[发明专利]刻划脆性材料板的方法

说明书

优先权声明

本申请要求2009年2月24日提交的美国申请系列第12/391565号的权益。该文件的内容以及本文提及的出版物、专利和专利文件的完整内容均通过参考并入本文。

技术领域

本文涉及刻划脆性材料板的方法，更具体地，涉及能最大程度减小不可控裂纹扩展的玻璃板刻划方法。

背景技术

刻划玻璃常使用机械工具。或者，也可用激光束，如波长为10.6μm的CO₂激光束。通过激光加热产生热冲击，从而在玻璃中产生瞬时拉伸应力之后，通常要立即迅速冷却玻璃。

在激光刻划过程中产生的中间裂纹(即局部开孔(vent))向玻璃体内部延伸。为产生开孔，在玻璃边缘形成小的初始裂痕(initial flaw)。然后，在激光束的作用下，该初始裂痕转变为开孔并扩展开来。所述初始裂痕可通过不同方法形成。例如，所述裂痕可利用激光脉冲或机械工具如划线器、刻划轮、刻痕器等引入。

用激光束加热玻璃会产生热梯度和相应的应力场，在该应力场作用下形成开孔并扩展。若用冷却剂使受热玻璃快速冷却，诱导的热应力会进一步增加。不过，开孔的扩展会受玻璃中背景应力(例如内应力和在刻划过程中搬运或固持玻璃板时可能施加在板上的应力)的影响。当在刚形成而正在冷却的玻璃上进行激光刻划时，例如当从熔体物质拉出玻璃板后立即进行激光刻划时，所述背景应力会变成重要影响因素。在除去拉制玻璃板时可能形成的球状玻璃板边缘(珠状部)的过程中，尤其如此。举例而言，在玻璃形成过程中产生的厚度差异，以及由此引起的玻璃冷却不均匀和后面集中在珠状边缘区域的应力累积，都可能导致玻璃中产生内应力。此外，在玻璃搬运过程中，用来搬运玻璃的夹具或/和吸杯会导致玻璃板变形(弯折、扭曲)，从而在玻璃上施加应力。若背景应力足够高，可能导致裂纹发生不可控扩展，所述扩展从初始裂痕所在的玻璃板边缘开始，在激光束到达玻璃板边缘时偏离所需的刻划方向。简而言之，激光束引起的热应力可能引发在期望之外的方向上扩展的裂纹。类似地，开孔对指定刻划线的偏离可能发生在刻划线的另一端，激光束在此离开相对玻璃板边缘。

发明内容

在一个实施方式中，描述了刻划脆性材料板的方法，该方法包括：在脆性材料板表面内，在距该脆性材料板第一边缘预定距离的引发点处形成裂痕；在该裂痕上照射电磁辐射束，以在所述引发点处形成开孔裂纹；横移(traverse)所述电磁辐射束，使开孔裂纹向所述脆性材料板的第二边缘扩展，其中在所述横移过程中，开孔裂纹不与第一边缘相交，并在电磁辐射源与脆性材料板表面之间放置掩模，防止电磁辐射束照射在引发点与第一边缘之间的脆性材料板表面。

脆性材料板可以是例如玻璃板、玻璃-陶瓷材料板或陶瓷材料板。在一些情况下，第二边缘可基本上平行于第一边缘。一些玻璃板形成操作可产生玻璃板边缘部分呈球状(珠状边缘部分)的玻璃板。利用本文所披露的内容，可以改进对这种材料板的刻划操作。

横移激光束可包括使开孔裂纹扩展至与脆性材料板第二边缘相距预定距离的终止点，使得在所述横移过程中，开孔裂纹不扩展至第二边缘。例如，通过用合适的掩模掩蔽电磁辐射束，可防止电磁辐射束照射在终止点与第二边缘之间的脆性材料板表面。不过，通过减小电磁辐射束的功率，可以防止开孔裂纹在终止点与脆性材料板第二边缘之间扩展。为进一步改进刻划操作，在脆性材料板表面上，在靠近横移的电磁辐射束的地方喷射冷却剂，以增大材料板中产生的应力。

较佳的是，对引发点与第一边缘之间的距离加以选择，以防在所述横移过程中，开孔裂纹与第一边缘相交。例如，引发点与第一边缘之间的距离可选为至少1mm，或者至少3mm。第一边缘与引发点之间的距离应当大于掩模在材料板表面上延伸的距离。在一些情况下，可以选择引发点，使它与第一边缘的距离比掩模延伸距离远约0.5mm。较佳的是，掩模与脆性材料板表面之间的距离等于或小于约5mm，如距材料板表面0.5-5mm。不过，掩模也可与脆性材料板表面接触。

在另一个实施方式中，描述了刻划玻璃板的方法，该方法包括：在玻璃板表面内在距脆性材料板第一边缘预定距离的引发点处形成裂痕；在所述引发点处将激光束照射在玻璃板表面上，形成开孔裂纹；横移所述激光束，使开孔裂纹向第二边缘扩展，其中在激光束源与玻璃板表面之间放置第一掩模，防止激光束照射在引发点与第一边缘之间的玻璃板表面。

在下面结合附图所作的解释性而非限制性描述中，本发明将更容易理解，本发明的其他目标、特性、细节和优点也将变得更显而易见。其他所有这样的系统、方法、特征和优点都涵盖在本描述和本发明的范围之内，受所附权利要求的保护。