TWI603829B - Sheet metal components seamless cutting, splitting method - Google Patents

Description

板材單元件無縫切割、裂片之方法

本發明係有關一種板材單元件無縫切割、裂片之方法，特別是以穿透式雷射切割，及預先切割與預設一板材上之各板材單元件間之裂片軌道與無切割道寬度裂片之方法。

雷射切割設備廣泛使用於晶圓、玻璃、藍寶石鏡面…等等板材之板材單元件之切割操作，諸如第一圖所示目前廣泛使用於Li-Fi(可見光無線通訊技術)無線光能傳輸用的LED照明燈泡1內之藍寶石鏡面所構成之LED燈條2，其寛度僅只有1~2毫米(mm)，如直接以雷射切割設備來加以切割裂片，必需先預留50~80微米(μm)的切割道2A寬度，以修整雷射切割裂片後的切割面，使該板材之總材積必需較原先材積多出30%，不符合產品生產之經濟成本，並且，如此狹小寬度與小體積的LED燈條2，並不適合預先切割完成，再安裝更小體積之LED燈晶片2B，如此一來會耗費更多的人力及生產組裝成本。

因此，如第二圖、第三圖及第四圖所示，考慮在板材3的表面先行以雷射切割設備，先行預劃出複數條深度較淺之預裂線3A，以區隔出每個所要加工的板材工件3B，再讓每一個板材工件3B表面先行組裝LED燈晶片2B元件、打線或進行表面處理，再以裂片設備，如壓裂設備，予以沿該預裂線3A予以裂片時，由於該預裂線3A過淺，且板材工件3B間的切割面間連結具有較大連結應力的問題，會使該預裂線3A下方的切割面形成彎曲歪斜或破損的狀態(如第四圖所示)，換言之，該切割面並無法保持平整，致使該板材工件3B之裂片良率大幅下降，良率在70%或者更低，讓生產業者需再額外增加至少30%產能，以彌補該裂片不良率之問題，而致使生產業者需再增加至少30%的製造人力與成本。

另外，如考慮加深該預裂線3A之切割深度，則該板材3之各板材工件3B間的連結應力變差，致使該板材工件3B在進行如整體系列的組裝元件、打線或進行表面處理加工過程中，直接裂解分離，造成後續必需對每個裂片的各板材工件3B逐一再進行如組裝LED燈晶片2B元件、打線或進行表面處理，除了必需再增加工時、人力與成本，而不符產業利用之經濟效益外，如該板材工件3B為上述寬度狹小很難進行各別組裝LED燈晶片2B元件、打線或進行表面處理的藍寶石鏡片之LED燈條2時，則使該各別板材工件3B的組裝LED燈晶片2B元件、打線或進行表面處理等加工製程更加困難不易，也直接影響其產品產能與良率，實乃目前板材工件3B裂片處理所極待解決之課題。

在相關的先前專利技術文獻方面，如中華民國專利公報第I455199號「晶圓切割製程」發明專利案，揭示在一具有一正面(100a)與一背面(100b)之晶圓(100)，於該晶圓(100)的該正面(100a)貼附一研磨貼片(104)，並預切割該晶圓(100)的該背面(100b)，以於該晶圓(100)的該背面(100b)上形成多個切割道(108)；研磨該晶圓(100)的該背面(100b)，以減少該晶圓(100)的厚度與該些切割道(108)的深度；移除該研磨貼片(104)；以及於該晶圓(100)的該背面(100b)貼附一第一切割貼片(112)，並切割該晶圓(100)的該正面(100a)，以形成多個彼此分離的晶片(100)的技術，但此切割技術不但還需要預留該切割道(108)，且亦必需在晶圓(100)的正面(100a)及背面(100b)分別貼附研磨貼片(104)、第一切割貼片(112)，並且，其晶圓(100)切割程序相當複雜，且耗費人力及工時，例如：需貼合與移除該研磨貼片(104)，並不符合晶圓切割操作之產業利用經濟效益。

此外，再如中華民國專利公報第I362370號「脆性材料基板切割方法」發明專利案，係揭示分別使用二種不同的固態雷射器(210)、氣體雷射器(250)的第一雷射光束(240)、第二雷射光束(280)來切割該脆性材料基板(20)，使該第二雷射光束(280)於該脆性材料基板(20)表面預切割線(23)位置形成之光斑(22)為橢圓形，該光斑(22)之長軸(b)與短軸(a)分別平行及垂直於預切割線(23)之延伸方向；沿著預切割線(23)噴射冷卻流體於脆性材料基板(20)表面以使該脆性材料基板(20)沿預切割線(23)開裂，該冷卻流體到達 該脆性材料基板(20)表面之位置與橢圓形光斑(22)中心的距離小於50毫米，雖該前案中不需切割道，但必需使用至少二種不同的雷射切割設備，且必需安裝額外的冷卻系統(290)以提供噴射冷卻流體於該脆性材料基板(20)表面，除了設備本較高，操作程序複雜困難外，該二種不同的固態雷射器(210)、氣體雷射器(250)的第一雷射光束(240)、第二雷射光束(280)與冷卻系統(290)所噴射冷卻流體，也會相對限制該脆性材料基板(20)的適用範圍，例如：某些對固態雷射器(210)、氣體雷射器(250)加上冷卻流體無法適應的脆性材料基板(20)材料，則不能被利用在此種切割裝置與技術中，因而大幅限制該前案的產業利用範疇。

上述習知或前案中之板材單元件的切割與裂片方式，存在有需預留切割道、裂片不平整良率與產能下降、切割及裂片過程複雜、成本、人力及設備成本高、必需限制板材切割與裂片之適用材料應用範疇等問題與缺點。

緣此，本發明之一種板材單元件無縫切割、裂片之方法，其步驟係包含：(a)雷射切割設備設定，由至少一可受雷射穿透切割之板材材料，予以設定一雷射切割設備之雷射切割光束的穿透能量與不穿透能量；(b)無切割道寛度預切處理，在步驟a之板材上的各板材單元件之預訂切割與裂片軌跡上，以該步驟a之雷射切割設備之雷射切割光束予以作穿透板材與不穿透板材的交錯操作，以在各板材單元件間分別形成無預留切割道寬度之預切裂片軌道預切處理；(c)完成預切裂片軌道，在完成該步驟b之各板材單元件之無切割道寬度預切處理，使該板材之各板材單元件間分別預先形成至少一無預留切割道寛度之預切裂片軌道，並且，各板材單元件間形成連結不斷裂之狀態；(d)各板材單元件表面組配加工處理，於步驟c完成預切裂片軌道之板材上的各板材單元件表面進行如：LED燈晶片、打線或蝕刻等表面一同組配或加工處理；(e)平整裂片，將完成步驟d之表面組配或加工處理的板材上的各板材單元 件，以一裂片設備沿該步驟c所形成之預切裂片軌道，逐一平整裂片，以無切割道寛度方式分別形成各板材單元件。

進一步，上述本發明之板材單元件無縫切割、裂片之方法，其中，該步驟a之雷射切割設備為固態雷射切割設備所構成。

上述本發明之板材單元件無縫切割、裂片之方法，其中，該步驟a之雷射切割設備為氣體雷射切割設備所構成。

上述本發明之板材單元件無縫切割、裂片之方法，其中，該步驟a之板材為藍寶石鏡面LED燈條板材構成。

上述本發明之板材單元件無縫切割、裂片之方法，其中，該步驟a之板材為晶圓構成。

上述本發明之板材單元件無縫切割、裂片之方法，其中，該步驟c之各相鄰的板材單元件間之預切裂片軌道內形成複數穿孔與至少一連結面，以使該相鄰的板材單元件間形成連結不斷裂之狀態。

上述本發明之板材單元件無縫切割、裂片之方法，該步驟d之各板材單元件表面組配加工處理，係為LED燈晶片組配於各板材單元件表面。

上述本發明之板材單元件無縫切割、裂片之方法，該步驟d之各板材單元件表面組配加工處理，係為在各板材單元件表面進行打線加工。

上述本發明之板材單元件無縫切割、裂片之方法，其中，該步驟d之各板材單元件表面組配加工處理，係為在各板材單元件表面進行蝕刻加工。

本發明之板材單元件無縫切割、裂片之方法功效，係在於藉由該可經由雷射切割設備穿透的板材材料，於該板材之各板材單元件的預訂切割與裂片軌跡上，以該雷射切割設備之雷射切割光束予以作打穿與不打穿交錯方式，予以形成複數穿孔與至少一連結面，以使各板材單元件間形成無預留切割道之預切裂片軌道，並使各板材單元間仍保持連結應力而不會斷裂，可大幅節省該板材之材積與成本，並可讓各板材單元件表面可先行進行如LED晶片、打線或蝕刻的一同組配或加工處理，可使該板材單 元件之組配與加工成本大幅降低，並且，各板材單元件於完成組配與加工後，可經由裂片設備沿該預切裂片軌道予以裂片，而由於該預切裂片軌道中具有複數穿孔及至少一連結面，使裂片操作更加容易與確保裂片品質，可讓該裂片後之各板材單元件之裂片面保持平整，可進一步提昇該板材單元件之切割與裂片之品質、良率及產能。

〔習知部份〕

1‧‧‧LED照明燈泡

2‧‧‧LED燈條

2A‧‧‧切割道

2B‧‧‧LED燈晶片

3‧‧‧板材

3A‧‧‧預裂線

3B‧‧‧板材工件

〔本發明部份〕

300‧‧‧雷射切割設備設定

310‧‧‧無切割道寛度預切處理

320‧‧‧完成預切裂片軌道

330‧‧‧各板材單元件表面組配加工處理

340‧‧‧平整裂片

400‧‧‧板材

410‧‧‧板材單元件

410a‧‧‧預切裂片軌道

410b‧‧‧穿孔

410c‧‧‧連結面

420‧‧‧LED燈晶片

500‧‧‧雷射切割設備

600‧‧‧板材

610‧‧‧板材單元件

610a‧‧‧預切裂片軌道

610b‧‧‧預切裂片軌道

620‧‧‧穿孔

621‧‧‧連結面

630‧‧‧穿孔

631‧‧‧連結面

510‧‧‧雷射光束

第一圖為習知之無線光能傳輸用的LED照明燈泡的結構示意圖；第二圖為習知之LED燈條板材的預裂線與切割道結構之俯視圖；第三圖為第二圖標示F部份之局部剖視放大圖；第四圖為類同於第三圖之局部剖視放大圖，顯示習知LED燈條於裂片後之裂片面不平整之狀態；第五圖為本發明之板材單元件無縫切割、裂片之方法的流程圖；第六圖為本發明之板材單元件無縫切割、裂片之方法第一應用例之板材俯視圖；第七圖為本發明之板材單元件藉雷射切割設備之雷射光束以無預留切割道寛度預切處理形成預切裂片軌道之示意圖；第八圖為第七圖之X-X’的局部剖視放大圖，顯示本發明之板材單元件間之預切裂片軌道之結構；第九圖為顯示本發明之板材單元件無縫切割、裂片之方法中之各板材單元件於表面一同組裝LED燈晶片之示意圖；第十圖為本發明之板材單元件無縫切割、裂片之方法之最終裂片形成之板材單元件俯視圖；第十一圖為本發明之板材單元件無縫切割、裂片之方法之另一應用例圖； 第十二圖為第十圖之Y1-Y1’的剖視放大圖；第十三圖為第十圖之Y2-Y2’的剖視放大圖；第十四圖為第十圖之最終裂片形成之板材單元件立體外觀結構圖；

請參閱第五圖、第六圖、第七圖、第八圖、第九圖及第十圖所示，第五圖為本發明之板材單元件無縫切割、裂片之方法的流程圖，其步驟係包括步驟300~340，其中：(300)雷射切割設備設定，由至少一可受雷射穿透切割之板材400(如第六圖所示)材料，予以設定一雷射切割設備500(如第七圖)之雷射切割光束510的穿透能量與不穿透能量，該板材400係以藍寶石鏡片之LED燈條板材構成為例，該雷射切割設備500之型式不限，在本發明中係列舉以固態雷射切割設備或氣體雷射切割設備構成為例；(310)無切割道寛度預切處理，在步驟300之板材400上的各板材單元件410之預訂切割與裂片軌跡上，以該步驟300之雷射切割設備500之雷射切割光束510予以作穿透板材400與不穿透板材400的交錯操作，以在各板材單元件410間分別形成無預留切割道寬度之預切裂片軌道預切處理；(320)完成預切裂片軌道，在完成該步驟310之各板材單元件410之無切割道寬度預切處理，使該板材400之各板材單元件410間分別預先形成至少一無預留切割道寛度之預切裂片軌道410a，並於該各相鄰的板材單元件410間之預切裂片軌道內形成複數穿孔410b與至少一連結面410c(如第八圖所示)，使各板材單元件410間形成連結不斷裂之狀態；(330)各板材單元件表面組配加工處理，於步驟320完成預切裂片軌道410a之板材400上的各板材單元件410表面進行如：LEID燈晶片420(如第九圖所示)、打線或蝕刻等表面一同組配或加工處理；(340)平整裂片，將完成步驟330之表面組配或加工處理的板材上的各板材單元件410，以一裂片設備(圖未顯示)沿該步驟320所形成之預切裂片軌道410a，逐一平整裂片，以無切割道寛度方式分別形成如第十圖所示之各板材單元件410。

請再配合第十一圖、第十二圖、第十三圖及第十四圖所示，為為本發明之板材單元件無縫切割、裂片之方法的另一應用例，其中，顯示該板材600為晶圓(如第十一圖所示)，同樣可以依據上述第五圖所示之本發明之流程圖中之步驟300~340予以作該板材600正、反兩面的無切割道寬度之縱向與橫向之預切裂片軌道610a及610b形成，並且，該預切裂片軌道610a及610b分別形成有複數穿孔620、630及至少一連結面621及631(如第十二圖及第十三圖所示)，並可在每一板材600之板材單元件610表面同時進行如打線或蝕刻之加工處理，並得以再以該裂片設備分別沿上述之縱向與橫向之預切裂片軌道610a及610b予以裂片，讓該裂片後之晶片型態之板材單元件610(如第十四圖所示)裂片面保持平整。

在以上第五圖~第十四圖所示本發明之板材單元件無縫切割、裂片之方法，其中所揭示的相關說明及圖式，係僅為便於闡明本發明的技術內容及技術手段，所揭示較佳實施例之一隅，並不而限制其範疇，並且，舉凡針對本發明之細部結構修飾或元件之等效替代修飾，皆不脫本發明之創作精神及範疇，其範圍將由以下的申請專利範圍來界定之。

300‧‧‧雷射切割設備設定

310‧‧‧無切割道寛度預切處理

320‧‧‧完成預切裂片軌道

330‧‧‧各板材單元件表面組配加工處理

340‧‧‧平整裂片

Claims (9)

1. 一種板材單元件無縫切割、裂片之方法，其步驟係包含：(A)雷射切割設備設定，由至少一可受雷射穿透切割之板材材料，予以設定一雷射切割設備之雷射切割光束的穿透能量與不穿透能量；(B)無切割道寛度預切處理，在步驟A之板材上的各板材單元件之預訂切割與裂片軌跡上，以該步驟A之雷射切割設備之雷射切割光束予以作穿透板材與不穿透板材的交錯操作，以在各板材單元件間分別形成無預留切割道寬度之預切裂片軌道預切處理；(C)完成預切裂片軌道，在完成該步驟B之各板材單元件之無切割道寬度預切處理，使該板材之各板材單元件間分別預先形成至少一無預留切割道寛度之預切裂片軌道，並且，各板材單元件間形成連結不斷裂之狀態；(D)各板材單元件表面組配加工處理，於步驟C完成預切裂片軌道之板材上的各板材單元件表面一同組配或加工處理；(E)平整裂片，將完成步驟D之表面組配或加工處理的板材上的各板材單元件，以一裂片設備沿該步驟C所形成之預切裂片軌道，逐一平整裂片，以無切割道寛度方式分別形成各板材單元件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之板材單元件無縫切割、裂片之方法，其中，該步驟A之雷射切割設備為固態雷射切割設備所構成。
3. 如申請專利範圍第1項所述之板材單元件無縫切割、裂片之方法，其中，該步驟A之雷射切割設備為氣體雷射切割設備所構成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之板材單元件無縫切割、裂片之方法，其中，該步驟A之板材為藍寶石鏡面LED燈條板材構成。
5. 如申請專利範圍第1項所述之板材單元件無縫切割、裂片之方法，其中，該步驟A之板材為晶圓構成。
6. 如申請專利範圍第1項所述之板材單元件無縫切割、裂片之方法，其中，該步驟C之各相鄰的板材單元件間之預切裂片軌道內形成複數穿孔與至少一連結面，以使該相鄰的板材單元件間形成連結不斷裂之狀態。
7. 如申請專利範圍第1項所述之板材單元件無縫切割、裂片之方法，該步 驟D之各板材單元件表面組配加工處理，係為LED燈晶片組配於各板材單元件表面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之板材單元件無縫切割、裂片之方法，該步驟D之各板材單元件表面組配加工處理，係為在各板材單元件表面進行打線加工。
9. 如申請專利範圍第1項所述之板材單元件無縫切割、裂片之方法，其中，該步驟D之各板材單元件表面組配加工處理，係為在各板材單元件表面進行蝕刻加工。