CN103056903A - 一种易碎超薄片或薄膜材料的切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种易碎超薄片或薄膜材料的切割方法，该方法涉及的真空吸附装置是由吸附面工作台、步进电机、真空泵、硅片、切割工具组成，采用机械刀具或锋利金属丝或飞秒激光或聚焦离子束等切割工具，作用在易碎超薄片或薄膜材料上，使其按要求被切割开，将切割工具沿切割断面垂直方向平移规定距离，再将切割工具作用在易碎超薄片或薄膜材料上，使其按要求被切割开，按照这种方式进行重复，直到完成切割要求的样品数目为止。
Description
技术领域：
本发明涉及一种易碎超薄片或薄膜材料的切割方法，属于一种易碎超薄片或薄膜材料被无损切割成微米级尺寸样品的方法。
背景技术：
由于实际需要，经常要将易碎超薄片或薄膜材料切割成微米级尺寸的样品。但是在易碎超薄片或薄膜材料切割成微米级尺寸的过程切割过程中存在两方面的问题。首先，由于切割工具与易碎超薄片或薄膜材料相互接触时存在至少一种的相互作用力，容易使得易碎超薄片或薄膜材料在切割过程中发生位移，使得每一次切割工具与易碎超薄片或薄膜作用前都必须重新对准，才能保证最终要求样品的尺寸和数目，这不仅增加了切割的难度还降低了切割的精度。其次，由于切割最终所得样品为易碎超薄片或薄膜材料切割成微米级尺寸的样品，切割过程中由于切割工具与样品之间的相互作用力或者其他因素有可能导致微米级样品的破损或者位移甚至遗失。因此在切割过程中我们需要将易碎超薄片或薄膜无损的固定在工作台面上，且保证切割作业完成后，样品可以无损的与固定工作台面分开，以便转移。
常见的固定方法有三种，一种是利用夹持工具将超薄片或薄膜夹持固定在工作台面上；第二种是将超薄片或者薄膜材料用胶粘在工作台面上；第三种是在工作台面上开设吸附孔，以使工作台的上表面形成吸附面，吸附孔通过设置在工作台面下侧的吸附管道与真空泵相连通，切割作业时，真空泵工作，超薄片或薄膜被吸附在工作台面上。
然而，现有的工件固定方法均存在缺陷。当采用夹具夹持易碎超薄片或薄膜时，切割下的中间部分便不能得到固定，若超薄片或薄膜材料的脆性较大，夹具夹持过程中很容易将材料夹碎，因而造成材料的破损，使材料质量受到严重影响，比如当夹持超薄的陶瓷材料时，陶瓷很容易被夹碎；当采用胶粘方法将超薄片或薄膜材料固定在工作台面上时，完成切割再次分离样品和工作台面时，很难保证微米级样品的质量；当采用传统真空吸附的方法固定易碎超薄片或薄膜时，不能保证切割下的微米级样品都恰好覆盖至少一个吸附孔上，因而无法保证切割样品的全部固定，且切割过程中自材料上掉下的碎屑将会在真空吸附的作用下进入吸附孔，从而造成吸附管道的堵塞，甚至损坏真空泵。
发明内容：
本发明目的在于，提供一种易碎超薄片或薄膜材料的切割方法，该方法涉及的真空吸附装置是由吸附面工作台、步进电机、真空泵、硅片、切割工具组成，采用机械刀具或锋利金属丝或飞秒激光或聚焦离子束等切割工具，作用在易碎超薄片或薄膜材料上，使其按要求被切割开，将切割工具沿切割断面垂直方向平移，再将切割工具作用在易碎超薄片或薄膜材料上，使其按要求被切割开，按照这种方式进行重复，直到完成切割要求的样品数目为止。
本发明所述的一种易碎超薄片或薄膜材料的切割方法，该方法中涉及的真空吸附装置是由吸附面工作台、步进电机、真空泵、硅片、切割工具组成，具体操作按下列步骤进行：
a、在带有吸附孔（6）的吸附面工作台（2）上铺设带有孔（8）的透气硅片（5），将易碎超薄片或薄膜材料（1）放置在透气硅片（5）上；
b、开启真空泵（3），通过吸附面工作台（2）上的孔（6）和透气硅片（5）上的孔（7）将易碎超薄片或薄膜材料（1）被吸附在透气硅片（5）上；
c、采用切割工具对易碎超薄片或薄膜材料（1）进行切割开；
d、在易碎超薄片或薄膜材料（1）被切割开后，将切割工具通过步进电机（4）控制沿切割断面垂直方向平移100-300um；
e、待易碎超薄片或薄膜材料（1）完全切割成微米级样品后，关闭真空泵（3），吸附面工作台（2）与透气硅片（5）脱离吸附，易碎超薄片或薄膜材料（1）即可分离。
步骤a中的吸附面工作台（2）上的吸附孔（6）与真空泵（3）连接。
步骤a中所述的透气硅片（5）的厚度为30-100μm，透气硅片（5）上的孔（7）为0.5-10μm，间距为5-10μm。
步骤a中吸附面工作台（2）与透气硅片（5）之间的负压值为-50～-25kpa。
步骤b易碎超薄片或薄膜材料（1）为超薄陶瓷薄片、陶瓷薄膜、超薄芯片或超薄食品。
步骤c中的切割工具为机械刀具或锋利金属丝或飞秒激光或聚焦离子束，其中机械刀具的刀锋为10-30nm，锋利金属丝的线宽为5-30nm。
本发明所述的一种易碎超薄片或薄膜材料的切割方法，该方法在切割过程中固定样品的工作台是一个带有吸附孔的吸附面工作台，在工作台上的吸附面上加载一片带有紧密透气孔的厚度为30～100μm的硅片，在工作台的吸附面上先将硅片吸附在表面，使吸附面与可透气硅片之间形成-50～-25kpa的负压，进一步使可透气硅片的透气孔成为二级吸附孔，吸附放在其表面的材料，由于可透气硅片的透气孔之间间距为5-10μm，透气孔径为0.5-10μm，因此确保了微米级样品的吸附，阻止了切割碎屑的落入，实现了易碎超薄片或薄膜材料被切割成微米级样品时的固定。
本发明所述一种易碎超薄片或薄膜材料的切割方法，其特点为：
能够实现易损超薄片或薄膜材料切割成微米级样品的无损切割；
针对不同材料体系，可以选择刀锋为10-30nm的机械刀具或线宽为5-30nm的锋利金属丝或飞秒激光或聚焦离子束等工具中的一种或几种进行切割；
程序控制步进电机控制切割尺寸保证了切割后所得样品的均一性和重复性；
为易碎且超薄陶瓷薄片、易碎且超薄的陶瓷薄膜、易碎且超薄的芯片、易碎且超薄的食品等材料提供了切割方法，使得他们能够以微米级样品的方式进行后续处理；
现有的微纳加工技术可以精确实现硅片的处理工作，采用减薄技术将硅片减薄至30-100μm，一方面降低了后续工艺处理的难度和成本，另一方面能够良好的实现吸附面与可透气硅片之间-50～-25kpa的负压；
采用成熟的光刻工艺在硅片表面光刻显影间距为5-10μm，孔径大小为0.5-10μm的小孔，由于光刻工艺可控，且硅片表面占空比满足吸附需要，因此可按照需要设计不同尺寸的阵列小孔，采用感应耦合等离子体刻蚀手段可以完成透气孔的制备；
由于可透气硅片的透气孔之间间距为5-10μm，因此确保了微米级样品的吸附；由于透气孔径为0.5-10μm，因而可以阻止切割碎屑的落入；
实现过程中无其他硬性较大的物件与样品的直接接触，因此可以避免样品不必要的损坏；
切割完成后，关闭真空泵，微米级样品可与硅片自动脱附，避免了胶粘或类似操作过程中再次分离时所导致样品损坏的可能。
附图说明
图1为本发明吸附面工作台示意图；
图2为本发明切割工具控制示意图；
图3为本发明切割示意图；
图4为本发明吸附面工作台底部示意图；
图5为本发明透气硅片示意图；
图6为本发明吸附面工作台的俯视图。
具体实施方式
实施例1
a、在带有吸附孔6的吸附面工作台2上铺设带有孔7为0.5μm，间距为5μm，厚度为30μm的透气硅片5，吸附面工作台2上的吸附孔6与真空泵3连接，将易碎超薄陶瓷薄片1放置在透气硅片5上；
b、开启真空泵3，通过吸附面工作台2上的孔6和透气硅片5上的孔7将易碎超薄陶瓷薄片1紧密吸附在透气硅片5的表面上，在吸附面工作台2与可透气硅片5之间的负压值为-50kpa，使透气硅片5成为工作中的二级吸附台；
c、将步进电机4与的机械刀具连接，用计算机程序控制步进电机4，采用刀锋为10nm的机械刀具对易碎超薄陶瓷薄片进行切割，切割一次后，按照预定程序沿着与切割断裂面垂直的方向前进，进行第二次切割，两次切割断裂面中间的微米级尺寸部分即是满足预定目标的微米级样品；
d、在易碎超薄陶瓷薄片1被切割开后，将刀锋为10nm的机械刀具通过步进电机4控制沿切割断面垂直方向平移100um；
e、待易碎超薄陶瓷薄片1完全切割成微米级样品后，关闭真空泵3，吸附面工作台2与透气硅片5之间的气压均恢复正常大气压，脱离吸附，易碎超薄陶瓷薄片1即可分离，从而完整的完成了易碎超薄陶瓷薄片1的无损切割成微米级样品的全过程。
实施例2
a、在带有吸附孔6的吸附面工作台2上铺设带有孔7为1.0μm，间距为8μm，厚度为50μm的透气硅片5，吸附面工作台2上的吸附孔6与真空泵3连接，将易碎陶瓷薄膜1放置在透气硅片5上；
b、开启真空泵3，通过吸附面工作台2上的孔6和透气硅片5上的孔7将易碎陶瓷薄膜1紧密吸附在透气硅片5的表面上，在吸附面工作台2与透气硅片5之间的负压值为-40kpa，使透气硅片5成为工作中的二级吸附台；
c、将步进电机4与机械刀具连接，用计算机程序控制步进电机4，采用刀锋为30nm的机械刀具对易碎陶瓷薄膜进行切割开，切割一次后，按照预定程序沿着与切割断裂面垂直的方向前进，进行第二次切割，两次切割断裂面中间的微米级尺寸部分即是满足预定目标的微米级样品；
d、在易碎陶瓷薄膜1被切割开后，将刀锋为30nm的机械刀具通过步进电机4控制沿切割断面垂直方向平移200um；
e、待易碎陶瓷薄膜1完全切割成微米级样品后，关闭真空泵3，吸附面工作台2与透气硅片5之间的气压均恢复正常大气压，脱离吸附，易碎陶瓷薄膜1即可分离，从而完整的完成了易碎陶瓷薄膜1的无损切割成微米级样品的全过程。
实施例3
a、在带有吸附孔6的吸附面工作台2上铺设带有孔7为5.0μm，间距为10μm，厚度为80μm的透气硅片5，吸附面工作台2上的吸附孔6与真空泵3连接，将易碎超薄芯片1放置在透气硅片5上；
b、开启真空泵3，通过吸附面工作台2上的孔6和透气硅片5上的孔7将易碎超薄芯片1紧密吸附在透气硅片5的表面上，在吸附面工作台2与透气硅片5之间的负压值为-30kpa，使透气硅片5成为工作中的二级吸附台；
c、将步进电机4与锋利金属丝连接，用计算机程序控制步进电机4，采用线宽为5nm的锋利金属丝对易碎陶瓷芯片进行切割开，切割一次后，按照预定程序沿着与切割断裂面垂直的方向前进，进行第二次切割，两次切割断裂面中间的微米级尺寸部分即是满足预定目标的微米级样品；
d、在易碎超薄芯片1被切割开后，将线宽为5nm的锋利金属丝通过步进电机4控制沿切割断面垂直方向平移250um；
e、待易碎超薄芯片1完全切割成微米级样品后，关闭真空泵3，吸附面工作台2与透气硅片5之间的气压均恢复正常大气压，脱离吸附，易碎超薄芯片1即可分离，从而完整的完成了易碎超薄芯片1的无损切割成微米级样品的全过程。
实施例4
a、在带有吸附孔6的吸附面工作台2上铺设带有孔7为10μm，间距为10μm，厚度为100μm的透气硅片5，吸附面工作台2上的吸附孔6与真空泵3连接，将易碎陶瓷薄膜1放置在透气硅片5上；
b、开启真空泵3，通过吸附面工作台2上的孔6和透气硅片5上的孔7将易碎陶瓷薄膜1被紧密吸附在透气硅片5的表面上，在吸附面工作台2与透气硅片5之间的负压值为-25kpa，使透气硅片5成为工作中的二级吸附台；
c、将步进电机4与飞秒激光连接，用计算机程序控制步进电机4，采用飞秒激光对易碎陶瓷薄膜进行切割开，切割一次后，按照预定程序沿着与切割断裂面垂直的方向前进，进行第二次切割，两次切割断裂面中间的微米级尺寸部分即是满足预定目标的微米级样品；
d、在易碎陶瓷薄膜1被切割开后，将飞秒激光的聚焦点通过步进电机4控制沿切割断面垂直方向平移300um；
e、待易碎陶瓷薄膜1完全切割成微米级样品后，关闭真空泵3，吸附面工作台2与透气硅片5之间的气压均恢复正常大气压，脱离吸附，易碎陶瓷薄膜1即可分离，从而完整的完成了易碎陶瓷薄膜1的无损切割成微米级样品的全过程。
实施例5
a、在带有吸附孔6的吸附面工作台2上铺设带有孔7为10μm，间距为7μm，厚度为70μm的透气硅片5，吸附面工作台2上的吸附孔6与真空泵3连接，将易碎超薄食品1放置在透气硅片5上；
b、开启真空泵3，通过吸附面工作台2上的孔6和透气硅片5上的孔7将易碎超薄食品1紧密吸附在透气硅片5的表面上，在吸附面工作台2与透气硅片5之间的负压值为-35kpa，使透气硅片5成为工作中的二级吸附台；
c、将步进电机4与聚焦离子束连接，用计算机程序控制步进电机4，采用聚焦离子束对易碎陶瓷薄膜进行切割开，切割一次后，按照预定程序沿着与切割断裂面垂直的方向前进，进行第二次切割，两次切割断裂面中间的微米级尺寸部分即是满足预定目标的微米级样品；
d、在易碎超薄食品1被切割开后，将聚焦离子束通过步进电机4控制沿切割断面垂直方向平移250um；
e、待易碎超薄食品1完全切割成微米级样品后，关闭真空泵3，吸附面工作台2与透气硅片5之间的气压均恢复正常大气压，脱离吸附，易碎超薄食品1即可分离，从而完整的完成了易碎超薄食品1的无损切割成微米级样品的全过程。
实施例6
a、在带有吸附孔6的吸附面工作台2上铺设带有孔7为3μm，间距为6μm，厚度为60μm的透气硅片5，吸附面工作台2上的吸附孔6与真空泵3连接，将易碎超薄食品1放置在透气硅片5上；
b、开启真空泵3，通过吸附面工作台2上的孔6和透气硅片5上的孔7将易碎超薄食品1紧密吸附在透气硅片5的表面上，在吸附面工作台2与透气硅片5之间的负压值为-45kpa，使透气硅片5成为工作中的二级吸附台；
c、将步进电机4与锋利金属丝连接，用计算机程序控制步进电机4，采用线宽为30nm的锋利金属丝对易碎陶瓷薄膜进行切割开，切割一次后，按照预定程序沿着与切割断裂面垂直的方向前进，进行第二次切割，两次切割断裂面中间的微米级尺寸部分即是满足预定目标的微米级样品；
d、在易碎超薄食品1被切割开后，将聚焦离子束通过步进电机4控制沿切割断面垂直方向平移150um；
e、待易碎超薄食品1完全切割成微米级样品后，关闭真空泵3，吸附面工作台2与透气硅片5之间的气压均恢复正常大气压，脱离吸附，易碎超薄食品1即可分离，从而完整的完成了易碎超薄食品1的无损切割成微米级样品的全过程。
Claims (6)
1.一种易碎超薄片或薄膜材料的切割方法，其特征在于该方法中涉及的真空吸附装置是由吸附面工作台、步进电机、真空泵、硅片、切割工具组成，具体操作按下列步骤进行：
a、在带有吸附孔（6）的吸附面工作台（2）上铺设带有孔（8）的透气硅片（5），将易碎超薄片或薄膜材料（1）放置在透气硅片（5）上；
b、开启真空泵（3），通过吸附面工作台（2）上的孔（6）和透气硅片（5）上的孔（7）将易碎超薄片或薄膜材料（1）被吸附在透气硅片（5）上；
c、采用切割工具对易碎超薄片或薄膜材料（1）进行切割开；
d、在易碎超薄片或薄膜材料（1）被切割开后，将切割工具通过步进电机（4）控制沿切割断面垂直方向平移100-300um；
e、待易碎超薄片或薄膜材料（1）完全切割成微米级样品后，关闭真空泵（3），吸附面工作台（2）与透气硅片（5）脱离吸附，易碎超薄片或薄膜材料（1）即可分离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a中的吸附面工作台（2）上的吸附孔（6）与真空泵（3）连接。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a中所述的透气硅片（5）的厚度为30-100μm，透气硅片（5）上的孔（7）为0.5-10μm，间距为5-10μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a中吸附面工作台（2）与透气硅片（5）之间的负压值为-50～-25kpa。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤b易碎超薄片或薄膜材料（1）为超薄陶瓷薄片、陶瓷薄膜、超薄芯片或超薄食品。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤c中的切割工具为机械刀具或锋利金属丝或飞秒激光或聚焦离子束，其中机械刀具的刀锋为10-30nm，锋利金属丝的线宽为5-30nm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130424 |