[发明专利]用于分离非金属材料的系统与方法

说明书

技术领域

本发明是关于将非金属材料分离成多个较小件。特定来说，本发明是关于使用一单一激光源以产生一划痕射束及一分裂射束，其与一冷却源连用以分离玻璃、硅、陶瓷或其他非金属材料。

背景技术

高功率激光器(例如500 W CO2激光器)可通过材料的熔化、蒸发及喷射而切穿非金属基板，诸如玻璃、硅或陶瓷，此导致劣质的表面完整性、宽度容限及降级的强度。用于分离非金属材料的其他方法使用非熔化(或非蒸发)热过程，其之后是拉紧过程。对于热过程，任何易碎的材料在其温度升高至所需级别且接着快速冷却或淬火以分裂其分子键时超过其临限热冲击温度。此在材料中形成“开口”或“盲裂纹”。某些热过程使用一第一激光源以产生一第一激光束，其沿着一划痕线加热材料。紧接在该第一激光束之后是用于淬火的一股冷却流体(例如氦及/或水)。

该拉紧过程接着可用以通过使用任一传统的机械方法或一第二激光过程沿着盲裂纹来分裂材料而完全分离该材料。举例而言，机械拉紧可包含使用一“剪切”分裂器以施加足够物理力至薄基板(例如，小于约0.5毫米)以便沿着划痕线完全分裂该基板。然而对于较厚的材料，由激光划痕操作引起的剩余拉力可能不足以使用机械力完全分离该材料。因此，一第二激光源可用以产生一第二激光束来沿着划痕线快速地再加热该基板，之后是淬火步骤，以完全分离该材料。然而，使用两个激光器增加了系统复杂性及维护。

发明内容

使用被转变成一划痕射束及一分裂射束的一单一激光束来分离非金属材料。一系统包含用于产生一激光束的一单一激光源及用于将该激光束转变成具有一第一平均功率的一划痕射束及具有第二平均功率的一分裂射束的一射束分离器。该射束分离器沿着一第一路径将该划痕射束导引至一非金属基板上的一划痕线，并且在与该划痕射束间隔开的一位置处沿着一第二路径将该分裂射束导引至该非金属基板。该划痕射束沿着该划痕线快速地加热该非金属基板。一淬火子系统将一股冷却流体施加至该非金属基板以沿着由该划痕射束加热的该划痕线传播一微裂纹。该分裂射束快速地再加热由该股冷却流体淬火的该非金属基板以沿着该微裂纹分离该非金属基板。

将从下文较佳实施例的详细描述显而易知另外态样及优点，其参考附图来进行。

附图说明

图1是根据一个实施例的用于分离非金属材料的一激光处理系统的方块图；

图2A、图2B及图2C图形地绘示根据一例示性实施例的CW激光束的功率如何相对于时间分布在划痕射束与分裂射束之间；

图3是图1中所示的材料的俯视图的示意图，其绘示根据一个实施例的激光束点的相对位置及沿着一划痕线的淬火位置；

图4是图1中所示的材料的俯视图的示意图，其绘示根据一个实施例的对应于分裂射束的双激光束点；

图5A是根据一个实施例的用于分离非金属材料的一激光处理系统的方块图；

图5B是根据另一实施例的用于分离非金属材料的一激光处理系统的方块图；

图6是根据另一实施例的用于分离非金属材料的一双路径激光处理系统的方块图；

图7A及图7B图形地绘示根据一例示性实施例的AOM如何分布及调节划痕射束与分裂射束之间的CW激光束的功率。

具体实施方式

系统及方法通过将来自一单一激光源的激光束转变成一划痕射束及一分裂射束来分离非金属材料。举实例且非限制，非金属材料可包含玻璃、硅、陶瓷或其他材料。划痕射束的平均功率经选择以便与冷却流协作以沿着非金属材料中的所需划痕线传播微裂纹，而实质上不会腐蚀(例如熔化、蒸发及/或喷射)该材料。分裂射束的平均功率经选择以沿着该划痕线产生拉力以便将该材料分裂成单独件。

在一个实施例中，连续波(CW)激光束使用(例如)一快速操纵反射镜(FSM)、一镜式电流计射束偏转器(本文中称为“电流计”或“电流计反射镜”)、一声光学偏转器(AOD)、一电光学偏转器(EOD)、其他光学偏转装置或前述组合以在划痕射束与分裂射束之间“分时”。在此等实施例中，CW射束在某些时间段期间沿着一划痕射束路径偏转且在其他时间段期间沿着一分裂射束路径偏转。如下所讨论，各自射束的平均功率可通过选择划痕射束及分裂射束的循环周期而受控制。

此外或在其他实施例中，各自平均功率可通过选择性地调节划痕射束及分裂射束而受控制。举例而言，如下文详细讨论，一声光学调节器(AOM)可接收CW射束并且输出(例如，作为第0级射束及第1级射束)经调节的划痕射束及经调节的分裂射束。