CN102717195A - 一种双波长激光切割钢化玻璃的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双波长激光切割钢化玻璃的方法，所述方法包含有以下步骤：步骤一、波长为515nm～532nm的激光将焦点聚焦到钢化玻璃的下表面上；步骤二、激光的聚焦焦点按切割形状在钢化玻璃的下表面上移动；步骤三、将激光聚焦焦点由下往上移动，并重复步骤二，直至距离上表面100μm～300μm；步骤四、波长为190nm～355nm的激光将焦点聚焦到钢化玻璃的上表面；步骤五、激光的聚焦焦点按切割形状在钢化玻璃的上表面上移动；步骤六、将激光聚焦焦点由上往下移动，并重复步骤五，直至将剩余的厚度为100μm～300μm的玻璃去除，从而完成整个切割过程。本发明涉及一种双波长激光切割钢化玻璃的方法，切割良品率高且切割效率高。

Description

一种双波长激光切割钢化玻璃的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种双波长激光切割钢化玻璃的方法及其装置，属于盖板玻璃、触屏和玻璃激光微加工领域。 

背景技术

由于手机触摸屏、晶圆玻璃产品持续增长需求，对于玻璃强化程度要求不断增加，玻璃强度主要以钢化深度来衡量，钢化层深度主要在0um~40um变化。

钢化玻璃是一种预应力玻璃，为提高玻璃的强度,通常使用化学或物理的方法，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，寒暑性，冲击性等。 一般的钢化玻璃存在难切割和切割效果较差问题，无法满足触摸屏和晶圆半导体行业的要求。

传统的钢化玻璃切割方式以刀轮切割为主，通过数控机床控制刀轮切割位置，利用CCD对位，完成钢化玻璃切割。切割中刀轮与玻璃接触，由于存在压应力，使钢化玻璃易碎裂，切割良品率较低，且刀轮在长时间的磨损中，也易损坏，需要经常更换。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种切割良品率高且切割效率高的双波长激光切割钢化玻璃的方法及其装置。

本发明的目的是这样实现的：一种双波长激光切割钢化玻璃的方法，所述方法包含有以下步骤：

步骤一、波长为515nm～532nm的激光将焦点聚焦到钢化玻璃的下表面上；

步骤二、激光的聚焦焦点按切割形状在钢化玻璃的下表面上移动，在移动过程中，在移动轨迹内的钢化玻璃气化，从而按切割形状形成切割沟道；

步骤三、将激光聚焦焦点由下往上移动，并重复步骤二，直至切割沟道距离上表面100um～300um；

步骤四、波长为190nm～355nm的激光将焦点聚焦到钢化玻璃的上表面；

步骤五、激光的聚焦焦点按切割形状在钢化玻璃的上表面上移动，在移动过程中，在移动轨迹内的钢化玻璃气化，从而按切割形状形成切割沟道；

步骤五、将激光聚焦焦点由上往下移动，并重复步骤五，直至将剩余的厚度为100um～300um的玻璃去除，从而完成整个切割过程。

本发明一种双波长激光切割钢化玻璃的方法，上述步骤一和步骤四中的激光的脉宽均为100ps～100ns，频率均为1KHz～1000KHz。

本发明一种双波长激光切割钢化玻璃的方法的实现装置，所述装置包含有激光器，所述激光器发出波长为515nm～532nm的绿光激光和波长为190nm～355nm紫外激光这两种激光，所述激光器发出的激光经光闸后射向全反全透镜，全反全透镜将波长为515nm～532nm的绿光激光全部反射，将波长为190nm～355nm紫外激光全部透射，混合有绿光波长和紫外波长的两路激光经全反全透镜分别反射和折射后，绿光波长的激光和紫外波长的激光分别沿两条光路前进，绿光波长的激光依次经扩束镜二、半波片一、格兰棱镜一和激光经聚焦镜一后进入扫描场镜一；另一路紫外波长的激光依次经扩束镜一、半波片二、格兰棱镜二、反射镜二和聚焦镜二后进入扫描场镜二，射出扫描场镜一的绿光波长的激光和射出扫描场镜二的紫外波长的激光分别均射向置于载物平台上的加工物件。

本发明一种双波长激光切割钢化玻璃的装置，所述描场镜一和扫描场镜二上分别安装有CCD系统一和CCD系统二，且CCD系统一和CCD系统二的镜头均朝向加工物件。

本发明一种双波长激光切割钢化玻璃的装置，所述载物平台的两侧分别安装有吹气装置和集尘装置。

本发明一种双波长激光切割钢化玻璃的装置，经全反全透镜分离后的绿光波长的激光的光路上设置有反射镜三，经全反全透镜分离后的紫外波长的激光的光路上设置有反射镜一和反射镜二。

本发明一种双波长激光切割钢化玻璃的装置，所述反射镜一、反射镜二和反射镜三均分别与入射到其表面的光路呈45°。

本发明另一种一种双波长激光切割钢化玻璃的装置，所述装置包含有两个激光器，一个激光器发出波长为515nm～532nm的绿光激光，另一个激光器发出波长为190nm～355nm紫外激光，绿光激光依次经扩束镜、半波片、格兰棱镜、反射镜和聚焦镜后进入扫描场镜，紫外激光同样经扩束镜、半波片、格兰棱镜、反射镜和聚焦镜后进入另一扫描场镜，，且射出两个扫描场镜的激光均射向置于载物平台上的加工物件；两个扫描场镜上均安装有CCD系统；所述载物平台的两侧分别安装有吹气装置和集尘装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的双波长激光切割可以改善传统切割方式存在的问题，而且激光具有非接触、无污染环境、易控制等特性；经过试验研究，先用绿光聚焦于玻璃下表面，从下至上切割玻璃，预留100um~300um厚度，然后换用紫外激光聚焦于玻璃上表面，从上往下切割，将绿光切割预留部分全部切除，这种切割方式可以克服传统切割方式的难题，而且也避免了单一波长激光切割钢化玻璃时，玻璃边缘崩边大的问题，为钢化玻璃难加工、加工效果差给予了解决方案。

附图说明

图1为本发明一种双波长激光切割钢化玻璃的装置的结构示意图。

其中：

激光器1、光闸2、全反全透镜3、反射镜一4、扩束镜一5、扩束镜二6、半波片一7、格兰棱镜一8、反射镜三9、聚焦镜一10、扫描场镜一11、CCD系统一12、半波片二13、格兰棱镜二14、反射镜二15、聚焦镜二16、扫描场镜二17、CCD系统二18、吹气装置19、加工物件20、载物平台21、集尘装置22。

具体实施方式

参见图1，本发明涉及的一种双波长激光切割钢化玻璃的方法，所述方法包含有以下步骤：

步骤一、波长为515nm～532nm、脉宽为100ps～100ns、频率为1KHz～1000KHz的激光将焦点聚焦到钢化玻璃的下表面上；

步骤二、激光的聚焦焦点按切割形状在钢化玻璃的下表面上移动，在移动过程中，在移动轨迹内的钢化玻璃气化，从而形成切割形状所需的切割沟道；

步骤三、将激光聚焦焦点由下往上移动，并重复步骤二，直至切割沟道距离上表面100um～300um；

步骤四、波长为190nm～355nm，脉宽在100ps～100ns，频率在1KHz～1000KHz的激光将焦点聚焦到钢化玻璃的上表面；

步骤五、激光的聚焦焦点按切割形状在钢化玻璃的上表面上移动，在移动过程中，在移动轨迹内的钢化玻璃气化，从而形成切割形状所需的切割沟道；

步骤五、将激光聚焦焦点由上往下移动，并重复步骤五，直至将剩余的厚度为100um～300um的玻璃去除，从而完成整个切割过程。

双波长切割优越性在于该加工方法克服单波长激光加工效果差、成品率低问题。研究实验发现，用单一的绿光（波长为515nm～532nm）至下往上切穿玻璃时，切割到玻璃上表面时容易在玻璃上表面切割边缘处形成较大的崩边，无法达到加工要求；同样利用紫外激光（波长为190nm～355nm），至上而下加工时，当紫外激光切穿下表面时，会在玻璃下表面切割边缘留下无法容忍的崩边，导致成品率较低的现象。

上述方法可由以下一种双波长激光切割钢化玻璃的装置实现；

本发明涉及的一种双波长激光切割钢化玻璃的装置，所述装置包含有激光器1，所述激光器1为双波长高频率短脉冲激光机，即激光器1可发出波长为515nm～532nm的绿光激光和波长为190nm～355nm紫外激光这两种激光，所述激光器1发出的激光经光闸2后射向全反全透镜3，全反全透镜3将波长为515nm～532nm的绿光激光全部反射，将波长为190nm～355nm紫外激光全部透射，混合有绿光波长和紫外波长的两路激光经全反全透镜3分别反射和折射后，绿光波长的激光和紫外波长的激光分别沿两条光路前进，绿光波长的激光经扩束镜二6、半波片一7和格兰棱镜一8后入射到反射镜三9上改变光路方向，经反射镜三9改变光路后的激光经聚焦镜一10后进入扫描场镜一11，随后由扫描场镜一11将激光射向置于载物平台21上的加工物件20；另一路紫外波长的激光经反射镜一4改变光路方向后依次经扩束镜一5、半波片二13、格兰棱镜二14、反射镜二15和聚焦镜二16后进入扫描场镜二17，随后由扫描场镜二17将激光射向加工物件20，所述描场镜一11和扫描场镜二17上分别安装有CCD系统一12和CCD系统二18，且CCD系统一12和CCD系统二18的镜头均朝向加工物件20，所述载物平台21的两侧分别安装有吹气装置19和集尘装置22。

本发明通过使用双波长高频率的绿光紫外脉冲激光器作为激光源，通过CCD抓靶加工材料的靶标位置，确定加工图形与平台上的样品位置一一对应，对钢化玻璃用绿光先切割，再利用紫外激光二次对位切割预留厚度，产生的粉尘在经过特制的吹气系统和大流量积尘系统集尘，实现钢化玻璃切割，加工出无污染、切割效果优良的触摸屏和晶圆玻璃等电子行业产品。

同时，本发明也可由以下一种双波长激光切割钢化玻璃的装置实现；

本发明涉及的一种双波长激光切割钢化玻璃的装置，所述装置包含有两个激光器，一个激光器发出波长为515nm～532nm的绿光激光，另一个激光器发出波长为190nm～355nm紫外激光（且绿光激光和紫外激光的脉宽均为100ps～100ns，频率均为1KHz～1000KHz），绿光激光依次经扩束镜、半波片、格兰棱镜、反射镜和聚焦镜后进入扫描场镜，紫外激光同样经扩束镜、半波片、格兰棱镜、反射镜和聚焦镜后进入另一扫描场镜，两个扫描场镜上均安装有CCD系统，且射出两个扫描场镜的激光均射向加工物件。

Claims (10)

1.一种双波长激光切割钢化玻璃的方法，其特征在于：所述方法包含有以下步骤：

步骤一、波长为515nm～532nm的激光将焦点聚焦到钢化玻璃的下表面上；

步骤二、激光的聚焦焦点按切割形状在钢化玻璃的下表面上移动，在移动过程中，在移动轨迹内的钢化玻璃气化，从而按切割形状形成切割沟道；

步骤三、将激光聚焦焦点由下往上移动，并重复步骤二，直至切割沟道距离上表面100um～300um；

步骤四、波长为190nm～355nm的激光将焦点聚焦到钢化玻璃的上表面；

步骤五、激光的聚焦焦点按切割形状在钢化玻璃的上表面上移动，在移动过程中，在移动轨迹内的钢化玻璃气化，从而按切割形状形成切割沟道；

步骤五、将激光聚焦焦点由上往下移动，并重复步骤五，直至将剩余的厚度为100um～300um的玻璃去除，从而完成整个切割过程。

2.如权利要求1所述一种双波长激光切割钢化玻璃的方法，其特征在于：上述步骤一和步骤四中的激光的脉宽均为100ps～100ns，频率均为1KHz～1000KHz。

3.如权利要求1所述一种双波长激光切割钢化玻璃的方法的实现装置，其特征在于：所述装置包含有激光器（1），所述激光器（1）发出波长为515nm～532nm的绿光激光和波长为190nm～355nm紫外激光这两种激光，所述激光器（1）发出的激光经光闸（2）后射向全反全透镜（3），全反全透镜（3）将波长为515nm～532nm的绿光激光全部反射，将波长为190nm～355nm紫外激光全部透射，混合有绿光波长和紫外波长的两路激光经全反全透镜（3）分别反射和折射后，绿光波长的激光和紫外波长的激光分别沿两条光路前进，绿光波长的激光依次经扩束镜二（6）、半波片一（7）、格兰棱镜一（8）和激光经聚焦镜一（10）后进入扫描场镜一（11）；另一路紫外波长的激光依次经扩束镜一（5）、半波片二（13）、格兰棱镜二（14）、反射镜二（15）和聚焦镜二（16）后进入扫描场镜二（17），射出扫描场镜一（11）的绿光波长的激光和射出扫描场镜二（17）的紫外波长的激光分别均射向置于载物平台（21）上的加工物件（20）。

4.如权利要求3所述一种双波长激光切割钢化玻璃的装置，其特征在于：所述描场镜一（11）和扫描场镜二（17）上分别安装有CCD系统一（12）和CCD系统二（18），且CCD系统一（12）和CCD系统二（18）的镜头均朝向加工物件（20）。

5.如权利要求3所述一种双波长激光切割钢化玻璃的装置，其特征在于：所述载物平台（21）的两侧分别安装有吹气装置（19）和集尘装置（22）。

6.如权利要求3所述一种双波长激光切割钢化玻璃的装置，其特征在于：经全反全透镜（3）分离后的绿光波长的激光的光路上设置有反射镜三（9），经全反全透镜（3）分离后的紫外波长的激光的光路上设置有反射镜一（4）和反射镜二（15）。

7.如权利要求6所述一种双波长激光切割钢化玻璃的装置，其特征在于：所述反射镜一（4）、反射镜二（15）和反射镜三（9）均分别与入射到其表面的光路呈45°。

8.如权利要求1所述一种双波长激光切割钢化玻璃的方法的实现装置，其特征在于：所述装置包含有两个激光器，一个激光器发出波长为515nm～532nm的绿光激光，另一个激光器发出波长为190nm～355nm紫外激光，绿光激光依次经扩束镜、半波片、格兰棱镜、反射镜和聚焦镜后进入扫描场镜，紫外激光同样经扩束镜、半波片、格兰棱镜、反射镜和聚焦镜后进入另一扫描场镜，，且射出两个扫描场镜的激光均射向置于载物平台上的加工物件。

9.如权利要求8所述一种双波长激光切割钢化玻璃的装置，其特征在于：两个扫描场镜上均安装有CCD系统。

10.如权利要求8所述一种双波长激光切割钢化玻璃的装置，其特征在于：所述载物平台的两侧分别安装有吹气装置和集尘装置。