層上於該預定切割線形成一裂痕；及一溫度控制裝置，其於該裂痕之一周圍處於一冷卻點向該壓縮層冷卻以使該裂痕之該延展方向偏向該冷卻點、於該裂痕之該周圍處於一加熱點向該壓縮層加熱以使該裂痕之該延展方向偏離該加熱點、或進行其組合，以控制該裂痕沿該預定切割線延展，並使該強化玻璃基板沿該預定切割線分裂，其中於冷卻與加熱之方式組合使用之情形，該冷卻點並非緊隨於該加熱點之後。
10. 如請求項9所述之切割設備，其中該溫度控制裝置為一冷卻裝置，該冷卻裝置係於該裂痕之該周圍處於該延展方向之前，於沿該預定切割線移動之該冷卻點向該壓縮層冷卻，以使該裂痕向該冷卻點延展。
11. 如請求項9所述之切割設備，其中該溫度控制裝置為一冷卻裝置，該冷卻裝置係利用一冷凍機、一電子致冷器(Peltier Device)或液化氣體，以於該裂痕之該周圍處於該冷卻點向該壓縮層冷卻。
12. 如請求項9所述之切割設備，其中該溫度控制裝置為一加熱裝置，該加熱裝置係利用雷射、一電熱器、一燃燒器或熱蒸汽，以於該裂痕之該周圍處於該加熱點向該壓縮層加熱。
13. 如請求項9所述之切割設備，其中該裂痕產生工具係利用綠光雷射、紫外光雷射、二氧化碳雷射、一切割輪或一鑽石刀，以於該強化玻璃基板之該壓縮層上形成該裂痕。
14. 如請求項9所述之切割設備，其中該裂痕產生工具所產生之該裂痕之一初始深度係大於該壓縮層之一深度。
15. 一種用於一強化玻璃基板之切割方法，用以控制該強化玻璃基板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，並且該切割方法包含以下步驟：(a)於該強化玻璃基板之該壓縮層上於該預定切割線形成一裂痕；及(b)於該裂痕之一周圍處於一冷卻點向該壓縮層冷卻以使該裂痕之一延展方向偏向該冷卻點、於該裂痕之該周圍處於一加熱點向該壓縮層加熱以使該裂痕之該延展方向偏離該加熱點、或進行其組合，以控制該裂痕沿該預定切割線延展，並使該強化玻璃基板沿該預定切割線分裂；其中該溫度控制裝置為一冷卻裝置，該冷卻裝置於該裂痕之該周圍處於該延展方向之前，於該預定切割線之二相對側平行該預定切割線移動之二該冷卻點向該壓縮層冷卻，以使該裂痕向該二冷卻點間延展。
16. 一種用於一強化玻璃基板之切割方法，用以控制該強化玻璃基板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，並且該切割方法包含以下步驟：(a)於該強化玻璃基板之該壓縮層上於該預定切割線形成一裂痕；及(b)於該裂痕之一周圍處於一冷卻點向該壓縮層冷卻以使該裂痕之一延展方向偏向該冷卻點、於該裂痕之該周圍處於一加熱點向該壓縮層加熱以使該裂痕之該延展方向偏離該加熱點、或進行其組合，以控制該裂痕沿該預定切割線延展，並使該強化玻璃基板沿該預定切割線分裂；其中該溫度控制裝置為一加熱裝置，該加熱裝置係於該裂痕之該周圍處於該延展方向之前，於該預定切割線之二相對側平行該預定切割線移動之二該加熱點向該壓縮層加熱，以使該裂痕向該二加熱點間延展。