CN111018334A - 一种荧光玻璃陶瓷的激光加工方法及激光加工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种荧光玻璃陶瓷的激光加工方法，包括以下步骤：贴膜：对需要加工的荧光片进行贴膜；加工：对贴膜的荧光片采用激光加工装置进行加工；解膜：将贴膜的荧光片加工后放入解胶机，使膜与荧光片的粘性降低；倒膜：将解胶完成的荧光片通过倒膜模式贴在另一张粘性薄膜上；扩膜：将倒膜好的荧光片与薄膜进行多方位同时拉伸，使荧光片颗粒相互分开；检验：通过识别荧光片颗粒，判断荧光片颗粒是否合格；摆盘：将检验合格的荧光片颗粒通过自动摆盘设备放置在用于包装的包装膜上。本发明实现了激光有效的加工，避开了一些激光微加工惯性思维的误区。同时在设计该实验的基础上，进行了大量的工艺实验，最终实现了荧光片的高效良好的加工。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工领域，具体地涉及一种荧光玻璃陶瓷的激光加工方法及激光加工装置。
背景技术
在照明行业以及汽车行业中，白色光源的获得需要RGB三色合成，成本高昂，出现蓝光后，通过蓝光刺激荧光粉产生白色光源逐渐成为主流，而在荧光粉与玻璃混合或者荧光粉与陶瓷混合后所形成的混合新型荧光片，在行业中一直是难加工的硬脆荧光片，国内为都用水刀切割，而水刀切割无法加工异形，只能走直线，且效率极低，污染环境，因此，开创激光加工是必经之路，然而荧光片硬脆，使得通常激光难以加工该荧光片，不是熔化就是炸裂。
发明内容
本发明提供一种荧光玻璃陶瓷的激光加工方法，通过激光加工，实现异形加工，解决只能直线加工的问题，而且提高加工效率，避免污染环境。
为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，提供了一种荧光玻璃陶瓷的激光加工方法，包括以下步骤：
S1、贴膜：对需要加工的荧光片进行贴膜；
S2、加工：对贴膜的荧光片采用激光加工装置进行加工；
S3、解膜：将贴膜的荧光片加工后放入解胶机，使膜与荧光片的粘性降低；
S4、倒膜：将解胶完成的荧光片通过倒膜模式贴在另一张粘性薄膜上；
S5、扩膜：将倒膜好的荧光片与薄膜进行多方位同时拉伸，使荧光片颗粒相互分开；
S6、检验：通过识别荧光片颗粒，判断荧光片颗粒是否合格；
S7、摆盘：将检验合格的荧光片通过自动摆盘设备按照设定的规则放置在用于包装的包装膜上。
优选的是，在S1步骤中，所述膜为UV膜，所述UV膜的厚度为150um。
优选的是，在S2步骤中，在进行加工矩形形状时，采用“井”字模型进行整体加工。
优选的是，在S2步骤中，在进行加工圆孔或环形时，采用同心圆模型或螺旋模型进行加工。
优选的是，所述激光加工装置还设有动态振镜模式，所述动态振镜模式由电机控制振镜的升降。
优选的是，在S3步骤中，所述解胶机采用功率在200-400W之间的紫外灯，解胶时间在15-20秒之间。
优选的是，在S4步骤中，所述薄膜的厚度在100-150um之间。
本发明的另一个目的是提供一种用于荧光玻璃陶瓷的激光加工装置，包括：激光发生组件，所述激光发射组件用于发射激光光束及对光束进行调节处理；加工组件，所述加工组件用于二维扫描及光束聚焦加工；其中，所述激光发生组件包括：用于发射激光光束激光器、用于光束扩束及发散角处理的扩束镜、用于过滤杂光及光束整形的光兰；所述加工组件包括：用于二维扫描的扫描器件，用于光束聚焦加工的聚焦镜，所述扫描器件为二维扫描振镜；所述激光发生组件与加工组件之间设有反射镜。
优选的是，所述激光器采用波段在400nm以上的光，所述激光器的脉冲宽度为纳秒级别或飞秒级别。
优选的是，在所述加工组件中，所述扫描器件还可以为转动棱镜。
本发明与现有技术相比，通过在荧光片上贴UV膜，能够防止加工的飞溅，而且通过激光加工，有效的解决无法异形加工的问题。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的加工流程示意图。
图2为本发明实施例的加工装置结构示意图。
图3为本发明实施例的矩形加工效果图。
图4为本发明实施例的圆形加工效果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明提供一种荧光玻璃陶瓷的激光加工方法，如图1所示，包括以下步骤：S1、贴膜：对需要加工的荧光片进行贴膜；S2、加工：对贴膜的荧光片采用激光加工装置进行加工；S3、解膜：将贴膜的荧光片加工后放入解胶机，使膜与荧光片的粘性降低；S4、倒膜：将解胶完成的荧光片通过倒膜模式贴在另一张粘性薄膜上；S5、扩膜：将倒膜好的荧光片与薄膜进行多方位同时拉伸，使荧光片颗粒相互分开；S6、检验：通过识别荧光片上的颗粒，判断荧光片是否合格；S7、摆盘：将检验合格的荧光片通过自动摆盘设备按照设定的规则放置在用于包装的包装膜上。本发明利用荧光粉光光转换的原理，采用单光子能级低于蓝光能级的颜色激光作为加工选用激光，使得在该波段的激光刺激荧光粉，使得荧光粉进行有效吸收而发生融化气化消融等物理变化，避免高能光子与荧光发生转换白光的特性，从而实现了激光有效的加工，避开了一些激光微加工惯性思维的误区。
可选的，由于荧光片的特性是易碎性以及在加工过程中容易飞溅，需要进行防护，因此，在本发明的提供的加工方法中，在S1步骤中，所述膜为UV膜，所述UV膜的厚度为150um；
可以理解，由于荧光片的优良导热性能，在加工时考虑到过多热能的负影响因素，尽量避免短时间内重复加热同一位置，因此，在S2步骤中，在进行加工矩形形状时，采用“井”字模型进行整体加工。
可以理解，在S2步骤中，在进行加工圆孔或环形时，采用同心圆模型或螺旋模型进行加工。
可以理解，在加工相对较厚的荧光片时，无法一次性加工完成，需要将振镜进行上下移动，且每次移动依据聚焦镜的焦深而定，所以需要对振镜进行控制，因此，所述激光加工装置还设有动态振镜模式，所述动态振镜模式由电机控制振镜的升降。
可选的，在S3步骤中，所述解胶机采用功率在200-400W之间的紫外灯，解胶时间在15-20秒之间。
可选的，在S4步骤中，所述薄膜的厚度在100-150um之间。
如图2所示，本发明还提供了一种用于荧光玻璃陶瓷的激光加工装置，包括：
激光发生组件，所述激光发射组件用于发射激光光束及对光束进行调节处理；加工组件，所述加工组件用于二维扫描及光束聚焦加工；其中，所述激光发生组件包括：用于发射激光光束激光器1、用于光束扩束及发散角处理的扩束镜2、用于过滤杂光及光束整形的光兰3；所述加工组件包括：用于二维扫描的扫描器件5，用于光束聚焦加工的聚焦镜6，所述扫描器件5为二维扫描振镜；所述激光发生组件与加工组件之间设有反射镜4。
可以理解，考虑到荧光片的特点是脆性强，易碎，能够有效的吸收蓝光光子转换成白光输出。同时加工所需阈值高的特点，需要聚焦焦点小，功率密度高的特性。在此基础上还要顾及融化产生的毛刺，因此，在本发明提供的加工装置中，所述激光器采用波段在400nm以上的光，所述激光器的脉冲宽度为纳秒级别或飞秒级别。
本发明通过优选合适的激光波长，通过振镜进行扫描切割，在实施例中，选用绿光激光作为加工选用的波长，在实际中不仅仅局限在绿光，选用波长在蓝光405nm以上均包含在内，同时在激光脉宽上，选择了皮秒级脉宽，同时，不仅仅包括皮秒级别，在纳秒，飞秒下同样可以进行选择性使用。
可以选择蓝光波长以上，即波段在400nm以上的激光波段，如510-550nm，800nm，1030nm，1064nm等。激光器的脉冲宽度选择为纳秒级别到飞秒级别，在本实施例中，波长为532nm，脉宽为皮秒级别。
可选的，在所述加工组件中，所述扫描器件还可以为转动棱镜。
荧光片在尺寸规格上，有加工几百微米的小尺寸，也有几个毫米的圆以及圆弧，甚至几十毫米的尺寸。图形上有圆形，有矩形，有矩形套圆弧，同心环等。荧光片的厚度也有多种规格。常用的如0.15mm；0.3mm等。
荧光片的特点是脆性强，易碎，能够有效的吸收蓝光光子转换成白光输出。同时加工所需阈值高的特点，需要聚焦焦点小，功率密度高的特性。再次基础上还要顾及融化产生的毛刺。故在本设计中采用皮秒绿光，在超短脉冲的作用下，使得荧光片能够充分吸收光能，同时避免荧光片过热融化问题。
下面对本发明提供的加工进行详细的描述。
S1、贴膜；
在扫描加工中，因荧光片的特性易碎性，以及加工过程中的飞溅特点，在加工时候需要在荧光片底部预先贴一层黏膜。
进一步的因为荧光片加工完毕后的解键因素，该膜需要能够通过紫外灯或者其它热源光源作用，使得胶体能够分解失去活性。
进一步的贴膜需要平整，不能有气泡处在间隙处，避免粘贴不牢固，引起飞溅。
进一步的该膜选择粘性较好，厚度为150um的UV膜。
S2、加工：加工分为矩形形状加工或圆孔/环形加工；
在进行矩形形状加工时，因为荧光片的脆性特点以及导热性能优良特性，加工时候要避免直接加工矩形单个个体，而需要采用整体循环加工的方式多次扫描，同时考虑到过多热能的负影响因素，进一步的在加工中采用“井”字线模式整体划线。
进一步的避免加工时候在井字线交叉点的位置引起过热问题，先进行横向整体扫描或先进行纵向整体扫面，循环切穿后，再进行对另一方向进行整体扫描。
进一步的为了减少毛刺的产生，在井字线的每个扫描道上采用单线模式。
切割完毕后，矩形毛刺在10um以内，且切割完毕后能够将毫米级别的小矩形在平面上立起来为标准。
再进行圆孔/环形加工时，采用同心圆模型或者螺旋线模型加工，并行线条间距设定5-20um之间，并行线条数量控制在2条-10条之间，整体跑道宽度20um-100um。跑道中线条的递变尺寸依据光斑大小和功率密度可适当变化。
进一步的在加工环节中，采用整体循环模式进行多次扫描加工。
进一步的在圆形加工中，圆图案在荧光片上的分布采用三圆相切的梅花状的布板模式。或者采用阵列模式，但考虑到荧光片的产出量采用梅花分布模式，切割完毕后，边缘毛刺在20um以内，边缘干净无发黑，无崩边，无熔化痕迹。
在较厚的荧光片加工时，需要适当的升降聚焦轴的焦点位置，采用焦点升降来提高切割效率，焦点升降可采用动态振镜模式或者用电机模块代用振镜升降模式。每次升降依据聚焦镜头的瑞利焦深而定。
如图3、4所示，为本发明矩形和圆形加工的效果图。
S3、解膜；
粘膜采用UV膜，在加工完毕后，将荧光片与膜一起送进解胶机，胶体分解固化，荧光片与UV膜粘性降低。
解胶机采用高功率紫外灯，功率在200-400w之间，单片解胶时间大约15-20秒。
S4、倒膜；
将解胶完毕的荧光片通过倒膜模式贴到另外一块粘性较低的薄膜上。进一步的该膜柔韧性比较强，粘性比较低，且比较薄，厚度在100-150um之间。
S5、扩膜；
对倒膜好的荧光片与薄膜进行多方位同时拉伸，使得荧光片颗粒相互分离开，颗粒间距之间较大，为毫米级别。
S6、检测；
通过视觉识别，判断哪些荧光颗粒是良好产品，哪些产品是不良产品。
S7、摆盘；
通过自动摆盘设备，将扩膜后合格的荧光片颗粒按设定规则进行放置在特定的包装膜上，做成完整产品，交付封装客户，进入半导体封装后续工艺。
本发明主要用于LED照明，激光照明，激光元器件，汽车灯，荧光变色仪，LED芯片,激光半导体(LD)，电视等半导体以及相关封装行业。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种荧光玻璃陶瓷的激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、贴膜：对需要加工的荧光片进行贴膜；
S2、加工：对贴膜的荧光片采用激光加工装置进行加工；
S3、解膜：将贴膜的荧光片加工后放入解胶机，使膜与荧光片的粘性降低；
S4、倒膜：将解胶完成的荧光片通过倒膜模式贴在另一张粘性薄膜上；
S5、扩膜：将倒膜的荧光片与薄膜进行多方位同时拉伸，使荧光片颗粒相互分开；
S6、检验：通过识别荧光片颗粒，判断荧光片颗粒是否合格；
S7、摆盘：将检验合格的荧光片颗粒通过自动摆盘设备按照设定的规则放置在用于包装的包装膜上。
2.如权利要求1所述的一种荧光玻璃陶瓷的激光加工方法，其特征在于，在S1步骤中，所述膜为UV膜，所述UV膜的厚度为150um。
3.如权利要求1所述的一种荧光玻璃陶瓷的激光加工方法，其特征在于，在S2步骤中，在进行加工矩形形状时，采用“井”字模型进行整体加工。
4.如权利要求1所述的一种荧光玻璃陶瓷的激光加工方法，其特征在于，在S2步骤中，在进行加工圆孔或环形时，采用同心圆模型或螺旋模型进行加工。
5.如权利要求3或4所述的一种荧光玻璃陶瓷的激光加工方法，其特征在于，所述激光加工装置还设有动态振镜模式，所述动态振镜模式由电机控制振镜的升降。
6.如权利要求1所述的一种荧光玻璃陶瓷的激光加工方法，其特征在于，在S3步骤中，所述解胶机采用功率在200-400W之间的紫外灯，解胶时间在15-20秒之间。
7.如权利要求1所述的一种荧光玻璃陶瓷的激光加工方法，其特征在于，在S4步骤中，所述薄膜的厚度在100-150um之间。
8.一种用于荧光玻璃陶瓷的激光加工装置，其特征在于，包括：
激光发生组件，所述激光发射组件用于发射激光光束及对光束进行调节处理；
加工组件，所述加工组件用于二维扫描及光束聚焦加工；
其中，
所述激光发生组件包括：用于发射激光光束激光器、用于光束扩束及发散角处理的扩束镜、用于过滤杂光及光束整形的光兰；
所述加工组件包括：用于二维扫描的扫描器件，用于光束聚焦加工的聚焦镜，所述扫描器件为二维扫描振镜；
所述激光发生组件与加工组件之间设有反射镜。
9.如权利要求8所述的一种用于荧光玻璃陶瓷的激光加工装置，其特征在于，所述激光器采用波段在400nm以上的光，所述激光器的脉冲宽度为纳秒级别或飞秒级别。
10.如权利要求8所述的一种用于荧光玻璃陶瓷的激光加工装置，其特征在于，在所述加工组件中，所述扫描器件还可以为转动棱镜。
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