[發明專利]激光在透明脆性材料上的鉆孔裝置及其鉆孔方法

在審

• 申請號: 201810108464.2
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108406139A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 彭軒;盧建剛;楊國會;李啟文;潘凱;馬國東;唐建剛;尹建剛;高云峰
• 申請（專利權）人: 大族激光科技產業集團股份有限公司
• 主分類號: B23K26/382
• 分類號: B23K26/382;B23K26/064;B23K26/70
• 代理公司: 深圳市道臻知識產權代理有限公司 44360
• 代理人: 陳琳

本發明提供一種激光在透明脆性材料上的鉆孔裝置及其鉆孔方法，其包括：激光光源、由激光光源發出的激光束、掃描振鏡系統、位于掃描振鏡系統下方的短焦聚焦鏡系統、以及固定透明脆性材料的材料固定組件；所述短焦聚焦鏡系統所在的焦點平面和材料固定組件所在的平面平行。本發明經過短焦聚焦鏡系統精準聚焦在透明脆性材料下表面，聚焦激光光斑按照預先設定的圖形軌跡快速循環運動，形成具有一定寬度和深度的鉆孔切割縫隙；本發明主要利用快速變焦系統精準快速控制短焦聚焦鏡系統聚焦深激光光斑，達到及時去除材料。

技術領域

本發明涉及到激光加工脆性材料領域，尤其涉及一種激光在透明脆性材料上的鉆孔裝置及其鉆孔方法。

背景技術

透明脆性材料，如玻璃、藍寶石、陶瓷、硅片、石英等，已經廣泛應用于我們日常生活的方方面面。例如玻璃廣泛應用于裝飾、衛浴、消費類電子(手機蓋板、平板電腦屏幕蓋板)等等領域；藍寶石廣泛應用于攝像頭保護片和指紋識別片，手表保護片，半導體LED襯底等高精密保護領域，同時廣泛用于國防、醫療、電子通訊等重大研究商業應用領域。陶瓷除了用于傳統的餐具、裝飾領域，已經開始在消費類電子領域大展拳腳，例如近幾年興起的手機后殼，典型代表是小米系列手機，指紋識別模塊保護片等。硅片、石英更是廣泛應用于半導體行業。這些使用范圍要求對透明脆性材料進行切割、鉆孔、劃片、打磨等系列加工工序。

透明脆性材料特殊穩定的化學和物理特性，使其具有重要的使用價值。優良的理化特性奠定了脆性材料使用地位，但是同時也帶來了透明脆性材料加工工藝方面的難題。傳統的加工方法，基本難于適應新興材料的使用要求。例如：在透明脆性材料上面加工尺寸小于0.5mm以及要求精度在微米級別的產品時，傳統的數控機床(CNC)基本無法加工；采用液體腐蝕工藝，制得的產品穩定性無法保證。即使有合適的加工方法，但是也犧牲掉了加工效率，或者增加了耗材，或者產品出品良率底，或者加工時附帶的大量廢液、廢氣等污染給環境帶來極大的損壞。例如：藍寶石硬度高(僅次于鉆石的硬度)，熔點高(＞2000℃)。傳統CNC(數控機床)加工容易損傷刀頭，并且伴隨有大量的廢液產生，加工效率慢。硅片、陶瓷、石英一般也只停留在機械或激光劃片，切條的加工工藝階段。興起的納秒、光纖或皮秒激光加工工藝解決方案一般也只是處于對圓片進行切割，打標的階段。其采用的方案一般是將聚焦激光光斑聚焦在透明脆性材料上表面或內部固定位置去除材料，這樣制得的圓片方片或孔洞一般側壁不垂直有錐度，透明脆性材料下表面容易產生黑色燒蝕損傷，同時向上飛濺的去除材料殘渣容易污染光學鏡頭；對于厚度比較厚的透明脆性材料，一般加工效率慢，加工制得的產品的效果及尺寸不夠精細，同時很容易在對應的材料下表面產生一圈激光燒蝕印記。

在激光行業中，涉及到透明脆性材料打孔方面的技術參考還比較有限，涉及到的激光鉆孔也只是局限在有錐度鉆孔或者喇叭形鉆孔，很少有關于激光鉆孔——孔圓、內壁光滑、孔內少粉塵、垂直孔——的技術發明論述。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在透明脆性材料進行高效鉆垂直通孔、需要具有高的加工效率、方便操作的激光在透明脆性材料上的鉆孔裝置及其鉆孔方法。

本發明提供一種激光在透明脆性材料上的鉆孔裝置，其包括：激光光源、由激光光源發出的激光束、掃描振鏡系統、位于掃描振鏡系統下方的短焦聚焦鏡系統、以及固定透明脆性材料的材料固定組件；所述短焦聚焦鏡系統所在的焦點平面和材料固定組件所在的平面平行。

優選地，還包括對透明脆性材料進行除塵的除塵接口部分。

優選地，還包括至少兩個反射鏡片組件，所述至少兩個反射鏡片組件分別為相互垂直放置的第一反射鏡片組件和第二反射鏡片組件。

優選地，還包括快速變焦系統，所述快速變焦系統為機械式快速變焦系統，機械式快速變焦系統包括升降軸和驅動升降軸上下運動的直流電機，所述升降軸由軟件控制并帶著掃描振鏡系統和短焦聚焦鏡系統一起同步運動。