用于透明工件的高角度激光加工的方法和光学组件技术

用于加工透明工件的方法包括：引导沿着射束路径定向的激光射束通过非球面光学元件和透明工件。激光射束以激光射束的1/e2直径的30％或更大的偏移距离从非球面光学元件的中心线轴线径向偏移地冲击非球面光学元件。射束路径和透明工件相对于彼此倾斜，使得射束路径在冲击表面处具有相对于冲击表面小于90

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于透明工件的高角度激光加工的方法和光学组件
[0001]本申请根据35USC
§
119(e)，要求于2020年9月9日提交的美国临时专利申请序列号63/076,031的优先权，该申请通过引用以其整体并入本文。背景


[0002]本说明书总体涉及用于激光加工透明工件的装置和方法，并且更具体地涉及包括激光射束焦线的激光射束，当以高角度折射到透明工件中时该激光射束焦线是准非衍射的。

技术介绍

[0003]材料的激光加工领域涵盖涉及对不同类型材料的切割、钻孔、铣削、焊接、熔化等的各种应用。在这些工艺中，特别感兴趣的一种工艺是在可用于生产用于薄膜晶体管(TFT)或电子设备的显示材料的材料(诸如玻璃、蓝宝石或熔融石英)的工艺中切割或分离不同类型的透明基板。
[0004]从工艺开发和成本角度来看，在切割和分离玻璃基板方面存在许多改进的机会。与目前在市场上实施的方法相比，具有更快、更清洁，更便宜、更可重复且更可靠的分离玻璃基板的方法是非常有意义的。许多分离玻璃基板的方法导致方形分离的边缘，这些边缘容易破裂并且通常被加工为具有斜面或被加工为圆形以使破裂的可能性最小化。当前，非方形边缘通常使用机械手段(诸如机械研磨和抛光)来实现。然而，所述工艺产生玻璃粉尘和颗粒，这些玻璃粉尘和颗粒必须通过涉及清洗或化学处理的附加工艺步骤来清洁。因此，需要用于分离玻璃基板的替代改进方法，该方法用无颗粒且高产量工艺替代常规的边缘精加工(finishing)工艺。

技术实现思路

[0005]根据本公开的第一方面，一种用于加工透明工件的方法包括：将沿着射束路径定向并由射束源输出的激光射束引导通过非球面光学元件并进入透明工件的冲击表面中。激光射束以激光射束的1/e2直径的30％或更大的偏移距离从非球面光学元件的中心线轴线径向偏移地冲击非球面光学元件。非球面光学元件下游的激光射束具有非均匀径向强度。射束路径和透明工件相对于彼此倾斜，使得射束路径在冲击表面处具有相对于冲击表面小于90
°
的射束路径角。此外，被引导到透明工件中的激光射束的部分是激光射束焦线，并且生成诱导吸收以在透明工件内产生缺陷，激光射束焦线包括波长λ、斑尺寸w
o
和大于的瑞利范围Z
R
，其中F
D
为具有10或更大的值的无量纲发散因子，以及相对于冲击表面小于80
°
的内部焦线角，使得缺陷在透明工件内具有相对于冲击表面小于80
°
的缺陷角。
[0006]本公开的第二方面包括第一方面的方法，其中，激光射束以激光射束的1/e2直径的50％或更大的偏移距离从非球面光学元件的中心线轴线径向偏移地冲击非球面光学元
件。
[0007]本公开的第三方面包括第一方面或第二方面的方法，其中，激光射束以激光射束的1/e2直径的75％或更大的偏移距离从非球面光学元件的中心线轴线径向偏移地冲击非球面光学元件。
[0008]本公开的第四方面包括前述方面中的任一项的方法，其中，激光射束的包括激光射束的强度中的大部分的部分以一个或多个射线传播角冲击冲击表面，一个或多个射线传播角均大于射束路径角。
[0009]本公开的第五方面包括前述方面中的任一项的方法，其中，非球面光学元件包括折射轴棱锥、反射轴棱锥、负轴棱锥或衍射光学器件。
[0010]本公开的第六方面包括前述方面中的任一项的方法，其中，内部焦线角为小于80
°
至50
°
。
[0011]本公开的第七方面包括前述方面中的任一项的方法，其中，内部焦线角为75
°
至50
°
。
[0012]本公开的第八方面包括前述方面中的任一项的方法，其中，内部焦线角为70
°
至50
°
。
[0013]本公开的第九方面包括前述方面中的任一项的方法，其中，内部焦线角相对于冲击表面为75
°
或更小，并且透明工件具有700μm或更大的厚度。
[0014]本公开的第十方面包括前述方面中的任一项的方法，其中，内部焦线角相对于冲击表面为65
°
或更小，并且透明工件具有500μm或更大的厚度。
[0015]本公开的第十一方面包括前述方面中的任一项的方法，进一步包括：沿着轮廓线将透明工件和激光射束中的至少一者相对于彼此平移，以形成具有多个缺陷的轮廓。
[0016]本公开的第十二方面包括第十一方面的方法，其中，激光射束焦线从透明工件的冲击表面延伸到透明工件的边缘表面，使得多个缺陷各自从透明工件的冲击表面延伸到透明工件的边缘表面。
[0017]本公开的第十三方面包括第十一方面或第十二方面的方法，其中，轮廓线是弯曲轮廓线，轮廓是弯曲轮廓，并且该方法进一步包括：在沿着弯曲轮廓线将透明工件和激光射束中的至少一者相对于彼此平移的同时旋转激光射束，使得多个缺陷中的每个缺陷相对于弯曲轮廓线径向向内或径向向外定向。
[0018]本公开的第十四方面包括第十三方面的方法，其中弯曲轮廓线是闭合弯曲轮廓线，并且弯曲轮廓是闭合弯曲轮廓。
[0019]本公开的第十五方面包括第十一方面至第十四方面中的任一项的方法，进一步包括向轮廓施加应力以沿着轮廓分离透明工件。
[0020]本公开的第十六方面包括第十五方面的方法，其中，应力包括热应力、机械应力或其组合。
[0021]本公开的第十七方面包括前述方面中的任一项的方法，其中，激光射束包括由射束源输出的脉冲激光射束，该射束源产生包括每个脉冲串2个子脉冲或更多个子脉冲的脉冲串。
[0022]本公开的第十八方面包括前述方面中的任一项的方法，其中无量纲发散因子F
D
是10到2000的值。
[0023]本公开的第十九方面包括前述方面中的任一项的方法，其中，相邻缺陷之间的间隔是50μm或更小。
[0024]本公开的第二十方面包括前述方面中的任一项的方法，其中，透明工件是碱金属铝硅酸盐玻璃材料。
[0025]根据本公开的第二十一方面，一种用于加工透明工件的方法包括：将沿着射束路径定向并由射束源输出的激光射束引导通过包括截锥光学元件和透镜轴棱锥的多光学轴棱锥组件并进入透明工件的冲击表面中。透镜轴棱锥定位在截锥光学元件的下游。射束路径和透明工件相对于彼此倾斜，使得射束路径在冲击表面处包括相对于冲击表面小于90
°
的射束路径角。此外，被引导到透明工件中的激光射束的部分包括激光射束焦线，并且产生诱导吸收以在透明工件内产生缺陷，激光射束焦线包括波长λ、斑尺寸w
o
和大于的瑞利范围Z
R
，其中F
D
为包括10或更大的值的无量纲发散因子，以及相对于冲击表面小于80
°
的内部焦线角，使得缺陷在透明工件内包括相对于冲击表面小于80
°
的缺陷角。
[0026]本公开的第二十二方面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于加工透明工件的方法，所述方法包括：将沿着射束路径定向并由射束源输出的激光射束引导通过非球面光学元件并进入所述透明工件的冲击表面中，其中：所述激光射束以所述激光射束的1/e2直径的30％或更大的偏移距离从所述非球面光学元件的中心线轴线径向偏移地冲击所述非球面光学元件；所述非球面光学元件下游的所述激光射束包括非均匀径向强度；所述射束路径和所述透明工件相对于彼此倾斜，使得所述射束路径在所述冲击表面处包括相对于所述冲击表面小于90
°
的射束路径角；并且被引导到所述透明工件中的所述激光射束的部分包括激光射束焦线，并且生成诱导吸收以在所述透明工件内产生缺陷，所述激光射束焦线包括：波长λ；斑尺寸w
o
；瑞利范围Z
R
，所述瑞利范围Z
R
大于其中F
D
是包括10或更大的值的无量纲发散因子；以及内部焦线角，所述内部焦线角相对于所述冲击表面小于80
°
，使得所述缺陷包括所述透明工件内相对于所述冲击表面小于80
°
的缺陷角。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光射束以所述激光射束的1/e2直径的50％或更大的偏移距离从所述非球面光学元件的所述中心线轴线径向偏移地冲击所述非球面光学元件。3.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述激光射束的包括所述激光射束的强度中的大部分的部分以一个或多个射线传播角冲击所述冲击表面，所述一个或多个射线传播角均大于所述射束路径角。4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述非球面光学元件包括折射轴棱锥、反射轴棱锥、负轴棱锥或衍射光学器件。5.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述内部焦线角为小于80
°
至50
°
。6.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述内部焦线角相对于所述冲击表面为65
°
或更小，并且所述透明工件包括500μm或更大的厚度。7.如前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括：沿着轮廓线将所述透明工件和所述激光射束中的至少一者相对于彼此平移，以形成包括多个缺陷的轮廓。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述激光射束焦线从所述透明工件的所述冲击表面延伸到所述透明工件的边缘表面，使得所述多个缺陷各自从所述透明工件的所述冲击表面延伸到所述透明工件的所述边缘表面。9.如权利要求7或权利要求8所述的方法，其特征在于，所述轮廓线包括弯曲轮廓线，所述轮廓包括弯曲轮廓，并且所述方法进一步包括：在沿着所述弯曲轮廓线将所述透明工件和所述激光射束中的至少一者相对于彼此平移的同时旋转所述激光射束，使得所述多个缺陷中的每个缺陷相对于所述弯曲轮廓线径向向内或径向向外定向。10.如权利要求7
‑
9中的任一项所述的方法，进一步包括：向所述轮廓施加应力以沿着
所述轮廓分离所述透明工件。11.如前述权利要中的任一项所述的方法，其特征在于，所述激光射束包括由所述射束源输出的脉冲激光射束，所述射束源产生包括每个脉冲串2个子脉冲或更多个子脉冲的脉冲串。12.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述无量纲发散因子F
D
包括从10到2000的值。13.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，相邻缺陷之间的间隔为50μm或更小。14.一种用于加工透明工件的方法，所述方法包括：将沿着射束路径定向并由射束源输出的激光射束引导通过包括截锥光学元件和透镜轴棱锥的多光学轴棱锥组件并进入所述透明工件的冲击表面中，其中：所述透镜轴棱锥定位在所述截锥光学元件的下游；并且所述射束路径和所述透明工件相对于彼此倾斜，使得所述射束路径在所述冲击表面处包括相对于所述冲击表面小于90
°
的射束路径角；并且被引导到所述透明工件中的所述激光射束的部分包括激光射束焦线，并且生成诱导吸收以在所述透明工件内产生缺陷，所述激光射束焦线包括：波...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：