[发明专利]用于借助于激光辐射剥除脆硬材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于借助于激光辐射剥除、即例如切割、刻刮、钻孔脆硬材料的方法，其中通过剥除来在材料中形成剥除凹陷，所述剥除凹陷具有剥除凹陷的侧壁的侧壁角w，其中侧壁角w被定义成剥除凹陷的侧壁上的表面法线与材料的未被剥除的表面上的表面法线之间的角度。

背景技术

这样的方法尤其是应用于显示器技术，其中必须处理薄玻璃衬底、一种脆硬物料。恰好工业显示器技术占领着越来越大的市场空间，并且倾向于越来越轻的设备，并且因此还倾向于更薄的玻璃板以用于例如智能电话和平板计算机。

薄玻璃衬底在可以实现较厚玻璃的耐久性和机械稳定性时恰好提供针对显示器的优点。所述薄玻璃板几乎被用在全部平板显示器（FDP）中。

常规的用于加工这样的薄玻璃板的方法是用所定义的刀片进行铣削，或者基于向物料中有针对性引入的裂缝形成的机械作用（刻刮和折断）。在使用激光辐射情况下的多种公知方法变型同样所基于的是，利用刻刮和然后折断的原理的机械作用，其方式是，用激光辐射的作用代替刻刮，并且物料在激光辐射的作用以后被折断。常规机械加工（切割、钻孔）对于薄玻璃板而言与大的物料厚度相比显著更困难。也就是说，在机械刻刮的情况下引入微裂缝或者甚至拆出小部分、所谓的碎屑（Chip），使得打磨或蚀刻作为后续加工工艺变得需要。

JP 2000 302 488A描述了一种用于借助于激光辐射或超声波加工在玻璃材料中生成具有复杂横截面形状的非常细的孔的方法。钻孔直径可以利用钻孔深度来调整；钻孔的该轮廓确定亦称尖细部。该方法利用激光钻孔和打磨的组合。在完成具有主要非圆柱形壁的钻孔以后，选择钻孔的包含所期望的尖细部的部分，并且材料的其余部分与钻孔的其余部分一起通过打磨被除去。

发明内容

本发明所基于的任务是，提供一种在使用激光辐射情况下的方法，利用该方法可以在同时无损地剥除/切割的情况下实现大的剥除速率和大的剥除深度，使得通过激光辐射的作用在剥除/切割时加工大的材料深度，并且在加工以后不将附加的应力或附加的裂缝引入到脆硬物料中。

该任务通过具有权利要求1的特征的方法来解决。对根据本发明的方法重要的是，小地调整激光辐射在剥除凹陷的入口处的射束半径，使得侧壁角w几乎达到90角度并且可实现的剥除深度至少为针对以下较大射束半径情况的2倍，在该较大射束半径的情况下侧壁角小于材料特定的极限角wmax。

在此，该极限角被定义为如下角度：该角度根据实验结果在激光辐射的多个脉冲以后出现并且超过该角度不能进行继续的剥除。

根据本发明，激光辐射的所使用的射束半径对于关于侧壁角w超过极限角wmax而言具有重大意义。与之相反，在现有技术中出发点是，所吸收的强度的变化对于侧壁角是重要的。通过选择射束半径，已经确定最大要实现的侧壁角、即极限角，该极限角于是还依赖于材料特性（例如吸收度）并且因此在此被称为“材料特定的极限角wmax”。

合适地小的射束半径的值可以通过如下方式来确定：渐渐地缩小射束半径，直到出现侧壁角w从小于或等于材料特定的极限角wmax的值w≤wmax到侧壁角w的接近90角度大的值的门限式变换。

应当注意，根据现有技术，利用激光辐射仅仅实现小的剥除深度。出现了与入射脉冲的数目不再有关的剥除深度。

根据本发明的方法所教导的是，对于激光辐射在剥除凹陷的入口处的足够小的射束半径，侧壁角w门限式地明显超过极限角wmax，并且可实现的剥除深度门限式地明显增加，并且侧壁角几乎具有90角度。

因此，该方法还教导，当激光辐射的射束半径被调整为足够小时，具有较小射束半径的侧壁角的弱增长门限式地变换为明显增长。因此，本领域技术人员以实验方式确定射束半径，利用该射束半径实现以下结果：出现所谓的钻孔停止、即极限角，在该极限角的情况下不进行继续的剥除。

典型的剥除凹陷具有底面和侧向的剥除侧壁。在利用激光辐射进行剥除的情况下，在剥除凹陷上的表面法线与材料的未被剥除的表面上的表面法线之间出现被称为侧壁角w的角度，该角度通常达到亦称极限角wmax的最大值wmax。即使通过作用多个脉冲或者通过多次经过材料的某位置，该侧壁角w也不能变得大于极限角wmax。极限角wmax可以以实验方式确定并且采取通常70度的材料特定值。根据目前的现有技术，剥除凹陷的更大深度仅能通过扩大剥除凹陷的宽度来实现。为此，例如可以并排布置彼此相继的经过的多个轨迹。在经过的情况下，轨迹通过激光光轴的偏移被移位。也可以扩大激光束的直径。