专利名称：脆性材料基板切割方法
技术领域：
本发明涉及 一 种脆性材料基板切割方法，特别是 一 种激光 切割脆性材料基板的切割方法。
背景技术：
随着技术的不断发展，液晶显示装置(TFT-LCD)由于其自 身的特性已广泛的应用于消费领域内。液晶显示装置通常由两 块玻璃基板、收容于两块玻璃基板内的液晶及若干电路组成。 液晶可以在电场的影响下改变排列方式来进4亍完成显示动作。 为了形成不同尺寸的液晶显示面板，通常需要对较大的液晶显 示面板进行切割以满足不同的需求。
采用激光切割玻璃基板的过程中，大都以刀轮、钻石刀或 气体激光先行在玻璃基板表面产生预切割线，随即以激光束加 热基板表面，再以冷却液冷却基板表面。完成上述过程后，玻 璃基板会因急剧产生的温度差而产生应力的变化，使先前由刀 轮、钻石刀或气体激光在玻璃基板表面所产生的预切割线产生 裂紋并向下成长，进而贯穿整个基板断面使其完全开裂。
然而，在此激光切割玻璃基板的方法中，刀轮或钻石刀在
玻璃基板表面形成预切割线时会在玻璃基板上产生中央裂痕 (Median Crack)、 径向裂痕(Radial Crack)及横向裂痕(Lateral Crack)， 上述各种裂痕通常被称为一次微裂痕(First Micro-Chipping),其可能会造成材料表面的损伤，采用气体激 光在玻璃基板表面形成预切割线时也会出现同样的问题。另外， 根据脆性材料的破坏力学理论(Griffith，s law):
a f=klc/(Y*C)1/2
其中，CJf为材料的破坏强度；kie为材料的破裂韧性，是材料的
一种本质特性；Y为常数，与裂痕的几何形状有关，当裂痕为椭
圆时，Y=tt; C为裂痕尺寸大小。
由于刀轮或钻石刀切割时产生一次微裂痕，使得C值很大， 又因为材料的破坏强度变小则玻璃基板的强度随之下降，这样 就很容易使玻璃基板受到严重的损伤，影响玻璃基板的品质。 随着玻璃基板厚度越来越薄，切割时所产生的裂痕就更加容易 产生。可见，上述激光切割方法会对玻璃基板产生较大损伤， 进而影响到产品良率。
有鉴于此，有必要提供 一 种脆性材料基板的切割方法以克 服上述不利情况的发生。
发明内容
以下将以实施例说明 一 种脆性材料基板切割方法。 该脆性材料基板切割方法包括以下步骤提供 一 个脆性材 料基板；利用第 一激光束在该脆性材料基板表面形成预切割线， 该第 一 激光束是由固态激光器产生的；利用第二激光束沿着预 切割线加热该脆性材料基板；沿着预切割线喷射冷却流体在脆 性材料基板表面以使该脆性材料基板沿预切割线开裂。
与现有技术相比，所述脆性材料基板切割方法利用固态激 光器产生的激光束在脆性材料基板上形成预切割线，其可避免 利用传统刀轮或钻石刀，甚至气体激光束来形成预切割线所产 生微裂痕的缺陷，进而可保证切割品质，提高产品良率。
图1是本发明实施例对脆性材料基板进行切割的状态示意图。
图2是图i中沿剖线n-n的局部剖示图。
图3是本发明实施例对脆性材料基板进行切割过程中脆性 材料基板的状态俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进 一 步详细i兌明。
请参考图1 ，本发明实施例提供的脆性材料基板切割方法，
其包括以下步骤
(1) 提供一个脆性材料基板20,该脆性材料基板20可以为玻 璃基板、陶瓷基板、石英基板、硅晶片(Silicon Wafer)等。
(2) 利用由固态激光器210产生的第 一激光束240在该脆性 材料基板20表面形成预切割线(Pre-crack)23。具体步骤如下所 述
将待加工的脆性材料基板20放置在承载台(图未示)上；由 固态激光器210产生的第 一激光束240经过第 一反射镜220后被 导引至第 一聚焦镜组230，第 一聚焦镜组230将第 一激光束240 的能量聚集在脆性材料基板20的表面，进而将脆性材料基板20 表面的材料汽化以在其上沿着切割方向B形成预切割线23 。在 此，固态激光器210产生的第 一激光束240和气体激光束相比， 更容易控制形成预切割线的方向，使得预切割线具有较佳的直 线度。可以理解的是，根据实际需要由固态激光器210产生的 第 一激光束240可以直接投射在脆性材料基板20的表面，进而在 其上形成预切割线23;而无需利用第 一反射镜220和第 一 聚焦 镜组230。
为了使聚集在脆性材料基板20表面上的第 一激光束240具 有较高的能量密度，该第 一 激光束240在该脆性材料基板20表面 上形成的光斑2 1直径应小于1毫米(mm)。
该第 一激光束240的波长优选355 ~1064纳米(nm)，可以理 解的是，第 一 激光束240的波长小于355nm同样适用于本发明实 施例。
请参考图2 ，在本实施例中，所述预切割线23为一 V形沟槽， 该预切割线23的深度h通常大于脆性材料基板20厚度H的十分 之一。该预切割线23的宽度d通常小于0.02mm。
(3) 利用第二激光束280沿着预切割线23加热该脆性材料基 板20。具体步骤如下所述
请再参考图1 ，由气体激光器250产生的第二激光束280经过 第二反射镜260后被导引至第二聚焦镜组270,第二聚焦镜组 270将第二激光束280的能量聚集在脆性材料基板20的表面的 所述预切割线23位置，使脆性材料基板20受热膨胀而在脆性材 料基板20内部产生压应力。可以理解的是，根据实际需要由气 体激光器250产生的第二激光束280可以直接投射在预切割线23 上，从而使脆性材料基板20受热膨胀而在脆性材料基板20内部 产生压应力，而无需利用第二反射镜260和第二聚焦镜组270。
第二激光束280的选择与脆性材料基板20的吸收波长相对 应。其中，该气体激光器250可为二氧化碳激光器、 一氧化碳激 光器、氮分子激光器、惰性气体激光器等。在本实施例中，该 气体激光器250为二氧化碳激光器，该二氧化碳激光器所产生的 第二激光束280的波长优选为10.6微米。
请一并参考图1与图3，该第二激光束280在该脆性材料基 板20表面预切割线23位置形成的光斑22为椭圆形。第二聚焦镜 组270中采用有双折射晶体，利用该双折射晶体长轴和短轴不 同的折射率以形成椭圓形光斑22 。在此，可以理解的是，在第 二聚焦镜组270中采用绕射元件等其他元件也可以形成椭圓形 光斑22。该椭圓形光斑22的长轴(b)与预切割线23的延伸方向一 致，椭圆形光斑22的短轴(a)垂直于预切割线23的延伸方向，该 椭圓形光斑22的长短轴比应大于1 0 ,即光斑长轴(b)与光斑的短 轴(a)满足关系b/a〉10。该第二激光束280在脆性材料基板20 上的行进路径与上述预切割线23的延伸路径 一 致。
(4)将冷却流体沿着预切割线23喷射在脆性材料基板20 ，以 使脆性材料基板20沿预切割线23开裂。
请再参考图1 ，在第二激光束280沿基板20的预切割线23对 其进行加热后，冷却系统290将冷却流体(图未示)沿着加热的预 切割线23延伸方向急速以雾状喷在脆性材料基板20上，冷却流 体使脆性材料基板20表面的温度急速下降，脆性材料基板20内 部因温度急剧变化发生收缩而产生张应力。此时，脆性材料基
板20因在短时间内局部发生急剧应力变化，而使得脆性材料基 板20会沿着预切割线产生裂紋，裂紋在切割面成长使得脆性材 料基板20完全开裂，从而完成对脆性材料基板20的切割。
请 一 并参照图3 ，为了达到急速冷却的效应，该冷却流体 到达该脆性材料基板20表面的位置与第二激光束280投射在预 切割线23上的光斑22中心的距离L优选为小于50mm。
冷却系统290中的冷却流体可以是气体、液体或其混合物。 所述气体为空气、氦气、氮气、二氧化碳或其混合物。所述液 体为纯水、酒精、丙酮、异丙醇、液态氮、液态氦、冷却油或 其混合物。
在本发明实施例中，使用由固态激光器210产生的第一激 光束240可在脆性材料基板20表面形成均勻性良好且直线度高 的预切割线23，该预切割线23可为V形凹槽，对第二激光束280 有很好的导引作用，且可有效的抑制 一 次微裂痕的产生，从而 可以保证整个切割过程具有良好的切割品质。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。 故，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要 求保护的范围之内。
权利要求
1. 一种脆性材料基板切割方法，其特征在于包括以下步骤 提供一个脆性材料基板；利用第一激光束在该脆性材料基板表面形成预切割线，该第一激光束是由固态激光器产生的；利用第二激光束沿着预切割线加热该脆性材料基板；沿着预切割线喷射冷却流体在脆性材料基板表面以使该脆性材料基板沿预切割线开裂。
2. 如权利要求1所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 该脆性材料基板为玻璃、陶瓷、石英或硅晶片。
3. 如权利要求1所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 该第一激光束的波长范围为355~1064纳米。
4. 如权利要求1所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 该第 一激光束在该脆性材料基板表面上形成的光斑的直径 小于1毫米。
5. 如权利要求1所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 该预切割线的深度大于该脆性材料基板厚度的十分之一。
6. 如权利要求1所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 该预切割线的宽度小于0.02毫米。
7. 如权利要求1所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 该第二激光束是由气体激光器产生的。
8. 如权利要求1所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 该第二激光束在该脆性材料基板表面预切割线位置形成的 光斑为椭圆形，该光斑的长轴与短轴分别平行及垂直于预切 割线的延伸方向。
9. 如权利要求8所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 该椭圆形光斑的长短轴比大于10。
10. 如权利要求8所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 该冷却流体到达该脆性材料基板表面的位置与椭圓形光斑中 心的距离小于50亳米。
11. 如权利要求1所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 该冷却流体为气体、液体或其混合物。
12. 如权利要求11所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 所述气体为空气、氦气、氮气、二氧化碳或其混合物。
13. 如权利要求11所述的脆性材料基板切割方法，其特征在于 所述液体为纯水、酒精、丙酮、异丙醇、液态氮、液态氦、 冷却油或其混合物。
全文摘要
本发明涉及一种脆性材料基板切割方法。该脆性材料基板切割方法包括以下步骤提供一个脆性材料基板；利用第一激光束在该脆性材料基板表面形成预切割线，该第一激光束是由固态激光器产生的；利用第二激光束沿着预切割线加热该脆性材料基板；沿着预切割线喷射冷却流体在脆性材料基板表面以使该脆性材料基板沿预切割线开裂。
文档编号B23K26/42GK101121220SQ20061006207
公开日2008年2月13日 申请日期2006年8月11日 优先权日2006年8月11日
发明者傅承祖, 方瑞文, 许宗富, 郭访璇, 陈献堂, 黄俊凯 申请人:富士迈半导体精密工业(上海)有限公司;沛鑫半导体工业股份有限公司