用於切割、分裂或分離襯底材料的裝置、系統和方法
2023-05-10 07:03:11 2
專利名稱：用於切割、分裂或分離襯底材料的裝置、系統和方法
技術領域：
本發明總體涉及一種切割和分離技術。更特別是，本發明涉及一種用於使用雷射器來切割、分裂和/或分離非金屬或脆性材料的裝置、系統和方法。
背景技術：
使用雷射在脆性材料中擴散微裂紋的技術已經公知了三十年以上。1971年授予Lumley的美國專利NO.3610871是早先公知的披露。雖然具有多種作用，這種技術迄今為止沒有在商業上廣泛用於許多應用中。這種情況的主要原因在於加工速度緩慢、使用複雜雷射模式、不能很好地理解雷射劃線機構以及費時、產生顆粒和微裂紋並由此抵消雷射分離的主要優勢的陳舊兩步驟過程(例如劃線和斷裂)。
為了設計分離非金屬材料的最佳系統需要理解兩個主要機理。第一機理是熱機理，通過該機理，通過將材料的溫度升高到所需程度，脆性材料超過其臨界熱衝擊溫度，並且接著快速驟冷材料，以便破壞材料中的分子鍵。這種工藝在材料中形成通常稱為「細微裂紋」的現象，該現象由內部熱變化、外力、內力以及材料的邊緣強度造成。第二機理是由內部熱變化、外力、內力和材料強度在材料中造成的三維應力/應變場關係。
美國專利NO.5826772披露一種用於斷裂沒有完全分離邊界的襯底的現有技術方法。
標準的分離技術需要兩步驟工藝來斷裂材料，即，劃線步驟，隨後是機械斷裂步驟。如果材料厚度大於0.4mm並因此襯底中的殘留張力不足以分離襯底時特別是這樣的情況。
其它技術使用通常大於8mm的過寬雙重斷裂射束，造成所需切口上的熱衝擊。這造成玻璃的弱化和/或不受控制的裂紋。同樣，由於在切口任一側上具有電子器件或塗層/層，存在必須在有限的路徑寬度內進行分離的情況。
由本發明人的發明的美國專利NO.625058、6489588以及6660963都披露了使用兩個雷射射束以及靠近雷射射束的驟冷噴嘴來分離非金屬襯底的裝置和方法。這些專利結合於此作為參考。
下面將描述為了改善這些裝置而需要克服的另外問題。
超過熱破裂溫度為了在脆性材料上擴散微裂紋，必須超過材料中的分子鍵破壞以便在材料中形成細微裂紋的臨界熱衝擊溫度(Tcr)或點。這通常通過將材料加熱到給定溫度並且使用冷卻劑流驟冷材料以便超過臨界熱衝擊溫度(Tcr)來實現。對於某些材料，Tcr很小，並且因此需要相對小的驟冷來成功地擴散微裂紋。在這些情況下，例如氦的冷卻氣體可單獨用來驟冷。對於其它材料，特別是那些熱膨脹係數低的材料，需要高梯度來超過Tcr，並且需要氣體/水的混合物來實現驟冷。在這種情況下，從液體蒸發中釋放的潛熱與對流和傳導熱相結合用來以更加有效的方式驟冷材料，由此超過臨界熱破裂溫度。
但是，即使採用最佳的驟冷，需要適當的初始邊界條件來成功地實現雷射劃線。換言之，材料的溫度需要升高到足夠高以給出超過臨界熱破裂溫度的「空間」的點。通常，最小溫度和最大溫度(例如玻璃軟化溫度)之間的工藝窗口非常小，並因此需要準確控制熱影響區域。
超過臨界斷裂力傳統的劃線操作通常在材料中形成初始空隙或細微裂紋之後需要第二斷裂步驟。在這種情況下，採用用於完成斷裂的機械方法，由此使用例如輥子斷裂工具或截切機斷裂工具的機械方法，採用彎曲力矩。在這些方法的每個方法中，施加足夠的力，以便沿著劃線區域完成材料分離。實現完全分離所需的力這裡指的是臨界斷裂力(Fcb)。在對薄材料(例如小於0.4mm)劃線時，材料中的殘留張力可足以分離玻璃。但是，殘留張力不能如同這裡描述的新方法那樣可以控制。因此希望通過更加可以控制的方式減小劃線過程的殘留張力。對於較厚材料來說，來自於雷射劃線操作的殘留張力通常不足以完全分離材料。在其它情況下，張力很大，使得材料以不可控制的方式分離，並且運動到驟冷區域之前。由於分離的動態特性只通過本身不對稱的熱梯度來控制，這造成直線度降低。作為分離機理，已經提出了某些技術，這些技術使用雙重平行射束而不驟冷。但是，這些技術造成由於固有的非對稱性造成的不規則切口。需要新方法來改善臨界斷裂力的控制。
克服邊緣效應一個重要因素是任何給定材料中的入口和出口裂紋。襯底的邊緣比材料主體更薄弱，因此使其容易在引入熱衝擊之後不受控制地裂紋。另外，也需要考慮的是，由於例如邊緣磨削的機械加工，沿著材料邊緣經常出現微裂紋。最後，與材料主體相比，由於邊緣用作傳導和對流熱傳導區域之間的邊界，材料邊緣趨於更快加熱。因此，需要改進克服例如凹入和凸出的邊緣效應的方法。
可靠的劃線初啟為了在材料中擴散微裂紋，需要提供初始微裂紋。如上所述，由於其它工藝，許多材料沿著邊緣具有許多微裂紋。但是，更希望的是在給定位置上以受控的方式引入微裂紋，而不依賴殘留微裂紋。另外，由於邊緣處理技術的改進，由於這些邊緣加工成抵抗裂紋，變得更加難以沿著邊緣引入微裂紋。因此，需要可靠的劃線初啟技術。
有效的橫切完全分離技術存在新的挑戰。一旦襯底在一個方向完全分離，由於存在多個新的邊界，在第二方向上(通常為90度)形成切口變得更加具有挑戰性。
另外，需要多個光學元件的雷射射束輸送系統在結構中提供較小的靈活性。另外，多個光學元件吸收或反射大量雷射功率(例如對於塗覆AR的ZnSe元件來說每個元件吸收或反射5％)，在使用6元件系統時造成大於36％的損失。另外，複雜光學系統體積大並且難以運動。另外，這些複雜系統需要準確的對準和校正，容易振動脫位。最後，例如驟冷噴嘴、劃線射束、斷裂射束以及劃線初啟之間的臨界距離難以調節，並且非常不穩定。
由於射束輸送系統體積大，以及例如劃線初啟和驟冷裝置的其它元件的單獨控制，大多數系統只能實現單向切割。
通常，每個機器只有用於一個雷射頭單元的空間，由此沒有放置多個雷射頭的選擇，這些雷射頭同時切割，以便在製造過程中節省時間。
由於需要在雷射射束下運動工件，而不是將雷射運動到工件，所需的固有效率的低下，固定光學系統還需要幾乎兩倍的設備佔地面積。
同樣，在現有技術結構中，劃線和斷裂射束之間的距離固定，並且整個組件的佔地面積局限於有限的寬度上。在針對不同材料進行改變時，這不能具有多少靈活性。
劃線和斷裂射束之間的相對射束功率實際上通過改變分束器或調節小面元件來調節。採用分束器，相對功率是分束器上的塗層的函數，並且難以複製。
另外，噴嘴結構造成不一致的流動，並且將水或其它液體殘留物留在工件上。
因此，可以看出在本領域中存在許多問題，並且許多技術具有有待克服的缺陷。
發明內容
為了克服這些或多種其它的缺陷，本發明使用多種新穎的技術，提供快速、可靠的雷射劃線、單步驟分離以及有效地應用於簡單而有效的裝置中。
本發明總體涉及將非金屬材料準確分離成多個較小部件。特別是，本發明涉及一種用於通過微裂紋的受控擴散以及材料的內力而準確控制非金屬材料分裂從而沿著所需路徑實現完全分離的方法。
本發明的一個目的在於將用於進行一致性和受控地熱裂紋的熱狀態(例如「雷射劃線」)與最佳應力/應變場狀態匹配，從而以預定、受控的方式完全分離非金屬。
本發明的另一目的在於通過在驟冷區域之後的適當位置施加足夠大的力(Fcb)同時在驟冷區域前部將殘留力保持在臨界斷裂力(Fcb)之下而以受控方式分離襯底。
主要部件完全分離雷射系統的主要部件包括單個或多個雷射源、設計成相對於光學系統運動工件的運動系統、包括兩個(多個)射束路徑的光學系統、集成裂開裝置、雷射劃線加速裝置以及補充斷裂裝置。
雷射源雷射源需要根據將要分離的材料進行選擇。用於劃線的主要標準是找到有效、可靠的雷射源，並且最重要的是，具有其吸收係數接近100％的輸出波長。也就是說，雷射輻射應該主要在將要分離的表面處進行吸收。在玻璃的情況下，通常使用具有10.6微米輸出頻率的CO2雷射源。在矽的情況下，通常使用具有1.06微米或更小的輸出頻率的YAG雷射源。另外，雷射的操作模式應該是TEM00模式，其中提供主要是高斯形狀的射束剖面(profile)。在使用光學系統時，重要的是實現均勻的校直輸出，使得雷射射束剖面不從一點顯著改變到另一點。同樣可以建議的是在雷射輸出和飛行光學器件之間提供足夠的空間，以便給予雷射射束時間以過渡到通常公知的「遠場」狀態。
在LSAD射束路徑的情況下，雷射輸出頻率的選擇不需要必須與最大吸收效率匹配。在某些情況下，希望的是選擇顯著小於100％的雷射頻率，從而可以在整個材料主體上進行加熱。這用來在所感興趣的區域內有效地加熱主體，同時限制張力和表面的輻射熱損失。同樣，重要的是實現這裡提出的相同校直標準。
最後，有些情況是希望在相同區域或射束點內混合不同雷射頻率。例如，一種雷射可用來在容易被吸收的頻率下預熱材料，使其通過具有不同頻率而且通常不容易吸收的一種雷射隨後加熱。出現了這種現象是由於取決於增加溫度的吸收或自由載流子吸收。
運動系統使用利用計算機以便控制工件相對於雷射輸出的運動的運動系統。為此可以採用多種方法。一種方法涉及在x、y和θ方向上運動工件，而光學器件保持固定。相反，工件可保持固定，而光學系統可在每個方向上運動。也可採用混合方法，其中光學系統和工件都可在限定方向上運動。另外，將系統轉動180度可用於雙向切割。另一選擇是利用多個ICD陣列，以便生產使用，從而節省時間。在這種情況下，所需的ICD可在適當時刻運動到射束路徑內。在光學系統變得更簡單並且體積更小時，這些選擇變得更加可行。最後，通過將工件放置在加工臺上，其中細槽在所需切口之下，可以在材料的頂側和底側切割。
這種類型的加工臺還用來有助於通過放置在工件之下的輥子斷裂裝置斷裂。
集成裂開裝置(ICD)光學路徑、驟冷機構、任選閘板和去水器集成到單個多功能裝置內。此裝置設計簡單和靈活，使得使用者在材料中實現所需的高熱梯度。三重反射驟冷機構(TRQM)用來在襯底中提供受控的高溫梯度。
噴嘴可安裝有反射蓋，以圍繞噴嘴重新引導雷射射束，並且造成雷射射束輻射在驟冷區域附近、鄰近、交叉、周圍或內部衝擊在工件上。
定製的單件透鏡可用於ICD中以便雷射劃線，使得該結構更加有效和靈活。使用單個元件顯著降低雷射頭的尺寸和重量。優選實施例使用雙重非對稱圓柱形透鏡元件(DACLE)。DACLE可用來有效地實現所需的雷射射束剖面。
微裂紋初啟器(MI)直接放置在ICD殼體上，並且涉及將標準劃線輪放置在z行程機構內，以便在將要分離的材料邊緣形成裂紋。MI放置在劃線雷射之前。MI放置在雷射劃線加速裝置(LSAD)之後，以便減小LSAD所產生的熱量過早地使得微裂紋傳播的機會。在玻璃表面處使用燒蝕YAG脈衝，本發明還結合了雷射劃線初啟選項。
集成裂紋裝置包括含有單個定製的光學元件並具有圓形或方形截面的單個管子、微裂紋初啟器、驟冷裝置以及反射鏡元件。
光學元件單個 光學元件設計成提供最佳的熱區，即通常不大於80mm長並不大於5mm寬的橢圓形射束。同樣希望此元件在每個方向上具有平頂剖面。對於校直輸入射束來說，有多種方式由單個元件實現這種剖面。一種方式是通過使用衍射光學元件，由此透鏡的內部結構改變成提供預定的輸出剖面。實現這種所需的剖面的另一成本不太高的方式通過利用雙重非對稱圓形透鏡元件(DACLE)來實現。彎曲的「凹入」表面(S1)設計成提供最佳的負焦距，並且控制切口方向(x)上的射束長度(l)和能量分布。相反的彎曲「凸出」表面(S2)設計成提供最佳的正焦距，並且控制垂直於切口方向(y)的射束寬度(w)及其能量分布。彎曲表面編程設計以便提供對於切割最佳的輸出。
噴嘴組件具有三個不同的流體系統，該系統設計成提供有效的驟冷。在優選的構造中，流體通過中間管子引導，氣體通過同軸的外管引導，並且真空施加在最外部的區域上。在此構造中，高壓空氣用來朝著驟冷區域的中心動態引導液體，而真空去除任何殘留液體並控制空氣流動。任選的高頻壓電轉換器可放置在噴嘴上，以有助於斷裂，並且使得水霧化，改善驟冷效率。在優選構造中，真空不與噴嘴同軸，而是相對於臺子的運動放置在噴嘴組件的後半部內。
局部閘板機構放置在定製透鏡元件和工件之間的閘板可用來有選擇地阻擋一部分雷射輻射，以便有效地縮短工件的射束點。這種特性可用來改變雷射切割過程中的射束長度，從而實現所需效果。例如，閘板可用來截斷雷射射束的前部區段，同時雷射射束靠近襯底的導前或拖尾邊緣，以避免使得邊緣過熱。這還可通過使用機動透鏡保持器實時改變焦距來實現。
斷裂裝置使用多種技術來實現襯底的完全分離，這些技術包括1)驟冷襯底的底表面，2)使用熱空氣流、雙重雷射射束、單個雷射射束或在TEM20模式下操作的單個雷射射束加熱襯底頂部，3)利用內置於加工臺的新型結構以所需方式機械加載襯底，4)在襯底內產生所需壓縮/張力的倒轉輥子斷裂裝置；以及5)用於層壓玻璃的剪切力分離技術以便消除或減少微裂紋。
另外，輥子斷裂裝置可定位在襯底之下，並且沿著切口路徑在劃線區域之後運動給定距離，以便實現完全分離。如果加工臺在所需切口之下具有細槽，這將最佳工作。此技術的優點在於力很好地置於劃線區域之後，由此確保直線性。最後，可以利用剪切力來分離特別用於層壓材料的襯底。通過減小所述的其它技術引入的彎曲力矩，這將有助於減小或降低層壓件中間層內的微裂紋。
除了所述的TRQD之外，本發明還針對驟冷裝置，驟冷裝置包括至少兩個噴嘴。第一驟冷噴嘴主要用來保持雷射劃線的直線性。第一噴嘴可使用一種或兩種流體以及噴射噴嘴或者霧化噴嘴。第一流體通常是例如水的液體。第一流體的數量和流體壓力可以調節。第二流體可以是空氣、氮、氧和氮的混合物以及氧、氮和二氧化碳的混合物。第二流體的數量和流體壓力可以調節。流體數量可以通過改變孔口尺寸或通過使用調節器來調節。調節器類型包括針閥、文氏閥、蝶閥、門閥等。對於驟冷區域來說具有小點。另外霧狀物的焦距與切割相同。
第二噴嘴使得淺空隙更深地形成。第二噴嘴可包括獨立於第一噴嘴調節的參數。第二噴嘴流的點尺寸寬於第一噴嘴產生的點尺寸。同樣，霧狀物的焦距不同於切割。
本發明解決的另一問題與術語「soge」(或正交性)相關，並且指的是切割邊緣在材料上不是完美直角切口的事實。為了克服這種soge問題，切割邊緣的角度需要儘可能接近直角。本發明可調節沿著切割線的主軸線以及能量密度。能量密度從尖端到尾端和/或從右到左改變熱影響區域。可以從開始部分到結束部分調節切割線處的橫向熱傳導。能量密度可通過射束位置調節。射束位置通過光學元件和/或臺子位置調節。這包括調節透鏡位置，反射鏡位置和反射鏡的角度。能量密度也可通過射束角度調節。射束角度可通過透鏡角度和/或臺子角度調節。
本發明還涉及一種切割方法，該方法使得單個玻璃件和層壓玻璃件在至少兩個方向上橫切。所披露的一種方法使用雷射射束在使得玻璃件未分離的每個切割線處形成截面。第一切割線可以是一半切口，使其切過玻璃件的大致一半，並且第二方向的切割線可以是完全切口。第一方向的切割線在前部並且在該截面處45mm之後是一半切口。一半切口的深度可以通過改變輻射加熱能量來調節。還可以使用例如通過所施加的真空抽吸的向下的力形成鋸齒形空隙。製造鋸齒形空隙的另一方式是通過用向下的力來平衡加熱能量。
本發明還涉及一種通過使用裂紋感測器來分離非金屬襯底的方法和裝置。這使得斷裂射束的雷射能量最佳化，並可以獲得很好的切割平面。裂紋感測器靠近襯底定位，使其可動態測量斷裂射束的輻射中產生的切割線的位置。接著將所測量的裂紋位置信息與參考位置比較，並根據這種比較提供調節斷裂射束的功率密度的裝置。裂紋感測器可以是CCD感測器、CMOS感測器、聲波感測器、圖像感測器或超聲波感測器。所測量的裂紋位置和參考位置之間的比較通過信號處理裝置、操作處理襯底以及微處理器來完成。如果裂紋位置在參考位置之後，可以增加射束能量，並且如果裂紋位置在參考位置之前，減小射束能量。
本發明還涉及一種用於將劃線雷射在切割方向上的形狀調節偏離對稱形狀的方法和裝置。該方法使得射束形狀或能量密度在前側和後側之間不對稱。例如，對於加熱來說，開始部分的射束寬度較寬，並且結束部分較窄。作為選擇，對於加熱來說，開始部分的射束寬度較窄，並且結束部分較寬。在特定區域內射束能量功率可形成更高或更低。這些特性可通過改變射束強度的密度來實現。還可以相對於射束輻射提供傾斜角度。這種傾斜角度可限定在襯底和輻射射束方向之間。透鏡角度也可以調節，使其相對於輻射射束方向傾斜。
使用所述的技術，可以實現本發明的另一目的，該目的在於提供一種經由微裂紋的高度受控擴散和準確裂開來分離非金屬材料的方法和設備，從而克服現有技術的缺陷。因此本發明包括多種特徵，從而可以通過完全分離、增加的精度、高度受控的熱梯度、改善的邊緣質量、有效的橫切、減小的邊緣效應以及可以提供更加靈活性和減小成本而簡化的結構來加快加工速度。
本發明的這些和其它目的通過用於分離非金屬襯底的一部分的設備來實現，該設備包括第一射束，第一射束在第一點處衝擊在襯底上，第一點具有導前端部和拖尾端部；第一驟冷裝置，第一驟冷裝置定位層使得冷卻劑流可在第一點的拖尾端部處或附近施加在襯底上；第二射束，第二射束在第二點處衝擊在襯底上，第二點在第一點之後定位在襯底上；以及第二驟冷裝置，第二驟冷裝置定位在第一驟冷裝置和第二射束之間。還可以使用定位在第二驟冷裝置和第二射束之間的第三驟冷裝置。驟冷裝置可包括具有霧化噴嘴的至少一個裝置，其霧化具有例如水和空氣的兩種流體的混合物。分離裝置的控制還包括相對於第二驟冷裝置(或第三驟冷裝置)單獨調節第一驟冷裝置的參數。
本發明還可通過控制非金屬襯底一部分分離的方法來實現，該方法包括如下步驟將第一射束在第一點處衝擊在襯底上，其中第一點具有導前端部和拖尾端部。接著通過第一驟冷噴嘴驟冷，該噴嘴定位成使得冷卻劑流可靠近熱影響區域或與其隔開地施加在襯底上。通過靠近第一驟冷噴嘴並與其隔開定位的第二驟冷噴嘴還可實現進一步驟冷。接著第二射束在第二點處衝擊在襯底上，以便穿過襯底厚度的一部分形成斷裂。該方法還包括通過靠近第二驟冷裝置並與其隔開定位的第三驟冷裝置提供另外的驟冷。在驟冷過程之後，在襯底部分到達第二點之前，多餘的驟冷液體排空。還可以控制並改變第二射束中供應的功率大小。
本發明還通過在非金屬襯底內形成直角分離的方法來實現，該方法包括如下步驟將第一划線射束在第一點處衝擊在襯底上，其中第一點具有導前端部和拖尾端部。接著通過第一驟冷噴嘴驟冷，該噴嘴定位成使得冷卻劑流可在熱影響區域內施加在襯底上。在驟冷之後，第二射束在第二點衝擊在襯底上，以便穿過襯底的厚度一部分形成斷裂。該方法還包括調節至少一個角度，在該角度下，第一划線射束衝擊在襯底上，並且第一划線射束的能量密度衝擊在襯底上。調節步驟還包括相對於第一划線射束調節透鏡的位置和/或調節第一點的位置(例如通過調節保持襯底或反射鏡的臺子的位置)。
本發明還通過分離非金屬襯底的方法來實現，該方法包括如下步驟將第一射束在第一點處衝擊在襯底的第一側上，並且接著通過第一驟冷噴嘴驟冷，該噴嘴定位成使得冷卻劑流施加在襯底第一側上。第二射束接著在第二點處衝擊在襯底上，以便穿過襯底的厚度一部分形成斷裂。該襯底接著轉動，使得襯底的第二側面向第一射束、第一驟冷噴嘴和第二射束。第一射束隨後在第三點處衝擊在襯底的第二側上，並且接著通過第一驟冷噴嘴進行驟冷，該噴嘴定位成使得冷卻劑流施加在襯底的第二側上。第二射束接著在第四點處衝擊在襯底上，以便穿過襯底厚度的至少另一部分形成斷裂。該方法還包括通過第二驟冷噴嘴驟冷，該噴嘴定位在第一驟冷噴嘴和第二射束之間。同樣，將第二射束衝擊在襯底上的步驟穿過襯底第一側形成大致一半的切口，並且將第二射束衝擊在襯底的第二側上的步驟穿過襯底形成完全切口。
本發明還通過用於分離非金屬襯底一部分的設備來實現，該設備包括在第一點衝擊在襯底上的第一射束、使得冷卻劑流在第一點的拖尾端端部或在其附近施加在襯底上的第一驟冷裝置、在第一點之後定位在襯底上的第二點處衝擊在襯底上以便在襯底上形成切割線的第二射束、與襯底分開以便測量切割線的位置的裂紋感測器以及可操作地連接到裂紋感測器上以便接收有關切割線的位置信息並將切割線的位置與參考位置比較的控制器，並且該控制器包括根據切割線的位置與參考位置的比較來調節第二射束的功率密度的裝置。裂紋感測器可包括至少一種CCD感測器、CMOS感測器、聲波感測器、圖像感測器和超聲波感測器。用於調節和控制第二射束的功率密度的裝置包括如果裂紋位置在參考位置之前，減小第二射束的功率密度，並且如果裂紋位置在參考位置之後增加功率密度。
本發明還通過調節非金屬襯底的分離過程的方法來實現，該方法包括如下步驟將第一射束在第一點處衝擊在襯底上，通過第一驟冷噴嘴驟冷，使得冷卻劑流在熱影響區域內施加在襯底上，將第二射束在第二點處衝擊在襯底上，以便穿過襯底厚度的一部分形成斷裂，由此在襯底內形成切割線，使用裂紋感測器來測量切割線的位置，將切割線的位置與參考位置比較，並且根據切割線的位置與參考位置的比較，調節第二射束的功率密度。
本發明還通過在非金屬襯底的分離過程中調節射束形狀的方法來實現，該方法如下步驟將第一射束在第一點處衝擊在襯底上，通過第一驟冷噴嘴驟冷，使得冷卻劑流在熱影響區域內施加在襯底上，將第二射束在第二點處衝擊在襯底上，以便穿過襯底厚度的一部分形成斷裂，由此在襯底內形成切割線，並且調節第一射束在該處衝擊在襯底上的第一點的形狀以及第一射束的能量密度剖面中至少一個條件，使得衝擊在襯底上的第一射束具有變化的能量密度剖面。調節步驟可通過將第一點的形狀調節成包括非對稱射束形狀、調節第一射束的能量密度剖面來實現，從而具有非對稱的能量密度，或者能量密度剖面的中心與另一側相比更接近第一點的一側。調節步驟還包括形成比第一點的另一部分更薄的第一點的一部分，或者例如通過調節形成第一射束的透鏡位置，在襯底和第一射束的方向之間形成傾斜角度。
本發明還通過在非金屬襯底的分離過程中調節射束形狀的設備來實現，該設備包括在第一射束，第一射束第一點處衝擊在襯底上；第一驟冷裝置，第一驟冷裝置定位成使得冷卻劑流可在第一點的拖尾端部處或附近施加在襯底上；第二射束，第二射束在第二點處衝擊在襯底上，第二點在第一點之後定位在襯底上，以便在襯底中形成切割線；以及用於調節由第一射束產生的第一點的形狀的控制器裝置。控制器可包括用於將第一點的形狀調節成非對稱射束形狀的裝置或者用於調節第一射束的能量密度剖面使得能量密度剖面的中心比另一側更加靠近第一點的一側。控制器還可包括用於形成比第一點的另一部分更加薄的第一點的一部分的裝置以及用於通過調節形成第一射束的透鏡位置而在襯底和第一射束的方向之間形成傾斜角度的裝置。
在與附圖和圖表相結合時，參考本發明的優選實施例，將從以下描述中清楚理解本發明的以上和其它目的和特徵，附圖中圖1是表示按照本發明的實施例通過分離設備分離的非金屬襯底的示意圖；圖2是表示按照本發明分別通過雷射射束和驟冷噴嘴形成的加熱區域和驟冷區域的示意頂視圖；圖3是表示在非金屬襯底分離過程中的加熱、驟冷、重新加熱階段的時間對溫度的視圖；圖4是按照本發明的射束的分離設備的透視圖；圖5是按照本發明實施例包括在集成裂開裝置內的雙重非對稱圓柱形透鏡元件的放大局部視圖；
圖6A-6D表示非金屬分離設備的示意圖，其中包括按照本發明控制裂開深度的視圖；圖7是表示按照本發明另一實施例分別通過雷射射束和驟冷噴嘴形成的加熱區域和驟冷區域的示意頂視圖；圖8A-8D表示用於非金屬襯底的分離過程，其中這種分離造成不完美的切口或soge；圖8E-8H表示用於非金屬襯底的分離過程，其中這種分離造成直角切口；圖9A表示按照本發明另一實施例包括裂紋感測器的非金屬分離設備的示意圖；圖9B表示按照本發明另一實施例包括裂紋感測器的非金屬分離設備的另一示意圖；圖10表示按照本發明另一實施例用於層壓非金屬襯底的切割順序；圖11表示按照本發明另一實施例用於層壓非金屬襯底的不同的切割順序；圖12示意表示按照圖11所示實施例的用於CF側切的切割順序；圖13是表示布置在可動臺子上的非金屬襯底的示意透視圖；圖14是按照本發明的另一實施例包括用於控制的裂紋感測器的非金屬襯底分離設備的總體示意圖；圖15是表示按照本發明使用控制非金屬襯底中的裂紋擴散的裂紋感測器的工作過程的流程圖。
具體實施例方式
此後，參考附圖描述本發明的實施例。
圖1是用於按照本發明分離非金屬材料的設備的示意圖。分離設備通常由參考標號100來表示，用來分離非金屬材料102，該設備包括兩個雷射射束110和112和至少兩個驟冷噴嘴116和118。
非金屬襯底102在箭頭所示的方向上在例如玻璃的非金屬襯底102之下相對於分離設備100運動。雷射射束110穿過透鏡113並且聚集在劃線機構射束加工區域140上。兩個驟冷噴嘴116和118在非金屬襯底102上分別示意表示成形驟冷區域142和143。在驟冷區域142和143之間是擴散的劃線144。雷射射束112穿過透鏡114並聚焦在斷裂雷射射束加熱區域146上。沿著實際切割線150控制非金屬襯底102的分離。
每個驟冷噴嘴包括用於氣體或液體122和126分別通過的通道。例如通道122和126可將水供應到非金屬襯底102。任選的是，噴嘴116和118可分別包括另一通道124和128，以便供應第二種氣體和/或液體。例如，另一通道124和128可將空氣供應到非金屬襯底102上。因此，至少兩種流體或氣體或混合物可經由每個噴嘴116和118供應，以便對非金屬襯底102進行驟冷。
靠近噴嘴118的是真空噴嘴130，以便經由布置其中的通道去除殘留驟冷液體。如圖1所示，真空噴嘴130具有大致矩形截面。閘板132如圖示意所示靠近真空噴嘴130布置。閘板132可用來有選擇地主動切斷雷射射束112的一部分，以便有效地縮短工件上的射束點。閘板132還可用來在雷射切割過程種改變射束長度。
圖2表示圖1所示的切割和驟冷過程的總體頂視圖，其中分離設備100被去除以便清楚。劃線雷射射束加熱區域140包括可控寬度A和長度B。劃線雷射射束加熱區域140和重新加熱區域146之間的距離通過距離C表示，也可改變。重新加熱區域146的長度D和寬度F也被控制。本發明還控制和調節驟冷區域142和143之間的距離E。通常A∶B∶C∶D∶E∶F的以下比例是有用的0.5∶55∶35∶8∶5∶10。
圖3表示加熱非金屬襯底102的溫度對時間的圖表。非金屬襯底102在它通過最初劃線雷射射束並接著通過兩個驟冷區域142和143時開始從室溫加熱。隨後通過斷裂雷射射束112造成熱量增加，並且在冷卻到室溫之後，出現完全或局部分離。
圖4表示用於完全材料分離的雷射系統的本發明的主要部件，並且通常由參考標號200表示。該系統包括單個或多個雷射源以及形成光學系統並由參考標號210表示的相關的選項。光學系統210包括支承在機器框架226上的兩個雷射器222和224。運動系統240包括橫過框架帶驅動機構224並相對於由雷射器222和224形成的光學系統210運動工件的支承臺242。雷射器形成兩個(或多個)射束路徑。該系統包括集成裂開裝置(ICD)以及用於劃線射束230的自動反射鏡和用於斷裂射束232的自動反射鏡。同樣，從雷射器222輻射的雷射射束110(未示出)衝擊在反射鏡230上。另外，從雷射器224輻射的雷射射束112(未示出)衝擊在反射鏡232上。
運動系統240使用計算機控制器236以便控制工件相對於雷射輸出的運動。雖然計算機控制器布置在遠處位置上，計算機控制器236表示成靠近框架帶驅動機構244。一種可能的控制方法從計算機產生控制信號，以便在x、y和轉動方向上運動工件，同時保持光學器件固定。相反，工件可保持固定，而載有雷射器的光學系統在所有方向上運動。混合方法使得光學系統和工件都在有限的方向上運動。通過將光學系統轉動180度，可以進行雙向切割。通過將工件放置在加工臺上，其中細槽位於任何所需切口之下，還可以在材料的頂側和底側上切割。在輥子斷裂裝置放置在工件之下時，該加工臺還可有助於斷裂。
圖5披露雙重非對稱圓柱形透鏡元件(DACLE)254的使用。彎曲的「凹入」表面(S1)268構造成具有最佳的負焦距，以便控制射束長度(L)和切口方向上的能量分布。相反的彎曲「凸出」表面(S2)270構造成具有最佳的正焦距，並且控制射束寬度(W)以及垂直於切口長度的能量分布。
圖6A披露包括雷射射束310、312和驟冷噴嘴316和318的本發明另一實施例的示意圖。真空噴嘴330也表示成靠近噴嘴318，以便在第二射束312在加熱區域246內接觸非金屬襯底之前，從非金屬表面上收集任何殘留驟冷液體。
分離設備的控制包括監測和調節加熱區域246的尺寸L，劃線雷射射束加熱區域的結束和加熱區域246的開始之間的距離以及劃線雷射射束加熱區域240的長度N。
圖6A表示通過分離設備實現完全100％分離的配置。區域P是沒有分離的區域，區域Q是已經分離的區域。在此實例中，雷射射束312在200瓦下操作。
圖6B表示通過如上所述改變控制參數實現90％分離。例如，雷射射束312可在175瓦下操作。
圖6C表示通過改變控制參數實現75％的分離，例如在150瓦下操作雷射射束312。
圖6D表示不使用斷裂射束312的實例。在此實例中，通過熱衝擊和裂紋擴散形成130-180微米的空隙。
圖7表示使用類似於圖6A所使用的裝置的裝置的另一實施例。劃線雷射射束加熱區域340表示在圖7的左側上。與其靠近或者與其部分重疊的是第一驟冷區域342，該區域通過第一驟冷噴嘴供應。與第一驟冷區域342隔開的是第二驟冷區域343，該區域通過第二驟冷噴嘴供應，並且與第二驟冷區域343隔開的是通過任選的第三驟冷噴嘴(未示出)供應的任選的第三驟冷區域345。
真空去除地區330靠近第三驟冷區域345布置，以便去除殘留在非金屬襯底上的任何驟冷液體。在此實施例中，真空去除地區具有弧形形狀，使其可以去除在驟冷過程中分散在切割線任一側上的任何液體。閘板332靠近真空去除噴嘴布置，以便使得斷裂雷射射束按照所述的技術調節。斷裂射束加熱區域346也進行表示，並且此區域操作以便根據其設定完成非金屬襯底的分離。
圖8A-8D表示通常產生soge切口(不是直角的切口)的現有技術中使用的切割步驟。圖8A表示包括所需劃線402的非金屬襯底400。圖8B表示開始雷射射束加熱過程，並且表示形成加熱區域440的劃線雷射射束以及形成驟冷區域443的驟冷噴嘴以及形成加熱區域443的斷裂雷射射束。在分離過程繼續時並且由於非金屬襯底中不均勻加熱過程，劃線雷射射束加熱區域440趨於布置成使其不與切割線對稱。這造成非金屬襯底的各個部分之間的分離偏離真正的直角切口。圖8D表示非金屬襯底400的這種分離的結果。切口的側邊緣410與所需側邊緣線412傾斜，使得側邊緣410和非金屬襯底400的底側上的所需側邊緣412之間的距離通過距離414表示。
圖8E-8H表示用於本發明以便對於兩個部件形成直角側邊緣的切割步驟。圖8E表示包括所需切割線502的非金屬襯底500。圖8F表示開始雷射射束加熱過程，並且表示形成加熱區域540的劃線雷射射束以及形成驟冷區域542和543的驟冷噴嘴。按照本發明，可以使用例如裂紋感測器的裝置來確定裂紋擴散和方向，這將在下面進一步描述。根據裂紋擴散的進程和裂紋擴散的方向的確定，本發明調節雷射射束角度、能量分布和/或劃線雷射射束的方向，以便在分離過程中補償和修正裂紋擴散的方向。例如，原來的所需切割線方向通過線520表示，並且劃線雷射射束的方向可以在一段時間內沿著線522重新定向，使得裂紋擴散可修正成繼續沿著線520。圖8G表示沿著修正路徑520繼續雷射射束分離過程以便分離非金屬襯底500。圖8H表示完成的分離過程，其中非金屬襯底已經分離成兩個部件504和506。每個部件504和506包括以直角切割的側邊緣。非金屬襯底506包括已經形成垂直於非金屬襯底506的頂邊緣和底邊緣的側邊緣512。
圖9A和9B表示按照本發明另一實施例的分離設備的前視圖和側視圖。分離設備包括布置在加工臺610之上的雷射切割單元600。加工臺610通過線性馬達612在線性方向上運動。線性馬達612布置在分離設備的底座614上。非金屬襯底616布置在加工臺610上。
雷射切割單元600包括用於產生可以指向穿過非金屬襯底616擴散的裂紋的光射束的光源620。光線通過非金屬襯底616反射，並且可以通過裂紋感測器630接收。如上所述可使用許多不同類型的裂紋感測器。
圖9B表示雷射切割單元的側視圖，該切割單元包括劃線射束622、一個或多個噴嘴624以及斷裂射束640，其中光源620(未示出)和裂紋感測器630布置成在驟冷噴嘴624和斷裂射束640之間接收光學。
圖10表示按照本發明用於層壓玻璃襯底的切割順序。例如，如果層壓玻璃在層壓襯底中包括TFT面板，那麼此面板可以首先切割。第一和第二切口是沿著線1和2的完全切口。可以在這些切割過程中改變雷射功率。接著，在沿著線4完全切割和沿著線5完全切割之後，通過沿著線3進行完全偏移切割，可在濾色器(CF)一側上切割層壓玻璃襯底。
圖11表示按照本發明用於層壓玻璃襯底的另一切割順序。例如，如果層壓玻璃在層壓襯底中包括TFT面板，那麼第一和第二切口是在TFT面板中沿著線1和2的完全切口。接著在沿著線4的完全切割和沿著線5的完全/一半切割之後，通過沿著線3進行劃線切割，可在CF一側上切割層壓玻璃襯底。圖12表示CF側切割過程。還可以在這些切割過程中調節切割速度。
圖13表示布置在可動臺子700上的例如玻璃或其它面板710的金屬襯底。可動臺子可分成多個區段，使得切割線從非金屬襯底710的厚層形成。在此實例中，層壓面板包括通過粘合劑結合在一起的TFT面板712和彩色面板714。如圖13所示，可以在可動臺子700的空間邊緣之間的區域內形成沿著線720的第一切口。另外的切口可接著沿著切割線722和724形成。
圖14披露按照該實施例用於包括裂紋感測器的分離設備的控制機構的總體示意圖。該系統控制器包括和信息顯示器連接的連接裝置以及例如鍵盤的輸入裝置、用於控制雷射單元的雷射控制的雷射控制器、裂紋感測器以及用於控制線性馬達的運動控制器。
圖15表示用於按照本發明使用裂紋感測器的控制過程的流程圖。最初雷射射束輻射開始衝擊在非金屬襯底上。接著，裂紋感測器光源啟動並且從非金屬襯底反射的光線指示裂紋生長，並且裂紋感測器對其檢測。接著進行比較，以便將所需裂紋擴散位置和方向與所測量的裂紋擴散位置和方向比較。如果所需位置和測量位置是相同的，那麼將能量等級保持在其當前設定上。但是，如果裂紋擴散的測量位置在所需位置之前，那麼減小到雷射器的能量。作為選擇，如果裂紋擴散的測量位置在所需位置之後，那麼增加到雷射器的能量。這種過程一直持續到到達非金屬襯底的端部位置為止。在獲得非金屬襯底的端部位置時，停止用於雷射射束的能量。
對於包括蜂窩電話切割和HDTV面板的套筒切割的多種應用來說，已經開發了最佳的切割順序。對於蜂窩電話應用來說，通過控制被切割的第一側上的切口深度，可以更加容易地實現面板的蜂窩電話加工的橫向切割，這是由於面板在層壓面板的第二側切割過程中保持在一起。通過動態控制雷射功率、xy位置(例如頻繁反覆起動)、臺子角度、裂紋初始力和位置(對於入口來說)以及臺子真空力，消除第二切口的邊緣效應(例如入口和出口區域)，以便實現所需結果。
還可以使用多個射束產生熱衝擊的適當平衡，以形成細微裂紋，並且隨後通過施加第二射束，產生足夠的張力，以便完全或部分切割單個或層壓面板。真空用來去除用於驟冷的任何殘留水或流體，防止光學表面(例如反射鏡、透鏡等)的任何暴露。
還可以進行第一雷射器(劃線射束)和第二雷射器(斷裂射束)的單獨控制。計算機軟體用來動態控制雷射射束的功率和/或臺子相對於雷射射束的角度和/或整個過程中臺子的速度，以便控制和穩定裂紋穿過面板的擴散。
通過改變第二雷射器上的雷射器功率，來實現細微裂紋深度(例如從1％-100％的分離)的實時閉環控制。此功率通過來自於裂紋感測器或檢測器的反饋迴路來控制，這些感測器可以測量裂紋或空隙深度檢測裝置(光學、聲波、RF或其它方式)的存在和/或伴隨情況。這將使得我們在現場準確控制切口深度和/或控制完全切割位置和所得分離玻璃的剖面。
多個噴嘴射束的構造包括兩個或多個噴嘴，噴嘴用來增加脆性材料的冷卻/驟冷。噴嘴涉及用於在小的佔地面積上(例如小於0.5mm直徑)進行最大驟冷(dT/dt)和/或最大總體熱量去除(冷卻效果或dQ/dt)。通過形成較深的空隙或細微裂紋，可以減小力，並因此減小完全分離材料或面板所需的功率。
應該理解到雖然參考其優選實施例描述了本發明，本領域普通技術人員將理解到在本發明的範圍和精神內的多種其它的實施例和變型，並且這些其它的實施例和變型旨在通過以下權利要求來覆蓋。
權利要求
1.一種用於分離非金屬襯底一部分的設備，包括第一射束，第一射束在第一點衝擊在襯底上，第一點具有導前端部和拖尾端部；第一驟冷裝置，所述第一驟冷裝置定位成使得冷卻劑流在第一點的拖尾端部處或其附近施加在襯底上；第二射束，第二射束在第二點處衝擊在襯底上，第二點在第一點之後定位在襯底上；以及第二驟冷裝置，所述第二驟冷裝置定位在所述第一驟冷裝置和所述第二射束之間。
2.如權利要求1所述的用於分離非金屬襯底一部分的設備，其特徵在於，還包括第三驟冷裝置，所述第三驟冷裝置定位在所述第二驟冷裝置和所述第二射束之間。
3.如權利要求1所述的用於分離非金屬襯底一部分的設備，其特徵在於，所述第一驟冷裝置和所述第二驟冷裝置中的至少一個包括具有兩種流體化合物的霧化噴嘴。
4.如權利要求3所述的用於分離非金屬襯底一部分的設備，其特徵在於，兩種流體的混合物包括水和空氣。
5.如權利要求1所述的用於分離非金屬襯底一部分的設備，其特徵在於，還包括用於相對於所述第二驟冷裝置單獨調節所述第一驟冷裝置的參數的裝置。
6.一種控制非金屬襯底一部分分離的方法，包括如下步驟將第一射束在第一點處衝擊在襯底上，其中第一點具有導前端部和拖尾端部；通過第一驟冷噴嘴驟冷，該噴嘴定位成使得冷卻劑流可靠近熱影響區域或與其隔開地施加在襯底上；通過靠近第一驟冷噴嘴並與其隔開定位的第二驟冷噴嘴進行進一步驟冷；第二射束在第二點處衝擊在襯底上，以便穿過襯底厚度的一部分形成斷裂。
7.如權利要求6所述的控制非金屬襯底一部分分離的方法，其特徵在於，還包括如下步驟通過靠近第二驟冷裝置並與其隔開定位的第三驟冷裝置提供另外的驟冷。
8.如權利要求6所述的控制非金屬襯底一部分分離的方法，其特徵在於，還包括如下步驟在第二點之前，排空多餘的驟冷液體。
9.如權利要求6所述的控制非金屬襯底一部分分離的方法，其特徵在於，還包括如下步驟為第一驟冷裝置和第二驟冷裝置中的至少一個設置具有兩種流體混合物的霧化噴嘴。
10.如權利要求6所述的控制非金屬襯底一部分分離的方法，其特徵在於，還包括如下步驟改變第二射束中供應的功率大小。
11.如權利要求6所述的控制非金屬襯底一部分分離的方法，其特徵在於，還包括如下步驟獨立於第二驟冷噴嘴控制第一驟冷噴嘴的參數。
12.一種在非金屬襯底內形成直角分離的方法，包括如下步驟將第一划線射束在第一點處衝擊在襯底上，其中第一點具有導前端部和拖尾端部；通過第一驟冷噴嘴驟冷，該噴嘴定位成使得冷卻劑流可在熱影響區域內施加在襯底上；第二射束在第二點衝擊在襯底上，以便穿過襯底的厚度一部分形成斷裂；調節至少一個角度，在該角度下，第一划線射束衝擊在襯底上，並且第一划線射束的能量密度衝擊在襯底上。
13.如權利要求12所述的在非金屬襯底內形成直角分離的方法，其特徵在於，調節第一划線射束衝擊在襯底上的至少一個角度的步驟包括相對於第一划線射束調節透鏡的位置。
14.如權利要求12所述的在非金屬襯底內形成直角分離的方法，其特徵在於，調節第一划線射束衝擊在襯底上的至少一個角度的步驟包括調節第一點的位置。
15.如權利要求14所述的在非金屬襯底內形成直角分離的方法，其特徵在於，調節第一划線射束衝擊在襯底上的至少一個角度的步驟通過調節保持襯底的臺子的位置來調節第一點的位置。
16.如權利要求14所述的在非金屬襯底內形成直角分離的方法，其特徵在於，調節第一划線射束衝擊在襯底上的至少一個角度的步驟包括通過調節反射鏡來調節第一點的位置。
17.如權利要求12所述的在非金屬襯底內形成直角分離的方法，其特徵在於，調節第一划線射束衝擊在襯底上的至少一個角度的步驟包括通過調節反射鏡來調節第一點的位置。
18.如權利要求12所述的在非金屬襯底內形成直角分離的方法，其特徵在於，調節第一划線射束衝擊在襯底上的至少一個角度的步驟包括通過調節反射鏡來調節第一點的位置。
19.一種分離非金屬襯底的方法，該方法包括如下步驟將第一射束在第一點處衝擊在襯底的第一側上；通過第一驟冷噴嘴驟冷，該噴嘴定位成使得冷卻劑流施加在襯底第一側上；第二射束在第二點處衝擊在襯底上，以便穿過襯底的厚度一部分形成斷裂；該襯底轉動，使得襯底的第二側面向第一射束、第一驟冷噴嘴和第二射束；第一射束在第三點處衝擊在襯底的第二側上；通過第一驟冷噴嘴進行驟冷，該噴嘴定位成使得冷卻劑流施加在襯底的第二側上；第二射束接著在第四點處衝擊在襯底上，以便穿過襯底厚度的至少另一部分形成斷裂。
20.如權利要求19所述的分離非金屬襯底的方法，其特徵在於，還包括如下步驟通過第二驟冷噴嘴驟冷，該噴嘴定位在第一驟冷噴嘴和第二射束之間。
21.如權利要求19所述的分離非金屬襯底的方法，其特徵在於，將第二射束衝擊在襯底上的步驟穿過襯底的第一側形成大致一半的切口，並且所述將第二射束衝擊在襯底的第二側上的步驟穿過襯底形成完全切口。
22.一種分離非金屬襯底一部分的設備，該設備包括第一射束，第一射束在第一點衝擊在襯底上，第一點具有導前端部和拖尾端部；第一驟冷裝置，所述第一驟冷裝置定位成使得冷卻劑流在第一點的拖尾端部處或其附近施加在襯底上；第二射束，第二射束在第二點處衝擊在襯底上，第二點在第一點之後定位在襯底上，以便在襯底內形成切割線；與襯底分開以便測量切割線的位置的裂紋感測器，以及可操作地連接到裂紋感測器上以便接收有關切割線的位置信息並將切割線的位置與參考位置比較的控制器，並且該控制器包括用於根據切割線的位置與參考位置的比較來調節第二射束的功率密度的裝置。
23.如權利要求22所述的分離非金屬襯底一部分的設備，其特徵在於，所述裂紋感測器可包括至少一種CCD感測器、CMOS感測器、聲波感測器、圖像感測器和超聲波感測器。
24.如權利要求22所述的分離非金屬襯底一部分的設備，其特徵在於，所述用於調節和控制第二射束的功率密度的裝置包括如果裂紋位置在參考位置之前，減小該功率密度。
25.如權利要求22所述的分離非金屬襯底一部分的設備，其特徵在於，所述用於調節和控制第二射束的功率密度的裝置包括如果裂紋位置在參考位置之後，增加該功率密度。
26.一種調節非金屬襯底的分離過程的方法，該方法包括如下步驟將第一射束在第一點處衝擊在襯底上；通過第一驟冷噴嘴驟冷，使得冷卻劑流在熱影響區域內施加在襯底上；將第二射束在第二點處衝擊在襯底上，以便穿過襯底厚度的一部分形成斷裂，由此在襯底內形成切割線；使用裂紋感測器來測量切割線的位置；將切割線的位置與參考位置比較，以及根據切割線的位置與參考位置的比較來調節第二射束的功率密度。
27.如權利要求26所述的調節非金屬襯底的分離過程的方法，其特徵在於，所述調節第二射束的功率密度的步驟包括如果裂紋位置在參考位置之前，減小該功率密度。
28.如權利要求26所述的調節非金屬襯底的分離過程的方法，其特徵在於，所述調節第二射束的功率密度的步驟包括如果裂紋位置在參考位置之後，增加該功率密度。
29.如權利要求26所述的調節非金屬襯底的分離過程的方法，其特徵在於，還包括繼續測量、比較和沿著切割線的整個長度進行調節的所述步驟。
30.一種在非金屬襯底的分離過程中調節射束形狀的方法，該方法如下步驟將第一射束在第一點處衝擊在襯底上；通過第一驟冷噴嘴驟冷，該噴嘴定位成使得冷卻劑流在熱影響區域內施加在襯底上；將第二射束在第二點處衝擊在襯底上，以便穿過襯底厚度的一部分形成斷裂，由此在襯底內形成切割線；以及調節第一射束在該處衝擊在襯底上的第一點的形狀以及第一射束的能量密度剖面中至少一個條件，使得衝擊在襯底上的第一射束具有變化的能量密度剖面。
31.如權利要求30所述的在非金屬襯底的分離過程中調節射束形狀的方法，其特徵在於，所述調節步驟包括將第一點的形狀調節成包括非對稱射束形狀。
32.如權利要求30所述的在非金屬襯底的分離過程中調節射束形狀的方法，其特徵在於，所述調節步驟包括調節第一射束的能量密度剖面，從而具有非對稱能量密度。
33.如權利要求30所述的在非金屬襯底的分離過程中調節射束形狀的方法，其特徵在於，所述調節步驟包括調節第一射束的能量密度剖面，使得能量密度剖面的中心比另一側更加靠近第一點的一側。
34.如權利要求30所述的在非金屬襯底的分離過程中調節射束形狀的方法，其特徵在於，所述調節步驟包括將第一點的一部分形成為比第一點的另一部分更薄。
35.如權利要求30所述的在非金屬襯底的分離過程中調節射束形狀的方法，其特徵在於，所述調節步驟包括在襯底和第一射束的方向之間形成傾斜角度。
36.如權利要求30所述的在非金屬襯底的分離過程中調節射束形狀的方法，其特徵在於，所述調節步驟包括通過調節形成第一射束的透鏡位置在襯底和第一射束方向之間形成傾斜角度。
37.一種在非金屬襯底的分離過程中調節射束形狀的設備，該設備包括第一射束，第一射束第一點處衝擊在襯底上，第一點具有導前端部和拖尾端部；第一驟冷裝置，第一驟冷裝置定位成使得冷卻劑流可在第一點的拖尾端部處或附近施加在襯底上；第二射束，第二射束在第二點處衝擊在襯底上，第二點在第一點之後定位在襯底上，以便在襯底中形成切割線；以及用於調節由第一射束產生的第一點的形狀的控制器裝置。
38.如權利要求37所述的在非金屬襯底的分離過程中調節射束形狀的設備，其特徵在於，所述控制器裝置包括用於將第一點的形狀調節成非對稱射束形狀的裝置。
39.如權利要求37所述的在非金屬襯底的分離過程中調節射束形狀的設備，其特徵在於，所述控制器裝置包括用於將第一射束的能量密度剖面調節成非對稱能量密度的裝置。
40.如權利要求37所述的在非金屬襯底的分離過程中調節射束形狀的設備，其特徵在於，所述控制裝置包括用於調節第一射束的能量密度剖面使得能量密度剖面的中心比另一側更加靠近第一點的一側的裝置。
41.如權利要求37所述的在非金屬襯底的分離過程中調節射束形狀的設備，其特徵在於，所述控制器裝置包括用於將第一點的一部分形成為比第一點的另一部分更薄的裝置。
42.如權利要求37所述的在非金屬襯底的分離過程中調節射束形狀的設備，其特徵在於，所述控制器裝置包括用於通過調節形成第一射束的透鏡位置而在襯底和第一射束的方向之間形成傾斜角度的裝置。
全文摘要
披露一種分離非金屬襯底的設備和方法包括第一射束；定位成使得冷卻劑流在第一點的拖尾端部處或其附近施加在襯底上的第一驟冷裝置；第二射束；以及定位在第一驟冷裝置和第二射束之間的第二驟冷裝置。調節第一划線射束衝擊在襯底上的角度和衝擊在襯底上的第一划線射束的能量密度中的至少一個以便獲得直角分離。也可設置裂紋感測器和控制器，以便測量切割線的位置，將該位置與參考位置比較，並且根據切割線的位置和參考位置的比較來調節第二射束的功率密度。
文檔編號B23K26/00GK1976778SQ200580020572
公開日2007年6月6日 申請日期2005年6月20日 優先權日2004年6月21日
發明者B·赫克斯特拉 申請人:應用光電技術公司, 東麗工程株式會社