用于激光切割透明和半透明基底的方法和裝置的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]透明和半透明基底現(xiàn)在用于大量應(yīng)用中。例如，大部分消費(fèi)型電子設(shè)備(諸如蜂窩電話、“智能”電話、平板電腦等)包括玻璃、藍(lán)寶石和/或玻璃狀基底以保護(hù)顯示設(shè)備、相機(jī)等。另外，集成觸屏技術(shù)顯示器的電子設(shè)備變得常見(jiàn)。此外，透明和半透明基底(諸如各種玻璃)常常用于微電子封裝、太陽(yáng)能電池制造、航空航天應(yīng)用、醫(yī)療設(shè)備、制造系統(tǒng)等中。因此，玻璃基底現(xiàn)在以多種尺寸和形狀來(lái)制造，其中形成有任何種類(lèi)的幾何特征。
[0002]現(xiàn)在，存在用來(lái)制造玻璃基底的許多過(guò)程。例如，機(jī)械鉆孔、切割、噴砂和表面拋光在某種程度上都是用來(lái)制造玻璃基底中的各種特征的過(guò)程。雖然這些機(jī)械過(guò)程在過(guò)去已經(jīng)證明稍微有用，但是已證實(shí)許多缺點(diǎn)。例如，在機(jī)械處理中使用消耗品材料。因此，處理成本取決于消耗品材料的成本而稍微不同。此外，這些消耗品的消耗和丟棄還可能是環(huán)境上不良或有問(wèn)題的。另外，機(jī)械處理可能是勞動(dòng)密集的、耗時(shí)的過(guò)程，該過(guò)程可以不能為許多應(yīng)用提供必要的精確度和準(zhǔn)確度。
[0003]然而，越來(lái)越多地使用激光來(lái)處理玻璃或類(lèi)似的透明/半透明基底。與機(jī)械過(guò)程不同，基于激光的處理技術(shù)并不需要使用消耗品材料。此外，高品質(zhì)激光過(guò)程與機(jī)械過(guò)程相比需要較少的后處理程序(即，拋光等)。因此，基于激光的處理提供勝過(guò)可比的機(jī)械過(guò)程的吞吐量和精確度優(yōu)點(diǎn)。
[0004]現(xiàn)在，CO2激光處理是熟知的基于激光的玻璃切割過(guò)程，更通常用于沿直線和具有非常大的曲率半徑的曲線(具有大于幾厘米的曲率半徑的曲線)來(lái)切割玻璃。此過(guò)程通常使用0)2激光來(lái)局部地加熱玻璃和拖尾冷卻氣體噴射來(lái)冷卻玻璃，從而產(chǎn)生在由玻璃基底與CO2激光束/氣體噴射之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)確定的適當(dāng)方向上傳播的裂縫。通常，0)2激光處理是用于相對(duì)大的玻璃片的粗糙但快速的直線切割。雖然已經(jīng)證明CO2激光處理稍微有用，但是已證實(shí)許多缺點(diǎn)。例如，已經(jīng)證明通過(guò)0)2激光過(guò)程切割復(fù)雜形狀、小孔(小于約200mm)和曲線(具有小于約200mm的曲率半徑的曲線)是有問(wèn)題的。
[0005]因此，開(kāi)發(fā)出替代的基于激光的玻璃切割系統(tǒng)。例如，已經(jīng)使用脈沖激光系統(tǒng)來(lái)創(chuàng)建所謂的“隱形沖切”切割過(guò)程。這些基于脈沖激光的切割過(guò)程使用脈沖激光源來(lái)創(chuàng)建子表面修改特征(裂紋、熔區(qū)、折射率改變)，所述特征用來(lái)沿預(yù)期線性路徑引導(dǎo)裂開(kāi)的裂縫。這種技術(shù)的非常常見(jiàn)的應(yīng)用是用于建立在例如晶體硅(集成電路)和藍(lán)寶石(發(fā)光二極管)晶圓基底上的微電子和微光學(xué)設(shè)備的沖切。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出類(lèi)似的基于激光的切割過(guò)程來(lái)切割高應(yīng)力、熱和/或化學(xué)增強(qiáng)的玻璃(例如，康寧公司制造的“大猩猩玻璃”、旭硝子制造的“升龍玻璃”、肖特制造的“Xensat1n”等)。雖然各種基于脈沖激光的切割過(guò)程在過(guò)去已被證明稍微成功，但是已證實(shí)許多缺點(diǎn)。例如，這些先前技術(shù)的基于激光的切割過(guò)程和系統(tǒng)很大程度上無(wú)法沿具有小曲率半徑(例如，小于約I OOmm的曲率半徑)的彎曲路徑高效且有效地切割或分開(kāi)玻璃。
[0006]鑒于以上所述，不斷需要用于沿任何種類(lèi)的所需形狀有效且高效地切割透明和半透明基底的方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本申請(qǐng)是針對(duì)用于以激光束處理透明或半透明材料從而使得單片材料確定性分開(kāi)為兩個(gè)或更多片的方法和裝置。雖然在此包括的描述論述切割玻璃基底，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，可以使用本文描述的方法和設(shè)備以任何種類(lèi)的形狀來(lái)切割任何種類(lèi)的透明和半透明基底。示例性基底材料包括而不限于玻璃、增強(qiáng)玻璃、基于二氧化硅的材料、陶瓷聚合物、聚合材料和化合物、硅材料、鍺材料、半導(dǎo)體材料和基底、藍(lán)寶石、水晶等。此外，本文描述的過(guò)程和設(shè)備可以用于直線切割也可以用于曲線切割。
[0008]更具體來(lái)說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施例中，本申請(qǐng)披露通過(guò)將透明基底放置在工作表面上并且從脈沖激光系統(tǒng)輸出至少一個(gè)脈沖激光信號(hào)的增強(qiáng)透明基底的方法。另外，可以調(diào)整激光信號(hào)的功率分布以形成配置成在透明基底內(nèi)形成微裂縫的切割信號(hào)。隨后，將切割信號(hào)引導(dǎo)至透明基底，這在透明基底內(nèi)形成多個(gè)微裂縫。在透明基底的第一表面與第二表面之間形成微裂縫，其中多個(gè)微裂縫在透明基底內(nèi)形成所需形狀的切割線。隨后，對(duì)透明基底施加破斷力以沿所需切割線分開(kāi)透明基底。
[0009]在另一個(gè)實(shí)施例中，本申請(qǐng)披露形成從增強(qiáng)玻璃基底制成的設(shè)備主體的方法。更具體來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)披露將至少一個(gè)增強(qiáng)玻璃透明基底放置在工作表面上并且從脈沖激光系統(tǒng)輸出至少一個(gè)脈沖激光信號(hào)。調(diào)整激光信號(hào)的功率分布以形成配置成在增強(qiáng)玻璃基底內(nèi)形成微裂縫的至少一個(gè)切割信號(hào)。隨后，將切割信號(hào)引導(dǎo)至增強(qiáng)玻璃基底，這通過(guò)切割信號(hào)在增強(qiáng)玻璃基底內(nèi)形成多個(gè)微裂縫，微裂縫在增強(qiáng)玻璃基底內(nèi)形成限定設(shè)備主體和廢棄區(qū)的至少一個(gè)切割線。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，在增強(qiáng)玻璃基底的第一表面與第二表面之間形成微裂縫。此外，可以通過(guò)激光系統(tǒng)在增強(qiáng)玻璃基底的廢棄區(qū)內(nèi)形成至少一個(gè)分開(kāi)特征結(jié)構(gòu)。隨后，對(duì)增強(qiáng)玻璃基底施加至少一個(gè)分開(kāi)力以將設(shè)備主體從廢棄區(qū)分開(kāi)。
[0010]此外，本申請(qǐng)披露切割增強(qiáng)透明基底的方法，其包括以下步驟:將透明基底放置在工作表面上并且從脈沖激光系統(tǒng)輸出至少一個(gè)脈沖激光信號(hào)。調(diào)整激光信號(hào)的功率分布以形成配置成在透明基底內(nèi)形成微裂縫的至少一個(gè)切割信號(hào)。此外，調(diào)整切割信號(hào)的偏振以形成具有長(zhǎng)軸和短軸的橢圓形切割信號(hào)。將切割信號(hào)引導(dǎo)至透明基底，這導(dǎo)致通過(guò)切割信號(hào)在透明基底內(nèi)形成多個(gè)微裂縫。在透明基底的第一表面與第二表面之間形成微裂縫。多個(gè)微裂縫在透明基底內(nèi)形成所需形狀的切割線。另外，可以移置切割信號(hào)穿過(guò)基底以在基底內(nèi)形成設(shè)備主體，從而在基底內(nèi)形成設(shè)備主體，其中切割信號(hào)的行進(jìn)方向垂直于切割信號(hào)的長(zhǎng)軸。隨后，對(duì)透明基底施加至少一個(gè)分開(kāi)力以沿所需切割線分開(kāi)透明基底。
[0011]如本文描述的用于激光切割透明和半透明基底的方法和裝置的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將從考慮以下詳細(xì)描述而變得更加顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]用于激光切割透明和半透明基底的方法和裝置的各個(gè)實(shí)施例將通過(guò)附圖來(lái)更詳細(xì)解釋?zhuān)渲?
圖1示出經(jīng)歷本申請(qǐng)中披露的激光切割方法的透明基底的透視圖；
圖2示出在使用圖1中所示的激光系統(tǒng)處理之后其中形成有若干微裂縫的透明或半透明基底的橫截面圖； 圖3示出在使用圖1中所示的激光系統(tǒng)處理期間其中形成有一個(gè)微裂縫的透明或半透明基底的橫截面圖；
圖4示出在使用圖1中所示的激光系統(tǒng)處理之后其中形成有一個(gè)微裂縫的透明或半透明基底的橫截面圖；
圖5示出在使用圖1中所示的激光系統(tǒng)處理之后其中形成有統(tǒng)一尺寸的多個(gè)微裂縫的透明或半透明基底的橫截面圖；
圖6示出在使用圖1中所示的激光系統(tǒng)處理之后其中形成有不統(tǒng)一尺寸的多個(gè)微裂縫的透明或半透明基底的橫截面圖；
圖7示出圖1中所示的激光系統(tǒng)的輸出信號(hào)的功率分布(激光功率/脈沖寬度)的圖表；圖8示出使用輸出具有圖7中所示的功率分布的激光信號(hào)的圖1中所示的激光系統(tǒng)所形成的透明或半透明基底的微裂縫和表面碎片的圖像；
圖9示出圖1中所示的激光系統(tǒng)的輸出信號(hào)的功率分布(激光功率/脈沖寬度)的另一個(gè)實(shí)施例的圖表；
圖10示出使用輸出具有圖9中所示的功率分布的激光信號(hào)的圖1中所示的激光系統(tǒng)所形成的透明或半透明基底的微裂縫和表面碎片的圖像；
圖11示出圖1中所示的激光系統(tǒng)的輸出信號(hào)的功率分布(激光功率/脈沖寬度)的另一個(gè)實(shí)施例的圖表；
圖12示出使用輸出具有圖11中所示的功率分布的激光信號(hào)的圖1中所示的激光系統(tǒng)所形成的透明或半透明基底的微裂縫和表面碎片的圖像；
圖13示出由具有定制的脈沖包絡(luò)的圖1中所示的激光系統(tǒng)輸出的激光信號(hào)的實(shí)施例的圖表；
圖14示出由具有另一個(gè)定制的脈沖包絡(luò)的圖1中所示的激光系統(tǒng)輸出的激光信號(hào)的實(shí)施例的圖表；
圖15示出通過(guò)使用圖1中所示的激光系統(tǒng)控制微裂縫