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yobo体育下载-光纤激光器切割蓝宝石基片工艺研究

发布日期:2021-11-10 12:11

本文摘要:第一章蓝宝石具有低耐磨性、高硬度、优异的导热性、电绝缘性和稳定的化学性能等优异的理化特性,广泛应用于高端智能手机、平板电脑、平板电视等电子显示行业。蓝宝石是一种软而脆的材料,因此在传统加工中不存在裂纹、碎片、脱层、死边、边缘裂纹等缺陷,刀具不易磨损。 由于蓝宝石具有良好的化学稳定性,传统的化学加工方法无法加工。而激光切割技术是一种高速、高质量的切割方式,不仅加工速度快、切口质量好,而且可以对给定的图案进行铺展切割。

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第一章蓝宝石具有低耐磨性、高硬度、优异的导热性、电绝缘性和稳定的化学性能等优异的理化特性,广泛应用于高端智能手机、平板电脑、平板电视等电子显示行业。蓝宝石是一种软而脆的材料,因此在传统加工中不存在裂纹、碎片、脱层、死边、边缘裂纹等缺陷,刀具不易磨损。

由于蓝宝石具有良好的化学稳定性,传统的化学加工方法无法加工。而激光切割技术是一种高速、高质量的切割方式,不仅加工速度快、切口质量好,而且可以对给定的图案进行铺展切割。一般来说,用于切割蓝宝石的激光器主要有非脉冲激光器、钕钇铝石榴石激光器和紫外激光器。皮秒和飞秒非脉冲激光加工蓝宝石的热影响区小,但光子能量损失大,材料去除率低,加工区域周围形成不规则的纳米晶体形状和裂纹,在起始区域表面形成波纹,加工设备成本高;由于蓝宝石对1070 MNDYAG红外激光的吸收率很低,加工蓝宝石必须增加激光能量密度,因此加工蓝宝石比较困难,没有明显的热效应和严重的再凝聚,目前用紫外激光(=355nm)切割蓝宝石衬底时,由于激光功率低,焦深短,蓝宝石去除率低, 并且当聚焦方向发生较大变化时,蓝宝石切割不能通过多次切割来构建,这使得紫外激光切割蓝宝石的切割效率较低。

光纤激光器具有更好的稳定性、更好的光束质量和更低的能量密度,在切割软、脆性材料和硬质板材方面比钕钇铝石榴石激光器具有明显的优势。利用光纤激光聚变维持气体对蓝宝石晶片进行切割,分析了切割过程中工艺参数的影响规律。

实验装置和材料实验装置如图1右图所示。激光通过光纤传输到光束镜,然后通过讨论镜。

最后在焦平面获得直径20m的激光光斑;自动控制系统控制移动平台在x和y方向移动。实验中使用的光纤激光器脉冲长度为0.13 ~ 0.2毫秒,波长为1070纳米,光斑直径为20米,重复频率为0 ~ 5千赫兹,能量密度变化范围为0 ~ 2.4105焦耳/平方厘米,切割速度变化范围为0 ~ 100毫米/秒。加工用辅助气体为N2,燃烧室直径为2毫米。

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实验样品为光学级c面(0001)蓝宝石衬底,直径2英寸(1英寸=2.54厘米),厚度0.31毫米,蓝宝石衬底的热性能参数见表1。实验前,样品依次经过丙酮超声波清洗、去离子水清洗和无尘环境浸泡处理;实验结束后必须严格去除:先用KOH溶液去除5min,再依次用丙酮溶液、无水乙醇和去离子水去除5min,最后在无尘环境中浸泡。用三维(3D)彩色激光显微镜VK-8700仔细观察激光切割的样品边缘。

3结果和争论3.1激光能量密度对蓝宝石加工质量的影响图2响应激光能量密度对激光切割蓝宝石边缘尺寸的影响。激光重复频率为1千赫兹,切割速度为10毫米/秒,辅助气体为N2,气压为1兆帕,脉冲长度为0.13毫秒,激光能量密度为5.6-11.310焦耳/平方厘米。

从图2可以看出,随着激光能量密度的降低,蓝宝石的前后死边尺寸增大,但前后死边尺寸变化较小,基本小于5m。图3是蓝宝石正面激光能量密度的效应图。从图3可以看出,前端加工形貌没有锯齿,主要是激光频率低导致的光斑分离现象造成的。

改变锯齿现象的途径可以通过改变激光切割速度和重复频率来调节,当激光能量密度降低到一定大小时,前缘的大小超过饱和状态。这是因为当激光脉冲能量密度超过去除阈值时,锯齿形状逐渐无限大于光斑轮廓;之后能量密度降低。在脉冲开始时间内,材料的热扩散和等离子体的组成使材料表面的去除量减少,形成的锯齿有不断扩大的趋势。


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