[發明專利]使用經傾斜的雷射掃描來加工工作件的方法和設備

無效

• 申請號: 201210019224.8
• 申請日: 2012-01-20
• 公開（公告）號: CN102615432A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 全相旭;金天民
• 申請（專利權）人: 亞通公司
• 主分類號: B23K26/36
• 分類號: B23K26/36;B23K26/04
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理事務所(普通合伙) 11270
• 代理人: 武晨燕;張穎玲

技術領域

本發明有關雷射加工方法及設備，尤其有關可借由不在垂直方向而在傾斜角方向上將雷射束輻射至工作件而有效地刻劃或切割工作件的雷射加工方法及設備。更特定而言，本發明有關的雷射加工方法及設備，可使用高功率的雷射束有效地刻劃或切割工作件或借由使得雷射束使用諸如掃描儀或多邊鏡的光學系統在空間及時間上恰當分配的方式掃描雷射束而修改工作件的內部來切割工作件，借此最小化由雷射束造成的工作件的熱變形。

背景技術

雷射束加工由于易于將光能聚焦至非常小的面積而可增強能量密度，提供良好直線傳播且使非接觸加工成為可能，因此成為對硬工作件或脆性材料的切割處理或刻劃處理非常有效的方法。此外，近來，雷射已廣泛用于各種工業領域，歸因于其允許自由成形表面或復雜表面的加工，也允許歸因于小加工范圍的微加工，且較其它加工方法引起由熱量造成的工作件的較小變形。用于雷射加工中的雷射根據雷射束的波形而分成脈沖雷射及連續雷射。脈沖雷射具有諸如奈秒、皮秒及飛秒單位的短雷射輻射周期，由于具有大于幾十千瓦的峰值功率而適合于加工各種材料，且較連續雷射引起較小的熱變形。近來，雷射加工已廣泛用于刻劃或切割硅晶圓、化合物半導體晶圓、陶瓷半導體晶圓、藍寶石板、金屬板、玻璃板等等。

然而，雷射加工也具有若干問題，這些問題在于在雷射束輻射至的工作件的部分處產生粒子，且工作件的表面由于工作件的經修改部分的再凝固而變得粗糙且不均勻(如圖1中所示)，且由于粒子妨礙刻劃以致雷射束經再輻射以使加工部分更深的狀況下阻止雷射束到達工作件的更深部分。為此，當不能保障足夠的刻劃深度時，存在工作件在不同于刻劃方向的方向上開裂的問題，且因此，雷射加工方法在應用中存在限制。

此外，隨著雷射制造技術的開發，已開發高功率的皮秒雷射或飛秒雷射，但在這些雷射用于切割或刻劃的狀況下，不規則微裂縫歸因于由對處理表面的熱影響造成的非晶體化或歸因于由蒸發造成的體積膨脹而形成在板的表面上，且使得切割區的表面粗糙且使工作件的表面上所產生的組件的特性劣化。

為了最小化這些影響，近來采用將相對弱脈沖的雷射束重復輻射至工作件的表面的方法，但其在解決歸因于再凝固的不均勻表面或微裂縫的問題中也具有限制，且不提供使用高功率雷射的有效且快速的加工。此外，由于刻劃方法中使用雷射，因此存在借由將雷射束收集至工作件內部而修改工作件的內部組織的方法，但該方法也具有若干問題，這些問題在于，在將該方法應用于厚工作件時存在限制，因為該方法借由在垂直方向上將雷射輻射至工作件的表面而在工作件內部產生預先配置的切割點或線；且問題在于即使該方法適用于厚工作件，也必須重復輻射雷射，因此加工速度慢。

發明內容

因此，本發明用以解決出現在現有技術中的上述問題，且本發明的目標為提供雷射加工方法及設備，本發明在使用高功率的雷射束的情況下也能夠借由在固定區域中重復移動的方式，使用掃描儀或多邊鏡掃描雷射束且不在相對于工作件表面垂直的方向而在傾斜角方向上將雷射束輻射至工作件來減少熱變形，借由用于保障排出在加工期間產生的粒子的通道以最小化再凝固來增強加工質量，且本發明允許深加工。

此外，本發明的另一目標為提供雷射加工方法及設備，其可借由以快速率在工作件內部形成預先配置切割面而為厚工作件提供改良的切割質量，這是由于在傾斜角方向上掃描的雷射束經收集至工作件的內部以產生修改面。

為了完成以上目標，根據本發明，提供兩種雷射加工方法：第一雷射加工方法包括以下步驟：(A)掃描雷射束；及(B)將經掃描的雷射束輻射至工作件，同時移動工作件，其中在步驟(B)中，雷射束在自垂直于工作件表面的方向具有預定傾斜角的傾斜角方向上輻射至工作件，以使得在工作件的深度方向上掃描的雷射束借由穿透工作件來修改工作件的深度方向的相應面；且第二雷射加工方法包括以下步驟：(A)掃描雷射束；及(B)將經掃描的雷射束輻射至工作件，同時移動工作件，其中在步驟(B)中，雷射束以使得在平行于工作件表面的方向上掃描的雷射束借由穿透工作件來修改平行于工作件表面的方向的相應面的方式而在自垂直于工作件表面的方向具有預定傾斜角的傾斜角方向上輻射至工作件。

在第一雷射加工方法中，自工作件表面至相對側的工作件或自工作件表面至工作件表面與相對側之間的任一點的工作件經移除或修改以待刻劃或切割?；蛘?，在深度方向上與工作件表面隔開預定距離且垂直于工作件表面的第一面經修改以待稍后切割。此外，再次執行步驟(A)及(B)，以便修改在深度方向上與第一面隔開預定距離的工作件的至少另一個平行面。