专利名称：折断脆性基材的方法
技术领域：
本发明涉及一种折断脆性材料基材的方法，该方法包括以下步骤提供脆性材料的基材，用激光束加热基材从而在基材上形成热斑，使激光束与基材彼此相对运动从而在基材上形成热斑线，通过局部施加冷却介质来冷却基材上的热斑，因此热斑线中的微裂纹扩散，通过向基材上施加力而沿微裂纹线折断基材。
许多由脆性非金属材料，例如玻璃和半导体晶片材料制造的产品是通过将块、片、晶片或板分离成许多具有所需尺寸的较小块而形成的。
US 6,252,197公开了一种通过在基材中形成微裂纹，并在控制下使该微裂纹扩散而用物理方法分离易碎基材的方法。初始的机械或激光划线设备在基材中形成微裂纹。将激光束沿分离线施加到基材上。含加压气体和水的混合物的冷却剂流与激光束的尾端(trailing edge)相交。基材的受热区与冷却剂流之间的温差使微裂纹扩散。通过施加机械载荷，随后沿分离线将基材折断成较小的块，例如，其可以经受进一步处理从而制造显示设备。
与此方法相关的一个问题是，进一步打开引发的表面裂纹所需的机械载荷随时间增加，即引发微裂纹的时刻与最终将基材折断成较小块之间的时间越长，机械载荷就越高。这是不希望的，因为在工厂中，在用激光束处理基材后常常不能立即就折断它们。在那种情况下，随后折断基材导致边缘损坏和低的产品产率。
本发明的一个目的是提供一种折断方法，其中在引发微裂纹之后，断裂载荷随时间保持恒定。为此，根据本发明的方法的特征在于冷却介质含表面活性剂水溶液。本发明人已经认识到，常规方法中断裂载荷的提高是由于微裂纹封闭或甚至合拢。然而，如果冷却介质含表面活性剂水溶液，则该表面活性剂将与微裂纹内断开的硅氧烷键连接。断开硅氧烷键的重组和合拢将不会发生，所需的断裂载荷将随时间保持恒定。而且，表面活性剂将改变(即，降低)裂纹的表面能。因此，裂纹将保持打开，并且打开裂纹所需的载荷将降低。
从属权利要求描述了本发明的有利实施方案。
由下文中描述的实施方案，本发明的这些及其它目的将变得明显，并且参考这些实施方案说明本发明的这些及其它目的。
在图中
图1是从使用本发明方法的装置的上方看的示意图，和图2说明了各种冷却介质和不同消逝时间的载荷测量结果。
这些图没有按比例描绘。在图中，相同的参考数字通常指相同的部分。
图1是从使用本发明方法的装置的上方看的示意图。使激光束的点3聚焦在脆性材料，例如玻璃、晶体二氧化硅、陶瓷或它们的组合物的基材1上。激光点3中所含的能量造成基材的局部加热。来自激光点3附近的喷嘴4(在大多数情况下，位于激光点后)的冷却介质冷却该热斑。此急速的温差造成热震，并造成已存在的微裂纹扩散。
使基材按箭头所示方向相对于激光光点运动。同样，激光束可以按与箭头相反的方向相对于基材运动。相对运动的结果是，微裂纹沿分离线2扩散。
然后，可以通过向基材施加机械载荷力，以常规的方式沿分离线2折断基材1。
已经观察到，折断基材所需的机械载荷取决于形成微裂纹与施加机械载荷的时刻之间的时间量。图2说明了各种冷却介质和不同消逝时间的载荷测量结果。数据配有表示测量数据统计分布的线条。显示了在下列情况下，折断基材所需的机械载荷(牛顿)-作为冷却介质的空气和乙醇的喷射混合物，30；-通过空气和水的喷射混合物冷却，并且随后立即折断，40；-通过空气和水的喷射混合物冷却，并且在12小时后折断，50；-通过空气和含0.1重量％表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的水溶液的喷射混合物冷却，并且随后立即折断，60；-通过空气和含0.1重量％表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的水溶液的喷射混合物冷却，并在15小时之后折断，70。
为了对比，还表示了常规机械划线方法用的机械载荷，20。
根据图2中所示的数据，可以推断，如果使用CTAB，则机械载荷降低了几乎2倍，并且如果在15小时之后发生折断，则保持该降低。当进一步处理玻璃板，并用它们制造LCD板时，获得良好的处理产率。
CTAB是属于阳离子表面活性剂类的化合物，即表面活化剂，诸如降低液体表面张力的洗涤剂这样的物质。用分别属于非离子表面活性剂类和阴离子表面活性剂类的化合物如十八烷基十(环氧乙烷)(ethyleenoxide)氢氧化物或十二烷基苯磺酸钠盐也获得良好的结果。所有化合物都具有与微裂纹内断开的硅氧烷键(“悬空键(danglingbond)”)结合的能力。
当这些化合物在水溶液中存在0.01-1重量％时，获得良好的结果。
总之，本发明涉及一种折断脆性材料基材的方法，该方法包括以下步骤提供脆性材料的基材1，用激光束3加热该基材，并在该基材上形成热斑，使激光束与该基材彼此相对运动，从而在基材2上形成热斑线，通过在热斑后局部施加冷却介质4来冷却该基材上的热斑，因此微裂纹在热斑线中扩散，通过在该基材上施加机械力而沿扩散的微裂纹线折断该基材，其中冷却介质含表面活性剂水溶液。
应该指出的是，上述实施方案说明而非限制本发明，本领域普通技术人员将能够设计许多其它实施方案而不背离附加的权利要求的范围。在权利要求书中，不应将放入括号内的任何参考符号理解为限制该权利要求。词语“含”不排除存在除权利要求中所列的要素或步骤以外的要素或步骤。成分前面的词语“一”不排除存在许多这样的成分。
权利要求
1.一种折断脆性材料基材的方法，该方法包括以下步骤-提供脆性材料基材，-用激光束加热该基材，从而在该基材上形成热斑，-使激光束与该基材彼此相对运动，从而在该基材上形成热斑线，-通过局部施加冷却介质来冷却该基材上的热斑，从而使热斑线中的微裂纹扩散，和-通过在该基材上施加力而沿扩散的微裂纹线折断该基材其中，该冷却介质含表面活性剂水溶液。
2.根据权利要求1的折断脆性材料基材的方法，其中该冷却介质还含与表面活性剂水溶液混合的空气。
3.根据权利要求1的折断脆性材料基材的方法，其中该表面活性剂的浓度为0.01-1重量％。
4.根据权利要求1的折断脆性材料基材的方法，其中该表面活性剂水溶液包含阳离子表面活性剂。
5.根据权利要求3的折断脆性材料基材的方法，其中该阳离子表面活性剂包含十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)
6.根据权利要求1的折断脆性材料基材的方法，其中该表面活性剂水溶液包含非离子表面活性剂。
7.根据权利要求5的折断脆性材料基材的方法，其中该非离子表面活性剂包含十八烷基十(环氧乙烷)氢氧化物。
8.根据权利要求1的折断脆性材料基材的方法，其中该表面活性剂水溶液包含阴离子表面活性剂。
9.根据权利要求7的折断脆性材料基材的方法，其中该阴离子表面活性剂包含十二烷基苯磺酸钠盐。
10.根据权利要求1的折断脆性材料基材的方法，其中该脆性材料包括玻璃、晶体二氧化硅、陶瓷或它们的组合物。
全文摘要
本发明涉及一种折断脆性材料基材的方法，该方法包括以下步骤提供脆性材料的基材(1)，用激光束(3)加热该基材，从而在该基材上形成热斑，使激光束与基材彼此相对运动，从而在基材(2)上形成热斑线，通过在热斑后局部施加冷却介质(4)来冷却该基材上的热斑，从而微裂纹在热斑线中扩散，并通过在该基材上施加机械力而沿扩散的微裂纹线折断该基材，其中冷却介质含表面活性剂水溶液。表面活性剂将与表面微裂纹内断开的硅氧烷键连接。于是，断开硅氧烷键的重组和合拢将不会出现，所需的断裂载荷将随时间保持恒定。
文档编号B28D5/00GK1675021SQ03819639
公开日2005年9月28日 申请日期2003年7月18日 优先权日2002年8月21日
发明者R·H·比泽索维斯基, A·R·巴肯内德, R·G·A·范阿格霍文, P·H·M·蒂姆梅曼斯, N·P·维拉尔德 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司