CN102372426A - 借助于激光将由易脆裂的材料制成的圆的平板分割成多个矩形单板的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将由易脆裂的材料制成的圆的平板(1)分割成多个矩形的单板的方法，其中借助于激光沿着规定的分离线引入分离裂缝(2)。为了这样的目标，即分离裂缝(2)可靠地产生并且精确跟随规定的分离线的走向，建议一种特殊的原理，据此将激光束在时间上和空间上依次地在分离线上引导，以便形成分离裂纹(2)。

Description

借助于激光将由易脆裂的材料制成的圆的平板分割成多个矩形单板的方法

技术领域

本发明涉及一种方法，利用该方法能够通过借助于激光引入热致应力将由易脆裂的材料例如玻璃、陶瓷或半导体材料制成的平板分割成多个矩形的单板。在DE10 2007 033 242 A1中描述了一种同类型的方法。

背景技术

已知能够通过借助于激光引入热致应力来分割易脆裂的材料。为此为了沿着规定的分离线产生压应力，将激光束对准材料表面并且沿着所述规定的分离线的走向被引导。紧接着给被加热的区域施加冷却剂束，由此产生拉应力。

如果产生的应力差高于材料的断裂应力并且在分离线的起始点上存在一个缺口，那么从该缺口处出发启动材料的撕裂。

如果这样的缺口不是由于存在的微裂缝，例如从机械的切割边缘出发，而存在，那么必须有意地产生一个初始缺口，这例如通过金刚石切割轮或可良好聚焦的具有高能量密度的激光器实现。对于后者而言，可以使用加工激光器或也可以使用一个第二激光器。根据材料的内部结构，能够达到要求的深裂纹或完全穿透材料的分离裂缝。

为了例如在制造用于移动电话或类似件的显示盘时或在制造晶片时将平板分割成多个相同的矩形的单板，根据现有技术将平板首先沿着多个彼此平行延伸的第一分离线切割并且而后转动一个90°的切割角度，随后沿着多个平行延伸的第二分离线被切割。由此通过以90°角度相交的分离线的交叉点的设定，产生了矩形的单板，其侧面长度通过分离线的间隔决定。

对于如此制造的单板的质量决定性的是：分离裂缝精确沿着规定的分离线构成。

在DE 10 2007 033 242 A1中确定了在交叉点上出现这种类型的质量缺陷。所形成的分离裂缝在交叉点处不是彼此垂直的，这意味着分离裂缝的走向在交叉点的区域内偏离于规定的分离线的走向。这种缺陷归咎于热致应力沿着通过分离裂缝构成的彼此贴靠的棱边的相互影响。这个问题如此解决，即，使得通过分离在第一方向上形成的各个条隔开距离。

然而在实践中证明，当平板的周边线偏离于矩形形状时且当分离裂缝不是垂直于周边面时，所形成的分离裂缝也在其与待分割的板的周边相邻的起始处偏离于规定的分离线。

这特别是在此情况下出现，即，周边线是弯曲的。主要是具有圆形的周边线的平板是具有实际意义的，如要被分割成各单个芯片的晶片盘。理论上这种平板例如也可以具有三角形、多边形、椭圆形的形状或具有自由成型的周边面。在所有这些情况下至少一些分离线不是垂直于周边面的。

由此产生的问题应当借助于附图1a和1b借助于一个圆的平板阐述，其要沿着10个分离线被分割。根据现有技术，平板1的分割如上所述沿着分离线2实现，它们在平行于平板1直径的彼此垂直的方向上设置。所述分离线从周边面出发成列布置，平板首先是沿着在第一方向上的所有分离线2.1至2.5并且紧接着沿着在另外的方向上的所有分离线2.6至2.10被分割。

所有的分离线2，除了一个其走向与平板1的直径重合的分离线之外，与一个在与周边面的交点处相切的切线围成一个不同于90°的进入角度α，该角度随着与直径的距离的增大而变小。

因为由于分离过程形成的热致应力在分离线的起始点处(即在平板的边缘区域内)在一个在起始点处与周边面相切的切线的方向(接下来称为切向方向)上传播并且仅仅该应力的垂直投影在分离线上的分量对于分量裂纹的沿着规定的分离线的撕开力是决定性的，所以随着与直径的距离的增大，分离裂缝的形成偏离了预定的分离线。

此外自一个临界的、与材料的厚度、划口和切割参数相关的距离开始，用于启动分离过程的撕开力变得过小。

一个另外的问题可能特别是在分割成具有极小的棱边长度(＜1mm)的芯片时产生。在实施的试验中观察到，在分割时所引发的分离裂纹在边缘区域内的走向偏离于规定的分离线并且始终朝向边缘弯曲。可能的解释是热致应力的垂直于分离线的对称的传播，所述热致应力根据在分离线两侧邻接的材料量而受到不同大小的阻力。裂纹朝向较小阻力的方向延伸和弯曲。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种用于将具有不同于矩形的周边线的平板分割成多个矩形的单件的方法，利用该方法借助于激光引发热应力，这种应力导致形成分离裂缝，所述分离裂缝高精度地沿着规定的分离线的分布延伸。

对于用于将由易脆裂的材料制成的平板分割成多个矩形的单板的方法，其中借助于激光基于热致应力沿着彼此垂直延伸的、以规定的间隔布置的分离线形成将平板分割的分离裂缝，其中将对准平板的激光束至少部分地依次沿着所述分离线引导，上述任务如此实现：在第一步骤中从在平板的周边面上的一个起始点出发，利用沿着一个分离线的一个分离裂缝将平板分成两个部分，从而沿着该分离裂缝形成两个直线的棱边，在第二步骤中分别从在所形成的棱边上的各起始点出发沿着所有垂直于所述棱边延伸的分离线引入分离裂缝，由此形成多个具有其它的直线的棱边的部分，并且在第三步骤中所有的分离裂缝沿着垂直于所述其它的直线的棱边延伸的分离线引入，因此最后将平板分成多个单板。

有利地，分离裂缝的引入时间顺序是，分离裂缝分别依次沿着这样的分离线引入，该分离线与应当利用该分离裂缝分成两个部分的那个部分的棱边的等分线最近。

为了缩短过程持续时间，有利的是，同时在一个方向上产生多个分离裂缝，其分割多个不同的部分。

为了进一步缩短过程持续时间，有利地在第三步骤中沿着从平板的一个边缘至平板的另外一个边缘的分离线引入分离裂缝。

也有利的是，在各单个步骤之间将已经形成的各部分通过拉伸过程彼此分开。

也应当在分离线的起始点上在引入分离裂缝之前引入初始缺口。

特别有利地上述方法能够用于分割圆的平板。而后第一分离线沿着直径确定，从而第一分离裂缝将圆的平板二等分。

有利地，第一分离裂缝也在与之垂直的方向上确定并且所有其它的分离线的间隔参考它们进行确定。

附图说明

借助于附图接下来示例地详细阐述本发明的方法，附图示出：

图1a-b用于阐述根据现有技术的切割原理的草图；

图2a-c用于阐述根据本发明的方法的切割原理的草图；

图3a-b具有分离线的圆的平板，在其中可看出沿着分离线引入分离裂缝的原理。

具体实施方式

该方法接下来借助于圆的平板1阐述。然而该方法也可以用于与平板的周边形状无关地分离平板，并且有利地适合用于分离这样的平板，其周边线不同于矩形。

该方法特别适合于将圆的晶片盘分离成各单个的矩形的芯片。

引入分离裂缝与在现有技术中描述的方法以同样方式实现，其中将激光束对准平板的表面并且从起始点出发沿着预定的分离线相对于平板引导。

本发明的方法的决定性的区别之处引入分离裂缝的原理或机制，其取决于从何处出发开始引入分离裂缝和以何种顺序。

图1a示出一种圆的平板1，在此示例地具有10个分离线2.1-2.10。这些分离线的引入顺序以连续的数字标号表示，按照现有技术的原理如上所述地分离裂缝也是以该引入顺序沿着这些分离线被引入的。

为了阐述待解决的问题，图1b示意地示出分别在分离线的起始点处根据现有技术的原理形成的应力。

利用根据本发明的方法，平板应当(如图1所示)利用分离线的相同的布置或相同的样式划分成多个单板。

在图2a-c中示出一个平板1，在该平板中逐步地引入分离裂缝。为了保持视图清楚，在每个方向上仅仅应当引入三个分离线。

在附图3a和3b中示出具有18个分离线的平板，以便特别是示出沿着分离线在一个方向上引入分离裂缝的时间顺序。

根据本发明的方法的基本原理在于，每个分离裂缝(其以后限定其中一个单板)应当从这样的起始点出发，在该起始点中热致应力垂直于分离裂缝传播。这在如此情况下可靠得到，即，分离线(分离裂缝应当高精度地沿着这些分离线延伸)垂直于直线的棱边。

此外，平板1的划分应当有利地如此实现，即，使得在每个分离裂缝两侧至少在起始点处邻接尽可能相同的材料量。

在一个第一步骤中(在附图2a中示出)，平板1通过一个分离裂缝分成两个部分，由此形成两个直线的棱边。该分割有利地如此实现，即，使得平板1被二等分。

如果平板是圆的平板，那么该二等分的分离裂缝必然与圆的平板的直径重合，由此该分离裂缝垂直于周边面上的切线延伸。在起始点处产生的应力因此理想地，与从一个直线的棱边出发垂直于分离线延伸的棱边一样，垂直于分离线延伸。紧接着在第一步骤中形成的两个部分例如利用在DE 10 2007 033 242中描述的拉伸方法彼此移离。这两个部分之间优选的间隔为5至10μm。

在第二步骤中(在附图2b中示出)，从形成的两个棱边出发所有的分离裂缝沿着在一个垂直于这两个棱边的第一方向上延伸的分离线引入。这意味着从平板1的中心出发分别沿着一个分离线产生具有相反方向的裂缝线。

有利地分别在预定的分离线的起始处提前加工出初始缺口，其能够借助于金刚石或硬金属划破器以机械方式实现或借助于激光无接触地实现。

在接下来的分离过程中分离裂缝有利地不是依次沿着并排的分离线引入，而是分别尽可能将通过分离业已产生的部分对半平分。有利地，在第二步骤中沿其引入分离裂缝的第一分离线沿着两个已经产生的半圆形的部分的面积等分线确定并且从该第一分离线出发确定与之平行的各分离线。

在所述沿着所述第一分离线的分离裂缝的整个长度上，在该分离裂缝的两侧的材料量是相同的。所有其它的在相同方向上的分离裂缝就分别待分割的部分而言依次分别沿着离该部分的棱边的中心最近的分离线引入。因此至少在每个分离裂缝的起始点上在分离裂缝两侧的材料量是几乎相同的。该过程如此进一步延续，直至所有的分离裂缝沿着分离线在第一方向上被引入。

这种做法在所引发的应力的传播方向上减小了材料阻力差并且因此确保了分离裂缝沿着规定的分离线的走向的高精度直线走向。作为第二步骤的结果，平板1被切割成多个部分，即，多个条形式的部分。

而后在一个第三步骤中实现将条分割成单板，即，将条垂直于形成的棱边分割。

有利地在规定的分离线上在每个条的边缘上提前加工出初始缺口。可能的实施方式是在边缘区域内的最小的缺口，也可以是在分离线内部在其整个长度上连贯的划口。

在加工出初始缺口之后有利地实现另外的拉伸过程，其应当在接下来的分离过程期间阻止棱边接触。

在第三步骤中(在附图2c中示出)，现在类似于第二步骤所有的分离裂缝从现有的棱边出发沿着在第二方向上延伸的分离线引入。

与第二步骤(在第二步骤中沿着一个分离线分别构成一个分离裂缝)不同，在第三步骤中沿着一个分离线依次构成多个分离裂缝，它们通过条的在第二步骤中产生的直线的棱边限定。这些棱边精确地垂直于将要新产生的分离裂缝。因为形成的与平板的边缘邻接的单板不具有矩形的形状，因此它们是废料，因此将其限定的分离裂缝的质量不是重要的。不重要的是与边缘部分邻接的分离裂缝是否跟随分离线的走向或是否它们也许也完全未被形成。因为接下来的分离裂缝重新从一个垂直于该分离裂缝延伸的棱边出发，所以该接下来的分离裂缝也重新具有所要求的质量。

在第三步骤中引入的分离裂缝因此无需强制地从平板1的中心出发在相反的方向上引入，如在图2c中所示，而是也能够从平板1的边缘出发在相同的方向上引入，这甚至相比较地导致缩短过程持续时间。

因此在该方法中每个分离裂缝(其以后限定一个矩形的单件)，除了在起始点处的第一分离裂缝之外，都垂直于一个直线的棱边形成，由此热致应力以对于分离裂缝沿着规定的分离线的规定分布而言最佳的方式被引入。

在图3a中示出所有产生的分离裂缝，其中它们引入的原理通过标记和连续的数字编号示出。与根据图2a-2c阐述的原理不同，在此如上所述，在第三步骤中被引入的分离裂缝从平板1的边缘出发被引入。

在一个方向上的起始点分别通过正方形象征表示并且引入分离裂缝的方向分别利用箭头表示。清楚的是，在此示出的小数量的分离裂缝仅仅为了清楚地示意并且数量可以大上多倍。分离裂缝利用增大的编号以连续的数字表示它们如何依次沿着分离线引入的。具有相同编号的分离线能够在下一个较高编号的分离裂缝引入之前同时或依次地引入。

在方法的三个所述的步骤之间分别需要在切割工具即对准平板1的表面的激光束和工件即平板1之间进行相对运动。在所描述的示例中涉及90°旋转，优选是待加工的平板1的90°旋转。为了同时引入分离裂缝可以将多个激光束同时对准平板1。

Claims (8)

1.用于将由易脆裂的材料制成的平板(1)分割成多个矩形的单板的方法，其中借助于激光基于热致应力沿着彼此垂直延伸的、以规定的间隔布置的分离线形成将平板(1)分割的分离裂缝(2)，其中将对准平板(1)的激光束至少部分地依次沿着所述分离线引导，其特征在于，在第一步骤中从在平板(1)的周边面上的一个起始点出发，利用沿着一个分离线的一个分离裂缝(2.1)将平板(1)分成两个部分，从而沿着该分离裂缝(2.1)形成两个直线的棱边，

在第二步骤中分别从在所形成的棱边上的各起始点出发沿着所有垂直于所述棱边延伸的分离线引入分离裂缝(2.2-2.5)，由此形成多个具有其它的直线的棱边的部分，并且

在第三步骤中所有的分离裂缝沿着垂直于所述其它的直线的棱边延伸的分离线(2.6.1-10至2.8.1-10)引入，因此最后将平板(1)分成多个单板。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在各单个步骤中分离裂缝(2)的引入时间顺序是，分离裂缝分别依次沿着这样的分离线引入，该分离线与应当利用该分离裂缝分成两个部分的那个部分的棱边的等分线最近。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，同时在一个方向上产生多个分离裂缝(2)。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第三步骤中沿着从平板(1)的一个边缘至平板(1)的另外一个边缘的分离线引入分离裂缝(2.6.1-10至2.8.1-10)。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在各单个步骤之间将已经形成的各部分通过拉伸过程彼此分开。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在分离线的起始点上在引入分离裂缝(2)之前引入初始缺口。

7.如上述权利要求1至6之一项所述的方法的应用，用于分割圆的平板(1)，其特征在于，第一分离线的位置与平板(1)的直径重合。

8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，如此规定分离线，使得彼此垂直的分离线中的两个与平板(1)的直径重合并且所有其它的分离线的间隔参考这两个分离线进行确定。

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