用于刻划薄玻璃的方法与设备和经刻划的薄玻璃的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于出于刻划和断裂分离的目的沿着预期的刻痕线刻划薄玻璃的方 法和设备，并且还涉及通过这样的方法制备的经刻划的薄玻璃。这里，薄玻璃基本上是指壁 厚在1.2mm与3μπι之间的范围中的平坦玻璃，其可以被生产为玻璃带或玻璃膜，并且可以盘 卷起来。然而，经刻划的薄玻璃也应以晶片格式被生产为预刻划的板。在沿着刻痕断裂之 后，应获得小的薄玻璃板，将小的薄玻璃板进一步处理为电气工程、电子器件或电池中的组 件的组成部分。
【背景技术】
[0002] 薄玻璃用于许多技术领域，例如，用于显示器、光电组件的窗口、组件的封装以及 电绝缘层。对于这些应用而言，都需要小的薄玻璃板。然而，薄玻璃主要被生产为玻璃带或 玻璃膜，并且近来需求厚度小于350μπι。当要将这样的薄玻璃带或这样的薄玻璃膜处理成更 小的薄玻璃板时，遇到了处理问题。
[0003] 薄玻璃的处理者通常不想被交付小切块的薄玻璃板以供进一步处理，而是盘卷成 卷的薄玻璃，其被制备以便被分离成小的薄玻璃板。然而，在预刻划的薄玻璃的情况下，这 隐含着问题。即，当在将薄玻璃盘卷起来的时候薄玻璃弯曲时，存在沿着刻痕过早裂口的风 险。单一裂口就已会妨碍进一步处理过程，在对薄玻璃解绕期间由于断裂点的原因该进一 步处理过程将不得不中断。
【发明内容】
[0004] 本发明基于以允许对预刻划的薄玻璃进行可靠的进一步处理的方式来制备该预 刻划的薄玻璃的目的。
[0005] 为了解决沿着刻痕过早断裂的风险，制备的刻痕必须具有预定义的质量。刻痕必 须具有尽可能均匀的深度，即，刻划工具必须沿着预期的刻痕线并且在刻划接触压力尽可 能恒定的情况下被准确引导。在1.2mm与350μηι之间的厚度范围中这是可行的，这是因为要 设定相对大的刻划接触压力以便进行刻划。然而，如果要刻划超薄玻璃(ultrathin glass， UTG)并且施加至薄玻璃的刻划接触压力必须取小的值(不高于2N)，则对于刻划工具而言在 要刻划的玻璃表面上临时滑动的风险增加，这称为粘-滑现象并且在使用现有技术切削头 的情况下已经观察到该现象。
[0006] 根据本发明的第一方面，提供了一种用于刻划薄玻璃的设备，其容许通过很大程 度地避免摩擦力而沿着预期的刻痕线足够确切地保持恒定的刻划接触压力。为此，通过平 行摇杆将所述刻划工具按压到薄玻璃上，所述平行摇杆包括两个或更多个叶片弹簧，并且 所述刻划工具沿着预期的刻痕线被CNC机床驱动。使用测量装置以受控的方式对所述刻划 工具的刻划接触压力进行调节，所述测量装置基于所述平行摇杆自其中性位置的偏转而有 利地确定所述刻划接触压力。
[0007] 在本发明的范围内，切削工具是刻划工具的同义词。同样地，术语切削头和刻划头 同义地使用。玻璃、例如薄玻璃的切削应当理解为刻划和随后的分离。因此刻划是切削处理 的一部分。在本发明的范围内，刻划玻璃应当理解为表面区域的任何削弱，例如通过产生连 续的或不连续的切口。
[0008] 为了避免在所述刻划工具保持器中在所述刻划头处的另外的粘-滑现象，借助于 空气静力轴承中的耳轴，在耳轴的轴向方向上具有阻尼支撑分量并且具有用于所述刻划工 具的枢转移动的径向导引的情况下，将刻划工具的刻划元件安装在刻划工具壳体中。可以 以基本恒定的力将所述刻划工具放置在要刻划的薄玻璃上，并且可以沿着预期的刻痕线拉 动所述刻划工具。如果所述预期的刻痕线包括曲线，则空气静力轴承提供了低摩擦安装，而 没有当使用球轴承时的粘-滑现象，所述球轴承目前为止一般已经用于支撑带有现有技术 的切削头的切削工具的耳轴。此外，与现有技术的先前常规切削头相比较，所建议的刻划头 展示了更小的惯性力矩，并且可以为轻重量设计。
[0009] 本发明的第二方面涉及过程控制以及在对薄玻璃的刻划期间的处理。当预定的刻 划深度保持恒定时，确定根据刻划深度所导出的量是有用的。刻划深度与在拉动刻划工具 时平行摇杆偏转的程度有关，并且可以根据所测得的偏转来计算。如果在薄玻璃中会出现 不规律的刻划阻力，则借助于控制回路可以将干扰保持到很小，并且可以保持在刻划深度 的容差范围内。此外，刻划设备中的控制装置容许驱动不同的刻划深度，例如以便与薄玻璃 的更加中心区域相比，补偿在该薄玻璃的周围边缘附近的不同的刻痕和断裂行为。对于在 其二维纵向或横切延伸上具有不同厚度的薄玻璃而言，这也是正确的。
[0010] 本发明的第三方面涉及预刻划的薄玻璃的制造，所述预刻划的薄玻璃作为用于新 颖的小的薄玻璃板的半成品，将会发现所述新颖的小的薄玻璃板在消费电子器件的不同领 域的应用中有用。在刻划和断裂分离之后所获得的这样的小的薄玻璃板适合作为用于显示 装置、触摸面板、太阳能电池、半导体模块或LED光源的盖板玻璃(cover glass)。然而，小的 薄玻璃板还可以用作电容器、薄膜电池、柔性电路板、柔性0LED、柔性光伏模块或电子纸的 组成部分。可以根据预期应用领域具体选择薄玻璃的类型以在高表面质量的情况下满足耐 化学性、耐热震性、耐热性、气密性、高电气绝缘性、匹配的膨胀系数、柔韧性、高光学质量和 光传输的相关需求。薄玻璃在该薄玻璃的两个面上具有火抛光的表面，并且因此展示出非 常低的粗糙度。
[0011]如所提及的具有需求轮廓的薄玻璃具有350至650的范围中的努氏硬度HK。为了本 发明的目的，优选努氏硬度范围在550与650之间。但是努氏硬度也可以假定为650以上的 值。在较高的努氏硬度的情况下，较低的刻痕深度将足够用于沿着刻痕进行断裂，其在薄玻 璃材料被盘卷的情况下防止沿着刻痕的过早断裂是有利的。在实践中，刻划深度可以是薄 玻璃厚度的1/20至4/5、优选1/20至1/5,其中裂缝延伸到薄玻璃材料中，所述裂缝说明了刻 划深度。
[0012] 为了成功实现本文所呈现的刻划方法，薄玻璃的玻璃组成也负有责任。已经发现 以下类型的玻璃特别适合:锂铝硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃、碱金属铝硅酸盐玻 璃以及铝硅酸盐玻璃。
【附图说明】
[0013] 图1:现在将参考附图通过设备的示例性实施方式来描述本发明。单一图示意性地 示出了穿过CNC机床的刻划头的纵向剖视图。
【具体实施方式】
[0014] CNC机床的刻划头的主要部分包括刻划工具1、刻划驱动机构2、可驱动的馈送滑动 部3、平行摇杆4和测量装置5。刻划头与刻划工具1 一起在机床的工作台6上可沿着水平X和y 方向移位。可驱动的馈送滑动部3负责在z方向上对刻划工具1的调节，并且可以包括馈送驱 动部(未示出）和精确驱动部8。馈送驱动部用来将刻划工具1放置在工件上，即薄玻璃9上， 优选在不向薄玻璃9施加力的情况下放置。精确驱动部8提供刻划工具对薄玻璃9的刻划接 触压力。为了使精确驱动部8以受控方式完成这样的提供，提供了实际值/目标值控制器7。
[0015] 刻划工具1包括刻划工具壳体10、刻划工具保持器13以及刻划元件14,在刻划工具 壳体10内容纳有空气静力轴承11和12。通常，不限于此处示出的示例，轴承可以被配置为磁 轴承、空气静力轴承和/或机械轴承，而必须考虑适当的措施以减少摩擦力。可以将刻划元 件形成为烧结的钻石切削轮，但是硬金属切削轮和切削钻石也是有用的。刻划工具保持器 13包括安装在径向轴承12中的耳轴15和支撑在轴向轴承11上的活塞16。经由压缩空气导管 向空气静力轴承11、12供应压缩空气以便通过压缩空气腔中所生成的气垫实现对移动的必 要导引和自由度。将刻划元件14附接至刻划工具保持器13,其中刻划元件14的轴线与耳轴 15的轴线偏移，使得刻划元件14可以在薄玻璃9上沿着预期的刻划线被拉动，所述预期的刻 划线尾随在耳轴15的轴线的后面，如在位移方向上所见。
[0016] 刻划工具壳体10通过平行摇杆4附接至可驱动的馈送滑动部3,以便在z方向上跟 随其移动，直到将刻划元件14放置在薄玻璃9上。平行摇杆4为平行四边形，其包括两个或更 多个叶片弹簧40和夹持叶片弹簧40端部的夹持组件41和42。夹持组件41被固定至刻划工具 壳体10，而夹持组件42被固定至可驱动的馈送滑动部3。
[0017] 为了避免在薄玻璃9的表面上拉动刻划元件14时激发刻划工具1和平行摇杆4的系 统的谐振，对于平行摇杆4的配置而言有利地是选择具有不同陡峭特性的多个叶片弹簧40。 如果一个叶片弹簧发生了谐振，则该谐振会被其他叶片弹簧衰减并抑制。
[0018] 除了叶片弹簧的数目的变化之外，对于平行摇杆的配置而言还可以改变其厚度、 宽度、长度和材料。适合的材料包括金属、塑料、碳、Kevlar、石墨稀等等。
[0019] 为了进行刻划，将带有刻划元件14的刻划工具1尽可能无接触压力地放置在薄玻 璃9的顶部上。为此，可以通过提供一对平行止挡部来实现"替代下触（substitute touchdown)"，其中第一配合部(partner)具有与刻划元件下边缘的水平面对准的止挡表 面，而第二配合部具有与要刻划的薄玻璃上表面的水平面对准的止挡表面。随后，停用该对 平行止挡部，并且在第二步骤中薄玻璃9经受刻划接触压力。这借助于精确驱动部8来实现。 当自刻划工具1的下触位置开始时，可驱动的馈送滑动部3在z方向上进行向下移动，这是由 精确驱动部8导致的，并且刻划元件14刺入到薄玻璃9中，叶片弹簧40偏斜直到达到了所需 的刻划接触压力，而不涉及力生成体系中的任何摩擦力且因此在薄玻璃上产生刻划接触压 力时没有粘-滑现象。即使在薄玻璃表面拓扑稍微变化、工作台的表面拓扑稍微变化或机床 在x-y方向上的驱动的表面拓扑稍微变化的情况下，也将不会是这种情况。即使当在可变的 刻划接触压力的情况下进行驱动时，将也不存在摩擦力对相应刻划接触压力的调节的影 响。
[0020] 压电线性驱动器适合作为精确驱动部8。作为测量装置5的传感器，应变仪可以用 在叶片弹簧40之一上以确定平行摇杆4在刻划工具1下触到薄玻璃9上之后在z方向上的偏 转。由于平行摇杆4的叶片弹簧40的弹簧常数已知，因此可以基于平行摇杆4的偏转测量并 显示竖直刻划力分量。如所提及的，在没有摩擦力分量的情况下竖直刻划力分量可调节至 期望值，并且可以使用实际值/目标值控制器7来维持。
[0021] 因此，针对过程控制提供了控制回路，该控制回路包括测量装置5、