[發明專利]用于激光切割透明和半透明基底的方法和裝置

有效

• 申請號: 201480019657.0
• 申請日: 2014-02-04
• 公開（公告）號: CN105531074B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: J.博瓦特塞克;R.佩特爾
• 申請（專利權）人: 紐波特公司
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/40;B23K26/06;B23K26/08;B23K26/359
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 姜云霞;胡斌

本申請是針對用于用激光束處理透明或半透明材料從而使得單片材料確定性分開為兩個或更多片的方法和裝置。

背景技術

透明和半透明基底現在用于大量應用中。例如，大部分消費型電子設備（諸如蜂窩電話、“智能”電話、平板電腦等）包括玻璃、藍寶石和/或玻璃狀基底以保護顯示設備、相機等。另外，集成觸屏技術顯示器的電子設備變得常見。此外，透明和半透明基底（諸如各種玻璃）常常用于微電子封裝、太陽能電池制造、航空航天應用、醫療設備、制造系統等中。因此，玻璃基底現在以多種尺寸和形狀來制造，其中形成有任何種類的幾何特征。

現在，存在用來制造玻璃基底的許多過程。例如，機械鉆孔、切割、噴砂和表面拋光在某種程度上都是用來制造玻璃基底中的各種特征的過程。雖然這些機械過程在過去已經證明稍微有用，但是已證實許多缺點。例如，在機械處理中使用消耗品材料。因此，處理成本取決于消耗品材料的成本而稍微不同。此外，這些消耗品的消耗和丟棄還可能是環境上不良或有問題的。另外，機械處理可能是勞動密集的、耗時的過程，該過程可以不能為許多應用提供必要的精確度和準確度。

然而，越來越多地使用激光來處理玻璃或類似的透明/半透明基底。與機械過程不同，基于激光的處理技術并不需要使用消耗品材料。此外，高品質激光過程與機械過程相比需要較少的后處理程序（即，拋光等）。因此，基于激光的處理提供勝過可比的機械過程的吞吐量和精確度優點。

現在，CO₂激光處理是熟知的基于激光的玻璃切割過程，更通常用于沿直線和具有非常大的曲率半徑的曲線（具有大于幾厘米的曲率半徑的曲線）來切割玻璃。此過程通常使用CO₂激光來局部地加熱玻璃和拖尾冷卻氣體噴射來冷卻玻璃，從而產生在由玻璃基底與CO₂激光束/氣體噴射之間的相對運動確定的適當方向上傳播的裂縫。通常，CO₂激光處理是用于相對大的玻璃片的粗糙但快速的直線切割。雖然已經證明CO₂激光處理稍微有用，但是已證實許多缺點。例如，已經證明通過CO₂激光過程切割復雜形狀、小孔（小于約200mm）和曲線（具有小于約200mm的曲率半徑的曲線）是有問題的。

因此，開發出替代的基于激光的玻璃切割系統。例如，已經使用脈沖激光系統來創建所謂的“隱形沖切”切割過程。這些基于脈沖激光的切割過程使用脈沖激光源來創建子表面修改特征（裂紋、熔區、折射率改變），所述特征用來沿預期線性路徑引導裂開的裂縫。這種技術的非常常見的應用是用于建立在例如晶體硅（集成電路）和藍寶石（發光二極管）晶圓基底上的微電子和微光學設備的沖切。已經開發出類似的基于激光的切割過程來切割高應力、熱和/或化學增強的玻璃（例如，康寧公司制造的“大猩猩玻璃”、旭硝子制造的“升龍玻璃”、肖特制造的“Xensation”等）。雖然各種基于脈沖激光的切割過程在過去已被證明稍微成功，但是已證實許多缺點。例如，這些先前技術的基于激光的切割過程和系統很大程度上無法沿具有小曲率半徑（例如，小于約100mm的曲率半徑）的彎曲路徑高效且有效地切割或分開玻璃。

鑒于以上所述，不斷需要用于沿任何種類的所需形狀有效且高效地切割透明和半透明基底的方法和裝置。

發明內容

本申請是針對用于以激光束處理透明或半透明材料從而使得單片材料確定性分開為兩個或更多片的方法和裝置。雖然在此包括的描述論述切割玻璃基底，但是本領域技術人員將了解，可以使用本文描述的方法和設備以任何種類的形狀來切割任何種類的透明和半透明基底。示例性基底材料包括而不限于玻璃、增強玻璃、基于二氧化硅的材料、陶瓷聚合物、聚合材料和化合物、硅材料、鍺材料、半導體材料和基底、藍寶石、水晶等。此外，本文描述的過程和設備可以用于直線切割也可以用于曲線切割。