專利名稱：用于改良易碎材料處理的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明是有關用于像是玻璃的易碎材料的鐳射處理方法。尤其，本發(fā)明是有關用以對于玻璃等等材料中的特征進行鐳射加工的方法，而同時避免應力斷折和碎裂并且維持可接受的系統(tǒng)產(chǎn)出量。
背景技術(shù)：
玻璃切割處理在傳統(tǒng)上是利用機械鋸器所實作，此工具雕割該玻璃然后再進行機械性的折破步驟。近年來，激光技術(shù)既經(jīng)運用在玻璃切割處理，這概略是利用鐳射作為一局部性加熱源，且可經(jīng)伴隨以一冷卻噴嘴，以沿這些路線產(chǎn)生應力及微裂痕來切割該玻璃。這些所獲應力及微裂痕可為足以令該玻璃斷折并沿所設計路線分離，或者是可能需要一后續(xù)折破步驟以分離該玻璃。僅運用鐳射而無冷卻源的現(xiàn)有技術(shù)包含多重激光束吸收(multiple laser beam absorption，MLBA)，即如于 2007 年 2 月 22 日所申審，發(fā)明人 Michael Haase 及 Oliver Haupt 的美國專利申請案第 2007/0039932 號「DEVICE FOR SEPARATIVE MACHINING OF COMPONENTS MADE FROM BRITTLE MATERIAL WITH STRESS-FREE COMPONENT MOUNTING」，以及于2007年7月洸日所申審，發(fā)明人Oliver Haupt和Bernd Lange 的美國專利申請案第 2007/0170162 號「METHOD AND DEVICE FOR CUTTING THROUGH SEMICONDUCTOR MATERIALS」，案文所述的，然不限于此，其中是利用一近IR鐳射源，且并同于一對反射性映鏡，藉以沿該待予分離的路徑上將玻璃內(nèi)的光子能量的容積吸收最大化， 因此將會產(chǎn)生出足夠的熱應力以供折破這些部份而不需要施予額外的力。然此技術(shù)確需一初始機械缺口以作為預裂痕。鐳射產(chǎn)生的應力將會使得該初始裂痕傳播以形成該分離。美國佛羅里達州 Lake Mary 市(32746) Fonon Technology International 公司的 Z1WLDT
Γ Zero-Width Laser Dicing Technology 」(零寬度鐳射切出技術(shù))是利用一 C02源以加熱該玻璃，隨后再以一冷卻噴嘴產(chǎn)生應力，藉此沿著該切割路徑上啟生微裂痕，然后再施予一機械性的折破步驟以分離該玻璃。由于與這些制程相關聯(lián)的近乎為零的隙縫寬度，因此所有前述方式皆因為難以精準地控制裂痕傳播的方向而不易適用在其中這些路線牽涉到圓角或曲型路徑的情況。即使是施加一機械性折破步驟，欲以精準地分離部份而不致在體型玻璃造成顯著的碎裂或裂痕依舊是非常困難。因此，所需的為一種用于以鐳射而按可接受速率來切割具有牽涉到圓角或曲型節(jié)段的路線的易碎材料的方法，像是玻璃，然又不致造成不可接受碎裂及裂痕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一特點為一種用于對像是玻璃的易碎材料中的復雜路線進行鐳射加工的方法，以避免該材料中出現(xiàn)與環(huán)繞該特征的范圍內(nèi)過度熱堆積相關聯(lián)的碎裂及裂痕，而不需要昂貴額外設備或是導致系統(tǒng)產(chǎn)出量顯著降低?？山逵僧敿庸ぴ撎卣鲿r將這些激光脈沖予以間隔，故而后續(xù)激光脈沖不會重迭于與先前脈沖相同的位置上，以避免在該范圍內(nèi)的過度熱堆積。本發(fā)明的一具體實施例分析與一特征相關聯(lián)的工具路徑，藉以給定一所欲脈沖重迭和步進大小，決定需進行多少次通行以將該特征鐳射加工至一工件內(nèi)。工具路徑是一工件上一系列的位置，這些位置表示應將一激光脈沖導引至何處以加工該相關特征。 一特征可根據(jù)所使用的鐳射參數(shù)而擁有多條可能的工具路徑，并仍能產(chǎn)生相同的特征。本具體實施例將一或更多激光脈沖導引至該工具路徑上的一選定點處。然后，不以將該鐳射移動一焦點距離的一分數(shù)并且將另一脈沖導引至該工件以達到所欲重迭，而是該系統(tǒng)會在該工件路徑上的一經(jīng)算得數(shù)量的潛在脈沖位置上步進，然后將一激光脈沖導引至該工件。 接著該系統(tǒng)續(xù)行于該工具路徑，將激光脈沖導引至按一經(jīng)算得數(shù)量的潛在脈沖位置相分隔的工件，直到該工具路徑耗終為止。然后該系統(tǒng)啟動，將一激光脈沖導引至一工件，此工件位在自該第一激光脈沖位置移離一激光脈沖光點距離的分數(shù)的位置處，藉此達到脈沖重迭而不致造成過度加熱。接著，依該經(jīng)算得步進大小將該系統(tǒng)編定于次一位置處，此位置會與下一個先前激光脈沖位置重迭相同的重迭位移。該程序繼續(xù)進行，直到整個特征加工完畢為止。為達成前述和其它根據(jù)本發(fā)明目的的目標，即如本揭中所具體實作且廣義描述的，茲揭示一種方法及設備。


圖1為具單次鐳射處理通行的工具路徑。圖2為具五次鐳射處理通行的工具路徑。圖3為顯示所完成鐳射處理的工具路徑。主要組件符號說明8 工件10工具路徑12圓圈(激光脈沖)14脈沖樣式16激光脈沖
具體實施例方式本發(fā)明的一具體實施例為一種用于以一鐳射處理系統(tǒng)在易碎材料中鐳射加工一特征的經(jīng)改良方法。此鐳射處理系統(tǒng)具有一工具路徑，或一工件上一系列的位置，這些位置是表示應將一激光脈沖導引至何處以進行該相關特征的加工。一種可經(jīng)調(diào)適以具體實作本發(fā)明的示范性鐳射處理系統(tǒng)為美國奧瑞岡州波特蘭市(972^)Electr0 Scientific Industries, Inc.公司所制造的MM5800。該系統(tǒng)是利用兩種鐳射，其一或兩者可為經(jīng)二極管泵驅(qū)，按自約1064微米下至約255微米波長而以30到70KHz之間的脈沖重復頻率，并且在30KHz脈沖重復頻率處具有大于約5. 7W的平均功率，運作的固態(tài)Q切換Nd: YAG或是 Nd:YV04 鐳射。本發(fā)明的具體實施例可代表于2007年8月21日所申審，發(fā)明人Robert Μ· Pailthorp、Weisheng Lei、Hisashi Matsumoto、Glenn Simonson、David A. Watt、 Mark A. Unrath 和 William J. Jordens 的美國專利第 7，259，；354 號「METHODS FOR PROCESSING HOLES BY MOVING PRECISELY TIME LASER PULSES IN CIRCULAR AND SPIRALTRAJECTORIES]案文所揭示技術(shù)的一種新式應用，茲將該案依其整體而按參考方式并入本案，其中是利用一小于所鉆鑿孔洞的鐳射光點大小以在材料內(nèi)進行孔洞鉆鑿，而需以圓形或螺旋形工具路徑移動激光脈沖。現(xiàn)已證實在該圓形的圓周附近將這些激光脈沖相隔確能提供擁有較佳質(zhì)量的孔洞。本發(fā)明為該項揭示的延伸，其中可藉由計算出經(jīng)施予一易碎工件上任意工具路徑的激光脈沖的相隔與計時來增加易碎材料鐳射加工的質(zhì)量和產(chǎn)出量。藉由當進行特征加工時令激光脈沖沿該工具路徑而在時間與空間上彼此相隔，即可避免在任何特定區(qū)域內(nèi)的過度熱堆積以提高切割的質(zhì)量。而藉由根據(jù)本發(fā)明具體實施例的激光脈沖化，可在對一鄰近位置脈沖照射之前先行冷卻既經(jīng)脈沖照射的位置，藉以讓激光脈沖能夠?qū)⒚總€脈沖所移除的材料量最大化，卻無須憂慮殘余損害。如此即能優(yōu)化整個制程以提高產(chǎn)出量，而同時又能維持質(zhì)量。本發(fā)明的一特點可如圖1所示，其中顯示一工件8上的一條復雜工具路徑10。此工具路徑含有曲型區(qū)段，若欲加以切割而又不致造成裂痕及碎裂確有所困難。這些圓圈，其中一個是經(jīng)標注為12，是表示在單一通行中經(jīng)導引至該工件的激光脈沖。一旦完成此通行后，會將樣式編定一個步進大小并且重復進行。圖2顯示，經(jīng)過五次通行后，一工件8上的工具路徑10上的脈沖樣式14。圖3顯示出這些激光脈沖16既已加工完成由該工件8上的工具路徑10所描述的特征。在鐳射通徑鉆鑿應用項目中，當在外圍處以多次重復方式鉆鑿一環(huán)鋸工具時，會希望對掃描速度及重復速率進行微調(diào)，使得脈沖能夠均勻地分布在該孔洞外圍的附近，藉以達到均勻地移除材料，并且針對通徑質(zhì)量而言能夠獲得較佳的通徑對通徑一致性。在脈沖之間的位置增量應為相等且為最小化?？啥x一個新的數(shù)量，即一想象少量大小(bite size)，此值沿外圍上在第一環(huán)轉(zhuǎn)里所遞送的第一脈沖與在第二環(huán)轉(zhuǎn)里所遞送的第一脈沖間的距離。一算法是經(jīng)標定以拉扯工具速度，藉此來設定該想象少量大小而優(yōu)化該脈沖間隔為均衡并且盡可能地細致分布。該算法亦為一種用以計時該Q切換鐳射命令，俾將所有脈沖同步化于由該所欲工具路徑要求的計時的方法。熟諳本項技藝的人士應將能了解可對前述的本發(fā)明具體實施例細節(jié)進行諸多變更而不致悖離其基本原理。故而本發(fā)明范疇應僅由記載申請專利范圍所決定。
權(quán)利要求
1.一種以一鐳射處理系統(tǒng)在易碎材料中進行一特征的鐳射加工的改良方法，該鐳射處理系統(tǒng)具有一工具路徑，其中包含提供具有運作以對該易碎材料進行鐳射加工的激光脈沖及激光脈沖參數(shù)的鐳射； 根據(jù)該工具路徑以計算這些激光脈沖參數(shù)，其中各個激光脈沖的數(shù)量和位置經(jīng)計算以提供對于該工具路徑上各個位置的預定脈沖重迭與計時；以及按照這些經(jīng)算得激光脈沖參數(shù)，導引該鐳射以發(fā)射這些激光脈沖以撞擊于該易碎材料上，藉以在該易碎材料內(nèi)加工該特征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該預定脈沖重迭與計時經(jīng)選定以在這些激光脈沖之間提供間隔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中這些鐳射參數(shù)包含脈沖重復速率、掃描速度、光點大小、少量大小及通過次數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中該脈沖重復速率是在約IKHz至IMHz之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中該掃描速度是在約100mm/S至5000mm/s之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中該光點大小是在約10微米至500微米之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中該少量大小是在約10微米至500微米之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中該通過次數(shù)是在約1次至約100次之間。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種用于易碎材料，像是玻璃，以進行特征的鐳射加工的改良方法，其中與一特征相關聯(lián)的工具路徑經(jīng)分析，藉以決定需利用非鄰近激光脈沖多少來施行鐳射加工該特征。定位在后續(xù)的多次操作過程中所施予的激光脈沖，藉以對先前的鐳射光點位置重迭一預定重迭量值。按此方式，則無任何單一點會接受到因鄰近于一先前脈沖位置所施予緊隨后續(xù)激光脈沖而造成的過度鐳射輻射。
文檔編號B23K26/00GK102405123SQ201080017249
公開日2012年4月4日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者李光宇, 杰弗瑞·豪爾頓, 松本久, 格蘭·西門森, 類維生 申請人:伊雷克托科學工業(yè)股份有限公司