專利名稱：雷射切割裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明揭示了一種雷射切割裝置，尤其指一種用于切割脆性材料如液晶顯示裝置(TFT-LCD)(Thin Film Transistor，簡(jiǎn)稱TFT；Liquid CrystalDisplay，簡(jiǎn)稱LCD)玻璃面板的雷射切割裝置。
背景技術(shù)：
隨著顯示技術(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)。其被視為將用以取代傳統(tǒng)的陰極射線管(Cathode Ray Tube，簡(jiǎn)稱CRT)顯示裝置的強(qiáng)勁對(duì)手。
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進(jìn)行完成顯示動(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)行切割以滿足不同的需求。
傳統(tǒng)的雷射切割玻璃基板時(shí)，大都以刀輪或是鉆石刀在玻璃基板表面產(chǎn)生預(yù)切割線，隨即以雷射光束加熱基板表面，再以冷卻液冷卻基板表面?；逡蚣眲〉臏囟炔町a(chǎn)生應(yīng)力的變化，使先前由刀輪或是鉆石刀在玻璃基板表面產(chǎn)生預(yù)切割線產(chǎn)生裂紋向下成長(zhǎng)，進(jìn)而貫穿整個(gè)基板斷面使的基板完全分離。
圖1為傳統(tǒng)的雷射切割系統(tǒng)架構(gòu)示意圖，其包括二氧化碳雷射光1，反射鏡2，聚焦鏡3，刀輪4及冷卻系統(tǒng)5。當(dāng)沿著切割方向A進(jìn)行切割基板6時(shí)，刀輪4先在基板6的表面進(jìn)行切割形成一定深度的預(yù)切割線，然后經(jīng)反射鏡2及聚焦鏡3而照射到基板6表面的二氧化碳雷射光1沿著上述的切割痕對(duì)基板進(jìn)行加熱，隨后冷卻系統(tǒng)5對(duì)加熱的切割痕進(jìn)行冷卻，利用加熱和冷卻所產(chǎn)生的溫度差對(duì)玻璃面板產(chǎn)生的應(yīng)力來進(jìn)行使基板完全分離。
然而，在傳統(tǒng)的雷射切割基板時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一系列問題，首先，刀輪在基板表面形成預(yù)切割線時(shí)會(huì)在基板上產(chǎn)生中央裂痕(median crack)、徑向裂痕(radial crack)及橫向裂痕(lateral crack)，上述之各種裂痕可統(tǒng)稱為一次微裂痕(first micro-chipping)，其使材料表面損傷；其次，當(dāng)雷射光及冷卻系統(tǒng)隨后沿著預(yù)切割線對(duì)基板切割時(shí)會(huì)因快速加熱及冷卻基板而再次對(duì)基板表面產(chǎn)生壓力，使得刀輪切割時(shí)形成的一次微裂痕成長(zhǎng)，在基板上形成了二次微裂痕(second micro-chipping)，則更加加重了基板的損傷。另外，根據(jù)脆性材料的破壞力學(xué)理論(Griffith’s law)σf＝k1c/(Y*C)1/2其中，σf為材料的破壞強(qiáng)度；k1c為材料的破裂韌性，使材料的一種本質(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＝π；C為裂痕尺寸大小。
由于傳統(tǒng)的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)度變小則基板的強(qiáng)度隨之下降，這樣就很容易使基板受到嚴(yán)重的損傷，影響基板的品質(zhì)。隨著基板厚度越來越薄，傳統(tǒng)切割時(shí)所產(chǎn)生的裂痕就更加容易產(chǎn)生?？梢?，傳統(tǒng)的雷射切割方式會(huì)對(duì)基板產(chǎn)生損傷，進(jìn)而影響到產(chǎn)品的良率。
所以需要設(shè)計(jì)一種新型的雷射切割裝置以克服上述不利的情況發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種雷射切割裝置，其可以可靠的提高基板切割的品質(zhì)。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種雷射切割裝置，用于切割脆性材料，其定義有切割方向且包括第一雷射單元及冷卻系統(tǒng)，其特征在于該雷射切割裝置還包括第二雷射單元，該第二雷射單元產(chǎn)生第二雷射光，其于基板上形成預(yù)切割線，上述第一雷射單元產(chǎn)生第一雷射光，其沿著上述預(yù)切割線使基板受熱膨脹，上述冷卻系統(tǒng)用于對(duì)上述受熱膨脹的基板進(jìn)行冷卻。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明雷射切割裝置利用雷射光來于基板上形成預(yù)切割線，這樣就避免了利用傳統(tǒng)刀輪或鉆石刀來形成預(yù)切割線所產(chǎn)生的微裂痕的缺陷，明顯的保證了切割品質(zhì)，提高了產(chǎn)品的良率。

圖1為一種現(xiàn)有的雷射切割裝置架構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明雷射切割裝置架構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式參看圖2所示，本發(fā)明雷射切割裝置包括第一雷射單元、第二雷射單元及冷卻系統(tǒng)13。第一雷射單元包括第一雷射光單元7、第一反射鏡9及第一聚焦鏡組11，用于產(chǎn)生并使第一雷射光照射于基板14上。第二雷射單元包括第二雷射光單元8、第二反射鏡10及第二聚焦鏡組12，用于產(chǎn)生并使第二雷射光聚焦在基板14表面上。在本實(shí)施例中，第一雷射光為二氧化碳雷射光，第二雷射光為紫外波長(zhǎng)雷射光(UV Laser)。第一雷射光經(jīng)第一反射鏡9反射到第一聚焦鏡組11后，在第一聚焦鏡組11的非聚焦位置以非聚焦方式照射于基板14上；第二雷射光經(jīng)第二反射鏡10反射到第二聚焦鏡組12后，在第二聚焦鏡組12的聚焦位置以聚焦方式聚焦于基板14上。冷卻系統(tǒng)13可以是單一液體、單一氣體加單一液體的混合物或一種以上的氣體與液體的混合物等，如空氣、純水、冷卻油、液態(tài)氮或液態(tài)氦等。
繼續(xù)參看圖2所示，沿著切割方向B，冷卻系統(tǒng)13、第一雷射單元及第二雷射單元依次排列。對(duì)基板14進(jìn)行切割時(shí)，第二雷射光經(jīng)過適當(dāng)材質(zhì)的第二反射鏡10后被導(dǎo)引至第二聚焦鏡組12，聚焦鏡組12將第二雷射光的能量聚焦在基板14的表面，此時(shí)，利用第二雷射光的高尖峰脈沖功率與極高的脈沖頻率，將基板14表面的材料一一移除，這樣就在基板14上形成一定深度的預(yù)切割線。
在第二雷射光于基板14上形成預(yù)切割線的同時(shí)，第一雷射光經(jīng)過適當(dāng)材質(zhì)的第一反射鏡9后被導(dǎo)引至第一聚焦鏡組11，聚焦鏡組11將第一雷射光的雷射能量沿著預(yù)切割線以非聚焦的方式照射在基板表面上，使基板受熱膨脹而在基板內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。
在第一雷射光對(duì)基板的預(yù)切割線進(jìn)行加熱后，緊接著冷卻系統(tǒng)13將冷卻液沿著加熱的預(yù)切割線急速的以霧狀噴在基板14上，冷卻液使基板表面的溫度急速下降，基板14內(nèi)部因溫度下降發(fā)生收縮而產(chǎn)生張應(yīng)力。
這樣，基板因在短時(shí)間內(nèi)局部發(fā)生急劇應(yīng)力變化，而使得基板會(huì)沿著預(yù)先由第二雷射光所產(chǎn)生的預(yù)切割線產(chǎn)生裂紋，裂紋在切割面成長(zhǎng)使得基板完全分離，從而完成對(duì)基板14的切割。
造成基板分離的因素有很多，主要由于雷射加熱與冷卻的作用，對(duì)玻璃內(nèi)部所產(chǎn)生之應(yīng)力，其可由下列公式表示
σ～0.5αEΔT(1)ΔT＝T1-T2 (2)其中，σ為玻璃面板內(nèi)部所產(chǎn)生的應(yīng)力大小，α為玻璃面板內(nèi)部的熱膨脹系數(shù)，E為玻璃面板楊氏系數(shù)，T1為雷射加熱玻璃面板后玻璃面板的溫度，T2為冷卻后玻璃面板的溫度。
由公式(1)和(2)所示，面板內(nèi)部的應(yīng)力大小與材料的熱膨脹系數(shù)、楊氏系數(shù)與雷射與冷卻系統(tǒng)在玻璃面板上產(chǎn)生的溫度差成正比。而且T1的最大值不能大于玻璃面板的氣化溫度。
當(dāng)雷射加熱與冷卻系統(tǒng)對(duì)基板所造成的應(yīng)力大于基板材料的破裂強(qiáng)度時(shí)，基板表面將產(chǎn)生裂紋，裂紋會(huì)隨著制程條件的不同，在玻璃表面呈現(xiàn)不同的成長(zhǎng)，如基板的完全分離(Full Body Cut，簡(jiǎn)稱FBC)。
繼續(xù)參看圖2所示，在本發(fā)明中，由于使用第二雷射光8在基板14的表面形成預(yù)切割線，因而所得到的預(yù)切割面均勻性良好，且不會(huì)造成一次微裂痕。這樣就可以保證整個(gè)切割過程具有良好的切割品質(zhì)。另外，第二雷射光，即紫外波長(zhǎng)雷射光，對(duì)基板14表面所造成的切割線的切痕深度及切割品質(zhì)與該雷射光功率的大小、雷射光點(diǎn)的大小、切割速度及雷射光的脈沖頻率有關(guān)。當(dāng)?shù)诙咨涔馇懈钍姑}沖頻率較低(100-200KHz)時(shí)，預(yù)切割線斷面會(huì)產(chǎn)生一些不連續(xù)的坑洞；當(dāng)雷射切割使脈沖頻率較高，即大于200KHz時(shí)，預(yù)切割線斷面平滑且沒有不連續(xù)的坑洞，基板14的水平表面與預(yù)切割線所形成的垂直切割道相交處沒有裂痕。
在切割過程中，第二雷射光于基板14上形成的預(yù)切割線路徑，第一雷射光照射于基板14的路徑及冷卻系統(tǒng)噴射于基板14的路徑，三者在同一直線上。
此外，由于雷射光從關(guān)閉到激發(fā)再到穩(wěn)定的輸出的過程中需要一定的時(shí)間才能達(dá)到，為了維持雷射光的輸出穩(wěn)定度，在本發(fā)明中，分別于第一雷射光單元7和第一反射鏡9及第二雷射光單元8和第二反射鏡10之間設(shè)置有第一光遮斷器15和第二光遮斷器16。光遮斷器作為雷射光通過或阻擋雷射光的一種開關(guān)，利用光遮斷器來控制是否輸出至工作物表面，在制程過程中不需要開關(guān)雷射光單元，僅需直接控制光遮斷器的開關(guān)就可控制雷射光的輸出。
本發(fā)明中，基板4安裝在基板承載臺(tái)(未圖標(biāo))上，該承載臺(tái)可做直線移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，如圖2所示，也就是說，本發(fā)明雷射切割裝置可以沿著切割方向B和C進(jìn)行切割。本切割裝置可全部先沿切割方向C進(jìn)行切割完成后，再沿切割方向B進(jìn)行切割，或是相反順序，也可先沿切割方向C切割數(shù)次后就旋轉(zhuǎn)到沿切割方向B進(jìn)行切割。當(dāng)然，旋轉(zhuǎn)角度不限于90度。
另外，為到達(dá)基板4放置在承載臺(tái)上的經(jīng)準(zhǔn)度以達(dá)到切割精度的要求，基板4上設(shè)置有第一定位點(diǎn)19和第二定位點(diǎn)20，本發(fā)明雷射切割裝置還設(shè)置有分別對(duì)應(yīng)第一定位點(diǎn)19和第二定位點(diǎn)20的第一影像傳感器17和第二影像傳感器18。利用第一與第二影像傳感器17，18來獲取第一定位點(diǎn)19和第二定位點(diǎn)20的真實(shí)位置，同時(shí)來調(diào)整承載臺(tái)的移動(dòng)與旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到基板4準(zhǔn)確定位的目的。
權(quán)利要求
1.一種雷射切割裝置，用于切割脆性材料，其定義有切割方向且包括第一雷射單元及冷卻系統(tǒng)，其特征在于該雷射切割裝置還包括第二雷射單元，該第二雷射單元產(chǎn)生第二雷射光，其于基板上形成預(yù)切割線，上述第一雷射單元產(chǎn)生第一雷射光，其沿著上述預(yù)切割線加熱基板使其受熱膨脹，上述冷卻系統(tǒng)用于對(duì)上述受熱膨脹的基板進(jìn)行冷卻。
2.如權(quán)利要求1所述的雷射切割裝置，其特征在于沿著上述切割方向，冷卻系統(tǒng)、第一雷射單元及第二雷射單元依次排列。
3.如權(quán)利要求2所述的雷射切割裝置，其特征在于上述第二雷射光于基板上形成的預(yù)切割線路徑，第一雷射光照射于基板的路徑及冷卻系統(tǒng)噴射于基板的路徑，三者在同一直線上。
4.如權(quán)利要求1所述的雷射切割裝置，其特征在于上述第一雷射光為紫外波長(zhǎng)雷射光。
5.如權(quán)利要求4所述的雷射切割裝置，其特征在于上述紫外波長(zhǎng)雷射光的脈沖頻率大于200KHz。
6.如權(quán)利要求1或4所述的雷射切割裝置，其特征在于上述第二雷射光為二氧化碳雷射光。
7.如權(quán)利要求1所述的雷射切割裝置，其特征在于上述第二雷射光以聚焦方式聚焦于基板表面來形成預(yù)切割線，上述第一雷射光以非聚焦方式照射來加熱基板。
8.如權(quán)利要求1所述的雷射切割裝置，其特征在于上述任一雷射單元包括獨(dú)立的雷射光單元、反射鏡及聚焦鏡組。
9.如權(quán)利要求8所述的雷射切割裝置，其特征在于上述第一雷射光單元產(chǎn)生的第一雷射光經(jīng)第一反射鏡反射至第一聚焦鏡組后，于第一聚焦鏡組的非聚焦位置以非聚焦方式照射于基板上。
10.如權(quán)利要求8所述的雷射切割裝置，其特征在于上述第二雷射光單元產(chǎn)生的第二雷射光經(jīng)第二反射鏡反射至第二聚焦鏡組后，于第二聚焦鏡組的聚焦位置以聚焦方式于基板上形成預(yù)切割線。
全文摘要
一種雷射切割裝置，用于切割脆性材料，其定義有切割方向且包括第一雷射單元及冷卻系統(tǒng)，該雷射切割裝置還包括第二雷射單元，該第二雷射單元產(chǎn)生第二雷射光，其于基板上形成預(yù)切割線，上述第一雷射單元產(chǎn)生第一雷射光，其沿著上述預(yù)切割線使基板受熱膨脹，上述冷卻系統(tǒng)用于對(duì)上述受熱膨脹的基板進(jìn)行冷卻。這樣明顯的保證了切割品質(zhì)，提高了產(chǎn)品的良率。
文檔編號(hào)C03B33/09GK1978121SQ20051012302
公開日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2005年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月9日
發(fā)明者傅承祖, 黃俊凱, 陳獻(xiàn)堂, 張明輝, 許宗富, 郭訪璇 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