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QCW光纤激光切割蓝宝石技巧

时间:2019-07-19
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蓝宝石晶体的化学成分是氧化铝(Al2O3)。蓝宝石材料因其高耐磨性,高硬度,优异的导热性,电绝缘性和稳定的化学性质而被广泛用于高端智能中。移动显示器,平板电脑,平板电视等电子显示屏行业。由于蓝宝石是一种硬而脆的材料,传统的加工存在裂纹,切屑,分层,碎裂,边缘开裂和刀具磨损等缺陷,并且由于蓝宝石的良好化学稳定性,传统的化学加工方法难以加工。激光切割技术是一种高速,高质量的切割方法。切割蓝宝石晶圆不仅具有高加工速度,良好的切割质量,而且还可以切割任何图案。 QCW准连续光纤激光器具有更好的稳定性和光束质量以及更高的能量密度。与Nd:YAG激光切割相比,它们在切割硬脆材料方面具有明显的优势。 QCW准连续光纤激光器与保护气体相结合,可切割蓝宝石晶圆。热影响区小,加工区表面不形成波纹,加工设备成本低,因此广泛应用于蓝宝石加工领域。

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切割蓝宝石操作和注意事项

QCW切割蓝宝石的原理如图1所示。激光通过光纤传输到准直镜,然后通过聚焦镜。最后,在焦平面中获得聚焦光斑,然后将其应用于蓝宝石表面以进行切割。自动控制系统在X和Y方向上控制移动平台。移动。使用QCW准连续光纤激光器切割光学级蓝宝石衬底,厚度为0.52mm,直径为5mm。

应用脉冲宽度为0.15~0.18 ms,波长为1070 nm,光斑直径为15μm,重复频率为0~5 kHz,能量密度为0~2.4×105 J/cm2,切割速度从0到50毫米/秒不等。该过程使用氮气作为辅助气体,喷嘴直径为0.5-1mm。

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图1设备示意图

使用Ricoh激光器150W QCW准连续激光切割蓝宝石衬底材料,如图2所示:

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图2 Ruike 150W QCW准连续光纤激光器

01,起始行位置选择

首先,在蓝宝石切割软件中设置起始线的位置。我们通过改变角度θ(起始线和材料边缘之间的角度)来改变起始线的位置,如图3所示。并观察和分析切割线位置对切割的影响质量。 θ由15o,30o,45o,60o,75o和90o选择,起始线的长度为0.3mm。在确定切割线的位置之后,进行测试。

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图3切割线示意图

当激光刚刚碰到蓝宝石材料的表面时,会发生剧烈的反应。为了消除切割开始时的不利影响,在切割正式图案之前添加的切割线的一部分,即起始线,也称为辅助线。切割线的切割角度也是影响切割质量的重要因素。通过实验已经发现,当角度为30°或90°时,基本上消除了溅射长度。

02,切割结果和分析

使用氮气作为辅助气体,喷嘴直径为0.5mm。切割蓝宝石孔的效果如下所示:

从最终切割样本照片中可以看出:

1.在显微镜下,切割的蓝宝石边缘光滑,基本没有渣滓,没有毛刺;

2.切割表面几乎没有斜度,锥度在100以内;

3.蓝宝石前缘切割效果更好,切屑尺寸的塌陷尺寸小于背面塌陷尺寸,并且背面塌陷量也控制在10μm以下。

03,注意事项

影响蓝宝石坍塌量的一个非常重要的因素是激光能量密度。激光能量密度越高,蓝宝石背面的碎裂现象越明显,切屑的尺寸越大,因此可以减少激光功率,同时确保蓝宝石可以穿透。蓝宝石背面的坍塌有一些改善,但能量越小,背面的残留物越严重,并且不容易去除。如果适当增加激光能量,则可以将蓝宝石背面上的熔融材料制成粉末,这可以改变蓝宝石背面的切割效果。

瑞科150W QCW准连续光纤激光器技术参数

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QCW切割蓝宝石材料工艺参数

影响蓝宝石切割质量的几个主要因素

为了获得良好的表面质量等级,有必要优化工艺参数,例如激光功率和切割速度。以下是影响蓝宝石切割质量的几个主要因素。

01,激光功率

激光能量是激光切割蓝宝石衬底的主要能量来源。激光功率和切割速度决定了蓝宝石衬底的能量输入。激光功率的大小对切割有重要影响。当其他工艺参数如切削速度和辅助气压恒定时,切口宽度与激光功率的增加呈现线性比例关系。如果激光功率太小,则不会透明。当功率增加时,狭缝宽度增加,端面粗糙度增加,并且激光功率在激光切割期间预期尽可能大,这可以充分发挥激光的功率优势并提高效率。

02,切割速度

对于给定的蓝宝石材料和激光功率,切割速度通常与经验公式一致。只要它高于阈值,材料的切割速度与激光功率成比例,即增加功率可以提高切割速度。对于切割蓝宝石,激光切割速度可以具有相对调整范围,而其他工艺参数保持不变。

切割速度小,切口宽度大,切口粗糙度大,切割速度大,切口宽度和粗糙度小,并且在超过最佳切割速度后粗糙度缓慢增加。如果切割速度太高,则切口刮渣更多或不可渗透;如果切割速度太低,则材料过烧,切口宽度和热影响区很大。为了提高切割质量,在其他工艺参数不变的情况下优化切割速度。

03,辅助气体

除了用于从切割区吹掉炉渣以除去切口的惰性气体和活性气体的辅助气体之外,使用氮气作为蓝宝石材料可以抑制切割区域的过度燃烧。

对辅助气体进行激光切割的基本要求是气体流速大,因此有足够的氮气与切口材料发生放热反应,并且有足够的能量吹掉切口处的熔融材料。当高速切割蓝宝石时,增加气体压力可以提高切割速度并防止在切口背面产生熔渣。但是,压力太大,切割表面变得粗糙。在切割过程中,氮中所含的杂质会对切割质量产生不利影响,因此氮的纯度很高。 (这篇文章是Ruike Laser允许的,从我们的网络开始,来源:激光制造网络)

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