[发明专利]通过多光束飞秒激光来切割材料的方法和装置有效

专利信息
申请号: 201780058357.7 申请日: 2017-07-25
公开(公告)号: CN109789511B 公开(公告)日: 2021-12-07
发明(设计)人: K·米施奇克;J·洛佩兹;R·克林;C·加沃-莱格尔;G·迪沙托;O·迪马提奥-考利尔 申请(专利权)人: 幅度系统公司;科学研究国家中心;波尔多大学;阿尔法诺夫
主分类号: B23K26/00 分类号: B23K26/00;B23K26/067;B23K26/38;B23K26/066;B23K26/064;C03B33/02;C03B33/09;B23K26/0622;B23K103/00
代理公司: 北京市中咨律师事务所 11247 代理人: 王英杰;杨晓光
地址: 法国*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 通过 光束 激光 切割 材料 方法 装置
【说明书】:

发明涉及一种采用激光切割介质或半导体材料的方法。根据本发明,该方法包括以下步骤:包括至少一个N个飞秒激光脉冲的脉冲串的激光束(100)的发射;将激光束(100)空间分成具有第一能量的第一分离光束(101)以及分别地,具有第二能量的第二分离光束(102);材料的第一区域(31)中的第一分离光束(101)的能量的空间集中,以及分别地,材料的第二区域(32)中的第二分离光束(102)的能量的空间集中,第一区域(31)和第二区域(32)以距离dx分开并交错;并对在第一区域(31)和第二区域(32)之间的距离(dx)进行调节,以便引发在第一区域(31)和第二区域(32)之间取向的直的微裂(45)。

技术领域

本发明一般涉及用于激光处理介电或半导体材料的方法和设备的领域。

更具体地说,涉及一种用于切割透明介电或半导体材料的方法,该介电或半导体材料的厚度在十分之几毫米到几毫米之间。

它特别涉及一种快速切割方法,其形成清洁的切割边缘,而没有碎裂并且没有材料损失。

背景技术

例如玻璃、石英或蓝宝石的透明介电无机材料或者例如硅或锗的半导体材料越来越多地用于电子设备的平板显示器、光学、光电子或制表工业中。这些材料的机加工,以及特别是精密切割,带来了特定的技术和工业的困难。切割技术必须满足高切割速度的工业要求,同时最小化材料中残余应力的出现,同时确保良好的切割质量,即清洁的切割边缘,而没有碎裂并且没有微裂引发,使得可以避免例如抛光或精密研磨之类的后处理步骤。

在可变的长度和厚度上,不仅需要直线切割而且需要曲线切割。

存在用于切割透明材料的不同技术。机械技术基于对涂有金刚石磨粒的工具例如金刚石锯的使用,或者在通过机械强度的应用而获得的部分分开之前借助于金刚石或回火钢辊的预切割。另一种切割技术在于应用数千个棒的加压水射流,以在整个厚度上侵蚀玻璃,其中水可以填充有磨料颗粒。

最近,已经开发出不同的激光切割技术。

没通过断裂引发的激光切割在于通过激光烧蚀在可劈开(cleavable)材料的表面中产生凹口,以便引发断裂。

玻璃、蓝宝石或透明陶瓷的熔融切割是通过将材料激光加热至熔融状态然后借助于加压气体(氮气或空气)通过切口喷射熔融的材料而获得的。在远红外线发射的激光,例如CO2激光,从表面产生吸收和加热,热量通过从材料的表面到中心的传导而扩散。相反,在近红外发射的激光,例如盘或光纤YAG激光,直接引起体积吸收。熔融切割通常在远高于玻璃转变温度Tg的温度下进行,在该温度Tg下,材料仅具有非常低的粘度。这种高温会导致对大面积的热影响,这有利于沿着切割轨迹的微裂和碎裂的出现。因此,在熔融切割之后通常需要抛光或研磨后处理步骤。

划线(scribe)和破裂方法在于通过在待切割材料的表面处的激光烧蚀产生凹槽,然后应用机械强度以分开两个部分。破裂沿着由凹槽限定的轨迹发生。凹槽深度为10至20微米(μm)的量级。切割速度很重要,至少10mm/s。然而,该方法生成烧蚀灰尘并且切割平面的偏转可能出现在背面附近。

文献EP 2476505_A1描述了基于将超短脉冲激光束分离和聚焦成彼此接触的两个激光点的激光加工方法和系统,以便在材料中形成椭圆点并沿连接这两点的轴生成断裂。

文献US2015/0158120A1描述了一种用于对半导体或玻璃类型的材料钻孔的技术,其包括进行第一空间地塑形的激光脉冲的发射以在材料中生成等离子体通道,并且对空间地叠加到等离子通道的第二电磁波进行发射,从而加热材料并产生钻孔。

借助于短脉冲或超短脉冲进行的全激光烧蚀切割允许在没有任何机械辅助的情况下获得玻璃的自发分开。在本文件中,通过短脉冲和超短脉冲来理解,该短脉冲是持续时间包括在1纳秒(ns)和1微秒(μs)之间的脉冲,并且该超短脉冲是持续时间包括在10飞秒(fs)和1纳秒(1ns)之间的脉冲。

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