一种用于在工件中形成限定轮廓的多个缺陷的系统技术方案

公开了一种用于在工件中形成限定轮廓的多个缺陷的系统。在此所披露的实施例涉及用于以特定方式在透明材料中产生和安排小(微米和更小)缺陷或穿孔的系统、和系统部件，并且更具体地涉及采用预定间隔开的关系(每个缺陷与相邻缺陷间隔开预定距离)对这些缺陷的安排，这些缺陷中的每一个具有平均裂纹长度，这些缺陷在透明材料中限定轮廓从而针对随后计划诱导分离降低相对界面断裂韧度。

A system for forming multiple defects in a defined contour in a workpiece

A system is disclosed for forming multiple defects in a defined contour in a work piece. The embodiments disclosed herein relate to systems, and system components for generating and arranging small (micron and smaller) defects or perforations in transparent materials in a specific manner, and more specifically to the arrangement of these defects using a predetermined spacing relationship (a predetermined distance between each defect and adjacent defects), each of which has an average crack length. Defining contours in transparent materials reduces relative interfacial fracture toughness for subsequent planned induced separation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种用于在工件中形成限定轮廓的多个缺陷的系统相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119要求于2014年7月14日提交的美国临时申请号62/024070的优先权权益，所述临时申请的内容被用作依据并且通过引用以其全部内容结合在此。
在此所披露的实施例涉及用于以特定方式在透明材料中产生和安排小(微米和更小)缺陷或穿孔的方法、系统、和系统部件，并且更具体地涉及采用预定间隔开的关系(每个缺陷与相邻缺陷间隔开预定距离)对这些缺陷的安排，这些缺陷中的每一个具有平均裂纹长度，这些缺陷在透明材料中限定轮廓从而针对随后计划诱导分离降低相对界面断裂韧度。
技术介绍
近年来，精密微机械加工及其为了满足顾客减小尖端设备的尺寸、重量和材料成本需求的相关工艺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。而且，超快工业激光器正在成为需要高精度微机械加工应用的重要工具。通常将相对大的玻璃片/衬底递送给制造商；并且因此在进一步加工之前，需要将其切割成更小尺寸。这种加工可以包括附加涂层、薄膜晶体管(“TFT”)或玻璃表面的其他增值属性。在许多常规的激光玻璃切割工艺中，将玻璃分离层更小的片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，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；(3)控制切割的深度(例如至数十微米内)中的困难；和/或(4)在玻璃中产生表面下损伤，所述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。一些玻璃是用常规工具可轻易分离的，比如机械切割设备、或CO2激光切割工艺。一些玻璃是使用这些技术难以切割的，并且会需要更复杂和精细的设备。例如，在机械上或化学上强化的玻璃难以使用前述机械工具或CO2激光器切割。薄玻璃(<0.2mm厚)是难以使用常规设备切割的另一玻璃示例。玻璃陶瓷和特征在于高断裂韧度的其他透明材料也难以使用常规机械工具分离。相应地，需要解决前述的问题并提供改进的玻璃分割设备和技术。
技术实现思路
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，比如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。通过重复所述过程，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所述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衬底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(铝、铜、银、金等)形成。反射层是优先的，因为它散射入射能量(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衬底上并且在透明材料与载体衬底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衬底，所述衬底然后可以重复使用。在一个实施例中，一种激光加工方法包括将脉冲激光束聚焦到被引导至工件中的激光束焦线中。所述工件具有玻璃层，所述激光束焦线在所述工件内产生诱导吸收，并且所述诱导吸收在所述工件内沿着所述激光束焦线产生缺陷线。所述方法还包括将所述工件和所述激光束相对于彼此沿着轮廓平移，从而沿着所述轮廓形成多条缺陷线，并且通过机械或其他分离技术沿着所述轮廓分离所述工件(如本领域技术人员应该理解的)。在另一实施例中，提供了一种用于在工件中形成限定轮廓的多个缺陷的系统，其中，所述工件包括玻璃衬底，所述玻璃衬底包括至少一层并且具有缺陷形成前断裂韧度等级1。所述系统可以包括但不限于以下各项：激光器组件，所述激光器组件被配置成用于提供多个激光脉冲发射，所述多个激光脉冲发射中的每个激光脉冲发射具有选自由以下各项组成的组的预定特征：波长、功率水平、脉冲持续时间、和激光脉冲发射速率；光学组件，所述光学组件与所述激光器组件耦合，所述光学组件被配置成并可移动用于将每个激光脉冲发射聚焦至在所述工件内不同位置处的不同焦线，其中：每个不同焦线与相邻的不同焦线分开预定距离；沿着每条不同焦线在所述工件内形成具有平均裂纹长度的相应缺陷，从而在所述工件内形成限定轮廓的多个缺陷，并且所述缺陷中的每一个基本上是通过诱导吸收而生成的；工件固持器，所述工件固持器被配置成用于将所述工件固持在相对于所述光学组件的位置处，所述工件固持器或所述光学组件被配置成用于提供所述工件与所述光学组件之间的相对运动；以及控制器，所述控制器与所述激光器组件、所述光学组件或所述工件固持器耦合，所述控制器被配置成用于执行代表预定设计的指令，所述控制器被配置成用于选择所述预定特征、所述不同位置、所述预定距离、所述平均裂纹长度、或所述相对运动，从而使得所述预定距离的平均值与所述平均裂纹长度的平均值的比率导致所述工件沿着所述轮廓具有小于1的缺陷形成后断裂韧度等级。在又另一实施例中，提供了一种用于在工件中形成限定轮廓的多个缺陷的方法，其中，所述工件包括玻璃衬底，所述玻璃衬底包括至少一层并且具有缺陷形成前断裂韧度等级1。所述方法可以包括但不限于以下步骤：将多个激光脉冲发射中的每一个聚焦至在所述工件内不同位置处的不同焦线，其中每个所述激光脉冲发射具有选自由以下各项组成的组的预定特征：波长、功率水平、脉冲持续时间、和激光脉冲发射速率，并且每个不同焦线与相邻的不同焦线分开预定距离；沿每条不同焦线在所述工件内生成诱导吸收，每个诱导吸收沿着每条所述不同焦线在所述工件内形成具有平均裂纹长度的相应缺陷，从而在所述工件内形成限定轮廓的多个缺陷；并且所述预定距离的平均值与所述平均裂纹长度的平均值的比率导致所述工件沿着所述轮廓具有小于1的缺陷形成后断裂韧度等级。在又另一实施例，提供了一种激光加工方法。可以包括但不限于以下步骤：将脉冲激光束聚焦至被引导至工件中的激光束焦线中，所述工件具有玻璃层和缺陷形成前断裂韧度等级1；由所述激光束焦线在所述工件内产生诱导吸收，所述诱导吸收在所述工件内沿着所述激光束焦线产生缺陷线；沿着轮廓将所述工件和所述激光束相对于彼此平移，由此沿着所述轮廓形成多条缺陷线，所述缺陷线中的每一条包括平均裂纹长度并与相邻的不同缺陷线隔开预定距离；并且所述预定距离的平均值与所述平均裂纹长度的平均值的比率导致所述工件沿着所述轮廓具有小于1的缺陷形成后断裂韧度等级。根据在此所描述的各实施例对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在工件中形成限定轮廓的多个缺陷的系统，所述工件包括玻璃衬底，所述玻璃衬底包括至少一层并且具有标准化的缺陷形成前断裂韧度等级1.0，所述系统包括：激光器组件，所述激光器组件被配置成用于提供多个激光脉冲发射，所述多个激光脉冲发射中的每个激光脉冲发射具有选自由以下各项组成的组的预定特征：波长、功率水平、脉冲持续时间、和激光脉冲发射速率；光学组件，所述光学组件与所述激光器组件耦合，所述光学组件被配置成并可移动用于将每个激光脉冲发射聚焦至在所述工件内不同位置处的不同焦线，其中：每条所述不同焦线与相邻的不同焦线分开预定距离，沿着每条不同焦线在所述工件内形成具有平均裂纹长度的相应缺陷，从而在所述工件内形成限定轮廓的多个缺陷，并且所述缺陷中的每一个是通过诱导吸收而生成的；工件固持器，所述工件固持器被配置成用于将所述工件固持在相对于所述光学组件的一位置处，所述工件固持器或所述光学组件被配置成用于提供所述工件与所述光学组件之间的相对运动；以及控制器，所述控制器与所述激光器组件、所述光学组件或所述工件固持器耦合，所述控制器被配置成用于执行代表预定设计的指令，所述控制器被配置成用于选择所述预定特征、所述不同位置、所述预定距离、所述平均裂纹长度、或所述相对运动，从而使得所述预定距离的平均值与所述平均裂纹长度的平均值的比率导致所述工件沿着所述轮廓具有小于所述标准化的缺陷形成前断裂韧度等级的缺陷形成后断裂韧度等级。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.14 US 62/024,0701.一种用于在工件中形成限定轮廓的多个缺陷的系统，所述工件包括玻璃衬底，所述玻璃衬底包括至少一层并且具有标准化的缺陷形成前断裂韧度等级1.0，所述系统包括：激光器组件，所述激光器组件被配置成用于提供多个激光脉冲发射，所述多个激光脉冲发射中的每个激光脉冲发射具有选自由以下各项组成的组的预定特征：波长、功率水平、脉冲持续时间、和激光脉冲发射速率；光学组件，所述光学组件与所述激光器组件耦合，所述光学组件被配置成并可移动用于将每个激光脉冲发射聚焦至在所述工件内不同位置处的不同焦线，其中：每条所述不同焦线与相邻的不同焦线分开预定距离，沿着每条不同焦线在所述工件内形成具有平均裂纹长度的相应缺陷，从而在所述工件内形成限定轮廓的多个缺陷，并且所述缺陷中的每一个是通过诱导吸收而生成的；工件固持器，所述工件固持器被配置成用于将所述工件固持在相对于所述光学组件的一位置处，所述工件固持器或所述光学组件被配置成用于提供所述工件与所述光学组件之间的相对运动；以及控制器，所述控制器与所述激光器组件、所述光学组件或所述工件固持器耦合，所述控制器被配置成用于执行代表预定设计的指令，所述控制器被配置成用于选择所述预定特征、所述不同位置、所述预定距离、所述平均裂纹长度、或所述相对运动，从而使得所述预定距离的平均值与所述平均裂纹长度的平均值的比率导致所述工件沿着所述轮廓具有小于所述标准化的缺陷形成前断裂韧度等级的缺陷形成后断裂韧度等级。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述预定距离的平均值与所述平均裂纹长度的平均值的比率导致所述工件沿着所述轮廓具有相对于所述标准化的缺陷形成前断裂韧度等级在0.2与0.8之间的范围内的缺陷形成后断裂韧度等级。3.如权利要求1所述的系统，其中，所述预定距离的平均值与所述平均裂纹长度的平均值的比率导致所述工件沿着所述轮廓具有相对于所述标准化的缺陷形成前断裂韧度等级在0.4与0.6之间的范围内的缺陷形成后断裂韧度等级。4.如权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述比率小于或等于：12，其中，当所述玻璃衬底是低强度玻璃衬底时；8，其中，当所述玻璃衬底是中等强...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·C·布克班德，S·L·洛谷诺夫，A·R·尼伯，P·坦登，S·楚达，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：新型
国别省市：美国,US