用于激光材料加工的方法和激光加工设备技术

一种通过借助脉冲激光束顺序地修改材料(9)的彼此邻接的区段(125A，125B)来对至少部分透明的材料(109)进行激光材料加工的方法包括以下步骤：借助第一脉冲激光束(103)加工材料(109)以产生第一修改部(119，143)，其中，第一修改部(119，143)形成屏蔽面(115)；产生第二脉冲激光束(103

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于激光材料加工的方法和激光加工设备


[0001]本专利技术涉及一种通过借助脉冲激光束顺序地修改材料的彼此邻接的区段来对至少部分透明的材料进行激光材料加工的方法。此外，本专利技术涉及一种激光加工设备。

技术介绍

[0002]通常可以通过激光辐射与工件的材料的相互作用来加工工件，所述相互作用修改工件的材料。如果激光辐射在材料的体积中被吸收(所谓的体积吸收)，则通过激光辐射可以将局部的修改部加工到工件的材料和由此工件内部中。在此，工件由至少部分透明的材料构成。
[0003]通常，可以通过使用非线性诱导吸收来促进空间限定的体积吸收，其中，激光辐射与材料的相互作用从材料相关的(阈值)强度起才进行。在此，材料典型地具有低的线性吸收。非线性诱导吸收在此中理解为光的与强度相关的吸收，所述吸收主要不是基于光的直接吸收，而是基于多光子电离和/或隧道电离诱导的吸收。因此非线性诱导吸收基于在与入射光、主要即时间限定的激光脉冲相互作用期间吸收的增大。在此，电子可以例如通过逆轫致辐射而吸收如此多的能量，以使得通过碰撞释放另外的电子，并且电子产生的速率超过复合的速率。用于雪崩式增加的吸收所需的起始电子可能在开始时已经存在，或者所述起始电子可以例如通过存在的(线性)残余吸收而产生。例如在纳秒(ns)激光脉冲的情况中，初始电离可能导致温度升高，由于所述温度升高增大自由电子的数量和由此增大随后的吸收。在亚纳秒(sub
‑
ns)脉冲持续时间的情况中，作为公知的非线性吸收机制的实例可以通过多光子电离或隧道电离产生起始电子。/>[0004]在对激光束透明的材料情况中，体积吸收可以用于在拉长的聚焦区中形成材料的修改部，参见例如申请人的WO 2016/079062 A1。所述修改部可以实现材料的分离、钻孔或结构化。为了分离可以例如产生一列修改部，所述修改部在修改部内或沿着修改部引起断裂。此外公知的是，为了分离、钻孔和结构化而产生修改部，所述修改部实现对已修改的区域进行选择性蚀刻(SLE：selective laser etching，选择性激光蚀刻)。
[0005]拉长的聚焦区的产生可以例如借助于切趾贝塞尔光束(在此也称为准贝塞尔光束)实现。拉长的聚焦区沿着聚焦区轴线延伸，并且在准贝塞尔光束的情况中，所述拉长的聚焦区由相对于聚焦区轴线成角度地延伸的激光辐射的相长干涉形成。
[0006]准贝塞尔光束可以例如通过轴锥镜或空间光调制器(SLM：spatial light modulator)以及具有高斯光束轮廓的入射激光束来成形。然后到透明工件中的映射导致用于体积吸收所需的在拉长的聚焦区中的强度。准贝塞尔光束(如同贝塞尔光束那样)通常具有在远场中的环形强度分布。具有定义的始端(传统的准贝塞尔光束)的聚焦区与具有定义的末端(逆准贝塞尔光束)的聚焦区之间通过以下方式来区分，即根据是聚焦区的始端还是聚焦区的末端归因于形成环形强度分布的中心区域(靠近聚焦区轴线)的激光辐射的相长干涉来区分。此外，强度分布可以在传播方向上被成形，例如在所谓的均匀化的(逆)贝塞尔光束中使强度曲线匹配(均匀化)。
[0007]沿着聚焦区轴线可以在这方面这样将强度曲线成形，以使得在材料中沿着聚焦区轴线产生从未修改的材料到已修改的材料的空间限定的过渡部。
[0008]此外，通过在传播方向上的高斯光束轮廓可以产生空间限界的修改部，所述空间限界的修改部相对于所述的拉长的聚焦区可以视为点状的。

技术实现思路

[0009]本公开的一个方面的任务在于，在将至少部分透明的材料分离成多个工件时实现成形的分离边缘走向。所述任务尤其在于，在加工透明材料时减少、简化或者甚至避免再加工步骤。
[0010]所述任务中的至少一个任务通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求14所述的激光加工设备来解决。进一步方案在从属权利要求中给出。
[0011]在一个方面中公开了一种通过借助脉冲激光束顺序地修改材料的彼此邻接的区段来对至少部分透明的材料进行激光材料加工的方法。所述方法包括以下步骤：
[0012]产生第一脉冲激光束，所述第一脉冲激光束在射入到材料中时形成第一聚焦区，
[0013]借助所述第一脉冲激光束加工所述材料以产生第一修改部，其中，所述第一聚焦区相对于所述材料运动以修改所述材料的第一区段，从而所述第一修改部形成屏蔽面；
[0014]产生第二脉冲激光束，所述第二脉冲激光束在射入到所述材料中时形成第二聚焦区，所述第二聚焦区沿着第二聚焦区轴线拉长地形成并且通过朝向所述第二聚焦区轴线成角度地射入的激光辐射的相长干涉形成；和
[0015]借助所述第二脉冲激光束加工所述材料，其方式是，所述第二聚焦区相对于所述材料运动以在所述材料的第二区段中产生第二修改部，其中，朝向所述第二聚焦区轴线成角度地射入的激光辐射的至少一部分射到所述屏蔽面上。
[0016]在一个另外的方面中公开了一种激光加工设备，其用于通过借助脉冲激光束顺序地修改材料的彼此邻接的区段来对至少部分透明的材料进行加工。激光加工设备包括激光束源，所述激光束源用于产生第一脉冲激光束，所述第一脉冲激光束在射入到所述材料中时形成第一聚焦区，所述第一聚焦区可选地形成为高斯聚焦区或沿着第一聚焦区轴线拉长的聚焦区并且在所述第一聚焦区的始端和/或末端处形成强度上升，所述强度上升在所述材料中沿着所述第一聚焦区轴线产生从未修改的材料到已修改的材料的空间限定的过渡部，并且所述激光束源用于产生第二脉冲激光束，所述第二脉冲激光束在射入到所述材料中时形成第二聚焦区，所述第二聚焦区沿着第二聚焦区轴线拉长地形成并且通过相对于所述第二聚焦区轴线成角度地延伸的激光辐射的相长干涉形成。激光加工设备还包括工件支承单元和控制单元，所述工件支承单元用于支承作为工件的材料，所述控制单元设计用于实施在此公开的方法。在此，激光加工设备设计用于在材料与第一脉冲激光束和第二脉冲激光束的聚焦区之间实施相对运动以及用于将第二脉冲激光束关于屏蔽面定向。
[0017]在一些实施方式中，在借助第二脉冲激光束加工材料期间，第二聚焦区轴线可以相应地相对于屏蔽面这样定向，以使得第二脉冲激光束的激光辐射的相长干涉在屏蔽面(115)之后被干扰、特别是被抑制，从而第二脉冲激光束(103
’
)形成仅仅直至屏蔽面(115)的第二修改部(119
’
)。可选地，第二脉冲激光束的仅仅一部分可以射到屏蔽面上，从而射到屏蔽面上的第二脉冲激光束的激光辐射与第二脉冲激光束的激光辐射的未射到屏蔽面上
的部分的相长干涉被干扰、特别是被抑制，从而第二脉冲激光束形成(仅仅)直至屏蔽面的第二修改部，并且第二区段优选地延伸到第一区段。特别是第二聚焦区轴线可以与屏蔽面相切或者延伸通过屏蔽面。
[0018]在一些实施方式中，第一聚焦区可以沿着第一聚焦区轴线拉长地形成并且在第一聚焦区的始端和/或末端处可以形成强度上升，所述强度上升在材料中沿着第一聚焦区轴线产生从未修改的材料到已修改的材料的空间限定的过渡部。屏蔽面可以在材料中通过空间限定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过借助脉冲激光束顺序地修改材料(9)的彼此邻接的区段(125A，125B)来对至少部分透明的材料(109)进行激光材料加工的方法，所述方法包括以下步骤：产生第一脉冲激光束(103)，所述第一脉冲激光束在射入到所述材料(109)中时形成第一聚焦区(107)；借助所述第一脉冲激光束(103)加工所述材料(109)以产生第一修改部(119，143)，其中，所述第一聚焦区(107)相对于所述材料(109)运动以修改所述材料(109)的第一区段(125A)，从而所述第一修改部(119，143)形成屏蔽面(115)；产生第二脉冲激光束(103
’
)，所述第二脉冲激光束在射入到所述材料(109)中时形成第二聚焦区(107
’
)，所述第二聚焦区沿着第二聚焦区轴线(113
’
)拉长地形成并且通过朝向所述第二聚焦区轴线(113
’
)成角度地射入的激光辐射的相长干涉形成；和借助所述第二脉冲激光束加工所述材料(109)，其方式是，所述第二聚焦区(107
’
)相对于所述材料(109)运动以在所述材料(109)的第二区段(125B)中产生第二修改部(119
’
)，其中，朝向所述第二聚焦区轴线(113
’
)成角度地射入的激光辐射的至少一部分射到所述屏蔽面(115)上。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在借助所述第二脉冲激光束加工所述材料(109)期间，所述第二聚焦区轴线(107)相应地相对于所述屏蔽面(115)定向，以使得所述第二脉冲激光束的激光辐射的相长干涉在所述屏蔽面(115)之后被干扰、特别是被抑制，从而所述第二脉冲激光束(103
’
)形成仅仅直至所述屏蔽面(115)的第二修改部(119
’
)，其中，可选地，所述第二脉冲激光束(103
’
)的仅仅一部分射到所述屏蔽面(115)上，从而射到所述屏蔽面(115)上的第二脉冲激光束的激光辐射与第二脉冲激光束(103
’
)的激光辐射的未射到所述屏蔽面(115)上的部分的相长干涉被干扰、特别是被抑制，从而所述第二脉冲激光束(103
’
)形成仅仅直至所述屏蔽面(115)的第二修改部(119
’
)，并且所述第二区段(125B)延伸到所述第一区段(125A)中。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二聚焦区轴线(113
’
)与所述屏蔽面(115)相切或者延伸通过所述屏蔽面(115)。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一区段(125A)和所述第二区段(125B)相对彼此在0
°
至90
°
范围内、优选地0
°
至30
°
范围内的角度下延伸。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一聚焦区(107)沿着第一聚焦区轴线(113)拉长地形成，并且在所述第一聚焦区(107)的始端(107A)和/或末端(107B)处形成强度上升，所述强度上升在所述材料(109)中沿着所述第一聚焦区轴线(113)产生从未修改的材料到已修改的材料的空间限定的过渡部，屏蔽面(115)在所述材料(109)中通过所述空间限定的过渡部限界，其中，所述空间限定的过渡部是延伸通过所述材料(109)的屏蔽边缘(121)，和所述第二聚焦区(107)相对于所述材料(109)运动，以使得所述第二聚焦区轴线(113
’
)靠近所述屏蔽边缘(121)延伸，或者延伸通过所述屏蔽边缘(121)，或者在围绕所述屏蔽边缘(121)延伸的空间区域中延伸，或者延伸通过所述屏蔽面(115)。6.根据权利要求5所述的方法，其中，在借助所述第二脉冲激光束(103
’
)加工所述材料(109)期间将所述第二脉冲激光束(103
’
)定向，以使得所述第二聚焦区(107
’
)相应地延伸
到所述屏蔽面(115)中，和/或所述第二聚焦区轴线(113
’
)延伸通过所述屏蔽边缘(121)。7.根据权利要求5或6中任一项所述的方法，其中，将从未修改的材料到已修改的材料的过渡部在所述第一聚焦区(107)中在空间上限界，以使得所述过渡部沿着所述聚焦区轴线(113)在1μm与200μm之间、典型地5μm与50μm之间、或者10μm与30μm之间的范围内的长度上延伸。8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，产生所述第一脉冲激光束(103)和/或所述第二脉冲激光束(103
’
)，以使得所述第一聚焦区(107)和/或所述第二聚焦区(107
’
)具有至少10:1的纵横比，和/或以使得所述第一聚焦区(107)和/或所述第二聚焦区(107
’
)具有引起修改部的在所述聚焦区上的强度分布的横向延伸长度的最大变化，所述最大变化在50％或更小的范围内，和/或以使得所述第一聚焦区(107)和/或所述第二聚焦区(107
’
)在其在始端和/或末端处的轴向延伸长度上通过入射激光束(153)的相位调制确定，其中，所述相位调制设计用于形成贝塞尔光束聚焦区并且特别是将在径向方向上变化的轴锥镜相位贡献施加给所述入射激光束(153)，其中，所述相位调制被限制到径向区域上，其中可选地，为了限制到所述径向区域上，所述入射激光束(153)在径向内部区域(161)中和/或在径向外部区域(163)中与光束光阑相互作用、特别是通过振幅光阑被阻挡或者通过相位光阑被散射，或者其中可选地，所述入射激光束(153)仅仅在所述径向区域中形成。9.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：通快激光与系统工程有限公司，
类型：发明
国别省市：