颤动激光切割装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种颤动激光切割装置及方法，该装置包括一激光光学装置、一冷却流体供应装置及喷嘴、一微动颤动装置、一工件固定座以及控制机构，其中，微动颤动装置使激光束之光强度改变，热量分布不均匀，在工件切割道上形成一冷一热，使其热震效果增加，因而暗裂加深，更易于分离；本发明专利技术用于切割周缘至少部分具有相同曲率半径的工件时，可降低操作控制成本及减少能量损失；本发明专利技术还通过钻石刀产生浅切痕，导引激光使切割方向随钻石刀之导引沟前进而不致偏移，以达到快速分离并整齐裂开；此外，还可利用弹性压力波使激光切割形成之裂痕加深而同步分离，以得厚度方向上之整齐裂面而增进切割之可靠性，提高切割成品率。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光切割装置及方法，特别是涉及一种以颤动激光束切割的装置及方法，用于切割脆性材料工件如玻璃，或其它材料如石英、陶瓷、光电与半导体晶体材料，切成小圆形或弧形、切成晶片、切割厚度较大的工件。
技术介绍
对于脆性材料工件如玻璃或其它材料如石英、陶瓷、光电与半导体晶体材料之切割，通常使用钻石刀或碳化钨刀对切割之工件划一深沟痕，再利用机械力使其分开。但因切割沟痕太深且太宽，可能会损及组件，且浪费工件之可使用面积，并引起沿厚度方向之不规则龟裂，使切割成品率下降。近来利用激光切割之方法逐渐普遍，该方法是利用激光局部加热工件，使其熔融而形成一深沟槽，再以机械力使其分开。美国专利US5,609,284公开了一种激光切割方法，该方法利用激光划过工件，其速度之选定使激光经过之处，工件未达熔点，但已受热膨胀，如图1所示，激光束102在工件101上向箭头105之方向划过，其后紧跟着一冷却流体喷注103，工件因上层受张力而下层受压力，因而产生热震而形成在表面下的暗裂纹，若在切割完毕再予加热，即可使暗裂纹扩大而分离成两片。所用激光束系椭圆形光束，在x及y方向皆为高斯分布，如图2中的曲线202与203所示；其缺陷是因在其划过工件时，热量分布均匀，导致热震效果有限。因此，本专利技术提供一种切割方法，能使激光划过之处，热量分布不均匀，形成一冷一热；使其热震效果增加，因而暗裂加深，更易于分离。激光切割可用在直线及曲线路径，其中直线切割比较容易操作及控制。至于曲线切割一般使用扫描模式及向量模式来操作，扫描模式是根据工件上预先设定之不同特征，在扫描过程中选择性地接通或断开开关。向量模式则通过追踪图形定义之路径来移动聚焦点。前者的切割速度较为缓慢，能源利用亦不经济，因此目前以向量模式之操作较受欢迎。激光切割时，不断移动聚焦点，即不断改变反射镜及聚焦透镜的位置或角度，其操作控制成本较高，且过程容易造成能量损失，此为一大缺点。一般玻璃或硅晶圆或半导体基底需切成方形、长方形或菱形时，需在两个方向切割沟槽，如图10所示。图中纵向切割道2a切割后有晶界裂痕，如图11之放大图所示。在作横向切割时，激光之方向在遇上有晶界裂痕3之处即随裂痕之导引而偏移成轨迹4，虽然最终仍会归回正确方向，但晶片已有不规则之形状，对成品率影响很大。亦有于切割纵向切割道2a后，在切割横向切割道2时，在遇到纵向切割道之处停下激光，再重新开始切割。此时激光在纵向切割道2a上，受到纵向切割沟槽晶界裂痕3之干扰使连续性产生问题，重新开始之切割与先前之切割不连续而稍有偏移。且此种时切时停之方法亦增长切割之时间，操作亦困难，使产量受限制。在开始切割纵向切割道2a时，激光未遇到晶界之裂痕，除非工件有瑕疵，如划痕、刻痕或其它缺陷，一般激光不会离开切割道；但在切割横向切割道2时因纵向切割道2a已存在，纵向切割道2a上已形成许多晶界裂痕3，若作横向切割时碰到晶界裂痕3时激光受其引导而偏向，致切割道产生偏移而损及工件。目前尚无方法克服此困难。本专利技术即针对此切割问题而提出解决方案，以增加切割之精度，提高切割的成品率。对于较厚的易碎工件如玻璃的切割，通常使用钻石刀或碳化钨刀对工件划一深沟，再利用机械冲击如敲击或弯力使其分开，但由于工件较厚往往难以使其分离，或分离后的裂痕不规则；而且，如果切割道太宽，还会浪费工件的可使用面积。另一激光切割方法系使激光束对工件照射及局部冷却，使其正面产生热震而产生暗裂纹，再加热工件使产生热应力而分离，但对于较厚之工件，都不易使工件分离。使激光束在横向宽度产生颤动而增强热震效果之切割方法，虽然暗裂纹得以加深，但仍难以以热应力使其分离。本专利技术即针对较厚脆性工件之激光切割，如切割厚度达2mm以上之玻璃工件时，能得到快速分离及整齐裂开效果之有效方法，系为业界所企求者。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种颤动激光切割装置，能使激光束受到微小干扰而产生颤动，切割时在工件表面形成冷热交替之区域而增加热震效果，以得较深之暗裂。为了实现上述目的，并克服现有技术中固定光束激光切割之缺点，本专利技术所述的颤动激光切割装置，包括一激光光学装置，其波长对工件或晶圆为不透明者；一冷却流体供应装置及喷嘴，提供流体喷柱于激光束后一定距离以局部冷却工件；一微动颤动装置，使激光束之光强度改变，于工件之切割道上形成一冷一热之区域，以增加热震之效果；一工件固定座，受控制主机之控制作x方向及y方向之移动或绕z轴转动，以进行工件之对准及切割动作；并具加热装置以加热工件；一控制主机，控制激光束之功率，聚焦及颤动频率、振幅；控制流体之开、关及压力；控制工件固定座之加热温度、移动及转动等以进行切割。在一实施例中，所述的微动颤动装置是一固定于平面反射镜组上之压电组件，使平面反射镜组上下震动而使激光束缘切割道来回跳动而形成一冷一热之区域。所述的压电组件之频率为1000Hz至10000Hz。在另一实施例中，所述的微动颤动装置是一固定于透镜组上之压电组件，使透镜组上下震动而使激光光失焦而改变光强度分布而形成一冷一热之区域。其中，所述的微动颤动装置可以是以转轴连接一滤光镜至一马达，使滤光镜旋转而干扰光束使之颤动使激光束之能量分布改变而形成一冷一热之区域。所述马达之转速为5000rpm以上。本专利技术之次一目的在于提供一种颤动激光切割方法，使颤动之激光以接近熔点之速度划过工件，产生冷热交替之区域而增强热震效果，再以加热扩大热震而使工件分离。为了达到上述目的，本专利技术所述的颤动激光切割方法包括下列步骤(1)将工件置于切割台上；(2)将晶圆之第一切割道对准激光束，使光束在工件之边缘内之切割道上；(3)启动颤动装置，调至所需之颤动频率，切割工件之切割道；(4)切完后加热工件使之分离。本专利技术之再一目的在于提供一种以颤动激光切割工件之方法及其装置，可降低操作控制成本及减少能量损失，而所述工件之待切割周缘至少部份具有相同曲率半径，且其圆心位于该工件上。切成小圆形或弧形时，首先定义由颤动激光光源射出光束之方向为x方向，与其垂直之水平方向为y轴，为达成上述目的，本专利技术以颤动激光切割工件之方法是先将该工件固定于一可旋转之工件固定座上，使该工件固定座之转轴位于该待切割区块之圆心下方。也可于固定该工件后，先以一钻石刀或颤动激光光源之光束于相邻之区块间形成浅沟槽。然后，导引该颤动激光光源之光束经由一反射镜及一聚焦透镜，使激光束在区块上形成一聚焦点；将该聚焦点与该圆心对准，再将该聚焦点沿x或y方向移动一半径至待切割周缘之位置。最后，以圆心为转轴，旋转该工件固定座，使该聚焦点在工件旋转时切割工件，形成一圆弧形之切割路径，同时以一冷却流体(液体或气体)冷却已切割之路径，完成该周缘之切割。本专利技术使用之激光光源可为颤动激光光源，使切割路径之宽度作规律性改变；颤动激光光源于y方向之较佳颤动频率为1KHz至10MHz。本专利技术切成小圆形或弧形之颤动激光切割装置主要包括一工件固定座、一激光光源、一反射镜、一聚焦透镜及一冷却单元。工件固定座系用以承载及固定该工件，并可绕一转轴旋转，该转轴可与该圆心对准。激光光源之波长需对该工件为不透明者，并定义由该激光光源射出光束之方向为x方向，与其垂直之水平方向为y方向。反射镜可将该激光光源之直射光束反射至该待切割周缘及该圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种颤动激光切割装置，包括一激光光学装置，其波长对工件或晶圆为不透明者；一冷却流体供应装置及喷嘴，提供流体喷柱于激光束后一定距离以局部冷却工件；一微动颤动装置，使激光束之光强度改变，于工件之切割道上形成一冷一热之区域 ；一工件固定座，受控制主机之控制作ｘ方向及ｙ方向之移动或绕ｚ轴转动，以进行工件之对准及切割动作；并具加热装置以加热工件；一控制主机，控制激光束之功率，聚焦及颤动频率、振幅；控制流体之开、关及压力；控制工件固定座之加热温度、移 动及转动等以进行切割。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡良贤，
申请(专利权)人：蔡良贤，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]