一种脆性材料的切割方法、切割系统和劈刀技术方案

本发明专利技术公开了一种脆性材料的切割方法，包括以下步骤：在脆性材料上拟定预切线，并在预切线的首端和尾端切割出预切槽；提供至少在垂直于脆性材料的方向上具有高频机械振动的劈刀，沿着预切线移动；劈刀的振动中心高于脆性材料，且劈刀具有尖锐的、能够与脆性材料首先接触的首触点，所述劈刀逐点劈入脆性材料中。切割系统，包括预切单元、裂片单元和载台，所述裂片单元包括劈刀和超声波振动装置。劈刀，所述劈刀呈扁平状，所述劈刀的底部设置有刀刃，所述刀刃的底部设置有尖锐的首触点。其能够精细切割脆性材料，切割速度快、精度高，有效避免了崩边、碎裂现象的产生。

【技术实现步骤摘要】
一种脆性材料的切割方法、切割系统和劈刀
本专利技术涉及脆性材料的切割，具体涉及一种脆性材料的切割方法，还涉及一种脆性材料的切割系统，以及一种用于切割脆性材料的劈刀。
技术介绍
脆性材料在受到外力作用下(如拉伸、冲击等)，仅产生很小的变形即会被破坏，产生崩边、断裂、粉碎的后果。在生产中，为了提高生产效率，需要在大片的脆性材料上制作重复的若干个功能单元。在功能单元投入使用之前，需要将功能单元切割成独立的个体。在半导体、光伏、光电领域，功能单元的尺寸往往是微米或更小的量级，或者功能单元上的子模块是微米或更小的量级。在切割功能单元时，如果产生任何的偏差、崩边或碎裂的现象，均会造成功能单元的报废。现有切割方法中，对厚度较大的硅、蓝宝石、玻璃等材料均能够稳定的切割。但如果硅、蓝宝石或玻璃等材料过薄，或材料本身性质极脆，则现有的切割方法无法实现有效的切割。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种脆性材料的切割方法、切割系统和劈刀，其能够精细切割脆性材料，切割速度快、精度高，有效避免了崩边、碎裂现象的产生。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种脆性材料的切割方法，包括以下步骤：在脆性材料上拟定预切线，并在预切线的首端和尾端切割出预切槽；提供至少在垂直于脆性材料的方向上具有高频机械振动的劈刀，沿着预切线移动；劈刀的振动中心高于脆性材料，且劈刀具有尖锐的、能够与脆性材料首先接触的首触点，所述劈刀逐点劈入脆性材料中。作为优选的，所述首触点进入脆性材料的深度为劈刀的振幅与劈刀的振动中心线到脆性材料表面的距离的差值。作为优选的，所述劈刀的振幅为15um-50um，首触点进入脆性材料的深度不小于5um。作为优选的，所述脆性材料上相邻两个所述首触点的落点之间的距离不大于0.1mm。作为优选的，所述机械振动的频率为10KHz-100KHz，所述劈刀沿着预切线移动的速度为50-1000mm/s。作为优选的，所述预切槽的深度为脆性材料的厚度的10％-100％，单个所述预切槽的长度为0.5mm-10mm。本专利技术提供了一种脆性材料的切割系统，包括预切单元、裂片单元和载台，所述裂片单元包括劈刀和超声波振动装置，所述劈刀紧固在超声波振动装置上，所述劈刀具有尖锐的首触点，所述预切单元和超声波振动装置均固定在Z轴上，所述载台固定在三轴运动平台上。作为优选的，所述预切单元为激光器或刀轮。本专利技术还提供了一种脆性材料的劈刀，所述劈刀呈扁平状，所述劈刀的底部设置有刀刃，所述刀刃的底部设置有尖锐的首触点。作为优选的，所述首触点为倒三角形或锥形。作为优选的，所述劈刀的两侧设置有收缩部一，使其呈倒三角形，所述刀刃呈圆形，所述首触点设置在刀刃的最底部；在侧视时，所述劈刀的两侧设置收缩部二，使其呈锥形。作为优选的，所述劈刀的高度为13mm-17mm，所述劈刀的宽度为8mm-12mm，所述劈刀的厚度为0.4mm-0.8mm，所述刀刃的半径为0.7mm-0.8mm，所述劈刀在厚度方向上减薄所形成的夹角为12°-16°。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过优化的设计，预切槽能够提供裂纹的起始的引导点和结束的约束点，劈刀在沿着预切线移动时，劈刀的机械振动会使首触点和劈刀底部与脆性材料相互作用，使脆性材料沿着预切线开裂，其能够极大的降低脆性材料的切割难度，并提高切割精度，实现精细切割的目的；另外，由于劈刀的振动中心高于脆性材料，能够减少劈刀与脆性材料的接触时间，避免劈刀在沿着预切线移动时碰撞脆性材料，劈刀在切割时是逐点切割的，保证切割精度、避免崩边的同时，提高了切割速度；尖锐的首触点则能够降低切割难度。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还能够根据这些附图获得其他的附图。图1为根据脆性材料的切割方法切割脆性材料时的俯视示意图；图2为根据脆性材料的切割方法切割脆性材料时首触点切割曲线的侧视示意图；图3为脆性材料的切割装置的结构示意图；图4为“V”形的预切槽的结构示意图；图5为“U”形的预切槽的结构示意图；图6为劈刀的正视结构示意图；图7为劈刀的侧视结构示意图；图8为其中一个优选实施例中首触点的结构示意图；图9为另外一个优选实施例中首触点的结构示意图。其中，10-脆性材料，20-预切单元，21-预切槽，30-劈刀，31-收缩部一，32-刀刃，33-首触点，34-收缩部二，40-预切线。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例参照图1～图3所示，本专利技术公开了一种脆性材料的切割方法，包括以下步骤：在脆性材料10上拟定预切线40，并在预切线40的首端和尾端切割出预切槽21；提供至少在垂直于脆性材料的方向上具有高频机械振动的劈刀30，沿着预切线40移动；劈刀30的振动中心高于脆性材料，且劈刀30具有尖锐的、能够与脆性材料首先接触的首触点33。劈刀30逐点劈入脆性材料10中。以上优化的设计，预切槽21能够提供裂纹的起始的引导点和结束的约束点，劈刀30在沿着预切线40移动时，劈刀30的机械振动会使首触点33和劈刀30底部与脆性材料10相互作用，使脆性材料10沿着预切线40开裂，其能够极大的降低脆性材料10的切割难度，并提高切割精度，实现精细切割的目的；另外，由于劈刀30的振动中心高于脆性材料10，能够减少劈刀30与脆性材料10的接触时间，避免劈刀30在沿着预切线40移动时碰撞脆性材料10，劈刀30在切割时是逐点切割的，保证切割精度、避免崩边的同时，提高了切割速度；尖锐的首触点33则能够降低切割难度。具体而言，在切割之前，首先将脆性材料10固定在载台上。固定时可以采用真空孔吸附的方式，也可以采用膜粘附的方式。固定后，脆性材料10在开裂时不会产生过大的位移，避免劈刀偏离预切线40。上述预切线40为劈刀30与脆性材料10产生非垂直方向的相对移动时所经过的路径，亦即脆性材料40的开裂线。拟定时，可以预先在脆性材料10上设置标记点，并通过视觉影像识别定位，而后将与标记点具有特定距离的线段设定为预切线40；另外，也可以使用脆性材料10的边缘，并通过视觉影像识别定位，而后将与边缘具有特定距离的线段设定为预切线40。上述预切线40可以具有一条或多条。具有多条时，可以相交，也可以不相交。优选的，预切线40贯穿整个脆性材料10，即预切线40的首端和尾端均位于脆性材料10的边缘。上述预切槽21位于每一条预切线40的首端和尾端。切割时，可以使用激光和/或刀轮。发出所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脆性材料的切割方法，其特征在于，包括以下步骤：在脆性材料上拟定预切线，并在预切线的首端和尾端切割出预切槽；提供至少在垂直于脆性材料的方向上具有高频机械振动的劈刀，沿着预切线移动；劈刀的振动中心高于脆性材料，且劈刀具有尖锐的、能够与脆性材料首先接触的首触点，所述劈刀逐点劈入脆性材料中。/n

【技术特征摘要】
1.一种脆性材料的切割方法，其特征在于，包括以下步骤：在脆性材料上拟定预切线，并在预切线的首端和尾端切割出预切槽；提供至少在垂直于脆性材料的方向上具有高频机械振动的劈刀，沿着预切线移动；劈刀的振动中心高于脆性材料，且劈刀具有尖锐的、能够与脆性材料首先接触的首触点，所述劈刀逐点劈入脆性材料中。


2.如权利要求1所述的脆性材料的切割方法，其特征在于，所述首触点进入脆性材料的深度为劈刀的振幅与劈刀的振动中心线到脆性材料表面的距离的差值。


3.如权利要求2所述的脆性材料的切割方法，其特征在于，所述劈刀的振幅为15um-50um，首触点进入脆性材料的深度不小于5um。


4.如权利要求1所述的脆性材料的切割方法，其特征在于，所述脆性材料上相邻两个所述首触点的落点之间的距离不大于0.1mm。


5.如权利要求4所述的脆性材料的切割方法，其特征在于，所述机械振动的频率为10KHz-100KHz，所述劈刀沿着预切线移动的速度为50-1000mm/s。


6.如权利要求1所述的脆性材料的切割方法，其特征在于，所述预切槽的深度为脆性材料的厚度的10％-100％，单个所述预切槽的长度为0.5mm-10mm。
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵裕兴，徐海宾，
申请(专利权)人：苏州德龙激光股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32