[發明專利]脆性材料的熱應力割斷方法

有效

• 申請號: 200910134039.1
• 申請日: 2009-04-08
• 公開（公告）號: CN101559626A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 田村裕
• 申請（專利權）人: 鐳美科技股份有限公司
• 主分類號: B28D1/32
• 分類號: B28D1/32;B23K26/00;H01S3/10
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 史雁鳴

技術領域

本發明涉及一種利用熱應力高速地割斷平板顯示器用玻璃等脆性材料的脆性材料熱應力割斷方法。下面，作為脆性材料，以玻璃為例進行說明，但本發明除了玻璃外，也可一般地適用于石英、陶瓷、半導體等脆性材料。

背景技術

用于液晶顯示器、等離子顯示器等平板顯示器的玻璃的割斷，現在是以金剛石刀具進行，存在著需要進行割斷后的清洗工序、產生微裂紋等問題。

另外，因為機動車用的玻璃部件多為曲線加工，所以，現在是機械性地進行直線切斷，然后實施研磨。因此，對僅是玻璃割斷即可的激光加工的期待很大。

玻璃以往一直是以使用金剛石刀片等超硬刀頭的機械性的方法割斷。此方法對于玻璃的適用，也是在過去長達一個世紀以上的期間內使用的方法。

然而，這樣的機械性的方法存在以下所述的那樣的缺點。第一，在割斷時產生被稱為碎玻璃的小碎片，使工件表面變臟。第二，在割斷面附近產生微裂紋，存在工件以其為起點產生破裂的危險。第三，即便最小也存在數百μm左右的割斷余量，在工件尺寸無止境微小化的現在，此割斷余量的存在已是不可忽視的。除此以外，還存在加工速度的局限、作為消耗品的工具成本等產業上不可忽視的缺點。

窗玻璃的割斷等在使用現有技術時沒有問題，但在用于液晶顯示器、等離子顯示器等的精密玻璃割斷的情況下，為了應對微裂紋，需要研磨割斷面，然后進行清洗等后序工序。

另一方面，最近被認為有前途的激光割斷法具有以下所述那樣的優點，有除去金剛石刀片法的缺點的可能性。第一，質量損失為零(不產生碎玻璃)，不需要清洗等后序工序。第二，由于在割斷面附近不產生微裂紋等破壞缺陷，能夠獲得高強度斷面，所以，不需要研磨等后序工序。第三，能夠獲得面粗糙度1μm以下的鏡面。第四，產品外形尺寸精度為±25μm以上。第五，能夠處理的玻璃板厚沒有下限值，能夠在今后玻璃板厚單調地變薄的液晶電視用玻璃中使用。

下面，說明激光割斷法的原理。如果對玻璃照射高能量密度的CO₂激光光束，則一般在照射光點產生激光光束的吸收，急劇加熱的結果是呈放射狀地產生裂紋，不能僅在行進方向進行割斷。根據此激光割斷方法，不需要在機械割斷的情況下作為后序工序所需要的研磨、清洗就能夠獲得面粗糙度1μm以下的鏡面，產品外形尺寸精度在±25μm以上。進而，對玻璃板厚薄到0.05mm也能夠使用，能夠使用于今后的液晶顯示器用玻璃、等離子顯示器用玻璃、手機等便攜式顯示器用玻璃等。

激光割斷方法的原理如下。在玻璃中僅發生局部地加熱，進行不發生氣化、熔融、裂紋的程度的激光光線照射。此時玻璃加熱部雖然要產生熱膨脹，但受到來自周邊玻璃的反作用，不能產生充分的膨脹，在此加熱區域中產生壓縮應力。即使在周邊的非加熱區域中，也被來自加熱部的膨脹推壓，進而相對于周邊產生變形，其結果，產生壓縮應力。這樣的壓縮應力是以加熱中心點為原點的徑向的壓縮應力，在加熱發生后大體上按音速傳播到玻璃板整個區域。但是，在物體存在壓縮應力的情況下，在其正交方向產生與泊松比成比例的拉伸應力。在這里，其方向為切線方向。將此狀態表示在圖1中。

圖1表示存在將中心設置在原點的高斯分布的溫度上升的情況的、徑向應力成分σ_x和切線方向應力成分σ_y的變化。徑向應力成分σ_x始終都為壓縮應力(在圖1中為負值)，而切線方向應力成分σ_y雖然在加熱中心(距離r＝0)為壓縮應力，但如果離開加熱中心，則向拉伸應力(在圖1中為正值)變化。

在這些應力中，與割斷相關的應力為拉伸應力。當拉伸應力超過作為材料固有值的破壞韌性值時，破壞隨處發生，不能控制。在激光割斷方法的情況下，由于將拉伸應力預先選定在此破壞韌性值以下，所以不發生這樣的破壞。

但是，在存在拉伸應力的位置具有龜裂的情況下，在此龜裂前端會產生應力擴大，如果此擴大了的應力超過材料的破壞韌性值，則龜裂擴大。即，將產生龜裂從龜裂前端向加熱中心發展這樣的被控制的割斷。因此，通過使激光照射點先行掃描，能夠使龜裂延長下去。在此激光割斷方法中，由于割斷面類似于晶體的劈開面，所以，既不產生微裂紋也不產生碎玻璃，能夠除去上述機械方法的缺點，產生作為玻璃的加工方法優良的特性。

作為此玻璃的激光割斷方法，例如美國USP5609384已被公知。在此專利中公開了如下的情況：不是僅由產生在加熱區域周邊的拉伸應力實現割斷，而是還對拉伸應力的最大點附近進行冷卻，此時因玻璃的收縮而被增大的拉伸應力起到強化割斷的作用。