CN112427812B

CN112427812B - 一种通过间距性超微细激光通孔实现超薄工件分离的方法

Info

Publication number: CN112427812B
Application number: CN202011002626.8A
Authority: CN
Inventors: 姜峰; 廖良洲; 于大全
Original assignee: Xiamen Yun Tian Semiconductor Technology Co ltd
Current assignee: Xiamen Yun Tian Semiconductor Technology Co ltd
Priority date: 2020-09-22
Filing date: 2020-09-22
Publication date: 2022-09-09
Anticipated expiration: 2040-09-22
Also published as: CN112427812A

Abstract

一种通过间距性超微细激光通孔实现超薄工件分离的方法，包括如下步骤：1)采用激光器产生若干激光束，经光学整型聚焦后产生打孔光束，其具有预设的焦深；2)将打孔光束射入超薄工件，并使若干焦点从超薄工件的第一表面沿第一方向排列至第二表面，在超薄工件上形成贯通第一表面和第二表面的激光通孔；3)控制超薄工件相对打孔光束沿第二方向移动，则若干激光通孔依次相接将超薄工件划分成第一工件和第二工件，相邻激光通孔的间距范围为0.1‑5um；4)施加外力作用于超薄工件，使得相邻激光通孔的对接面分开，第一工件和第二工件完全分离。本发明方法成本低、不易产生崩边，产品可靠性更优，同时没有湿法刻蚀等工艺，整个加工过程更为环保。

Description

一种通过间距性超微细激光通孔实现超薄工件分离的方法

技术领域

本发明涉及玻璃板切割领域，特别是指一种通过间距性超微细激光通孔实现超薄工件分离的方法。

背景技术

随着电子产品的迅猛发展，移动端的装置都朝着体积更薄、重量更轻以及制造成本更低的方向发展。目前，电子产品上的玻璃薄板的厚度已经降低至0.3mm甚至更低，而超薄玻璃薄板对作用力越敏感，越容易受冲击后发生脆断，这无疑增加了切割加工的难度。

现有的切割玻璃方法大致有机械切割法和普通的激光切割法。机械切割法是采用金刚石刀具在玻璃切割道划刻一道纹，这种机械切割法存在诸多问题，例如玻璃材料的崩边、碎屑及微裂纹，切割边缘的强度降低，产生的深裂纹通常不垂直于玻璃表面，降低了玻璃的强度以及可靠性，同时产出率也很低。

激光切割法采用脉冲宽度范围在皮秒至飞秒的激光器产生的激光束经聚焦处理后入射至待切割的玻璃工件内；激光束与玻璃工件按预先设定的路径做相对移动，使焦点在玻璃工件的内部形成由多个微裂点沿激光束扫射的路径组成的切割层，参见图13；以及施加外力于玻璃工件，使玻璃工件沿路径撕开。采用这种方法，对玻璃工件的损伤较大，且产生的粉尘多。另外，在玻璃工件表面靠近切割层的位置极易产生崩边，参见图14，造成切割后的玻璃工件易裂。

又一种板级材料异形加工方法，参见图1和图2，将激光束3经过聚焦处理后从待切割的板级材料1的第一表面入射至第二表面，激光束焦点在板级材料的垂直于入射表面方向，形成由多个微裂点41形成的垂直切割柱4，再通过湿法刻蚀沿着需要切割路线将板级材料分离。采用这种方法，需要激光切割和湿法刻蚀结合，成本高，加工步骤多，且需采用腐蚀液进行湿法刻蚀，不够环保。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种通过间距性超微细激光通孔实现超薄工件分离的方法，成本低、不易产生崩边，更为环保。

本发明采用如下技术方案：

一种通过间距性超微细激光通孔实现超薄工件分离的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)采用激光器产生若干激光束，经光学整型聚焦后产生打孔光束，其具有预设的焦深；

2)将打孔光束射入超薄工件，并使若干焦点从超薄工件的第一表面沿第一方向排列至第二表面，在超薄工件上形成贯通第一表面和第二表面的激光通孔，激光通孔直径范围为0.1-5um；

3)控制超薄工件相对打孔光束沿第二方向移动，则若干激光通孔依次相接将超薄工件划分成第一工件和第二工件，相邻激光通孔的间距范围为0.1-5um；

4)施加外力作用于超薄工件，使得相邻激光通孔的对接面分开，第一工件和第二工件完全分离。

优选的，所述超薄工件的厚度为0.05毫米-0.15毫米。

优选的，所述打孔光束的单点能量范围为40μJ～200μJ。

优选的，所述打孔光束中，能量分布为沿第一方向逐渐减小，所述激光通孔的内径为沿第一方向逐渐减小。

优选的，所述焦点在超薄工件上形成的光斑的直径范围为0.5微米～5微米。

优选的，所述激光器的脉冲宽度范围为10飞秒～100皮秒。

优选的，所述超薄工件的材质为非石英玻璃、石英玻璃、钽酸锂、铌酸锂或透光的三五族材料。

优选的，步骤4)中，先在超薄工件的第一表面或第二表面贴膜，再用扩膜机进行扩膜，从而将第一工件和第二工件完全分离。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的方法，通过若干激光束聚焦后产生具有若干焦点打孔光束，射入超薄工件形成贯通的激光通孔，通过相对移动使若干激光通孔依次相接，最后通过施加外力使得相邻激光通孔的对接面分开实现切割，可获得高精密度和平整的切割表面、避免崩片，可以有效地保证加工质量、提高切割效率和产品可靠性。

2、本发明的方法，适用于切割超薄工件，激光器的脉冲宽度范围为10飞秒～100皮秒，打孔光束的单点能量范围为40μJ～200μJ，光斑的直径范围为0.5微米～5微米，采用较高的单点能量以加工形成贯通的激光通孔，通过外力可轻松地从对接面处分开，减少加工步骤、避免采用湿法刻蚀，降低成本且更为环保。

3、本发明的方法，打孔光束的能量分布为沿第一方向逐渐减小，对应的激光通孔的内径为沿第一方向逐渐减小，以则后续步骤中，施加较小的力即可将第一工件和第二工件分开。

4、本发明中，在超薄工件上贴膜，配合扩膜机将膜直径扩开的同时，实现将第一工件和第二工件完全分离，能减小损伤，保护超薄工件。

附图说明

图1为现有激光切割加工方法示意图；

图2为现有方法的垂直切割柱示意图；

图3为本发明方法的切割示意图；

图4为图3的A处放大图；

图5为具有若干激光通孔的超薄工件的俯视图；

图6为图5的B处放大图；

图7为若干激光通孔的对接面分开示意图；

图8为切割路线为Z形；

图9为切割路线为S形；

图10为本发明激光通孔俯视图；

图11为本发明方法切割后的超薄工件电镜图一；

图12为本发明方法切割后的超薄工件电镜图二；

图13为现有方法的玻璃工件的内部切割层的电镜图；

图14为现有方法的崩边电镜图；

其中：1、超薄工件，2、第一工件，3、第二工件，4、第一表面，5、第二表面，6、激光通孔，7、对接面。

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

一种通过间距性超微细激光通孔实现超薄工件分离的方法，参见图3至图7，应用于切割的超薄工件1材质为非石英玻璃、石英玻璃、钽酸锂、铌酸锂或透光的三五族材料。超薄工件1的厚度为0.05毫米-0.15毫米。

本发明方法具体包括如下步骤：

1)采用激光器产生若干激光束，经光学整型聚焦后产生打孔光束，其具有预设的焦深。

本发明采用的激光器可为皮秒激光器或者飞秒激光器。皮秒激光器是指冲脉宽度为皮秒的激光器，飞秒激光器是指脉冲宽度为飞秒的激光器。在加工过程中，皮秒激光器或者飞秒激光器可以在激光振荡时获得很高振荡密度的激光能量，而且在加工过程中不会产生碎屑积聚现象。

其中，激光器的脉冲宽度范围为10飞秒～100皮秒，激光束的波长为355纳米～1064纳米，优选为700纳米～800纳米。聚焦后，打孔光束的单点能量范围为40μJ～200μJ，焦深可大于超薄工件的厚度。实际应用中，激光束的波长、打孔光束的单点能量、焦深可根据待加工的超薄工件的不同厚度作相应选择。

本发明中，打孔光束的若干焦点沿第一方向排列，其能量分布为沿第一方向逐渐减小，参见图4，即靠近第一表面的焦点能量最大，靠近第二表面的焦点能量较小。激光束的数量可以根据超薄工件1的厚度决定，更多的激光束可以形成更多个的焦点。通过调节每束激光束的发射角，可改变焦点的位置、间距等。

2)将打孔光束射入超薄工件1，并使若干焦点从超薄工件1的第一表面4沿第一方向排列至第二表面5，在超薄工件1上形成贯通第一表面4和第二表面5的激光通孔6，激光通孔6直径范围为0.1-5um。

该步骤中，若干焦点的排列方向与第一方向相同，即若干焦点排列成的直线与第一方向平行，该第一方向可为超薄工件的厚度方向，可与第一表面4和第二表面5垂直。

参见图4，当每个焦点聚焦在超薄工件1上时，形成的光斑的直径范围为0.5微米～5微米，对超薄工件加工产生小孔，由于单点能量较大，若干个小孔可沿第一方向依次连通构成激光通孔6。当打孔光束的能量分布为沿第一方向逐渐减小时，则激光通孔6的内径为沿第一方向逐渐减小，参见图10的激光通孔俯视图。

3)控制超薄工件1相对打孔光束沿第二方向移动，则若干激光通孔6依次相接将超薄工件1划分成第一工件2和第二工件3，相邻激光通孔6的间距范围为0.1-5um。

该步骤中，可通过加工平台控制超薄工件1相对打孔光束移动，或者通过控制打孔光束相对超薄工件1移动，移动路线为预设的沿第二方向延伸的切割路线，切割路线可以是直线或曲线，例如曲线可以是Z形或S形，参见图8和图9，能实现异形切割。该第二方向可与第一方向垂直，其可以是超薄工件1的长度方向、宽度方向或其他方向等，不做限定。

参见图6，通过设定合适的移动速度，使得每个脉冲产生的激光通孔6沿第二方向依次排列，相邻的激光通孔6之间具有对接面7。此时，第一工件2和第二工件3之间，仅仅通过对接面7相连。

4)施加外力作用于超薄工件，使得相邻激光通孔6的对接面7分开，第一工件2和第二工件3完全分离。

该步骤可利用扩膜机实现，但不限于此，还可采用其他合适设备。具体的，先在超薄工件1一面贴一张膜，优选的，将膜贴于第一表面4；再用扩膜机将膜直径均匀地扩开。因超薄工件1粘贴于膜上，则扩膜后，第一工件2和第二工件3跟着膜一起分开。

本发明的方法，通过若干激光束聚焦后产生具有若干焦点打孔光束，射入超薄工件1形成贯通的激光通孔6，通过相对移动使若干激光通孔6依次相接，最后通过施加外力使得相邻激光通孔6的对接面7分开实现切割，参见图11、图12，可获得高精密度和平整的切割表面、避免崩片，可以有效地保证加工质量、提高切割效率。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims

1.一种通过间距性超微细激光通孔实现超薄工件分离的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）采用激光器产生若干激光束，经光学整型聚焦后产生打孔光束，其具有预设的焦深,所述打孔光束的单点能量范围为40μJ～200μJ；

2）将打孔光束射入超薄工件，并使若干焦点从超薄工件的第一表面沿第一方向排列至第二表面，对超薄工件加工产生小孔，若干个小孔沿第一方向依次连通构成激光通孔，则在超薄工件上形成贯通第一表面和第二表面的激光通孔，激光通孔直径范围为0.1-5um；

3）控制超薄工件相对打孔光束沿第二方向移动，移动路线为直线或曲线，则若干激光通孔依次相接将超薄工件划分成第一工件和第二工件，相邻激光通孔的间距范围为0.1-5um；

4）施加外力作用于超薄工件，使得相邻激光通孔的对接面分开，第一工件和第二工件完全分离。

2.如权利要求1所述的一种通过间距性超微细激光通孔实现超薄工件分离的方法，其特征在于，所述超薄工件的厚度为0.05毫米-0.15毫米。

3.如权利要求1所述的一种通过间距性超微细激光通孔实现超薄工件分离的方法，其特征在于，所述打孔光束中，能量分布为沿第一方向逐渐减小，所述激光通孔的内径为沿第一方向逐渐减小。

4.如权利要求1所述的一种通过间距性超微细激光通孔实现超薄工件分离的方法，其特征在于，所述焦点在超薄工件上形成的光斑的直径范围为0.5微米～5微米。

5.如权利要求1所述的一种通过间距性超微细激光通孔实现超薄工件分离的方法，其特征在于，所述激光器的脉冲宽度范围为10飞秒～100皮秒。

6.如权利要求1所述的一种通过间距性超微细激光通孔实现超薄工件分离的方法，其特征在于，所述超薄工件的材质为非石英玻璃、石英玻璃、钽酸锂、铌酸锂或透光的三五族材料。

7.如权利要求1所述的一种通过间距性超微细激光通孔实现超薄工件分离的方法，其特征在于，步骤4）中，先在超薄工件的第一表面或第二表面贴膜，再用扩膜机进行扩膜，从而将第一工件和第二工件完全分离。