專利名稱：劃線形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于形成線性劃線的劃線形成設(shè)備和劃線形成方 法，所迷線性劃線用于分割脆性襯底如被包含于液晶顯示器件等中的 玻璃襯底.
背景技術(shù)：
液晶顯示器可適用于小尺寸信息終端器件和投影器件，并且由于 個(gè)人計(jì)算機(jī)市場伴隨著信息處理技術(shù)的快速發(fā)展而膨脹，液晶顯示器 在寬范圍領(lǐng)域中有需求.液晶顯示器件的未來發(fā)展已經(jīng)引起人們的注 意.
特別是，對于用于個(gè)人計(jì)算機(jī)和電視機(jī)的液晶顯示器，使顯示屏 更大、清晰度更高以及重量更輕的需求日益增加.人們還進(jìn)行了研制 使其具有更大和更薄的玻璃襯底，以便滿足這些增加的需求.隨著玻 璃襯底的尺寸變得更大和更薄，需要一種高水平襯底分割技術(shù)以高精 度將玻璃襯底分割成所希望的尺寸，
通過執(zhí)行在玻璃村底的表面上形成在所希望的分割方向上延伸的 線性劃線的劃線步驟以及執(zhí)行通過沿著形成在玻璃襯底表面上的劃線 施加彎曲力矩而沿著劃線分割玻璃襯底的折斷步驟，可以將脆性襯底 如玻璃村底分割成多個(gè)部分，
在玻璃襯底上形成劃線的劃線步驟中，如果作為具有垂直裂紋的 線的劃線可以很深地形成到玻璃襯底中并垂直于玻璃襯底的表面，那 么當(dāng)在后來將要執(zhí)行的折斷步驟中將村底沿著劃線分割成多個(gè)部分
時(shí)，可以提高精度等級；因此，使垂直裂紋^f艮深是非常重要的.
例如，使用在日本未審實(shí)用新型申請公報(bào)No. 59-88429中公開的手動(dòng)切割器，通過利用壓力在玻璃襯底的表面上滾動(dòng)固定在切割器的 尖端上的齒輪尖端，可以在脆性材料村底的表面上形成劃線.此外，
還可以使用在日本未審專利申請公報(bào)No. 55-116635中公開的設(shè)備，該 設(shè)備用于在多個(gè)朧性材料襯底的表面上連續(xù)地和自動(dòng)地形成大量劃 線.
通過用金剛石尖切割玻璃襯底的表面而形成劃線的方法不適用于 在用在液晶顯示器件中的玻璃襯底上形成劃線，因?yàn)樵谟媒饎偸馇?割玻璃村底的工藝中也產(chǎn)生了碎玻璃(玻璃屑).
此外，根據(jù)其中可旋轉(zhuǎn)固定的齒輪尖端利用壓力在玻璃襯底的表 面上滾動(dòng)的方法，通過使用升降機(jī)構(gòu)如氣缸相對于襯底的表面對齒輪 尖端加壓而產(chǎn)生垂直裂故.
然而，通過使用升降機(jī)構(gòu)的這種加壓方法不可能很容易地在玻璃 村底表面中形成具有足夠深度的垂直裂紋，除非由升降機(jī)構(gòu)施加的壓 力很大。另一方面，在施加的壓力很大的情況下，當(dāng)使齒輪尖端運(yùn)行 到玻璃村底的邊緣上時(shí)，存在可能損壞玻璃襯底的邊緣的可能性；例 如，可能碎裂.除此之外，在施加的壓力很大的情況下，存在其他問 題的可能性；例如，在將玻璃襯底分割成多個(gè)部分時(shí)，可能在玻璃村 底的平面部分中在不希望的方向上產(chǎn)生裂故(水平裂紋)，并且這種 裂紋可能引起分割面或包括分割面的玻璃襯底的邊緣部分的碎裂.此 外，利用這種方法，還可能在劃線工藝中產(chǎn)生玻璃屑.
另外，在玻璃襯底具有"翹曲"的情況下，另一問題是齒輪尖端 不能跟隨在襯底表面上由該"勉曲"產(chǎn)生的粗糙度，因此不可能在玻 璃襯底的表面中獲得合適的垂直裂故.
為了解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種劃線形成設(shè)備和劃線形 成方法，通過本發(fā)明，可以在玻璃襯底中產(chǎn)生具有足夠深度的垂直裂 紋，而不會(huì)引起如玻璃襯底的邊緣碎裂等問題.

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上迷問趙，本發(fā)明提供一種劃線形成設(shè)備，包括垂直 裂紋形成部件，在其尖端具有刀刃，并通過利用壓力將刀刃擠壓在脆 性襯底的表面上而用于形成作為劃線的起點(diǎn)的垂直裂紋；撞擊力施加 裝置，用于給垂直裂紋形成部件施加突然的撞擊力，以便在脆性襯底中在所希望的位置上產(chǎn)生具有預(yù)定深度的垂直裂紋；加熱裝置，用于 形成具有比脆性襯底的軟化點(diǎn)低的溫度的區(qū)域；用于冷卻脆性襯底的 冷卻裝置；設(shè)置移動(dòng)裝置，用于設(shè)置加熱裝置、垂直裂紋形成部件、 撞擊力施加裝置和冷卻裝置，使它們定位成相對于脆性村底以預(yù)定間 隔沿著預(yù)先設(shè)置在脆性襯底表面上的設(shè)計(jì)劃線移動(dòng)；和控制撞擊力施 加裝置的驅(qū)動(dòng)的控制單元.
優(yōu)選具有如下設(shè)置其中控制單元控制垂直裂紋形成部件和設(shè)置 移動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)，使刀刃移動(dòng)，同時(shí)通過負(fù)栽保持與脆性襯底的表面 接觸，所述負(fù)栽不會(huì)使刀刃損傷脆性襯底的表面，并且當(dāng)?shù)度形挥诖?性襯底的邊緣附近和刀刃經(jīng)過先前形成的劃線的通過點(diǎn)附近時(shí)，控制 單元控制撞擊力施加裝置的驅(qū)動(dòng)，以便在脆性襯底中產(chǎn)生具有預(yù)定深 度的垂直裂紋.
還優(yōu)選具有如下設(shè)置其中加熱裝置包括伺服機(jī)構(gòu)，該伺服機(jī)構(gòu) 從在脆性襯底上移動(dòng)的垂直裂紋形成部件的上下移動(dòng)中檢測脆性襯底 的表面的高度的變化，并根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)節(jié)從激光束振蕩器照射的激 光束的焦點(diǎn).
優(yōu)選具有以下設(shè)置其中冷卻裝置由設(shè)置移動(dòng)裝置來設(shè)置，以便 與在脆性襯底上移動(dòng)的垂直裂紋形成部件的上下移動(dòng)時(shí)一起上下移動(dòng).
優(yōu)選具有以下設(shè)置其中設(shè)置移動(dòng)裝置從設(shè)計(jì)劃線的前側(cè)按照垂 直裂紋形成部件、加熱裝置和冷卻裝置的位置順序設(shè)置該三個(gè)裝置， 或者從設(shè)計(jì)劃線的前側(cè)按照加熱裝置、垂直裂紋形成部件和冷卻裝置 的位置順序設(shè)置該三個(gè)裝置.
優(yōu)選具有如下設(shè)置其中設(shè)置移動(dòng)裝置設(shè)置垂直裂紋形成部件、 加熱裝置和冷卻裝置，使它們能改變彼此相對的位置.
冷卻裝置可以是用于釋放冷卻媒體的冷卻噴嘴.
冷卻裝置可包括調(diào)節(jié)冷卻裝置設(shè)置的高度的伺服機(jī)構(gòu).
垂直裂紋形成部件可以是玻璃切割器，它包括用做刀刃的齒輪尖 端并可旋轉(zhuǎn)地支撐齒輪尖端.
加熱裝置可以是照射預(yù)定激光束的激光束振蕩器.
撞擊力施加裝置可以是通過接通或切斷施加于螺線管的電力而產(chǎn) 生運(yùn)動(dòng)慣量的電樞，所述運(yùn)動(dòng)慣量用于將刀刃擠壓于脆性襯底的表面上。
劃線形成設(shè)備還可包括用于檢測脆性襯底表面的高度變化的激光 器位移計(jì)和接觸位移計(jì)之一.
脆性村底可以是用于液晶顯示器件的玻璃襯底、用于等離子體顯
示面板的玻璃襯底、和用于有機(jī)EL顯示面板的玻璃襯底中的一種.
本發(fā)明的另一方案提供一種劃線形成方法，包括以下步稞使在 其尖端具有刀刃的垂直裂紋形成部件在脆性村底上移動(dòng)的同時(shí)，利用 向刀刃施加突然撞擊力的撞擊力施加裝置，在脆性襯底上的所希望位 置上產(chǎn)生具有預(yù)定深度的垂直裂紋；通過利用垂直裂故沿著設(shè)置在脆 性襯底上的設(shè)計(jì)劃線形成具有比脆性襯底的軟化點(diǎn)低的溫度的照射區(qū) 域，并且在照射區(qū)域的后部形成冷卻區(qū)域.
優(yōu)選具有以下設(shè)置其中通過撞擊力施加裝置在脆性襯底上的所 希望位置上產(chǎn)生具有預(yù)定深度的垂直裂紋的產(chǎn)生步驟是在刀刃位于脆 性襯底邊緣附近和刀刃與先前形成的劃線相交的相交位置附近時(shí)進(jìn)行 的.


圖l是示意性地表示根據(jù)笫一實(shí)施例的劃線形成設(shè)備的倒視圖； 圖2是示意性地表示根據(jù)第一實(shí)施例的劃線形成設(shè)備的正視圖3 ( a ) -3 ( e )是用于按次序介紹使用根據(jù)笫一實(shí)施例的劃線形
成設(shè)備來形成劃線的方法的透視閨；
圖4是示意性地表示根據(jù)第二實(shí)施例的劃線形成設(shè)備的側(cè)視困； 圖5是示意性地表示根據(jù)第二實(shí)施例的劃線形成設(shè)備的正視圖； 困6 (a)-6 (e)是用于按次序介紹使用根據(jù)第二實(shí)施例的劃線形
成設(shè)備來形成劃線的方法的透視圖；和
圖7是示意性地表示根據(jù)第三實(shí)施例的劃線形成設(shè)備的正視圖.
具體實(shí)施例方式
下面參照附困詳細(xì)介紹根據(jù)本發(fā)明的劃線形成設(shè)備和劃線形成方法.
第一實(shí)施例
圖l是示意性地表示根據(jù)第一實(shí)施例的劃線形成設(shè)備l的側(cè)視圖.圖2是從困1中的I-I橫截面線看到的劃線形成設(shè)備l的正視困.
如圖1和2所示，劃線形成設(shè)備1包括用于水平地固定其上將 要形成劃線的脆性材料村底S的工作臺101.這里，更具體地說，在本 說明書中所述的脆性材料襯底S是具有大尺寸的襯底，即所謂的母體 襯底.為了各種用途，將可以由玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體晶片等構(gòu)成的襯 底依次分割成預(yù)定更小尺寸的部分.在用于回定脆性材料襯底S的工 作臺101的一側(cè)上的側(cè)壁102上，提供水平地延伸(即在垂直于附圖 紙面的平面的方向上延伸)的導(dǎo)軌103.內(nèi)部具有驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置 11的一端連接到導(dǎo)軌103.被驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，根據(jù)導(dǎo)軌103延伸的 方向驅(qū)動(dòng)裝置11可搮作地在預(yù)定方向上滑動(dòng).
在驅(qū)動(dòng)裝置11的另一端提供伺服電機(jī)2.在與驅(qū)動(dòng)裝置11 一側(cè)相 反的一側(cè)上，祠服電機(jī)2具有水平地突出預(yù)定距離的旋轉(zhuǎn)軸3.旋轉(zhuǎn)軸 3被伺服電機(jī)2旋轉(zhuǎn)和驅(qū)動(dòng).在旋轉(zhuǎn)軸3的末端提供與旋轉(zhuǎn)軸3 —體地 旋轉(zhuǎn)的支撐框架4.
如困1所示，固定到伺服電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)軸3上的支撐框架4具有 作為平板的框體4a和從框體4a的一端向上突出預(yù)定高度的突部4b， 從而支撐框架4的側(cè)視圖基本上是L形的，支撐框架4設(shè)置的方式是: 具有突部4b的一端設(shè)置在相對于沿著導(dǎo)軌103的移動(dòng)方向的前部(即 圖的左側(cè))，并且突部4b的上端固定到伺服電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)軸3.
玻璃切割器5固定到支撐框架4的框體4a的后端附近的下表面上. 玻璃切割器5包括由具有超硬度的材料如超硬金屬合金、燒結(jié)金剛石 等構(gòu)成的齒輪尖端5a以及可旋轉(zhuǎn)地支持齒輪尖端5a的保持器5b.
由于保持器5b的上端固定到支撐框架4的框體4a的下表面上， 因此在支撐框架4移動(dòng)時(shí)，玻璃切割器5與支撐框架4 一體地移動(dòng). 齒輪尖端5a具有盤狀并且中心部分在厚度方向突出，從而具有最大直 徑.齒輪尖端5a的軸部分可旋轉(zhuǎn)地被在底部具有開口的保持器5b支 持.即使在齒輪尖端5a不位于在脆性材料襯底S上形成垂直裂紋的位 置上，齒輪尖端5a也與脆性材料襯底S的表面一直接觸.當(dāng)通過施加 大于預(yù)定值的撞擊力將齒輪尖端5a擠壓在脆性材料村底S上時(shí)，齒輪 尖端5a在脆性材料襯底S中產(chǎn)生垂直裂紋.
在支撐框架4的框體4a的上表面上，在玻璃切割器5附近，提供 作為撞擊力施加裝置的電樞6.具有向下激勵(lì)力的彈* (困中未示出)固定在電樞6的周閨，以便電樞6被恒定地向下激勵(lì).在電樞6的內(nèi) 部提供螺線管6a,當(dāng)給其施加預(yù)定電壓時(shí)，螺線管6a產(chǎn)生上升電磁能. 當(dāng)施加電壓時(shí)，螺線管6a的向上電磁能與彈黃的向下激勵(lì)力平衡，從 而電樞6處于非運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)施加于螺線管6a的電壓(即供給的電流) 停止時(shí)，螺線管6a的向上電磁能消失，并且通過彈簧的向下激勵(lì)力向 框體4a的上表面施加撞擊力，施加撞擊力的程度使得玻璃切割器5的 齒輪尖端5a在脆性材料襯底5的表面中產(chǎn)生垂直裂紋.接下來，當(dāng)再 次施加預(yù)定電壓時(shí)，向上的電磁能作用并且電樞6再次返回到非運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)，
應(yīng)該注意的是，在笫一實(shí)施例中，解釋了機(jī)械構(gòu)造的例子，其中 當(dāng)停止施加電壓時(shí)，通過彈簧的向下激勵(lì)力將撞擊力施加于支撐框架4 的框體4a;然而，具有以下機(jī)械構(gòu)造是可以接受的相反，通過彈簧 的向上激勵(lì)力將電樞6通常支持在非運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而在施加電壓時(shí)(即， 當(dāng)供給電流時(shí))，向下電磁能作用，從而給框體4a施加撞擊力.這后 一種機(jī)械構(gòu)造具有較低的電力消耗，因?yàn)殡娏魇┘訒r(shí)間較短.
在支撐框架4的框體4a的后端上，用于釋放冷卻媒質(zhì)的冷卻噴嘴 7 —體地固定在框體4a上.當(dāng)支撐框架4的框體4a由于脆性材料襯底 S等的粗糙度而上下移動(dòng)時(shí)，冷卻噴嘴7能與支撐框架4的框體4a的 上下運(yùn)動(dòng)一起運(yùn)動(dòng).此外，冷卻噴嘴7連接到冷卻媒質(zhì)源(困中未示 出)上，其中在冷藏狀態(tài)下儲(chǔ)存預(yù)定冷卻媒質(zhì).將要從冷卻噴嘴7釋 放的冷卻媒質(zhì)的例子包括低溫液體，如冷卻水或冷卻乙醇，低溫氣體， 如分別通過液氮和干冰的汽化獲得的氮?dú)饣蚨趸?，以及惰性氣體， 如氦或氳，或只有空氣.
在伺服電機(jī)2的后側(cè)上，提供激光束振蕩器8,通過提供在支撐框 架4的主框架4a的預(yù)定位置上的孔單元4c將預(yù)定激光束照射到脆性 材料村底S的表面上，并且加熱用激光束照射的部分.應(yīng)該指出的是， 在第一實(shí)施例中，通過激光束振蕩器8振蕩的激光束在脆性材料襯底S 的表面上形成加熱點(diǎn)；然而，使用產(chǎn)生除了激光束以外的紅外線或紫 外線的其它加熱源也是可以接受的，只要以點(diǎn)的形式加熱脆性材料襯 底S即可.
上述激光束振蕩器8、玻璃切割器5和冷卻噴嘴7沿著導(dǎo)軌103在 移動(dòng)方向上依次排列.從激光束振蕩器8照射激光束的照射區(qū)域、其中玻璃切割器5的齒輪尖端5a接觸脆性材料襯底S的接觸區(qū)域以及通 過從冷卻噴嘴7釋放的冷卻媒質(zhì)冷卻的冷卻區(qū)域彼此相鄰地和按此順 序設(shè)置在脆性材料襯底S上.
在伺服電機(jī)2的上側(cè)，提供控制上述構(gòu)件如驅(qū)動(dòng)裝置11、激光束 振蕩器8、冷卻嘖嘴7等的驅(qū)動(dòng)的控制裝置9.控制裝置9包括編碼器， 該編碼器檢測沿著導(dǎo)軌103的驅(qū)動(dòng)裝置11、激光束振蕩器8和冷卻噴 嘴7的運(yùn)動(dòng)中的位移量(即框架4的運(yùn)動(dòng)中的位移量)，這些位移量 是由于驅(qū)動(dòng)裝置11引起的，并且通過檢測伺服電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)軸3的位 移還檢測玻璃切割器的齒輪尖端5a的上下運(yùn)動(dòng)中的位移量，其中玻璃 切割器5與脆性材料襯底S的表面接觸.
更具體地說，即使在齒輪尖端5a不位于在脆性材料村底S上產(chǎn)生 垂直裂紋的位置上，為了產(chǎn)生作為劃線起點(diǎn)的垂直裂紋而提供的玻璃 切割器5的齒輪尖端5a也與脆性材料襯底S恒定地接觸.當(dāng)與脆性材 料村底S的表面接觸的齒輪尖端5a由于脆性材料襯底S的粗糙度等原 因而上下移動(dòng)時(shí)，固定住保持器5b的支撐框架4的框體4b也隨著齒 輪尖端5a的上下移動(dòng)而上下移動(dòng).支撐框架4的框體4b的上下移動(dòng) 產(chǎn)生伺服電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)軸3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng).被包含于控制裝置9中的編 碼器通過檢測伺服電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)軸3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而檢測齒輪尖端5a的 上下移動(dòng).
利用編碼器，控制裝置9從齒輪尖端5a的位移量中檢測脆性材料 襯底S的表面中的粗糙度.在檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)從激光束振蕩器8 照射的激光束的焦點(diǎn)形成位置.自動(dòng)地控制跟隨脆性材料村底S的表 面中的粗糙度的激光束，從而在襯底上產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，以使焦點(diǎn)位于 被照物體的表面上或其表面附近、或者位于其內(nèi)部的預(yù)定深度處，這 取決于激光束的束形狀、長度和脈寬.
應(yīng)該指出的是，在第一實(shí)施例中，冷卻噴嘴7 —體地固定到支撐 框架4的框體4a的后端，以便跟著與脆性材料襯底S的表面接觸的玻 璃切割器5的上下移動(dòng)而移動(dòng)，從而在距離朧性材料襯底S的表面為 恒定高度處釋放冷卻媒質(zhì)；然而，具有以下設(shè)置也是可以接受的其 中，像在激光束振蕩器8的情況下，根據(jù)編碼器的檢測結(jié)果來調(diào)節(jié)設(shè) 置冷卻噴嘴7的高度.
下面參照圖3 (a) -3 (c)介紹根據(jù)第一實(shí)施例的劃線形成設(shè)備的搮作.
如圖3 (a)所示，其上要形成劃線的脆性材料襯底S固定在工作 臺101上的預(yù)定位置上，而齒輪尖端5a設(shè)置在工作臺101的后側(cè).
接著，驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置11和控制裝置9,從而使齒輪尖端5a、激光 束振蕩器8和冷卻噴嘴7固定其上的支撐框架4朝向脆性材料村底S 的表面上的前部(朝向困l的左側(cè))運(yùn)動(dòng).在此狀態(tài)下，玻璃切割器5 的齒輪尖端5a設(shè)置在比設(shè)置在工作臺101上的脆性材料襯底S稍低的 高度上.此外，控制裝置9控制由其上固定了玻璃切割器5的支撐框 架4上的伺服電機(jī)2施加的力矩，從而不向下向脆性材料襯底S的表 面上施加過多的壓力，
當(dāng)由驅(qū)動(dòng)裝置U驅(qū)動(dòng)的玻璃切割器5的齒輪尖端5a向前移動(dòng)并 到達(dá)脆性材料襯底S的邊緣時(shí)，進(jìn)行控制，從而使用于在脆性材料襯 底S的表面中產(chǎn)生垂直裂故的壓力不施加于玻璃切割器5上；因此， 在位于稍低于脆性材料襯底S的表面的高度上的齒輪尖端5a與脆性材 料襯底S的邊緣接觸之后，齒輪尖端5a繼續(xù)向上運(yùn)行到脆性材料襯底 S的表面上，而不使脆性材料襯底S的邊緣破碎.在齒輪尖端5a已經(jīng) 運(yùn)行到脆性材料襯底S的表面上時(shí)，玻璃切割器5進(jìn)行上下移動(dòng)，并 且這些上下移動(dòng)傳輸?shù)剿欧姍C(jī)2的旋轉(zhuǎn)軸3的旋轉(zhuǎn)，因而，被包含 于控制裝置9中的編碼器檢測玻璃切割器5的齒輪尖端5a是否已經(jīng)到 達(dá)脆性材料襯底S的表面上.
當(dāng)編碼器已經(jīng)檢測到玻璃切割器5的齒輪尖端5a已經(jīng)運(yùn)行到脆性 材料襯底S的表面上時(shí)，控制裝置9切斷施加于電樞6中的螺線管6a 的電壓.結(jié)果是，電樞6由于彈簧的激勵(lì)力而向下運(yùn)動(dòng)并將撞擊力施 加于框體4a的上表面.由于施加了這個(gè)撞擊力，與脆性材料襯底S的 表面接觸的玻璃切割器5的齒輪尖端5a將急劇的撞擊力施加于脆性材 料襯底S的表面上的邊緣.因而，如困3 (b)所示，在脆性材料襯底 S的表面中形成具有預(yù)定深度的垂直裂紋T.接著，再次將電壓施加于 螺線管6a,產(chǎn)生向上推動(dòng)電樞6的電磁能.彈黃的向下激勵(lì)力與向上 的電磁能推動(dòng)力相平衡，從而電樞6處于非運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，位于預(yù)定高度 上.
在利用玻璃切割器5的齒輪尖端5a在脆性材料襯底S的邊緣形成 將成為劃線起點(diǎn)的垂直裂紋T之后時(shí)，控制裝置9控制伺服電機(jī)2，從而不施加足夠大以便在脆性材料襯底s的表面上形成劃線的壓力，并 且施加小負(fù)栽，該小負(fù)栽允許齒輪尖端5a保持與脆性材料襯底S的表 面接觸.
由于玻璃切割器5包括齒輪尖端5a,該齒輪尖端5a滾動(dòng)和運(yùn)動(dòng)同 時(shí)與脆性材料村底S的表面接觸，所以當(dāng)脆性材料村底S的表面具有 粗糙度、彎曲等時(shí)，與脆性材料襯底S接觸的齒輪尖端5a上下運(yùn)動(dòng). 固定保持器5b的支撐框架4也與齒輪尖端5a的上下運(yùn)動(dòng)一起上下運(yùn) 動(dòng)，由于支撐框架4的上下運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)軸3進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng).被包含于控制裝置9中的編碼器通過檢測伺服電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)軸3 的這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而檢測艉性材料襯底S的粗糙度、彎曲等.控制裝置9 在已經(jīng)被編碼器檢測到的脆性材料襯底S的粗糙度、彎曲等基礎(chǔ)上調(diào) 節(jié)激光束振蕩器8的焦點(diǎn)位置.結(jié)果是，即使脆性材料襯底S具有粗 糙度等，照射激光束使其焦點(diǎn)位于脆性材料村底S的表面上、或其內(nèi) 部的預(yù)定深度上，由于用于輸送冷卻媒質(zhì)的冷卻噴嘴7 —體地固定到 支撐框架4的框體4b的后端，因此冷卻噴嘴7隨著齒輪尖端5a的上 下運(yùn)動(dòng)而上下運(yùn)動(dòng)，其中齒輪尖端5a的上下運(yùn)動(dòng)是由于脆性材料村底 S的表面中的粗糙度引起的.冷卻噴嘴7設(shè)置成使得冷卻噴嘴7的端部 和脆性材料襯底S之間的距離保持恒定.因此，即使脆性材料襯底S 具有粗糙度等，冷卻噴嘴7設(shè)置成總是能適當(dāng)?shù)毓┙o冷卻媒質(zhì).
接著，如圖3(c)所示，被驅(qū)動(dòng)裝置11和控制裝置9驅(qū)動(dòng)之后， 激光束振蕩器8、齒輪尖端5a和冷卻噴嘴7各在脆性材料村底S的表 面上在預(yù)定方向上移動(dòng)，在這個(gè)狀態(tài)下，在掃描方向的前側(cè)上，脆性 材料襯底S的表面被激光束振蕩器8照射的激光束加熱到不使該表面 熔化的溫度，換言之，加熱到低于玻璃軟化點(diǎn)的溫度.結(jié)果是，在照 射激光束的照射區(qū)域L中，加熱脆性材料襯底S的表面而不使其熔化.
此外，在脆性材料村底S的表面上的激光束的照射區(qū)域L附近的 后側(cè)上，從冷卻噴嘴7釋放冷卻媒質(zhì)，從而提供冷卻區(qū)域C,在脆性材 料襯底S的表面上被激光束的照射加熱的激光束照射區(qū)域L上，由于 激光束的加熱而產(chǎn)生壓縮應(yīng)力.在向其上釋放冷卻媒質(zhì)的冷卻區(qū)域C 中，由于通過冷卻媒質(zhì)使玻璃表面冷卻而產(chǎn)生拉應(yīng)力.由于與在激光 束照射區(qū)域L中產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力相鄰地產(chǎn)生拉應(yīng)力，因此由于每個(gè)區(qū) 域中的應(yīng)力而在這些區(qū)域之間產(chǎn)生應(yīng)力梯度.這樣，垂直裂紋保持沿著設(shè)計(jì)的劃線在脆性材料襯底s中延伸，并開始于作為形成在脆性材
料襯底S的邊緣的垂直裂紋T的起點(diǎn)和保持垂直裂紋T的深度.通過 這種方式，作為激光束振蕩器8和冷卻噴嘴7在預(yù)定方向依次掃描的 結(jié)果，形成沿著掃描方向延伸的劃線.
如圖3 (d)所示，在與掃描方向相交的方向延伸的劃線SLC已經(jīng) 形成在激光束照射區(qū)域L和冷卻區(qū)域C之間的情況下，由于應(yīng)力梯度 在設(shè)置相交劃線SLC的位置上被切斷，當(dāng)形成從作為由玻璃切割器5 的齒輪尖端5a在脆性材料襯底S的邊緣形成的垂直裂故T的起點(diǎn)開始 的劃線時(shí)，使用在照射激光束的激光束照射區(qū)域L和向其上釋放冷卻 媒質(zhì)的冷卻區(qū)域C之間產(chǎn)生的應(yīng)力梯度，存在不能形成與另一已有相 交劃線SLC交叉的劃線的可能性.為了解決這個(gè)問趙，根據(jù)本實(shí)施例 的劃線形成設(shè)備1，被包含于控制裝置9中的編碼器檢測被沿著導(dǎo)軌 103被驅(qū)動(dòng)裝置11驅(qū)動(dòng)的支撐框架4的運(yùn)動(dòng)距離.由于控制裝置9在 存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存形成相交劃線SLC的位置，恰好在玻璃切割器5的齒輪 尖端5a到達(dá)越過相交劃線SLC的位置上之前，停止施加于電樞6中的 螺線管6a的電壓(電流供給).不是在與齒輪尖端5a到達(dá)相交劃線 SLC的同時(shí)而是早于該到達(dá)時(shí)間，切斷電壓，并且早于該到達(dá)時(shí)間的提 前量等于由于螺線管6a的電感分量產(chǎn)生的電瞬時(shí)延遲的期間與由于使 齒輪尖端5a運(yùn)動(dòng)從而升高到相交位置Z的正上方的預(yù)定高度的機(jī)械慣 性產(chǎn)生的延遲時(shí)間之和.可以從線圓的電性能值、要施加的電流值(所 需力矩值)和齒輪尖端5a相對于襯底的運(yùn)動(dòng)速度來計(jì)算這些時(shí)間的和. 利用這種方式計(jì)算延遲時(shí)間值并且將其預(yù)儲(chǔ)存在控制裝置9中，從而 在每次設(shè)置新的劃線條件和改變劃線條件時(shí)，可以從儲(chǔ)存區(qū)域讀取相 應(yīng)的延遲時(shí)間值并使用.當(dāng)輸送給螺線管6a的電能在對應(yīng)于延遲時(shí)間 的時(shí)間量之前被停止時(shí)，電樞6由于彈黃的激勵(lì)力而向下運(yùn)動(dòng)并將撞 擊力施加于支撐框架4的上表面.由于施加這個(gè)撞擊力，急劇的撞擊 力施加于脆性材料襯底S的表面的邊緣和施加于相交位置Z的附近， 如圖3 (e)所示；由此在設(shè)置在越過鹿性材料襯底S的表面上的相交 劃線SLC的位置上形成將成為劃線形成的起點(diǎn)的具有預(yù)定深度的垂直 裂紋T.
利用這種設(shè)置，即使形成劃線SLC以便在與掃描方向相交的方向 延伸并處于要形成另一劃線SL的路徑中，也可以在沒有故陣的情況下形成與垂直裂紋T連續(xù)的劃線SL.
如前所述，第一實(shí)施例的劃線形成設(shè)備1利用來自設(shè)置在玻璃切 割器5上方的電樞的撞擊力在脆性材料襯底S的表面中產(chǎn)生垂直裂紋 T.由于急劇撞擊力只施加于脆性材料襯底S的表面上的預(yù)定位置上， 因此可以以高精度產(chǎn)生具有足夠深度的垂直裂紋，從而將村底分割成 多個(gè)部分.
與由常規(guī)升降裝置提供的壓力相比，來自電樞6的撞擊力可以限 制為極小的強(qiáng)度.因此，可以制成筒單的和尺寸緊湊的劃線形成設(shè)備，
當(dāng)不從電樞6施加撞擊力時(shí)，玻璃切割器5在與脆性材料襯底S 的表面接觸的同時(shí)以所需的最小劃線壓力進(jìn)行劃線搮作；因此，在玻 璃切割器5的齒輪尖端5a運(yùn)行到脆性材料襯底S上時(shí)，可以防止在脆 性材料襯底S的邊緣產(chǎn)生碎屑等.
此外，與脆性材料襯底S的表面接觸的玻璃切割器5的齒輪尖端 5a根據(jù)脆性材料襯底S的粗糙度等上下移動(dòng)，并且編碼器從伺服電機(jī) 2的旋轉(zhuǎn)軸3的旋轉(zhuǎn)中檢測齒輪尖端5a的上下移動(dòng).由于根據(jù)編碼器 的檢測結(jié)果來調(diào)節(jié)激光束振蕩器8的焦點(diǎn)位置，即使脆性材料襯底S 具有粗糙度等，也能在脆性材料襯底S的表面上的位置上、或在其內(nèi) 部的預(yù)定深度上適當(dāng)?shù)卣丈浼す馐?，從而可以利用高精度在襯底的表 面中或在其內(nèi)部形成劃線.
此外，在脆性材料襯底S上在用激光束的加熱和用冷卻媒質(zhì)的冷 卻之間產(chǎn)生的溫度梯度基礎(chǔ)上，通過脆性材料襯底S的熱應(yīng)變，通過 玻璃切割器5的齒輪尖端5a形成成為劃線起點(diǎn)的垂直裂紋T，并且促 進(jìn)垂直裂紋T沿著設(shè)計(jì)的劃線延伸.這樣，在起點(diǎn)附近只產(chǎn)生很少量 的碎玻璃，并且產(chǎn)生的碎玻璃的量遠(yuǎn)小于在采用使用刀片的常規(guī)方法 的情況所產(chǎn)生的碎玻璃量.
控制裝置9控制驅(qū)動(dòng)裝置11的驅(qū)動(dòng)，從而通過不會(huì)使齒輪尖端5a
表面接觸，當(dāng)齒輪尖端5a設(shè)置在脆性材料襯底S的邊緣附近或預(yù)先形 成的劃線SLC的相交位置Z附近時(shí)，控制裝置9控制電樞6的驅(qū)動(dòng)， 從而在脆性襯底中產(chǎn)生具有預(yù)定深度的垂直裂紋T;因此，可以以高精 度形成劃線SL,第二實(shí)施例
圖4是示意性地表示根據(jù)笫二實(shí)施例的劃線形成設(shè)備1，的側(cè)視圖。 圖5是從圖4中的橫截面線IV-IV看到的劃線形成設(shè)備1，的正視圖。
在根據(jù)第二實(shí)施例的劃線形成設(shè)備l，中，如困4所示，提供激光 束振蕩器8，使其從控制裝置9朝向后側(cè)(困中的右側(cè))延伸，從而使 激光束照射在玻璃切割器5的齒輪尖端5a與脆性材料襯底S的表面接 觸的位置的后側(cè)上.
由于其它結(jié)構(gòu)與根據(jù)第一實(shí)施例的劃線形成設(shè)備1的結(jié)構(gòu)相同， 因此省略了其詳細(xì)說明.
在劃線形成設(shè)備l，中，齒輪尖端5a、激光束振蕩器8和冷卻噴 嘴7跟隨導(dǎo)軌103沿著移動(dòng)方向依此順序設(shè)置.相應(yīng)地，玻璃切割器5 的齒輪尖端5a與脆性材料襯底S接觸的接觸區(qū)域、從激光束振蕩器8 照射激光束的照射區(qū)域以及通過從冷卻噴嘴7釋放的冷卻媒質(zhì)冷卻的 冷卻區(qū)域彼此相鄰地設(shè)置在脆性材料襯底S上.
在第二實(shí)施例的劃線形成設(shè)備l，中，在伺服電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)軸3的 旋轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，被包含于控制裝置9中的編碼器檢測在與脆性材料村 底S的表面接觸的同時(shí)而運(yùn)動(dòng)的玻璃切割器5的齒輪尖端5a的上下運(yùn) 動(dòng).根據(jù)檢測結(jié)果來調(diào)節(jié)設(shè)置在玻璃切割器5的后倒上的激光束振蕩 器8的激光照射位置.
根據(jù)第二實(shí)施例的劃線形成設(shè)備l，的操作基本上與上述的根據(jù)第
一實(shí)施例的劃線形成設(shè)備l的操作相同.由于圖6 (a) -6 (e)提供參 考，表示第二實(shí)施例的劃線形成設(shè)備l，的搮作，因此將省略其詳細(xì)說
明，
第二實(shí)施例的劃線形成設(shè)備1，利用來自在玻璃切割器5上方提供 的電樞6的撞擊力在脆性材料襯底S的表面上產(chǎn)生垂直裂紋T.由于急 劇撞擊力只施加于脆性材料襯底S的表面上的預(yù)定位置上，因此可以 以高精度產(chǎn)生具有足夠深度的垂直裂紋T,從而將襯底分割成多個(gè)部 分.當(dāng)不從電樞6施加撞擊力時(shí)，玻璃切割器5的齒輪尖端5a只接收 允許齒輪尖端5a保持與脆性材料襯底S的表面接觸和產(chǎn)生預(yù)定劃線的 輕負(fù)栽；因此，在玻璃切割器5的齒輪尖端5a運(yùn)行到脆性材料襯底S 上時(shí)，可以防止在脆性材料襯底S的邊緣產(chǎn)生碎屑等.
此外，與脆性材料村底S的表面接觸的玻璃切割器5的齒輪尖端
145a根據(jù)脆性材料襯底S的表面的粗糙度等而上下移動(dòng)，并且編碼器從 伺服電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)軸3的旋轉(zhuǎn)軸檢測齒輪尖端5a的上下移動(dòng).在編碼 器的檢測結(jié)果基礎(chǔ)上，根據(jù)脆性材料襯底S的粗較度，調(diào)節(jié)激光束振 蕩器8的焦點(diǎn)位置；因此，即使脆性材料襯底S具有粗糙度等，也能 在脆性材料襯底S的表面上的位置上、或在其內(nèi)部的預(yù)定深度處適當(dāng) 地照射激光束，從而可以以高精度形成劃線. 第三實(shí)施例
圖7是示意性地表示根據(jù)笫三實(shí)施例的劃線形成設(shè)備l"的側(cè)視圖.
在笫三實(shí)施例中，在支撐框架4的框體4a的下表面上，在玻璃切 割器5的前部的位置上，提供激光器位移計(jì)IO，它通過照射激光束來 檢測脆性材料襯底S中的變化，如粗糙度、彎曲等.由于其它結(jié)構(gòu)與
根據(jù)第一實(shí)施例的劃線形成設(shè)備l的結(jié)構(gòu)相同，因此省略其詳細(xì)說明.
而且，笫三實(shí)施例的劃線形成設(shè)備l"的搮作基本上與上述笫一實(shí) 施例的劃線形成設(shè)備l的操作相同，除了利用激光器位移計(jì)IO來檢測 脆性材料襯底S中的粗糙度之外；因此，將省略其詳細(xì)說明.
笫三實(shí)施例的劃線形成設(shè)備l"利用來自在玻璃切割器5上方提供 的電樞6的撞擊力在脆性材料襯底S的表面中產(chǎn)生垂直裂故T.由于急 劇撞擊力只施加于脆性材料襯底S的表面上的預(yù)定位置上，因此可以 以高精度產(chǎn)生具有足夠深度的垂直裂故T,從而將襯底分割成多個(gè)部 分，當(dāng)不從電柩6施加撞擊力時(shí)，玻璃切割器5的齒輪尖端5a只接收 允許齒輪尖端5a保持與脆性材料襯底S的表面接觸和產(chǎn)生預(yù)定劃線的 輕負(fù)栽；因此，在玻璃切割器5的齒輪尖端5a運(yùn)行到脆性材料襯底S 上時(shí)，可以防止在脆性材料村底S的邊緣產(chǎn)生碎屑等.
此外，設(shè)置在與脆性材料襯底S的表面接觸的玻璃切割器5的前 部的激光器位移計(jì)IO檢測脆性材料襯底S的表面的粗糙度等.在激光 器位移計(jì)10的檢測結(jié)果基礎(chǔ)上，根據(jù)脆性材料襯底S的粗糙度，調(diào)節(jié) 激光束振蕩器8的焦點(diǎn)位置；因此，即使脆性材料襯底S具有粗糙度 等，也能在脆性材料村底S的表面上的位置上、或在其內(nèi)部的預(yù)定深 度處適當(dāng)?shù)卣丈浼す馐?，從而可以以高精度形成劃線.
應(yīng)該指出的是，可以利用接觸位移計(jì)代替上述激光器位移計(jì)10來 檢測脆性材料襯底S的粗糙度等.在笫一到第三實(shí)施例中所述的各個(gè)劃線形成設(shè)備中，玻璃切割器
5、冷卻噴嘴7和激光束振蕩器8固定在預(yù)定位置上；然而，具有以下 結(jié)構(gòu)也是可以接受的其中使用公眾公知的技術(shù)，將這些部件設(shè)置在 支撐框架4上，從而可以根據(jù)劃線形成條件來改變它們彼此相對的位 置.可以適當(dāng)?shù)匦纬蓾M足劃線形成條件的劃線.建議對于劃線形成中 的各種條件和這些條件與部件彼此相對的位置之間的關(guān)系，可以參考 曰本專利No. 3027768的公報(bào).
根據(jù)第一到第三實(shí)施例的各個(gè)劃線形成設(shè)備，玻璃切割器5的齒 輪尖端5a在脆性材料襯底S上產(chǎn)生作為劃線起點(diǎn)的垂直裂紋T,并且 檢測脆性材料村底S的表面中的粗糙度和彎曲；因此，可以構(gòu)成便宜 的和尺寸緊湊的設(shè)備構(gòu)造.
本發(fā)明的特性之一是能夠在襯底S的邊緣或相交位置Z預(yù)先被激 光束加熱之后產(chǎn)生成為劃線起點(diǎn)的垂直裂紋T;因此，可以防止在襯底 S的邊緣或在相交位置Z上產(chǎn)生不可控制的裂紋.
通過驅(qū)動(dòng)控制裝置9，從而在垂直裂紋T形成的進(jìn)行方向(內(nèi)部切 割開始點(diǎn))相對于襯底的邊緣而在稍微內(nèi)部的位置上形成垂直裂紋T， 或者稍微在劃線到達(dá)進(jìn)行方向的端部的邊緣之前(內(nèi)部切割完成)終 止劃線的形成，可以防止產(chǎn)生這種不可控制的裂紋，
工業(yè)實(shí)用性
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過以不會(huì)使齒輪尖端損傷襯底表面的 負(fù)栽，使玻璃切割器5的齒輪尖端在保持與脆性襯底接觸的同時(shí)而運(yùn) 動(dòng)，利用撞擊力施加裝置在脆性襯底中的預(yù)定位置上產(chǎn)生垂直裂故， 所述撞擊力施加裝置向在脆性襯底上移動(dòng)的玻璃切割器施加撞擊力， 用于產(chǎn)生具有預(yù)定深度的垂直裂紋.關(guān)于產(chǎn)生的垂直裂紋，沿著設(shè)計(jì) 的劃線設(shè)置激光束振蕩器和冷卻噴嘴，激光束振蕩器用于照射激光束, 從而形成具有低于脆性襯底的軟化點(diǎn)的溫度的照射區(qū)域，并且冷卻噴 嘴用于釋放冷卻媒質(zhì)，從而冷卻脆性襯底.由于在從激光束振蕩器照 射激光束的脆性襯底上的照射區(qū)域中產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力和在向其上釋放 冷卻媒質(zhì)的冷卻區(qū)域中產(chǎn)生的拉應(yīng)力之間產(chǎn)生的應(yīng)力梯度，促使通過 玻璃切割器5產(chǎn)生的垂直裂故沿著設(shè)計(jì)的劃線延伸，從而形成劃線.
根據(jù)具有這種設(shè)置的本發(fā)明，由于當(dāng)設(shè)置在將要在脆性襯底的表 面中產(chǎn)生垂直裂紋的預(yù)定位置以外的任何位置時(shí)，齒輪尖端接收只允許齒輪尖端保持與脆性襯底接觸的負(fù)栽，因此沒有額外的壓力施加于
脆性襯底；因此，例如，當(dāng)齒輪尖端運(yùn)行到脆性村底上時(shí)，可以防止 玻璃切割器的齒輪尖端損傷脆性襯底，例如，使襯底破碎.
此外，即使脆性襯底的表面具有粗糙度或脆性襯底彎曲，也可以 采用符合脆性襯底的表面高度的適當(dāng)劃線條件；因此，總是可以形成 穩(wěn)定的劃線.
此外，使用刀片來形成將要成為劃線起點(diǎn)的垂直裂紋；然而，除 此之外，也可利用在脆性襯底中產(chǎn)生的熱應(yīng)變使垂直裂紋沿著設(shè)計(jì)的 劃線延伸，從而形成劃線；因此，在起點(diǎn)附近只產(chǎn)生極少量的碎玻璃， 并且產(chǎn)生的碎玻璃的量遠(yuǎn)小于采用使用刀片的常規(guī)方法的情況產(chǎn)生的 碎玻璃量.
權(quán)利要求
1、一種劃線形成方法，包括在脆性材料襯底上的所希望位置上產(chǎn)生垂直裂紋的步驟；沿著相對于所述垂直裂紋設(shè)置在所述脆性材料襯底上的設(shè)計(jì)劃線形成照射區(qū)域并通過在所述照射區(qū)域的后部形成冷卻區(qū)域來形成劃線的步驟，所述照射區(qū)域具有比所述脆性材料襯底的軟化點(diǎn)低的溫度，其中所述垂直裂紋的形成是在進(jìn)行方向上相對于襯底的邊緣而在稍微內(nèi)部的位置上進(jìn)行的。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的劃線形成方法，其特征在于，稍微在所述劃線到達(dá)進(jìn)行方向的端部的邊緣之前終止所述劃線的形成.
全文摘要
本發(fā)明公開了劃線形成方法。使用電樞向在襯底上移動(dòng)的玻璃切割器(5)施加用于產(chǎn)生具有預(yù)定深度的垂直裂紋的突然撞擊力，通過不會(huì)使齒輪尖端(5a)損傷表面的負(fù)載，使玻璃切割器(5)的齒輪尖端(5a)在與襯底表面接觸的同時(shí)移動(dòng)而在脆性襯底(S)上的所希望位置上產(chǎn)生垂直裂紋。由于在垂直裂紋上施加并在從激光束振蕩器(8)照射激光束的襯底上的照射區(qū)域中的壓縮應(yīng)力和在由從冷卻噴嘴(7)釋放的冷卻媒質(zhì)形成的冷卻區(qū)域中的拉應(yīng)力之間產(chǎn)生的應(yīng)力梯度，在促使垂直裂紋沿著設(shè)計(jì)劃線延伸時(shí)，形成劃線。
文檔編號C03B33/027GK101602230SQ20091013953
公開日2009年12月16日 申請日期2003年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月6日
發(fā)明者若山治雄 申請人:三星鉆石工業(yè)股份有限公司