專利名稱：借助于激光將由易脆裂的材料制成的圓的平板分割成多個(gè)矩形單板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法，利用該方法能夠通過借助于激光引入熱致應(yīng)力將由易脆裂的材料例如玻璃、陶瓷或半導(dǎo)體材料制成的平板分割成多個(gè)矩形的單板。在DElO 2007 033 242 Al中描述了一種同類型的方法。
背景技術(shù)：
已知能夠通過借助于激光引入熱致應(yīng)力來分割易脆裂的材料。為此為了沿著規(guī)定的分離線產(chǎn)生壓應(yīng)力，將激光束對(duì)準(zhǔn)材料表面并且沿著所述規(guī)定的分離線的走向被引導(dǎo)。 緊接著給被加熱的區(qū)域施加冷卻劑束，由此產(chǎn)生拉應(yīng)力。如果產(chǎn)生的應(yīng)力差高于材料的斷裂應(yīng)力并且在分離線的起始點(diǎn)上存在一個(gè)缺口， 那么從該缺口處出發(fā)啟動(dòng)材料的撕裂。如果這樣的缺口不是由于存在的微裂縫，例如從機(jī)械的切割邊緣出發(fā)，而存在，那么必須有意地產(chǎn)生一個(gè)初始缺口，這例如通過金剛石切割輪或可良好聚焦的具有高能量密度的激光器實(shí)現(xiàn)。對(duì)于后者而言，可以使用加工激光器或也可以使用一個(gè)第二激光器。根據(jù)材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，能夠達(dá)到要求的深裂紋或完全穿透材料的分離裂縫。為了例如在制造用于移動(dòng)電話或類似件的顯示盤時(shí)或在制造晶片時(shí)將平板分割成多個(gè)相同的矩形的單板，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)將平板首先沿著多個(gè)彼此平行延伸的第一分離線切割并且而后轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)90°的切割角度，隨后沿著多個(gè)平行延伸的第二分離線被切割。由此通過以90°角度相交的分離線的交叉點(diǎn)的設(shè)定，產(chǎn)生了矩形的單板，其側(cè)面長(zhǎng)度通過分離線的間隔決定。對(duì)于如此制造的單板的質(zhì)量決定性的是分離裂縫精確沿著規(guī)定的分離線構(gòu)成。在DE 10 2007 033 242 Al中確定了在交叉點(diǎn)上出現(xiàn)這種類型的質(zhì)量缺陷。所形成的分離裂縫在交叉點(diǎn)處不是彼此垂直的，這意味著分離裂縫的走向在交叉點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)偏離于規(guī)定的分離線的走向。這種缺陷歸咎于熱致應(yīng)力沿著通過分離裂縫構(gòu)成的彼此貼靠的棱邊的相互影響。這個(gè)問題如此解決，即，使得通過分離在第一方向上形成的各個(gè)條隔開距
1 O然而在實(shí)踐中證明，當(dāng)平板的周邊線偏離于矩形形狀時(shí)且當(dāng)分離裂縫不是垂直于周邊面時(shí)，所形成的分離裂縫也在其與待分割的板的周邊相鄰的起始處偏離于規(guī)定的分離線。這特別是在此情況下出現(xiàn)，S卩，周邊線是彎曲的。主要是具有圓形的周邊線的平板是具有實(shí)際意義的，如要被分割成各單個(gè)芯片的晶片盤。理論上這種平板例如也可以具有三角形、多邊形、橢圓形的形狀或具有自由成型的周邊面。在所有這些情況下至少一些分離線不是垂直于周邊面的。由此產(chǎn)生的問題應(yīng)當(dāng)借助于附圖Ia和Ib借助于一個(gè)圓的平板闡述，其要沿著10 個(gè)分離線被分割。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，平板1的分割如上所述沿著分離線2實(shí)現(xiàn)，它們?cè)谄叫杏谄桨?直徑的彼此垂直的方向上設(shè)置。所述分離線從周邊面出發(fā)成列布置，平板首先是沿著在第一方向上的所有分離線2. 1至2. 5并且緊接著沿著在另外的方向上的所有分離線 2. 6至2. 10被分割。所有的分離線2，除了一個(gè)其走向與平板1的直徑重合的分離線之外，與一個(gè)在與周邊面的交點(diǎn)處相切的切線圍成一個(gè)不同于90°的進(jìn)入角度α，該角度隨著與直徑的距離的增大而變小。因?yàn)橛捎诜蛛x過程形成的熱致應(yīng)力在分離線的起始點(diǎn)處(即在平板的邊緣區(qū)域內(nèi))在一個(gè)在起始點(diǎn)處與周邊面相切的切線的方向(接下來稱為切向方向)上傳播并且僅僅該應(yīng)力的垂直投影在分離線上的分量對(duì)于分量裂紋的沿著規(guī)定的分離線的撕開力是決定性的，所以隨著與直徑的距離的增大，分離裂縫的形成偏離了預(yù)定的分離線。此外自一個(gè)臨界的、與材料的厚度、劃口和切割參數(shù)相關(guān)的距離開始，用于啟動(dòng)分離過程的撕開力變得過小。一個(gè)另外的問題可能特別是在分割成具有極小的棱邊長(zhǎng)度(< Imm)的芯片時(shí)產(chǎn)生。在實(shí)施的試驗(yàn)中觀察到，在分割時(shí)所引發(fā)的分離裂紋在邊緣區(qū)域內(nèi)的走向偏離于規(guī)定的分離線并且始終朝向邊緣彎曲?？赡艿慕忉屖菬嶂聭?yīng)力的垂直于分離線的對(duì)稱的傳播， 所述熱致應(yīng)力根據(jù)在分離線兩側(cè)鄰接的材料量而受到不同大小的阻力。裂紋朝向較小阻力的方向延伸和彎曲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種用于將具有不同于矩形的周邊線的平板分割成多個(gè)矩形的單件的方法，利用該方法借助于激光引發(fā)熱應(yīng)力，這種應(yīng)力導(dǎo)致形成分離裂縫，所述分離裂縫高精度地沿著規(guī)定的分離線的分布延伸。對(duì)于用于將由易脆裂的材料制成的平板分割成多個(gè)矩形的單板的方法，其中借助于激光基于熱致應(yīng)力沿著彼此垂直延伸的、以規(guī)定的間隔布置的分離線形成將平板分割的分離裂縫，其中將對(duì)準(zhǔn)平板的激光束至少部分地依次沿著所述分離線引導(dǎo)，上述任務(wù)如此實(shí)現(xiàn)在第一步驟中從在平板的周邊面上的一個(gè)起始點(diǎn)出發(fā)，利用沿著一個(gè)分離線的一個(gè)分離裂縫將平板分成兩個(gè)部分，從而沿著該分離裂縫形成兩個(gè)直線的棱邊，在第二步驟中分別從在所形成的棱邊上的各起始點(diǎn)出發(fā)沿著所有垂直于所述棱邊延伸的分離線引入分離裂縫，由此形成多個(gè)具有其它的直線的棱邊的部分，并且在第三步驟中所有的分離裂縫沿著垂直于所述其它的直線的棱邊延伸的分離線引入，因此最后將平板分成多個(gè)單板。有利地，分離裂縫的引入時(shí)間順序是，分離裂縫分別依次沿著這樣的分離線引入， 該分離線與應(yīng)當(dāng)利用該分離裂縫分成兩個(gè)部分的那個(gè)部分的棱邊的等分線最近。為了縮短過程持續(xù)時(shí)間，有利的是，同時(shí)在一個(gè)方向上產(chǎn)生多個(gè)分離裂縫，其分割多個(gè)不同的部分。為了進(jìn)一步縮短過程持續(xù)時(shí)間，有利地在第三步驟中沿著從平板的一個(gè)邊緣至平板的另外一個(gè)邊緣的分離線引入分離裂縫。也有利的是，在各單個(gè)步驟之間將已經(jīng)形成的各部分通過拉伸過程彼此分開。也應(yīng)當(dāng)在分離線的起始點(diǎn)上在引入分離裂縫之前引入初始缺口。特別有利地上述方法能夠用于分割圓的平板。而后第一分離線沿著直徑確定，從而第一分離裂縫將圓的平板二等分。有利地，第一分離裂縫也在與之垂直的方向上確定并且所有其它的分離線的間隔參考它們進(jìn)行確定。


借助于附圖接下來示例地詳細(xì)闡述本發(fā)明的方法，附圖示出圖la-b用于闡述根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的切割原理的草圖；圖加-c用于闡述根據(jù)本發(fā)明的方法的切割原理的草圖；圖3a_b具有分離線的圓的平板，在其中可看出沿著分離線引入分離裂縫的原理。
具體實(shí)施例方式該方法接下來借助于圓的平板1闡述。然而該方法也可以用于與平板的周邊形狀無關(guān)地分離平板，并且有利地適合用于分離這樣的平板，其周邊線不同于矩形。該方法特別適合于將圓的晶片盤分離成各單個(gè)的矩形的芯片。引入分離裂縫與在現(xiàn)有技術(shù)中描述的方法以同樣方式實(shí)現(xiàn)，其中將激光束對(duì)準(zhǔn)平板的表面并且從起始點(diǎn)出發(fā)沿著預(yù)定的分離線相對(duì)于平板引導(dǎo)。本發(fā)明的方法的決定性的區(qū)別之處引入分離裂縫的原理或機(jī)制，其取決于從何處出發(fā)開始引入分離裂縫和以何種順序。圖Ia示出一種圓的平板1，在此示例地具有10個(gè)分離線2. 1-2. 10。這些分離線的引入順序以連續(xù)的數(shù)字標(biāo)號(hào)表示，按照現(xiàn)有技術(shù)的原理如上所述地分離裂縫也是以該引入順序沿著這些分離線被弓I入的。為了闡述待解決的問題，圖Ib示意地示出分別在分離線的起始點(diǎn)處根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的原理形成的應(yīng)力。利用根據(jù)本發(fā)明的方法，平板應(yīng)當(dāng)(如圖1所示)利用分離線的相同的布置或相同的樣式劃分成多個(gè)單板。在圖加-c中示出一個(gè)平板1，在該平板中逐步地引入分離裂縫。為了保持視圖清楚，在每個(gè)方向上僅僅應(yīng)當(dāng)弓I入三個(gè)分離線。在附圖3a和北中示出具有18個(gè)分離線的平板，以便特別是示出沿著分離線在一個(gè)方向上引入分離裂縫的時(shí)間順序。根據(jù)本發(fā)明的方法的基本原理在于，每個(gè)分離裂縫(其以后限定其中一個(gè)單板) 應(yīng)當(dāng)從這樣的起始點(diǎn)出發(fā)，在該起始點(diǎn)中熱致應(yīng)力垂直于分離裂縫傳播。這在如此情況下可靠得到，即，分離線(分離裂縫應(yīng)當(dāng)高精度地沿著這些分離線延伸)垂直于直線的棱邊。此外，平板1的劃分應(yīng)當(dāng)有利地如此實(shí)現(xiàn)，即，使得在每個(gè)分離裂縫兩側(cè)至少在起始點(diǎn)處鄰接盡可能相同的材料量。在一個(gè)第一步驟中(在附圖加中示出)，平板1通過一個(gè)分離裂縫分成兩個(gè)部分， 由此形成兩個(gè)直線的棱邊。該分割有利地如此實(shí)現(xiàn)，即，使得平板1被二等分。如果平板是圓的平板，那么該二等分的分離裂縫必然與圓的平板的直徑重合，由此該分離裂縫垂直于周邊面上的切線延伸。在起始點(diǎn)處產(chǎn)生的應(yīng)力因此理想地，與從一個(gè)直線的棱邊出發(fā)垂直于分離線延伸的棱邊一樣，垂直于分離線延伸。緊接著在第一步驟中形成的兩個(gè)部分例如利用在DE 10 2007 033 242中描述的拉伸方法彼此移離。這兩個(gè)部分之間優(yōu)選的間隔為5至10 μ m。在第二步驟中(在附圖2b中示出)，從形成的兩個(gè)棱邊出發(fā)所有的分離裂縫沿著在一個(gè)垂直于這兩個(gè)棱邊的第一方向上延伸的分離線引入。這意味著從平板1的中心出發(fā)分別沿著一個(gè)分離線產(chǎn)生具有相反方向的裂縫線。有利地分別在預(yù)定的分離線的起始處提前加工出初始缺口，其能夠借助于金剛石或硬金屬劃破器以機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)或借助于激光無接觸地實(shí)現(xiàn)。在接下來的分離過程中分離裂縫有利地不是依次沿著并排的分離線引入，而是分別盡可能將通過分離業(yè)已產(chǎn)生的部分對(duì)半平分。有利地，在第二步驟中沿其引入分離裂縫的第一分離線沿著兩個(gè)已經(jīng)產(chǎn)生的半圓形的部分的面積等分線確定并且從該第一分離線出發(fā)確定與之平行的各分離線。在所述沿著所述第一分離線的分離裂縫的整個(gè)長(zhǎng)度上，在該分離裂縫的兩側(cè)的材料量是相同的。所有其它的在相同方向上的分離裂縫就分別待分割的部分而言依次分別沿著離該部分的棱邊的中心最近的分離線引入。因此至少在每個(gè)分離裂縫的起始點(diǎn)上在分離裂縫兩側(cè)的材料量是幾乎相同的。該過程如此進(jìn)一步延續(xù)，直至所有的分離裂縫沿著分離線在第一方向上被引入。這種做法在所引發(fā)的應(yīng)力的傳播方向上減小了材料阻力差并且因此確保了分離裂縫沿著規(guī)定的分離線的走向的高精度直線走向。作為第二步驟的結(jié)果，平板1被切割成多個(gè)部分，即，多個(gè)條形式的部分。而后在一個(gè)第三步驟中實(shí)現(xiàn)將條分割成單板，S卩，將條垂直于形成的棱邊分割。有利地在規(guī)定的分離線上在每個(gè)條的邊緣上提前加工出初始缺口?？赡艿膶?shí)施方式是在邊緣區(qū)域內(nèi)的最小的缺口，也可以是在分離線內(nèi)部在其整個(gè)長(zhǎng)度上連貫的劃口。在加工出初始缺口之后有利地實(shí)現(xiàn)另外的拉伸過程，其應(yīng)當(dāng)在接下來的分離過程期間阻止棱邊接觸。在第三步驟中(在附圖2c中示出)，現(xiàn)在類似于第二步驟所有的分離裂縫從現(xiàn)有的棱邊出發(fā)沿著在第二方向上延伸的分離線引入。與第二步驟(在第二步驟中沿著一個(gè)分離線分別構(gòu)成一個(gè)分離裂縫)不同，在第三步驟中沿著一個(gè)分離線依次構(gòu)成多個(gè)分離裂縫，它們通過條的在第二步驟中產(chǎn)生的直線的棱邊限定。這些棱邊精確地垂直于將要新產(chǎn)生的分離裂縫。因?yàn)樾纬傻呐c平板的邊緣鄰接的單板不具有矩形的形狀，因此它們是廢料，因此將其限定的分離裂縫的質(zhì)量不是重要的。不重要的是與邊緣部分鄰接的分離裂縫是否跟隨分離線的走向或是否它們也許也完全未被形成。因?yàn)榻酉聛淼姆蛛x裂縫重新從一個(gè)垂直于該分離裂縫延伸的棱邊出發(fā)，所以該接下來的分離裂縫也重新具有所要求的質(zhì)量。在第三步驟中引入的分離裂縫因此無需強(qiáng)制地從平板1的中心出發(fā)在相反的方向上引入，如在圖2c中所示，而是也能夠從平板1的邊緣出發(fā)在相同的方向上引入，這甚至相比較地導(dǎo)致縮短過程持續(xù)時(shí)間。因此在該方法中每個(gè)分離裂縫(其以后限定一個(gè)矩形的單件)，除了在起始點(diǎn)處的第一分離裂縫之外，都垂直于一個(gè)直線的棱邊形成，由此熱致應(yīng)力以對(duì)于分離裂縫沿著規(guī)定的分離線的規(guī)定分布而言最佳的方式被引入。
在圖3a中示出所有產(chǎn)生的分離裂縫，其中它們引入的原理通過標(biāo)記和連續(xù)的數(shù)字編號(hào)示出。與根據(jù)圖加-2(闡述的原理不同，在此如上所述，在第三步驟中被引入的分離裂縫從平板1的邊緣出發(fā)被引入。在一個(gè)方向上的起始點(diǎn)分別通過正方形象征表示并且引入分離裂縫的方向分別利用箭頭表示。清楚的是，在此示出的小數(shù)量的分離裂縫僅僅為了清楚地示意并且數(shù)量可以大上多倍。分離裂縫利用增大的編號(hào)以連續(xù)的數(shù)字表示它們?nèi)绾我来窝刂蛛x線引入的。具有相同編號(hào)的分離線能夠在下一個(gè)較高編號(hào)的分離裂縫引入之前同時(shí)或依次地引入。在方法的三個(gè)所述的步驟之間分別需要在切割工具即對(duì)準(zhǔn)平板1的表面的激光束和工件即平板1之間進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在所描述的示例中涉及90°旋轉(zhuǎn)，優(yōu)選是待加工的平板1的90°旋轉(zhuǎn)。為了同時(shí)引入分離裂縫可以將多個(gè)激光束同時(shí)對(duì)準(zhǔn)平板1。
權(quán)利要求
1.用于將由易脆裂的材料制成的平板(1)分割成多個(gè)矩形的單板的方法，其中借助于激光基于熱致應(yīng)力沿著彼此垂直延伸的、以規(guī)定的間隔布置的分離線形成將平板(1)分割的分離裂縫O)，其中將對(duì)準(zhǔn)平板(1)的激光束至少部分地依次沿著所述分離線引導(dǎo)，其特征在于，在第一步驟中從在平板(1)的周邊面上的一個(gè)起始點(diǎn)出發(fā)，利用沿著一個(gè)分離線的一個(gè)分離裂縫(2. 1)將平板(1)分成兩個(gè)部分，從而沿著該分離裂縫(2. 1)形成兩個(gè)直線的棱邊，在第二步驟中分別從在所形成的棱邊上的各起始點(diǎn)出發(fā)沿著所有垂直于所述棱邊延伸的分離線引入分離裂縫(2. 2-2. 5)，由此形成多個(gè)具有其它的直線的棱邊的部分，并且在第三步驟中所有的分離裂縫沿著垂直于所述其它的直線的棱邊延伸的分離線 (2. 6. 1-10至2. 8. 1-10)引入，因此最后將平板(1)分成多個(gè)單板。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在各單個(gè)步驟中分離裂縫(2)的引入時(shí)間順序是，分離裂縫分別依次沿著這樣的分離線引入，該分離線與應(yīng)當(dāng)利用該分離裂縫分成兩個(gè)部分的那個(gè)部分的棱邊的等分線最近。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，同時(shí)在一個(gè)方向上產(chǎn)生多個(gè)分離裂縫O)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在第三步驟中沿著從平板(1)的一個(gè)邊緣至平板(1)的另外一個(gè)邊緣的分離線引入分離裂縫(2. 6. 1-10至2. 8. 1-10)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在各單個(gè)步驟之間將已經(jīng)形成的各部分通過拉伸過程彼此分開。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在分離線的起始點(diǎn)上在引入分離裂縫(2)之前引入初始缺口。
7.如上述權(quán)利要求1至6之一項(xiàng)所述的方法的應(yīng)用，用于分割圓的平板(1)，其特征在于，第一分離線的位置與平板(1)的直徑重合。
8.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于，如此規(guī)定分離線，使得彼此垂直的分離線中的兩個(gè)與平板(1)的直徑重合并且所有其它的分離線的間隔參考這兩個(gè)分離線進(jìn)行確定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將由易脆裂的材料制成的圓的平板(1)分割成多個(gè)矩形的單板的方法，其中借助于激光沿著規(guī)定的分離線引入分離裂縫(2)。為了這樣的目標(biāo)，即分離裂縫(2)可靠地產(chǎn)生并且精確跟隨規(guī)定的分離線的走向，建議一種特殊的原理，據(jù)此將激光束在時(shí)間上和空間上依次地在分離線上引導(dǎo)，以便形成分離裂紋(2)。
文檔編號(hào)C03B33/09GK102372426SQ20111019349
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者G·埃伯哈特, J·格里格爾, R·烏爾曼, S·贊德爾 申請(qǐng)人:詹諾普蒂克自動(dòng)化技術(shù)有限公司