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维迪玻璃切割原理与参数
发布者:维迪  发布于:2017/9/25 16:51:06  点击率:1807

1原理

根据脆性材料断裂的微裂纹理论,脆性材料的断裂可以分为两个过程,一是微裂纹的产生;二是微裂纹的扩展。微裂纹端部的应力由微裂纹的长度(2c)和端部曲率半径(ρ)共同决定,具体关系如下:



公式中σm是微裂纹尖端处的最大应力,。是外界施加的应力。公式表明当外力施加于脆性材料时,微裂纹尖端应力将成倍数增加,并且随着外力的增大,微裂纹的长度2c也在增长,即微裂纹扩展。另外脆性材料断裂的微裂纹理论还表明,存在一个临界长度,当微裂纹的长度大于临界长度后,它就会自动迅速扩展从而使材料断裂。在此过程中,微裂纹尖端应力和释放出的弹性应变能也愈来愈大,从而导致微裂纹增殖、产生分支,形成许多新表面,使表面粗糙呈波纹贝壳状,以便能吸收更多的弹性应变能。

基于以上理论TFT-LCD基板玻璃切割时,首先使用具有特定硬度的刀轮,在一定的压力下, 划过玻璃表面,在玻璃表面形成一道深切槽,产生微裂纹,如图一所示:



这些微裂纹可以分为两类:横向微裂纹(lateral crack)和纵向微裂纹(mediancrack),如图二所示:



然后在玻璃表面已有切割线的另一面施加一定的压力,利用裂片力矩使在切割时形成的纵向微裂纹贯穿整个玻璃的厚度,玻璃裂开,达到使玻璃分离的目的.

切割时,切割刀轮切入玻璃中大约2-5μm的深度,在刀轮的下方形成深为5-10μm的切割深度。这一深度可以认为是由刀轮切割玻璃表面所形成微裂纹的端部曲率半径。裂片过程中纵向微裂纹纵向贯穿整个玻璃,使玻璃断裂。横向微裂纹在裂片过程中沿玻璃表面横向扩展,形成玻璃屑。如果形成的玻璃屑太大,就会影响ITO电极或者是封接框的完整性,形成废品;小的玻璃屑会影响到清洗、液品灌注、贴偏振膜、 COG等工序的产品质量,也会造成废品。由此可见,防止或者减少微裂纹的产生是保证切割/裂片工序质量的前提。 方能根据所切割玻璃的厚度来对刀轮进行选择。

2实验

本实验采用维迪YXT-CNC03型玻璃的切割机,其刀轮的外径(OD)为2.5 mm,内径(ID)为0. 8 mm .实验选取120°和130°两种不同角度的刀轮,在确定的切割条件下,采用不同的切割压力、刀轮下压量,两种角度的刀轮对同一种玻璃CorningEAGLE2000进行切割,观察其对纵向裂纹和横向裂纹的影响,并使用金相显微镜对切割结果进行量测。

3结果与讨论

3.1工艺参数对纵向裂纹的影响

3.1.1不同角度的切割刀轮切割压力对纵向微裂纹深度的影响

下图是在切割速度300 mm/s、刀轮下压量0.13 mm的条件下,对同一种Corning EAGLE2000玻璃,分别使用120。和130。两种不同角度的刀轮在不同压力下进行切割的结果。可以发现,120。刀轮的切割深度比130。刀轮的要大5-10μm,并且刀轮压力越大,切割深度也越大。根据式(1),微裂纹的端部应力与微裂纹的曲率半径成反比,当使用角度小的刀轮切割玻璃时,在玻璃表面所形成的微裂纹的曲率半径就较小,其端部应力较大,因而在基板玻璃内形成的纵向微裂纹的深度就较深。



上图是在没有考虑横向裂纹产生的条件下进行的,虽然对于厚度较大的玻璃应选择角度较小的刀轮,但刀轮的角度对于横向裂纹也是有很大影响的,因此要考虑到刀轮角度对横向裂纹的影响后刀轮下压量与切割深度的关系

图四是在切割速度300 mm/s、切割压力0.20 MPa的条件下,使用130°的切割刀轮,研究了刀轮下压量与切割深度的关系。由实验结果可以看出,当切割压力一定的时候,随着刀轮下压量的增加,刀轮的切割深度也会增加。因此,切割时应选择适当的下压量,以获得较深的切割深度。



3.2工艺参数对横向裂纹的影响

3.2.1切割刀轮压力与横向裂纹产生儿率的关系

图五是在切割速度300 mm/s、刀轮下压量0. 13mm的条件下,对同一种Corning EAGLE2000玻璃,对于120°和130°的刀轮分别研究了刀轮压力与横向裂纹产生儿率的关系。结果表明,首先横向裂纹的产生存在着一个临界压力值,因此,压力是影响横向裂纹的主要因素。其次,在同样的条件下,刀轮角度不同,产生横向微裂纹临界压力的值也不同,角度越小产生横向裂纹临界压力值越低。对于120°的刀轮,在切割压力为0.18 MPa时,就已经出现了横向裂纹,当压力继续增大时,玻璃表面出现的横向裂纹也急剧增多,当压力为0.2 MPa时,在刀轮切过的地方就都出现了横向裂纹,而对于130°的刀轮,出现横向裂纹的压力为0. 28 MPa .



由于刀轮的角度不同,在同样的切割压力下,刀轮切入玻璃的深度也应该不同,前面已经提过,刀轮切割时在玻璃表面更容易产生横向裂纹,于是就产生了本实验中的现象。

3. 2. 2刀轮下压量与横向裂纹出现儿率的关系

图六是在切割速度300 mm/sec、切割压力选取为0.18 MPa,刀轮角度为120。的条件下,对同一种Corning EAGLE2000玻璃研究了刀轮下压量与横向裂纹产生几率的关系。结果表明,切割刀轮的下压量对横向裂纹出现的儿率儿乎没有影响,士曾大下压量并不会使横向裂纹恶化,而减少下压量也不会明显改善横向裂纹出现的状况。



3.3裂片参数的选择

正如已经了解到的,裂片的作用就是在已有玻璃断裂的目的。由于在裂片前,玻璃表面已有一定的裂痕,且裂痕的深度一般为70-100μm,对于不同厚度的玻璃,在切割后,其断裂强度是不同的,因此,裂片机设定的使玻璃断裂的裂片压力也是不同的。一般来说,只要是使设定的裂片压力大于玻璃基板的断裂强度,就能达到使玻璃分离的目的。

4结论

(1)刀轮角度越小,切割深度越深,越容易产生横向裂纹;

(2)切割下压量越大,切割深度越深,下压量对横向裂纹儿乎没有影响;

(3)存在一个横向裂纹出现的临界压力值,并且横向裂纹出现的儿率随着压力的增加而急剧增大。

(4)切割深度随着切割压力的增大而增大,由于切割深度可以由加大刀轮的下压量和增大切割压力来获得,因此在刀轮的选择上,应首先考虑刀轮角度对横向微裂纹的影响。

总结:

玻璃切割…科学与艺术的结合玻璃切割,并非完全意义的切割。实际只是在玻璃表面上划一道线,或者是一种高剪切。线划得越浅,玻璃的断裂就越成功,并且降低破损和浪费的机会。如图七:


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