劃線切割理論

以往都認為中央/徑向裂紋的驅使力量是直接由壓痕器負荷所 致，但 Lawn 和 Evans 假設材料內的應力有殘留成份(Residual

component)和彈性成份(elastic component)兩種。當壓痕力的正向力

壓痕器離開也會保持膨脹的體積，所以會推擠周圍的材料並留下殘留 應力，此為殘留成份。相對的彈性成份是當壓痕器與材料接觸後，形 成可復原的彈性變形，當壓痕器離開，彈性成份就傾向復原。Lawn 和 Evans 推論中央裂紋與徑向裂紋驅使的主要力量是殘留成份，膨脹的塑 性應變區產生拉應力，在裂紋發生過程中，此拉應力施加在裂紋口上。

而 Marshall 和 Lawn 之後又研究了側向裂紋系統[12]，側向裂紋也是 因為殘留成份而產生，但發生在除荷階段，原因是卸載時彈性應變逐 漸恢復，但殘留成份會造成塑性變形區兩側產生拉應力，最後會往兩 側裂開而形成側向裂痕。如圖 19 所示

圖 19 壓痕器負荷與裂紋生成的關係圖

因為所有的裂紋都是由殘留成份決定的，所以在負載以外的條件 固定的狀況下，要增加中央裂深必定要增加負荷，當負荷增加到一定

程度後側向裂紋就會發生，因此透過增加負荷來增加中央裂紋深度有

裂紋越深所需要的裂片力量越小，但在不同刀輪的情況下不一定正 確，因為產生的殘留應力與側向裂文各有差異。夾角越小的刀輪產生 的中央裂紋較深但側向裂紋也發生的早，角度大反之[14]。

此次論文使用的刀輪為鋸齒刀輪(Penett)，此為日商三星鑽石工 業之專利[8][9]，由於其獨特之外形能提供給切割玻璃時更深的切割 裂深，可以簡化裂片的製程，因此目前普遍為 TFT-LCD 業界使用。因 為其外形為鋸齒狀，因此切割玻璃時會產生不連續的壓痕，透過不連 續壓痕的產生，使刀輪刺入玻璃所產生的應力變化持續的不斷在改 變，當刀尖接觸到玻璃時，產生了殘留應力而形成了中央裂紋，當刀 尖脫離玻璃時，玻璃隨即恢復彈性應變，當下一個刀尖再次接觸到玻 璃時，又產生了一個新的殘留應力與新的中央裂紋，當刀尖離開玻璃 時，玻璃再一次的提供了恢復彈性應變的力量，因此在應力不斷改變 的情況下，提供了一波一波的力量給與中央裂紋持續往下裂開的力量 而產生垂直裂紋(Vertical Crack)，其力量猶如裂片的動作一般，因 此比起一般的傳統圓盤形刀輪，鋸齒刀輪可以提供給予玻璃更深的垂 直裂深，傳統圓盤刀輪垂直裂深約為玻璃厚度的 10~15%，而鋸齒刀輪 可以高達 80~100%完全斷裂。如圖 21 及圖 22 所示:

圖 21 傳統型圓盤刀輪垂直裂深圖示

圖 22 鋸齒刀輪垂直裂深圖示

使用鋸齒刀輪切割玻璃會形成一個一個不連續的刻痕就像是連續 的使用壓痕器在玻璃表面上刻痕，如圖 23 所示，鋸齒狀刀輪雖然可以 提供較好的垂直裂深，但很不幸的同時會產生不少徑向的裂痕，這些 微小的裂痕會降低玻璃在彎曲時的強度。

圖 23 鋸齒狀刀輪在玻璃表面上的刻痕

鋸齒狀刀輪的外形如圖 24，圖 25，圖 26 所示，此次論文討論的 重點其中有三個因子，刀輪的角度，刀輪的齒數，刀輪的齒深，其中 刀輪的角度如文獻[14]所述，調整其角度可以找出適合的中央裂紋深 度同時不會造成側向裂紋的發生;而調整齒數與刀輪的齒深，可以改變 刀輪與玻璃接觸後應力的變化量，一般來說越大的齒深可以提供越大 的負荷效果，進而產生比較高的塑性變形區，同時可以得到較深的中 央裂紋，但經驗上而言，過高的齒深因為破壞的負荷加大，對於齒型 刀輪的齒型也較容易發生斷裂的危險，因此經驗上齒深設計會在 6~10um 之間。而齒數的部份的改變會改變每一個刻痕的距離，會影響 到每一次齒與齒之間應力場的變化，齒數越少，則每一個齒產生的塑 性變形區域越大，可以提供比較深的中央裂紋，但是與下一個齒之間 的彈性應變的關係就變的薄弱，垂直裂深就會變的比較淺，可能需要 額外的裂片力量才能將玻璃裂開，經驗上齒數應該為 110 齒~170 齒之

間作為設計的條件。

圖 24 鋸齒刀輪在 SEM 下的側面照片

圖 25 鋸齒刀輪在顯微鏡下側向與徑向的照片

第三章

圖 27 實驗流程圖[18]

容易造成目標混淆而造成特性因子過多實驗過於龐大，而結果不是一 開始想要的目標的答案，如本論文之題目即針對單一種類之玻璃的切

求的目標為何。 (Pareto Chart)，將各特性因子的數量(可以是金額或是不良數)以及 各特性因子佔整體的比例繪置成各特性因子數量的直方圖降冪排列，

圖 28 柏拉圖

圖 29 因果關係矩陣

4.反應變數的選擇:訂定出可以量測且可量化的實驗結果條件，在 實驗中進行數值的量測。

5.選擇實驗因子水準:依照第 3 項選定的因子與水準的範圍，決定

性要因圖(魚骨圖)，如圖 30 所示。

圖 30 影響切割良率的因子特性要因圖(魚骨圖)

將圖 30 中所列出的 21 個因子，本論文使用因果關係矩陣來選出 強相關的因子作為實驗因子。如表 6 所示

表 6 使用因果關係矩陣圖(C&E Matrix)選出強相關因子

透過因果關係矩陣圖可以得到五個和玻璃切割良率有強相關的因

子，分別為切割刀輪角度、切割刀輪齒數、切割刀輪齒深、切割速度、

切割壓力五個因子。

3.3 實驗設計各因子水準的選擇

從前述透過因果關係矩陣圖可以得到五個和玻璃切割良率有強相 關的因子，分別為切割刀輪角度、切割刀輪齒數、切割刀輪齒深、切 割速度、切割壓力五個因子。接下來要開始選擇每一個實驗因子的水 準。

表 7 實驗因子水準設定表

表 7 各實驗因子水準設定說明如下

切割刀輪角度:依 MDi[20] 提供的切割經驗，適合 0.5mm 玻璃的刀 輪角度為 105 度~115 度，在這個角度內的刀輪，可以有比較適合中央 裂紋生成深度。所以這次實驗的水準設定 3 個分別為 105 度、110 度、

切割刀輪齒數:依 C 社[21]經驗，越多的齒數的刀輪越適合越薄的 刀輪，可以提高中央裂紋生成的比例，降低徑向和側向裂紋發生的可 能性，但是太多齒數的情況下，會造成垂直裂紋深度的降低，為了考 量刀輪加工的困難度，在此實驗中設定 3 個常用的齒數進行實驗，分 別為 110 齒、135 齒、155 齒。

切割刀輪齒深:依 C 社經驗，越深的齒深可以得到越高的中央裂紋 和垂直裂紋，但是越高的齒深同時也會調高側向裂紋發生的機率，如 圖 31 所示，如果降低齒深，則中央裂紋與垂直裂紋的深度會下降，但 是側向裂紋發生的可能性則大幅度的減低。依經驗過高的齒深在經驗 上刀輪的使用壽命會大幅的的下降，同時考量到刀輪加工的困難度，

在此實驗中設定刀輪齒深為 7um、8um、10um。

圖 31 側向或徑向裂紋發生時，電路上玻璃發生破損的照片 側向裂紋發生

切割速度: 依 C 社經驗，越低的切割速度可以提高中央裂紋的深 度，但是會增加側向裂紋的機率，越高的切割速度會降低中央裂紋的 深度，但是會降低側向裂紋的機率。在此實驗中設定切割速度為 300mm/s、500mm/s。

切割壓力:依前面 2.5.2 節提到的玻璃破壞理論，太低的切割壓力 只能在玻璃表面形成刻痕，無法有效生成中央裂紋讓玻璃進行裂片製 程，如圖 32 所示。過大的切割壓力則會造成玻璃表面直接破碎無法形 成中央裂紋導致玻璃無法裂片，如圖 33 所示，因此切割壓力的控制非 常的重要，過大或過小的切割壓力均無法生產。依目前 C 社的經驗，

切割壓力約為 9N~13N 之間是比較適合的生產區間，可以生成正常的中 央裂紋，如圖 34 所示，因此挑選 9N、11N、13N 作為實驗的水準。

圖 32 切割壓力過小時無法生成中央裂紋的照片

圖 33 切割壓力過大時玻璃表面破損無法生成中央裂紋的照片

圖 34 正常中央裂紋的照片

確認了實驗因子一共有五個實驗因子，其中一個因子為 2 水準其 餘實驗水準為每個實驗因子均挑選 3 個水準數量進行實驗，並將此五 個實驗因子作為獨立因子，無交互效應存在。開始進行直交表的選擇 進行實驗。挑選的直交表為

L

表 8

L

表 9

L

3.4 反應變數的選擇

在本實驗中所採用的反應變數，目的在於可以得到良好的切割良 率，因此以裂片裂深為量測的基準，當切割時有正常的中央裂紋且沒 有側向裂紋時，如圖 35 所示。如果該刀輪無法產生完整的中央裂紋，

以其中央裂紋深度作為其垂直裂深，如圖 36 所示。如果該刀輪有產生 完整的中央裂紋但是同時產生側向或徑向裂紋，則量測值為中央裂紋 深度為基準。如圖 37 所示。

圖 35 有正常中央裂紋、無徑向裂紋時的裂片深度量測

圖 36 沒有正常中央裂紋時的裂片深度量測

圖 37 有正常中央裂紋、又發生徑向裂紋時的裂片深度量測

3.5 實驗裝置與量測設備

在本實驗中所使用的設備是 C 公司 TFT-LCD 玻璃分斷裝置，為 MDi 設計製造的 MPX1800IIcc 玻璃分斷裝置。如圖 38 所示。

圖 38 切割機全貌

切割機運作的流程可以分為入料、切割、裂片、取片、排出五道 步驟，因為目前採用鋸齒狀刀輪因此省略裂片製程，只有四道步驟，

設備動作說明如下。入料:玻璃從母玻璃狀態(G6:1850mmx1500mm)投入 切割機，圖 39;切割:Y 方向切割，此時切割刀座組不動，玻璃移動，

圖 40，再經由 X 方向切割，切割刀座組移動，玻璃不動，切割程最終 需求的產品尺寸，圖 41;取片:機械手臂將已經切割好的玻璃產品一片 一片吸取起來搬到下游分流，如果前面切割出問題的話，玻璃會在這

圖 40，再經由 X 方向切割，切割刀座組移動，玻璃不動，切割程最終 需求的產品尺寸，圖 41;取片:機械手臂將已經切割好的玻璃產品一片 一片吸取起來搬到下游分流，如果前面切割出問題的話，玻璃會在這