JP6705014B2 - サファイアを切断するための方法及び装置 - Google Patents
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Description
従来のサファイア加工は、サファイア裸石シートを加工した後に塗装を行うため、工程が複雑で非効率的である。市場からの希望が高まるにつれて、サファイアの加工について、コーティング付きのサファイア複合材を直接加工する方法が出ている。
第一のCO2レーザービームをCO2集束モジュールによって前記コーティングに集束させることにより、前記コーティングを、第一の経路に沿って、所定の厚さだけ除去し、前記コーティングを除去すると同時に、前記コーティングを除去する際に生じた粉塵とチップを除去することと、
超高速レーザービームをビーム整形モジュールによって前記サファイア本体に集束させることにより、前記第一の経路と重なる第二の経路に沿って分布するとともに前記サファイアを貫通する複数の改質領域を形成することと、
第二のCO2レーザービームを検流計集束モジュールを通して、第二のCO2レーザービームに前記第二の経路と重なるまたは前記第二の経路からオフセットしている経路に沿って前記サファイア本体をスキャンさせ、前記サファイアを前記改質領域に沿って裂くこととを含む。
第一のCO2レーザービームを発生させるための第一のCO2レーザー発生装置と、
前記第一のCO2レーザー発生装置に設置され、前記第一のCO2レーザービームを前記コーティングに集束させることにより、前記コーティングを、第一の経路に沿って、所定の厚さだけ除去するためのCO2集束モジュールと、
前記CO2集束モジュールに設置され、コーティングを除去する際に生じた粉塵とチップを吹き除くための送気モジュールと、
前記粉塵と前記チップを吸い取るための粉塵吸引モジュールと、
超高速レーザービームを発生させるための超高速レーザー発生装置と、
前記超高速レーザー発生装置に設置され、前記超高速レーザービームを前記サファイア本体に集束させることにより、第二の経路に沿って分布するとともに前記サファイアを貫通する複数の改質領域を形成するためのビーム整形モジュールと、
第二のCO2レーザービームを発生させるための第二のCO2レーザー発生装置と、
前記第二のCO2レーザー発生装置に設置され、前記第二のCO2レーザービームに前記サファイア本体をスキャンさせることにより、前記サファイアを前記改質領域に沿って裂くための検流計集束モジュールとを含む。
上式において、Upはパルス重畳比(重畳率)であり、ωはスポットのビームウエスト半径であって単位がμmであり、vは速度であって単位がmm/sであり、fは周波数であって単位がKHzである。
Claims (16)
- サファイア本体と、前記サファイア本体上に形成されているコーティングとを含むサファイアを切断するための方法であって、
第一のCO2レーザービームをCO2集束モジュールによって前記コーティングに集束させることにより、前記コーティングを、第一の経路に沿って、所定の厚さだけ除去し、
前記コーティングを除去すると同時に、前記コーティングを除去する際に生じた粉塵とチップを除去することと、
パルス幅が100fs〜50psの赤外レーザービームまたは緑色レーザービームである改質領域形成レーザービームをビーム整形モジュールによって前記サファイア本体に集束させることにより、前記第一の経路と重なる第二の経路に沿って分布するとともに前記サファイアを貫通する複数の改質領域を形成することと、
第二のCO2レーザービームを切断集束モジュールを通して、第二のCO2レーザービームに前記第二の経路と重なるまたは前記第二の経路からオフセットしている経路に沿って前記サファイア本体をスキャンさせ、前記サファイアを前記改質領域に沿って裂くことと、
を含むことを特徴とするサファイアを切断するための方法。 - 前記第一のCO2レーザービームを前記CO2集束モジュールによって前記コーティングに集束させる前に、さらに、
前記コーティングの前記サファイア本体から離れた側に保護フィルムを貼付すること
を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記第一のCO2レーザービームが前記CO2集束モジュールによって前記コーティングに集束してなるスポットは、ガウススポット、トップハットスポット、またはM形スポットであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第一のCO2レーザービームが前記CO2集束モジュールによって前記コーティングに集束してなるスポットの重畳率は50%〜90%であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第一のCO2レーザービームは、周波数が1KHz〜20KHzであり、速度が10mm/s〜500mm/sであり、前記第一のCO2レーザービームのスポットの直径は20μm〜100μmであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記所定の厚さは10μm〜200μmであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記所定の厚さは前記コーティングの厚さに等しいことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記改質領域形成レーザービームをビーム整形モジュールによって前記サファイア本体に集束させる前に、さらに、
位置決めシステムにより、前記第一の経路と前記第二の経路が重なるように、前記ビーム整形モジュールに対して位置決めを行うこと
を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記第一の経路と前記第二の経路はいずれも円弧状の曲線であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- ロングフォーカス・パンフォーカスシステムまたはレーザーフィラメンテーションを用いた加工により、前記サファイアを貫通する前記改質領域を形成することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記改質領域形成レーザービームは、一または複数のパルス列を有するレーザービームであり、前記パルス列ずつ、パルスレーザービームが一つの前記改質領域を生成することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第二のCO2レーザービームが前記切断集束モジュールによって前記サファイア本体に集束してなるスポットの重畳率は70%〜95%であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第二のCO2レーザービームが前記切断集束モジュールを通って前記サファイア本体をスキャンする経路が前記第二の経路からオフセットしている距離は、2mmより小さいまたは2mmに等しいことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第二のCO2レーザービームが前記切断集束モジュールによって前記サファイア本体に集束してなるスポットの直径は50μm〜3000μmであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- サファイアを切断するための装置であって、
第一のCO2レーザービームを発生させるための第一のCO2レーザー発生装置と、
前記第一のCO2レーザー発生装置に設置され、前記第一のCO2レーザービームをコーティングに集束させることにより、前記コーティングを、第一の経路に沿って、所定の厚さだけ除去するためのCO2集束モジュールと、
前記CO2集束モジュールに設置され、コーティングを除去する際に生じた粉塵とチップを吹き除くための送気モジュールと、
前記粉塵と前記チップを吸い取るための粉塵吸引モジュールと、
パルス幅が100fs〜50psの赤外レーザービームまたは緑色レーザービームである改質領域形成レーザービームを発生させるための改質領域形成レーザー発生装置と、
前記改質領域形成レーザー発生装置に設置され、前記改質領域形成レーザービームを前記サファイア本体に集束させることにより、第二の経路に沿って分布するとともに前記サファイアを貫通する複数の改質領域を形成するためのビーム整形モジュールと、
第二のCO2レーザービームを発生させるための第二のCO2レーザー発生装置と、
前記第二のCO2レーザー発生装置に設置され、前記第二のCO2レーザービームに前記サファイア本体をスキャンさせることにより、前記サファイアを前記改質領域に沿って裂くための切断集束モジュールと、
を含むことを特徴とするサファイアを切断するための装置。 - 前記送気モジュールと前記CO2集束モジュールとは同軸に設置されていることを特徴とする請求項15に記載の装置。
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