專利名稱：具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，尤其是指一種利用雙噴嘴來精確控制工件表面的壓應(yīng)力，并配合譬如雷射光束的輻射束所造成的張應(yīng)力以造成均勻的裂紋與高度切割重現(xiàn)性的脆性工件切割設(shè)備。
背景技術(shù)：
對于脆性工件(譬如玻璃、石英、陶瓷、光電與半導(dǎo)體晶體材料)的切割，通常使用鉆石刀或碳化鎢刀來對所欲切割的工件劃一條深溝痕，再利用機(jī)械力使工件分開。然而，因切割溝痕太深且太寬，有可能損及元件且浪費(fèi)工件的可使用面積，并引起沿厚度方向的不規(guī)則龜裂，使得切割合格率下降。近來利用雷射切割的方法逐漸普遍，其方法是利用雷射來局部加熱工件，使其熔融而形成一條深溝槽，再以機(jī)械力將工件分開。
另一種切割脆性工件的方法，為使用譬如雷射的熱源加工技術(shù)，利用破裂力學(xué)中裂紋成長與缺陷連結(jié)的原理來切割脆性工件。
圖1顯示美國專利第5,609,284號所揭露的一種雷射切割技術(shù)。如圖1所示，雷射光束102在工件101上沿著預(yù)定切割路徑105劃過，其后緊跟著一道冷卻噴流103沖擊著工件101。工件101因上層受張力而下層受壓力，因而產(chǎn)生熱震(thermal shock)以形成在表面下的暗裂紋(blind crack)104，若在切割完畢后再予加熱，即可使暗裂紋擴(kuò)大而分離成兩片。利用冷卻噴流103與雷射光束102來造成暗裂紋104，其缺點(diǎn)是不容易量化。而且，冷卻噴流103與雷射光束102的距離必須精密地受到控制，以達(dá)成較佳的切割效果。
此外，冷卻噴流103通常是液體，其噴灑在工件101的表面后會四處飛濺。當(dāng)液滴106落于雷射光束102區(qū)域范圍內(nèi)時，會影響雷射光束102的聚焦，進(jìn)而影響雷射光束102對工件101所提供的張應(yīng)力，使得暗裂紋104的成長無法精密地受到控制。此外，液滴106并無法均勻地分布于工件101的表面上，使得能提供一定能量的雷射光束102無法對工件101提供一定的張應(yīng)力。因此，所切割出來的成品的切割線具有相當(dāng)大的變異性。再者，殘留的液滴106在被干燥后亦會在工件101的表面上造成污染(譬如造成水痕)，進(jìn)而影響所切割的成品的特性。
中國臺灣專利公告編號第445189號揭露一種雷射加工裝置及方法。于此公知技術(shù)中，使用分歧機(jī)構(gòu)將一道雷射光束分為多道雷射光束以對工件進(jìn)行加工，而沒有提到冷卻流體的相關(guān)技術(shù)。
中國臺灣專利公告編號第458837號揭露一種利用超冷卻氣流進(jìn)行玻璃的雷射切割的技術(shù)，其中使用一道雷射光束，配合一超冷卻氣流沖擊工件的表面而完成切割。然而，于此公知技術(shù)中，超冷卻氣流的控制無法量化，且難以為工件提供均勻且足夠的壓應(yīng)力，因此控制方式非常復(fù)雜。
中國臺灣專利公告編號第419867號揭露一種雷射切割裝置與方法，其中用以進(jìn)行冷卻的冷卻液直接噴灑至工件上，類似于上述的美國專利第5,609,284號所提到的冷卻手段，亦容易受到飛濺的液滴影響，進(jìn)而影響切割重現(xiàn)性的問題。
因此，如何發(fā)展出一種能容易提供高度的切割重現(xiàn)性的脆性工件的切割設(shè)備，實為本發(fā)明人所欲解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備。
本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問題是提供一種能提供高度切割均勻性與高度切割重現(xiàn)性的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，包含一工作臺，用以將一脆性工件固定于其上；一輻射束供應(yīng)單元，提供一輻射束沖擊于該脆性工件的一第一表面上的一第一區(qū)域中，用以在該第一區(qū)域造成一張應(yīng)力；一第一噴嘴，用以噴出一液體噴流沖擊于該脆性工件的該第一表面上的一第二區(qū)域中，用以在該第二區(qū)域造成一壓應(yīng)力；及一第二噴嘴，用以噴出一氣體噴流沖擊于該脆性工件的該第一表面上的一第三區(qū)域，用以清潔干燥該第一區(qū)域、該第二區(qū)域及該第三區(qū)域，其中該張應(yīng)力與該壓應(yīng)力使該脆性工件形成一裂紋，且該第二區(qū)域位于該第一區(qū)域與該第三區(qū)域之間。
如上所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，該第二區(qū)域與該第三區(qū)域部分重疊。
如上所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，該氣體噴流由氮?dú)?、二氧化碳或空氣所組成。
如上所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，更包含一液體供應(yīng)單元，用以供應(yīng)一液體至該第一噴嘴。
如上所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，更包含一氣體供應(yīng)單元，用以供應(yīng)一氣體至該第二噴嘴。
如上所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，更包含一驅(qū)動裝置，用以促使該工作臺與該輻射束供應(yīng)單元產(chǎn)生一相對運(yùn)動。
如上所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，更包含一切割路徑導(dǎo)引單元，用以導(dǎo)引該裂紋沿著一預(yù)定方向形成。
如上所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，該液體噴流的一噴射方向垂直于該第一表面，且該氣體噴流的一噴射方向垂直于該第一表面。
如上所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，該液體噴流的一噴射方向非垂直于該第一表面，且該氣體噴流的一噴射方向垂直于該第一表面。
如上所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，該液體噴流的一噴射方向非垂直于該第一表面，且該氣體噴流的一噴射方向非垂直于該第一表面。
如上所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，該液體噴流的一噴射方向垂直于該第一表面，且該氣體噴流的一噴射方向非垂直于該第一表面。
藉由本發(fā)明的上述構(gòu)造，可以有效避免液體噴流在工件表面上形成殘留的液滴，故能有效避免輻射束施加在工件表面的能量受到殘留液滴的影響，并能避免工件表面受到污染。此外，使用液體噴流與具有清潔及干燥效果的氣體噴流，可以精確地控制對工件所提供的壓應(yīng)力，加上輻射束的穩(wěn)定能量對工件所提供的張應(yīng)力，可以精確促成裂紋的形成與成長，獲得良好的切割效果，以及高度的切割重現(xiàn)性。


圖1顯示美國專利第5,609,284號所揭露的一種雷射切割技術(shù)。
圖2顯示依據(jù)本發(fā)明較佳實施例的脆性工件的切割原理的示意圖。
圖3顯示依據(jù)本發(fā)明較佳實施例的脆性工件切割設(shè)備的示意圖。
圖4A至4D顯示圖3的噴嘴的數(shù)種配置狀況。
附圖標(biāo)號說明10、工作臺 11、脆性工件 14、裂紋 15、第一表面15A、第一區(qū)域 15B、第二區(qū)域 15C、第三區(qū)域 20、輻射束供應(yīng)單元22、輻射束 30、第一噴嘴 32、液體噴流 40、第二噴嘴42、氣體噴流50、液體供應(yīng)單元 60、氣體供應(yīng)單元 70、驅(qū)動裝置80、切割路徑導(dǎo)引單元101、工件 102、雷射光束 103、冷卻噴流104、暗裂紋 105、切割路徑 106、液滴具體實施方式
圖2顯示依據(jù)本發(fā)明較佳實施例的脆性工件的切割原理的示意圖，圖3顯示依據(jù)本發(fā)明較佳實施例的脆性工件切割設(shè)備的示意圖。如圖2與3所示，本實施例的一種具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，包含一工作臺10，一輻射束供應(yīng)單元20、一第一噴嘴30、一第二噴嘴40、一液體供應(yīng)單元50及一氣體供應(yīng)單元60。一脆性工件11固定于工作臺10上。工作臺10由一驅(qū)動裝置70驅(qū)動而與輻射束供應(yīng)單元20產(chǎn)生相對運(yùn)動。輻射束供應(yīng)單元20提供一輻射束22沖擊于脆性工件11的一第一表面15上的一第一區(qū)域15A中，用以在第一區(qū)域15A造成一張應(yīng)力。第一噴嘴30用以噴出一液體噴流32沖擊于脆性工件11的第一表面15上的一第二區(qū)域15B中，用以在第二區(qū)域15B造成一壓應(yīng)力。第二噴嘴40用以噴出一氣體噴流42沖擊于脆性工件11的第一表面15上的一第三區(qū)域15C，用以清潔干燥第一區(qū)域15A、第二區(qū)域15B及第三區(qū)域15C。氣體噴流42可以是由氮?dú)?、二氧化碳或空氣所組成。液體供應(yīng)單元50用以供應(yīng)一液體(譬如水)至第一噴嘴30，而氣體供應(yīng)單元60用以供應(yīng)一氣體至第二噴嘴40。張應(yīng)力與壓應(yīng)力可以使脆性工件11形成一裂紋14，且第二區(qū)域15B位于第一區(qū)域15A與第三區(qū)域15C之間。
藉由上述設(shè)計，輻射束22沖擊于第一區(qū)域15A以對該區(qū)域造成張應(yīng)力，液體噴流32沖擊于第二區(qū)域15B以對該區(qū)域造成壓應(yīng)力，配合工作臺10與輻射束22及液體噴流32的相對運(yùn)動，可以控制裂紋的成長而達(dá)成切割的目的。由于本發(fā)明利用氣體噴流42來沖擊于第三區(qū)域15C，可以實時將從液體噴流32所產(chǎn)生的四處飛濺的液滴吹走，而不影響輻射束22在第一區(qū)域15A的聚焦特性。因此，張應(yīng)力與壓應(yīng)力都可以受到精密控制，使得切割痕跡具有相當(dāng)高的重現(xiàn)性。此外，藉由控制氣體噴流42的特性，亦可協(xié)助提供相當(dāng)均勻的壓應(yīng)力，使得切割動作得以順利進(jìn)行。
值得注意的是，第二區(qū)域15B可以與第三區(qū)域15C部分重疊。此外，本發(fā)明的切割設(shè)備可更包含一切割路徑導(dǎo)引單元80，用以導(dǎo)引該裂紋沿著一預(yù)定方向形成，通?？刹捎靡汇@石刀頭沿著該預(yù)定方向畫線來達(dá)成，這在切割某些特定材料時是必須的。
輻射束可以采用較有方向性熱源輻射束，譬如二氧化碳雷射、二極管雷射、Nd-Yag雷射、銅雷射、紫外線雷射等。舉例而言，在切割玻璃、石英(二氧化硅)、藍(lán)寶石(sapphire)、砷化鎵(GaAs)等材料時，使用二氧化碳雷射(波長為10.6μm)為較佳作法。在切割硅材料時，以二極管雷射(波長700-900nm)或Nd-Yag雷射(波長為1.06μm)為較佳作法。
圖4A至4D顯示圖3的噴嘴的數(shù)種配置狀況。于圖3中，液體噴流32的一噴射方向與氣體噴流42的一噴射方向兩者都垂直于第一表面15。于圖4A至4C中，液體噴流32的噴射方向非垂直于第一表面15，氣體噴流42的噴射方向亦非垂直于第一表面15。于圖4A中，液體噴流32與氣體噴流42的噴射方向平行。于圖4B中，液體噴流32與氣體噴流42的噴射方向不平行，且兩噴流是發(fā)散至第一表面15上。于圖4C中，液體噴流32與氣體噴流42的噴射方向不平行，且兩噴流是收斂至第一表面15上。于圖4D中，液體噴流32的噴射方向垂直于第一表面15，氣體噴流42的噴射方向非垂直于第一表面15?；蛘?，于其它變形例中，液體噴流32的噴射方向可不垂直于第一表面15，而氣體噴流42的噴射方向可垂直于第一表面15。
藉由本發(fā)明的上述構(gòu)造，可以有效避免液體噴流在工件表面上形成殘留的液滴，故能有效避免輻射束施加在工件表面的能量受到殘留液滴的影響，并能避免工件表面受到污染。此外，使用液體噴流與具有清潔及干燥效果的氣體噴流，可以精確地控制對工件所提供的壓應(yīng)力，加上輻射束的穩(wěn)定能量對工件所提供的張應(yīng)力，可以精確促成裂紋的形成與成長，獲得良好的切割效果，以及高度的切割重現(xiàn)性。
以上雖以實施例說明本發(fā)明，但并不因此限定本發(fā)明的范圍，只要不脫離本發(fā)明的要旨，該行業(yè)者可進(jìn)行各種變形或變更。
權(quán)利要求
1.一種具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，包含一工作臺，用以將一脆性工件固定于其上；一輻射束供應(yīng)單元，提供一輻射束沖擊于該脆性工件的一第一表面上的一第一區(qū)域中，用以在該第一區(qū)域造成一張應(yīng)力；一第一噴嘴，用以噴出一液體噴流沖擊于該脆性工件的該第一表面上的一第二區(qū)域中，用以在該第二區(qū)域造成一壓應(yīng)力；及一第二噴嘴，用以噴出一氣體噴流沖擊于該脆性工件的該第一表面上的一第三區(qū)域，用以清潔干燥該第一區(qū)域、該第二區(qū)域及該第三區(qū)域，其中該張應(yīng)力與該壓應(yīng)力使該脆性工件形成一裂紋，且該第二區(qū)域位于該第一區(qū)域與該第三區(qū)域之間。
2.如權(quán)利要求1所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，其特征在于，該第二區(qū)域與該第三區(qū)域部分重疊。
3.如權(quán)利要求1所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，其特征在于，該氣體噴流由氮?dú)狻⒍趸蓟蚩諝馑M成。
4.如權(quán)利要求1所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，其特征在于，更包含一液體供應(yīng)單元，用以供應(yīng)一液體至該第一噴嘴。
5.如權(quán)利要求1所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，其特征在于，更包含一氣體供應(yīng)單元，用以供應(yīng)一氣體至該第二噴嘴。
6.如權(quán)利要求1所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，其特征在于，更包含一驅(qū)動裝置，用以促使該工作臺與該輻射束供應(yīng)單元產(chǎn)生一相對運(yùn)動。
7.如權(quán)利要求1所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，其特征在于，更包含一切割路徑導(dǎo)引單元，用以導(dǎo)引該裂紋沿著一預(yù)定方向形成。
8.如權(quán)利要求1所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，其特征在于，該液體噴流的一噴射方向垂直于該第一表面，且該氣體噴流的一噴射方向垂直于該第一表面。
9.如權(quán)利要求1所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，其特征在于，該液體噴流的一噴射方向非垂直于該第一表面，且該氣體噴流的一噴射方向垂直于該第一表面。
10.如權(quán)利要求1所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，其特征在于，該液體噴流的一噴射方向非垂直于該第一表面，且該氣體噴流的一噴射方向非垂直于該第一表面。
11.如權(quán)利要求1所述的具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，其特征在于，該液體噴流的一噴射方向垂直于該第一表面，且該氣體噴流的一噴射方向非垂直于該第一表面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具雙噴嘴的脆性工件切割設(shè)備，包含一工作臺、一輻射束供應(yīng)單元、一第一噴嘴及一第二噴嘴。輻射束供應(yīng)單元提供一輻射束沖擊于固定在工作臺的脆性工件的一第一表面上的一第一區(qū)域中，用以在該區(qū)域造成一張應(yīng)力。第一噴嘴噴出一液體噴流沖擊于第一表面上的一第二區(qū)域中，用以在該區(qū)域造成一壓應(yīng)力。第二噴嘴噴出一氣體噴流沖擊于第一表面上的一第三區(qū)域，用以清潔干燥該第一至第三區(qū)域。該張應(yīng)力與該壓應(yīng)力使脆性工件形成一裂紋，且第二區(qū)域位于第一區(qū)域與第三區(qū)域之間。
文檔編號B26F3/00GK1704213SQ200410045530
公開日2005年12月7日 申請日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
發(fā)明者陳杰扶 申請人:寶麗科技集團(tuán)有限公司