本發(fā)明為一種硬脆材料的激光切割方法，特別是一種降低硬脆材料發(fā)生崩邊現(xiàn)象的激光切割方法。

背景技術(shù)：

近年來激光切割技術(shù)已經(jīng)普遍的被用來切割發(fā)光二極體基板、藍(lán)寶石基板或強化玻離等硬質(zhì)透明材料。

激光切割技術(shù)是通過激光光聚焦于被加工材料上產(chǎn)生局部的熱熔破壞，被加工材料在經(jīng)過激光光的線性掃描后產(chǎn)生連續(xù)性的破壞割痕，再以機械裂片方式將被加工材料切割分離。

激光切割機，主要包括一激光光源、一激光光學(xué)系統(tǒng)及一線性掃描運動機構(gòu)。

其中激光光源主要提供一高能激光光束，激光光源可以是不同波長的高能激光光源裝置(例如皮秒激光，飛秒激光等)，激光切割機通常還須要使用一能量控制器，用以調(diào)控激光光束的能量大小。

其中激光光學(xué)系統(tǒng)主要是調(diào)控激光光束成可加工的高能激光光點，其通過包括復(fù)數(shù)光學(xué)透鏡或元件等的激光光束調(diào)控模塊將激光光源的激光光束調(diào)控成可以聚焦于被加工物表面的高能激光光點，其中激光光束調(diào)控模塊通常會包括有擴(kuò)束鏡、反射鏡組、曲面鏡及物鏡光學(xué)元件等，其中擴(kuò)束鏡將激光光源的激光光束擴(kuò)大成較大直徑的激光光束，反射鏡組則用于改變激光光束的光徑，曲面鏡及物鏡組合則調(diào)整激光光束的焦點及其景深等聚焦效果。

其中線性掃描運動機構(gòu)主要是使高能聚焦的激光光束得以線性運行于被加工物各處表面的裝置，可以是固定激光光學(xué)系統(tǒng)中物鏡位置，而移動x-y工作臺上的被加工物，或者是固定工作臺上的被加工物，而移動激光光學(xué)系統(tǒng)中物鏡位置，移動物鏡的方法通?？梢杂烧{(diào)整激光光束調(diào)控模塊中反射鏡組的位置與角度而達(dá)成。

一般的激光光源的光強分布為一高斯分布，其特征是激光光中心點的光強度遠(yuǎn)高過于其周邊，激光光源的能量極度的集中于中心點的小范圍。

對于具有高熱傳導(dǎo)性、延展性的金屬材料，進(jìn)行激光切割加工時高斯分布的激光光束能量集中金屬材料的被加工物上并不會在聚焦點上的材料與其周邊材料產(chǎn)生過度的溫度差異，因而不會發(fā)生加工材料的崩裂現(xiàn)象，因此可以盡量提高激光光源的能量加快激光切割的加工效率。

對于陶瓷、玻璃或單晶等低熱傳導(dǎo)性又硬質(zhì)的非金屬材料，能量過度集中分布的激光光則在聚焦點材料與其周邊材料產(chǎn)生相當(dāng)?shù)臏囟炔町?，因而產(chǎn)生相當(dāng)熱應(yīng)力，其中熱應(yīng)力則進(jìn)而產(chǎn)生崩邊現(xiàn)象，崩邊現(xiàn)象則使得切割面不平整或切割面破裂，不平整或破裂切割面是習(xí)用激光切割技術(shù)運用于硬脆非金屬材料時加工品質(zhì)低劣或不穩(wěn)定的原因。

對于切割非金屬材料，有些激光切割方法是通過降低激光光源的能量以便減少激光破壞范圍，或以多次來回加工的方式來避免切割面不平整或破裂，雖然可以降低加工材料產(chǎn)生硬脆崩邊結(jié)果，但是如此一來卻明顯會降低切割加工效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的激光切割非金屬材料所發(fā)生的加工品質(zhì)低劣或不穩(wěn)定的原因，本發(fā)明提供一種激光切割方法，特別是一種降低硬脆材料發(fā)生崩邊現(xiàn)象的激光切割方法，主要是在激光切割機的光學(xué)系統(tǒng)中對激光光源進(jìn)行光束整型改質(zhì)，通過光束整型改質(zhì)方法將高斯分布的激光光束改型成一貝索分布的激光光束，其效果可以減少激光光束能量過度集中分布所造成被加工材料在聚焦點與其周邊材料之間的溫度差異，降低因熱應(yīng)力所產(chǎn)生崩邊現(xiàn)象。

本發(fā)明提供一種激光切割機，包括一激光光源、一激光光束調(diào)控模塊及一線性掃描運動機構(gòu)，其中激光光束調(diào)控模塊中使用一偏極化光學(xué)元件，通過該偏極化元件將該激光光束形成一偏極化激光光束，其中該偏極化光學(xué)元件是選自一偏極化錐鏡，通過該偏極化錐鏡將高斯分布的激光光束轉(zhuǎn)換成光強度較均勻的偏極化貝索光束，減少激光光束能量過度集中分布于中心點，因而造成加工材料在聚焦點與其周邊的加工界面產(chǎn)生溫度差異過大的問題，因而可以降低熱應(yīng)力所產(chǎn)生崩邊的現(xiàn)象，其明顯利益是不必降低切割加工的效率又可提高切割加工的品質(zhì)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明激光切割機的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。

附圖標(biāo)記說明

11激光光源裝置

12能量控制器

13激光光束

21擴(kuò)束鏡

211激光光束

22偏極化錐鏡

221偏極化激光光束

23反射鏡組

24曲面鏡

25物鏡

251激光聚焦光束

3被加工物件。

具體實施方式

本發(fā)明實施例中，本發(fā)明提供一種激光切割方法，其是使用包括下列裝置進(jìn)行激光切割程序：

提供一激光光源，及其光束的能量控制器；

提供一激光光學(xué)系統(tǒng)，其包括有擴(kuò)束鏡、反射鏡組、曲面鏡及物鏡等光學(xué)元件的光束調(diào)控模塊；以及

提供一線性掃描運動機構(gòu)，激光切割程序中利用線性掃描運動機構(gòu)，將該光學(xué)系統(tǒng)所產(chǎn)生的聚焦激光光束循序掃描聚焦于被加工物表面上；

其中光束調(diào)控模塊中使用至少一偏極化錐鏡，通過該偏極化錐鏡將高斯分布的激光光束改型成一貝索分布的激光光束，同時將該激光光束偏極化。

實施例中，本發(fā)明提供一種激光切割機的光學(xué)系統(tǒng)，其包括一激光光源及一激光光束調(diào)控模塊；

其中激光光源包括激光光源裝置，及其激光光束的能量控制器；

其中激光光束調(diào)控模塊至少包括：

一擴(kuò)束鏡，其系用以擴(kuò)大該激光光束的直徑；

一偏極化錐鏡，其是通過偏極化錐鏡將該激光光束形成一偏極化激光光束；

一反射鏡組，其包括數(shù)反射鏡，其用以調(diào)控激光光束的路徑；

一曲面鏡，其用以調(diào)整激光光束的聚焦景深；以及

一物鏡，其用于聚焦該激光光束，將激光光束聚焦于被加工物件的表面上。

實施例中，進(jìn)行激光切割程序時使用包括下列裝置：

一激光光源，適用于切割發(fā)光二極體基板、藍(lán)寶石基板或強化玻離等硬質(zhì)透明材料的激光光源包括有皮秒激光或飛秒激光等，現(xiàn)有技術(shù)的波長為266nm與2000nm之間的激光光源皆可被應(yīng)用于切個割硬質(zhì)透明的非金屬材料，本實施例使用波長為1064nm的飛秒激光；

一能量控制器，其用以調(diào)控激光光束的能量大小，激光光束的能量大小則由切割程序的加工條件來決定；

一激光光學(xué)系統(tǒng)，其包括有擴(kuò)束鏡、反射鏡組、偏極化錐鏡、曲面鏡及物鏡等光學(xué)元件的光束調(diào)控模塊；

其中擴(kuò)束鏡，其利用一或復(fù)數(shù)透鏡組合以數(shù)倍增加方式將激光光源的激光光束擴(kuò)束成較大直徑的激光光束，較大直徑激光光束的能量較為分散，可以避免傷害其后的光束調(diào)控光學(xué)元件；

其中反射鏡組，是因應(yīng)激光切割機的空間有效利用問題要求而調(diào)整激光光束的路徑，利用復(fù)數(shù)個反射鏡將激光光源引導(dǎo)至輸出光束的物鏡上。此外，激光光束可以耦合進(jìn)入光纖，利用光纖對激光光束進(jìn)行傳輸，因此該反射鏡組亦可改由使用光纖模塊。

其中偏極化錐鏡，本實施例中使用一偏極化錐鏡，其目的系透過偏極化錐鏡的錐鏡結(jié)構(gòu)將高斯分布的激光光束改型成一貝索分布的激光光束以避免能量集中分布中心點，并通過偏極化錐鏡的偏極化光學(xué)效果將該激光光束形成一偏極化激光光束以調(diào)控能量分布的方式，其中偏極化激光光束的能量高點是圍繞于光學(xué)焦點的周圍而順序移轉(zhuǎn)形成環(huán)狀分布，其效果尤其有助于降低光學(xué)焦點的中心與周圍之間的能量吸收效果的差異，因而可以有效減少其間的熱應(yīng)力；

其中曲面鏡及物鏡，是利用曲面鏡與物鏡的組合可以決定激光光束的聚焦景深，對于不同的激光切割加工操作條件則須使用不同聚焦景深的設(shè)計，則調(diào)整曲面鏡與物鏡之間的距離以調(diào)整激光光束的聚焦景深，物鏡則利用其聚焦功能將激光光束聚焦于被加工物件的表面上；以及

一線性掃描運動機構(gòu)，借助循序改變x座標(biāo)與y座標(biāo)進(jìn)行線性掃描，激光切割程序中利用線性掃描運動機構(gòu)，將該光學(xué)系統(tǒng)所產(chǎn)生的激光光束循序掃描的聚焦于被加工物表面上，本實施例是采用將被加工物件固定于工作臺上，僅線性掃描式的移動聚焦物鏡，借助調(diào)整激光光束調(diào)控模塊中的反射鏡組的位置與角度，讓不同位置的物鏡皆能皆接到受激光光束，因此循序移動激光光學(xué)系統(tǒng)中物鏡位置可以讓激光光束線性掃描聚焦于被加工物表面上。

請參閱圖1所示，該圖為本發(fā)明激光切割機的光學(xué)系統(tǒng)的實施例示意圖。

本發(fā)明激光切割機的光學(xué)系統(tǒng)是包括一激光光源及一激光光束調(diào)控模塊，其中激光光源包括一激光光源裝置11及其能量控制器12，本實施例的激光光源裝置11使用波長為1064nm的飛秒激光，其激光光源經(jīng)過能量控制器12輸出一激光光束13。

其中激光光束調(diào)控模塊是利用復(fù)數(shù)光學(xué)透鏡或光學(xué)元件所組成，其中激光光束調(diào)控模塊2至少包括：

一擴(kuò)束鏡21，其用以擴(kuò)大該激光光束13的直徑，激光光束13通過擴(kuò)束鏡21形成激光光束211，激光光束211的光束直徑較大于激光光束13；

一偏極化錐鏡22，其是通過偏極化錐鏡22將該激光光束211形成一偏極化激光光束221；

一反射鏡組23，其是因應(yīng)激光切割機的空間利用要求而調(diào)整激光光束的路徑，利用復(fù)數(shù)個反射鏡將偏極化激光光束221引導(dǎo)至輸出光束的物鏡上，此外因應(yīng)激光切割機的空間設(shè)計需求，在擴(kuò)束鏡21與偏極化錐鏡22之間亦可安排反射鏡組23來改變激光光束的路徑；以及

一曲面鏡24及一物鏡25，其組合是用以調(diào)整激光輸出光束的焦距及聚焦景深，其中物鏡25將偏極化激光光束221聚焦成激光聚焦光束251，并且聚焦于被加工物件3的表面上。

以上僅為本發(fā)明的較佳實施例，不得以此限定本發(fā)明實施的保護(hù)范圍，因此凡參考本發(fā)明的說明書內(nèi)容所作的簡單等效變化與修飾，仍屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。