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TWI598174B - 藍寶石切割裝置 - Google Patents

藍寶石切割裝置 Download PDF

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Publication number
TWI598174B
TWI598174B TW102102819A TW102102819A TWI598174B TW I598174 B TWI598174 B TW I598174B TW 102102819 A TW102102819 A TW 102102819A TW 102102819 A TW102102819 A TW 102102819A TW I598174 B TWI598174 B TW I598174B
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TW
Taiwan
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sapphire
laser
cutting device
laser beam
picosecond
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TW102102819A
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TW201429594A (zh
Inventor
陳杰良
王仲培
Original Assignee
鴻海精密工業股份有限公司
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B23K26/0624—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/22—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by cutting, e.g. incising
    • B28D1/221—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by cutting, e.g. incising by thermic methods
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
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Description

藍寶石切割裝置
本發明涉及藍寶石切割技術，特別涉及一種藍寶石切割裝置。
藍寶石由於具有優異的機械及光學特性而被應用於電子產品中，例如作為保護蓋(cover glass)應用於鏡頭模組中或者作為前蓋應用於手機中以利用耐磨、抗擊的特性保護鏡頭模組及手機。然而，由於藍寶石的硬度很高(硬度9級)，加工困難，例如即使使用先進的納米雷射器進行切割，也會由於熱熔問題在切割面產生微裂縫(micro-cracks)，需要在切割後對切割面進行研磨、拋光處理，導致制程漫長，效率低下。
有鑑於此，有必要提供一種可提高效率的藍寶石素材製造方法。
一種藍寶石切割裝置，包括一皮秒雷射器及一準直透鏡。該皮秒雷射器用於發出一脈衝寬度為皮秒級(10-12s)的雷射光束。該準直透鏡用於將該雷射光束彙聚成一平行雷射光束。該平行雷射光束用於切割一藍寶石。
該皮秒雷射器發射的該雷射光束具有超短脈衝，可有效減少該雷射光束與該藍寶石相互作用所產生的熱效應，避免熱熔問題，切割面平滑度高，因此無需後續對切割面進行研磨、拋光，從而可以大大縮短制程，提高效率。另外，該皮秒雷射器具有高重複頻 率，相比納秒雷射器200kHz左右的重複頻率，該皮秒雷射器的重複頻率可提升至1-2MHz級別，也可大大加快切割速度，也可提高效率。
10‧‧‧藍寶石切割裝置
100‧‧‧皮秒雷射器
110‧‧‧雷射光束
120‧‧‧平行雷射光束
200‧‧‧準直透鏡
300‧‧‧外殼
310‧‧‧收容空間
312‧‧‧開口
400‧‧‧工作台
410‧‧‧承載台
412‧‧‧縫隙
414‧‧‧圓孔
420‧‧‧三維移動臂
430‧‧‧控制系統
20‧‧‧藍寶石
圖1為本發明較佳實施方式的藍寶石切割裝置的立體示意圖。
圖2為圖1的藍寶石切割裝置的部分平面示意圖。
請參閱圖1-2，本發明較佳實施方式的藍寶石切割裝置10包括一皮秒雷射器100及一準直透鏡200。該皮秒雷射器100用於發出一脈衝寬度為皮秒級(10-12s)的雷射光束110。該準直透鏡200用於將該雷射光束110彙聚成一平行雷射光束120。該平行雷射光束120用於切割一藍寶石20。
該皮秒雷射器100發射的該雷射光束110具有超短脈衝，可有效減少該雷射光束與該藍寶石20相互作用所產生的熱效應，避免熱熔問題，切割面平滑度高，因此無需後續對切割面進行研磨、拋光，從而可以大大縮短制程，提高效率。另外，該皮秒雷射器100具有高重複頻率，相比納秒雷射器200kHz左右的重複頻率，該皮秒雷射器100的重複頻率可提升至1-2MHz級別，也可大大加快切割速度，也可提高效率。
具體的，該雷射光束110的脈衝寬度小於15皮秒，為紫外雷射、綠色雷射或近紅外雷射，優選的，紫外雷射的波長為355nm或343nm或266nm，綠色雷射的波長為532nm或515nm，近紅外雷射的波長為1030nm或1064nm。該皮秒雷射器100的脈衝重複頻率可調。
具體的，該藍寶石切割裝置還包括一外殼300。該外殼300形成有一收容空間310。該收容空間310具有一開口312。該皮秒雷射器100收容於該收容空間310內，並朝該開口312發射該雷射光束110。該準直透鏡200封閉該開口312，並彙聚該雷射光束110。
具體的，該藍寶石切割裝置10還包括一工作台400。該工作台400包括一承載台410、一個三維移動臂420及一控制系統430。該承載台410用於承載定位該藍寶石20。該承載台410形成有一縫隙412。該藍寶石20橫跨該縫隙412設置。該三維移動臂420用於固持該外殼300。該控制系統430用於驅動該三維移動臂420按預定的軌跡移動並控制該皮秒雷射器100的開啟與關閉從而切割定位於該承載台410上的該藍寶石20。該預定的軌跡落入該縫隙412內，如此，該藍寶石切割裝置10不會切割到該承載台410。
該承載台410還形成有一個圓孔414。該圓孔414可以與該縫隙412連通設置，也可以獨立設置。該藍寶石20覆蓋該圓孔414。該預定的軌跡包括在該藍寶石20上劃圓已在該藍寶石20上形成圓孔(例如作為光圈)。此時，該預定的軌跡落入該圓孔414，如此，該藍寶石切割裝置10不會切割到該承載台410。本實施方式中，該圓孔414與該縫隙412連通。
在其他實施方式中，若該預定的軌跡為劃圓時也可落入該縫隙412，則可省略該圓孔414。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10‧‧‧藍寶石切割裝置
120‧‧‧平行雷射光束
400‧‧‧工作台
410‧‧‧承載台
412‧‧‧縫隙
414‧‧‧圓孔
420‧‧‧三維移動臂
430‧‧‧控制系統
20‧‧‧藍寶石

Claims (7)

  1. 一種藍寶石切割裝置，其包括一皮秒雷射器及一準直透鏡；該皮秒雷射器用於發出一脈衝寬度為皮秒級的雷射光束，該雷射光束的脈衝寬度小於15皮秒；該準直透鏡用於將該雷射光束彙聚成一平行雷射光束；該平行雷射光束用於切割藍寶石。
  2. 如請求項1所述的藍寶石切割裝置，其中，該雷射光束為紫外雷射、綠色雷射或近紅外雷射。
  3. 如請求項1所述的藍寶石切割裝置，其中，該皮秒雷射器的工作波長為355nm、343nm、266nm、532nm、515nm，1030nm或1064nm。
  4. 如請求項1所述的藍寶石切割裝置，其中，該皮秒雷射器1的脈衝重複頻率可調。
  5. 如請求項1所述的藍寶石切割裝置，其中，該藍寶石切割裝置還包括一外殼；該外殼形成有一收容空間；該收容空間具有一開口；該皮秒雷射器收容於該收容空間內，並用於朝該開口發射該雷射光束；該準直透鏡封閉該開口。
  6. 如請求項5所述的藍寶石切割裝置，其中，該藍寶石切割裝置還包括一工作台；該工作台包括一承載台、一個三維移動臂及一控制系統；該承載台用於承載定位該藍寶石；該承載台形成有一縫隙；該藍寶石橫跨該縫隙設置；該三維移動臂用於固持該外殼；該控制系統用於驅動該三維移動臂按預定的軌跡移動並控制該皮秒雷射器的開啟與關閉從而切割定位於該承載台上的該藍寶石；該預定的軌跡落入該縫隙內。
  7. 如請求項5所述的藍寶石切割裝置，其中，該承載台還形成有一個圓孔；該藍寶石覆蓋該圓孔；該預定的軌跡包括在該藍寶石上劃圓，該預定的 軌跡為劃圓時落入該圓孔。
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