[发明专利]用于切割和切割后加工硬质电介质材料的多激光器系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年8月28日递交的美国临时专利申请序列号NO.62/043,363的权益，其中通过引用的方式将其整体合并于此。本申请涉及2014年2月28日提交的题为“用于加工蓝宝石的激光器系统和使用所述激光器系统的方法”的国际申请号No.PCT/US14/19460(代理人案卷号IPGP004PCT)和2014年2月28日提交的题为“使用具有不同波长和/或脉冲持续时间的多个激光束的多光束激光加工”的美国临时专利申请号No.61/945,911(代理人案卷号IPGM006P)，二者的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及使用激光器加工硬质电介质材料，更具体地，涉及用于切割和切割后加工诸如陶瓷的硬质电介质材料的多激光器系统和方法。

背景技术

诸如蓝宝石(Al₂O₃)、增韧玻璃(诸如，玻璃)和其他陶瓷的硬质电介质材料可以用于许多工业应用，诸如，光学窗口、防磨损的硬质材料以及用于半导体发光器件的缓冲材料等。用于处理或加工蓝宝石和其它这种材料的常规机械方法包括金刚石划线和刀片切割；然而，这些方法通常导致破坏基材，这降低了生产量。

由于激光加工方法提供对于大批量生产更为有效的非接触过程，已经使用激光器加工方法来提高效率。还可以控制激光划线切割深度以减小在断裂过程期间在晶片上的应力，并且激光划线有利于划线器的精确定位。因此与传统的机械方法相比，激光加工具有增加生产量、成本低、易于使用和高产量的整体优点。

然而，当使用激光加工某些材料时存在困难。例如，蓝宝石的带隙约为8eV，在正常的低强度照射下，蓝宝石在从5000nm至约300nm的范围内是光学透明的。因此，对蓝宝石的常规激光加工使用更可能被蓝宝石吸收的激光，例如，在约157nm和约355nm之间的波长范围内操作的DUV和UV激光器。

还使用具有纳秒脉冲宽度的超快激光器(例如，皮秒和更短的脉冲宽度)和/或Q开关脉冲激光器来对蓝宝石进行激光加工。这种激光器可以用于发射具有能够烧蚀蓝宝石的高峰值功率的脉冲。还可以使用皮秒激光器来在蓝宝石衬底内部聚焦，从而在不影响顶表面和底表面的前提下在衬底内形成裂纹。在形成裂纹之后，可以接着将切割部分与衬底机械分离。

如上所述的用于对蓝宝石进行激光加工的现有技术还具有其他缺点。具体地，脉冲激光器的成本较高，并且形成裂纹和分离部件的多步骤过程是耗时且成本低效的。此外，UV切割所用的波长需要使用晶体，所述晶体可以具有较短的使用寿命并且可以在维护这些激光器的方面存在问题。

切割硬质介电材料也面临挑战，这是由于切割后材料可能会形成缺陷和瑕疵。包括晶体和非晶陶瓷在内的硬质电介质材料具有在压缩失败之前张力失效的倾向。例如，切割边缘处的应力集中可以导致整个材料的裂纹扩展。当使用某些类型的激光进行切割时，这些材料可能更易受到这些缺陷和瑕疵。最高效地执行切割的激光器(例如，以较低的成本和更高的速度)有时可以引起边缘缺陷，诸如，在切割边缘附近的碎裂、开裂和诱发性应力集中。

因此，需要一种以时间高效和成本高效的方式以增加的速度对硬质电介质材料进行高效激光切割同时还减少边缘缺陷的系统和方法。

发明内容

根据一种实施例，提供了一种用于从硬质电介质材料激光切割一部分并对所述部分进行切割后加工的方法。所述方法包括：使用至少第一激光束切割硬质电介质材料的至少一部分，其中从按照准连续波(“QCW”)模式操作以便发射波长范围在约1060nm和约1070nm之间的连续激光脉冲的连续波激光器发射所述第一激光束；以及使用至少第二激光束对所述至少一部分的切割边缘进行切割后加工，以斜切和/或抛光所述至少一部分的切割边缘，使得减少边缘缺陷。