[發(fā)明專利]用于在透明材料內(nèi)執(zhí)行激光成絲的系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410380104.X
• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN104339088B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: S·A·侯賽尼
• 申請（專利權(quán)）人: 羅芬-新納技術(shù)公司
• 主分類號: B23K26/36
• 分類號: B23K26/36;B23K26/38;B23K26/362;B23K26/046;C03B33/02
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11127
• 代理人: 呂俊剛,劉久亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明為透明材料內(nèi)的激光成絲(laser?filamentation)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

本公開涉及用于材料的激光處理的系統(tǒng)和方法。更具體地說，本公開涉及用于分離和/或分割含有根據(jù)所述材料生成的無源或有源電子或電器件的晶片、基板和面板的系統(tǒng)和方法。

在當(dāng)前制造中，晶片或玻璃面板的分離(singulation)、分切(dicing)、劃線(scribing)、分割(cleaving)、切割(cutting)和切面(facet)處理是用于(作為一些示例)LED、LED裝置(諸如照明組件)和照明裝置(諸如LED顯示器)的關(guān)鍵處理步驟，其通常依賴于金剛石或常規(guī)的燒蝕或破壞(隱形的)激光劃線和切割，其速度高達(dá)30cm/sec。

在金剛石切割處理中，在執(zhí)行金剛石切割之后，機械輥施加應(yīng)力以使分割樣品的裂紋蔓延。該處理產(chǎn)生質(zhì)量差的邊緣、微裂紋、寬切口寬度和大量碎屑，這些在產(chǎn)品的壽命、效率、質(zhì)量和可靠性方面是主要缺點，同時還招致額外的清潔和拋光步驟。用于使金剛石劃線器運行的去離子水的成本大于擁有劃線器的成本，并且該技術(shù)并不有利于環(huán)境，這是因為水被污染并需要凈化，這進(jìn)一步添加了生產(chǎn)成本。

已針對分離、分切、劃線、分割、切割和切面處理研發(fā)了激光燒蝕加工，以克服關(guān)于金剛石切割的一些局限。不幸的是，已知的激光處理方法尤其在透明材料中具有諸如低處理速度、產(chǎn)生裂紋、燒蝕碎屑的污染和中等大小的切口寬度這樣的缺點。此外，在激光相互作用中的熱傳遞能夠?qū)е麓蟮母綆釗p壞區(qū)域(即熱影響區(qū))。

可通過選擇具有由介質(zhì)強烈吸收的波長的激光(例如，深UV激子激光或遠(yuǎn)紅外CO₂激光)改進(jìn)激光燒蝕處理。然而，由于該物理燒蝕處理中固有的侵入性相互作用，導(dǎo)致不能消除前述缺點。根據(jù)采用的具體變通(work-around)技術(shù)，通過在特定LED應(yīng)用中的UV處理的缺陷充分證明了這一點，其中損壞已經(jīng)促使業(yè)界關(guān)注常規(guī)劃線和折斷以及隨后的蝕刻，以去除燒蝕劃線或金剛石劃線工具留下的損壞區(qū)。

另選地，通過減小激光脈沖的持續(xù)時間，在透明介質(zhì)的表面也可改進(jìn)激光燒蝕。這對于穿透處理介質(zhì)內(nèi)的激光尤其有利。當(dāng)聚焦到透明材料上或內(nèi)時，高激光強度引起非線性吸收效果，以提供可被控制以將合適的激光能量準(zhǔn)確地投入由聚焦體積(focal?volume)限定的小體積的材料中的動態(tài)不透明性。短持續(xù)時間的脈沖提供優(yōu)于長持續(xù)時間激光脈沖的多個其它優(yōu)點，諸如消除等離子體產(chǎn)生并因此消除等離子體反射，從而在該激光脈沖的短得多的時間級別中通過小分量的熱擴散和其它熱傳遞效果減小附帶損壞。

因此，飛秒和皮秒激光燒蝕在不透明和透明材料二者的加工中提供顯著的優(yōu)點。然而，通常，用幾十至幾百飛秒那么短的脈沖對透明材料加工還與針對易碎材料特別成問題的在激光形成的切口、孔或溝槽附近形成粗糙表面、慢生產(chǎn)量和微裂紋相關(guān)聯(lián)，所述易碎材類似為氧化鋁(Al₂O₃)、玻璃、摻雜的電介質(zhì)和光學(xué)晶體。此外，燒蝕碎屑將污染附近的樣品以及周圍的裝置和表面。近來，在日本已經(jīng)討論了利用纖維激光方法的多道飛秒切割。該方法需要進(jìn)行多道工序，并且因此導(dǎo)致低處理生產(chǎn)量。

如上所述，雖然激光處理在克服與金剛石切割相關(guān)聯(lián)的多個局限方面是成功的，但是新材料復(fù)合物已經(jīng)提供了不能被激光劃線的晶片和面板。此外，裝置的大小和晶片上的切塊變得更小并更靠近彼此，這限制了金剛石和常規(guī)基于激光的劃線二者的用途。例如，30μm是可行的劃線寬度，而15μm對于這些常規(guī)方法來說具有挑戰(zhàn)性。此外，因為金剛石劃線使用機械力來給基板劃線，所以薄樣品非常難以劃線。由于在基于晶片的裝置的制造中使用越來越奇異和復(fù)雜的材料堆疊件，所以先前應(yīng)用的激光劃線技術(shù)將由于堆疊件的不透明性而不再起作用。

發(fā)明內(nèi)容

描述了用于在透明材料中形成連續(xù)激光細(xì)絲的系統(tǒng)和方法。對超快激光脈沖的突發(fā)進(jìn)行聚焦，使得在正被處理的材料的外部形成束腰，從而主焦點沒有形成在材料內(nèi)，同時在材料內(nèi)的延伸區(qū)域內(nèi)形成足夠的能量密度以支持形成連續(xù)細(xì)絲，而沒有導(dǎo)致材料內(nèi)的光學(xué)破壞。根據(jù)該方法形成的細(xì)絲可以呈現(xiàn)直到并超過10mm的長度，當(dāng)在橫截面中沿長軸觀察時，與非錐形輪廓和改性區(qū)的長度1:1對應(yīng)(因為，細(xì)絲是改性的媒介，所以改性區(qū)追蹤1：1的細(xì)絲的范圍)。在一些實施方式中，未校正或有像差光學(xué)聚焦元件用于產(chǎn)生外部束腰，同時在材料內(nèi)產(chǎn)生入射光束的分布式聚焦。各種系統(tǒng)被描述為便于在透明基板內(nèi)形成細(xì)絲陣列，以便分割/分離和/或標(biāo)記。細(xì)絲的光學(xué)監(jiān)測可以用于提供反饋以便于處理的主動控制。