[發(fā)明專利]硅-玻璃鍵合片的激光加工裝置及其方法

有效

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• 申請日: 2011-07-27
• 公開（公告）號: CN102310285A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發(fā)明（設計）人: 趙裕興;狄建科;益凱劼;吳曉東
• 申請（專利權）人: 蘇州德龍激光有限公司
• 主分類號: B23K26/40
• 分類號: B23K26/40;B23K26/06;B23K26/14
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 王玉國;陳忠輝

技術領域

本發(fā)明涉及一種紫外高頻率超短脈激光切割硅-玻璃鍵合片的裝備和方法，屬于激光微加工技術領域。

背景技術

目前，切割硅-玻璃鍵合片的方法主要是金剛石砂輪切割。金剛石切割可以對玻璃、硅等材料進行切割。但使用金剛石砂輪進行加工時，需要噴灑切割液，對高純度的硅表面污染較為嚴重；金剛石砂輪與鍵合片直接接觸，應力易造成周邊核心電功能器件的損壞；砂輪也容易堵塞，需要頻繁更換砂輪和切割液，費用較大；切割時鍵合片碎裂率較高。

激光切割技術的定義以激光束為熱源，采用熱去除方法進行材料分離，從而形成切割道的材料加工方法。激光束被聚焦在材料表面，使得材料表面溫度急劇升高而達到材料的蒸發(fā)氣化狀態(tài)，從而實現(xiàn)材料的去除，包含了材料對光束能量的吸收和材料中的熱傳導過程。在這個過程中，材料被加熱發(fā)生急劇氣化的過程，主要取決于激光與材料作用時間和激光光束強度。

由于半導體精密器件在自動化、國防、航空航天技術等工業(yè)上的持續(xù)增長需求，對硅-玻璃鍵合片的切割有較高精度和較高效率的加工要求，傳統(tǒng)的加工方法無法完全實現(xiàn)，因此，特別需要一種突破傳統(tǒng)的切割技術和裝置，而激光作為現(xiàn)代工業(yè)中先進的加工手段，越發(fā)受到各個行業(yè)的重視，通過激光實現(xiàn)硅-玻璃鍵合片的可行性和實用性也得到越來越多的驗證，但是目前還沒有一種能高效率切割硅-玻璃鍵合片的切割裝備和工藝方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種紫外高頻率超短脈激光切割硅-玻璃鍵合片的裝置及其方法，旨在克服傳統(tǒng)切割中存在的加工效率低、易產(chǎn)生污染和易損壞器件等缺陷，運用紫外高頻超短脈沖激光對硅-玻璃鍵合片進行切割。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)：

硅-玻璃鍵合片的激光加工裝置，特點是：紫外高頻率超短脈沖激光器的輸出端布置有光閘，光閘的輸出端設置有擴束鏡，擴束鏡的輸出端布置有孔徑光闌，孔徑光闌的輸出端布置有一對45度全反射鏡，45度全反射鏡的輸出端布置有偏轉鏡頭，偏轉鏡頭的輸出端布置有45度全反射鏡，45度全反射鏡的輸出端布置聚焦鏡，聚焦鏡正對于三維移動平臺，聚焦鏡的下方安裝有CCD照明燈，所述三維移動平臺的上方布置有同軸CCD對位觀察系統(tǒng)，所述工作平臺上還安裝有同軸吸氣系統(tǒng)。

進一步地，上述的硅-玻璃鍵合片的激光加工裝置，其中，所述紫外高頻率超短脈沖激光器（1）是波長為小于355nm的紫外或者深紫外激光、脈寬在10ps～100ns、頻率在10KHz～10MHz的激光器。

本發(fā)明加工硅-玻璃鍵合片的方法，加工前激光焦點聚焦于三維移動平臺上加工工件的上表面，紫外高頻率超短脈沖激光器發(fā)出的激光經(jīng)光閘控制開關光，光閘控制激光光束后經(jīng)過擴束鏡對光束進行同軸擴束，改善光束傳播的發(fā)散角使光路準直，擴束后的光束經(jīng)過孔徑光闌擋去邊緣質(zhì)量較差的光后再經(jīng)45度全反射鏡后光路垂直改向，光束再經(jīng)偏轉鏡頭形成以螺旋光圈，通過改變偏轉鏡片的偏轉角度控制光圈的半徑大小，光束經(jīng)聚焦鏡聚焦在加工工件的上表面；切割圖形轉化為數(shù)字信號，三維移動平臺移動，形成切割道；同軸CCD對位觀察系統(tǒng)在加工開始前對加工工件進行精確定位，并抓取加工工件上的定位標志，計算補償值，使切割圖形和實際切割道精確匹配，加工過程中實時觀察加工進程，切割產(chǎn)生的殘渣由同軸吸氣系統(tǒng)吸出收集。

本發(fā)明技術方案突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步主要體現(xiàn)在：

采用紫外高頻超短脈沖激光對硅-玻璃鍵合片進行切割，紫外高頻超短脈沖激光切割加工范圍不受材料物理、機械性能的限制，能加工任何硬的、軟的、脆的、耐熱或高熔點金屬以及非金屬材料；還易于加工復雜型面、微細表面以及柔性零件；聚焦光斑小，易獲得良好的切割截面質(zhì)量，切割碎屑污染、熱應力、殘余應力、冷作硬化、熱影響區(qū)等均比較小；各種材料對紫外的吸收率都較高，可以加工各種透明及對可見光和紅外反射率較高的材料；加工方法易復合形成新工藝，便于推廣應用。

附圖說明

下面結合附圖對本發(fā)明技術方案作進一步說明：

圖1：本發(fā)明的結構示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明紫外激光加工硅-玻璃鍵合片的設備和方法，采用紫外高頻率超短脈激光器，加工的材料為硅-玻璃、玻璃-硅-玻璃等鍵合材料，激光聚焦在玻璃上表面并隨著切割道的加深而相應下降，玻璃和硅材料吸收激光脈沖并分離，從而達到切割的效果。