TWI548478B - 借助於雷射將由易脆裂的材料製成的圓的平板分割成多個矩形單板的方法 - Google Patents

Description

借助於雷射將由易脆裂的材料製成的圓的平板分割成多個矩形單板的方法

本發明涉及一種方法，利用該方法能夠通過借助於雷射引入熱致應力將由易脆裂的材料例如玻璃、陶瓷或半導體材料製成的平板分割成多個矩形的單板。在DE10 2007 033 242 A1中描述了一種同類型的方法。

已知能夠通過借助於雷射引入熱致應力來分割易脆裂的材料。為此為了沿著規定的分離線產生壓應力，將雷射光束對準材料表面並且沿著所述規定的分離線的走向被引導。緊接著給被加熱的區域施加冷卻劑束，由此產生拉應力。

如果產生的應力差高於材料的斷裂應力並且在分離線的起始點上存在一個缺口，那麽從該缺口處出發啟動材料的撕裂。

如果這樣的缺口不是由於存在的微裂縫，例如從機械的切割邊緣出發，而存在，那麽必須有意地產生一個初始缺口，這例如通過金剛石切割輪或可良好聚焦的具有高能量密度的雷射器實現。對於後者而言，可以使用加工雷射器或也可以使用一個第二雷射器。根據材料的內部結構，能夠達到要求的深裂紋或完全穿透材料的分離裂縫。

為了例如在製造用於移動電話或類似件的顯示盤時或在製造晶片時將平板分割成多個相同的矩形的單板，根據現有技術將平板首先沿著多個彼此平行延伸的第一分離線切割並且而後轉動一個90°的切割角度，隨後沿著多個平行延伸的第二分離線被切割。由此通過以90°角度相交的分離線的交叉點的設定，產生了矩形的單板，其側面長度通過分離線的間隔決定。

對於如此製造的單板的質量決定性的是：分離裂縫精確沿著規定的分離線構成。

在DE 10 2007 033 242 A1中確定了在交叉點上出現這種類型的質量缺陷。所形成的分離裂縫在交叉點處不是彼此垂直的，這意味著分離裂縫的走向在交叉點的區域內偏離於規定的分離線的走向。這種缺陷歸咎于熱致應力沿著通過分離裂縫構成的彼此貼靠的棱邊的相互影響。這個問題如此解決，即，使得通過分離在第一方向上形成的各個條隔開距離。

然而在實踐中證明，當平板的周邊線偏離于矩形形狀時且當分離裂縫不是垂直于周邊面時，所形成的分離裂縫也在其與待分割的板的周邊相鄰的起始處偏離於規定的分離線。

這特別是在此情況下出現，即，周邊線是彎曲的。主要是具有圓形的周邊線的平板是具有實際意義的，如要被分割成各單個晶片的晶片盤。理論上這種平板例如也可以具有三角形、多邊形、橢圓形的形狀或具有自由成型的周邊面。在所有這些情況下至少一些分離線不是垂直於周邊面的。

由此產生的問題應當借助於附圖1a和1b借助於一個圓的平板闡述，其要沿著10個分離線被分割。根據現有技術，平板1的分割如上所述沿著分離線2實現，它們在平行於平板1直徑的彼此垂直的方向上設置。所述分離線從周邊面出發成列佈置，平板首先是沿著在第一方向上的所有分離線2.1至2.5並且緊接著沿著在另外的方向上的所有分離線2.6至2.10被分割。

所有的分離線2，除了一個其走向與平板1的直徑重合的分離線之外，與一個在與周邊面的交點處相切的切線圍成一個不同於90°的進入角度α，該角度隨著與直徑的距離的增大而變小。

因為由於分離過程形成的熱致應力在分離線的起始點處(即在平板的邊緣區域內)在一個在起始點處與周邊面相切的切線的方向(接下來稱為切向方向)上傳播並且僅僅該應力的垂直投影在分離線上的分量對於分量裂紋的沿著規定的分離線的撕開力是決定性的，所以隨著與直徑的距離的增大，分離裂縫的形成偏離了預定的分離線。

此外自一個臨界的、與材料的厚度、劃口和切割參數相關的距離開始，用於啟動分離過程的撕開力變得過小。

一個另外的問題可能特別是在分割成具有極小的棱邊長度(<1mm)的晶片時產生。在實施的試驗中觀察到，在分割時所引發的分離裂紋在邊緣區域內的走向偏離於規定的分離線並且始終朝向邊緣彎曲。可能的解釋是熱致應力的垂直於分離線的對稱的傳播，所述熱致應力根據在分離 線兩側鄰接的材料量而受到不同大小的阻力。裂紋朝向較小阻力的方向延伸和彎曲。

本發明的任務在於，提供一種用於將具有不同于矩形的周邊線的平板分割成多個矩形的單件的方法，利用該方法借助於雷射引發熱應力，這種應力導致形成分離裂縫，所述分離裂縫高精度地沿著規定的分離線的分佈延伸。

對於用於將由易脆裂的材料製成的平板分割成多個矩形的單板的方法，其中借助於雷射基於熱致應力沿著彼此垂直延伸的、以規定的間隔佈置的分離線形成將平板分割的分離裂縫，其中將對準平板的雷射光束至少部分地依次沿著所述分離線引導，上述任務如此實現：在第一步驟中從在平板的周邊面上的一個起始點出發，利用沿著一個分離線的一個分離裂縫將平板分成兩個部分，從而沿著該分離裂縫形成兩個直線的棱邊，在第二步驟中分別從在所形成的棱邊上的各起始點出發沿著所有垂直於所述棱邊延伸的分離線引入分離裂縫，由此形成多個具有其他的直線的棱邊的部分，並且在第三步驟中所有的分離裂縫沿著垂直於所述其他的直線的棱邊延伸的分離線引入，因此最後將平板分成多個單板。

有利地，分離裂縫的引入時間順序使得分離裂縫分別依次沿著一分離線引入該分離線距離一個部分(此部分要用該分離裂縫再分成二部分)的邊緣的等分端最近。

為了縮短過程持續時間，有利的是，同時在一個方向上產生多個分離裂縫，其分割多個不同的部分。

為了進一步縮短過程持續時間，有利地在第三步驟中沿著從平板的一個邊緣至平板的另外一個邊緣的分離線引入分離裂縫。

也有利的是，在各單個步驟之間將已經形成的各部分通過拉伸過程彼此分開。

也應當在分離線的起始點上在引入分離裂縫之前引入初始缺口。

特別有利地上述方法能夠用於分割圓的平板。而後第一分離線沿著直徑確定，從而第一分離裂縫將圓的平板二等分。

有利地，第一分離裂縫也在與之垂直的方向上確定並且所有其他的分離線的間隔參考它們進行確定。

該方法接下來借助於圓的平板1闡述。然而該方法也可以用於與平板的周邊形狀無關地分離平板，並且有利地適合用於分離這樣的平板，其周邊線不同於矩形。

該方法特別適合於將圓的晶片盤分離成各單個的矩形的晶片。

引入分離裂縫與在現有技術中描述的方法以同樣方式實現，其中將雷射光束對準平板的表面並且從起始點出發沿著預定的分離線相對於平板引導。

本發明的方法的決定性的區別之處引入分離裂縫的原理或機制，其取決於從何處出發開始引入分離裂縫和以何種順序。

圖1a示出一種圓的平板1，在此示例地具有10個分離裂縫2.1-2.10。這些分離線的引入順序以連續的數位標號表示，按照現有技術的原理如上所述地分離裂縫也是以該引入順序沿著這些分離線被引入的。

為了闡述待解決的問題，圖1b示意地示出分別在分離線的起始點處根據現有技術的原理形成的應力。

利用根據本發明的方法，平板應當(如圖1所示)利用分離線的相同的佈置或相同的樣式劃分成多個單板。

在圖2a-c中示出一個平板1，在該平板中逐步地引入分離裂縫。為了保持視圖清楚，在每個方向上僅僅應當引入三個分離線。

在附圖3a和3b中示出具有18個分離線的平板，以便特別是示出沿著分離線在一個方向上引入分離裂縫的時間順序。

根據本發明的方法的基本原理在於，每個分離裂縫(其以後限定其中一個單板)應當從這樣的起始點出發，在該起始點中熱致應力垂直於分離裂縫傳播。這在如此情況下可靠得到，即，分離線(分離裂縫應當高精度地沿著這些分離線延伸)垂直於直線的棱邊。

此外，平板1的劃分應當有利地如此實現，即，使得在每個分離裂縫兩側至少在起始點處鄰接盡可能相同的材 料量。

在一個第一步驟中(在附圖2a中示出)，平板1通過一個分離裂縫分成兩個部分，由此形成兩個直線的棱邊。該分割有利地如此實現，即，使得平板1被二等分。

如果平板是圓的平板，那麽該二等分的分離裂縫必然與圓的平板的直徑重合，由此該分離裂縫垂直於周邊面上的切線延伸。在起始點處產生的應力因此理想地，與從一個直線的棱邊出發垂直於分離線延伸的棱邊一樣，垂直於分離線延伸。緊接著在第一步驟中形成的兩個部分例如利用在DE 10 2007 033 242中描述的拉伸方法彼此移離。這兩個部分之間優選的間隔為5至10μm。

在第二步驟中(在附圖2b中示出)，從形成的兩個棱邊出發所有的分離裂縫沿著在一個垂直於這兩個棱邊的第一方向上延伸的分離線引入。這意味著從平板1的中心出發分別沿著一個分離線產生具有相反方向的裂縫線。

有利地分別在預定的分離線的起始處提前加工出初始缺口，其能夠借助於金剛石或硬金屬劃破器以機械方式實現或借助於雷射無接觸地實現。

在接下來的分離過程中分離裂縫有利地不是依次沿著並排的分離線引入，而是分別盡可能將通過分離業已產生的部分對半平分。有利的方式係將該第一分離線(在第二步驟中有一條分離裂縫沿此第一分離線引入)沿著該二個所產生之半圓形部分的面積半圓末端預設並從此分離線開始將和它平行的分離的位置確定。

在所述沿著所述第一分離線的分離裂縫的整個長度上，在該分離裂縫的兩側的材料量是相同的。所有其他的在相同方向上的分離裂縫就分別待分割的部分而言依次分別沿著離該部分的棱邊的中心最近的分離線引入。因此至少在每個分離裂縫的起始點上在分離裂縫兩側的材料量是幾乎相同的。該過程如此進一步延續，直至所有的分離裂縫沿著分離線在第一方向上被引入。

這種做法在所引發的應力的傳播方向上減小了材料阻力差並且因此確保了分離裂縫沿著規定的分離線的走向的高精度直線走向。作為第二步驟的結果，平板1被切割成多個部分，即，多個條形式的部分。

而後在一個第三步驟中實現將條分割成單板，即，將條垂直于形成的棱邊分割。

有利的做法係在規定的分離線上在每個條的邊緣上提前加工出初始缺口。可能的實施方式是在邊緣區域內的最小的缺口，也可以是在分離線內部在其整個長度上連貫的劃口。

在加工出初始缺口之後有利地實現另外的拉伸過程，其應當在接下來的分離過程期間阻止棱邊接觸。

在第三步驟中(在附圖2c中示出)，現在類似於第二步驟所有的分離裂縫從現有的棱邊出發沿著在第二方向上延伸的分離線引入。

與第二步驟(在第二步驟中沿著一個分離線分別構成一個分離裂縫)不同，在第三步驟中沿著一個分離線依次 構成多個分離裂縫，它們通過條的在第二步驟中產生的直線的棱邊限定。這些棱邊精確地垂直於將要新產生的分離裂縫。因為形成的與平板的邊緣鄰接的單板不具有矩形的形狀，因此它們是廢料，因此將其限定的分離裂縫的質量不是重要的。不重要的是與邊緣部分鄰接的分離裂縫是否跟隨分離線的走向或是否它們也許也完全未被形成。因為接下來的分離裂縫重新從一個垂直於該分離裂縫延伸的棱邊出發，所以該接下來的分離裂縫也重新具有所要求的質量。

在第三步驟中引入的分離裂縫因此無需強制地從平板1的中心出發在相反的方向上引入，如在圖2c中所示，而是也能夠從平板1的邊緣出發在相同的方向上引入，這甚至相比較地導致縮短過程持續時間。

因此在該方法中每個分離裂縫(其以後限定一個矩形的單件)，除了在起始點處的第一分離裂縫之外，都垂直於一個直線的棱邊形成，由此熱致應力以對於分離裂縫沿著規定的分離線的規定分佈而言最佳的方式被引入。

在圖3a中示出所有產生的分離裂縫，其中它們引入的原理通過標記和連續的數位編號示出。與根據圖2a-2c闡述的原理不同，在此如上所述，在第三步驟中被引入的分離裂縫從平板1的邊緣出發被引入。

在一個方向上的起始點分別通過正方形象征表示並且引入分離裂縫的方向分別利用箭頭表示。清楚的是，在此示出的小數量的分離裂縫僅僅為了清楚地示意並且數量可 以大上多倍。分離裂縫利用增大的編號以連續的數位表示它們如何依次沿著分離線引入的。具有相同編號的分離線能夠在下一個較高編號的分離裂縫引入之前同時或依次地引入。

在此方法的三個所述的步驟之間分別需要在切割工具即對準平板1的表面的雷射光束和工件即平板1之間進行相對運動。在所描述的示例中涉及90°旋轉，優選是待加工的平板1的90°旋轉。為了同時引入分離裂縫可以將多個雷射光束同時對準平板1。

(1)‧‧‧平板

(2)‧‧‧分離線

(2.1)~(2.10)‧‧‧分離裂縫

借助於附圖接下來示例地詳細闡述本發明的方法，附圖示出：圖1a-b用於闡述根據現有技術的切割原理的草圖；圖2a-c用於闡述根據本發明的方法的切割原理的草圖；圖3a-b具有分離線的圓的平板，在其中可看出沿著分離線引入分離裂縫的原理。

(1)‧‧‧平板

(2)‧‧‧分離線

Claims (8)

1. 一種用於將由易脆裂的材料製成的平板(1)分割成多個矩形的單板的方法，其中借助於雷射基於熱致應力沿著彼此垂直延伸的、以規定的間隔佈置的分離線形成將平板(1)分割的分離線(2)，其中將對準平板(1)的雷射光束至少部分地依次沿著所述分離線引導，其特徵在於，在第一步驟中從在平板(1)的周邊面上的一個起始點出發，利用沿著一個分離線產生的一個分離裂縫(2.1)將平板(1)分成兩個部分，從而沿著該分離裂縫(2.1)形成兩個直線的棱邊，在第二步驟中分別從在所形成的棱邊上的各起始點出發沿著所有垂直於所述棱邊延伸的分離線引入分離裂縫(2.2-2.5)，由此形成多個具有其他的直線的棱邊的部分，並且在第三步驟中所有的分離裂縫沿著垂直於所述其他的直線的棱邊延伸的分離線(2.6.1-10至2.8.1-10)引入，因此最後將平板(1)分成多個單板。
2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其特徵在於，在各單個步驟中，分離裂縫(2)的引入時間順序使得分離裂縫分別依次沿著一分離線引入，該分離線與要利用該分離裂縫分成兩個部分的那個部分的邊緣的等分線最近。
3. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其特徵在於，同時在一個方向上產生多個分離裂縫。
4. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其特徵在於， 在第三步驟中沿著從平板(1)的一個邊緣至平板(1)的另外一個邊緣的分離線引入分離裂縫(2.6.1-10至2.8.1-10)。
5. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其特徵在於，在各單個步驟之間將已經形成的各部分通過拉伸過程彼此分開。
6. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其特徵在於，在分離線(2)的起始點上在引入分離裂縫之前引入初始缺口。
7. 一種如申請專利範圍第1至6項中任一項所述的方法的應用，其係用於分割圓的平板(1)，其特徵在於，第一分離線的位置與平板(1)的直徑重合。
8. 如申請專利範圍第7項所述的應用，其特徵在於，分離線預設成使得彼此垂直的該些分離線中的兩條分離線與平板(1)的直徑重合並且所有其他的分離線互相的間隔參考這兩條分離線(2)進行確定。