用于分离非金属材料的系统与方法技术方案

使用被转变成一划痕射束及一分裂射束的一单一激光束来分离非金属材料。一系统包含用于产生一激光束的一单一激光源及用于将该激光束转变成具有一第一平均功率的一划痕射束及具有第二平均功率的一分裂射束的一射束分离器。该射束分离器沿着一第一路径将该划痕射束导引至一非金属基板上的一划痕线，并且在与该划痕射束间隔开的一位置处沿着一第二路径将该分裂射束导引至该非金属基板上。该划痕射束沿着该划痕线快速地加热该非金属基板。一淬火子系统将一股冷却流体施加至该非金属基板以沿着由该划痕射束加热的该划痕线传播一微裂纹。该分裂射束快速地再加热由该股冷却流体淬火的非金属基板以沿着该微裂纹分离该非金属基板。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】使用被转变成一划痕射束及一分裂射束的一单一激光束来分离非金属材料。一系统包含用于产生一激光束的一单一激光源及用于将该激光束转变成具有一第一平均功率的一划痕射束及具有第二平均功率的一分裂射束的一射束分离器。该射束分离器沿着一第一路径将该划痕射束导引至一非金属基板上的一划痕线，并且在与该划痕射束间隔开的一位置处沿着一第二路径将该分裂射束导引至该非金属基板上。该划痕射束沿着该划痕线快速地加热该非金属基板。一淬火子系统将一股冷却流体施加至该非金属基板以沿着由该划痕射束加热的该划痕线传播一微裂纹。该分裂射束快速地再加热由该股冷却流体淬火的非金属基板以沿着该微裂纹分离该非金属基板。【专利说明】
本专利技术是关于将非金属材料分离成多个较小件。特定来说，本专利技术是关于使用一 单一激光源以产生一划痕射束及一分裂射束，其与一冷却源连用以分离玻璃、硅、陶瓷或其 他非金属材料。
技术介绍
高功率激光器（例如500 W C02激光器）可通过材料的熔化、蒸发及喷射而切穿 非金属基板，诸如玻璃、硅或陶瓷，此导致劣质的表面完整性、宽度容限及降级的强度。用于 分离非金属材料的其他方法使用非熔化（或非蒸发）热过程，其之后是拉紧过程。对于热 过程，任何易碎的材料在其温度升高至所需级别且接着快速冷却或淬火以分裂其分子键时 超过其临限热冲击温度。此在材料中形成"开口"或"盲裂纹"。某些热过程使用一第一激 光源以产生一第一激光束，其沿着一划痕线加热材料。紧接在该第一激光束之后是用于淬 火的一股冷却流体（例如氦及/或水）。 该拉紧过程接着可用以通过使用任一传统的机械方法或一第二激光过程沿着盲 裂纹来分裂材料而完全分离该材料。举例而言，机械拉紧可包含使用一"剪切"分裂器以 施加足够物理力至薄基板（例如，小于约0.5毫米）以便沿着划痕线完全分裂该基板。然 而对于较厚的材料，由激光划痕操作引起的剩余拉力可能不足以使用机械力完全分离该材 料。因此，一第二激光源可用以产生一第二激光束来沿着划痕线快速地再加热该基板，之后 是淬火步骤，以完全分离该材料。然而，使用两个激光器增加了系统复杂性及维护。
技术实现思路
使用被转变成一划痕射束及一分裂射束的一单一激光束来分离非金属材料。一系 统包含用于产生一激光束的一单一激光源及用于将该激光束转变成具有一第一平均功率 的一划痕射束及具有第二平均功率的一分裂射束的一射束分离器。该射束分离器沿着一第 一路径将该划痕射束导引至一非金属基板上的一划痕线，并且在与该划痕射束间隔开的一 位置处沿着一第二路径将该分裂射束导引至该非金属基板。该划痕射束沿着该划痕线快速 地加热该非金属基板。一淬火子系统将一股冷却流体施加至该非金属基板以沿着由该划痕 射束加热的该划痕线传播一微裂纹。该分裂射束快速地再加热由该股冷却流体淬火的该非 金属基板以沿着该微裂纹分离该非金属基板。 将从下文较佳实施例的详细描述显而易知另外态样及优点，其参考附图来进行。 【专利附图】【附图说明】 图1是根据一个实施例的用于分离非金属材料的一激光处理系统的方块图； 图2A、图2B及图2C图形地绘示根据一例示性实施例的CW激光束的功率如何相对 于时间分布在划痕射束与分裂射束之间； 图3是图1中所示的材料的俯视图的示意图，其绘示根据一个实施例的激光束点 的相对位置及沿着一划痕线的淬火位置； 图4是图1中所示的材料的俯视图的示意图，其绘示根据一个实施例的对应于分 裂射束的双激光束点； 图5A是根据一个实施例的用于分离非金属材料的一激光处理系统的方块图； 图5B是根据另一实施例的用于分离非金属材料的一激光处理系统的方块图； 图6是根据另一实施例的用于分离非金属材料的一双路径激光处理系统的方块 图； 图7A及图7B图形地绘示根据一例示性实施例的Α0Μ如何分布及调节划痕射束与 分裂射束之间的CW激光束的功率。 【具体实施方式】 系统及方法通过将来自一单一激光源的激光束转变成一划痕射束及一分裂射束 来分离非金属材料。举实例且非限制，非金属材料可包含玻璃、硅、陶瓷或其他材料。划痕 射束的平均功率经选择以便与冷却流协作以沿着非金属材料中的所需划痕线传播微裂纹， 而实质上不会腐蚀（例如熔化、蒸发及/或喷射）该材料。分裂射束的平均功率经选择以 沿着该划痕线产生拉力以便将该材料分裂成单独件。 在一个实施例中，连续波（CW)激光束使用（例如）一快速操纵反射镜（FSM)、一镜 式电流计射束偏转器（本文中称为"电流计"或"电流计反射镜"）、一声光学偏转器（A0D)、 一电光学偏转器（E0D)、其他光学偏转装置或前述组合以在划痕射束与分裂射束之间"分 时"。在此等实施例中，CW射束在某些时间段期间沿着一划痕射束路径偏转且在其他时间 段期间沿着一分裂射束路径偏转。如下所讨论，各自射束的平均功率可通过选择划痕射束 及分裂射束的循环周期而受控制。 此外或在其他实施例中，各自平均功率可通过选择性地调节划痕射束及分裂射束 而受控制。举例而言，如下文详细讨论，一声光学调节器（Α0Μ)可接收CW射束并且输出（例 如，作为第0级射束及第1级射束）经调节的划痕射束及经调节的分裂射束。 划痕射束的平均功率经选择以加热材料而有少许腐蚀或不会腐蚀，并且使该材料 (例如玻璃）的表面温度保持低于"转变"温度以避免损坏该材料的完整性。一旦施加淬火 喷射流，则玻璃表面收缩而中心仍处于膨胀，其造成大的表面张应力。当此张应力超过玻璃 的临限破裂点时，会产生一开口，之后是由划痕射束及冷却喷嘴界定的路径。取决于材料， 一冷却液体喷射流、液体与气体的混合或甚至气体可单独用于淬火。对于某些材料，诸如具 低热膨胀系数的材料，会要求高梯度以超过临限破裂应力。在此等实施例中，气体/水混合 物可用于有效淬火。换句话说，由液体蒸发释放的潜伏热与对流及传导性的传热结合并且 用于以一更有效的方式淬火该材料，以提供快速的温度淬火并产生用于高张应力的大热梯 度。 在某些实施例中，可能需要初始缺陷（例如边缘上的凹口或小裂缝）来传播微裂 纹穿过材料。许多材料已具有因先前制造过程导致的沿着其边缘定位的缺陷。然而，已发 现更为需要的是以一受控方式在给定位置引入初始缺陷而非取决于剩余缺陷。 现参考附图，其中相同参考数字是指相同组件。为了简明，参考数字的第一个数字 指示其中第一次使用对应组件的图号。在下文描述中，提供许多具体细节用于全面了解本 文揭示的实施例。然而，熟知此项技术者将意识到可在无该等具体细节的一者或多者的情 况下，或使用其他方法、组件或材料实践该等实施例。此外，在一些实例中，为了避免模糊本 专利技术的态样，未显示或详细描述熟知的结构、材料或操作。此外，描述的特征、结构或特性可 以任何适当的方式组合在一个或多个实施例中。 实施例可包含各个步骤，其可具体实施在机械可执行指令中通用计算机或专用计 算机（或其他电子装置）执行。或者，可由包含用于执行该等步骤的特定逻辑的硬件组件 或由硬件、软件及/或韧体的组合来执行该等步骤。 实施例也可提供为计算机程序产品，其包含非瞬时、机械可读媒体，其上储存有可 用以程序化一计算机（或其他电子装置）以执行本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于分离非金属基板的系统，其特征在于，该系统包括：一单一激光源，用于产生一激光束；一射束分离器，用于将该激光束转变成包括一第一平均功率的一划痕射束及包括第二平均功率的一分裂射束，该射束分离器沿着一第一路径将该划痕射束导引至一非金属基板上的一划痕线，并且在与该划痕射束间隔开的一位置处，沿着一第二路径将该分裂射束导引至该非金属基板，该划痕射束沿着该划痕线快速地加热该非金属基板；及一淬火子系统，用于将一股冷却流体施加至该非金属基板以沿着由该划痕射束加热的该划痕线传播一微裂纹；其中该分裂射束快速地再加热由该股冷却流体淬火的该非金属基板以沿着该微裂纹分离该非金属基板。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海滨，
申请(专利权)人：伊雷克托科学工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US