CN102458754A - 分离脆性材料板的方法 - Google Patents

Abstract

本说明书披露了一种分离厚度约小于或等于1mm的脆性材料板的方法。一旦产生了初始裂纹或裂隙，使用激光束照射，可以使整体裂隙延伸跨越脆性材料的某一维度，该激光束在板的表面附近被强烈的吸收，以生成子板。在一些实施方式中，激光束只需要在板的表面进行单次行程即可以分离板。而在另一些实施方式中，则需要多次通过。可通过将薄膜材料沉积到子板上的方式，将子板进一步加工成为电子装置。

Description

分离脆性材料板的方法

对已递交的美国专利申请的权利要求

本申请要求于2009年5月21日提交的美国申请系列号第12/469,794号的优先权。在此处提及的该文件及其整个发明说明书提到的出版物、专利和专利文件均通过参考纳入本文中。

技术领域

本发明是针对分离脆性材料板的方法，特别是整体切割脆性薄板的方法。

背景技术

传统的激光切割玻璃可以具有很高的中位强度(median strength)，一般优于400兆帕(MPa)。作为对比，机械切割的边缘的中位强度大约在100兆帕或更小。然而，对于激光切割的样本，其韦伯模量(Weibull modulus)或“形状因子”(shape factor)m值较低。对于由传统的激光刻痕，并用刻痕和弯曲方法来分离板材的方法制备的样品，其典型的形状因子大约为3，最低的边缘强度约为100兆帕。较低的形状因子意味着相当宽的边缘强度的分布。这种性能表现会对出于可靠性的原因而强调最低边缘强度的应用带来问题。

发明内容

在一个实施方式中，披露了一种分离脆性材料薄板的方法，该方法包括在一片具有第一表面、与其相反的第二表面、且第一表面和第二表面之间的厚度约小于或等于1mm之脆性材料板内形成一个整体裂隙(full bodycrack)，整体裂隙与第一表面和第二表面相交，用激光束照射该整体裂隙，将激光束在第一表面上沿预先确定的路径移动，使得整体裂隙沿预设的路径延伸，并将该脆性材料板分离成至少两片脆性材料的子板，而且整体裂隙的延伸过程中并未对该脆性材料板使用强制流体冷却。较佳的激光束包含波长为9-11微米，例如，一个标称波长为10.6微米的CO₂激光器。在一些实施方式中，与脆性材料板接触的环境大气的热导率要约大于0.024W/m/K。例如，环境大气中可能包含高浓度的高热导性气体。

激光束与第一表面相交并与预设的路径平行的光束足迹的优选长度要大于激光束在脆性材料第一表面移动的速度与(ρc_pd²)/4κ的乘积，其中ρ是玻璃板的密度，c_p为玻璃板的比热，κ是玻璃板的热导率，d为玻璃板的厚度。

在一些实施方式中，当激光束移动时，可以在垂直于预定的路径的方向上施加一外部张力。例如，脆性材料，如薄玻璃板，可以被卷在几个卷筒上，通过增加卷筒间的距离而不增加在卷筒间的脆性材料的长度(或脆性材料在卷筒间长度的增加小于卷筒间距离的增加)来施加张力。不过，这只是一个说明性的例子，并不是必须要使用两个卷筒。

在一些实施方式中，激光束的移动方式包含光束足迹只沿预设的路径通过一次。而在另一些实施方式中，激光束的在脆性材料的表面上移动方式包含多次重复地通过预设的路径。在这种情况下，只有在激光束多次重复通过后，将脆性材料板材分离成子板材的整体裂隙沿预定路径上的延伸才会发生。使用多次重复通过的方式在分离封闭的图形，如通常为长方形(例如，带有圆角的长方形)时很有效。

一旦脆性材料板被分离成子板，其中至少一片子板可以通过在前述之至少两片子板中的至少一片上沉积电介质或半导体材料的方式的得到进一步加工。例如，可以用已知的沉积技术(蒸发，溅射等)将一个或多个薄膜晶体管沉积在子板中一片之上。

在另一个实施方式中，披露了一种分离玻璃板的方法。该方法包括，在厚度约小于或等于1mm的玻璃板的表面上形成一个初始裂纹(initialflaw)，用一个包含波长在9至11微米之间的激光束照射该初始裂缝，在玻璃板的表面沿着预定的路径在起点和终点间用多次循环的方式移动激光束，在无强制流体冷却(forced fluid cooling)下加热预定的路径，只有经过多次循环后，整体裂隙才会沿预定路径延伸，从而将玻璃板分成至少两片子板。在某些情况下，激光束在循环的间歇中会关闭。优选激光束在玻璃板的表面散焦。预定的路径可以包括曲线，在一些实施方式中，可以是闭合的路径。一旦玻璃板被分离成子板，电介质或半导体材料就可以沉积在所述至少两片子板的至少一片上。

通过下面的解释性说明，本发明将会变得容易理解，其他的目的，特征，细节和优点也将会变得更加明显；本解释性说明不以任何方式来暗示对本发明的限制，并配以附图以资参考。其目的是使所有包含在本说明书中之其他的***，方法，特点和优点都被包括在本发明的范围之内，并通过附带权利要求书加以保护。

附图说明

图1A是根据本发明实施例被分离的脆性材料板的透视图。

图1B是包括薄膜层的玻璃板的侧视图，该玻璃板可以如图1A中描述进行分离。

图2A--2C是玻璃板接受激光分离时的横截面图，并标示出了由于激光加热的进行在板中所引起的应力。

图3是3组试样破坏强度的Weibull分布图-所述三组试样分别为采用机械分离方式的试样，采用对激光加热路径强制流体冷却的激光分离方式的试样和激光加热路径无强制流体冷却的激光分离方式的试样。

图4是超薄玻璃板卷筒至卷筒(spool-to-spool)传输***的透视图，在卷筒之间的传输的玻璃板依本发明实施例的方式分离。

图5A-5C是玻璃板的俯视图，采用将激光束沿预定的路径快速扫描，直至出现整体裂隙并沿预定路径延伸，进而分离成形体的方式将成形体从初始(母)片切割下来。

图6是示范性下拉法玻璃板形成过程的部分截面图，采用本发明实施例的方式来去除在该过程形成的玻璃薄带之边缘部分。

图7是图6中薄带的截面图，呈示出被激光分离的球茎状的边缘部分。

图8是从脆性材料(如玻璃)母板上切割下来的子板的俯视图，其中子板包含一层或多层在其上沉积的薄膜材料。

具体实施方式

在下列具体实施方式中，为了解释的目的而非限制地揭示了实施例的具体细节，以提供对本发明的彻底理解。不过，对于一个具有本行业技能的普通技术人员来讲，很显然，借助于本说明书，本发明可能可以在偏离在此所揭示的具体细节的实施例中得以实施。此外，在不会对本发明的说明产生阻碍时，本说明书可能会忽略对于熟知的设备，方法和材料的描述。最后，只要在适用的情况下，相似的编号表示相似的单元。

作为在本说明书中使用，整体切割(full body cutting)是指在脆性材料板(例如玻璃板)上形成一个延伸通过材料的整个厚度，并跨越材料的某一维度的裂隙，使得材料***为单独的部分。

作为在本说明书中使用，强制流体冷却是指利用被约束的流体，如空气或水，通过喷嘴指向并冷却基材的方式来冷却脆性材料。例如，高压水或空气喷射流可以在激光束之后指向玻璃板上预设的区域，以骤冷(quench)被加热的玻璃。强制流体冷却应区别于通过与环境大气相接触来冷却基材的环境冷却(ambient cooling)或一般冷却(general cooling)。

虽然在此揭示的方法可以应用在各种薄的脆性材料，如玻璃，玻璃陶瓷，陶瓷或其它相似的材料(如，半导体晶片)，但一个突出的应用是切割使用在显示器应用中的玻璃基板。此类别包括，但不仅限于，电视显示器，电脑显示器，移动电话显示器，等等。据此，下面的说明将以玻璃薄板为背景进行，但应该理解在此揭示的方法可以被使用在其它材料上。

在传统的激光玻璃板切割过程中，首先在玻璃板上沿预定的切割路径形成一个刻痕以形成基本延伸跨越玻璃板，但没有在厚度方向上穿透该板的初始裂隙。该划痕可以由机械设备，如硬划片，或划轮来产生。然后在玻璃上施加一个弯曲力矩来诱导沿刻痕的拉伸应力，以产生贯穿板厚度的“开口裂隙”(vent crack)或“开口”(vent)。在另一种方式中，刻痕是由激光束所产生；同样，施加一个弯曲力矩来分离板。还有另一种方式，激光束沿初始裂纹(如板边缘的一个缺口)移动来在裂纹处诱发裂隙，然后在玻璃板的表面上沿切割路径使裂隙延伸贯穿玻璃板体内并跨越板的某个维度。一束很细的冷却液喷射流(通常为水)紧随着移动的激光束来骤冷被加热的玻璃和增加应力，进而驱使裂隙贯穿玻璃板的主体，将板分割成几片单独的玻璃片。

使用激光切割的玻璃基板的边缘强度可能差别很大，韦伯模量(Weibullmodulus)m，有时亦称形状因子，也会相应的变化。断裂分析(Fracture analysis)表明了扭梳纹(twist hackle)大量存在于由传统方法分离的低强度玻璃基板的切割边缘处。在裂隙延伸通过材料的过程中，当扭转应力(扭转)施加在材料上时，就会产生扭梳纹。在激光分离玻璃的过程中，当激光对玻璃的加热不均匀时，在切割边缘的表面上，会产生扭梳纹。依靠平衡在玻璃基板厚度方向上的温度，可以消除扭梳纹，以此可以明显提高切割板的中位强度，以及最低边缘强度和形状因子。

适合在显示器应用上使用的氧化硅基的玻璃基板对波长约为9微米至11微米之间的光线有很强的吸收，这类光线在玻璃基板上的穿透深度通常不超过波长的几倍(例如，20-30微米或更小)。不过，值得注意的是，不同的玻璃可能对不同的波长有强吸收，所以达到强吸收的波长范围可能会超出前述的范围。一个CO₂激光器发射的光线的波长为10.6微米，在9-11微米的范围内。所以，CO₂激光器发射的光束会被氧化硅基的玻璃强烈吸收，可以被认为其是一个表面加热装置。而对受到强吸收激光束，如CO2激光器照射的氧化硅基玻璃内部的加热，只能通过从表层的热传导来完成。在一维热传导模型中，温度通过板厚度平衡所需的时间，τ_深度，可以用下式来估算：

其中ρ是玻璃的密度，c_p是玻璃的比热，κ是玻璃的热导率，d是玻璃的厚度。

从上面的公式1)显然可以看出，τ_深度随玻璃厚度的平方而增加。例如，当玻璃基板的厚度是0.63mm时，τ_深度约为0.2秒。而对0.2mm厚度的同材质玻璃，τ_深度降低到0.02秒，在时间上减小了约10倍。所以，当玻璃板变得更薄时，可以在更短时间内在板中产生高应力，而不需要借助骤冷液。对于一给定表面积来讲，相对于较厚的板，较薄的板体内较小的玻璃体积会造成比较高的热损失。

目前，液晶显示(LCD)电视基板，移动电话显示基板和其他手持装置所使用的基板的玻璃的典型厚度要约小于1mm，通常约为0.7mm。不过，业界趋向于使用0.5mm或更薄的玻璃基板。当玻璃基板的厚度d降低时，温度通过板厚度平衡所需的时间会显著缩短。

对于大部分硅酸盐玻璃来讲，由于从强吸收激光束所吸收的能量大部分被吸收在玻璃表面，如果激光束的能量太高，或者激光束在表面上停留的时间太长，表层会很容易被加热至玻璃材料的应变点或软化点。由于分离玻璃要依赖于在玻璃内部产生高应力，将玻璃基板加热至高过其软化温度会释放玻璃中的应力，进而显著降低切割的速度。为防止加热过度，激光束可以采用能够平衡通过材料厚度的热传导的形状。例如，激光束可以使用柱面透镜(具有交叉光轴的正-正或正-负柱面透镜的组合)来形成细长形的光束，也可以使用采用光学扫描器或旋转反射镜的扫描技术，使之可以照射较长的一段基板而无需改变本来是圆形的激光束。

图1A是不借助强制流体冷却，使用由激光器14产生的细长形激光束12切割玻璃板10的示意图。所述玻璃板包括第一表面9和第二表面13。所述之激光束在玻璃板10的第一表面9上照射了“足迹”16，该足迹的主轴沿着切割方向18取向，而副轴和主轴垂直，足迹的的边界被定义为光束的强度降低到峰值强度的1/e²数值的位置。足迹主轴和副轴的长度分别被标示为b和a。光束在玻璃板上足迹的长度b大于光束移动的速度(“足迹”，或光束照射的区域的速度)v与τ_深度的乘积。激光切割路径由虚线20来表示，光束在图中向左移动。

图2A-2C描述了沿激光切割路径的玻璃小带状区域的应力分布。该带状区域的宽度约为细长形(例如椭圆形)光束副轴长度a的两倍。通过玻璃厚度的应力分布随着激光束通过玻璃而在不同的时间显示。图2A描绘了当激光束12开始加热所照射的区域并在表面上移动的瞬间呈现在玻璃中的应用场。该图表示了压缩应力(用指向内的箭头所表示)在接近被照射的玻璃表面处产生，而拉伸应力则发生在表面以下较远的位置(用指向外的箭头所表示-连接箭头连线的长度表示相对的应力强度)。该现象很容易理解--考虑到当玻璃的某点被加热而开始膨胀，但又受到围绕该点的较冷的玻璃的束缚。所以，压缩应力在加热部分内产生。激光束沿玻璃表面切割线移动的时间由b/v值来确定，如前所述，v是激光束相对玻璃基板移动的速度。

在时间的下一个瞬间，由图2B所描绘，热量从被照射表面传导通过玻璃的厚度，而应力分布为玻璃的外表面(被照射表面和相反的表面)为压缩应力，而在玻璃板的中心区域则为拉伸应力。

最后，图2C描绘了玻璃的相同区域在激光束从玻璃的带状区域移走后不久的情况。由于玻璃表面的热量损失，在玻璃的外表面上应力分布转变为拉伸应力，而在玻璃的中心区域则为压缩应力。图2C中的应力分布，在被加热的区域和玻璃基板的剩余区域有足够的温度差的前提下，是裂隙的延伸和板的分离的原因。

回到图1A，当激光束沿预定的路径20移动时，整体裂隙17延伸跨越板10，直至板10被分离成为子板10a和10b。如图1B所描绘，板10可以任选地包括薄膜层11，如金属氧化物层(例如，氧铟锡ITO)，在整体裂隙将脆性材料板分离成子板的的部位，亦分离了薄膜层。该薄膜层11可以包含多个薄层。该一个或多个薄层有可能，譬如讲，包含薄膜装置如薄膜晶体管。另外，该薄膜层亦可能是阻挡层或钝化层。

从上述的说明中可以清楚看到，切割厚的玻璃板(即，约超过1mm)需要将玻璃迅速制冷(骤冷)以在玻璃中产生足够的应力来裂解该玻璃板。不过，当玻璃的厚度足够小，即约等于或小于1mm时，可以完成整体裂解(通过板的整个厚度来裂解)，而无需沿着激光束在板材上移动形成的路径进行强制冷却。

被卷绕在圆筒上的薄玻璃基板也可以用按照本发明的方法来切割。见图4所示，玻璃被从第一个圆筒或卷筒22卷绕至第二个卷筒24上。在分离的过程中，一个轻微的张力沿着垂直于切割线(预定的路径)20的方向从外部施加在薄玻璃板材上。也即是说，该张力要和由于玻璃的加热以及/或者冷却所形成的张力相区别。例如，该张力可以通过将卷筒22、24相互移开来施加。而该施加的张力要和热产生的应力(即，激光加热的结果)相区别。采用首先使用非接触性的激光刻痕来形成初始裂隙，然后不借助强制流体冷却，进行CO2激光器切割以使整体裂隙在玻璃板材上延伸的方法，激光切割可以在所期望的长度上来进行。该施加的张力有两个目的。首先，施加的张力使得激光切割速度得以增加。该施加的张力也可以用来保证整体裂隙在期望的切割方向上延伸，因为裂纹的延伸总是和所施加的拉伸应力的方向相垂直的。

在上述的例子中，使用了由静态光学器件形成的细长形的激光束，以保证有效的激光加热，并同时将玻璃的温度保持在低于应变点。进一步地，有可能使用光学扫描器和旋转光学镜面来实现加热，而同时将玻璃基板的温度保持在低于应变点。该设计涉及到用光束沿切割路径快速扫描一段长度。如同下面的描述，基于光学扫描器的加热技术使得沿任何期望的形状/曲线进行切割成为可能。

本申请的上面部分描述了从玻璃基板的边缘开始，不借助强制冷却的激光切割方法。使用本技术，也可以在离开边缘的位置开始切割玻璃基板。因为水是一个非常有效的冷却介质，通常认为无强制流体冷却的激光切割所产生的应力要小于有强制冷却的情况。对于非边缘的切割，可能在切割的最初始阶段要使用水的射流。一旦裂隙开始延伸，就关闭水射流，而仅依靠CO2激光器产生的应力来达成进一步的切割。

通过沿切割路径对玻璃基板预加热到较高温度的方式，可以达成对切割速度的另一项改善。对玻璃基板进行预加热降低了整体裂隙延伸时对由切割激光所提供热量的要求。例如，可以沿预定的切割路径由火焰或激光(切割激光器或另外一个激光器)对玻璃板材进行局部预热。

应该注意的是，虽然本说明书的前述部分是针对沿基本平直的切割线分离玻璃基板，本发明的实施方式亦可以应用到沿曲线或闭合路径来分离薄玻璃薄板材。

图5A-5C显示了使用基于电流计的扫描器所进行的玻璃基板激光图形切割。按照本发明的实施方式，散焦激光束快速的沿描绘了一个部件形状外沿的预定路径20扫描(由如箭头所示)。图5A-5C描绘了三个非限制性的方法来从粗略切割过的玻璃母基板10上切割基本为矩形(例如，有圆形的角)的部件。其他形状或曲线状的路径也可以实现。在图5A中，由机械的方法，或者，在一些实施方式中，使用聚焦的激光束，如聚焦的CO2激光束烧蚀的方法，在玻璃基板10的边缘产生一个初始缺陷。激光束的初始定位通常为离开玻璃基板较短一段距离的开始位置28，然后快速扫描通过边缘上的缺陷，并沿预定的光束路径20扫描。在绕过第四个角(终点位置30)后，激光被关闭(熄灭)，扫描器重新在开始位置28定位，激光束被再次开启，并沿同样的路径循环重复。当进行重复性的扫描，并重复多次后，在基板边缘初始缺陷处会产生整体裂隙。该不断推进的裂纹前端迅速沿激光束路径延伸，直至与已经成型的整体裂隙部分相遇时，裂纹前端才停止移动。于此，完成了图形切割，将母基板10分成两个子板10a和10b。

图5B是本发明之扫描方法的另外一个实施方式，扫描是从矩形部件的一条边，而不是如同图5A所示，从角的位置开始。除了刚刚描述的不同以外，实施的步骤与图5A相同。

图5C是本发明的又一个实施方式，该方式包含了闭合路径扫描来加热玻璃基板。起点和终点均位于扫描路径上。闭合路径(closed loop)扫描具有连续扫描的优点：只要扫描在进行，激光器就保持工作，而初始机械产生的缺陷就位于扫描光束的路径上。由于该缺陷的定位远离边缘，需要更高的张力来产生初始的整体裂隙。在缺陷处生成初始整体裂隙所需的张力可以由在缺陷处的强制冷却来引发，而其后的扫描步骤和裂纹沿预定路径的延伸则可以不借助强制冷却来完成。

本发明之实施方式所披露的激光整体切割技术的一个潜在应用是在下拉工艺过程中去除玻璃边缘的边缘凸起物。在下拉过程中，将熔融的玻璃输送入成型器中，并从成型器中降下形成玻璃带。熔融玻璃可以是由于重量，或重力与另外施加的拉力的组合而降下。下拉过程包括熟知的狭缝下拉过程，其中熔融的玻璃从在中空成型器的底部形成的狭缝中降下；还包括融合成型过程，在其过程中，熔融的玻璃在成型器的侧面溢流，在成型器的底部融合并降下。

在典型的形成玻璃板材的熔合拉伸过程中，如图6所示，熔融的玻璃32流入一个导管，或成型器34，其顶部有一沟槽36。该沟槽是开放的，所以熔融的玻璃可以在沟槽壁顶部溢流，并形成分离的熔流，在成型器的外侧流下。成型器包括外成型面38、40，分离的熔流在其上流过。成型面38、40在成型器的底部或根部42相交，将熔流合并(熔合)以形成连续的玻璃薄带44。表面张力，以及其它力，使得当薄带在粘稠状态下在根部下方紧邻的位置被向内拉，从而降低或减小了薄带的宽度，并使得边缘46变厚成为球茎状(参见图7所示之玻璃薄带的截面图)。当薄带下降过程中，会转化为粘弹性状态，并最终变成弹性态。由于变厚的边缘，或边缘凸起物，会使从玻璃薄带上切割下来的成品玻璃板材在厚度上产生变化，所以需要从板材上去除这些边缘凸起物。如果在当薄带被拉辊48从根部拉伸的过程中就将边缘凸起物从薄带上去除，可以使过程提高效率。如图6所示，激光器14所发射的激光束12被指向薄带44上刚刚冷却至弹性态的球茎状边缘的内侧，所以边缘部分就依照前述实施方式与薄带的剩余部分分离。不过，薄带的温度要明显高于室温(几百摄氏度)。为了从薄带上获得足够的热损失，可以用增加环境大气50的导热率的方式来提高环境大气的热传导。例如，可以提高氦气在大气中的百分比。氦气的热导率是0.142W/m/K，明显高于空气的热导率-其值约为0.024W/m/K。所以，在某些实施方式中和玻璃接触的环境大气的热导率会高于约0.024W/m/K，期望高于约0.1W/m/K。确实，大气可以增加至含有最高100％的氦气，举例来讲，或者单独或组合的含有一种或多种其他高热导率的气体，来从薄带的表面上移去热量，以产生切割玻璃所需的张力。

实施例1

在一个例子中，一个12瓦(W)的CO₂激光器被用来分离190微米厚的硅酸盐玻璃基板而不借助强制冷却。使用切割激光，首先在玻璃的边缘上产生一个小裂纹，用一个焦距2英寸(”)的平-凸球面镜片来改变该激光束。一旦形成初始裂纹，平-凸和凹圆柱透镜就会被移到光路之内以形成一个细长形的激光束，获得的细长形激光束足迹和基板的相对运动被提高到45mm/s的终端切割速度。分离后保留在基板内的残余应力在这个切割速度下可以忽略。

实施例2

一个CO₂激光器被用来分离0.63mm厚的康宁(Corning)EAGLE XG^TM玻璃板而不借助强制冷却。初始裂纹是由一台运行功率为6.5瓦，带有2”焦距的平-凸球面镜片之CO₂激光器在板的边缘上所产生。在形成了初始裂纹之后，使用平-凸和凹圆柱透镜来用该激光器形成一个细长形的激光束。光束被拉长到足迹的长度(主轴)为9mm，足迹的宽度(副轴)为0.6mm。终端切割速度可达到9mm/s，而且经过仅一次细长形激光束足迹的照射，基板即被成功地分离。

实施例3

为了比较传统机械切割的玻璃(刻痕和弯折技术)与使用本发明之实施方式所切割玻璃的边缘强度，从厚度为0.63mm的母板上制备了3批5mm x70mm的玻璃条样板。母板的热膨胀系数(CTE)为32x10^-7/℃。一批样板是由传统机械刻痕-弯折方式制备，一批样板使用强制冷却(通过紧随切割激光束的细长形覆盖区的水射流)来制备，最后一批样板则由无强制冷却的激光切割来制备。为了制做无强制冷却的样板，初始裂纹是由一台运行功率为6.5瓦，带有2”焦距平-凸球面镜片之CO₂激光器在母板材上所产生。在形成了初始裂纹之后，使用平-凸和凹圆柱透镜来拉长激光束。然后，该被拉长的光束沿预定的切割路径移动经过初始裂纹和母玻璃板材的表面。重复使用该步骤来制作无强制冷却的样板。通过对每片样板进行4点弯折实验来分别测试三批样板的边缘强度。其结果被绘制为失败几率的分布(韦伯尔Weibull分布)与所施加应力的关系图并呈现在图3中。

图3呈示了使用冷却水射流(样品组2-用三角形表示，中间部位)和无冷却水射流(样品组1-用圆形表示，最右侧)的样板，两者在强度上均优于机械切割的样板(样品组3-用正方形表示，最左侧)。但是，使用激光切割，无强制冷却的样板展示了约380MPa的平均强度，而使用强制冷却进行激光切割的样板展示了约240MPa的平均强度。

实施例4

使用CO2激光器对大小为1”x 0.5”，厚度为0.7mm的钠钙玻璃基板进行无强制冷却的激光切割。该钠钙玻璃的热膨胀系数(CTE)约为80x10^-7/℃。

初始裂纹是由一台运行功率为6.5瓦，带有2”焦距平-凸透镜片和凹透镜之激光器所产生。当初始裂纹形成后，平凹柱透镜被用来拉长激光束，然后，该激光束沿预定的切割路径移动经过初始裂纹和母基板的表面，以使得整体裂隙沿切割路径延伸。终端切割速度可达到25mm/s，并成功分离样板。

实施例5

在本实例中，在实施方式图5A所示的扫描方法被应用到图形切割工艺中。母基板为厚度为75微米的康宁(Corning)编码0211玻璃。母基板的尺寸约为120 x 150mm。激光束由一台CO₂激光器所发出，光束截面直径约为2mm。激光器功率约为80W，扫描速度约为1500mm/s。

被切割的图形的大小约为100 x 120mm，圆角半径为5mm。在激光束扫描开始不到1秒钟的时间内，就可以观察到裂隙的延伸。当观察到裂隙开始延伸，即停止扫描步骤。

一旦整体裂隙沿着预定路径延伸，板10就会被分成子板10a和10b。例如，一片子板可以有前文所描述的形状并呈现在图8中。一层或多层材料52，如电介质或半导体材料，可以随之依传统沉积工艺(例如，蒸发，共蒸发，溅射，等)沉积在其中一片子板(如大体为矩形的子板)上。这些材料层可以包括，举例来说，氧化铟锡(ITO)或薄膜晶体管，该子板可以使用在电子装置，如显示装置上。

也可以采用另外一种方式，薄膜(或薄膜装置)可以在玻璃板被分成两片子板之前沉积到玻璃板上，而分隔时，将包含有薄膜(或薄膜装置)的子板从母板的其余部分分开。

虽然本说明书描述了玻璃板的分离，本发明的实施方式也可以应用到分离其他的脆性材料，如陶瓷，玻璃陶瓷，以至半导体材料。

应该强调的是，本方面的上述实施方案，特别是任何“优选”的实施方式，都仅仅是实现本发明的可能例子，仅仅是为了清晰理解本发明的原则而提出。在不偏离本发明的精髓和原则地情况下，可以对上述描述的实施方案做出许多的变化和修改。所有这些修改和变化都包括在本说明书和本发明的范围内，并被所附权利要求书所保护。

Claims (20)

1.一种分离脆性材料(10)薄板的方法，该方法包括：

在脆性材料(10)板上生成一个整体裂隙(17)，该脆性材料包括第一表面(9)，相反的第二表面(13)，并且在所述第一表面和第二表面之间的厚度小于或等于1mm，所述整体裂隙与所述第一和第二表面相交；

用激光束(12)照射所述整体裂隙；

将所述激光束在第一表面(9)上沿预定的路径(20)移动，以使得所述整体裂隙沿预定路径延伸，并将所述脆性材料板分成至少两个脆性材料子板(10a，10b)；

所述整体裂隙的延伸不借助于对该脆性材料板的强制流体冷却。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光束(12)的波长在9微米至11微米之间。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，与脆性材料板接触的环境大气的热导率要大于0.024W/m/K。

4.如权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述激光束在第一表面(9)上与预设的路径(20)平行的光束的长度要大于激光束移动的速度与(ρc_pd²)/4κ的乘积，其中ρ是脆性材料板的密度，c_p为脆性材料板的比热，κ是脆性材料板的热导率，d为脆性材料板的厚度。

5.如权利要求1-4中的任一项所述的方法，其特征在于，在光束移动的过程中，在垂直于预定路径(20)的方向上施加一个外部拉伸力。

6.如权利要求1-5中的任一项所述的方法，其特征在于，所述脆性材料板(10)为玻璃板。

7.如权利要求1-6中的任一项所述的方法，其特征在于，所述激光束的移动方式包括沿预定路径(20)做单次通过。

8.如权利要求1-6中的任一项所述的方法，其特征在于，其激光束的移动方式包括沿预定路径(20)进行多次通过。

9.如权利要求1-7中的任一项所述的方法，其特征在于，至少一部分脆性材料板材被置于卷轴(22)上。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，只有在多次通过后，所述整体裂隙才会沿预定路径(20)延伸。

11.如权利要求1-10中的任一项所述的方法，其特征在于，所述脆性材料板材(10)包含沉积在其上的薄膜(11)。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述薄膜(11)包含氧化铟锡，即ITO。

13.如权利要求1-10中的任一项所述的方法，其特征在于，将电介质或半导体材料沉积在所述至少两块脆性材料子板(10a，10b)中至少一块之上。

14.一种分离玻璃板材(10)的方法，该方法包括：

在厚度小于或等于1mm的玻璃板(10)的表面(9)上形成一个初始裂隙；

用波长为9微米至11微米之间的激光束(12)照射该初始裂纹；

在玻璃板表面沿预定路径(20)在起点(28)和停止点(30)之间多次循环移动激光束来加热预定的路径而不使用强制流体冷却；

整体裂隙(17)在经过多个激光束移动循环后才会沿预定路径延伸，并将玻璃板分离成至少两个子板(10a，10b)。

15.如权利要求14所述方法，其特征在于，所述激光束(12)在各次循环之间是关停的。

16.如权利要求14或15所述方法，其特征在于，所述激光束(12)在玻璃板材表面(9)上是散焦的。

17.如权利要求14-16中的任一项所述方法，其特征在于，所述预定路径(20)包括曲线。

18.如权利要求14-17中的任一项所述方法，其特征在于，所述预定路径(20)是一闭合路径。

19.如权利要求14-18中的任一项所述方法，其特征在于，该方法还包括在其至少两片子板中的至少一片上，沉积电介质或半导体材料。

20.如权利要求14-18中的任一项所述方法，其特征在于，所述玻璃板包括在玻璃板被分离成为至少两片子板(10a，10b)之前即已在其上沉积薄膜层(11)。

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