[发明专利]硬脆材料的激光切割方法及激光切割机

说明书

技术领域

本发明为一种硬脆材料的激光切割方法，特别是一种降低硬脆材料发生崩边现象的激光切割方法。

背景技术

近年来激光切割技术已经普遍的被用来切割发光二极体基板、蓝宝石基板或强化玻离等硬质透明材料。

激光切割技术是通过激光光聚焦于被加工材料上产生局部的热熔破坏，被加工材料在经过激光光的线性扫描后产生连续性的破坏割痕，再以机械裂片方式将被加工材料切割分离。

激光切割机，主要包括一激光光源、一激光光学系统及一线性扫描运动机构。

其中激光光源主要提供一高能激光光束，激光光源可以是不同波长的高能激光光源装置(例如皮秒激光，飞秒激光等)，激光切割机通常还须要使用一能量控制器，用以调控激光光束的能量大小。

其中激光光学系统主要是调控激光光束成可加工的高能激光光点，其通过包括复数光学透镜或元件等的激光光束调控模块将激光光源的激光光束调控成可以聚焦于被加工物表面的高能激光光点，其中激光光束调控模块通常会包括有扩束镜、反射镜组、曲面镜及物镜光学元件等，其中扩束镜将激光光源的激光光束扩大成较大直径的激光光束，反射镜组则用于改变激光光束的光径，曲面镜及物镜组合则调整激光光束的焦点及其景深等聚焦效果。

其中线性扫描运动机构主要是使高能聚焦的激光光束得以线性运行于被加工物各处表面的装置，可以是固定激光光学系统中物镜位置，而移动X-Y工作台上的被加工物，或者是固定工作台上的被加工物，而移动激光光学系统中物镜位置，移动物镜的方法通常可以由调整激光光束调控模块中反射镜组的位置与角度而达成。

一般的激光光源的光强分布为一高斯分布，其特征是激光光中心点的光强度远高过于其周边，激光光源的能量极度的集中于中心点的小范围。

对于具有高热传导性、延展性的金属材料，进行激光切割加工时高斯分布的激光光束能量集中金属材料的被加工物上并不会在聚焦点上的材料与其周边材料产生过度的温度差异，因而不会发生加工材料的崩裂现象，因此可以尽量提高激光光源的能量加快激光切割的加工效率。

对于陶瓷、玻璃或单晶等低热传导性又硬质的非金属材料，能量过度集中分布的激光光则在聚焦点材料与其周边材料产生相当的温度差异，因而产生相当热应力，其中热应力则进而产生崩边现象，崩边现象则使得切割面不平整或切割面破裂，不平整或破裂切割面是习用激光切割技术运用于硬脆非金属材料时加工品质低劣或不稳定的原因。

对于切割非金属材料，有些激光切割方法是通过降低激光光源的能量以便减少激光破坏范围，或以多次来回加工的方式来避免切割面不平整或破裂，虽然可以降低加工材料产生硬脆崩边结果，但是如此一来却明显会降低切割加工效率。

发明内容

为了改进现有技术的激光切割非金属材料所发生的加工品质低劣或不稳定的原因，本发明提供一种激光切割方法，特别是一种降低硬脆材料发生崩边现象的激光切割方法，主要是在激光切割机的光学系统中对激光光源进行光束整型改质，通过光束整型改质方法将高斯分布的激光光束改型成一贝索分布的激光光束，其效果可以减少激光光束能量过度集中分布所造成被加工材料在聚焦点与其周边材料之间的温度差异，降低因热应力所产生崩边现象。

本发明提供一种激光切割机，包括一激光光源、一激光光束调控模块及一线性扫描运动机构，其中激光光束调控模块中使用一偏极化光学元件，通过该偏极化元件将该激光光束形成一偏极化激光光束，其中该偏极化光学元件是选自一偏极化锥镜，通过该偏极化锥镜将高斯分布的激光光束转换成光强度较均匀的偏极化贝索光束，减少激光光束能量过度集中分布于中心点，因而造成加工材料在聚焦点与其周边的加工界面产生温度差异过大的问题，因而可以降低热应力所产生崩边的现象，其明显利益是不必降低切割加工的效率又可提高切割加工的品质。

附图说明

图1为本发明激光切割机的光学系统的示意图。

附图标记说明

11 激光光源装置

12 能量控制器

13 激光光束

21 扩束镜

211激光光束

22 偏极化锥镜

221偏极化激光光束

23 反射镜组

24 曲面镜

25 物镜

251激光聚焦光束

3被加工物件。

具体实施方式

本发明实施例中，本发明提供一种激光切割方法，其是使用包括下列装置进行激光切割程序：

提供一激光光源，及其光束的能量控制器；