用于切割叠层结构的系统和方法技术方案

公开了用于切割叠层结构的系统和方法。本发明专利技术公开了一种用于加工具有多个叠层片层的叠层结构的系统和方法。该系统包括可以提供多个具有特定激光特性的激光脉冲串发射的激光组件和可以将每个激光脉冲串发射聚焦到预定焦线上的光学组件。该方法为每个激光脉冲串发射选择激光特性和焦线参数从而在叠层结构中的预定位置处形成具有预定尺寸的缺陷。上述叠层结构相对于光学组件移动从而多个激光脉冲串发射在叠层结构中形成相应于多维缺陷图案的多个所述缺陷，每个所述缺陷基本上是由诱发吸收所生成的。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】 根据35U.S.C.119，本申请要求2014年7月14日提出的美国临时申请N0.62/024，035的优先权的权益，其全部内容在此被引入作为参考。
技术介绍
将多层材料粘合在一起形成叠层结构从而提供一种更加坚固的产品并具有比类似的非叠层产品更加改进的功能。制作者可以在不同层使用一定数量的不同材料来设计叠层结构的光学、机械、热和电性能。例如，各种材料，如玻璃、陶瓷、PTFE、聚合物、薄膜晶体管、电极材料、蓝宝石等可以用来形成单独的片层。如下所述，单独片层可以添加或者浸渍其它材料从而增强该层的材料性能。一旦单独片层或多个片层被聚集在一起，就会在热、压力和/或粘合剂的共同作用下熔合形成复合结构。玻璃叠层具有多种用途。例如，一层塑料材料可以设置在两层玻璃基板之间来形成汽车挡风玻璃。汽车挡风玻璃通常是将硬塑料薄膜放置在两层玻璃之间叠层制成。玻璃叠层通常用在家庭或楼房结构中。建筑玻璃叠层，例如，可被用于提供外部和内部窗户，内部隔断、或其它类型的透明建筑结构。必须记得建筑玻璃叠层和汽车玻璃叠层要设计得非常安全。因此，这些应用场合都使用强化和钢化的夹层玻璃。钢化玻璃的一个例子是康宁公司生产的所谓大猩猩玻璃。(大猩猩玻璃是钢化玻璃的一个注册商标，其具有超硬特性)。在大猩猩玻璃的工艺中，玻璃材料被浸入熔融的碱性盐浴中，通过离子交换来生产碱性硅酸铝玻璃板。该合成玻璃板在玻璃表面具有残余压应力，其增加了玻璃的硬度。残余应力防止材料中裂纹的形成和传播。因此，此类玻璃非常适合用于建筑玻璃、汽车玻璃和其它叠层的应用。除了可以抵抗破坏，钢化玻璃材料例如大猩猩玻璃还能被制成又轻又薄的玻璃片。因此，这类材料还可以用于电子装置，例如手机、便携媒体播放机、手提电脑显示器和电视机屏幕的护罩玻璃。蓝宝石是另一种可以用于上述目的的材料。(本领域技术人员可知，蓝宝石是氧化铝的一种晶体形式。)可以通过融合第一玻璃片和第二玻璃片，或者通过融合第一蓝宝石片和第二蓝宝石片来形成护罩玻璃，从而形成硬化和坚固的玻璃叠层结构。另一种通常用于电子设备用途中的复合结构是显示玻璃。之所以命名为显示玻璃是因为它包括光学装置和电子学装置，用于将可视图像显示在电子设备屏幕上。一个显示玻璃结构的例子是薄膜晶体管(TFT)显示矩阵。通常，TFT显示矩阵包括两层非常纯净的玻璃以及夹于二者之间的一层扭曲向列型液晶。该液晶材料被设置在两层刚性透明塑料之间，该“三明治”可以包括用于结构稳定性的间隔元件。上层玻璃的下方可以包括一个彩色障板(mask)，其具有红、绿、和蓝(RGB)元素，为每个像素单元提供颜色。上层玻璃的上方可以覆盖一层偏光片材料。第二玻璃片的内部主要表面(即面对液晶材料的表面)通常包括电子器件-由水平和竖直命令行互联而成的TFT矩阵。这些TFT由透明半导体材料和电极组成，互联结构是由透明半导体材料例如氧化铟锡(ΙΤ0)构成。第二玻璃片的另一侧还可以包括一偏光层材料。因此，显示玻璃是一种更加复杂的结构，必须非常小心的进行加工。玻璃基板还可用于支撑微机电系统(MEMS)装置和纳米机电系统(NEMS)装置。MEMS和NEMS装置可以包括微处理器、微传感器和/或微致动器元件。这些元件可用半导体和其它薄膜材料制造。因此，这些装置可以使用与制造电子装置相同或相似的半导体装置制备技术来制造。这些MEMS/NEMS基板经常布置在玻璃基板上且可以包括附加(如，绝缘)层来形成复合叠层结构。就像显示玻璃的应用，MEMS/NEMS装置非常敏感且很容易被震动或其它类似应力破坏。以上列举的叠层装置不是穷举。本领域技术人员公知许多RF部件也可以通过叠层结构例如玻璃、陶瓷、PTFE材料、导电材料等制造。就像上述许多应用一样(例如，显示玻璃、MEMS/NEMS、护罩玻璃等)，这些装置用更大的包括许多单独部件的薄板来制造。因此，大的薄板必须被切割、分离和/或单片化来获得单独的叠层产品。近年来，工艺开发中的精细微加工及其改进满足了用户对于减小领先设备的尺寸、重量和材料费用等方面的需求，其导致了触屏的平板显示、平板电脑、智能手机和电视等高技术工业的快速度增长，其中超快工业激光成为高精度应用领域的重要工具。有许多使用机械方法来切割叠层结构的传统方法，例如切割刀片、等离子流等。由于许多叠层部件的敏感性，机械切割方法经常会导致损坏产品。因此，这些机械方法是不合适的并且浪费材料。此外，刀片切割方法导致产生大量的碎肩。因此，许多生产者使用激光切割技术来分离和单片化大的叠层板或产品。在传统激光切割工艺中，叠层工件的分离依赖于激光划片或者激光打孔，其伴随着机械力或热应力诱发的裂纹扩展而带来的分离。几乎所有的现有激光切割技术都表现出一个或多个缺陷，包括: (1)由于与用于切割的长激光脉冲(纳秒级或更长)相关的大的热影响区(HAZ)的缘故，在载体上进行自由形状切割薄玻璃的能力受到限制，(2)由于冲击波的产生和无法控制的材料移除的缘故，热应力经常导致激光照射区附近的玻璃表面产生开裂，(3)在玻璃中产生子表面损伤，其在玻璃表面的下方延伸数百微米(或更多)，导致缺损部位，裂纹从此处开始扩展，和(4)难以控制切割深度(例如，几十微米以内)。因此需要一种没有上述缺陷的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可以克服上述缺陷的。本专利技术的系统和方法被设计为可以在载体上执行薄玻璃的自由形状切割，而不会受到与长激光脉冲相关的大的热影响区(HAZ)的限制。而且，本专利技术避免了由于冲击波的产生和无法控制的材料移除而经常导致激光照射区附近的玻璃表面产生开裂的热应力的产生。此外，本专利技术从基本上防止了玻璃中的子表面损伤的产生，其在玻璃表面的下方延伸数百微米(或更多)。因此，从基本上防止了不受控制的和随机的缺损部位，这些缺损部位通常导致破损的裂纹传播。本专利技术的系统和方法可以很容易的将每个单独的切割深度控制在几十微米以内。一个实施例是用于加工叠层结构的系统，该叠层结构具有多个片层。该系统包括用于提供多个激光脉冲串发射的激光组件，每个激光脉冲串发射具有预定的激光特性。光学组件被耦合到该激光组件。该光学组件用于将每个激光脉冲串发射聚焦到预定焦线。该光学组件是可调的从而使得每个预定焦线以预定焦线参数为特征且相对于光学组件设置在预定的位置上。工件夹具用于夹持该叠层结构，该工件夹具或者光学组件用于提供在叠层结构和光学组件之间的相对运动。控制器被耦合到激光组件、光学组件或者工件夹具。该控制器被设计为可以动态选择预定激光特性和用于每个激光脉冲串发射的预定焦线参数，从而使得在叠层结构中的预定位置处形成了预定尺寸的缺陷。该控制器进一步被设计为可以选择相对运动从而使得多个激光脉冲串发射形成与叠层结构中的三维缺陷图案相对应的多个所述缺陷，每个所述缺陷基本上由诱发的吸收所生成。另一个实施例包括一种方法，该方法包括提供具有多个片层的叠层结构的步骤，多个片层的第一部分在第一光波长处是透明的，多个片层的至少一个第二部分在至少一个第二光波长处是透明的。第一激光束和至少一个第二激光束被分别选择性地向着叠层结构引导，第一激光束以第一波长为特征，至少一个第二激光束以至少一个第二波长为特征。第一激光束被选择性地聚焦在多个第一预定焦线处，同时相对于第一激光束移动该叠层结构从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于加工一叠层结构的系统，该叠层结构包括多个叠层片层，该系统包括：用于提供多个激光脉冲串发射的激光组件，其中每个激光脉冲串发射具有预定的激光特性；与激光组件相连接的光学组件，该光学组件用于将每个激光脉冲串发射聚焦到预定的焦线，该光学组件是可调整的从而使得每个预定的焦线以预定的焦线参数为特征并相对于光学组件被设置在预定的位置处；用于夹持该叠层结构的工件夹具，该工件夹具或者光学组件用于提供在叠层结构和光学组件之间的相对运动；和与激光组件、光学组件或工件夹具相连接的控制器，该控制器用于执行代表预定设计的指令，该控制器用于为每个激光脉冲串发射动态地选择预定的激光特性和预定的焦线参数从而使得在叠层结构内的预定位置处形成具有预定尺寸的缺陷，控制器还用于选择所述相对运动从而使得多个激光脉冲串发射在叠层结构中形成多个对应于三维缺陷图案的缺陷，选择预定的激光特性或者预定的焦线参数使得每个缺陷基本上由诱发的吸收所生成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A·R·尼伯，S·楚达，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US