專利名稱：折斷脆性基材的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種折斷脆性材料基材的方法，該方法包括以下步驟提供脆性材料的基材，用激光束加熱基材從而在基材上形成熱斑，使激光束與基材彼此相對運動從而在基材上形成熱斑線，通過局部施加冷卻介質(zhì)來冷卻基材上的熱斑，因此熱斑線中的微裂紋擴散，通過向基材上施加力而沿微裂紋線折斷基材。
許多由脆性非金屬材料，例如玻璃和半導(dǎo)體晶片材料制造的產(chǎn)品是通過將塊、片、晶片或板分離成許多具有所需尺寸的較小塊而形成的。
US 6,252,197公開了一種通過在基材中形成微裂紋，并在控制下使該微裂紋擴散而用物理方法分離易碎基材的方法。初始的機械或激光劃線設(shè)備在基材中形成微裂紋。將激光束沿分離線施加到基材上。含加壓氣體和水的混合物的冷卻劑流與激光束的尾端(trailing edge)相交。基材的受熱區(qū)與冷卻劑流之間的溫差使微裂紋擴散。通過施加機械載荷，隨后沿分離線將基材折斷成較小的塊，例如，其可以經(jīng)受進一步處理從而制造顯示設(shè)備。
與此方法相關(guān)的一個問題是，進一步打開引發(fā)的表面裂紋所需的機械載荷隨時間增加，即引發(fā)微裂紋的時刻與最終將基材折斷成較小塊之間的時間越長，機械載荷就越高。這是不希望的，因為在工廠中，在用激光束處理基材后常常不能立即就折斷它們。在那種情況下，隨后折斷基材導(dǎo)致邊緣損壞和低的產(chǎn)品產(chǎn)率。
本發(fā)明的一個目的是提供一種折斷方法，其中在引發(fā)微裂紋之后，斷裂載荷隨時間保持恒定。為此，根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于冷卻介質(zhì)含表面活性劑水溶液。本發(fā)明人已經(jīng)認識到，常規(guī)方法中斷裂載荷的提高是由于微裂紋封閉或甚至合攏。然而，如果冷卻介質(zhì)含表面活性劑水溶液，則該表面活性劑將與微裂紋內(nèi)斷開的硅氧烷鍵連接。斷開硅氧烷鍵的重組和合攏將不會發(fā)生，所需的斷裂載荷將隨時間保持恒定。而且，表面活性劑將改變(即，降低)裂紋的表面能。因此，裂紋將保持打開，并且打開裂紋所需的載荷將降低。
從屬權(quán)利要求描述了本發(fā)明的有利實施方案。
由下文中描述的實施方案，本發(fā)明的這些及其它目的將變得明顯，并且參考這些實施方案說明本發(fā)明的這些及其它目的。
在圖中

圖1是從使用本發(fā)明方法的裝置的上方看的示意圖，和圖2說明了各種冷卻介質(zhì)和不同消逝時間的載荷測量結(jié)果。
這些圖沒有按比例描繪。在圖中，相同的參考數(shù)字通常指相同的部分。
圖1是從使用本發(fā)明方法的裝置的上方看的示意圖。使激光束的點3聚焦在脆性材料，例如玻璃、晶體二氧化硅、陶瓷或它們的組合物的基材1上。激光點3中所含的能量造成基材的局部加熱。來自激光點3附近的噴嘴4(在大多數(shù)情況下，位于激光點后)的冷卻介質(zhì)冷卻該熱斑。此急速的溫差造成熱震，并造成已存在的微裂紋擴散。
使基材按箭頭所示方向相對于激光光點運動。同樣，激光束可以按與箭頭相反的方向相對于基材運動。相對運動的結(jié)果是，微裂紋沿分離線2擴散。
然后，可以通過向基材施加機械載荷力，以常規(guī)的方式沿分離線2折斷基材1。
已經(jīng)觀察到，折斷基材所需的機械載荷取決于形成微裂紋與施加機械載荷的時刻之間的時間量。圖2說明了各種冷卻介質(zhì)和不同消逝時間的載荷測量結(jié)果。數(shù)據(jù)配有表示測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分布的線條。顯示了在下列情況下，折斷基材所需的機械載荷(牛頓)-作為冷卻介質(zhì)的空氣和乙醇的噴射混合物，30；-通過空氣和水的噴射混合物冷卻，并且隨后立即折斷，40；-通過空氣和水的噴射混合物冷卻，并且在12小時后折斷，50；-通過空氣和含0.1重量％表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)的水溶液的噴射混合物冷卻，并且隨后立即折斷，60；-通過空氣和含0.1重量％表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)的水溶液的噴射混合物冷卻，并在15小時之后折斷，70。
為了對比，還表示了常規(guī)機械劃線方法用的機械載荷，20。
根據(jù)圖2中所示的數(shù)據(jù)，可以推斷，如果使用CTAB，則機械載荷降低了幾乎2倍，并且如果在15小時之后發(fā)生折斷，則保持該降低。當(dāng)進一步處理玻璃板，并用它們制造LCD板時，獲得良好的處理產(chǎn)率。
CTAB是屬于陽離子表面活性劑類的化合物，即表面活化劑，諸如降低液體表面張力的洗滌劑這樣的物質(zhì)。用分別屬于非離子表面活性劑類和陰離子表面活性劑類的化合物如十八烷基十(環(huán)氧乙烷)(ethyleenoxide)氫氧化物或十二烷基苯磺酸鈉鹽也獲得良好的結(jié)果。所有化合物都具有與微裂紋內(nèi)斷開的硅氧烷鍵(“懸空鍵(danglingbond)”)結(jié)合的能力。
當(dāng)這些化合物在水溶液中存在0.01-1重量％時，獲得良好的結(jié)果。
總之，本發(fā)明涉及一種折斷脆性材料基材的方法，該方法包括以下步驟提供脆性材料的基材1，用激光束3加熱該基材，并在該基材上形成熱斑，使激光束與該基材彼此相對運動，從而在基材2上形成熱斑線，通過在熱斑后局部施加冷卻介質(zhì)4來冷卻該基材上的熱斑，因此微裂紋在熱斑線中擴散，通過在該基材上施加機械力而沿擴散的微裂紋線折斷該基材，其中冷卻介質(zhì)含表面活性劑水溶液。
應(yīng)該指出的是，上述實施方案說明而非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠設(shè)計許多其它實施方案而不背離附加的權(quán)利要求的范圍。在權(quán)利要求書中，不應(yīng)將放入括號內(nèi)的任何參考符號理解為限制該權(quán)利要求。詞語“含”不排除存在除權(quán)利要求中所列的要素或步驟以外的要素或步驟。成分前面的詞語“一”不排除存在許多這樣的成分。
權(quán)利要求
1.一種折斷脆性材料基材的方法，該方法包括以下步驟-提供脆性材料基材，-用激光束加熱該基材，從而在該基材上形成熱斑，-使激光束與該基材彼此相對運動，從而在該基材上形成熱斑線，-通過局部施加冷卻介質(zhì)來冷卻該基材上的熱斑，從而使熱斑線中的微裂紋擴散，和-通過在該基材上施加力而沿擴散的微裂紋線折斷該基材其中，該冷卻介質(zhì)含表面活性劑水溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的折斷脆性材料基材的方法，其中該冷卻介質(zhì)還含與表面活性劑水溶液混合的空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的折斷脆性材料基材的方法，其中該表面活性劑的濃度為0.01-1重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的折斷脆性材料基材的方法，其中該表面活性劑水溶液包含陽離子表面活性劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的折斷脆性材料基材的方法，其中該陽離子表面活性劑包含十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)
6.根據(jù)權(quán)利要求1的折斷脆性材料基材的方法，其中該表面活性劑水溶液包含非離子表面活性劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的折斷脆性材料基材的方法，其中該非離子表面活性劑包含十八烷基十(環(huán)氧乙烷)氫氧化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的折斷脆性材料基材的方法，其中該表面活性劑水溶液包含陰離子表面活性劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的折斷脆性材料基材的方法，其中該陰離子表面活性劑包含十二烷基苯磺酸鈉鹽。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的折斷脆性材料基材的方法，其中該脆性材料包括玻璃、晶體二氧化硅、陶瓷或它們的組合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種折斷脆性材料基材的方法，該方法包括以下步驟提供脆性材料的基材(1)，用激光束(3)加熱該基材，從而在該基材上形成熱斑，使激光束與基材彼此相對運動，從而在基材(2)上形成熱斑線，通過在熱斑后局部施加冷卻介質(zhì)(4)來冷卻該基材上的熱斑，從而微裂紋在熱斑線中擴散，并通過在該基材上施加機械力而沿擴散的微裂紋線折斷該基材，其中冷卻介質(zhì)含表面活性劑水溶液。表面活性劑將與表面微裂紋內(nèi)斷開的硅氧烷鍵連接。于是，斷開硅氧烷鍵的重組和合攏將不會出現(xiàn)，所需的斷裂載荷將隨時間保持恒定。
文檔編號B28D5/00GK1675021SQ03819639
公開日2005年9月28日 申請日期2003年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月21日
發(fā)明者R·H·比澤索維斯基, A·R·巴肯內(nèi)德, R·G·A·范阿格霍文, P·H·M·蒂姆梅曼斯, N·P·維拉爾德 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司