專利名稱：脆性材料的切割裝置及切割方法
技術領域：
本發明涉及一種脆性材料的切割裝置及切割方法，更具體地說，涉及沿著在脆性材料表面上設定的切割預定線移動切割刀而形成劃線(Scribe line)的脆性材料的切割裝置及切割方法。
背景技術：
以往，已知有將用于制造液晶顯示屏等的母玻璃，或在液晶顯示屏的制造工藝中將矩陣基板和彩色濾色片基板粘合在一起的狀態的液晶單元等脆性材料，沿著在其表面設定的規定的切割預定線進行切割的切割方法。作為這種脆性材料的切割裝置已知有如下裝置，即具備切入到脆性材料的表面而形成劃線的切割刀和用于移動該切割刀的移動機構，上述移動機構使上述切割刀沿著在上述脆性材料的表面上設定的切割預定線移動而形成劃線之后，使自該劃線的裂紋擴展從而切割脆性材料(專利文獻1)。此外，切割裝置已知還有如下的切割裝置，即在作為上述切割刀的大致圓盤狀的劃線刀輪的外周上等間距地形成突起，通過使該劃線刀輪沿著切割預定線進行旋轉，由上述突起予以打點沖擊的同時形成上述劃線(專利文獻2)。在先技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開平4-2241 號公報專利文獻2 日本特許第3074143號公報

發明內容
但是，通過上述專利文獻1的切割裝置進行切割的脆性材料，由于從所形成的劃線擴展的裂紋(稱為新的)僅達到板厚的一半左右，因此之后需要對脆性材料施加外力而沿著劃線進行切割，此時，發生在脆性材料的表面側及背面側上產生小碎片(碎屑)的問題。而且，如上述專利文獻1，當移動切割刀而形成劃線時，在脆性材料的表面上發生水平裂紋，因此存在降低切割的脆性材料的抗彎強度的問題。另外，根據上述專利文獻2的切割裝置，雖然能夠將從劃線擴展的裂紋加深，因此用較小的外力也能夠切割脆性材料，但是存在由于上述突起的打點沖擊，產生比專利文獻1 更大的水平裂紋，且產生大量碎屑的問題。鑒于這些問題，本發明提供的脆性材料的切割裝置及切割方法，能夠使從劃線擴展的裂紋加深，從而可抑制水平裂紋及碎屑的產生。S卩，技術方案1涉及的脆性材料的切割裝置，其具備切割刀，在脆性材料的表面上形成劃線；切割刀移動機構，使脆性材料與切割刀進行相對移動；上述切割刀移動機構使上述切割刀沿著在上述脆性材料的表面上設定的切割預定線移動而形成劃線，其特征在于，設置有凹坑形成機構，其沿著上述切割預定線在脆性材料的表面上形成多個凹坑 (Dimple)，而且，上述切割刀移動機構使切割刀沿著形成有上述凹坑的切割預定線進行相對移動。技術方案2涉及的脆性材料的切割裝置，其特征在于，在上述技術方案1的脆性材料的切割裝置中，上述凹坑形成機構具備發振機構，用于發振激光；聚焦機構，將通過該發振機構發振的激光進行聚焦；聚焦位置移動機構，使由上述聚焦機構聚焦的激光的聚焦位置移動；通過將激光聚焦在上述切割預定線的規定位置上來除去上述脆性材料表面的一部分，從而形成凹坑。另外，技術方案3涉及的脆性材料的切割方法，在脆性材料的表面上設定切割預定線，并使脆性材料和切割刀沿著該切割預定線進行相對移動，從而形成劃線，其特征在于，沿著上述切割預定線在脆性材料的表面上形成多個凹坑，之后沿著形成有多個該凹坑的切割預定線移動切割刀。技術方案4涉及的脆性材料的切割方法，其特征在于，在上述技術方案3記載的脆性材料的切割方法中，通過聚焦在上述切割預定線上的規定位置上的激光來除去上述脆性材料表面的一部分，從而形成凹坑。技術方案5涉及的脆性材料的切割方法，其特征在于，在上述技術方案4記載的脆性材料的切割方法中，通過斷續地照射上述激光的同時進行移動，從而沿著上述切割預定線以規定間隔形成多個凹坑。根據上述技術方案1的發明，由于沿著切割預定線預先以規定間隔形成凹坑，所以當沿著切割預定線相對移動脆性材料和切割刀時，切割刀經過凹坑時上下振動，從而能夠使從劃線擴展的裂紋加深。而且，通過沿著上述凹坑移動切割刀，可抑制水平裂紋的產生，從而能夠提高切割的脆性材料的抗彎強度。根據上述技術方案2的發明，由于通過照射激光來形成凹坑，所以可容易形成所需形狀的凹坑。根據上述技術方案3的發明，由于沿著切割預定線以規定間隔預先形成凹坑，所以當沿著切割預定線相對移動脆性材料和切割刀時，切割刀因凹坑上下振動，從而能夠使從劃線擴展的裂紋加深。而且，通過沿著上述凹坑移動切割刀，可抑制水平裂紋的產生，從而能夠提高切割的脆性材料的抗彎強度。根據上述技術方案4的發明，由于通過照射激光形成凹坑，因此形成凹坑時不產生碎屑。根據上述技術方案5的發明，由于沿著切割預定線以規定間隔形成多個凹坑，所以可使上述切割刀沿著該凹坑移動，從而可進行根據凹坑的切割刀的自定位。


圖1是本實施例涉及的切割裝置的側視圖。圖2是脆性材料的俯視圖。圖3是加工頭的擴大剖視圖。
圖4是用于說明切割方法的圖，(a)是側視圖，(b)是俯視圖。
附圖標記
1 脆性材料2 切割裝置
3 加工臺4 加工頭
12:凹坑形成部13 劃線形成部
31 切割刀D 凹坑
S 劃線Sp 切割預定線
L:激光
具體實施例方式下面說明圖示的實施例，圖1是切割脆性材料的切割裝置2的示意圖，圖2是進行切割的脆性材料1的俯視圖。上述圖2所示的脆性材料1是由TFT基板和彩色濾色片基板粘合在一起而成的液晶單元，切割成作為液晶顯示屏使用的3張屏幕部la、與該屏幕部Ia的圖示上方鄰接的端子部lb、以及與上述屏幕部Ia的下方鄰接的位置及與端子部Ib的上方鄰接的剩余材料部 Ic0在上述切割裝置2中，在上述屏幕部la、端子部lb、剩余材料部Ic的邊界部分設定切割預定線Sp，并沿著該切割預定線Sp形成劃線S來切割它們之后，從上述端子部Ib只剝離上述彩色濾色片基板，以便露出上述TFT基板。而且，在上述脆性材料1中的上述屏幕部la、端子部lb、剩余材料部Ic的各自四個拐角處分別設有定位標記ld，切割裝置2根據該定位標記Id設定脆性材料1的方向和切割預定線Sp。而且，除此之外，上述脆性材料1有單層的藍寶石基板、SiC基板、Si基板等，而且， 根據本實施例涉及的切割方法，特別適合切割厚度為0. 1 4mm左右的脆性材料1。上述切割裝置2具備加工臺3，載置脆性材料1 ；加工頭4，在脆性材料1上形成劃線S ；移動機構5，構成切割刀移動機構及聚焦移動機構，該切割刀移動機構使該加工頭4 在圖示左右方向的X方向上移動；第一、第二相機6、7，用于調節上述加工頭4的定位；通過控制機構8來控制這些機構。在上述加工臺3的表面上穿設有無數個未圖示的吸附孔，該吸附孔與未圖示的真空源及高壓氣體源連接。而且，通過上述吸附孔產生負壓來吸附保持脆性材料1，同時通過由吸附孔噴射高壓氣體來在劃線位置上切割脆性材料1。此外，加工臺3通過Y向驅動機構3a在圖示的縱深方向的Y方向上進行進退運動， 同時通過θ軸驅動機構北以上下方向的Z軸為中心旋轉，從而能夠變更被載置的脆性材料1的方向。上述加工頭4包括外殼11，通過上述移動機構5進行移動；凹坑形成部12，設在該外殼11的內部，并且在脆性材料1的表面上形成凹坑D ；劃線形成部13，在上述脆性材料 1的表面上形成劃線S。上述移動機構5由沿X方向架設在加工臺3上方的滾珠絲桿fe和用于驅動該滾珠絲桿fe的電機恥構成，通過滾珠絲桿fe的旋轉上述外殼11在X方上進行進退運動。
當形成劃線S時，上述凹坑形成部12位于在X方向上比上述劃線形成部13更前方。換言之，上述凹坑形成部12沿著切割預定線Sp形成凹坑D之后，上述劃線形成部 13經過凹坑D的同時形成劃線S。上述凹坑形成部12包括未圖示的激光發振器，發振激光L ；導光機構14，將激光 L進行導光；聚焦透鏡15，將被導光的激光L進行聚焦；焦點調節機構16，調節上述激光L 的焦點位置。上述激光發振器設在與上述加工臺3鄰接的位置，作為激勵UV激光的固體激光器，通過非線性光學晶體進行Q開關脈沖發振。上述導光機構14包括光導纖維21，將從上述激光發振器照射的激光L導光到加工頭4內；準直透鏡22，將從光導纖維21射出的激光L轉換成平行光；分色鏡23，使水平方向照射的激光L朝向脆性材料1的向下方反射。上述聚焦透鏡15將通過上述準直透鏡22轉換成平行的激光L以盡可能防止由于球面像差導致光斑直徑擴大的情況下進行聚焦，也就是消色差透鏡。而且，上述光導纖維21的射出側的端部、準直透鏡22、分色鏡23以及聚焦透鏡15 由構成上述焦點調節機構16的框架M —體地支撐。上述焦點調節機構16包括上述框架M ；第三相機25，固定在該框架M上；三個調節用千分卡頭26，將上述框架M可移動地保持在上述外殼11內；升降機構27，構成聚焦位置移動機構，并在Z方向上升降上述框架M。上述第三相機25拍攝凹坑D，該凹坑D由上述聚焦透鏡15通過上述分色鏡23在脆性材料1上聚焦的激光L形成。上述三個調節用千分卡頭沈可分別在X、Y、Z的各方向上精密地移動上述框架M， 并且可將通過上述聚焦透鏡15聚焦的激光L的照射位置合并在切割預定線Sp上。此外，上述升降裝置27可通過在Z方向上升降上述框架對，調節被上述聚焦透鏡 15聚焦在脆性材料1表面上的激光L的光斑直徑。也就是，用于移動通過上述聚焦透鏡15聚焦的激光L的聚焦位置的聚焦位置移動機構，由上述移動機構5和上述升降機構27構成，該上述移動機構5使包括該聚焦透鏡15 在內的加工頭4在X方向移動，該上述升降機構27用于調節激光L的光斑直徑。上述劃線形成部13包括大致圓盤狀的切割刀31 ；保持部件32，可旋轉地保持該切割刀31 ；氣缸33，對包括該保持部件32在內的切割刀31向下方施加壓力；測壓元件34， 用于測量以使切割刀31切入脆性材料1的載荷；升降機構35，用于在Z方向上升降上述切割刀31。如圖4所示，上述切割刀31具有圓盤狀，在外周上形成有截面V字型的齒部31a， 當加工頭4通過上述移動機構5在X方向上移動時，切入到脆性材料1表面的同時在X方向上旋轉，從而在脆性材料1的表面上形成上述劃線S。S卩，切割刀31具有與專利文獻1記載的切割刀大致相同的形狀，屬于現有的公知技術。上述保持材料32以Z軸為中心可旋轉地保持上述切割刀31，當加工頭4在X方向移動時，進行調節上述切割刀31的方向的自定位。
上述氣缸33對切割刀31施加始終向下的壓力，當上述切割刀31通過該氣缸33 切入到脆性材料1的表面時，由上述測壓元件34測量該載荷。而且，上述升降機構35包括框架35a，一體地保持上述切割刀31、保持部件32、 氣缸33、以及測壓元件34 ；滾珠絲桿35b，設在Z方向上；電機35c，用于旋轉該滾珠絲桿 35b ；隨著滾珠絲桿35b的旋轉，包括上述框架3 在內的切割刀31進行升降。上述第一、第二相機6、7以沿X方向排列的方式配置在與上述加工頭4鄰接的位置，并且分別通過移動機構6a、7a在X方向上移動，同時通過未圖示的Y方向移動機構及θ 軸驅動機構，可向Y方向微量移動并以視野中央為中心進行旋轉。此外，在第一、第二相機6、7的視野中心處設定有十字形的十字光標，當在該視野內拍攝到上述劃線S或脆性材料1的定位記號Id時，基于該十字光標，上述控制機構8進行加工頭4的定位調節或識別脆性材料的位置。說明使用具有上述結構的切割裝置2切割脆性材料1的方法。再有，在下面說明中以切割單層脆性材料時的過程進行說明。最初，由于上述加工頭4中的切割刀31存在制造誤差，因此每次更換切割刀31時進行定位調節。首先，在上述加工頭4的劃線形成部13上安裝新的切割刀31之后，在不由上述凹坑形成部12照射激光的情況下，使加工頭4在X方向移動，從而在所要的測試件表面上形成臨時劃線。之后，通過排列在X方向上的第一、第二相機6、7及設置在加工頭4內的第三相機 25拍攝上述臨時劃線，而且，上述控制機構8移動上述第一、第二相機6、7，以使設定在各相機的拍攝范圍中央的十字光標位于上述臨時劃線上，同時基于第三相機25的拍攝結果，調節在上述加工頭4中的凹坑形成部12的焦點調節機構16。接著，當在上述加工臺3上設置新的脆性材料1時，通過在加工臺3上表面形成的吸附孔供給負壓，以使脆性材料1吸附保持在加工臺3的上表面上。這樣設置脆性材料1之后，上述第一、第二相機6、7拍攝設在上述脆性材料1上的所需的定位標記ld，而控制機構8識別在第一、第二相機6、7的拍攝范圍內設定的十字光標和定位標記Id的傾斜度。當檢測出定位標記Id傾斜度時，控制機構8控制上述加工臺3的上述Y方向驅動機構3a及θ軸驅動機構北，使加工臺3移動及旋轉，從而使第一、第二相機6、7的十字光標和定位標記Id的傾斜度一致。由此，脆性材料1的切割預定線Sp以朝向X方向的狀態設置在加工臺3上，在該狀態下，通過在X方向移動加工頭4，可形成上述劃線S。換言之，通過上述動作在脆性材料 1上設定朝向X方向的切割預定線Sp。另外，當在加工臺3上設置上述脆性材料1時，上述加工頭4在圖1中的圖示左端的后退位置處待機，至少上述劃線形成部13的切割刀31通過上述移動機構5退避到比脆性材料1的端部更靠圖示左側的狀態。此外，切割刀31通過上述氣缸33及上述升降機構35位于比脆性材料1的表面更下方處，當在這種狀態下，上述移動機構5在X方向上移動加工頭4時，切割刀31被置于脆性材料1的表面上的同時克服氣缸33的施力而上升，隨后切割刀31切入到脆性材料1中的同時沿著上述切割預定線Sp進行旋轉。同時上述測壓元件34測量上述切割刀31在克服氣缸33的施力上升時的載荷，從而判斷上述切割刀31在脆性材料1中的切入量。再有，根據切割的脆性材料1，該切割刀31在脆性材料1中的切入量不同，由上述升降機構35調節的切割刀31的高度，預先登記在上述控制機構8中。然后，參照圖4的(a)、(b)所示的放大圖，說明形成劃線S的過程，當上述移動機構5在X方向移動加工頭4時，在上述凹坑形成部12中，上述激光發振器發振激光L，而激光L通過上述導光機構14導光之后，被上述聚焦透鏡15聚焦并照射在上述脆性材料1的表面上。激光L通過脈沖輻照加熱而去除脆性材料1的表面，從而在脆性材料1的表面上形成直徑為20 50 μ m、深度為5 10 μ m的凹坑D。而且，激光L隨著加工頭4的移動進行照射，沿著上述切割預定線Sp的線上以 20 100 μ m的間隔形成上述凹坑D。這樣沿著切割預定線Sp形成凹坑D之后，切割刀31經過凹坑D的同時在脆性材料1上形成劃線S，而裂紋從劃線S向板厚方向擴展。此時，切割刀31由于被上述氣缸33向下方施力，從而沿著凹坑D的形狀下降，之后切割刀31克服氣缸33的施力向脆性材料1的表面側上升。也就是，當將切割刀31沿著形成有上述凹坑D的切割預定線Sp移動時，切割刀31 將一邊上下振動一邊進行移動，其結果，裂紋從切割刀31切入位置向深處擴展。具體地說，通過本發明涉及的切割裝置2形成劃線S時，可確認到向形成的劃線S 的下方擴展的裂紋(新的)擴展到脆性材料1的板厚的約80%左右。此外，通過本發明涉及的切割裝置2形成劃線S時，可確認到由于切割刀31切入脆性材料1時沖擊較小，所以在脆性材料1的表面上幾乎不發生因該沖擊產生的水平裂紋。而且，當上述加工頭4移動到脆性材料1的圖示右端部從而在脆性材料1的表面上形成了劃線S時，上述升降機構35使切割刀31退避到脆性材料1的上方，而上述移動機構5再次使加工頭4移動到圖示左端部的退避位置。在加工臺3，停止對上述吸附孔供給的負壓，而供給不至于使脆性材料1浮起的程度的上述高壓氣體。由于在脆性材料1上形成有自劃線S較深的裂紋，因此僅通過該高壓氣體的供給就可分離脆性材料1。其結果，分離時在脆性材料1的背面上幾乎不產生碎屑，而且如上所述，在脆性材料的表面上也不會產生水平裂紋，因此在脆性材料的表面上幾乎不產生碎屑。再有，如圖4的(b)所示，由于沿著切割預定線Sp形成凹坑D，因此可進行防止上述切割刀31搖晃的自定位。也就是，即使上述切割刀31通過保持機構以Z軸為中心旋轉而搖晃，但切割刀31 經過凹坑D時要向該凹坑D的較深處移動。也就是，由于切割刀31要按照沿著切割預定線Sp的X方向排列的凹坑移動，因此可將切割刀31的搖晃控制在凹坑D的直徑范圍內。其次，根據上述實施例涉及的切割方法，進行了有關被切割的脆性材料1的抗彎強度的實驗如下。
首先，將根據上述方法切割的脆性材料1放置在兩根橫梁狀的支撐部件上，在該狀態下從上方向兩個支撐部件的大致中間位置施加載荷，以使脆性材料的下表面產生張力，然后測量了脆性材料被折彎時的載荷，作為抗彎強度。其結果，可確認到形成有上述劃線S的劃線面的抗彎強度最多為，該劃線面的背面也就是凈切割面的抗彎強度的90%左右。換言之，可確認到通過本實施例涉及的切割方法進行切割的脆性材料1的抗彎強度大。其原因可認為是，由于通過上述實施例涉及的切割方法切割脆性材料1時，在脆性材料1的表面上幾乎不產生水平裂紋，即使上述張力作用于劃線面上，裂紋不會從水平裂紋擴展，從而可獲得與不產生水平裂紋的凈切割面同級別的較高的抗彎強度。針對這種本發明涉及的切割方法，當使用不形成凹坑D且在外周沒有形成凹凸的專利文獻1記載的切割刀形成劃線S時，上述裂紋只擴展到脆性材料板厚的約50%左右。在這種情況下，需要另外的裝置來切割脆性材料，而且由于切割時從脆性材料的表面及背面飛散碎屑，所以存在再次損傷脆性材料1或去除該碎屑較麻煩等的問題。此外，由于形成劃線時在脆性材料的表面上形成水平裂紋，所以存在降低劃線面的抗彎強度的問題。其次，根據專利文獻2涉及的切割方法，即在外周形成有突起的切割刀形成劃線S 的方法，能夠將裂紋擴展到脆性材料1的板厚的約80%左右，從而能夠容易地切割脆性材料1。但是，由于在脆性材料的表面上形成比所述專利文獻1的情況更大的水平裂紋， 因此存在進一步降低脆性材料1的抗彎強度的問題。認為這是當形成在上述切割刀31外周的突起切入脆性材料1中時，由于打點沖擊在脆性材料1上形成上述水平裂紋而所致。而且，通過上述突起的打點沖擊結果，在脆性材料1的表面上產生大量的碎屑，雖然用較小的力容易切割脆性材料1，但存在比專利文獻1產生更多碎屑的問題。再有，在本實施例的劃線形成部13中，雖然通過旋轉大致圓盤狀的切割刀31來形成了劃線S，但也可以使用其它方法形成劃線S。例如，可使用前端形成為四角錘狀的所謂點劃線機。進一步，在本實施例中，雖然上述加工頭4內一體地設有凹坑形成部12和劃線形成部13，但它們也可以設在不同的加工頭內，并分別通過各自的移動機構進行移動。通過這樣的結構，例如在不具備凹坑形成部12的專利文獻1結構的切割裝置上設置上述凹坑形成部12，即可通過本發明涉及的切割方法進行脆性材料的切割。
權利要求
1.一種脆性材料的切割裝置，其具備切割刀，在脆性材料的表面上形成劃線；切割刀移動機構，使脆性材料與切割刀進行相對移動；上述切割刀移動機構使上述切割刀沿著在上述脆性材料的表面上設定的切割預定線移動，從而形成劃線，其特征在于，設置有凹坑形成機構，其沿著上述切割預定線在脆性材料的表面上形成多個凹坑，上述切割刀移動機構使切割刀沿著形成有上述凹坑的切割預定線進行相對移動。
2.根據權利要求1所述的脆性材料的切割裝置，其特征在于，上述凹坑形成機構具備發振機構，用于發振激光；聚焦機構，對通過該發振機構發振的激光進行聚焦；聚焦位置移動機構，使由上述聚焦機構聚焦的激光的聚焦位置移動；通過將激光聚焦在上述切割預定線上的規定位置來除去上述脆性材料表面的一部分， 從而形成凹坑。
3.一種脆性材料的切割方法，在脆性材料的表面上設定切割預定線，并使脆性材料和切割刀沿著該切割預定線進行相對移動，從而形成劃線，其特征在于，沿著上述切割預定線在脆性材料的表面上形成多個凹坑，之后沿著形成有多個該凹坑的切割預定線移動切割刀。
4.根據權利要求3所述的脆性材料的切割方法，其特征在于，通過聚焦在上述切割預定線上的規定位置的激光來除去上述脆性材料表面的一部分， 從而形成凹坑。
5.根據權利要求4所述的脆性材料的切割方法，其特征在于，通過斷續地照射上述激光的同時進行移動，從而沿著上述切割預定線以規定間隔形成多個凹坑。
全文摘要
本發明涉及一種脆性材料的切割裝置及切割方法，該裝置具備凹坑形成機構，沿著切割預定線(Sp)在脆性材料(1)的表面上形成多個凹坑(D)；切割刀(31)，在脆性材料(1)的表面上形成劃線(S)；沿著切割預定線(Sp)在脆性材料(1)的表面上形成多個凹坑(D)，之后沿著形成有該凹坑(D)的切割預定線(Sp)相對移動脆性材料(1)和切割刀(31)，從而在脆性材料(1)的表面上形成劃線(S)。根據本發明，可抑制碎屑和水平裂紋的產生，同時能夠使從劃線(S)的裂紋向深處擴展。
文檔編號B28D1/22GK102343629SQ20111020880
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月25日 優先權日2010年7月26日
發明者北岡猛, 小關良治 申請人:株式會社北岡鐵工所, 澁谷工業株式會社