发明名称 切割脆性材料之系统
摘要 本发明系关于一种切割脆性材料之系统。以该脆性材上的一雷射微裂缝切割线界定出一工作物件,对该脆性材料基板之外部周围进行加热,产生的热量造成位于该基板与该工作物件间的裂缝扩张使该工作物件从该微裂缝切割线中释出。另外,一释放气体胶带置放于一微裂缝切割线下方并沿着此脆性材料之微裂缝切割线施加一作用力,则该微裂缝成长而穿透该材料之厚度并沿着此微裂缝切割线完全分开。另一方面沿着微裂缝切割线施加一超音波能量造成该脆性材料破裂。另外可沿着微裂缝切割线施加一高压流体,使该切割线任一边材料分离。还有一实施例使用二种雷射光能量组合成一雷射束入射复合式轨迹,可有效产生分裂该脆性材料所需之应力向量。
申请公布号 TW521020 申请公布日期 2003.02.21
申请号 TW090111197 申请日期 2001.08.02
申请人 PTG精密工业技术中心公司 发明人 迪米契尼奇汀;汤玛斯米契尔
分类号 B23K26/00 主分类号 B23K26/00
代理机构 代理人 蔡坤财 台北市中山区松江路一四八号十二楼
主权项 1.一种分离一脆性材料之方法,该方法系沿着该脆性材料上一切割线来进行分离,该方法至少包含下列步骤:对该脆性材料上该切割线的一侧边或两侧边进行加热,在横越该材料切割线处产生一较高之温度差异。2.如申请专利范围第1项所述之方法,其中上述之加热步骤至少包含采用一高能量束。3.如申请专利范围第2项所述之方法,其中上述之高能量束至少包含一雷射。4.如申请专利范围第3项所述之方法,其中上述之加热步骤至少包含施加该雷射能量至该脆性材料外表面周围。5.如申请专利范围第3项所述之方法,其中上述之加热步骤至少包含施加该雷射能量至该脆性材料内部。6.如申请专利范围第3项所述之方法,其中上述之雷射至少包含一二氧化碳雷射。7.如申请专利范围第3项所述之方法,其中上述之雷射至少包含一Nd:YAG雷射。8.如申请专利范围第1项所述之方法,其中上述之加热步骤至少包含以一加热流体对该脆性材料进行轰击。9.如申请专利范围第1项所述之方法,其中上述加热步骤至少包含施加一红外线能量。10.如申请专利范围第1项所述之方法,其中上述加热步骤至少包含施加一紫外线或较短波长能量。11.如申请专利范围第1项所述之方法,其中上述切割线至少包含一微裂缝。12.如申请专利范围第1项所述之方法,其中上述脆性材料可由一矿物玻璃、玻璃化之二氧化矽、金属玻璃、陶瓷及结晶材料所组成之群组中择一选用之。13.一种分离部分脆性材料之方法,其中该部分脆性材料系由一“封闭形状"所界定,沿着一封闭切割线,该切割线可成自行封闭状态,并不一定需要在该脆性材料外围表面上开孔或开一出口,该方法至少包含下列步骤:对该脆性材料之一切割线的一侧边进行急冷,以便在横越该材料切割线处产生一温度差异。14.如申请专利范围第13项所述之方法,其中上述一侧边至少包含一内边,且在该部分之外表面上形成较高温,及在该部分之内表面形成较低温。15.如申请专利范围第13项所述之方法,其中对上述切割线进行急冷,急冷至该材料部分侧边。16.如申请专利范围第13项所述之方法,其中上述切割线至少包含一微裂缝。17.如申请专利范围第13项所述之方法,其中上述急冷步骤至少包含施加一急冷流体至该脆性材料表面。18.如申请专利范围第15项所述之方法,其中上述急冷流体可从急冷气体、乾式液态氮、及汽化液态氮选择出。19.如申请专利范围第15项所述之方法,其中上述急冷流体至少包含二氧化碳。20.如申请专利范围第15项所述之方法,其中上述急冷流体至少包含流体化固态二氧化碳“雪状物(snow)"。21.如申请专利范围第13项所述之方法,其中对上述材料施以急冷步骤系藉由施加低沸点材料至该脆性材料表面者。22.如申请专利范围第13项所述之方法,其中上述材料系以热电冷却设备进行急冷。23.如申请专利范围第13项所述之方法,其中上述急冷步骤系包含使用热-机械设备进行急冷处理。24.一种分离一脆性材料之方法,该方法系沿着该材料上一切割线进行分离,该方法至少包含下列步骤:对脆性材料上之一切割线的外部周围加热,使该外部周围温度高于该切割线内部周围,以便在横越该切割线处产生一温度差异。25.如申请专利范围第24项所述之方法,其中上述加热步骤系对该切割线外部周围为之,同时并对该切割线内部周围进行急冷。26.如申请专利范围第24项所述之方法,其中上述切割线外部及内部周围二者均被加热,并使该外部周围之温度较高于该内部周围之温度。27.如申请专利范围第24项所述之方法,其中上述之切割线至少包含一微裂缝。28.如申请专利范围第24项所述之方法,其中上述之加热步骤至少包含采用一高能量束。29.如申请专利范围第24项所述之方法,其中上述之一高能量束至少包含一雷射。30.如申请专利范围第24项所述之方法,其中上述之加热步骤至少包含施加该雷射能量至该材料外部形成一封闭形状之周围区域。31.如申请专利范围第24项所述之方法,其中上述之加热步骤至少包含施加该雷射能量至使该材料形成一封闭形状之内部区域。32.如申请专利范围第29项所述之方法,其中上述之雷射至少包含一二氧化碳雷射或Nd:YAG雷射。33.如申请专利范围第24项所述之方法,其中上述之加热步骤至少包含以一加热气体对该脆性材料进行轰击。34.如申请专利范围第24项所述之方法,其中上述加热步骤至少包含采用一红外线能量。35.如申请专利范围第24项所述之方法,其中上述急冷步骤至少包含施加一急冷气体至该脆性材料表面。36.如申请专利范围第35项所述之方法,其中上述急冷气体至少包含一急冷气体。37.如申请专利范围第35项所述之方法,其中上述急冷气体至少包含乾式液态氮或汽化液态氮。38.如申请专利范围第35项所述之方法,其中上述急冷气体至少包含二氧化碳。39.如申请专利范围第24项所述之方法,其中上述急冷步骤至少包含施加一低沸点材料至该脆性材料表面。40.如申请专利范围第24项所述之方法,其中上述急冷步骤至少包含使用热电设备进行急冷。41.如申请专利范围第24项所述之方法,其中上述急冷步骤至少包含使用热机械设备进行急冷。42.如申请专利范围第24项所述之方法,其中上述加热步骤系于急冷步骤前进行之。43.如申请专利范围第24项所述之方法,其中上述加热步骤可随后或同时与急冷步骤一起进行。44.一种沿着一切割线分离一脆性材料之方法,该方法至少包含下列步骤:在形成该切割线之前,放置一气体胶带至该脆性材料表面使该气体胶带至少有一部份位于该切割线下方,并使该气体胶带所释放之气体物质通常位于该切割线下方,则该气体物质可产生足量之机械式压力使该脆性材料沿着一切割线发生破裂。45.如申请专利范围第44项所述之方法,其中上述气体胶带被热活化。46.如申请专利范围第45项所述之方法,其中上述切割线至少包含由雷射割痕所产生之微裂缝,该雷射割痕可提供足量之热能使该气体胶带释放气体。47.如申请专利范围第44项所述之方法,其中上述气体胶带以预设波长之光进行曝光而活化。48.如申请专利范围第47项所述之方法,其中上述释出气体系藉由一预设波长之雷射沿着该切割线之气体胶带进行轰击所产生。49.如申请专利范围第47项所述之方法,其中上述气体胶带系使用红外线光进行曝光而活化。50.如申请专利范围第47项所述之方法,其中上述气体胶带系使用紫外线光进行曝光而活化。51.如申请专利范围第44项所述之方法,其中上述气体胶带至少包含一单面胶带。52.如申请专利范围第51项所述之方法,其中上述单面胶带至少包含一纸类支撑物。53.如申请专利范围第51项所述之方法,其中上述单面胶带至少包含一聚合物支撑物。54.如申请专利范围第44项所述之方法,其中上述气体胶带至少包含一双面胶带。55.一种沿着一封闭形状切割线分离一脆性材料之方法,该方法至少包含下列步骤:超音波能量化该脆性基材上之该切割线的一侧边。56.如申请专利范围第55项所述之方法,其中上述切割线可界定出一具封闭形状之工作物件,并超音波能量化具该封闭形状之工作物件。57.如申请专利范围第55项所述之方法,其中上述方法至少包含下列步骤:一超音波声腔耦合至该脆性材料上该切割线之一侧,以超音波将该超音波声腔能量化,且该超音波声腔用以超音波能量化。58.如申请专利范围第55项所述之方法,其中上述方法更包含施加一作用力,该作用力与该脆性材料平面正交。59.如申请专利范围第58项所述之方法,其中上述作用力系经由一超音波声腔而施加于该脆性材料上。60.如申请专利范围第58项所述之方法,其中上述作用力施加于该脆性材料上系以一流体通过一超音波声腔中一埠为之者。61.如申请专利范围第59项所述之方法,其中上述超音波声腔系经由该一真空埠与该脆性基材耦合,当该超音波声腔远离该脆性材料时,上述作用力即被施加于该脆性材料上。62.如申请专利范围第57项所述之方法,其中上述方法更包含促使该超音波声腔与该脆性基材表面接触,以便施加该作用力于该脆性材料上。63.如申请专利范围第57项所述之方法,其中上述方法更包含下列步骤:施加一加压流体于该脆性材料(相对于该超音波腔体)表面上,使该正向力被加诸于该脆性材料上。64.如申请专利范围第55项所述之方法,其中上述方法更包含下列步骤:超音波能量化一流体,并以该已能量化之流体来轰击该脆性材料,其中施加于该脆性材料之该流体已先经超音波能量化。65.如申请专利范围第64项所述之方法,其中于上述以流体轰击该脆性材料的步骤中,一正向力系被施加至该脆性材料上。66.如申请专利范围第65项所述之方法,其中上述流体至少包含一液体流或气体流,且该流体系与该脆性材料直接作用。67.一种沿着脆性材料上一切割线分离一脆性材料之设备,该设备至少包含一超音波产生器,该设备系被耦合至一超音波声腔;该超音波声腔一接触面则是被机械耦合至脆性材料上。68.如申请专利范围第67项所述之设备,其中上述超音波声腔接触面上至少包含一个以上之真空埠,以便相对于该接触面之该真空埠施加一作用力于该脆性材料。69.如申请专利范围第67项所述之设备,其中上述超音波声腔该接触面上至少包含一个以上之流体埠,该一个以上之流体埠系与一流体供应器耦合,该流体供应器从该一个以上之流体埠处输送一流体而施加一作用力于该脆性基材上。70.一种沿着脆性材料上一切割线分离一脆性材料之设备,该设备至少包含一加压流体供应器,该加压流体供应器系被耦合至至少一个以上的喷嘴,其中该喷嘴包含一电能转换器,该电能转换器被耦合至一超音波产生器,以便以超音波激发一流体蒸汽使其通过该一个以上之喷嘴。71.如申请专利范围第70项所述之设备,其中上述加压流体控制器至少包含一气体。72.如申请专利范围第70项所述之设备,其中上述加压流体控制器至少包含一液体。73.一种沿着脆性材料上一微裂缝切割线分离一脆性材料之方法,该方法至少包含下列步骤:沿着该微裂缝施加一加压流体蒸汽,以便产生足量之动态流体作用力,促使该脆性材料沿着该微裂缝切割线发生分离。74.如申请专利范围第73项所述之方法,其中上述加压流体至少包含一加压气体。75.如申请专利范围第74项所述之方法,其中上述加压流体的压力为60-120磅/平方英寸。76.如申请专利范围第74项所述之方法,其中上述加压流体之一攻击角度为30至60度。77.如申请专利范围第76项所述之方法,其中上述加压流体之一攻击角度约为45度。78.一种沿着脆性材料上一微裂缝切割线分离一脆性材料之设备,该设备至少包含一喷嘴之配置,该喷嘴使雷射切割过程中可选择性供给一冷却介质及一高压蒸汽,其中该高压蒸汽可产生足量之气体动态作用力使该脆性材料沿着该微裂缝切割线发生分离。79.一种沿着脆性材料上一微裂缝切割线分离一脆性材料之方法,该方法至少包含下列步骤:沿着该微裂缝切割线施加该气体蒸汽,其中该加压气体蒸汽之激发方式系以一超音波脉波为之。80.一种沿着脆性材料上一微裂缝切割线分离一脆性材料离之设备,该设备至少包含一喷嘴,且该喷嘴被耦合至一加压气体供应器,该喷嘴也被耦合至一电能转换器用以超音波脉波方式将通过该喷嘴之一流体蒸汽能量化。81.一种形成一微裂缝于一脆性材料中之方法,该方法至少包含下列步骤:加热该脆性材料,亦即沿着由复合式轨迹能量图案所预定之切割路径进行加热,其中该复合式轨迹能量图案至少由一个以上之一第一及第二入射能量束所相对投射之一第一及一第二入射轨迹组合而成。82.如申请专利范围第81项所述之方法,其中上述复合式轨迹通常对称于该预定切割路径。83.如申请专利范围第81项所述之方法,其中上述至少一个以上之一第一及一第二入射能量束包含雷射束。84.如申请专利范围第81项所述之方法,其中上述至少一个以上之一第一及一第二入射轨迹无重叠现象。85.如申请专利范围第81项所述之方法,其中上述至少一个以上之一第一及一第二入射轨迹中之任一者通常皆以高斯能量分布形式横越任一轨迹宽度。86.如申请专利范围第81项所述之方法,其中上述至少一个以上之一第一及一第二入射轨迹中至少部分重叠用以界定出一重叠区域。87.如申请专利范围第81项所述之方法,其中上述复合式轨迹的一净能量分布系以累积至少一个以上之一第一及一第二入射轨迹个别之能量分布而组成,且该第一及第二入射轨迹之能量分布系累积于该重叠区域。88.如申请专利范围第87项所述之方法,其中上述复合式轨迹的一净能量分布具有一三样式组态,该净能量分布之中心处顶峰通常与该切割线排列成一直线。89.如申请专利范围第87项所述之方法,其中上述净能量分布具有一头及肩部组态,该能量顶峰区通常与该切割线排列成一直线,且一第一及一第二次要峰个别位于该顶峰区之任一侧。90.一种用以诱发一脆性材料形成一微裂缝之设备,该设备至少包含一个以上之一第一及一第二能量束的一供给源,且配置一光学标的物使该一个以上之一第一及一第二能量束正对该脆性材料轰击之。91.如申请专利范围第90项所述之设备,其中上述至少一个以上之一第一及一第二能量束的供给源其至少包含一个以上之一第一及一第二能量束源。92.如申请专利范围第90项所述之设备,其中上述至少一个以上之一第一及一第二能量束的供给源至少包含一单一能量束源以激发一单一能量束,该单一能量束分裂为至少一个以上之一第一及一第二分开之能量束。93.如申请专利范围第90项所述之设备,其中上述光学标的物至少包含一Ⅴ型镜。94.如申请专利范围第93项所述之设备,其中上述Ⅴ型镜至少包含二个以上独立之可改变角度之镜面。95.如申请专利范围第90项所述之设备,其中上述光学标的物至少包含一三菱镜。96.如申请专利范围第90项所述之设备,更进一步配装包含至少一个以上之一第一及一第二偏移镜面,使该一个以上之第一及第二能量束正对至该光学标的物。97.如申请专利范围第90项所述之设备,其中配装上述之光学标的物使该一个以上之第一及第二能量束个自以平行路径笔直前进。98.如申请专利范围第90项所述之设备,其中上述至少一个以上之一第一及一第二能量束的供给源至少包含一雷射源。图式简单说明:第1图所示者为一封闭工作物件之平面图;第2图所示者为一封闭工作物件之侧视图;第3图所示者为一具所绘侧面之封闭工作物件之侧视图;第4图所示者为一封闭工作物件,该封闭工作物件包含一切割物件之平面图;第5a图所示者为一黏着至一气体释放胶带之脆性基材;第5b图所示者为一脆性基材及一气体释放胶带之细部放大图;第6图所示者为能使一工作物件从一脆性基材中分离的一气体释放胶带;第7图所示者为一使用超音波声腔之超音波爆发系统的透视图;第8图所示者为所示者为一使用能量化流体之超音波爆发系统的透视图;第9a图及第9b图所示者为包含一微裂缝切割线之一脆性基板的透视图,而第9c图为其两者之放大剖面图及平面图;第10图所示者为经由第9a图至第9c图之步骤后,该脆性基材分离之透视图;第11图所示者为本发明实施例中第四态样分离一脆性基材之示范设备;第12图所示者为以双雷射切割脆性材料之示范设备;第13a-13b图所示者为多变光束之调校方法;第14a-14d图所示者为本发明可变能量轨迹之剖面图,及;第15a-15e图所示者为能量轨迹之剖面图与光束轨迹能量分布及净能量分布之比较图。
地址 美国