專(zhuān)利名稱(chēng)：脆性材料基板切割方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種脆性材料基板切割方法，特別是 一 種激光 切割脆性材料基板的切割方法。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，液晶顯示裝置(TFT-LCD)由于其自 身的特性已廣泛的應(yīng)用于消費(fèi)領(lǐng)域內(nèi)。液晶顯示裝置通常由兩 塊玻璃基板、收容于兩塊玻璃基板內(nèi)的液晶及若干電路組成。 液晶可以在電場(chǎng)的影響下改變排列方式來(lái)進(jìn)4亍完成顯示動(dòng)作。 為了形成不同尺寸的液晶顯示面板，通常需要對(duì)較大的液晶顯 示面板進(jìn)行切割以滿(mǎn)足不同的需求。
采用激光切割玻璃基板的過(guò)程中，大都以刀輪、鉆石刀或 氣體激光先行在玻璃基板表面產(chǎn)生預(yù)切割線(xiàn)，隨即以激光束加 熱基板表面，再以冷卻液冷卻基板表面。完成上述過(guò)程后，玻 璃基板會(huì)因急劇產(chǎn)生的溫度差而產(chǎn)生應(yīng)力的變化，使先前由刀 輪、鉆石刀或氣體激光在玻璃基板表面所產(chǎn)生的預(yù)切割線(xiàn)產(chǎn)生 裂紋并向下成長(zhǎng)，進(jìn)而貫穿整個(gè)基板斷面使其完全開(kāi)裂。
然而，在此激光切割玻璃基板的方法中，刀輪或鉆石刀在
玻璃基板表面形成預(yù)切割線(xiàn)時(shí)會(huì)在玻璃基板上產(chǎn)生中央裂痕 (Median Crack)、 徑向裂痕(Radial Crack)及橫向裂痕(Lateral Crack)， 上述各種裂痕通常被稱(chēng)為一次微裂痕(First Micro-Chipping),其可能會(huì)造成材料表面的損傷，采用氣體激 光在玻璃基板表面形成預(yù)切割線(xiàn)時(shí)也會(huì)出現(xiàn)同樣的問(wèn)題。另外， 根據(jù)脆性材料的破壞力學(xué)理論(Griffith，s law):
a f=klc/(Y*C)1/2
其中，CJf為材料的破壞強(qiáng)度；kie為材料的破裂韌性，是材料的
一種本質(zhì)特性；Y為常數(shù)，與裂痕的幾何形狀有關(guān)，當(dāng)裂痕為橢
圓時(shí)，Y=tt; C為裂痕尺寸大小。
由于刀輪或鉆石刀切割時(shí)產(chǎn)生一次微裂痕，使得C值很大， 又因?yàn)椴牧系钠茐膹?qiáng)度變小則玻璃基板的強(qiáng)度隨之下降，這樣 就很容易使玻璃基板受到嚴(yán)重的損傷，影響玻璃基板的品質(zhì)。 隨著玻璃基板厚度越來(lái)越薄，切割時(shí)所產(chǎn)生的裂痕就更加容易 產(chǎn)生?？梢?jiàn)，上述激光切割方法會(huì)對(duì)玻璃基板產(chǎn)生較大損傷， 進(jìn)而影響到產(chǎn)品良率。
有鑒于此，有必要提供 一 種脆性材料基板的切割方法以克 服上述不利情況的發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
以下將以實(shí)施例說(shuō)明 一 種脆性材料基板切割方法。 該脆性材料基板切割方法包括以下步驟提供 一 個(gè)脆性材 料基板；利用第 一激光束在該脆性材料基板表面形成預(yù)切割線(xiàn)， 該第 一 激光束是由固態(tài)激光器產(chǎn)生的；利用第二激光束沿著預(yù) 切割線(xiàn)加熱該脆性材料基板；沿著預(yù)切割線(xiàn)噴射冷卻流體在脆 性材料基板表面以使該脆性材料基板沿預(yù)切割線(xiàn)開(kāi)裂。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，所述脆性材料基板切割方法利用固態(tài)激 光器產(chǎn)生的激光束在脆性材料基板上形成預(yù)切割線(xiàn)，其可避免 利用傳統(tǒng)刀輪或鉆石刀，甚至氣體激光束來(lái)形成預(yù)切割線(xiàn)所產(chǎn) 生微裂痕的缺陷，進(jìn)而可保證切割品質(zhì)，提高產(chǎn)品良率。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例對(duì)脆性材料基板進(jìn)行切割的狀態(tài)示意圖。
圖2是圖i中沿剖線(xiàn)n-n的局部剖示圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例對(duì)脆性材料基板進(jìn)行切割過(guò)程中脆性 材料基板的狀態(tài)俯視圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn) 一 步詳細(xì)i兌明。
請(qǐng)參考圖1 ，本發(fā)明實(shí)施例提供的脆性材料基板切割方法，
其包括以下步驟
(1) 提供一個(gè)脆性材料基板20,該脆性材料基板20可以為玻 璃基板、陶瓷基板、石英基板、硅晶片(Silicon Wafer)等。
(2) 利用由固態(tài)激光器210產(chǎn)生的第 一激光束240在該脆性 材料基板20表面形成預(yù)切割線(xiàn)(Pre-crack)23。具體步驟如下所 述
將待加工的脆性材料基板20放置在承載臺(tái)(圖未示)上；由 固態(tài)激光器210產(chǎn)生的第 一激光束240經(jīng)過(guò)第 一反射鏡220后被 導(dǎo)引至第 一聚焦鏡組230，第 一聚焦鏡組230將第 一激光束240 的能量聚集在脆性材料基板20的表面，進(jìn)而將脆性材料基板20 表面的材料汽化以在其上沿著切割方向B形成預(yù)切割線(xiàn)23 。在 此，固態(tài)激光器210產(chǎn)生的第 一激光束240和氣體激光束相比， 更容易控制形成預(yù)切割線(xiàn)的方向，使得預(yù)切割線(xiàn)具有較佳的直 線(xiàn)度。可以理解的是，根據(jù)實(shí)際需要由固態(tài)激光器210產(chǎn)生的 第 一激光束240可以直接投射在脆性材料基板20的表面，進(jìn)而在 其上形成預(yù)切割線(xiàn)23;而無(wú)需利用第 一反射鏡220和第 一 聚焦 鏡組230。
為了使聚集在脆性材料基板20表面上的第 一激光束240具 有較高的能量密度，該第 一 激光束240在該脆性材料基板20表面 上形成的光斑2 1直徑應(yīng)小于1毫米(mm)。
該第 一激光束240的波長(zhǎng)優(yōu)選355 ~1064納米(nm)，可以理 解的是，第 一 激光束240的波長(zhǎng)小于355nm同樣適用于本發(fā)明實(shí) 施例。
請(qǐng)參考圖2 ，在本實(shí)施例中，所述預(yù)切割線(xiàn)23為一 V形溝槽， 該預(yù)切割線(xiàn)23的深度h通常大于脆性材料基板20厚度H的十分 之一。該預(yù)切割線(xiàn)23的寬度d通常小于0.02mm。
(3) 利用第二激光束280沿著預(yù)切割線(xiàn)23加熱該脆性材料基 板20。具體步驟如下所述
請(qǐng)?jiān)賲⒖紙D1 ，由氣體激光器250產(chǎn)生的第二激光束280經(jīng)過(guò) 第二反射鏡260后被導(dǎo)引至第二聚焦鏡組270,第二聚焦鏡組 270將第二激光束280的能量聚集在脆性材料基板20的表面的 所述預(yù)切割線(xiàn)23位置，使脆性材料基板20受熱膨脹而在脆性材 料基板20內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。可以理解的是，根據(jù)實(shí)際需要由氣 體激光器250產(chǎn)生的第二激光束280可以直接投射在預(yù)切割線(xiàn)23 上，從而使脆性材料基板20受熱膨脹而在脆性材料基板20內(nèi)部 產(chǎn)生壓應(yīng)力，而無(wú)需利用第二反射鏡260和第二聚焦鏡組270。
第二激光束280的選擇與脆性材料基板20的吸收波長(zhǎng)相對(duì) 應(yīng)。其中，該氣體激光器250可為二氧化碳激光器、 一氧化碳激 光器、氮分子激光器、惰性氣體激光器等。在本實(shí)施例中，該 氣體激光器250為二氧化碳激光器，該二氧化碳激光器所產(chǎn)生的 第二激光束280的波長(zhǎng)優(yōu)選為10.6微米。
請(qǐng)一并參考圖1與圖3，該第二激光束280在該脆性材料基 板20表面預(yù)切割線(xiàn)23位置形成的光斑22為橢圓形。第二聚焦鏡 組270中采用有雙折射晶體，利用該雙折射晶體長(zhǎng)軸和短軸不 同的折射率以形成橢圓形光斑22 。在此，可以理解的是，在第 二聚焦鏡組270中采用繞射元件等其他元件也可以形成橢圓形 光斑22。該橢圓形光斑22的長(zhǎng)軸(b)與預(yù)切割線(xiàn)23的延伸方向一 致，橢圓形光斑22的短軸(a)垂直于預(yù)切割線(xiàn)23的延伸方向，該 橢圓形光斑22的長(zhǎng)短軸比應(yīng)大于1 0 ,即光斑長(zhǎng)軸(b)與光斑的短 軸(a)滿(mǎn)足關(guān)系b/a〉10。該第二激光束280在脆性材料基板20 上的行進(jìn)路徑與上述預(yù)切割線(xiàn)23的延伸路徑 一 致。
(4)將冷卻流體沿著預(yù)切割線(xiàn)23噴射在脆性材料基板20 ，以 使脆性材料基板20沿預(yù)切割線(xiàn)23開(kāi)裂。
請(qǐng)?jiān)賲⒖紙D1 ，在第二激光束280沿基板20的預(yù)切割線(xiàn)23對(duì) 其進(jìn)行加熱后，冷卻系統(tǒng)290將冷卻流體(圖未示)沿著加熱的預(yù) 切割線(xiàn)23延伸方向急速以霧狀噴在脆性材料基板20上，冷卻流 體使脆性材料基板20表面的溫度急速下降，脆性材料基板20內(nèi) 部因溫度急劇變化發(fā)生收縮而產(chǎn)生張應(yīng)力。此時(shí)，脆性材料基
板20因在短時(shí)間內(nèi)局部發(fā)生急劇應(yīng)力變化，而使得脆性材料基 板20會(huì)沿著預(yù)切割線(xiàn)產(chǎn)生裂紋，裂紋在切割面成長(zhǎng)使得脆性材 料基板20完全開(kāi)裂，從而完成對(duì)脆性材料基板20的切割。
請(qǐng) 一 并參照?qǐng)D3 ，為了達(dá)到急速冷卻的效應(yīng)，該冷卻流體 到達(dá)該脆性材料基板20表面的位置與第二激光束280投射在預(yù) 切割線(xiàn)23上的光斑22中心的距離L優(yōu)選為小于50mm。
冷卻系統(tǒng)290中的冷卻流體可以是氣體、液體或其混合物。 所述氣體為空氣、氦氣、氮?dú)?、二氧化碳或其混合物。所述?體為純水、酒精、丙酮、異丙醇、液態(tài)氮、液態(tài)氦、冷卻油或 其混合物。
在本發(fā)明實(shí)施例中，使用由固態(tài)激光器210產(chǎn)生的第一激 光束240可在脆性材料基板20表面形成均勻性良好且直線(xiàn)度高 的預(yù)切割線(xiàn)23，該預(yù)切割線(xiàn)23可為V形凹槽，對(duì)第二激光束280 有很好的導(dǎo)引作用，且可有效的抑制 一 次微裂痕的產(chǎn)生，從而 可以保證整個(gè)切割過(guò)程具有良好的切割品質(zhì)。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化。 故，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要 求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種脆性材料基板切割方法，其特征在于包括以下步驟 提供一個(gè)脆性材料基板；利用第一激光束在該脆性材料基板表面形成預(yù)切割線(xiàn)，該第一激光束是由固態(tài)激光器產(chǎn)生的；利用第二激光束沿著預(yù)切割線(xiàn)加熱該脆性材料基板；沿著預(yù)切割線(xiàn)噴射冷卻流體在脆性材料基板表面以使該脆性材料基板沿預(yù)切割線(xiàn)開(kāi)裂。
2. 如權(quán)利要求1所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 該脆性材料基板為玻璃、陶瓷、石英或硅晶片。
3. 如權(quán)利要求1所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 該第一激光束的波長(zhǎng)范圍為355~1064納米。
4. 如權(quán)利要求1所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 該第 一激光束在該脆性材料基板表面上形成的光斑的直徑 小于1毫米。
5. 如權(quán)利要求1所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 該預(yù)切割線(xiàn)的深度大于該脆性材料基板厚度的十分之一。
6. 如權(quán)利要求1所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 該預(yù)切割線(xiàn)的寬度小于0.02毫米。
7. 如權(quán)利要求1所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 該第二激光束是由氣體激光器產(chǎn)生的。
8. 如權(quán)利要求1所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 該第二激光束在該脆性材料基板表面預(yù)切割線(xiàn)位置形成的 光斑為橢圓形，該光斑的長(zhǎng)軸與短軸分別平行及垂直于預(yù)切 割線(xiàn)的延伸方向。
9. 如權(quán)利要求8所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 該橢圓形光斑的長(zhǎng)短軸比大于10。
10. 如權(quán)利要求8所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 該冷卻流體到達(dá)該脆性材料基板表面的位置與橢圓形光斑中 心的距離小于50亳米。
11. 如權(quán)利要求1所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 該冷卻流體為氣體、液體或其混合物。
12. 如權(quán)利要求11所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 所述氣體為空氣、氦氣、氮?dú)?、二氧化碳或其混合物?br> 13. 如權(quán)利要求11所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 所述液體為純水、酒精、丙酮、異丙醇、液態(tài)氮、液態(tài)氦、 冷卻油或其混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種脆性材料基板切割方法。該脆性材料基板切割方法包括以下步驟提供一個(gè)脆性材料基板；利用第一激光束在該脆性材料基板表面形成預(yù)切割線(xiàn)，該第一激光束是由固態(tài)激光器產(chǎn)生的；利用第二激光束沿著預(yù)切割線(xiàn)加熱該脆性材料基板；沿著預(yù)切割線(xiàn)噴射冷卻流體在脆性材料基板表面以使該脆性材料基板沿預(yù)切割線(xiàn)開(kāi)裂。
文檔編號(hào)B23K26/42GK101121220SQ20061006207
公開(kāi)日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2006年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月11日
發(fā)明者傅承祖, 方瑞文, 許宗富, 郭訪(fǎng)璇, 陳獻(xiàn)堂, 黃俊凱 申請(qǐng)人:富士邁半導(dǎo)體精密工業(yè)(上海)有限公司;沛鑫半導(dǎo)體工業(yè)股份有限公司