CN108067751A - 板级材料异形加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种板级材料异形加工方法，包括以下步骤：步骤S1，采用脉冲宽度范围在飞秒至皮秒的激光器产生激光束；步骤S2，激光束经过聚焦处理后从待切割的板级材料的第一表面入射至第二表面；步骤S3，激光束焦点在板级材料的垂直于入射表面方向，自上而下形成由多个微裂点形成的垂直切割柱；步骤S4，激光束与板级材料按需要切割路线做相对移动；在激光束经过的需要切割路线形成多个所述垂直切割柱；步骤S5，通过湿法刻蚀沿着需要切割路线将板级材料分离。进一步地，所述板级材料为透明或半透明材料。本发明可解决切割过程中板级材料容易产生崩边、微裂纹以及分层等损伤问题。

Description

板级材料异形加工方法
技术领域
本发明属于材料异形加工领域，尤其涉及一种板级材料异形加工的方法。
背景技术
随着电子产品的迅猛发展，移动端的装置都朝着体积更薄、重量更轻以及制造成本更低的方向发展。在这些电子产品中涉及异形加工的包括：玻璃盖板、不锈钢板、硅芯片、三五族芯片、陶瓷材料以及聚合物材料。目前，电子产品上的玻璃薄板的厚度已经降低至0.3mm甚至更低。厚度越薄的玻璃薄板对作用力越敏感，越容易受冲击后发生脆断，这无疑增加了切割加工的难度。
举例说明，现有的切割玻璃方法大致有机械切割法和普通的激光切割法。机械切割法是采用金刚石刀具在玻璃切割道划刻一道纹。但是这种机械切割法存在诸多问题，例如玻璃材料的崩边、碎屑及微裂纹，切割边缘的强度降低，产生的深裂纹通常不垂直于玻璃表面，降低了玻璃的强度以及可靠性，同时产出率也很低。普通的激光切割法是利用玻璃处于软化的温度下具有较好的塑性和延展性，用聚焦的激光照射待切割的玻璃工件的表面，通过超高的能量密度将玻璃融化，同时配合气流吹走熔融的玻璃，从而直接将一整块玻璃工件一分为二切割开来。由于玻璃工件对该激光是热熔化，因此该切割方法的切割效果较差，切缝不整齐，极易在整个切缝断面形成热裂纹使玻璃强度大大降低，并且切割过程中产生的熔渣也会污染玻璃表面。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种板级材料异形加工方法，可解决切割过程中板级材料容易产生崩边、微裂纹以及分层等损伤问题。本发明采用的技术方案是：
一种板级材料异形加工方法，包括以下步骤：
步骤S1，采用脉冲宽度范围在飞秒至皮秒的激光器产生激光束；
步骤S2，激光束经过聚焦处理后从待切割的板级材料的第一表面入射至第二表面；
步骤S3，激光束焦点在板级材料的垂直于入射表面方向，形成由多个微裂点形成的垂直切割柱；
步骤S4，激光束与板级材料按需要切割路线做相对移动；在激光束经过的需要切割路线形成多个所述垂直切割柱；
步骤S5，通过湿法刻蚀沿着需要切割路线将板级材料分离。
进一步地，垂直切割柱中的所述多个微裂点沿板级材料第一表面至第二表面均匀垂直分布。
进一步地，所述板级材料为透明或半透明材料。
进一步地，激光束的波长为355纳米～1064纳米。
进一步地，步骤S2中，激光束经聚焦后于板级材料从第一表面至第二表面逐个形成垂直均匀光斑，所述垂直均匀光斑的直径范围为0.5微米～15微米。
进一步地，激光束的脉冲宽度范围为10飞秒～100皮秒。
进一步地，激光束聚焦后单点能量范围为0.1μJ～20μJ。
进一步地，所述板级材料包括非石英玻璃、石英玻璃、钽酸锂、铌酸锂或透光的三五族材料。
进一步地，设置平整性检测装置以检测板级材料激光束入射表面的平整性数据；将板级材料的平整性检测装置与激光器的控制装置连接，激光器根据接收的平整性数据移动激光聚焦点。
进一步地，板级材料的厚度范围为0.05 毫米～2毫米。
本发明的优点在于：本发明解决了切割板级材料过程中容易产生崩边、微裂纹以及分层等损伤问题，同时可以实现大于80°的接近垂直的切割孔角度，并大幅提高切割生产效率；可以获得高精密度和平整的切割表面。而且，该方法不会在激光过程中产生裂痕、碎屑等，可以有效地保证加工质量。
附图说明
图1为本发明的加工方法示意图。
图2为本发明的加工方法中形成垂直切割柱的示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提出一种板级材料异形加工方法，适合于以下这些板级材料1：非石英玻璃、石英玻璃、钽酸锂、铌酸锂以及透光的三五族材料；下面详细介绍该加工方法的步骤。
步骤S1，采用脉冲宽度范围在飞秒至皮秒的激光器2产生激光束3；
激光束3的波长为355纳米～1064纳米，典型值为700纳米～800纳米；
步骤S2，激光束3经过聚焦处理后从待切割的板级材料1的第一表面入射至第二表面；
所述板级材料1为透明或半透明材料；
激光束3经聚焦后于板级材料1从第一表面至第二表面逐个形成垂直均匀光斑，所述垂直均匀光斑的直径范围为0.5微米～15 微米，典型值为2～5微米；
步骤S3，激光束焦点在板级材料的垂直于入射表面方向，形成由多个均匀垂直分布微裂点41形成的垂直切割柱4；
在激光束作用下，从板级材料1第一表面至第二表面的多个垂直均匀光斑导致多个均匀垂直分布的微裂点41的出现；
激光束的脉冲宽度范围为10飞秒～100皮秒，激光束聚焦后单点能量范围为0.1μJ～20μJ，可根据待加工的板级材料1的厚度h不同相应选择；
比如，对于h=0.05mm，则激光束的脉冲宽度为10～30飞秒，单点能量范围0.1～0.3μJ；对于h=0.5mm，则激光束的脉冲宽度为1～5皮秒，单点能量范围1～3μJ；对于h=2mm，则激光束的脉冲宽度为50～100皮秒，单点能量范围10～20μJ；
步骤S4，激光束3与板级材料1按需要切割路线做相对移动；在激光束经过的需要切割路线形成多个所述垂直切割柱4；
可移动激光器2或板级材料1，使得两者发生相对位移，相对位移的路线遵循需要切割路线；
在上述步骤实施过程中，更优地，还可以设置板级材料的平整性检测装置，以检测板级材料激光束入射表面的平整性数据；将板级材料的平整性检测装置与激光器2的控制装置连接，激光器根据接收的平整性数据移动激光聚焦点；可以使得多个微裂点41形成的垂直切割柱4的垂直性更佳；
步骤S5，通过湿法刻蚀沿着需要切割路线将板级材料1分离。
湿法刻蚀的腐蚀液可采用磷酸、醋酸、氢氟酸、硫酸、硝酸或盐酸或上述酸的混合物。
对于图1和图2的例子而言，需要在板级材料1上切割一个椭圆孔，该加工方法通过较小的脉冲宽度和极低的单点能量，形成微损伤的均匀垂直切割柱，以获得微光斑的材料加工方式，最终可以实现大于80°的接近垂直的切割孔角度，并避免了常见的崩边、碎屑，提高了产品良率、质量以及切割效率。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种板级材料异形加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，采用激光器(2)产生激光束(3)；
步骤S2，激光束(3)经过聚焦处理后从待切割的板级材料(1)的第一表面入射至第二表面；
步骤S3，激光束焦点在板级材料的垂直于入射表面方向，形成由多个微裂点(41)形成的垂直切割柱(4)；
步骤S4，激光束(3)与板级材料(1)按需要切割路线做相对移动；在激光束经过的需要切割路线形成多个所述垂直切割柱(4)；
步骤S5，通过湿法刻蚀沿着需要切割路线将板级材料(1)分离。
2.如权利要求1所述的板级材料异形加工方法，其特征在于，
垂直切割柱(4)中的所述多个微裂点(41)沿板级材料(1)第一表面至第二表面均匀垂直分布。
3.如权利要求1所述的板级材料异形加工方法，其特征在于，
所述板级材料(1)为透明或半透明材料。
4.如权利要求1所述的板级材料异形加工方法，其特征在于，
激光束(3)的波长为355纳米～1064纳米。
5.如权利要求1所述的板级材料异形加工方法，其特征在于，
步骤S2中，激光束(3)经聚焦后于板级材料(1)从第一表面至第二表面逐个形成垂直均匀光斑，所述垂直均匀光斑的直径范围为0.5微米～15微米。
6.如权利要求1所述的板级材料异形加工方法，其特征在于，
激光束的脉冲宽度范围为10飞秒～100皮秒。
7.如权利要求1所述的板级材料异形加工方法，其特征在于，
激光束聚焦后单点能量范围为0.1μJ～20μJ。
8.如权利要求1所述的板级材料异形加工方法，其特征在于，
所述板级材料包括非石英玻璃、石英玻璃、钽酸锂、铌酸锂或透光的三五族材料。
9.如权利要求1所述的板级材料异形加工方法，其特征在于，
设置平整性检测装置以检测板级材料激光束入射表面的平整性数据；将板级材料的平整性检测装置与激光器(2)的控制装置连接，激光器根据接收的平整性数据移动激光聚焦点。
10.如权利要求1所述的板级材料异形加工方法，其特征在于，
板级材料(1)的厚度范围为0.05 毫米～2毫米。
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