CN108405487A - 一种无损激光清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及表面处理领域，涉及一种无损激光清洗方法。黏胶涂覆在工件的表面后，颗粒污物被黏胶包围，经过干燥后颗粒污物将被固化在黏胶内；脉冲激光束作用在对脉冲激光束吸收率很高的黏胶上，产生冲击波，在激光的瞬时热力作用下，黏胶和固化在黏胶内的颗粒污物开裂成粒度为100～300微粒的碎片并从工件的表面飞离，使颗粒污物从工件的待处理表面分离；工件经过高压气体吹洗之后，放入50％丙酮溶液进行超声清洗可以清除粘着在工件表面的黏胶残渣，最终获得具有清洁表面的工件。本发明可应用于精密光学工件和半导体元件的清洗。
Description
技术领域
本发明涉及表面处理领域，具体涉及一种无损激光清洗方法。
背景技术
高功率透镜在镀膜前通常需要进行清洗，以去除加工过程中附着在镜片表面的颗粒污物，从而提高镜片的损伤阈值；集成电路板硅片在封装前通常需要进行清洗，以去除加工过程中附着在硅片表面的颗粒污物，从而提高硅片的性能。微纳米级的颗粒污物在镜片表面的粘着机制与较大尺寸的颗粒污物的粘着机制完全不同，在自身的重量下，会产生塑性变形，从而使黏着力大幅度上升，导致常规的化学清洗和超声清洗无法去除，因此清洗掉微米尺寸的污物是高端透镜和集成电路板硅片制造工艺中的一个难题。激光清洗是一种新型的清洗手段，可以有效去除多种类型的表面污物，然而，由于附着在工件表面的颗粒污染物通常都是工件材料，对激光的吸收率很低，硅片受到激光直接辐照后表面会损坏，因此无法有效清除这些颗粒污物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无损激光清洗方法，以有效清除高端透镜和集成电路板硅片表面的颗粒污物，同时不破坏工件原表面。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种无损激光清洗方法，由以下步骤组成：
步骤一：在工件的待清洗表面均匀涂覆一层黏胶；
步骤二：对黏胶进行烘干硬化；
步骤三：脉冲激光束辐照在黏胶表面，对整个工件表面进行激光清洗；
步骤四：工件经过高压气体吹洗之后，放入丙酮溶液进行超声清洗；
其特征在于：黏胶涂覆在工件的表面后，颗粒污物被黏胶包围，经过干燥后颗粒污物将被固化在黏胶内；脉冲激光束作用在对脉冲激光束吸收率超过50％且干燥后在外力作用下易开裂的黏胶上，产生冲击波，在激光的瞬时热力作用下，黏胶和固化在黏胶内的颗粒污物开裂成粒度为100～300μm的碎片并从工件的表面飞离，使颗粒污物从工件的待处理表面分离；工件经过高压气体吹洗之后，放入丙酮溶液进行超声清洗可以清除粘着在工件表面的黏胶残渣。
其特征在于：脉冲激光束作用于黏胶表面，黏胶涂覆在工件的待清洗表面上。
所述的脉冲激光束的脉宽范围为10～300ns，波长为10.6μm，功率密度范围106～107GW/cm2。
所述的黏胶是由丙烯酸环氧树脂和纳米碳颗粒按照体积比4:1混合而成，干燥后在外力作用下易开裂，且易溶于丙酮等有机溶剂。
所述的污物颗粒的尺寸为0.5～50μm，材质与工件的材质相同或是其他类型的污物，采用常规工件清洗工艺无法去除。
丙酮溶液的体积百分浓度为50％。
本发明的工作原理为：黏胶涂覆在工件的表面后，颗粒污物被黏胶包围，经过干燥后颗粒污物将被固化在黏胶内；黏胶的主要成分是丙烯酸环氧树脂和纳米碳颗粒，丙烯酸环氧树脂和纳米碳颗粒的混合物烘干后易开裂；纳米碳颗粒加入黏胶可以使黏胶对脉冲激光的吸收率超过50％；脉冲激光束作用黏胶上，产生冲击波，在激光的瞬时热力作用下，黏胶和固化在黏胶内的颗粒污物开裂成粒度为100～300μm的碎片并从工件的表面飞离，使颗粒污物从工件的待处理表面分离；工件经过高压气体吹洗，可以吹走附着在工件表面的污物碎片；将工件放入50％丙酮溶液进行超声清洗可以清除粘着在工件表面的黏胶残渣，最终获得具有清洁表面的工件。
本发明具有的有益效果：纳米碳颗粒加入黏胶可以使黏胶对脉冲激光的吸收率超过50％，提高激光清洗的作用力，从而提高清洗效果；纳米碳颗粒的加入使激光束无法透过黏胶辐照到工件表面，可以保护工件表面免受激光的直接烧蚀，从而保护工件表面；采用脆性的丙烯酸环氧树脂和纳米碳颗粒作为黏胶材料，可以很好地包覆颗粒污物，且硬化后易开裂，在激光束热力和冲击波作用下会形成100～300μm的颗粒污物从工件表面剥离，最终使颗粒污物剥离，清洗效果好；在激光束的热力作用下，形成的剥离物尺寸大于激光束辐照到吸收层表面时的直径，因此相邻激光光斑之间无需搭接，光斑之间的距离是光斑直径的2～5倍，可以大幅度提高清洗效率。
附图说明
图1是无损激光清洗装置示意图；
图中：1脉冲激光束 2黏胶 3颗粒污物 4工件。
具体实施方式
为更好的阐述本发明的实施细节，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
本发明的一种无损激光清洗工艺如图1所示，包括工作台脉冲激光束1、黏胶2、颗粒污物3和工件4。黏胶2覆盖在工件4的待清洗表面上。
实施实例一：
本实例中，脉冲激光器单脉冲能量为1mJ，频率为100KHZ，所发出的脉冲激光束1脉宽为10ns，为二氧化碳激光，波长10.6μm，脉冲激光束1经聚焦后到达黏胶2的上表面时光斑直径为50μm；黏胶2的主要成分是丙烯酸环氧树脂和纳米碳颗粒，厚度为60μm；工件4的材质为石英；颗粒污物3的材质为石英，粒度分布为0.5～50μm。
步骤一：在工件4的待清洗表面均匀涂覆一层黏胶2；
步骤二：对黏胶2进行烘干硬化；
步骤三：脉冲激光束1辐照在黏胶2表面，对整个工件4表面进行激光清洗；
步骤四：工件4经过高压气体吹洗之后，放入50％丙酮溶液进行超声清洗。
激光清洗效率为2.4m2/h。经检测，激光清洗前工件4表面的颗粒污物密度为11.4颗/cm2，激光清洗后，工件4表面的颗粒污物密度为0.7颗/cm2。
实施实例二
本实例中，脉冲激光器单脉冲能量为0.5mJ，频率为150KHZ，所发出的脉冲激光束1脉宽为100ns，为二氧化碳激光，波长10.6μm，脉冲激光束1经聚焦后到达黏胶2的上表面时光斑直径为50μm；黏胶2的主要成分是丙烯酸环氧树脂和纳米碳颗粒，厚度为60μm；工件4的材质为硅；颗粒污物3的材质为硅，粒度分布为0.5～50μm。
步骤一：在工件4的待清洗表面均匀涂覆一层黏胶2；
步骤二：对黏胶2进行烘干硬化；
步骤三：脉冲激光束1辐照在黏胶2表面，对整个工件4表面进行激光清洗；
步骤四：工件4经过高压气体吹洗之后，放入50％丙酮溶液进行超声清洗。
激光清洗效率为4.8m2/h。经检测，激光清洗前工件4表面的颗粒污物密度为12.8颗/cm2，激光清洗后，工件4表面的颗粒污物密度为1.2颗/cm2。
实施实例三
本实例中，脉冲激光器单脉冲能量为1.5mJ，频率为200KHZ，所发出的脉冲激光束1脉宽为300ns，为二氧化碳激光，波长10.6μm，脉冲激光束1经聚焦后到达黏胶2的上表面时光斑直径为50μm；黏胶2的主要成分是丙烯酸环氧树脂和纳米碳颗粒，厚度为60μm；工件4的材质为石英；颗粒污物3的材质为石英，粒度分布为0.5～50μm。
步骤一：在工件4的待清洗表面均匀涂覆一层黏胶2；
步骤二：对黏胶2进行烘干硬化；
步骤三：脉冲激光束1辐照在黏胶2表面，对整个工件4表面进行激光清洗；
步骤四：工件4经过高压气体吹洗之后，放入50％丙酮溶液进行超声清洗。
激光清洗效率为7.2m2/h。经检测，激光清洗前工件4表面的颗粒污物密度为10.8颗/cm2，激光清洗后，工件4表面的颗粒污物密度为0.8颗/cm2。
Claims (6)
1.一种无损激光清洗方法，由以下步骤组成：
步骤一：在工件的待清洗表面上均匀涂覆一层黏胶；
步骤二：对黏胶进行烘干硬化；
步骤三：脉冲激光束辐照在黏胶表面，对整个工件表面进行激光清洗；
步骤四：工件经过高压气体吹洗之后，放入丙酮溶液进行超声清洗；
其特征在于：黏胶涂覆在工件的表面后，颗粒污物被黏胶包围，经过干燥后颗粒污物将被固化在黏胶内；脉冲激光束作用在对脉冲激光束吸收率超过50％且干燥后在外力作用下易开裂的黏胶上，产生冲击波，在激光的瞬时热力作用下，黏胶和固化在黏胶内的颗粒污物开裂成粒度为100～300μm的碎片并从工件的表面飞离，使颗粒污物从工件的待处理表面分离；工件经过高压气体吹洗之后，放入丙酮溶液进行超声清洗可以清除粘着在工件表面的黏胶残渣。
2.如权利要求1所述的一种无损激光清洗方法，其特征在于：所述的脉冲激光束的脉宽范围为10～300ns，波长为10.6μm，功率密度范围106～107GW/cm2。
3.如权利要求1所述的一种无损激光清洗方法，其特征在于：所述的黏胶是由丙烯酸环氧树脂和纳米碳颗粒按照体积比4:1混合而成，干燥后在外力作用下易开裂，且易溶于丙酮等有机溶剂；黏胶厚度为30-100μm。
4.如权利要求1所述的一种无损激光清洗方法，其特征在于：所述的颗粒污物的尺寸为0.5～50μm，采用常规工件清洗工艺无法去除。
5.如权利要求1所述的一种无损激光清洗方法，其特征在于：丙酮溶液的体积百分浓度为50％。
6.如权利要求1所述的一种无损激光清洗方法，其特征在于：所述的工件为光学镜片或者半导体元件。
Priority Applications (2)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109226102A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-01-18 | 江苏大学 | 一种激光清洗用含能涂层及其激光清洗工艺 |
| CN113823713A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-12-21 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | 一种激光辅助改善led芯片ito表面发花的方法 |
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Cited By (3)
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| CN113823713B (zh) * | 2021-08-12 | 2023-07-14 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | 一种激光辅助改善led芯片ito表面发花的方法 |
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