[發明專利]目標的激光處理方法

有效

• 申請號: 201810208805.3
• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN108453371B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: S·A·侯賽尼
• 申請（專利權）人: 羅芬-新納技術有限責任公司
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/0622;B23K26/064;B23K26/18;B23K26/382;B23K103/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 呂俊剛;劉久亮

本公開涉及目標的激光處理方法。具體地，涉及一種利用沿著縱向光束軸以分布式的方式聚焦入射激光光束的光學結構通過激光成絲在材料中處理孔的裝置、系統和方法。所述分布式聚焦方法使得能夠在長距離形成絲，并且調整激光和聚集參數來決定絲的傳播和終點從而產生單端/雙端停止孔或通孔。從堆疊的或巢狀結構中選擇的透明襯底可以具有在該襯底內或者穿過該襯底所形成的孔而不影響鄰近的襯底。這些分布式聚焦方法支持在硼硅玻璃和相似的脆性材料以及半導體中的形成具有遠超10毫米的長度的絲。

本申請是申請號為201410379877.6、申請日為2014年8月4日、發明名稱為“激光成絲在透明材料中非燒蝕光聲壓縮加工的方法和裝置”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及用于在任何深度處開始或者在一組堆疊的晶片、一組板或襯底的任一個中鉆出停止孔(stopped orifice)或通孔的非燒蝕方法和裝置，所述一組堆疊的晶片、一組板或襯底主要是諸如玻璃、藍寶石、硅的透明材料，但不限于此，使得所述孔和周邊材料的結構特性超過現有技術中已知的特性。

背景技術

對于在諸如由玻璃或聚碳酸酯制成的透明襯底中鉆出多個孔而言，存在巨大的需求。被鉆孔的襯底的一種應用是被用作用于空氣監測、顆粒監測、細胞學、趨化性(chemotaxis)、生物測定等的過濾器。這些通常需要直徑在幾百納米到幾十微米的孔，并且當批量生產時，這些孔保持彼此相同并且具有保持穩定的孔與表面積的比率。

發明內容

技術問題

當前，現有技術的材料處理系統通過金剛石鉆孔或諸如燒蝕加工、結合的激光加熱和冷卻以及高速激光刻劃等的激光曝光技術在諸如玻璃的襯底中產生孔。如下所述，所有這些現有技術系統具有低吞吐次數，無法對很多新的異類襯底材料起作用，具有多層襯底堆疊的不透明性問題，無法獲得所尋求的緊密孔間距，使材料中的裂縫蔓延或者使得孔側以及圍繞起始點的表面具有不可接受的表面粗糙度。

在當前的制造中，對晶片或玻璃板進行分離(singulation)、處理來產生孔通常依賴于金剛石切割路線選擇(routing)或鉆孔。

激光燒蝕加工是針對分離、切塊(dicing)、刻劃(scribing)、切割(cleaving)、切(cutting)及切割面(facet)處理而言積極發展的領域，但是特別在透明材料中具有諸如處理速度慢、產生裂縫、燒蝕碎片污染以及中等尺寸的切口寬度的缺陷。此外，激光相互酌(laser interaction)期間的熱傳輸能夠導致大范圍的附帶熱損傷(即，熱影響區域)。盡管激光燒蝕處理能夠通過選擇具有被媒介強吸收的波長的激光(例如，深UV準分子激光或遠紅外CO₂激光)而得到極大地改善，但由于在該物理燒蝕處理中固有的積極的相互酌，上述缺陷無法被消除。

另選地，還可以通過縮短激光脈沖的持續時間來改善透明媒介表面處的激光燒蝕。這對于在處理媒介內部透明的激光尤其有益。當聚焦在透明材料上或內部時，高的激光強度引起非線性吸收效果以提供動態的不透明，所述動態不透明度能夠被控制以將合適的激光能量精確地投入到由焦體(focal volume)所定義的小體積材料中。短的脈沖持續時間比較長持續時間的激光脈沖提供了多個進一步優點，諸如在這種激光脈沖的短得多的時間量程中通過少量的熱擴散和其它熱傳輸效果來消除等離子體反射并且減少附帶損傷。因此，在不透明和透明材料這兩者的加工中，飛秒和皮秒激光燒蝕提供顯著的益處。然而，使用短至數十或數百飛秒的脈沖對透明材料進行加工還與激光形成的孔或溝附近的粗糙表面和微裂縫的形成相關聯，這對于像Alumnia玻璃這種摻雜了電介質和光學晶體的易碎材料而言特別成問題。此外，燒蝕碎片將污染附近的樣品和周圍表面。