使用超快激光束光学器件、中断层和其他层的堆叠透明材料切割制造技术

一种激光钻孔、形成穿孔、切割、分离或以其他方式加工材料的方法，该方法包括将脉冲激光束聚焦成激光束焦线，并且将该激光束焦线引导至包含堆叠的工件内，该堆叠至少包含：第一层，面向该激光束，该第一层是待激光加工的材料，包含载体层的第二层，和位于该第一与第二层之间的激光束中断元件，该激光束焦线在该第一层的材料内产生诱导吸收，该诱导吸收在该第一层的材料内沿着该激光束焦线产生缺陷线。该光束中断元件可以是光束中断层或光束中断界面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求于2013年12月17日提交的美国临时申请号61/917,092的权益和于2014年7月10日提交的美国临时申请号62/022,896的权益，以及于2014年10月31日提交的美国申请号14/530457的权益，这些申请的全部披露内容通过引用结合在此。背景近年来，精密微机械加工及其为了满足顾客需求以减小尖端设备的尺寸、重量和材料成本的工艺开发的改进已经引起在用于触摸屏、平板电脑、智能手机和电视的平板显示器的高科技产业的快步伐增长，其中超快工业激光器正在成为用于要求高精度的应用的重要工具。存在各种已知的方式来切割玻璃。在常规的激光玻璃切割工艺中，玻璃的分离依赖于激光划线或穿孔，接着用机械力或热应力诱发的裂纹扩展分离。几乎所有目前的激光切割技术表现出一个或多个缺点，包括：(1)由于与用于切割的长激光脉冲(纳秒量级或更长)相关联的大的热影响区(HAZ)，其在载体上进行薄玻璃的自由形式形状的切割的能力的有限性，(2)热应力的产生，其由于冲击波的产生和不受控制的材料去除，往往导致激光照射的区域附近的玻璃表面的破裂，以及，(3)在玻璃中产生表面下损伤，该损伤在玻璃的表面下方延伸数百微米(或更多)的玻璃，导致其中可以开始裂纹扩展的缺陷位点，(4)控制切割的深度(例如至数十微米内)中的困难。概述在此披露的实施例涉及出于钻孔、切割、分离、穿孔、或以其他方式加工材料的目的在透明材料(玻璃、蓝宝石等)中产生小(微米和更小)“孔”的方法和装置。更具体地，超短(即从10-10至10-15秒)脉冲激光束(波长，例如像，1064、532、355或266纳米)被聚焦至高于在透明材料的表面处或在透明材料内的焦点的区域中产生缺陷所需的阈值的能量密度。通过重复该过程，可以产生沿预定路径对齐的一系列激光诱导缺陷。通过间隔开充分靠近在一起的激光诱导特征，可以产生在透明材料内的机械薄弱的受控区域并且该透明材料可以沿着由一系列激光诱导缺陷限定的路径精确地断裂或分离(机械地或热地)。一个或多个超短脉冲激光可以任选地跟随着二氧化碳(CO2)激光或其他热应力源以例如实现透明材料或部分与基板片材的完全自动化分离。在其中透明材料结合在一起以形成堆叠或层状结构的某些应用中，通常希望的是选择性地“切割”至特定层的边界而不会干扰下面的层。这可以在优选的切割深度添加反射或吸收(对于希望的波长)材料或层进行。反射层可以通过沉积薄材料(例如，铝、铜、银、金等)形成。散射或反射层是优先的，因为它散射或反射入射能量(不同于吸收和热消散入射能量)。以这种方式，可以控制切割深度而不损害下面的层。在一种应用中，透明材料被结合到载体基板上并且在透明材料与载体基板之间形成反射或吸收层。反射或吸收层使实现透明材料的切割而不损害下面的载体基板，该基板然后可以重复使用。载体基板是一种支撑层，该支撑层用于提供机械刚性或易处理性以允许在该载体基板顶部的层通过在此描述的一个或多个激光工艺步骤进行改性、切割、或钻孔。在一个实施例中，激光钻孔、切割、分离或以其他方式加工材料的方法包括在工件中形成激光束焦线，该激光束焦线是由脉冲激光束形成的，该工件包含多种材料，包括：面向该激光束的第一层，该第一层是待激光加工的材料，第二层，和位于该第一与第二层之间的光束中断层。该激光束焦线在该第一层的材料内产生诱导吸收，该诱导吸收在该第一层的材料内沿着该激光束焦线产生缺陷线。该光束中断层可以是，例如，载体层。在另一个实施例中，激光加工方法包括在工件中形成激光束焦线，该激光束焦线是由脉冲激光束形成的，该工件包含玻璃层和透明导电层，该激光束焦线在该工件内产生诱导吸收，该诱导吸收沿着该激光束焦线产生缺陷线穿过该透明导电层并且进入该玻璃层。在又另一个实施例中，激光加工方法包括在工件中形成激光束焦线，该激光束焦线是由脉冲激光束形成的，该工件包含多个玻璃层，该工件包含在每个玻璃层之间的透明保护层，该激光束焦线在该工件内产生诱导吸收，该诱导吸收在该工件内沿着该激光束焦线产生缺陷线。在还另一个实施例中，激光加工方法包括在工件中形成激光束焦线，该激光束焦线是由脉冲激光束形成的，该工件包含多个玻璃层，该工件包含在每个玻璃层之间的空气间隙，该激光束焦线在该工件内产生诱导吸收，该诱导吸收在该工件内沿着该激光束焦线产生缺陷线。在又另一个实施例中，激光加工方法包括在工件中形成激光束焦线，该激光束焦线是由脉冲激光束形成的。该工件具有玻璃层，该激光束焦线在该玻璃层内产生诱导吸收，并且该诱导吸收在该玻璃层内沿着该激光束焦线产生缺陷线。该方法还包括将该工件和该激光束相对于彼此沿着轮廓(contour)平移，从而沿着该轮廓形成多条缺陷线，并且施用酸蚀刻过程，该酸蚀刻过程将该玻璃层沿着该轮廓分离。酸蚀刻的使用允许释放复杂轮廓，如在较大的件内部的孔或槽或其他内部轮廓，其仅用激光方法可能是难以用高速度和高产率做到的。此外，酸蚀刻的使用允许形成具有实用于金属化或其他化学涂覆的尺寸的孔。由激光产生的孔在并行过程中被并行扩大至目标直径，其可以比使用激光通过使用进一步激光照射钻出孔至大直径更快。通过钝化可能由长时间暴露于激光引起的任何微裂纹或损坏，酸蚀刻产生比仅使用激光更强的部分。在还另一个实施例中，激光加工方法包括在工件中形成激光束焦线，该激光束焦线是由脉冲激光束形成的。该工件具有玻璃层，该激光束焦线在该工件内产生诱导吸收，并且该诱导吸收在该工件内沿着该激光束焦线产生缺陷线。该方法还包括该工件和该激光束相对于彼此沿着闭合轮廓平移，从而沿着该闭合轮廓形成多条缺陷线，并且施用酸蚀刻过程，该酸蚀刻过程促进由该闭合轮廓限定的该玻璃层的一部分的去除。在又另一个实施例中，激光加工方法包括在工件中形成激光束焦线，该激光束焦线是由脉冲激光束形成的，该工件具有玻璃层，该激光束焦线在该工件内产生诱导吸收，该诱导吸收在该工件内沿着该激光束焦线产生缺陷线，将该工件和该激光束相对于彼此沿着轮廓平移，从而沿着该轮廓形成多条缺陷线，并且沿着该轮廓引导红外激光束。该红外激光束可以通过二氧化碳(CO2)激光器或其他红外激光器产生。根据本披露的薄玻璃的激光切割具有以下优点，这些优点包括最小化或预防在烧蚀区域上或烧蚀区域附近的裂纹产生和执行任意形状的自由形式切割的能力。重要的是对于如平板显示器的应用在从玻璃基板分离的部分中避免边缘破裂和残余边缘应力，因为部分具有从边缘断裂的明显倾向，即使当将应力施加在中心时。在此处描述的方法中超快激光的高峰值功率结合定制的光束传递可以避免这些问题，因为本方法是切割而没有有害的热效应的“冷”烧蚀技术。根据本方法的通过超快激光的激光切割基本上不会在玻璃中产生残余应力。本专利技术实施例进一步扩展到：一种激光加工方法，该方法包括：在工件中形成激光束焦线，该激光束焦线是由脉冲激光束形成的，该工件包含：第一层、第二层、和位于该第一与第二层之间的光束中断元件；并且该激光束焦线在该第一层内产生诱导吸收，该诱导吸收在该第一层内沿着该激光束焦线产生缺陷线。本专利技术实施例进一步扩展到：一种激光加工方法，该方法包括：在工件中形成激光束焦线，该激光束焦线是由脉冲激光束形成的，该工件包含玻璃层和透明导电层，该激光束焦线在该工件内产生诱导吸收，该诱导吸收沿着该激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光加工方法，该方法包括：在工件中形成激光束焦线，该激光束焦线是由脉冲激光束形成的；该工件包括：第一层、第二层、和位于该第一层与第二层之间的光束中断元件；该激光束焦线在该第一层内产生诱导吸收，该诱导吸收在该第一层内沿着该激光束焦线产生缺陷线。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.17 US 61/917,092;2014.07.10 US 62/022,896;1.一种激光加工方法，该方法包括：在工件中形成激光束焦线，该激光束焦线是由脉冲激光束形成的；该工件包括：第一层、第二层、和位于该第一层与第二层之间的光束中断元件；该激光束焦线在该第一层内产生诱导吸收，该诱导吸收在该第一层内沿着该激光束焦线产生缺陷线。2.一种激光加工方法，该方法包括：在工件中形成激光束焦线，该激光束焦线是由脉冲激光束形成的；该工件包括玻璃层和透明导电层，该激光束焦线在该工件内产生诱导吸收，该诱导吸收沿着该激光束焦线产生缺陷线穿过该透明导电层并进入该玻璃层。3.一种激光加工方法，该方法包括：在工件中形成激光束焦线，该激光束焦线是由脉冲激光束形成的；该工件包括多个玻璃层，该工件包括在所述玻璃层中的每一个之间的透明保护层，该激光束焦线在该工件内产生诱导吸收，该诱导吸收在该工件内沿着该激光束焦线产生缺陷线。4.一种激光加工方法，该方法包括：在工件中形成激光束焦线，该激光束焦线是由脉冲激光束形成的；该工件包括多个玻璃层，该工件包括在所述玻璃层中的每一个之间的空气间隙，该激光束焦线在该工件内产生诱导吸收，该诱导吸收在该工件内沿着该激光束焦线产生缺陷线。5.一种激光加工方法，该方法包括：在工件中形成激光束焦线，该激光束焦线是由脉冲激光束形成的；该工件具有玻璃层，该激光束焦线在该玻璃层内产生诱导吸收，该诱导吸收在该玻璃层内沿着该激光束焦线产生缺陷线；将该工件和该激光束相对于彼此沿着轮廓平移，从而在该玻璃层中沿着该轮廓形成多条缺陷线；以及施用酸蚀刻过程，该酸蚀刻过程将该玻璃层沿着该轮廓分离。6.一种激光加工方法，该方法包括：在工件中形成激光束焦线，该激光束焦线是由脉冲激光束形成的；该工件具有玻璃层，该激光束焦线在该工件内产生诱导吸收，该诱导吸收在该工件内沿着该激光束焦线产生缺陷线；将该工件和该激光束相对于彼此沿着闭合轮廓平移，从而沿着该闭合轮廓形成多条缺陷线；以及施用酸蚀刻过程，该酸蚀刻过程促进由该闭合轮廓限定的该玻璃层的一部分的去除。7.一种激光加工方法，该方法包括：在工件中形成激光束焦线，该激光束焦线是由脉冲激光束形成的；该工件具有玻璃层，该激光束焦线在该工件内产生诱导吸收，该诱导吸收在该工件内沿着该激光束焦线产生缺陷线；将该工件和该激光束相对于彼此沿着轮廓平移，从而沿着该轮廓形成多条缺陷线；以及沿着该轮廓引导该红外激光。8.如权利要求5、6、或7所述的方法，进一步包括沿着该轮廓使该工件断裂。9.如权利要求1所述的方法，其中该光束中断元件是光束中断层。10.如权利要求1或9所述的方法，其中该光束中断元件是载体层。11.如权利要求1、9、或10所述的方法，其中该第一层包括玻璃板。12.如权利要求1、8、9、10、或11所述的方法，其中该第一层和第二层包括玻璃。13.如任一前述权利要求所述的方法，其中该激光束具有在大于约1皮秒与小于约100皮秒之间的范围内的脉冲持续时间。14.如任一前述权利要求所述的方法，其中该激光束以至少两个脉冲的脉冲串提供脉冲，该至少两个脉冲被在约1纳秒与约50纳秒之间的范围内的持续时间间隔开，并且其中所述脉冲串的重复频率是在约1kHz与约650kHz之间的范围内。15.如权利要求2、5-7中任一项所述的方法，其中该脉冲激光束具有波长并且该玻璃层在该波长下是基本上透明的。16.如任一前述权利要求所述的方法，其中该缺陷线具有在约0.1μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·G·曼利，S·马加诺维克，G·A·皮奇，S·楚达，R·S·瓦格纳，
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