[發明專利]一種綠光超快激光藍寶石切割的方法及系統

在審

• 申請號: 202210026291.6
• 申請日: 2022-01-11
• 公開（公告）號: CN114227017A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 北京贏圣科技有限公司
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/0622;B23K26/70
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種綠光超快激光藍寶石切割方法和系統，所述方法包括步驟：1)將藍寶石工件通過固定裝置固定于工作臺上；2)設置激光器發射的激光依次經過整形光路、光束傳輸光路、激光切割頭后，聚焦在工作臺上的藍寶石工件表面；所述激光切割頭通過驅動系統設置于藍寶石的上方；3)所述激光器為綠光超快激光器；4)通過控制激光束在藍寶石工件表面X、Y、Z軸的行進速度，完成藍寶石工件的切割。本發明基于鎖定的高重復頻率、單脈沖工作、高單脈沖能量、單脈沖能量一致性高的超快激光，對藍寶石進行切割，光子一致性好，切割的精度高。

技術領域

本發明涉及激光切割技術領域，具體涉及一種綠光超快激光藍寶石切割的方法及系統。

背景技術

藍寶石是一種氧化鋁的單晶，晶格結構獨特，耐磨且抗風蝕，莫氏硬度高達9，僅次于金剛石。早期由于其高硬度、耐磨性、光澤度透光性、及其加工水平要求較高而產量不足導致稀缺，只作為珠寶首飾和手表表面出現，售價昂貴。

隨著蘋果公司采用藍寶石作為攝像頭的保護玻璃和Home鍵保護玻璃，藍寶石材料已在智能手機和可穿戴設備上得到廣泛應用，在航空、國防、LED、醫療、消費電子等領域帶來了更廣闊的增量空間。其中LED襯底是藍寶石下游最主要的應用，市場占比超過50％。

這些應用領域都需要對藍寶石進行精細的加工。但由于藍寶石是硬脆性材料，傳統的機械加工易產生裂紋、碎片、分層、崩邊、邊緣破裂和刀具易磨損，又由于藍寶石化學穩定性較好，使得傳統的化學加工方法對其難以加工等難題,直到激光切割技術的出現。

激光切割藍寶石，尤其是傳統的光纖超快皮秒、飛秒激光器切割藍寶石，難點在于控制激光參數、峰值功率密度、等運轉參數，及其相關的加工工藝。例如當脈沖串能量從30uJ增大到150uJ，加工長度從100um增大到250um。當脈沖串能量從150uJ增大到200uJ，加工長度幾乎保持不變。也就是說一開始加工長度隨著脈沖串能量的增加而增大，但是在脈沖串能量超過150uJ后飽和。其中最重要的原因是脈沖串內單脈沖能量不均勻、脈沖時間不同步，時域漂移導致的能量散射，引起的加工閾值飽和現象。

為了藍寶石的加工長度超過飽和閾值，常用的方法是采用“隱切”方式，用特殊切割頭，在激光傳輸方向的焦點位置，形成多個達到近似飽和閾值的焦點，通過在有效加工區域內的累計加工長度，聚焦位置輻照后，才能切割250um厚以上的藍寶石。然而對于這樣的低熱導、硬質脆性材料，如此累加的脈沖串能量，會使其局部超快速升溫，導致樣品開裂，加工區可能存在的微龜裂，銜接位置分布雜亂不均勻，也會對切割件的質量產生影響。因此，有必要根據藍寶石超快激光加工的特點，選用合適的超快激光參數工藝，并對相關加工組合參數進行優化，達到切割的更高效果。

發明內容

有鑒于此，為了克服現有技術的不足，本發明提供一種綠光超快激光藍寶石切割的方法及系統。該發明方法單脈沖功率密度可高達10¹²W/cm²以上，激光作用區的材料會瞬間蒸發或汽化，在藍寶石材料內部幾乎不再形成飽和加工長度。

本發明提供的一種綠光超快激光藍寶石切割的方法，所述方法包括步驟：

1)將藍寶石工件通過固定裝置固定于工作臺上；

2)設置激光器發射的激光依次經過整形光路、光束傳輸光路、激光切割頭后，聚焦在工作臺上的藍寶石工件表面；所述激光切割頭通過驅動系統設置于藍寶石的上方；

3)所述激光器為能夠發射鎖頻均勻能量單脈沖的綠光超快激光器；所述激光器的發射頻率為50KHz-100KHz之間的一定值；所述激光器發射的單脈沖能量為200uJ-400uJ，所述單脈沖能量的一致性為≤±5％；

4)通過控制激光切割頭激光束在藍寶石工件表面X、Y、Z軸的行進速度，完成藍寶石工件的切割。

進一步，所述激光器為全固態皮秒激光器。