專利名稱：借助于激光將由易脆裂的材料制成的平面板分割成多個單塊板的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法，通過該方法通過借助于激光引入熱感應應 力將由易脆裂的材料如玻璃、陶瓷或單晶材料如硅、藍寶石或砷化鎵 組成的平面板分割成多個單塊板，以及涉及一種適合于該方法的設(shè)備。
由專利文獻DE 10041519C1已知一種這一類型的方法和i殳備。
背景技術(shù)：
已知，可以通過借助于激光引入熱感應應力分割脆性材料。為此 沿希望的分割線(加工線)將一激光束射至材料表面上，接著對受熱 區(qū)施加冷卻介質(zhì)來，由此產(chǎn)生拉應力。如果所產(chǎn)生的應力差超過材料 的碎裂應力并在加工線上存在一缺陷，那么便從缺陷出發(fā)形成材料裂 縫。
如果這種缺陷不是由于存在微裂紋(例如從機械切割棱邊出發(fā)) 而存在，那么必須按要求產(chǎn)生一個初始缺陷，例如通過金剛石切割輪 或高能量密度的可很好聚焦的激光。對于后者可采用加工激光器或第 二個激光器。根據(jù)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同既可以達到要求深度的裂縫， 也可以達到安全穿透材料的分離縫。
為了例如在制造用于移動電話等等的顯示屏或在制造芯片時將一 塊平面板分割成大量相同的矩形單塊板，平面板首先沿許多相互平行 分布的第一加工線，然后轉(zhuǎn)過90。的切割角，沿許多平行分布的第二 分割線切開。由此形成，通過相互成90。角相交的加工線的交叉點規(guī) 定的矩形單塊板，其邊長通過加工線的間距確定。
這種方法不限于切割成矩形單塊板，而且局限于網(wǎng)狀模式的切割， 其中矩形對于上述應用是一種有價值的形式。
在專利文獻DE 100 41 519 Cl中了解到在交叉點處產(chǎn)生初始缺陷 的困難，作為這種方法的問題。按照這份資料平面板應該從平面板一 條棱邊開始沿第 一加工方向亳無問題地切割成大量條形板，因為為了 沿每條分割線形成必要的初始缺陷可以在平面板棱邊上尺寸精確地安 裝一切割輪。而在在已形成的條形板棱邊上形成初始缺陷時切割輪必 須從上方精確地放在交叉點上，以便將相鄰的條形板切割成單塊板。 這導致由方法造成的單塊板相匯合的角部的損壞。
現(xiàn)在專利文獻DE 10041519C1中建議，由平玻璃板切割成的條狀 板在其切割成單塊板之前，以一規(guī)定的間距相互分開。因此切割輪也 可以尺寸精確地裝在條形板棱邊上。為此平玻璃板平放在一切割工作 臺上，切割工作臺由許多可相互移開的板塊組成。切割工作臺最好配 設(shè)一用來夾緊平玻璃板和切開的部分的真空系統(tǒng)。如果每塊分工作臺 配設(shè)一可單獨控制的真空場，則特別有利。由此可以單獨地固定和松 開切下的條形板，從而避免通過真空可能扭曲的玻璃對隨后的激光切 割產(chǎn)生不利影響。
除了與所述類型的切割工作臺有關(guān)的高的設(shè)備費用外，帶這種切 割工作臺的設(shè)備有致命的缺點，即條形板的寬度不能任意選擇，而由 單個工作臺分塊的寬度決定，因此條形板的寬度只能選擇等于工作臺
分塊的寬度或其整數(shù)倍。它還局限于平玻璃板的最小厚度，就像它們 通常直接放在切割工作臺上的那樣。
在100-300pm厚度范圍內(nèi)的平面板(例如由硅或砷化鎵制成薄的 晶片)通常僅僅貼在伸縮膜上。在加工完畢和分成芯片后拉長伸縮膜， 使得 一 方面避免在運輸期間芯片棱邊的機械損壞，另 一 方面芯片可以 從膜上單個取下，而不與相鄰芯片接觸。
按照目前的實踐，芯片切割主要通過機械鋸削進行。在專利申請 DE 102005012144A1中介紹了一種設(shè)備，用該設(shè)備通過借助于激光切 除材料在一保持在薄膜上的晶片上加工出網(wǎng)格形設(shè)置的分割線。但是 材料切除始終蘊含著污染晶片表面的危險。
通過申請人自己進行了試驗，通過借助于激光熱感應應力將保持 在一膜上的薄板切割成網(wǎng)狀，如開頭已經(jīng)簡單介紹的那樣。這里在沿 第一加工方向的加工線和沿第二方向的加工線之間的交叉點處顯示出 質(zhì)量缺陷。但是這不歸結(jié)于工具例如激光器或金剛石滾輪(如在專利
文獻DE 10041519C1中所述的那樣)從上方在交叉點處作用在平面板 表面上，而歸結(jié)于在相鄰條形板內(nèi)形成的應力的相互影響。
超前于所產(chǎn)生的冷卻劑斑的熱斑在轉(zhuǎn)移到下一個條形板時造成材 料膨脹，由此使它向前一條形板擠壓，條形板末端處的分割線偏離其
預定的分割線，因此在兩條相互錯位90。的分割線的規(guī)定的交叉點處 在單塊板的角部形成不精確的直角。
由JP 10-268275A已知一種用來切割玻璃基質(zhì)的方法和一種適合 于此的設(shè)備。待切割的玻璃基質(zhì)固定在一支座內(nèi)，在它里面玻璃基質(zhì) 通過一可膨脹的多孔體吸住。通過這樣的方法通過物體的膨脹改善切 割性能，即在切割期間在玻璃基質(zhì)表面上產(chǎn)生拉應力。
此方法不能用于所切割基質(zhì)件的空間分割。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，在借助于激光感應熱應力的基礎(chǔ)上找到一種方 法，它適合于將材料厚度小于lmm、特別是材料厚度為100-300nm 的易脆裂材料平面板分割成單塊板。這種方法還應該可用來將保持在 薄膜上的薄板分割成大量芯片。
本發(fā)明的另一個目的是，提供一種設(shè)備，利用該設(shè)備可以實施本 發(fā)明的方法，此外分割成矩形的、允許任意選擇尺寸的芯片。
這個目的對于方法而言用權(quán)利要求1的特征，對于設(shè)備而言用權(quán) 利要求5的特征實現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中介紹優(yōu)良的改進結(jié)構(gòu)。


下面借助于附圖舉例詳細說明所述設(shè)備和方法
圖la 設(shè)備的原理草圖2a 圖1在一時刻^的局部視圖2b 圖1在時刻t2的局部視圖3 夾緊工作臺連同放置在裝在框內(nèi)的伸縮膜上的平面板在時 刻t。的俯^L圖4a 平面板的俯視圖在時刻^的局部^L圖4b 平面板的俯視圖在時刻t2的局部一見圖4c 平面板的俯視圖在時刻t3的局部^L圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的設(shè)備在圖l和3中所示的優(yōu)良實施形式主要包括一夾緊 工作臺5，工件亦即裝在框內(nèi)的伸縮膜6連同附著在伸縮膜上面的平 面板1保持在此該工作臺上；各個工具，亦即用來產(chǎn)生初始缺陷的裝 置12、 一用來發(fā)射激光束的裝置10、 一用來噴射冷卻劑束的裝置11; 以及用于起工具作用的裝置10、 11、 12相對于表示為工件的平面板1 運動的才幾構(gòu)13。
作為相對運動必須強制地是沿一個方向的至少一個直線運動和一 繞與該方向垂直的軸線的旋轉(zhuǎn)運動，或者沿在一平面內(nèi)的二個方向的 直線運動，它們圍成一加工角。
和由專利資料DE 10041519C1所知的設(shè)備一樣，平面板l通過一 可控制的真空場保持在夾緊工作臺5上。這種真空場由一真空室8構(gòu) 成，該真空室在夾緊工作臺5的支承平面內(nèi)通過一多孔襯墊14封閉并 與一真空泵9連接。放置在上方的、裝在框內(nèi)的伸縮膜6和因此附著 在伸縮膜上的平面板l被緊貼地吸在多孔襯墊14上，從而被力鎖合地 保持。
在本說明書的意義上真空應該理解為比正常條件下的大氣壓力、 亦即比標準壓力PN小得多的壓力，它足以保證功能。也就是說在本說 明書的意義上緊鄰這個第一真空場的負壓應稱為真空P,,該真空在加 工期間可靠地保持所放置的平面板1。
真空腔8有利地用 一例如由陶瓷組成的多孔襯墊14封閉，其相對 于放在上面的平面板1具有一較小的或相同的周長。由此避免由于激 光束越過平面板棱邊而可能損壞多孔襯墊14。因此對于圓形的平面 板，多孔襯墊14同樣應該是一圓盤。在多孔襯墊14和槽7之間夾緊 工作臺5的表面有利地做成對于激光束是高反射的，因此激光束在越 過平面板棱邊時在夾緊工作臺5上不引起損壞。裝在框內(nèi)的伸縮膜6
由 一種對于激光束透明的材料制成。
代替一個單個的、朝向夾緊工作臺5的支承面方向封閉真空腔8 的多孔襯墊14，原則上真空腔8也可以通過一氣密性板封閉，多個多 孔襯墊14配合入所述氣密性板內(nèi)，這樣裝在框內(nèi)的伸縮膜6便點狀平 面地固定，這看起來不太有利。
與現(xiàn)有技術(shù)不同，平面板l不直接貼合在夾緊工作臺5上，而是 間接地通過一裝在框內(nèi)的伸縮膜6，這對于原先尚未加工的平面板1 的保持幾乎沒有區(qū)別。
和現(xiàn)有技術(shù)一樣，同樣存在和構(gòu)成稱為工具的裝置以及用于相對 運動的機構(gòu)13。相對運動允許引入熱應力以及因此沿規(guī)定的成網(wǎng)狀設(shè) 置的分割線形成分割裂縫。
1在通過產(chǎn)生沿第 一加工方向的分割裂縫將平面板1分割成各單個 條形板4之后，通過引入沿與第一加工方向圍成一加工角的第二加工 方向的分割裂縫將這些條形板4分割成各個單塊板3。這個加工角最 好是直角，但是也可以不同于直角，由此形成平行四邊形的單塊板。 但是其實際應用可能性僅限于個別情況，因此在后面的說明中從以直 角作為加工角并因此形成矩形的單塊板出發(fā)。
在引入沿第二加工方向的分割裂縫之前，將還以分割棱邊相互緊 靠的條形板4相互分開。在這里所述設(shè)備和方法與現(xiàn)有技術(shù)根本不同。
除了如上所述的且僅僅用來在引入分割裂縫期間保持平面板1的 第一真空場外，設(shè)備還包括一可控制的第二真空場，該第二真空場通 過一包圍第一真空場的槽7構(gòu)成。在第一真空場是圓形的情況下，槽 7相應地j故成圓環(huán)形。
可以借助于圖2a和2b詳細說明兩個真空場的工作原理。
隨著撤消在第一真空場上的真空P并且在槽7內(nèi)建立一真空P2， 位于上方的裝在框內(nèi)的伸縮膜6被吸住并被拉入槽7內(nèi)。由于伸縮膜 61張緊在一框62內(nèi)，由此確定了裝在框內(nèi)的伸縮膜61，伸縮膜61 在其在框62內(nèi)的整個面積上被拉伸，其中伸縮膜61在槽7上方得到 最大的拉伸。附著在裝在框內(nèi)的伸縮膜6上的條形板4被相互拉開一
定間距。在伸縮膜61的拉伸狀態(tài)下在第一真空場上重新建立真空P" 接著撤消槽7中的真空P2。因此條形板4按在它們之間形成的間距相 互重新固定。
槽7內(nèi)的真空P2也應該理解為一個負壓，它足以使裝在框內(nèi)的伸 縮膜6根據(jù)其材料性能充分拉伸，以促使條形板4相互離開一定間距， 該間距排除在沿第二加工方向分割時對條形板4的影響。
為了在槽7上建立真空，槽7同樣與一真空泵9連接。此真空泵 9有利地是已經(jīng)存在的用來產(chǎn)生第一真空場的真空泵9，它交替地在真 空腔8或槽7內(nèi)產(chǎn)生真空。
從通常是圓形的平面板出發(fā)在確定設(shè)備的尺寸時應該注意，框架 62具有一大于槽7外徑的內(nèi)徑。這樣裝在框內(nèi)的伸縮膜6便徑向向其 中心拉伸。在理想情況下這樣安放平面板1，使其中心與裝在框內(nèi)的 伸縮膜6的中心重合，對于可重復的最大拉伸而言，不僅真空度因此 還有拉力，而且真空所作用的可重復的面積尺寸是決定性的，因此框 架在槽7之外應該貼合在夾緊工作臺5上。槽的形狀不太重要，但是 其寬度和深度可能影響可能的拉伸。槽越寬，真空作用的面積便越大， 槽太淺可能限制可以拉入槽7內(nèi)的材料量。槽7的內(nèi)棱邊最好倒圓， 多孔襯墊14的表面做得附著性盡可能小，從而使對拉伸起反作用的附 著摩擦力盡可能小。
為了實施本方法將待加工的平面板1 (例如直徑為6〃-12〃的圓形 的硅晶片)安放在裝在框內(nèi)的伸縮膜6上，如果晶片還沒放在伸縮膜 上面的話。如開頭已經(jīng)說明過的那樣，晶片通常已經(jīng)在這種伸縮膜上 加工、儲存和輸送。
裝在框內(nèi)的伸縮膜6連同硅晶片這樣安放在夾緊工作臺5上，使 晶片支承在第一真空場的多孔襯墊14的中心。在第一真空場上建立真 空P"亦即一這樣低的負壓，以使在隨后的加工期間可靠地保持裝在 框內(nèi)的伸縮膜6連同硅晶片。根據(jù)規(guī)定的分割線數(shù)量，例如按 0.5-30mm的間距在第 一加工方向分別產(chǎn)生一初始缺陷，接著由此出發(fā) 產(chǎn)生分割裂縫。
例如用金剛石滾輪或激光器制成初始缺陷以及借助于激光束和隨 后的冷卻劑來沿分割線產(chǎn)生分割裂縫對于專業(yè)人員可由現(xiàn)有技術(shù)得 知，因此不必詳細i兌明。
對于本發(fā)明重要的是，將切開的各條形板4以一間距分開，以便 在將條形板4分割成單塊板3時防止相互影響。這個間距為3-10jLim 就夠了 。
產(chǎn)生初始缺陷(這沿第二加工方向不僅在平面板棱邊上實現(xiàn)，而 且分別在條形板棱邊上實現(xiàn))可以在分開間距的工步之前或之后進行。 對于在100-300ium厚度范圍內(nèi)的硅晶片而言，在該工步之前產(chǎn)生初始 缺陷是有利的。也就是說在條形板4分開到一定間距前，用于沿第二 加工方向的分割裂縫的所有初始缺陷便都加工好了 。
在分開一定間距后，分別從一初始缺陷出發(fā)以0.5-30mm的間距 分別產(chǎn)生沿第二加工方向的分割裂縫。單塊板3最好是長方體形的， 亦即在90。加工角的情況下制造。
在圖4a-4b中表示硅晶片在分割的不同加工階段的局部視圖。在 時刻^(圖4a)沿第一加工方向切割硅晶片。這時形成的條形板4還 相互緊靠。在時刻t2 (圖4b)條形板4業(yè)已分開到一定間距，在時刻 t3 (圖4c)條形板4已經(jīng)在其部分長度上分割成單塊板3。
附圖標記清單
1 平面板
2 分割線
3 單塊板
4 條形板
5 夾緊工作臺
6 裝在框內(nèi)的伸縮膜
61 伸縮膜
62 框
7 槽
8 真空腔
9 真空泵
10發(fā)射激光束的裝置
15 11發(fā)射冷卻劑束的裝置
12用來產(chǎn)生初始缺陷的裝置 13用于相對運動的機構(gòu) 14多孔襯墊 PN標準壓力 20 P,通過第一真空場保持伸縮膜
61的真空 P2通過第二真空場使伸縮膜61
拉伸的真空
權(quán)利要求
1.用來分割由易碎裂材料制成的平面板的方法，其中利用借助于用激光產(chǎn)生的熱感應應力引入的網(wǎng)狀設(shè)置的分割線將平面板分割成多個規(guī)定邊長的單塊板，其中分別從一待產(chǎn)生的初始缺陷出發(fā)首先沿第一加工方向引入分割線，從而將平面板(1)分割成多個條形板(4)，并且接著在條形板(4)相互移開一定間距后沿第二加工方向產(chǎn)生分割線，該第二加工方向與第一加工方向圍成一加工角、尤其是直角，從而將各個條形板(4)分割成單塊板(3)，其中通過真空(P1)將平面板(1)或條形板(4)和單塊板(3)保持在一夾緊工作臺(5)上，其特征為將平面板(1)粘附在一裝在框內(nèi)的伸縮膜(6)上，并且將所述裝在框內(nèi)的伸縮膜(6)至少沿垂直于第一加工方向的方向拉伸，而撤消保持平面板(1)的真空(P1)，以便在條形板(4)之間產(chǎn)生間距。
2. 按權(quán)利要求l所述的方法，其特征為在裝在框內(nèi)的伸縮膜(6 )拉伸之前，引入用于沿第二加工方向的分割線的初始缺陷。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征為所述裝在框內(nèi)的伸 縮膜(6)從粘附的平面板(1)的中心出發(fā)徑向拉伸。
4. 按權(quán)利要求3所述的方法，其特征為拉伸通過沿一圍繞平面板(1)的槽(7)建立真空(P2)實現(xiàn)。
5. 用來分割由易脆裂材料制成的平面板(1)的設(shè)備，平面板粘 附在一裝在框內(nèi)的伸縮膜(6)上，具有用來沿平面板(1)上的規(guī)定分割線發(fā)射激光束的裝置(10); 用來沿平面板(1)上的分割線噴射冷卻劑束的裝置(11); 用來分別在分割線的起始點處產(chǎn)生初始缺陷的裝置(12 ); 夾緊工作臺(5),其具有一可控制的第一真空場用來支承和保持平面板(1);以及用于所述各裝置相對于夾緊裝置沿網(wǎng)狀設(shè)置的分割線相對運動的機構(gòu)(13)，其特征為在夾緊裝置上設(shè)置一可獨立控制的第二真空場，該第二真空場通 過槽(7)構(gòu)成，該槽如此設(shè)計，使該槽包圍放在上面的平面板(1)， 并且裝在框內(nèi)的伸縮膜(6)被拉入槽內(nèi)，以便拉伸伸縮膜。
6. 按權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征為槽的內(nèi)棱邊倒圓。
7. 按權(quán)利要求5或6所述的設(shè)備，其特征為第一真空場的支承 面是一多孔襯墊(14)。
8. 按權(quán)利要求5-7之任一項所述的設(shè)備，其特征為支承面具有 盡可能小的粘附摩擦。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用來將由易脆裂的材料制成的平面板1分割成大量規(guī)定邊長的單塊板3的方法，其中借助于通過激光束產(chǎn)生的熱感應應力產(chǎn)生沿規(guī)定的網(wǎng)狀設(shè)置的分割線的分割裂縫，并在產(chǎn)生沿第一加工方向的分割裂縫后將形成的條形板4相互分開一定間距，這通過這樣的方法實現(xiàn)，即通過一真空裝置使裝在框內(nèi)的伸縮膜6拉伸，平面板1粘附地貼在伸縮膜6上。本發(fā)明還涉及一種帶有專用夾緊工作臺5的設(shè)備。
文檔編號B23K37/04GK101342639SQ200810130488
公開日2009年1月14日 申請日期2008年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月12日
發(fā)明者G·埃伯哈特, H-U·齊爾克, P·門德 申請人:詹諾普蒂克自動化技術(shù)有限公司