CN106475691A - 激光切割装置工作台及采用该工作台的工件切割方法 - Google Patents

Abstract

一种激光切割装置的工作台，用于承载用于激光切割的工件，该工作台包括固定部及用以支撑该工件的支撑部，该固定部内形成容纳槽，该支撑部收容并装设在容纳槽内，该支撑部为不锈钢材质，该支撑部上形成有吸附面且内部形成多个连通的吸附孔，该多个吸附孔的部分吸附孔贯通该吸附面以吸附定位该工件，该固定部上设有与该多个吸附孔连通的通气孔，该通气孔用以与一外部抽真空装置连接。本发明的工作台其用以支撑工件的支撑部内设有多个吸附孔，当对支撑部抽气时，多个吸附孔能对工件的底面施加均匀的吸附力，进而防止较薄的工件在切割的过程中变形。

Description

激光切割装置工作台及采用该工作台的工件切割方法

技术领域

本发明涉及一种激光切割装置的工作台及采用该工作台的工件切割方法。

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。传统的激光切割机切割时，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，随即将激光束沿预切割线聚焦在蓝宝石晶圆的表面，再以冷却物质冷却蓝宝石晶圆表面。利用蓝宝石晶圆因急剧的温度差产生应力的变化使蓝宝石晶圆完全分离。然而，由于蓝宝石晶圆较薄，采用该方法切割蓝宝石晶圆时常常会由于内部应力变化导致蓝宝石晶圆在切割过程中发生形变，进而影响切割的精度。

发明内容

鉴于上述内容，有必要提供一种能够避免工件在激光切割过程中发生形变的激光装置工作台及采用该工作台的工件切割方法。

一种激光切割装置的工作台，用于承载用于激光切割的工件，该工作台包括固定部及用以支撑该工件的支撑部，该固定部内形成容纳槽，该支撑部收容并装设在容纳槽内，该支撑部为不锈钢材质，该支撑部上形成有吸附面且内部形成多个连通的吸附孔，该多个吸附孔的部分吸附孔贯通该吸附面以吸附定位该工件，该固定部上设有与该多个吸附孔连通的通气孔，该通气孔用以与一外部抽真空装置连接。

一种采用上述工作台的工件切割方法，其包括以下步骤：

提供一包括该工作台的激光切割装置，该激光切割装置还包括一第一激光源、一第一聚焦元件及第一冷却模组，该第一聚焦元件用以对第一激光源产生的红外激光束进行会聚；

将一工件置放在该工作台的支撑部上，并通过该通气孔对该支撑部抽气以将该工件吸附在该吸附面上；

通过该第一聚焦元件将该红外激光束穿设该工件聚焦于该支撑部的表面或该支撑部的内部；

使该工作台沿着一预设的第一切割方向运动，以使该红外激光束与该工件相对运动，从而使该工件受热膨胀；

使该第一冷却模组跟随该红外激光束运动，以对该工件受热膨胀部位进行冷却，从而使该工件劈裂。

本发明实施例中的工作台的支撑部内设有多个吸附孔，当对支撑部抽气时，多个吸附孔能对工件的底面施加均匀的吸附力，进而防止较薄的工件在切割的过程中变形。

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是本发明实施例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是本发明实施例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
第二聚焦元件	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
第三聚焦元件	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沿预设切割方向运动；激光切割模组30能够产生红外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，红外激光束与工件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。请同时参见图5及图6，第一激光源32产生的红外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红外激光束被第二反射镜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产生的红外激光束进行整形。红外激光束经过扩束镜35后能够产生平行激光。

激光切割模组30还包括第一聚焦元件37及第二聚焦元件39，其中，第一聚焦元件37位于第一反射镜34与工作台10之间，第二聚焦元件39位于第二反射镜36与工作台10之间。第一激光源32产生的红外激光束经第一反射镜34或第二反射镜36的反射后，分别经由第一聚焦元件37及第二聚焦元件39照射在工件300上。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及第三聚焦元件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，其产生的紫外激光束经由第三反射镜73反射后被引导至第三聚焦元件74，以聚焦方式会聚于工件300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：

将一工件300置放在工作台10的支撑部14上，并通过通气孔126对支撑部14抽气以将工件300吸附在吸附面141上；

通过第一聚焦元件37将红外激光束穿设工件300聚焦于支撑部14的吸附面141上或支撑部14的内部；

使工作台10沿着一预设的第一切割方向A运动，以使红外激光束与工件300相对运动，从而使工件300受热膨胀；

使第一冷却模组52跟随红外激光束运动，以对工件300受热膨胀部位进行冷却，从而使工件300劈裂。

在将工件300置放在工作台10的支撑部14上的步骤中，首先将工件300贴附在一背胶膜80上，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。

进一步地，于该红外激光束与工件300相对运动从而使工件300受热膨胀的步骤前，还包括以下步骤：使第二激光源72产生的紫外激光束与工件300相对运动，紫外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产生的紫外激光束经第三反射镜73反射后被引导至第三聚焦元件74，第三聚焦元件74将紫外激光束聚焦在工件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。

在通过第一聚焦元件37将红外激光束聚焦于支撑部14的吸附面141或支撑部14的内部的步骤中，红外激光束首先经过第一反射镜34后被导引至相应的第一聚焦元件37，然后第一聚焦元件37将红外激光束沿预切割线穿设工件300以聚焦于支撑部14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。

在第一冷却模组52对工件300受热膨胀的部位进行冷却，从而使工件300劈裂的步骤中，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会沿着预先由紫外激光束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，工作台10带动工件300移动至另一待切割的部位；驱动机构38驱动第一反射镜34脱离该入射方向，以使该红外激光束避开第一反射镜34照射在第二反射镜36上，随后经过第二反射镜36后被导引至第二聚焦元件39，第二聚焦元件39将该红外激光束穿设工件300以聚焦于支撑部14的吸附面141或支撑部14的内部；使工作台10带动工件300沿第二切割方向B运动，以使该红外激光束在工件300上沿第二切割方向B使工件300受热膨胀；第二冷却模组54对工件300受热膨胀的部位进行冷却，以使工件300劈裂，从而实现对工件300沿第二切割方向B的切割。

可以理解，在第二聚焦元件39将红外激光束穿设工件300以聚焦于支撑部14的吸附面141或支撑部14的内部的步骤前，还包括使第二激光源72产生的紫外激光束与工件300相对运动，以使紫外激光束在工件300上沿第二切割方向B形成预切割线的步骤。

在上述切割过程中，紫外激光束在工件300上形成的预切割线、红外激光束照射在工件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。

本发明的工作台10，其用以支撑工件300的支撑部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，从而防止较薄的工件300在切割的过程中变形，进而方便激光束在工件300上进行定位以提高切割精度。此外，由于支撑部14采用对红外激光吸收较少且能快速导热的不锈钢材质，在被红外激光束直接照射时支撑部14不易被红外激光束的能量灼伤，因此在切割工件300时，可将红外激光束可直接沉潜至支撑部14的吸附面141或支撑部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。同时由于红外激光束可直接沉潜至支撑部14的吸附面141或支撑部14的内部，因此，红外激光束可直接从工件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，本发明的工件切割方法利用第一反射镜34的移动切换第一激光源32射出的红外激光束的光路，能够快速变更切割位置，提高了工件切割的效率。

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，而直接采用红外激光束对工件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，以提高红外激光束对工件300同一部位的加热时间。

可以理解，红外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，红外激光束可直接用于特定材料的切割。

可以理解，上述实施例中的工件切割方法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的工作台，用于承载用于激光切割的工件，其特征在于：该工作台包括固定部及用以支撑该工件的支撑部，该固定部内形成容纳槽，该支撑部收容并装设在容纳槽内，该支撑部为不锈钢材质，该支撑部上形成有吸附面且内部形成多个连通的吸附孔，该多个吸附孔的部分吸附孔贯通该吸附面以吸附定位该工件，该固定部上设有与该多个吸附孔连通的通气孔，该通气孔用以与一外部抽真空装置连接。

2.如权利要求1所述的工作台，其特征在于：该多个连通的吸附孔在该支撑部内呈不规则分布。

3.如权利要求1所述的工作台，其特征在于：该支撑部采用SUS316不锈钢。

4.一种采用如权利要求1-3中任一权利要求所述的工作台的工件切割方法，其包括以下步骤：

提供一包括该工作台的激光切割装置，该激光切割装置还包括一第一激光源、一第一聚焦元件及第一冷却模组，该第一聚焦元件用以对该第一激光源产生的红外激光束进行会聚；

将一工件置放在该工作台的支撑部上，并通过该通气孔对该支撑部抽气以将该工件吸附在该吸附面上；

通过该第一聚焦元件将该红外激光束穿设该工件聚焦于该支撑部的吸附面或该支撑部的内部；

使该工作台沿着一预设的第一切割方向运动，以使该红外激光束与该工件相对运动，从而使该工件受热膨胀；

使该第一冷却模组跟随该红外激光束运动，以对该工件受热膨胀部位进行冷却，从而使该工件劈裂。

5.如权利要求4所述的工件切割方法，其特征在于：该激光切割装置还包括第二激光源，于该红外激光束与该工件相对运动从而使该工件受热膨胀的步骤前，先通过该第二激光源在该工件上沿该第一切割方向形成预切割线。

6.如权利要求5所述的工件切割方法，其特征在于：该第二激光源为紫外波长激光器。

7.如权利要求5所述的工件切割方法，其特征在于：该第二激光源在工件上形成的预切割线、该红外激光束照射在该工件上的路径及该第一冷却模组喷射在该工件上的路径，三者在一条直线上。

8.如权利要求4所述的工件切割方法，其特征在于：该激光切割装置还包括第一反射镜，在该第一聚焦元件将该红外激光束穿设该工件聚焦于该支撑部的吸附面或该支撑部的内部的步骤中，该红外激光束先经过该第一反射镜被导引至该第一聚焦元件。

9.如权利要求8所述的工件切割方法，其特征在于：该第一反射镜与一驱动机构连接，该激光切割装置还包括第二反射镜、第二聚焦元件以及第二冷却模组，该第一反射镜及该第二反射镜沿一入射方向间隔设置，该第二聚焦元件位于该第二反射镜的下方，在使该第一冷却模组跟随该红外激光束运动，以对该工件受热膨胀部位进行冷却的步骤后，该工件切割方法还包括以下步骤：

使该工作台带动该工件移动至另一待切割的部位；

使该驱动机构驱动该第一反射镜脱离该入射方向，以使该红外激光束避开该第一反射镜后被该第二反射镜导引至该第二聚焦元件，该第二聚焦元件将该红外激光束穿设该工件以聚焦于该支撑部的吸附面或该支撑部的内部；

使该工作台带动该工件沿着一与该第一切割方向相反的第二切割方向运动，以使该红外激光束在该工件上沿该第二切割方向使该工件受热膨胀；

使该第二冷却模组跟随该红外激光束运动对该工件受热膨胀的部位进行冷却以使该工件劈裂，从而实现对工件沿第二切割方向的切割。

10.如权利要求4所述的工件切割方法，其特征在于：该第一激光源为二氧化碳激光器。