專利名稱：激光加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光加工方法，尤其是一種用以切割脆性材料的激光加 工方法。
背景技術(shù)：
目前，在平面顯示器(Flat Panel Display, FPD)制造領(lǐng)域，對待加工的脆 性材料如，玻璃基板進(jìn)行激光切割時，全程皆以刀具如，刀輪或鉆石刀壓入 玻璃基板表面以在玻璃基板表面產(chǎn)生一定深度的預(yù)切刀痕，隨即以激光加熱 玻璃基板表面，再以冷卻流體冷卻玻璃基板表面，因此在玻璃基板表面因急 劇變化之溫度差產(chǎn)生應(yīng)力的變化，使先前產(chǎn)生的預(yù)切刀痕產(chǎn)生裂紋向下成 長，進(jìn)而貫穿整個玻璃基板斷面使得玻璃基板完全分離。刀具在玻璃基板表 面進(jìn)行全程切割的同時通常會產(chǎn)生中央裂痕(Median Crack)、徑向裂痕 (Radial Crack)、及側(cè)向裂痕(Lateral Crack)等三種裂紋。其中，中央裂痕是自 預(yù)切刀痕底部向下延伸；徑向裂痕是自預(yù)切刀痕周邊向外延伸；而側(cè)向裂痕 是自預(yù)切刀痕的底部彈塑性變形區(qū)交界處向上及兩側(cè)延伸，若與徑向裂痕連 結(jié)將會造成一次微破裂(First Micro-chipping)而導(dǎo)致玻璃基板的表面損傷。激 光加熱玻璃基板表面時會再次對玻璃基板施加應(yīng)力，使得刀具全程切割時所 形成的橫向裂紋與徑向裂紋再次成長后相互連結(jié)，進(jìn)而造成二次微破裂 (Second Micro-chipping)。根據(jù)破壞力學(xué)的GriffithsLaw公式CT/=《1￡/77^(其中，cr,為材料的破壞強(qiáng)度；K^為材料的破壞韌性；Y為一常數(shù)，其與裂痕地幾何形狀相關(guān)，當(dāng) 裂痕為橢圓形狀時，Y=tt; C為裂痕的尺寸大小)，可以得知，當(dāng)脆性材料受 到刀具的壓入產(chǎn)生側(cè)向裂痕，造成裂痕尺寸(也即C值)較大，導(dǎo)致切割后的 脆性材料的強(qiáng)度急劇下降，嚴(yán)重影響切割后的脆性材料的強(qiáng)度品質(zhì)以及造成 四點彎曲測試中的破壞荷載(Failure Load)值較低。其中，四點彎曲測試是一 種測試切割后的脆性材料的強(qiáng)度的常用方法，切割后的脆性材料的強(qiáng)度越佳 則破壞荷載值就越高；反之，切割后的脆性材料的強(qiáng)度越差則破壞荷載值就越低。在工業(yè)實踐中，采用刀具全程式切割在脆性材料如玻璃基板的待加工面 形成連續(xù)的預(yù)切割線，四點彎曲測試中測得的切割后的素玻璃基板的破壞荷載值通常較低，其平均值及最大值分別約為12.25及14.01千克；使得切割后 的玻璃基板的強(qiáng)度品質(zhì)不佳。隨著玻璃基板的薄化技術(shù)的不斷發(fā)展，目前利 用蝕刻或機(jī)械研磨方式可將玻璃基板由原先的0.7毫米(mm)進(jìn)一步薄化至0.4 毫米，甚至是0.1毫米；刀具全程式切割時所造成的各種裂紋(如一次微破裂 與二次微破裂)相對于玻璃基板的厚度的比例則會進(jìn)一步升高，其將高度影 響切割后的玻璃基板的強(qiáng)度品質(zhì)。圖1示出采用刀具全程式切割的切割后的 玻璃基板100(材料為Corning Eagle 2000,厚度為0.5毫米，放大倍率為200X) 在四點彎曲測試中跨距范圍內(nèi)的斷面狀態(tài)。從圖l中可以看到，玻璃基板IOO 斷面的預(yù)切刀痕深度不均勻、表面不規(guī)則及布滿微裂痕。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，提供一種選擇性地避免產(chǎn)生側(cè)向裂痕，使切割后的脆性材料 的強(qiáng)度以及四點彎曲測試中破壞荷載值有效提升的激光加工方法實為必要。下面將以實施例說明一種激光加工方法，其可有效提升切割后的脆性材 料的強(qiáng)度以及四點彎曲測試中破壞荷載值。一種激光加工方法，其包括步驟提供一個待加工的脆性材料，所述脆性材料包括一個待加工面， 一個第 一表面及一個第二表面，所述第 一表面與第二表面相對設(shè)置且分別與所述待 力口工面相交；在所述待加工面上形成不連續(xù)的預(yù)切割線，所述預(yù)切割線沿從所述第一 表面到所述第二表面的方向延伸；經(jīng)由激光束加熱待加工面，所述激光束的加熱路徑與所述不連續(xù)的預(yù)切 割線在同一條直線上；沿激光束的加熱路徑向待加工面噴射冷卻流體以使待加工的脆性材料 沿所述不連續(xù)的預(yù)切割線完全開裂。相對于現(xiàn)有技術(shù)，所述激光加工方法經(jīng)由實驗證明可有效提升切割后的 脆性材料的強(qiáng)度以及四點彎曲測試中的破壞荷載值。例如，當(dāng)將所述激光加工方法應(yīng)用于切割玻璃基才反(如Corning Eagle 2000玻璃基板)，在玻璃基板的 待加工面以跳躍式切割形成不連續(xù)的預(yù)切割線時，四點彎曲測試觀'J得的切割 后的素玻璃基板的破壞荷載值的平均值為22.74千克(Kg),最大值可達(dá)36.34 千克；相對于現(xiàn)有技術(shù)中的以刀具全程式切割的玻璃基板在四點彎曲測試中 測得破壞荷載值而言，所述激光加工方法的采用可大大提升切割后的脆性材 料的強(qiáng)度品質(zhì)及四點彎曲測試中的破壞荷載值。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中采用刀具全程式切割的玻璃基板在四點彎曲測試中跨 距范圍內(nèi)的斷面SEM(Scanning Electron Microscope)照片。圖2是本發(fā)明第 一 實施例的激光加工方法加工玻璃基板的 一 個狀態(tài)示意圖。圖3是圖2所示的其上形成有兩條不連續(xù)的預(yù)切割線的玻璃基板的狀態(tài) 示意圖。圖4是圖3中示出玻璃基板的具有預(yù)切割痕位置的局部立體示意圖。 圖5是圖4所示的切割后的玻璃基板在四點彎曲測試中面板跨距范圍內(nèi) 的斷面SEM照片。圖6是本發(fā)明第二實施例的激光加工方法加工玻璃基板的一個狀態(tài)示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作進(jìn) 一 步的詳細(xì)說明。參見圖2至5，本發(fā)明第一實施例提供的激光加工方法，其包括有以下步驟(1) (2):(l)提供一待加工的脆性材料，如玻璃基板IO(材料為Corning Eagle 2000,厚度為0.5毫米，如圖2所示)。所述玻璃基板10包括一個待加工面 14， 一個第一側(cè)面12,及一個第二側(cè)面16。所述第一側(cè)面12與第二側(cè)面16 相對設(shè)置且分設(shè)于所述待加工面14的兩側(cè)并與待加工面14相交。所述玻璃 基板10可裝載在一個加工臺50上并可隨所述加工臺50沿X、 Y及Z軸方 向運動。(2)在所述待加工面14上形成不連續(xù)的預(yù)切割線142(如圖l及圖2所示)， 所述預(yù)切割線142沿^v所述第一側(cè)面12到所述第二側(cè)面16的方向(例如， 本實施例中的X軸方向)延伸。本實施例采用刀具20,如鉆石刀或刀4侖在所述待加工面14上形成不連 續(xù)的預(yù)切割線142。具體的，在玻璃基板10沿圖2所示A方向移動的過程 中(a) 刀具20在第一側(cè)面12與待加工面14的交界處下刀以使刀具20與玻 璃基板10充分接觸，在玻璃基板10的待加工面14上形成預(yù)定長度的初始 預(yù)切割痕(Initial Crack) 1422;(b) 將刀具20沿遠(yuǎn)離待加工面14的方向移動^吏刀具20與待加工面14 分離(也即，提刀)并保持預(yù)定長的時間；在該預(yù)定長的時間內(nèi)，玻璃基板IO 沿A方向移動的距離通常應(yīng)不小于四點彎曲測試中的面板(如液晶顯示器面 板，LCDPanel)跨距；(c) 刀具20下刀，在待加工面14上形成預(yù)定長度的間斷預(yù)切割痕 (Intermediate Crack) 1424;(d) 根據(jù)玻璃基板10的尺寸大小，可選地，重復(fù)步驟(b)和(c)，在待加工 面14上形成多個間斷預(yù)切割痕1424,圖2示出兩個沿X軸方向的間斷預(yù)切 割痕1424;(e) 刀具20提刀并保持預(yù)定長的時間；在該預(yù)定長的時間內(nèi)，玻璃基板 10沿A方向移動的距離通常應(yīng)不小于四點彎曲測試中的面板跨距；(f) 刀具20下刀，在待加工面14上形成預(yù)定長度的最后預(yù)切割痕(Final Crack)1426;該最后預(yù)切割痕1426通常終止于所述第二側(cè)面16與待加工面 14的交界處；從而所述不連續(xù)的預(yù)切割線142被形成在玻璃基板10的待加 工面14上。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，經(jīng)由多次重復(fù)上述步驟(a) (f),可在玻 璃基板10的待加工面14形成多個不連續(xù)的預(yù)切割線142。如圖3所示，玻 璃基板10上形成有兩個沿X軸方向的不連續(xù)的預(yù)切割線142。圖4示出不 連續(xù)的預(yù)切割線142上的相鄰的預(yù)切割痕之間(包括初始預(yù)切割痕1422與間 斷預(yù)切割痕1424、間斷預(yù)切割痕1424與間斷預(yù)切割痕1424之間、間斷預(yù)切 割痕1424與最后預(yù)切割痕1426之間)的距離d,該距離d通常不小于四點彎曲測試中面板跨距。另外，在脆性材料的激光切割過程中，通常需對形成有預(yù)切割線的待加 工的脆性材料進(jìn)行后續(xù)的激光加熱、快速冷卻等步驟，以使脆性材料沿預(yù)切割線完全裂開。本實施例中，為使玻璃基板10沿預(yù)切割線142完全裂開， 通常在形成預(yù)切割線142的過程中還將依次執(zhí)行以下步驟(3) (4):(3) 經(jīng)由第一激光器30，如二氧化碳激光器產(chǎn)生激光束32,該激光束32 在反射鏡34的偏轉(zhuǎn)作用被導(dǎo)引至集光透鏡組36，進(jìn)而由該集光透鏡組36 將激光束32以非聚焦的方式照射在玻璃基板10的待加工面14上，使玻璃 基板10受熱膨脹而在玻璃基板10的內(nèi)部產(chǎn)生張應(yīng)力。所述激光束32是沿 著所述預(yù)切割線142對玻璃基板IO的待加工面14進(jìn)行加熱，圖2中的兩相 鄰預(yù)切割痕之間的細(xì)線則表示此位置已被激光束32加熱過。所述激光器30 的選擇與待加工的脆性材料的材質(zhì)相關(guān)，通常第一激光器30產(chǎn)生的激光束 的波長需與待加工的脆性材料的吸收波長相適配。需要指明的是，第一實施 例中反射鏡34的設(shè)置是為了使得整個激光切割系統(tǒng)更加緊湊。(4) 經(jīng)由冷卻裝置40產(chǎn)生冷卻流體沿預(yù)切割線142的延伸方向急速以霧 狀噴射在被激光束32加熱的玻璃基板10的待加工面14上，該冷卻流體使 待加工面142的溫度急速下降，玻璃基板10的內(nèi)部因溫度下降產(chǎn)生收縮而 產(chǎn)生壓應(yīng)力。玻璃基板10因在短時間內(nèi)局部產(chǎn)生急劇應(yīng)力變化，而使得玻 璃基板10沿著預(yù)切割線142完全裂開，進(jìn)而達(dá)成切割玻璃基板IO之目的。 通常，冷卻流體噴射在待加工面14上的路徑、激光束32照射在待加工面14 上的路徑與預(yù)切割線142在同一直線上。圖5示出已切割的玻璃基板10在四點彎曲測試中跨距范圍內(nèi)的斷面狀 態(tài)；從圖5中可以得知，采用在待加工面14上形成不連續(xù)的預(yù)切割線142 的方法，可使切割完畢的玻璃基板10的斷面的品質(zhì)良好且無中央裂痕、橫 向裂痕及徑向裂痕等孩i裂痕，進(jìn)而可達(dá)成較佳的切割品質(zhì)。參見圖6,本發(fā)明第二實施例提供的一種激光加工方法，其與第一實施 例的激光加工方法基本相同，也包括步驟(a)提供一待加工的脆性材料，如 玻璃基板10;和(b)在所述玻璃基板的待加工面14上形成不連續(xù)的預(yù)切割線 242。其不同于第一實施例提供的激光加工方法之處在于第二實施例是采 用激光束62來形成不連續(xù)的預(yù)切割線242。具體的，第二激光器60，如紫外線激光器被提供用以產(chǎn)生激光束62照 射在待加工的脆性材料，如玻璃基板IO(材料為Corning Eagle 2000,厚度為 0.5毫米，如圖6所示)的待加工面14上以形成不連續(xù)的預(yù)切割線242。所述 第二激光器60產(chǎn)生的激光束62在反射鏡64的偏轉(zhuǎn)作用下穿過阻斷光閘 (Blocking Shutter)68被導(dǎo)引至集光透鏡組66，再經(jīng)由集光透鏡組66將激光 束62照射在玻璃基板10的待加工面14上。所述阻斷光閘68充當(dāng)光開關(guān)， 用以阻斷或允許激光束62照射至玻璃基板10的待加工面14上。下面將具 體描述一種形成不連續(xù)的預(yù)切割線242的基本過程。在玻璃基板10沿圖6所示A方向移動的過程中(I) 打開阻斷光閘68，允許激光束62投射在第一側(cè)面12與待加工面14 的交界處，并在玻璃基板10的待加工面14上形成預(yù)定長度的初始預(yù)切割痕 2422;(II) 關(guān)閉阻斷光閘68并保持預(yù)定長的時間；在該預(yù)定長的時間內(nèi)，玻璃 基板10沿A方向移動的距離通常應(yīng)不小于四點彎曲測試中的面板跨距；(ni)打開阻斷光閘68，在待加工面14上形成預(yù)定長度的間斷預(yù)切割痕 2424;(iv)根據(jù)玻璃基板io的尺寸大小，可選地，重復(fù)步驟(n)和(ni)，在待加工面14上形成多個間斷預(yù)切割痕2424;(V) 關(guān)閉阻斷光閘68并保持預(yù)定長的時間；在該預(yù)定長的時間內(nèi)，玻璃 基板10沿A方向移動的距離通常應(yīng)不小于四點彎曲測試中的面板^爭距；(VI) 打開阻斷光閘68,在待加工面14上形成預(yù)定長度的最后預(yù)切割痕 2426;該最后預(yù)切割痕2426通常終止于所述第二側(cè)面16與待加工面14的 交界處；從而所述不連續(xù)的預(yù)切割線242被形成在玻璃基板10的待加工面 14上。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，經(jīng)由多次重復(fù)上述步驟(I) (VI),可在 玻璃基板10的待加工面14形成多個不連續(xù)的預(yù)切割線242。另外，需要指 明的是，本發(fā)明第二實施例中并不限于設(shè)置阻斷光閘68，只要能獲得形成間 斷性的激光束62照射在待加工面14上之效果均可。本發(fā)明第二實施例中，為使玻璃基板10沿預(yù)切割線242完全裂開，同 樣可在形成預(yù)切割線242的過程中依次執(zhí)行第一實施例中所述的步驟(3)~(4)。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明第一及第二實施例中的待 加工的材料的材質(zhì)并不限于玻璃，還可以為其它脆性材料，如陶瓷、晶片 (Wafer)等。本發(fā)明第一及第二實施例中的第一激光器30并不限于二氧化碳 激光器，其還可以根據(jù)待加工的材料的材質(zhì)適當(dāng)?shù)倪x擇其它氣體激光器。本 發(fā)明第二實施例中的第二激光器60并不限于紫外線激光器，其還可以為其 它固態(tài)激光器，只要其能獲得在待加工的材料的待加工面形成不連續(xù)的預(yù)切 割線之效果均可。.另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可于本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，如變更形成有 不連續(xù)的預(yù)切割線的待加工的脆性材料的后續(xù)處理步驟等以用于本發(fā)明等 設(shè)計，只要其不偏離本發(fā)明的技術(shù)效果均可。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. 一種激光加工方法，其包括以下步驟提供一個待加工的脆性材料，所述脆性材料包括一個待加工面，一個第一表面及一個第二表面，所述第一表面與第二表面相對設(shè)置且分別與所述待加工面相交；在所述待加工面上形成不連續(xù)的預(yù)切割線，所述預(yù)切割線沿從所述第一表面到所述第二表面的方向延伸；經(jīng)由激光束加熱待加工面，所述激光束的加熱路徑與所述不連續(xù)的預(yù)切割線在同一條直線上；沿激光束的加熱路徑向待加工面噴射冷卻流體以使待加工的脆性材料沿所述不連續(xù)的預(yù)切割線完全開裂。
2. 如權(quán)利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述在待加工面上形成 不連續(xù)的預(yù)切割線的步驟包括步驟在所述待加工面上形成位于同一直線 上的多條相互間隔的預(yù)切割痕以形成 一 條所述不連續(xù)的預(yù)切割線。
3. 如權(quán)利要求2所述的激光加工方法，其特征在于，所述在待加工面上形成 一條不連續(xù)的預(yù)切割線的步驟包括以下分步驟在所述待加工面上形成一條預(yù)定長度的初始預(yù)切割痕，所述初始預(yù)切割痕 起始于第一表面與待加工面的交界處；在所述待加工面上形成至少一條預(yù)定長度的間斷預(yù)切割痕，所述至少一條 間斷預(yù)切割痕與所述初始預(yù)切割痕共線；在所述待加工面上形成一條預(yù)定長度的最后預(yù)切割痕，所述最后預(yù)切割痕 終止于第二表面與待加工面的交界處，所述最后預(yù)切割痕與所述初始預(yù)切 割痕共線。
4. 如權(quán)利要求3所述的激光加工方法，其特征在于，所述不連續(xù)的預(yù)切割線 是經(jīng)由刀具形成的，其包括步驟(1) (3):(1) 在待加工面相對刀具的移動過程中，在第一表面與待加工面的交界處下 刀以^吏刀具與纟寺加工面4妄觸，在纟寺加工面上形成預(yù)定長度的初始預(yù)切割 痕；(2) 提刀以使刀具與待加工面分離，當(dāng)待加工面相對刀具移動預(yù)定長的距離后，下刀以使刀具與待加工面接觸，在待加工面上形成預(yù)定長度的間斷預(yù)切割痕；(3)提刀以使刀具與待加工面分離，當(dāng)待加工面相對刀具移動預(yù)定長的距離 后，下刀以使刀具與待加工面接觸，在待加工面上形成預(yù)定長度的終止于 第二表面與待加工面交界處的最后預(yù)切割痕。
5. 如權(quán)利要求4所述的激光加工方法，其特征在于，所述刀具為刀輪或鉆石 刀。
6. 如權(quán)利要求3所述的激光加工方法，其特征在于，所述不連續(xù)的預(yù)切割線 是經(jīng)由第二激光束照射待加工面形成的，其包括步驟(I) (III):(I) 在待加工面移動過程中，允許第二激光束照射待加工面上并保持預(yù)定長 的時間，在待加工面上形成預(yù)定長度的起始于第 一表面和待加工面交界處 的初始預(yù)切割痕；(II) 阻斷第二激光束照射在待加工面上并保持預(yù)定長的時間，當(dāng)待加工面移 動預(yù)定長的距離后，允許第二激光束照射在待加工面上，在待加工面上形 成預(yù)定長度的間斷預(yù)切割痕；(III) 阻斷第二激光束照射在待加工面上并保持預(yù)定長的時間，當(dāng)待加工面 移動預(yù)定長的距離后，允許第二激光束照射在待加工面上，在待加工面上 形成預(yù)定長度的終止于第二表面與待加工面交界處的最后預(yù)切割痕。
7. 如權(quán)利要求6所述的激光加工方法，其特征在于，所述第二激光束被阻斷 或被允許照射在待加工面上是經(jīng)由一個光開關(guān)來控制的。
8. 如權(quán)利要求6所述的激光加工方法，其特征在于，所述第二激光束是由固 態(tài)激光器產(chǎn)生的。
9. 如權(quán)利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述激光束的波長與所 述待加工的脆性材料的吸收波長相適配。
10. 如權(quán)利要求2所述的激光加工方法，其特征在于，所述待加工的脆性材料 為用于制作液晶顯示器面板的玻璃基板，所述多條相互間隔的預(yù)切割痕中 相鄰的兩條預(yù)切割痕之間的距離大于等于四點彎曲測試中面板的跨距。
全文摘要
一種激光加工方法，其包括步驟提供一個待加工的脆性材料，其包括一個待加工面，一個第一表面及一個第二表面，所述第一表面與第二表面相對設(shè)置且分別與所述待加工面相交；在待加工面上形成不連續(xù)的預(yù)切割線，所述預(yù)切割線沿從所述第一表面到所述第二表面的方向延伸；經(jīng)由激光束加熱待加工面，所述激光束的加熱路徑與所述不連續(xù)的預(yù)切割線在同一條直線上；沿激光束的加熱路徑向待加工面噴射冷卻流體以使待加工的脆性材料沿所述不連續(xù)的預(yù)切割線完全開裂。所述激光加工方法經(jīng)由跳躍式切割在待加工的脆性材料上形成不連續(xù)的預(yù)切割線，可選擇性地避免產(chǎn)生側(cè)向裂痕，進(jìn)而可使得切割后的脆性材料的強(qiáng)度以及四點彎曲測試中破壞荷載值得到有效提升。
文檔編號B23K26/00GK101279403SQ20071007396
公開日2008年10月8日 申請日期2007年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月6日
發(fā)明者何仁欽, 傅承祖, 張坤旺, 羅志剛, 黃俊凱 申請人: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