在電子產(chan) 品追求輕薄的趨勢下，做為(wei) 關(guan) 鍵材料的玻璃基板亦朝向薄型化及可撓性目標邁進。由於(yu) 玻璃具有硬脆的物理特性，因此研究機構已開發出雷射玻璃切割製程與(yu) 邊緣強化技術，以確保玻璃切割時不會(hui) 損傷(shang) 基板，且切割後也能消除邊緣缺陷。

    在電子產(chan) 品追求輕薄的趨勢下，做為(wei) 關(guan) 鍵材料的玻璃基板亦朝向薄型化以及可撓性目標邁進。由於(yu) 玻璃具有硬脆的物理特性，因此切割時如何不損傷(shang) 玻璃基板以及切割後如何消除玻璃邊緣缺陷，一直是各界極力突破部分。本文將針對現有雷射玻璃切割製程與(yu) 雷射強化邊緣技術，以及業(ye) 界目前開發之雷射相關(guan) 技術進行深入的探討。

    玻璃基板演進

    近年來各項電子裝置的液晶顯示(LCD)與(yu) 觸控麵板(TouchPanel)等，均朝向薄型化以及可撓性的目標邁進。為(wei) 達到薄型化目標，玻璃基板厚度由1.1毫米(mm)逐步減少至今日普及的0.4毫米，未來更朝向0.2及0.1毫米的厚度發展；在可撓性軟性電子方麵，為(wei) 達到具有可撓曲、耐衝(chong) 擊以及易於(yu) 攜帶等特性，塑膠材料成為(wei) 目前最佳的基材之一。原本業(ye) 界預期塑膠材料將逐步取代玻璃基板，然而由於(yu) 塑膠材料無法承受高溫的製程，限製其應用的可能性，因此對於(yu) 達到最終可撓式電子產(chan) 品而言，目前仍有很大的挑戰。

    2012年國際玻璃基板廠康寧(Corning)、旭硝子顯示玻璃(Asahi)、日本電氣硝子(NEG)與(yu) 首德(SCHOTT)等皆已陸續成功發展及生產(chan) 厚度低於(yu) 0.1毫米之超薄玻璃(Ultra-thinGlass)，突破玻璃不可彎折的特性限製，加以玻璃優(you) 異的光學特性、溫度與(yu) 幾何尺寸的穩定性，使玻璃基板再度充滿強烈競爭(zheng) 力。

    超薄玻璃基板在極少缺陷與(yu) 超薄厚度下，雖具備相當程度的撓曲能力，但仍具有玻璃硬脆之物性，在處理過程中容易因形變與(yu) 應力作用，產(chan) 生缺陷或使已存在的缺陷延伸、擴大，最後導致基板破裂。因此，在進行製程轉換過程中，超薄玻璃可撓基板必須具備足夠的機械力學可靠度與(yu) 對衝(chong) 擊的耐受性，並要求在移載傳(chuan) 輸過程中不易發生破片，才能確保製造的生產(chan) 良率，所以如何提升超薄玻璃的機械強度要求，將是未來超薄玻璃真正應用時最重要的關(guan) 鍵技術。

    玻璃經過機械或雷射切割後，會(hui) 在玻璃邊緣形成微裂痕(Micro-crack)，而微裂痕的存在將使得玻璃邊緣有強大的內(nei) 應力存在，因此在製程轉換過程中，有可能因為(wei) 人為(wei) 處理或不當的外力影響，造成微裂紋成長而產(chan) 生破片，因此低損傷(shang) 的玻璃切割技術以及切割後減少甚至消除損傷(shang) 之磨邊技術均是製程重要成功關(guan) 鍵。

    玻璃切割製程

    傳(chuan) 統玻璃切割是以輪刀直接機械加工達到所欲分割的尺寸，然而輪刀切割最大的問題在於(yu) 刀具的損耗，尤其麵對具有高硬度之強化玻璃的切割，刀具損耗尤為(wei) 嚴(yan) 重；除此之外，機械式的切割方式會(hui) 產(chan) 生機械應力，進而造成邊緣破損，並且隨著基板厚度越來越薄，切割時所造成的各式裂紋快速增多，嚴(yan) 重影響切割製程的品質及良率，因此切割後均須搭配後續磨邊，以減少邊緣裂紋；不過當厚度達0.2毫米以下之超薄玻璃時，由於(yu) 素材相對脆弱，利用機械來切割或磨邊的方式，將隨著力量施予的作用範圍過於(yu) 狹小而難以有效控製，因此須逐漸導入雷射製程來解決(jue) 相關(guan) 問題。

    常見用於(yu) 玻璃切割的雷射源種類有CO2雷射、UV雷射以及超快(Ultrafast)雷射，其特性比較如表1；其中，目前量產(chan) 主流是CO2雷射，而超快雷射切割雖然品質佳，但是成本相對高昂，目前已有部分業(ye) 者開始導入量產(chan) 應用。

    CO2雷射切割技術為(wei) 切割邊緣品質佳，且設備成本低，因此業(ye) 界接受度較高，但是其必須要以機械或其他方式先於(yu) 邊緣製作一初始裂紋，始可達到切割效果，且其作用原理是以冷熱裂紋加上裂片方式切割，加工路徑不易應用於(yu) 異形(如弧形等)切割，必須搭配較長的磨邊時間將弧角修飾出來，且在非對稱切割時路徑會(hui) 有偏移的現象，是其待改善的部分。

    UV雷射與(yu) 超快雷射在加工機製，均屬於(yu) 以光化學作用機製來進行材料的削除切割，且可直接進行異形的軌跡加工，其加工品質決(jue) 定於(yu) 材料累積的熱能，因此超快雷射的加工效果較奈秒雷射加工效果佳，由圖1之加工結果剖麵圖可以明顯觀察到效果的差異，UV雷射切割之邊緣品質明顯較CO2雷射與(yu) 超快雷射之結果差。

       如前段所述，雷射切割雖然品質較輪刀切割佳，但觀察其剖麵仍可觀察到明顯的缺陷，此缺陷則會(hui) 提高之後應用時破裂的可能性，因此不論是傳(chuan) 統輪刀切割或是各式的雷射切割技術，於(yu) 切割完成後，均會(hui) 搭配後續的磨邊技術以減少邊緣的缺陷，藉以降低後續應用時破片的機率。目前業(ye) 界玻璃磨邊技術以機械磨邊機為(wei) 主，機械磨邊機是采用砂輪對玻璃邊緣進行加工，然而由於(yu) 玻璃本身硬度高，且屬於(yu) 高脆性材料，機械磨邊時相當耗費時間，同時亦會(hui) 使砂輪快速磨損，增加製程成本；另外，當玻璃基板薄型化至超薄玻璃尺寸時，雖然超薄玻璃具備相當程度的撓曲能力，但仍具有玻璃硬脆之物性，在處理過程中易因為(wei) 形變與(yu) 應力作用，產(chan) 生缺陷或使已存在的缺陷延伸、擴大，最後導致基板破裂，因此無法以機械磨邊之方法對其進行加工。

    有鑒於(yu) 此，國際各大玻璃廠均嚐試研發各種玻璃邊緣缺陷補強技術。為(wei) 對超薄玻璃邊緣進行強化，康寧提出以填充物填補邊緣缺陷以抑製缺陷沿著基材邊緣產(chan) 生，並保護邊緣的彎曲強度，主要是利用聚矽氧(Silicone)與(yu) 環氧樹脂(Epoxy)等材料，覆蓋在玻璃的邊緣處，待其固化後可達到補強效果，由於(yu) 補強後並非材料本身無缺陷，補強程度有限；日本Asahi則提出將具缺陷的部分重新熔融的概念來達到強化效果，製程方法是將切割後之玻璃邊緣缺陷部分以熱效應強烈的CO2雷射對其進行照射，同時以冷卻氣體(ti) 送風達到控製溫度的效果，使邊緣缺陷熔融後再固化重新成型，藉由材料本身融化而去除缺陷達到強化效果，雖可去除缺陷，但是邊緣部分仍會(hui) 殘留強大的應力，影響強化程度。

    在消除邊緣缺陷的部分，不同於(yu) 康寧的修補以及Asahi的熔融概念，工研院南分院積層製造與(yu) 雷射應用中心開發出直接將最外層缺陷部分進行邊緣修補(EdgeHealing)的技術，亦即利用雷射直接照射邊緣缺陷處，透過雷射能量促使邊緣缺陷部分脫離玻璃本體(ti) ，移除缺陷的玻璃之基板邊緣即呈現一完美表麵，分別為(wei) UV雷射切割後之剖麵以及將UV雷射切割之試片進行雷射處理後之結果，雷射處理後之玻璃基板呈現一完美光滑表麵，以顯微鏡放大無明顯缺陷，分別對雷射處理前後之試片進行彎折測試，如圖3所示，可觀察到其彎折半徑明顯提升，約可達15毫米以下，計算後可得到雷射處理前後彎折強度由約100MPa增強至350MPa以上，主要在於(yu) 此製程直接去除了切割製程中的缺陷部分，保留玻璃基板本身完整結構，因此可得到高強度之玻璃基板。

    工研院南分院積層製造與(yu) 雷射應用中心目前開發之雷射複合切割與(yu) 邊緣修補製程技術，除直線加工外，亦可直接進行異形的軌跡加工，且同時可將邊緣缺陷部分修補，使邊緣呈現光滑的表麵形貌，並經由彎折測試可得到薄玻璃基板彎折半徑達15毫米以下。

    未來薄型玻璃的應用將逐漸導入智慧手持式產(chan) 品，國際各玻璃大廠與(yu) 麵板相關(guan) 業(ye) 者亦積極找尋提升玻璃基板強度的解決(jue) 方法，減少後續應用時玻璃基板損壞的機率，有助於(yu) 提升製程良率。利用雷射進行複合式的切割磨邊技術已經是未來的趨勢，將取代傳(chuan) 統機械式磨邊技術，除此之外，雷射非接觸加工的優(you) 勢將更有機會(hui) 整合卷軸式(Roll to Roll)生產(chan) 線，亦可為(wei) 國內(nei) 麵板製造業(ye) 者提供更有效益的生產(chan) 方案。