CN103282317A - 脆性材料基板的割断方法 - Google Patents

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Abstract

借由激光光束LB的照射与来自冷却喷嘴37的冷却媒体的吹送来形成由垂直裂痕53a构成的第1刻划线52a、由垂直裂痕53b构成的第2刻划线52b。之后对第2刻划线52b再度照射激光光束LB使垂直裂痕53b伸展，以第2刻划线52b将脆性材料基板50割断。其次，将割断线54与第1刻划线52a的交点区域以玻璃板61或水滴62覆盖。之后，除了交点区域外对第1刻划线52a再度照射激光光束LB使垂直裂痕53a伸展，以第1刻划线52a将脆性材料基板50割断。借此，在使用激光在互相交叉的两方向将脆性材料基板割断的场合抑制交点部分的破裂的发生。

Description

脆性材料基板的割断方法
技术领域
本发明是关于对脆性材料基板照射激光光束，沿着互相交叉的两方向将脆性材料基板割断的方法。
背景技术
以往，做为玻璃基板或陶瓷基板等脆性材料基板的割断方法，是广泛使用使刀轮等压接转动而形成刻划线之后，沿着刻划线从垂直方向施加外力将基板割断的方法。
通常，在使用刀轮进行脆性材料基板的刻划的场合，以刀轮对脆性材料基板赋予的机械式应力使基板的缺陷容易产生，在进行折断时起因于上述缺陷的破裂等会发生。
针对上述问题，近年来使用激光将脆性材料基板割断的方法已实用化。此方法是将激光光束对基板照射而将基板加热至熔融温度未满后，借由以冷却媒体将基板冷却而使前述基板产生热应力，以此热应力从基板的表面在大致垂直方向使裂痕形成者。以此使用激光光束的脆性材料基板的割断方法是利用热应力，故不会使工具直接接触基板，割断面成为破裂等较少的平滑之面，维持基板的强度。
此外，例如在专利文献1亦提案使用激光在互相交叉的两方向将脆性材料基板割断的方法。此提案方法是对脆性材料基板照射激光光束而形成半切状态的第1裂痕后，同样借由激光光束的照射来形成对第1裂痕交叉的半切状态的第2裂痕，其次对第1裂痕与第2裂痕再度照射激光光束而全切者。
先前技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-130921号公报
发明内容
[发明欲解决的课题]
然而，如上述提案方法在对第1裂痕与第2裂痕再度照射激光光束而将脆性材料基板全切时，可能在第1裂痕与第2裂痕的交点部分有破裂产生。若在成为割断后的角部的脆性材料基板的交点部分有破裂产生，割断后的脆性材料基板的尺寸精度会降低且发生的玻璃屑对基板表面附着等而成为问题的原因。
本发明是鉴于此种以往的问题而为者，其目的在于提供在使用激光在互相交叉的两方向将脆性材料基板割断的场合抑制交点部分的破裂的发生的方法。
[解决课题的手段]
根据本发明，提供一种脆性材料基板的割断方法，包含：将互相交叉的由垂直裂痕构成的第1刻划线与第2刻划线在脆性材料基板形成的步骤、沿着第1刻划线与第2刻划线使激光光束相对移动同时照射而使前述垂直裂痕伸展并以第1刻划线与第2刻划线将前述基板割断的步骤，其特征在于：
在沿着第1刻划线及/或第2刻划线将激光光束照射之际使往第1刻划线与第2刻划线的交点区域的激光光束照射量比交点区域以外的激光光束照射量减少。
在此，使往第1刻划线与第2刻划线的交点区域的激光光束照射量为交点区域以外的激光光束照射量的50％以下较理想。
此外，借由控制激光光束输出，使往第1刻划线与第2刻划线的交点区域的激光光束照射量减少亦可。此外，将第1刻划线与第2刻划线的交点区域以将激光光束吸收或反射的被覆构件覆盖，使往前述交点区域的激光光束照射量减少亦可。此外，将第1刻划线与第2刻划线的交点区域以将激光光束吸收或反射的液体覆盖，使往前述交点区域的激光光束照射量减少亦可。
此外，前述交点区域是在从第1刻划线与第2刻划线的交点往激光光束的相对移动方向上流侧与下流侧分别具有5mm以下的宽度的区域较理想。
此外，第1刻划线与第2刻划线是对前述基板使激光光束相对移动同时照射，将前述基板加热为熔融温度未满后，之后对前述基板吹送冷却媒体以冷却，以借由在前述基板产生的热应力形成较理想。
[发明的效果]
根据本发明的脆性材料基板的割断方法，可于在互相交叉的两方向将脆性材料基板割断时抑制交点部分的破裂的发生。借此，割断后的脆性材料基板的尺寸精度向上，且格外抑制起因于玻璃屑的问题。
附图说明
图1是显示可实施本发明的割断方法的割断装置之一例的概说图。
图2是说明激光刻划的操作状态的图。
图3是显示本发明的割断方法之一例的步骤图。
图4是显示往激光光束LB的交点区域的照射量调整例与在交点区域的激光照射量的图。
图5是显示往激光光束LB的交点区域的照射量调整例与在交点区域的激光照射量的图。
图6是显示将往激光光束LB的交点区域的照射量调整以被覆构件来进行的场合之例的图。
图7是显示将往激光光束LB的交点区域的照射量调整以液体来进行的场合之例的图。
【主要元件符号说明】
Figure BPA00001577130500031
具体实施方式
以下虽针对本发明的脆性材料基板的割断方法更详细说明，但本发明并不限于此等实施型态。
图1是显示可实施本发明的割断方法的割断装置之一例的概说图。在图1的割断装置中，在架台11上具备在对纸面垂直方向(Y方向)可移动的滑动平台12、在滑动平台12上在图的左右方向(X方向)可移动的台座19、设于台座19上的旋转机构25，载置、固定于设于此旋转机构25上的旋转平台26的脆性材料基板50是借由此等移动手段在水平面内自由移动。
滑动平台12是可移动地安装于在架台11的上面隔既定距离平行配置的一对之导轨14、15。此外，在一对之导轨14、15之间是与一对之导轨14、15平行地设有借由以不图示的马达而可正、反转的滚珠螺杆13。此外，在滑动平台12的底面设滚珠螺帽16。此滚珠螺帽16螺合于滚珠螺杆13。借由滚珠螺杆13正转或反转，滚珠螺帽16在Y方向移动，借此安装滚珠螺帽16的滑动平台12在一对之导轨14、15上在Y方向移动。
此外，台座19是可移动地支持于在滑动平台12上隔既定距离平行配置的一对之导引构件21。此外，在一对之导引构件21之间与一对之导引构件21平行地设有借由以马达23而可正、反转的滚珠螺杆22。此外，在台座19的底面设滚珠螺帽24。此滚珠螺帽24螺合于滚珠螺杆22。借由滚珠螺杆22正转或反转，滚珠螺帽24在X方向移动，借此台座19与滚珠螺帽24一起在一对之导引构件21上在X方向移动。
在台座19设旋转机构25。此外，在此旋转机构25上设旋转平台26。为割断对象的脆性材料基板50在旋转平台26上以真空吸着固定。旋转机构25使旋转平台26绕垂直方向的中心轴旋转。
在旋转平台26的上方支持台31以从安装台32垂下的保持构件33支持以使与旋转平台26分离对向。在支持台31设为了在脆性材料基板50的表面形成触发裂痕的刀轮35、为了对脆性材料基板50照射激光光束的开口(不图示)、为了将脆性材料基板50的表面冷却的冷却喷嘴37。
刀轮35以刀轮保持具36保持为可在对脆性材料基板50压接的位置与非接触的位置升降，仅在形成成为刻划线的开始起点的触发裂痕时往对脆性材料基板50压接的位置下降。触发裂痕的形成位置为了抑制从触发裂痕往无法预测的方向有裂痕产生的先行现象而在比脆性材料基板50的表面侧端内侧形成较理想。
在安装台32上设激光输出装置34。从激光输出装置34射出的激光光束LB是以反射镜44往下方反射，通过保持于保持构件33内的光学系从形成于支持台31的开口往固定于旋转平台26上的脆性材料基板50照射。
此外，从支持台31的设于激光光束LB射出的开口附近的冷却喷嘴37往脆性材料基板50有做为冷却媒体的水与空气一起喷出。冷却媒体喷出的脆性材料基板50上的位置在割断预定线51上且激光光束LB的照射区域的后侧(参照图2)。
在安装台32设辨识预先刻印于脆性材料基板50的对准标记的一对之CCD摄影机38、39。以此等一对的CCD摄影机38、39检出脆性材料基板50的设定时的位置偏移，例如在脆性材料基板50偏移角度θ的场合旋转平台26旋转-θ之量，脆性材料基板50偏移Y的场合滑动平台12移动-Y之量。
于在此种构成的割断装置中将脆性材料基板50割断的场合先将脆性材料基板50往旋转平台26上载置并以吸引手段固定。之后，以一对之CCD摄影机38、39拍摄设于脆性材料基板50的对准标记，如前述基于拍摄资料将脆性材料基板50定位于既定的位置。
其次，如前述以刀轮35对脆性材料基板50形成触发裂痕。之后，从激光输出装置34射出激光光束LB。激光光束LB借由反射镜44而如图2所示，对脆性材料基板50的表面大致垂直地照射。此外，对激光光束照射区域的后端附近使做为冷却媒体的水从冷却喷嘴37喷出。借由对脆性材料基板50照射激光光束LB，脆性材料基板50在厚度方向以熔融温度未满加热，脆性材料基板50欲热膨胀，但因局部加热故无法膨胀而已照射点为中心有压缩应力发生。此外，在加热后立刻借由脆性材料基板50的表面以水冷却而脆性材料基板50这次是收缩而有拉伸应力发生。借由此拉伸应力的作用，以触发裂痕为开始点沿着割断预定线51于脆性材料基板50形成垂直裂痕53。
之后借由使激光光束LB与冷却喷嘴37沿着割断预定线51相对移动，垂直裂痕53伸展而在脆性材料基板50有刻划线52形成。在此实施形态的场合在激光光束LB与冷却喷嘴37固定于既定位置的状态下借由滑动平台12、台座19、旋转平台26的旋转机构25而脆性材料基板50移动。当然，在将脆性材料基板50固定的状态下使激光光束LB与冷却喷嘴37移动亦无妨。或使脆性材料基板50与激光光束LB与冷却喷嘴37的双方移动亦无妨。
其次，针对本发明的割断方法说明。图3显示本发明的割断方法之一例的步骤图。如同图(a)所示，借由使激光光束LB与冷却喷嘴37沿着割断预定线51相对移动，使以不图示的触发裂痕为开始点的垂直裂痕53a在相对移动方向伸展而在脆性材料基板50有第1刻划线52a形成。
做为在此使用的激光光束LB没有特别限定，由基板的材质或厚度、想要形成的垂直裂痕的深度等适当决定即可。脆性材料基板为玻璃基板的场合，在玻璃基板表面的吸收较大的波长9～11μm的激光光束合适地使用。
做为此种激光光束可举出二氧化碳激光。做为激光光束的往基板的照射形状在激光光束的相对移动方向细长的椭圆形状较理想，相对移动方向的照射长度L是10～60mm的范围，照射宽度W是1～5mm的范围较合适。
做为从冷却喷嘴37使喷出的冷却媒体可举出水或酒精等。此外，于在使用割断后的脆性材料基板上不会给予不良影响的范围添加界面活性剂等添加剂亦无妨。做为冷却媒体的吹送量通常为数ml/min程度较合适。冷却媒体导致的基板的冷却从将以激光光束加热的基板急冷的观点是使水与气体(通常为空气)一起喷射的所谓water jet方式较理想。冷却媒体导致的冷却区域为长径1～5mm程度的圆形状或椭圆形状较理想。此外，形成为冷却区域是激光光束导致的加热区域的相对移动方向后方且冷却区域与加热区域的中心点间的距离成为数mm～数十mm程度较理想。
做为激光光束LB与冷却喷嘴37的相对移动速度没有特别限定，由想要获得的垂直裂痕的深度等适当决定即可。一般越使相对移动速度缓慢，形成的垂直裂痕就越加深。通常，相对速度是数百mm/sec程度。
做为构成第1刻划线52a的垂直裂痕53a的深度虽没有特别限定，但为了增大后步骤的为了将脆性材料基板割断的照射激光光束的条件，例如相对移动速度或激光输出等的裕度，使为相对于基板厚度25％以上的深度较理想。
其次如图3(b)所示，借由沿着对第1刻划线52a正交的割断预定线51b使激光光束LB与冷却喷嘴37相对移动来形成第2刻划线52b。做为第2刻划线52b的形成条件与第1刻划线52a的形成条件相同条件在此亦可举出。
其次，如同图(c)所示，沿着第2刻划线52b再度照射激光光束LB。借此垂直裂痕53b在基板厚度方向伸展，以第2刻划线52b割断脆性材料基板50而形成割断线54。另外，垂直裂痕53b只要伸展至不施加外力便将脆性材料基板50割断的深度即可，不一定要到达脆性材料基板50的反面侧。
为了使垂直裂痕53b在基板厚度方向伸展的激光光束LB的照射条件虽只要由脆性材料基板50的厚度或垂直裂痕53b的深度等适当决定即可，但通常形成前述的第2刻划线52b时的照射条件在此亦例示。
其次，如同图(d)所示，沿着第1刻划线52a再度照射激光光束LB。借此垂直裂痕53a在基板厚度方向伸展，以第1刻划线52a割断脆性材料基板50。伸展后的垂直裂痕53a的基板厚度方向的深度与垂直裂痕53b的场合同样地，只要伸展至不施加外力便将脆性材料基板50割断的深度即可，不一定要到达脆性材料基板50的反面侧。
在此，重点在于在沿着第1刻划线52a再度照射激光光束LB时使往第1刻划线52a与割断线54的交点区域的激光光束LB的照射量比其他部分的照射量减少。借由如上述使往第1刻划线52a与割断线54的交点区域的激光光束LB的照射量比其他部分的照射量减少，有效抑制割断后的成为角部的交点部分的破裂。交点区域中的较理想的激光光束照射量是交点区域以外的激光光束照射量的50％以下，较理想是10％以下，更理想是0％。
另外，在以上说明的实施形态虽是在沿着第1刻划线52a再度照射激光光束LB时使往第1刻划线52a与割断线54的交点区域的激光光束LB的照射量比其他部分的照射量减少，但在沿着第2刻划线52b再度照射激光光束LB时使往交点区域的激光光束LB的照射量比其他部分的照射量减少亦可。或者在沿着第1刻划线52a再度照射激光光束LB时与沿着第2刻划线52b再度照射激光光束LB时使往交点区域的激光光束LB的照射量比其他部分的照射量减少亦可。
往第1刻划线52a与第2刻划线52b的交点区域的激光光束LB的照射量的调整是可以例如激光光束的输出的控制来进行。在将激光光束的照射点以圆柱透镜等光学系使为在激光光束的相对移动方向细长的椭圆形状的场合如图4(a)所示，以第1刻划线52a与第2刻划线52b的交点为中心，从激光光束LB的相对移动方向上流侧涵盖至下流侧的既定范围设不照射激光光束LB的区域。将此时的激光光束LB的照射量在图4(b)显示。如由图4(b)理解，激光光束LB的照射量是往第1刻划线52a与第2刻划线52b的交点从通常照射量逐渐减少，在交点成为0后，逐渐增加返回通常照射量。如上述，借由使往第1刻划线52a与第2刻划线52b的交点区域的激光光束的照射量减少，抑制交点部分中的破裂的发生。
做为使激光光束LB的照射量减少的区域，亦即第1刻划线52a与第2刻划线52b的交点区域，是在从第1刻划线52a与第2刻划线52b的交点往激光光束LB的相对移动方向上流侧与下流侧分别具有5mm以下的宽度的区域较理想。
此外，在使激光光束LB的照射点使用多边形镜或检流镜、圆筒型反射镜等扫瞄并使为在激光光束的相对移动方向细长的椭圆形状的场合，照射点内的激光强度成为均匀且亦可涵盖既定范围使激光照射量为0。在图5(a)显示将激光光束LB的照射状态经时地显示的图。激光光束LB到达第1刻划线52a与第2刻划线52b的交点区域后，扫瞄交点区域内使激光振荡为关闭，但出到交点区域外后便使激光振荡为开启。借此，如图5(b)所示，可使往第1刻划线52a与第2刻划线52b的交点区域的激光光束LB的照射量为0。
在图6显示调整往第1刻划线52a与第2刻划线52b的交点区域的激光光束LB的照射量的其他的手段。在于此图显示的手段是将第1刻划线52a与第2刻划线52b的交点区域以被覆构件61覆盖，使往第1刻划线52a与第2刻划线52b的交点区域的激光光束LB的照射量减少。若利用此手段，没有如前述实施形态的将激光振荡开启、关闭的控制的必要，可以被覆构件61的载置的简单的作业将激光光束LB的照射量减少。
做为在本发明使用的被覆构件61只要是将激光光束LB吸收或反射的构件便没有特别限定，例如，可举出玻璃基板或铝等金属板、干冰等。在使用玻璃基板的场合是以玻璃基板吸收激光光束LB，故可以其材质或厚度等调整往脆性材料基板50的激光光束LB的照射量。此外，在使用铝等金属板的场合是激光光束LB在金属板反射故往脆性材料基板50的照射量成为0。
在图7显示调整往第1刻划线52a与第2刻划线52b的交点区域的激光光束LB的照射量的再其他的手段。在于此图显示的手段是将第1刻划线52a与第2刻划线52b的交点区域以液体62覆盖，使往第1刻划线52a与第2刻划线52b的交点区域的激光光束LB的照射量减少。若利用此手段，与上述实施形态同样地没有如前述实施形态的将激光振荡开启、关闭的控制的必要，可以液体62的滴下、涂布等简单的作业将激光光束LB的照射量减少。
做为在本发明使用的液体62只要是将激光光束LB吸收或反射的构件便没有特别限定，例如，水或酒精等合适地使用。往脆性材料基板50的交点区域的液体62的附着是可以例如洗涤器等的滴下或涂布等来进行。做为液体62的附着量虽是只要由交点区域的大小、使用的激光的种类或输出等适当决定即可，在使用水的场合是通常0.01mL～0.05mL的范围较理想。
以上，在说明的各实施形态虽是将第1刻划线52a与第2刻划线52b各形成1条而将基板割断，但在大面积的脆性材料基板50将第1刻划线52a与第2刻划线52b分别形成多条再割断为多个的小面积基板的场合本发明的割断方法亦当然可适用。此外，本发明的割断方法是除使两个刻划线正交的场合外，在以所望的角度使交点的场合亦当然可适用。
【实施例】
实施例1
使用在图1显示的割断装置在厚度0.55mm的化学强化苏打玻璃基板形成互相正交的多条的刻划线以使其交点成为40个，沿着形成的一方的刻划线照射激光光束而将基板割断后，在割断线与另一方的刻划线的交点区域载置玻璃板(5mm*5mm*厚度0.4mm)。之后，沿着前述另一方的刻划线照射激光光束而将基板割断为多个。玻璃基板的割断是使用在图3显示的方法来进行。将结果显示于表1。另外，激光光束的具体照射条件如下述。
(第1刻划线52a形成的激光光束照射条件)
激光种类：二氧化碳激光
激光输出：100W
相对移动速度：100mm/sec
激光点：椭圆形
(第2刻划线52b形成的激光光束照射条件)
激光种类：二氧化碳激光
激光输出：120W
相对移动速度：200mm/sec
激光点：椭圆形
(激光折断的激光光束照射条件)
激光种类：二氧化碳激光
激光输出：320W
相对移动速度：1500mm/sec
激光点：椭圆形
比较例1
在交点区域没有载置玻璃板以外是使与实施例1同样来进行基板的割断。将结果在表1一起显示。
表1
Figure BPA00001577130500081
「破裂」：在交点部分有破裂产生
「交点跳跃」：从交点往激光光束的相对移动方向下流侧割断线没有伸展
如由表1理解，相对于以实施例1的方法是40个交点之中在所有交点为割断良好，以比较例1的割断方法只有3个交点为割断良好，在其余37个交点有破裂发生。
实施例2
使代替玻璃板的水(附着量：0.04mL、直径8～10mm)对交点区域附着以外是使与实施例1同样来进行基板的割断。将结果在表2显示。另外，激光光束的具体照射条件如下述。
(第1刻划线52a形成的激光光束照射条件)
激光种类：二氧化碳激光
激光输出：100W
相对移动速度：100mm/sec
激光点：椭圆形
(第2刻划线52b形成的激光光束照射条件)
激光种类：二氧化碳激光
激光输出：130W
相对移动速度：180mm/sec
激光点：椭圆形
(激光折断的激光光束照射条件)
激光种类：二氧化碳激光
激光输出：240W
相对移动速度：1500mm/sec
激光点：椭圆形
比较例2
在交点区域没有使水滴附着以外是使与实施例2同样来进行基板的割断。将结果在表2一起显示。
表2
如由表2理解，相对于以在交点区域使水滴附着的实施例2的割断方法是40个交点之中在所有交点为割断良好，以比较例2的割断方法只有2个交点为割断良好，在其余38个交点有破裂发生。
[产业上的可利用性]
利用本发明的割断方法，在使用激光于互相交叉的两方向将脆性材料基板割断的场合可抑制交点部分的破裂的发生，甚为有用。

Claims (7)

1.一种脆性材料基板的割断方法，包含：将互相交叉的由垂直裂痕构成的第1刻划线与第2刻划线在脆性材料基板形成的步骤、沿着第1刻划线与第2刻划线使激光光束相对移动同时照射而使前述垂直裂痕伸展并以第1刻划线与第2刻划线将前述基板割断的步骤，其特征在于：
在沿着第1刻划线及/或第2刻划线照射激光光束之际使往第1刻划线与第2刻划线的交点区域的激光光束照射量比交点区域以外的激光光束照射量减少。
2.如权利要求1所述的脆性材料基板的割断方法，其特征在于其中，
使往第1刻划线与第2刻划线的交点区域的激光光束照射量为交点区域以外的激光光束照射量的50％以下。
3.如权利要求1或2所述的脆性材料基板的割断方法，其特征在于其中，
借由控制激光光束输出，使往第1刻划线与第2刻划线的交点区域的激光光束照射量减少。
4.如权利要求1或2所述的脆性材料基板的割断方法，其特征在于其中，
以吸收或反射激光光束的被覆构件覆盖第1刻划线与第2刻划线的交点区域，使往前述交点区域的激光光束照射量减少。
5.如权利要求1或2所述的脆性材料基板的割断方法，其特征在于其中，
以吸收或反射激光光束的液体覆盖第1刻划线与第2刻划线的交点区域，使往前述交点区域的激光光束照射量减少。
6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的脆性材料基板的割断方法，其特征在于其中，
前述交点区域是在从第1刻划线与第2刻划线的交点往激光光束的相对移动方向上流侧与下流侧分别具有5mm以下的宽度的区域。
7.如权利要求1至6中任一权利要求所述的脆性材料基板的割断方法，其特征在于其中，
第1刻划线及第2刻划线是对前述基板使激光光束相对移动同时照射，将前述基板加热为熔融温度未满后，对前述基板吹送冷却媒体以冷却，以借由在前述基板产生的热应力形成。
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