CN111085784B - 浸润式雷射加工方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭露了一种浸润式雷射加工方法及其系统，该方法包括：提供具有第一形状的基板；将基板设置于承载体中，承载体中注入液体；提供雷射源以产生雷射光束；根据应用程序，雷射光束沿着第二形状切割基板，让基板分离为主要基板与次要基板，次要基板自基板脱离并沉入承载体的底部，或者根据应用程序，雷射光束在基板钻孔，以在基板中形成孔洞与衍生物，衍生物自基板脱离并沉入承载体的底部；以及获得主要基板、具有孔洞的基板或具有孔洞的主要基板。本发明另外提供了一种浸润式雷射加工系统。

Description

浸润式雷射加工方法及其系统

技术领域

本发明为一种基板加工的技术领域，特别是一种提供洁净制程的浸润式雷射加工方法及其系统。

背景技术

传统的基板(例如玻璃、蓝宝石、硅、砷化镓或陶瓷等)为了能够获得相应的形状与孔洞，其利用雷射对其进行加工(例如切割或钻孔等加工)，以取得良好的加工质量。

传统的雷射加工必须使用水，即俗称的喷水法，喷水法将可以降低雷射作用于基板时所产生的高温并可以用来清理碎屑。加工过程若无水作为媒介，基板加工将难以取得好的良率与效果。

然而，由于喷水法的雷射加工方式在加工过程中采用喷水的方式，因此其加工过程中所产生的例如玻璃微粒将会污染空气，进而对操作者或现场人员造成职业伤害，特别是肺部的伤害。此外，玻璃微粒也会影响雷射光源的准直性、强度等，从而导致于良率降低。再者，喷水法的水是动态地喷洒，其需要维持稳定的流速，不然将会造成基板切割的结果是不一致的。除了流速维持以外，还需要考虑喷头喷水的位置，其必须是精准的。因此，使用喷水法进行孔洞加工时，因考虑到前述的众多因素，将使得孔洞的尺寸仅限制在0.2～0.25毫米的范围内。

发明内容

为了解决上述缺点，本发明的第一目的是提供一种浸润式雷射加工方法，提供承载体浸润基板并加工的洁净加工方法。

本发明的第二目的是根据上述浸润式雷射加工方法将基板设置于承载体上，以对基板执行切割加工、钻洞加工或其组合。

本发明的第三目的是根据上述浸润式雷射加工方法，将切割后的基板或钻洞之后的微粒、边角料或衍生物等沉入承载体的底部，以达到不污染空气的目的。

本发明的第四目的是提供一种浸润式雷射加工系统，雷射光束透过机械组件或扫描组件，让雷射光束沿路径行进，以达到加工的目的。

本发明的第五目的是提供一种浸润式雷射加工系统，其提供洁净的雷射加工制程。

为达到上述目的与其他目的，本发明提供一种浸润式雷射加工方法。浸润式雷射加工方法包括：提供基板，所述基板具有第一形状；将基板设置于承载体中，承载体中注入液体；提供雷射源，以产生雷射光束；根据应用程序，雷射光束沿着第二形状切割基板，以将基板分离为主要基板与次要基板，次要基板自基板脱离并沉入承载体的底部，或者根据应用程序，利用雷射光束在基板中钻孔，以在基板中形成孔洞与衍生物，衍生物自基板脱离并沉入承载体的底部；以及获得主要基板、具有孔洞的基板或具有孔洞的主要基板。

为达到上述目的与其他目的，本发明提供一种用于加工基板的浸润式雷射加工系统。浸润式雷射加工系统包含承载单元、雷射光源部、挟持部与处理单元。承载单元形成容置空间供注入液体。容置空间供设置基板，其中，基板被液体包覆或基板的至少一部分露出液体的液面。雷射光源部设置于承载单元的一侧。雷射光源部产生雷射光束。挟持部设置于承载单元或雷射光源部的附近，用以挟持基板，以让基板浸润于液体中。处理单元连接到雷射光源部。处理单元执行应用程序，以将基板切割成主要基板与次要基板，或者在基板中形成孔洞与衍生物。其中，次要基板自基板脱离并沉入承载单元的底部，或者衍生物自基板脱离并沉入承载单元的底部。

相较于习知的技术，本发明提供的浸润式雷射加工方法及其系统，藉由将基板设置于液体中，除可以降低基板因雷射加工所产生的高温之外，其所产生的多余基板或衍生物可以沉积于液体中，而不会污染空气。另外，藉由低流速或静止的液体，使得稳定的水提供良好的切割与钻洞的效果。由于切割或钻洞过程能提供稳定的状态，使得钻孔孔径、切割形状、切面质量都可获得控制。

附图说明

图1是本发明第一实施例的浸润式雷射加工方法的流程示意图。

图2是本发明第二实施例的浸润式雷射加工系统的框图。

图3是说明图2的浸润式雷射加工系统的结构示意图。

图4是说明图2的浸润式雷射加工系统的扫描组件的示意图。

具体实施方式

为充分了解本发明的目的、特征及功效，兹藉由下述具体的实施例，并配合所附的图式，对本发明做详细说明，说明如后。

于本发明中，使用「一」或「一个」来描述本文所述的单元、元件和组件。此举只是为了方便说明，并且对本发明的范畴提供一般性的意义。因此，除非很明显地另指他意，否则此种描述应理解为包括一个、至少一个，且单数也同时包括复数。

于本发明中，用语「包含」、「包括」、「具有」、「含有」或其他任何类似用语意欲涵盖非排他性的包括物。举例而言，含有复数要件的组件、结构、制品或装置不仅限于本文所列出的此等要件而已，而是可以包括未明确列出但却是该组件、结构、制品或装置通常固有的其他要件。除此之外，除非有相反的明确说明，用语「或」是指涵括性的「或」，而不是指排他性的「或」。

图1是本发明第一实施例的浸润式雷射加工方法的流程示意图。在图1中，浸润式雷射加工方法的步骤起始于步骤S11，系提供基板，基板具有第一形状。其中，基板的材质可为玻璃、蓝宝石、硅、砷化镓、陶瓷等。第一形状例如可为矩形、方形等。

步骤S12，系将基板设置于承载体中，承载体中注入液体，使得承载体承载液体，液体例如可为水、甘油、油、纳米水或其前述混合液等。于另一实施例中，液体也可以藉由温度的控制，进而改善加工的质量。以甘油作为液体为例说明，甘油的温度可以操作在一百摄氏度以上，例如290摄氏度。于另一实施例中，也可以透过机制让液体具有流动速度，以在承载体中以流动速度移动。

步骤S13，系提供雷射源，以产生雷射光束。于本实施例中，雷射源例如可为皮秒雷射或飞秒雷射等，且雷射源产生的雷射光束可藉由驱动方式，改变路径、方向、功率、焦点、光束直径、焦距等物理特征。

步骤S14，系根据应用程序，雷射光束可执行切割模式或钻孔模式。举例而言，应用程序可调整雷射光束的物理特征，而物理特征可为功率、光束密度、扫描速度与持续时间中的至少一者或者应用程序以连续波模式(Continuous wave，CW)、单一脉冲模式(Singlepulse)、脉冲模式(Pulse mode)、脉冲串模式(Burst mode)中的至少一者驱动雷射光束。

在切割模式中，雷射光束根据应用程序，雷射光束可沿着第二形状(例如圆形、线条等)切割基板，让基板可分离为主要基板(于此指的是后续使用的基板)与次要基板(于此指的是废料、边角料等)。此外，次要基板经由雷射光束的切割，次要基板可与主要基板分离并自基板脱离，并且当次要基板与液体的比重大于1时，次要基板将沉入承载体的底部。

在钻孔模式中，雷射光束根据应用程序在基板的特定位置执行钻孔，以在基板形成孔洞与衍生物(于此指的是钻孔所产生的废料)。此外，基板经由雷射光束的钻孔所产生衍生物可自基板脱离，并且当衍生物与液体的比重大于1时，衍生物将沉入承载体的底部。

不管在切割模式或钻孔模式，过程中除产生次要基板或衍生物之外，更还有可能产生微粒、粉尘等。前述的微粒、粉尘是产生自基板或是产生自基板烧结之后的产物，微粒(或粉尘)与液体的比重大于1时，微粒(或粉尘)也将沉入承载体的底部。

步骤S15，系获得主要基板、具有孔洞的基板或具有孔洞的主要基板。

请参考图2，系本发明第二实施例的浸润式雷射加工方法的框图。在图2中，浸润式雷射加工系统10加工基板2，基板2的材质可参考第一实施例所述。

浸润式雷射加工系统10包含承载单元12、雷射光源部14、挟持部16与处理单元18。

承载单元12形成容置空间SP供注入液体4，一并参考图3，系说明图2的结构示意图。其中，液体4可为水、甘油、油、纳米水或其前述混合液等。于另一实施例中，容置空间SP还可以设置温度单元(图未示)，用以调整液体4的温度，例如加热器或是冷却器等。于此，承载单元12以槽体为例说明，于其他实施例中承载单元12可为箱体、柜体等可形成容置空间SP的形体。容置空间SP能够设置液体4与基板2。

于本实施例中，基板2被液体4包覆，即基板2的表面低于液体4的液体表面(或简称液面)。于另外一实施例中，基板2的至少一部分(例如表面)可露出液体4的液面。再者，在容置空间SP提供具有流动速度的液体4或是提供完全静止的液体4。不管是静止或是移动的液体4，其目的都是为了能够持续地散发因雷射光束LB作用于基板2所产生的温度。

回到图2，雷射光源部14设置于承载单元12的上侧。雷射光源部14产生前述雷射光束LB，例如雷射光束LB是产生自皮秒雷射、飞秒雷射或其他种类雷射。于另外一实施例中，雷射光束的波长范围介于190纳米(nm)至1064纳米(nm)之间或介于190纳米(nm)至10600纳米(nm)之间。于本实施例中，雷射光源部14还可包含机械组件(例如齿轮、电机、履带、轴承等)(图未示)，让雷射光束LB可以沿路径(图未示)行进，或者参考图4，雷射光源部14还包含扫描组件142，可利用扫描组件142改变雷射光束LB的出光路的例如角度或方向，以随着例如时间在基板2的不同的位置出现雷射光束LB’。前述路径例如可以是相应的形状或孔状。

回到图2，在机械组件的实施态样，例如可以在低速加工下，利用机械结构的方式依照路径移动雷射光源部14，以形成相应的形状或孔状；在扫描组件142的实施态样中，例如可以在高速加工下，利用扫描组件142改变雷射光源的出射位置(或角度)，以符合路径，进而形成相应的形状或孔状。然而，上述的高速/低速的说明，并不限制机械结构就能操作在低速加工环境或光学结构只能操作在低速加工环境。

于本实施例中，挟持部16设置于雷射光源部14的上方，其目的是用于挟持基板2，以让基板2浸润于液体4，例如挟持部16可利用真空吸附、夹具等方式挟持基板2。于另外一实施例中，挟持部16也可以设置于承载单元12的附近。

处理单元18连接到雷射光源部14。处理单元18可执行应用程序APP以驱动雷射光束LB沿路径作用于基板2，以在基板2进行切割或钻孔。

举例而言，基板2可被切割成主要基板22与次要基板24，其主要基板22与次要基板24的关系可参照图3的右上俯视放大图；或者，基板2在钻洞之后，基板2形成孔洞26与衍生物28，其孔洞26与衍生物28的关系可参照图3的右下俯视放大图。其中，孔洞26的直径大于或等于0.05毫米。前述次要基板与衍生物可以视为废料的部分。

此外，前述应用程序APP除引导雷射光束LB沿路径作用于基板2之外，应用程序APP也可以调整雷射光束LB的物理特征，以供雷射光束LB运行而切割主要基板22的形状或决定孔洞26的孔径、深度、形状等。其中，物理特征可为功率、光束密度、扫描速度、持续时间，并且雷射光源部14以连续波模式(Continuous wave，CW)、单一脉冲模式(Single pulse)、脉冲模式(Pulse mode)、脉冲串模式(Burst mode)等方式驱动雷射光束BL，例如雷射光源部14为另外提供例如透镜、陵镜等光学组件，以调整雷射光束LB的路径、方向、功率、焦点、光束直径、焦距等。

当次要基板24自基板2脱离时，次要基板24受作用力(例如重力、吸引力等)的影响，使得次要基板24朝承载单元12的底部移动，或者当衍生物28自基板2脱离时，衍生物28受重力的影响，使得衍生物28也朝承载单元12的底部移动。

于另外一实施例中，浸润式雷射加工系统10还包含声波产生器(图未示)。声波产生器设置于承载单元12中，以产生振动，进而扰动液体4。

于另外一实施例中，浸润式雷射加工系统10还包含温控单元(图未示)。温控单元设置于容置空间SP中，以调整液体4的温度。

本发明在上文中已以较佳实施例揭露，然熟习本项技术者应理解的是，实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，举凡与实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以申请专利范围所界定者为准。

【符号说明】

S11-S15 方法步骤

2 基板

22 主要基板

24 次要基板

26 孔洞

28 衍生物

4 液体

10 浸润式雷射加工系统

12 承载单元

14 雷射光源部

142 扫描组件

16 挟持部

18 处理单元

SP 容置空间

LB、LB’ 雷射光束

APP 应用程序

Claims (13)

1.一种浸润式雷射加工方法，其特征在于，所述方法包括：

提供基板，所述基板具有第一形状；

通过设置于承载体或雷射源的附近的挟持部将所述基板挟持且设置于所述承载体中，所述承载体中注入液体，其中，所述基板被所述液体包覆且所述基板的表面低于所述液体的液面；

提供所述雷射源，以产生雷射光束；

根据应用程序，将所述雷射光束沿着第二形状切割所述基板，以将所述基板分离为主要基板与次要基板，所述挟持部挟持所述主要基板，由于所述基板的比重大于所述液体的比重，未受到所述挟持部挟持的所述次要基板自所述基板脱离并沉入所述承载体之底部，或者根据所述应用程序，所述雷射光束在所述基板钻孔，以在所述基板中形成孔洞与衍生物，由于所述基板的比重大于所述液体的比重，未受到所述挟持部挟持的所述衍生物将自所述基板脱离并沉入所述承载体之底部，其中所述主要基板相关于所述第二形状；以及

获得主要基板、具有所述孔洞之所述基板或具有所述孔洞之所述主要基板。

2.一种用于加工基板的浸润式雷射加工系统，其特征在于，所述浸润式雷射加工系统包含：

承载单元，形成容置空间供注入液体，所述容置空间供设置所述基板，其中所述基板被所述液体包覆且所述基板的表面低于所述液体的液面；

雷射光源部，设置于所述承载单元之一侧，所述雷射光源部产生雷射光束；

挟持部，设置于所述承载单元或所述雷射光源部的附近，用以挟持所述基板，以让所述基板浸润于所述液体；以及

处理单元，连接到所述雷射光源部，所述处理单元执行应用程序，以将所述基板切割成主要基板与次要基板，或者在所述基板中形成孔洞与衍生物，其中所述挟持部挟持所述主要基板、未形成所述孔洞与所述衍生物的所述基板；

其中，由于所述基板的比重大于所述液体的比重，未受到所述挟持部挟持的所述次要基板自所述基板脱离并沉入所述承载单元之底部，或者未受到所述挟持部挟持的所述衍生物自所述基板脱离并沉入所述承载单元之底部。

3.如权利要求2所述的浸润式雷射加工系统，其特征在于，所述应用程序引导所述雷射光束基于路径在所述基板移动。

4.如权利要求3所述的浸润式雷射加工系统，其特征在于，所述雷射光源部还包含机械组件，让所述雷射光束沿所述路径运行。

5.如权利要求3所述的浸润式雷射加工系统，其特征在于，所述雷射光源部还包含扫描组件，让所述雷射光束沿所述路径运行。

6.如权利要求2所述的浸润式雷射加工系统，其特征在于，所述应用程序调整所述雷射光束之物理特征，所述物理特征可为功率、光束密度、扫描速度与持续时间之至少一者，或者所述应用程序以连续波模式、单一脉冲模式、脉冲模式与脉冲串模式之至少一者驱动所述雷射光束。

7.如权利要求2所述的浸润式雷射加工系统，其特征在于，所述雷射光源部还包含光学组件以调整所述雷射光束的路径、方向、功率、焦点、光束直径与焦距之至少一者。

8.如权利要求2所述的浸润式雷射加工系统，其特征在于，所述液体在所述容置空间具有流动速度，以持续地散发所述雷射光束作用于所述基板所产生的温度。

9.如权利要求2所述的浸润式雷射加工系统，其特征在于，所述次要基板与所述衍生物受作用力的影响，朝所述承载单元之底部移动。

10.如权利要求2所述的浸润式雷射加工系统，其特征在于，所述雷射光束的波长范围介于190纳米至1064纳米之间或介于190纳米至10600纳米之间，以及所述液体为水、甘油、油、纳米水或其前述混合液。

11.如权利要求10所述的浸润式雷射加工系统，其特征在于，所述浸润式雷射加工系统还包含声波产生器，设置于所述承载单元中，所述声波产生器在所述承载单元中产生振动，以扰动所述液体。

12.如权利要求2所述的浸润式雷射加工系统，其特征在于，所述浸润式雷射加工系统还包含温控单元，设置于所述容置空间中以调整所述液体的温度。

13.如权利要求2所述的浸润式雷射加工系统，其特征在于，所述孔洞的直径不小于0.05毫米。

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