光纤激光器切割蓝宝石基片工艺研究

本文摘要:1章节 蓝宝石具备低耐磨性、高硬度和优良的热传导性、电绝缘性、化学性能平稳等出色的物理、化学特点,被普遍地应用于高端智能手机、平板电脑、平板电视等电子表明行业领域。由于蓝宝石是软脆性材料,传统的机械加工不存在不易产生裂纹、碎片、分层、亡边、边缘裂痕和刀具不易磨损等缺失,又由于蓝宝石化学稳定性较好,使得传统的化学加工方法对其无法加工。然而激光切割成技术是一种高速度、高质量的切割成方法,对蓝宝石晶片展开切割成,不仅具备加工速度快、切口质量好并且可以对给定图形展开切割成。

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1章节  蓝宝石具备低耐磨性、高硬度和优良的热传导性、电绝缘性、化学性能平稳等出色的物理、化学特点,被普遍地应用于高端智能手机、平板电脑、平板电视等电子表明行业领域。由于蓝宝石是软脆性材料,传统的机械加工不存在不易产生裂纹、碎片、分层、亡边、边缘裂痕和刀具不易磨损等缺失,又由于蓝宝石化学稳定性较好,使得传统的化学加工方法对其无法加工。然而激光切割成技术是一种高速度、高质量的切割成方法,对蓝宝石晶片展开切割成,不仅具备加工速度快、切口质量好并且可以对给定图形展开切割成。

一般来说用作蓝宝石切割成的激光器主要有非同脉冲激光、Nd:YAG激光、紫外激光;皮秒、飞秒非同脉冲激光加工蓝宝石热影响区较小,但光子能量损失大,材料去除率较低,且在加工区域周围构成无规则的纳米晶体形态和裂纹以及在起到区域表面构成波纹,并且加工设备成本较高;由于蓝宝石对1070nmNd∶YAG红外激光的吸收率很低,要加工蓝宝石就必须提升激光能量密度,故很难加工且不存在热效应显著、重凝相当严重等现象;目前紫外激光(=355nm)切割成蓝宝石基片时,由于激光功率较低且焦深较短,蓝宝石去除率较低,不能通过多次切割成的同时焦点方位大大转变才能构建蓝宝石的切割成,这样使得使用紫外激光器切割成蓝宝石的切割成效率较低。光纤激光的稳定性和光束质量较好并且能量密度较小,对软脆性材料和坚硬板材切割成相对于Nd∶YAG激光切割成都有显著的优势,使用光纤激光融合维护气体对蓝宝石晶片展开切割成,并对切割成过程中工艺参数的影响规律展开分析。  2实验装置和材料  实验装置如图1右图,激光经过光纤传导到光束镜后通过探讨镜,最后在焦平面取得直径为20m的激光光斑;自动控制系统掌控移动平台能在X,Y方向移动。

实验使用光纤激光器的脉长为0.13~0.2ms、波长为1070nm、光斑直径为20m、反复频率为0~5kHz、能量密度变化范围为0~2.410^5J/cm2、切割成速度变化范围为0~100mm/s。加工使用N2作为辅助气体,燃烧室直径为2mm。

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  实验样件为光学级C-面(0001)蓝宝石基片,直径2inches(1inch=2.54cm)、厚度0.31mm。明确蓝宝石基片的热学性能参数闻表格1。

  实验前对样件依序展开丙酮超声波清除和去离子水清除和无尘环境下浸泡环节处置;实验后某种程度必须严苛的清除:先用KOH溶液成像清除5min,然后依序用丙酮溶液、无水乙醇、去离子水成像清除5min,最后在无尘环境下浸泡。激光切割成样件边缘都是通过基恩士(VK-8700)三维(3D)彩色激光共计探讨显微镜展开仔细观察。  3结果与辩论  3.1激光能量密度对蓝宝石加工质量的影响  图2回应的是激光能量密度对激光切割成蓝宝石亡边尺寸的影响,激光反复频率为1kHz,切割成速度为10mm/s,辅助气体为N2,气压为1MPa,脉长为0.13ms,激光能量密度从5.6~11.310^3J/cm2变化。

  从图2可以显现出,随着激光能量密度的减少,蓝宝石的正面亡边尺寸和背面亡边尺寸都有所增加,但是正面亡边尺寸的变化较小,基本都在5m以下。图3回应的是激光能量密度对蓝宝石正面影响效果图,从图3可以显现出正面加工形貌多不存在锯齿状,主要是由于激光频率较低导致光斑分离出来现象所致,转变锯齿状现象的途径可通过转变激光切割成速度和反复频率对其展开调整,并且在激光能量密度减少到一定大小时,正面亡边尺寸超过饱和状态。

这是因为当激光脉冲能量密度超过除去阈值后,锯齿形状渐渐无穷大于光斑轮廓;能量密度之后减少,在脉冲的起到时间内,材料的热扩散以及等离子体的构成使得材料表面的除去量减少,构成的锯齿有不断扩大趋势。


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