CN106475688A - 激光切割装置 - Google Patents

Abstract

一种激光切割装置，其定义有切割方向且包括用于对一工件切割的激光切割模组，该切割方向包括第一切割方向及与该第一切割方向相反的第二切割方向，该激光切割模组包括第一激光源、第一反射镜及第二反射镜，该第一反射镜及该第二反射镜沿一入射方向间隔设置，该第一反射镜活动地设置于该入射方向上，该第一激光源产生的第一激光束能够在沿该第一方向切割工件时被该第一反射镜反射至该工件上以用于切割工件，在沿该第二切割方向切割工件时，该第一反射镜脱离该入射方向使该第一激光束避开该第一反射镜照射在该第二反射镜上，进而被该第二反射镜反射至该工件上以用于切割工件。本发明的激光切割装置能够提高切割效率。

Description

激光切割装置

技术领域

本发明涉及一种激光切割装置。

背景技术

图形化蓝宝石晶圆被应用在LED（发光二极管）领域，以提高LED器件的光提取效率。在实际生产过程中，通常采用激光切割机对蓝宝石晶圆进行切割，以得到所需尺寸的蓝宝石晶圆。传统的激光切割时，大都以预切割模组在蓝宝石晶圆表面沿预设的切割方向产生预切割线，随即以激光束沿预切割线加热蓝宝石晶圆表面，再以冷却液冷却蓝宝石晶圆表面。蓝宝石晶圆因急剧的温度差产生应力的变化，使先前由预切割模组在蓝宝石晶圆表面的预切割线产生裂纹并向下成长，进而贯穿整个蓝宝石晶圆断面使得蓝宝石晶圆完全分离。然而，传统的激光切割机沿切割方向往复切割蓝宝石晶圆时，需使用两个分别位于该预切割模组的两侧的激光模组，当激光切割机的切割方向变化后，需重新切换及调节另一激光模组，导致切割效率较低。

发明内容

鉴于上述内容，有必要提供一种能够提高切割效率的激光切割机。

一种激光切割装置，其定义有切割方向且包括用于对一工件切割的激光切割模组，该切割方向包括第一切割方向及与该第一切割方向相反的第二切割方向，该激光切割模组包括第一激光源、第一反射镜及第二反射镜，该第一反射镜及该第二反射镜沿一入射方向间隔设置，该第一反射镜活动地设置于该入射方向上，该第一激光源产生的第一激光束能够在沿该第一方向切割工件时被该第一反射镜反射至该工件上以用于切割工件，在沿该第二切割方向切割工件时，该第一反射镜脱离该入射方向使该第一激光束避开该第一反射镜照射在该第二反射镜上，进而被该第二反射镜反射至该工件上以用于切割工件。

本发明实施例中的激光切割装置，利用第一反射镜的移动切换激光源射出的激光束的光路，节省激光源的设置，能够快速变更切割位置，提高了工件切割的效率。

附图说明

图1是本发明实施例的激光切割装置的立体示意图。

图2是图1所示的激光切割装置另一视角的部分立体示意图。

图3是本发明实施例的激光切割装置的工作台的立体示意图。

图4是图1所示的激光切割装置的架构示意图。

图5是图4所示的激光切割装置沿第一切割方向切割工件的使用状态参考图。

图6是图4所示的激光切割装置沿第二切割方向切割工件的使用状态参考图。

主要元件符号说明

激光切割装置	100
		工件	300
工作台	10
		固定部	12
底部	122
		磁性部	124
通气孔	126
		容纳槽	125
支撑部	14
		吸附面	141
吸附孔	142
		支撑架	20
激光切割模组	30
		第一激光源	32
第一反射镜	34
		第二反射镜	36
驱动机构	38
		光栏	33
扩束镜	35
		第一聚焦元件	37、39
第一冷却模组	52
		第二冷却模组	54
预切割模组	70
		第二激光源	72
第三反射镜	73
		第二聚焦元件	74
背胶膜	80
		固定件	90

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请同时参见图1、图2、图4至图6，本发明实施方式提供一种激光切割装置100，用以切割一工件300，在本实施例中，工件300为蓝宝石晶圆。激光切割装置100包括支撑架20、工作台10、激光切割模组30、第一冷却模组52及第二冷却模组54。工作台10、激光切割模组30、第一冷却模组52及第二冷却模组54装设于支撑架20上。工作台10用以放置待切割的工件300并可带动工件300沿预设的切割方向运动；激光切割模组30能够产生第一激光束并照射在工件300上，当工作台10沿着预设的切割方向运动时，第一激光束与工件300相对运动，从而使工件300受热膨胀，在本实施例中，该切割方向包括第一切割方向A及与第一切割方向A相反的第二切割方向B；第一冷却模组52用于对沿第一切割方向A进行切割且受热膨胀的工件300进行冷却，第二冷却模组54用以对沿第二切割方向B进行切割且受热膨胀的工件300进行冷却，进而使工件300劈裂。

请参见图3，在本实施例中，工作台10包括固定部12及支撑部14。固定部12用以将工作台10装设在激光切割装置100的支撑架20上。请参见图4，在本实施例中，固定部12包括底部122及设置在底部122周缘的磁性部124，底部122及磁性部124共同围成一容纳槽125。磁性部124采用磁性材料制成。支撑部14收容并装设在容纳槽125内，用以支撑工件300。支撑部14为不锈钢材质，且其上形成吸附面141（请参见图3）。支撑部14的内部形成多个连通的吸附孔142，多个吸附孔142中的部分吸附孔142贯通吸附面141以吸附定位工件300。在本实施例中，多个吸附孔142呈不规则分布。固定部12的底部122上设有与多个吸附孔142连通的通气孔126，多个吸附孔142通过通气孔126与一外部抽真空装置（图未示）连接。当外部抽真空装置对支撑部14抽气时，支撑部14的多个吸附孔142能对工件300的底面施加一均匀的吸附力。在本实施例中支撑部14采用SUS316不锈钢。

请再次参见图1、图2及图4，在本实施例中，激光切割模组30包括第一激光源32、第一反射镜34及第二反射镜36。第一反射镜34及第二反射镜36分别位于激光切割模组30产生的第一激光束的两侧且沿一入射方向间隔设置，在本实施例中，该入射方向平行切割方向。在本实施例中，第一激光源32为二氧化碳激光器，其用以产生第一激光束，第一激光束为红外激光。请同时参见图5及图6，第一激光束能够在工作台10带动工件300沿第一切割方向A运动时被第一反射镜34反射至工件300上以使工件300受热膨胀；当工作台10带动工件300沿第二切割方向B运动时，第一反射镜34脱离该入射方向以使该第一激光束避开第一反射镜34照射在第二反射镜36上，进而被第二反射镜36反射至工件300上。可以理解，第一反射镜34可与一驱动机构38连接，以驱动，例如转动或移动，第一反射镜34以脱离该入射方向。

激光切割模组30还可进一步包括光栏33及扩束镜35。光栏33及扩束镜35间隔设置在第一激光源32及第一反射镜34之间，且光栏33较扩束镜35靠近第一激光源32。光栏33用以对第一激光源32产生的第一激光束进行整形。第一激光束经过扩束镜35后能够产生平行激光。

激光切割模组30还包括两个第一聚焦元件37、39。两个第一聚焦元件37、39分别位于第一反射镜34及第二反射镜36与工作台10之间。第一激光源32产生的第一激光束经第一反射镜34或第二反射镜36的反射后，经由相应的第一聚焦元件37照射在工件300上以使工件300受热膨胀。第一冷却模组52和第二冷却模组54均可向工件300受热膨胀的部位喷射冷却物质，以冷却工件300。该冷却物质可以是单一液体、单一气体加单一液体的混合物或一种以上的气体与液体的混合物等，如空气、纯水、冷却油、液态氮或液态氦等。

请同时参见图1、图2及图4，激光切割装置100还可进一步包括预切割模组70，用以在待切割的工件300上沿切割方向形成预切割线。预切割模组70包括第二激光源72、第三反射镜73及第二聚焦元件74。在本实施例中，第一冷却模组52、第一反射镜34、第三反射镜73、第二反射镜36以及第二冷却模组54沿第一切割方向A依次排列。第二激光源72为紫外波长激光器，其产生的第二激光束经由第三反射镜73反射后被引导至第二聚焦元件74，以聚焦方式会聚于工件300的表面上，从而在工件300的表面沿切割方向形成预切割线。可以理解，预切割模组70也可以为刀轮或是钻石刀等元件。

请同时参见图4至图6，使用激光切割装置100对工件300进行切割的步骤如下：

将工件300置放在工作台10的支撑部14上，在本实施例中，首先将工件300贴附在一背胶膜80上，该背胶膜80上设有固定件90，当工件300置放在工作台10上时，固定件90能够被工作台10的磁性部124吸附，进而将工件固定在工作台10上，随后通过通气孔126对支撑部14抽气，进而通过多个吸附孔142向工件300的底面施加一均匀的吸附力。

使工作台10沿着第一切割方向A运动，以使第二激光源72产生的第二激光束与工件300相对运动，第二激光束在待切割的工件300上沿第一切割方向A形成预切割线。在本实施例中，第二激光源72产生的第二激光束经第三反射镜73反射后被引导至第二聚焦元件74，第二聚焦元件74将第二激光束聚焦在工件300的表面，以将工件300表面的材料一一移除，这样就在工件300上形成一定深度的预切割线。

第一激光源32发出的第一激光束被第一聚焦元件37沿着该预切割线聚焦于工件300内或直接穿设工件300以聚焦于支撑部14上，从而使工件300受热膨胀。在本实施例中，当工作台10沿着第一切割方向A运动时，第一激光束经过第一反射镜34后被导引至相应的第一聚焦元件37，第一聚焦元件37将第一激光束沿预切割线聚焦于工件300内或直接穿设工件300以聚焦于支撑部14的吸附面141或支撑部14的内部，使工件300受热膨胀而在工件300内产生压应力。

第一冷却模组52对该工件300受热膨胀的部位进行冷却，从而使该工件300劈裂。在此过程中，第一冷却模组52将冷却物质沿着加热的预切割线急速的以雾状喷在工件300上，冷却物质使工件300表面的温度急速下降，工件300内部因温度下降而发生收缩。工件300因在短时间内局部发生急剧应力变化，而使得工件300会沿着预先由第二激光所产生的预切割线产生裂纹，裂纹在切割面成长使得工件300完全分离，从而实现对工件300沿第一切割方向A的切割。

当需要沿与第一切割方向A相反的第二切割方向B切割工件300时，该工作台10带动该工件300移动至另一待切割的部位，随后工作台10带动工件300沿着第二切割方向B运动，第二激光源72产生的第二激光束与工件300相对运动，以使第二激光束在工件300上沿第二切割方向B形成预切割线。

第一激光源32发出的第一激光束被第一聚焦元件39沿着该预切割线聚焦于工件300内或直接穿设工件300以聚焦于支撑部14上，从而使工件300受热膨胀。在本实施例中，当工作台10沿着第二切割方向B运动时，驱动机构38驱动第一反射镜34脱离第一激光束的入射方向，以使第一激光束经过第二反射镜36后被导引至第一聚焦元件39，第一聚焦元件39将第一激光束穿设工件300并沿预切割线聚焦于以聚焦于支撑部14的吸附面141或支撑部14的内部，使工件300受热膨胀。

第二冷却模组54对该工件300受热膨胀的部位进行冷却，以使该工件300劈裂，从而实现对工件300沿第二切割方向B的切割。

在上述切割过程中，第二激光束在工件300上形成的预切割线、第一激光束照射在工件300上的路径及冷却模组喷射在工件300上的路径，三者在一条直线上。

本发明的激光切割装置100，利用第一反射镜34的移动切换第一激光源32射出的第一激光束的光路，能够快速变更切割位置，提高了工件切割的效率。同时本发明的激光切割装置100相较传统的激光切割装置100可减少一第一激光源32，节约设备的生产成本。由于工作台10用以放置工件300的支撑部14采用对红外激光吸收较少且能快速导热的不锈钢材质，因此，工作台10在被第一激光束直接照射时不易被第一激光束的能量灼伤。采用上述工作台10承载工件300时，可将第一激光束直接沉潜至支撑部14的吸附面141或是支撑部14的内部而无需精确聚焦于工件300的表面，从而降低了设备对聚焦精度的要求；同时由于第一激光束可直接沉潜至支撑部14的吸附面141或是支撑部14的内部，因此，第一激光束可穿设工件300从工件300内部对工件300进行加热，且增加了工件300的受热面积，从而使工件300更容易劈裂。此外，支撑部14内设有多个吸附孔142，当对支撑部14抽气时，多个吸附孔142能对工件300的底面施加均匀的吸附力，进而防止较薄的工件300在切割的过程中变形。

可以理解，切割工件300时，也可以不预先在工件300表面形成预切割线，而直接采用第一激光束对工件300进行切割。由于没有形成预切割线，因此在工件300形成裂痕的时间会延长，这时可在切割过程中需降低工件300的进给速度，以提高第一激光束对工件300同一部位的加热时间。

可以理解，第一激光束产生的入射方向可与切割方向呈一定角度。可以理解，冷却模组不限于本实施例中的两个，可以根据需要设置为其他数目。

在其他实施例中，第一激光束可直接用于特定材料的切割。

可以理解，上述实施例中的激光切割装置100不仅可以应用于切割蓝宝石工件，也可应用于其他工件300的切割，如玻璃基板、水晶等。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要保护的范围。

Claims (10)

1.一种激光切割装置，其定义有切割方向且包括用于对一工件切割的激光切割模组，该切割方向包括第一切割方向及与该第一切割方向相反的第二切割方向，其特征在于：该激光切割模组包括第一激光源、第一反射镜及第二反射镜，该第一反射镜及该第二反射镜沿一入射方向间隔设置，该第一反射镜活动地设置于该入射方向上，该第一激光源产生的第一激光束能够在沿该第一方向切割工件时被该第一反射镜反射至该工件上以用于切割工件，在沿该第二切割方向切割工件时，该第一反射镜脱离该入射方向使该第一激光束避开该第一反射镜照射在该第二反射镜上，进而被该第二反射镜反射至该工件上以用于切割工件。

2.如权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于：该第一激光源和该第一反射镜之间设有光栏，用以对该第一激光束整形。

3.如权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于：该激光切割装置包括冷却模组，该冷却模组用以对被第一激光束照射后的工件进行冷却。

4.如权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于：该第一激光源和该第一反射镜之间设置有扩束镜，该第一激光束经过该扩束镜后产生平行激光。

5.如权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于：该激光切割模组还包括两个第一聚焦元件，其中一个第一聚焦元件位于该第一反射镜的下方，另一个第一聚焦元件位于该第二反射镜的下方，该第一激光源产生的第一激光束经该第一反射镜或该第二反射镜的反射后，分别经由相应的第一聚焦元件以照射在该工件上。

6.如权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于：该激光切割装置还包括预切割模组，该预切割模组用以在该激光切割模组工作前沿该第一切割方向或该第二切割方向在该工件上形成预切割线。

7.如权利要求6所述的激光切割装置，其特征在于：该预切割模组包括第二激光源及第二聚焦元件，该第二激光源产生的第二激光束能够被第二聚焦元件以聚焦方式于工件上形成预切割线。

8.如权利要求7所述的激光切割装置，其特征在于：该预切割模组还包括第三反射镜，该第二聚焦元件位于该第三反射镜的下方，该第二激光源产生的第二激光束经由该第三反射镜反射后被引导至该第二聚焦元件。

9.如权利要求7所述的激光切割装置，其特征在于：该第二激光源为紫外波长激光源，该第一激光源为二氧化碳激光器。

10.如权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于：第一反射镜与一驱动机构连接，以驱动该第一反射镜脱离该入射方向。