[發明專利]使用長度和直徑可調的激光束焦線來加工透明材料的系統和方法

有效

• 申請號: 201580049437.7
• 申請日: 2015-07-14
• 公開（公告）號: CN107073642B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: J·高里爾;G·A·皮切
• 申請（專利權）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/06;B23K26/067;B23K26/073;C03B33/02;G02B5/00;G02B27/09
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖

公開了一種用于使用可調激光束線狀焦點來加工諸如玻璃等透明材料的系統和方法。所述用于加工透明材料的系統包括可操作用于發射脈沖激光束的激光源、以及布置在所述脈沖激光束的光學路徑內的光學組件(6’)。所述光學組件(6’)被配置成用于將所述脈沖激光束轉變為具有可調長度和可調直徑的激光束焦線。所述激光束焦線的至少一部分可操作用于被定位在所述透明材料的塊內，從而使得所述激光束焦線沿著所述激光束焦線產生材料改性。還公開了一種通過調節所述激光束焦線的長度和所述激光束焦線的直徑中的至少一項來激光加工透明材料的方法。

相關申請的交叉引用

本申請根據35U.S.C.§119要求于2014年7月14日提交的美國臨時申請號62/024122的優先權權益，該臨時申請的內容被用作依據并且通過引用以其全部內容結合在此。

背景技術

近年來，精密微機械加工及其為了滿足顧客需求以減小尖端設備的尺寸、重量和材料成本的工藝開發的改進已經引起在用于觸摸屏、平板電腦、智能手機和電視的平板顯示器的高科技產業的快步伐增長。超快工業激光器正在變成用于需要高精度微加工的應用的重要工具。

存在各種已知的方式來切割玻璃。在常規的激光玻璃切割工藝中，玻璃的分離依賴于激光劃線或穿孔，接著用機械力或熱應力誘發的裂紋擴展分離。幾乎所有目前的激光切割技術表現出一個或多個缺點。例如，通過采用高斯激光束的激光工藝進行的玻璃切割需要大量的脈沖以便在玻璃基板內產生由于激光束的緊密焦點而引起的所期望的缺陷線。這種激光切割工藝可能是費時的并且因此限制產出。

發明內容

在此公開的實施例涉及出于鉆孔、切割、分離、穿孔、或以其他方式加工材料的目的在透明材料(玻璃、藍寶石等)中產生小(幾微米和更小)“孔”的方法和系統。更具體地，超短(即從10^-10至10^-15秒)脈沖激光束(波長，如1064、532、355或266納米)被聚焦至具有高于在透明材料的表面處或在透明材料內的焦點的區域中產生缺陷所需的閾值的能量密度的線狀焦點。根據透明材料的類型和厚度調節所述線狀焦點的長度和直徑。通過重復該過程，可以產生沿預定路徑對齊的一系列激光誘導缺陷。通過間隔開充分靠近在一起的激光誘導特征，可以產生在透明材料內的機械薄弱的受控區域并且所述透明材料可以沿著由一系列激光誘導缺陷限定的路徑精確地斷裂或分離(立即、或稍后利用附加機械或熱分離步驟)。在高內部應力材料(諸如化學強化玻璃)的情況下，所述材料可以沿著由激光誘導缺陷限定的路徑立即斷裂和分離。在低應力材料(諸如針對TFT(薄膜晶體管)顯示器應用而制作的玻璃)的情況下，可能需要附加的分離步驟。因此，(多個)超短、線狀焦點激光脈沖可以任選地跟隨著二氧化碳(CO₂)激光或其他熱應力源以例如實現透明材料或部分與基板的完全自動化分離。

在一個實施例中，一種用于加工透明材料的系統包括可操作用于發射脈沖激光束的激光源、以及布置在所述脈沖激光束的光學路徑內的光學組件。所述光學組件被配置成用于將所述脈沖激光束轉變為具有可調長度和可調直徑的激光束焦線。所述激光束焦線的至少一部分可操作用于被定位在所述透明材料的塊內，從而使得所述激光束焦線在所述透明材料內生成誘導多光子吸收。所述誘導多光子吸收沿著所述激光束焦線在所述透明材料內產生材料改性。

在另一實施例中，一種加工透明材料的方法包括：聚焦脈沖激光束以便沿著光束傳播方向形成激光束焦線，其中，所述激光束焦線具有長度和直徑。所述方法進一步包括：調節所述激光束焦線的所述長度和所述激光束焦線的所述直徑中的至少一項；以及將所述激光束焦線引導進入所述透明材料中，從而使得所述激光束焦線的至少一部分在所述材料的塊內。所述激光束焦線在所述透明材料內產生誘導多光子吸收。所述誘導多光子吸收沿著所述激光束焦線在所述材料內產生材料改性。

附圖說明

前述內容將從以下示例實施例的更具體描述中而變得清楚，如在附圖中示出的，其中貫穿不同視圖相似的參考符號指代相同的部分。這些附圖并不必須是按比例的，而是將重點放在展示代表性實施例上。