CN117548861A - 一种在透光材料上加工槽孔的方法及加工系统 - Google Patents
一种在透光材料上加工槽孔的方法及加工系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117548861A CN117548861A CN202410032395.7A CN202410032395A CN117548861A CN 117548861 A CN117548861 A CN 117548861A CN 202410032395 A CN202410032395 A CN 202410032395A CN 117548861 A CN117548861 A CN 117548861A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- light
- transmitting material
- blasting
- area
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 174
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 123
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 95
- 238000010147 laser engraving Methods 0.000 claims abstract description 70
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 63
- 238000005422 blasting Methods 0.000 claims abstract description 59
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims abstract description 56
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 6
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 9
- 238000010329 laser etching Methods 0.000 claims description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 7
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims description 7
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 4
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 4
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 claims description 4
- XFCFYXYRYOKBJS-UHFFFAOYSA-N [F-].[F-].[F-].[NH4+].[NH4+].[NH4+] Chemical compound [F-].[F-].[F-].[NH4+].[NH4+].[NH4+] XFCFYXYRYOKBJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 10
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 9
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OOBJYKUGPRVRSK-UHFFFAOYSA-N azane;trihydrofluoride Chemical compound N.F.F.F OOBJYKUGPRVRSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 2
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005385 borate glass Substances 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 description 1
- 239000010437 gem Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/38—Removing material by boring or cutting
- B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K13/00—Etching, surface-brightening or pickling compositions
- C09K13/04—Etching, surface-brightening or pickling compositions containing an inorganic acid
- C09K13/08—Etching, surface-brightening or pickling compositions containing an inorganic acid containing a fluorine compound
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
Abstract
本申请涉及透光材料加工技术领域，尤其涉及一种在透光材料上加工槽孔的方法及加工系统，所述方法结合采用激光内雕和湿法蚀刻工艺，包括步骤：设置透光材料待加工区域的3D图像，根据所述3D图像形成激光雕刻图像；根据所述激光雕刻图像文件生成对应的第一激光加工路径，并依照所述第一激光加工路径对所述透光材料进行激光雕刻处理，形成激光爆破区域，所述激光爆破区域至少贯穿所述透光材料一侧的表面；湿法蚀刻处理：使所述激光爆破区域的表面与蚀刻液接触反应，以蚀刻形成与所述待加工区域对应的槽孔。本申请技术方案通过创造性地结合采用激光内雕和湿法蚀刻工艺，有效提高了透光材料的加工精度、加工效率、可靠性和耐久性。
Description
技术领域
本发明涉及透光材料加工技术领域，尤其涉及一种在透光材料上加工槽孔的方法及加工系统。
背景技术
PCB行业、面板行业以及半导体行业中经常涉及到透光材料的加工，例如：玻璃、陶瓷、碳化硅等的开孔或挖槽。对于在透光脆性材料上开设槽孔，行业内采用的加工方法包括湿法蚀刻，以及干法蚀刻，如激光蚀刻工艺。
湿法蚀刻工艺包括如下工序：遮蔽-曝光-显影-蚀刻液蚀刻。湿法蚀刻工艺存在工序复杂、步骤繁琐的缺点；此外，由于湿法蚀刻是用某种腐蚀溶液（蚀刻液）与被刻蚀材料发生化学反应，而反应在各个方向上发生，各向同性（Isotropic），蚀刻方向难以控制，难以得到理想的垂直立面和理想的尺寸精度。
激光内雕工艺主要应用于硬质材料如宝石、水晶等透光材料的内雕处理，也即激光内雕工艺一般用于在透光材料的内部开孔，其应用受到较大限制；此外激光内雕工艺还存在加工效率低，会产生微裂纹，且随着时间的增长裂纹容易扩大的问题。
发明内容
本申请提供一种在透光材料上加工槽孔的方法，能够提高透光材料的加工精度和加工效率。
第一方面，本申请提供了一种在透光材料上加工槽孔的方法，结合采用激光内雕和湿法蚀刻工艺，包括步骤：
设置透光材料待加工区域的3D图像，根据所述3D图像形成激光雕刻图像；
根据所述激光雕刻图像文件生成对应的第一激光加工路径，并依照所述第一激光加工路径对所述透光材料进行激光雕刻处理，形成激光爆破区域，所述激光爆破区域至少贯穿所述透光材料一侧的表面；
湿法蚀刻处理：使所述激光爆破区域的表面与蚀刻液接触反应，以蚀刻形成与所述待加工区域对应的槽孔。
在一实施例中，在形成所述激光雕刻图像之前，所述方法还包括对所述3D图像进行修正以弥补蚀刻偏差，所述蚀刻偏差为按照所述3D图像文件生成的第二激光加工路径进行激光蚀刻，再根据针对同一种类型透光材料预先进行的湿法蚀刻处理而获得的偏差。
在一实施例中，所述依照所述第一激光加工路径对所述透光材料进行激光雕刻处理，形成激光爆破区域的步骤包括：
采用激光沿第一方向依次扫描所述透光材料的待加工区域，使得所述透光材料的待加工区域形成多个爆破层，多个所述爆破层沿所述第一方向排布，所述爆破层沿第二方向延伸。
在一实施例中，所述采用激光沿第一方向依次扫描所述透光材料的待加工区域，使得所述透光材料的待加工区域形成多个爆破层的步骤包括采用激光由靠近所述透光材料加工台的一端至远离所述透光材料加工台的一端依次扫描所述透光材料的待加工区域，使得所述透光材料的待加工区域形成多个沿所述第一方向排布的爆破层；
所述第二方向与所述第一方向垂直。
在一实施例中，所述爆破层具有多个爆破孔，在进行所述激光雕刻处理之前，所述方法还包括：
获取所述爆破层所对应的激光爆破点的点阵图；
所述激光雕刻处理包括按照所述点阵图中激光爆破点的位置对所述透光材料的对应位置进行激光爆破，以形成所述爆破层。
在一实施例中，相邻两个所述爆破层的间距为0.1μm~1000μm，和/或，同一所述爆破层中相邻两个爆破孔的间距为0.1μm~1000μm。
在一实施例中，相邻两个所述爆破层的爆破孔错位排布。
在一实施例中，所述爆破孔的直径为0.1μm~500μm。
在一实施例中，多个所述爆破层沿所述第一方向等间距排布。
在一实施例中，所述激光雕刻处理的激光波长为190nm~1100nm，和/或，输出激光光斑直径为0.1μm~500μm。
在一实施例中，所述3D图像由多个第一点阵图层组成，所述激光雕刻图像由多个第二点阵图层组成，所述第一点阵图层与所述第二点阵图层一一对应，所述第二点阵图层的面积为其所对应的所述第一点阵图层面积的70%~99%。
在一实施例中，采用激光内雕设备对所述透光材料进行所述激光雕刻处理，在所述激光雕刻处理过程中，所述方法还包括实时监测激光束的位置，当监测到所述激光束的位置不准确时，通过调节所述激光内雕设备的聚焦镜的高度或曲率，对所述激光束的位置进行修正。
在一实施例中，所述蚀刻液包括氢氟酸、三氟化铵、硫酸、硫酸钠、草酸、硝酸、磷酸和醋酸中的一种或多种。
在一实施例中，所述槽孔的形状为正方体状、矩形体状、半球体状、圆柱体状、倒圆锥体状以及其他规则或不规则形状中的任意一种。
在一实施例中，所述方法适用于PCB行业、面板行业和半导体行业的任意一种透光材料的加工，所述透光材料包括玻璃、透光性半导体材料和透光性塑料中的任意一种。
第二方面，本申请还提出一种加工系统，所述加工系统包括激光内雕设备和湿法蚀刻设备，如上所述的方法基于所述加工系统进行；
或者，所述加工系统包括激光内雕设备，所述激光内雕设备应用于如上所述的方法中对所述透光材料进行激光雕刻处理，而后通过相应湿法蚀刻设备采用如上所述的方法对已经完成激光雕刻处理的透光材料进行湿法蚀刻，以蚀刻形成与所述待加工区域对应的槽孔；
或者，所述加工系统包括湿法蚀刻设备，在通过相应激光内雕设备采用如上所述的方法对所述透光材料进行激光雕刻处理后，所述湿法蚀刻设备应用于如上所述的方法中对所述透光材料进行湿法蚀刻，以蚀刻形成与所述待加工区域对应的槽孔。
本技术方案与现有技术相比，至少具有以下技术效果：
本申请技术方案通过结合采用激光内雕和湿法蚀刻工艺，有效提高了透光材料的加工精度和加工效率。在本申请突破了传统的激光内雕工艺只做透光材料内部加工的应用限制，在本申请技术方案中，先采用激光内雕工艺对所述透光材料的待加工区域进行由表及里或由表及里再及表的爆破处理，在后期湿法蚀刻处理过程中，由于激光爆破区域的蚀刻速度远高于材料未受到激光爆破区域的蚀刻速度，从而使得在材料的激光爆破区域蚀刻出槽孔，也即在材料的待加工区域蚀刻出槽孔。在加工效率方面，相对于直接采用激光或蚀刻剂将透光材料的待加工区域的材料去除，本申请中湿法蚀刻与激光内雕工艺配合去除的效率更高，耗时更短，在蚀刻剂蚀刻前，无需进行遮蔽、曝光、显影工序，整体制程工序短；在加工精度方面，在进行蚀刻处理之前，先采用激光内雕工艺对材料的待加工区域进行激光爆破，能够减小蚀刻剂蚀刻过程中的各向同性给蚀刻槽孔造成的蚀刻偏差，使得加工后得到的槽孔的形状更加接近理论形状，进而提高了加工精度；另外，单一的激光加工，会使材料产生微裂纹，从而使得材料的加工精度受到影响，而本申请将湿法蚀刻工艺与激光内雕工艺配合，除去了材料上因激光内雕而产生的微裂纹，进而提高了透光材料的加工精度、可靠性和耐久性。因此，本申请的方法兼顾高加工效率、高加工精度、高可靠性和高耐久性的优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本申请的在透光材料上加工槽孔的方法的工艺流程图；
图2是本申请在一实施例中所加工而成的透光材料的槽孔结构示意图；
图3是本申请在另一实施例中所加工而成的透光材料的槽孔结构示意图；
图4为本申请在一实施例中对透光材料的加工结构示意图；
图5是本申请的在透光材料上加工槽孔的方法在另一实施例中的流程示意图；
图6是本申请的在透光材料上加工槽孔的方法在一实施例中的流程示意图；
图7是本申请在一实施例中对透光材料的加工结构示意图；
图8是本申请在一实施例中所加工而成的透光材料的槽孔的加工误差测量图；
图9是本申请在一实施例中所加工而成的透光材料的槽孔的底部平整度测试图。
附图标记：
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
第一方面，本申请提供了一种在透光材料100上加工槽孔的方法。
请参阅图1，在本申请的实施例中，该方法结合采用激光内雕和湿法蚀刻工艺，包括如下步骤：
S1.设置透光材料100待加工区域110的3D图像，根据所述3D图像形成激光雕刻图像；
S2.根据所述激光雕刻图像文件生成对应的第一激光加工路径，并依照所述第一激光加工路径对所述透光材料进行激光雕刻处理，形成激光爆破区域120，所述激光爆破区域120至少贯穿所述透光材料100一侧的表面；
S3.湿法蚀刻处理：使所述激光爆破区域120的表面与蚀刻液接触反应，以蚀刻形成与所述待加工区域对应的槽孔130。
激光内雕工艺的原理是光的干涉现象；具体地，将两束激光从不同的角度射入透明材料并准确地交汇在一个点上；其中，由于两束激光在交点上发生干涉和抵消，其能量由光能转换为内能，放出大量热量，将该点融化形成微小的空洞。本申请通过采用激光内雕工艺准确地控制两束激光在不同位置上交汇，在透光材料100的待加工区域110制造出大量微小的空洞，而这些空洞能够大幅度增加蚀刻液与透光材料100的待加工区域110的接触面积，从而使得蚀刻液对透光材料100待加工区域110的蚀刻速率远高于透光材料100其他区域的蚀刻速率。
在现有技术中，激光内雕工艺通常用来对水晶等透光材料进行内雕，以在透光材料内部形成孔洞或图案，而不会应用在透光材料的穿孔或盲孔（槽）的加工工艺中；而在本申请实施例中，通过灵活地将激光的光斑聚焦点最终移动至材料表面位置，使得激光内雕工艺得以与湿法蚀刻工艺相结合，实现对透光材料的槽孔的精准加工，整个加工制程短且无微裂纹产生，加工精度高，能够满足各类3D槽孔结构的加工。
本申请技术方案通过结合采用激光内雕和湿法蚀刻工艺，有效提高了透光材料的加工精度和加工效率。在本申请突破了传统的激光内雕工艺只做透光材料内部加工的应用限制，在本申请技术方案中，先采用激光内雕工艺对所述透光材料100的待加工区域110进行由表及里或由表及里再及表的爆破处理，在后期湿法蚀刻处理过程中，由于激光爆破区域120的蚀刻速度远高于材料未受到激光爆破区域的蚀刻速度，从而使得在材料的激光爆破区域120蚀刻出槽孔130，也即在透光材料100的待加工区域110蚀刻出槽孔130。在加工效率方面，相对于直接采用激光或蚀刻剂将透光材料100的待加工区域110的材料去除，本申请中湿法蚀刻与激光内雕工艺配合去除的效率更高，耗时更短，在蚀刻剂蚀刻前，无需进行遮蔽、曝光、显影工序，整体制程工序短；在加工精度方面，在进行蚀刻处理之前，先采用激光内雕工艺对透光材料100的待加工区域110进行激光爆破，能够减小蚀刻剂蚀刻过程中的各向同性给蚀刻槽孔造成的蚀刻偏差，使得加工后得到的槽孔的形状更加接近理论形状，进而提高了加工精度；另外，单一的激光加工，会使材料产生微裂纹，从而导致材料的加工精度受到影响，而本申请通过将湿法蚀刻工艺与激光内雕工艺配合，除去了材料上因激光内雕而产生的微裂纹，进而提高了透光材料的加工精度、可靠性和耐久性。因此，本申请的方法兼顾高加工效率、高加工精度、高可靠性和高耐久性的优点。
在本申请实施例中，所述方法适用于PCB行业、面板行业和半导体行业的透光材料的加工。所述透光材料100可以为玻璃、透光性半导体材料、透光性塑料或其他透光性材料；所述玻璃可以为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、钾玻璃、石英玻璃、萤石等，所述透光性半导体材料可以为碳化硅、氧化锌、氮化镓等。
在本申请实施例中，所述蚀刻液包括氢氟酸、三氟化铵、硫酸、硫酸钠、草酸、硝酸、磷酸、醋酸以及其他本领域常用蚀刻液中的一种或多种；所述蚀刻液的具体组分以及所述透明材料的种类均会对蚀刻速度有影响，本领域技术人员可根据所选择的所述透光材料100的种类选择适当的蚀刻剂；例如，对于如石英玻璃类的玻璃来说，可选用氢氟酸或硝酸和氢氟酸的混合液作为蚀刻液；在一些情况下，若蚀刻过程较为温和或蚀刻深度较浅，还可以选用草酸和硫酸钠的混合液作为蚀刻液；此外，还可以向蚀刻液中添加三氟化氨和硫酸的混合物，三氟化氨和硫酸会组成缓冲刻蚀液，能够将蚀刻速率维持在一定范围内，能够降低过度蚀刻的风险。
在本申请实施例中，在所述S3中，可以将所述透光材料100整体或局部浸没在所述蚀刻液中，还可以将蚀刻液喷淋在所述透光材料100的激光爆破区域120的表面，只要能够使所述激光爆破区域120的表面持续与蚀刻液接触反应，直至蚀刻形成与所述待加工区域110对应的槽孔即可。
请参阅图2和图3，所述槽孔130的形状可以为正方体状、矩形体状、半球体状、圆柱体状、倒圆锥体状以及其他规则或不规则形状中的任意一种，也即本申请的技术方案适用于在透光材料100上开设各类槽孔，本领域技术人员可根据需要进行设置。
在本申请的实施例中，由于在加工过程中采用了湿法蚀刻，刻蚀过程中可能会产生一些比目标蚀刻宽度更宽或更窄的部分，从而导致最终蚀刻的槽孔的尺寸或形状与预设蚀刻尺寸或形状存在些微偏差。举例来说，如图4所示，当需要在透光材料100上端蚀刻一个长方体槽孔时，若直接根据该长方体槽孔的图像文件（对应所述待加工区域110的3D图像文件）生成激光加工路径进行激光蚀刻，那么由于湿法蚀刻具有各向同性，在后期湿法蚀刻过程中，蚀刻剂不但会在垂直方向溶解材料，还会将材料的侧面溶解，使得最终蚀刻出来的槽孔130的实际宽度会比目标宽度宽，且由于越靠近上端的部位与蚀刻液接触的时间越长，会使得材料蚀刻出来的槽孔130越靠近上端槽口的位置其实际宽度与目标宽度的宽度差越大。
请参照图4、图5和图6，在一实施例中，进一步地，在形成所述激光雕刻图像之前，所述方法还包括对所述3D图像进行修正以弥补蚀刻偏差△V，所述蚀刻偏差△V为按照所述3D图像文件生成的第二激光加工路径进行激光蚀刻，再根据针对同一种类型透光材料预先进行的湿法蚀刻处理而获得的偏差,
在上述实施例中，通过对透光材料100待加工区域110的3D图像进行修正，以弥补直接按照所述3D图像文件生成的第一激光加工路径进行激光蚀刻，再根据针对同一种类型透光材料预先进行的湿法蚀刻处理而获得的偏差，并根据该修正后的图像进行激光雕刻处理，而后再进行湿法蚀刻处理，使得加工精度得以进一步提升。在上述实施例中，先采用激光对所述透光材料100的部分待加工区域110进行预处理，所述激光爆破区域120未完全将所述透光材料100的待加工区域110（也即预设开槽区域）覆盖，而是为后期湿法蚀刻过程中侧壁的蚀刻预留了一定空间，以弥补湿法蚀刻过程中侧蚀所带来的蚀刻偏差，从而使得材料的加工精度得以进一步提高；如图7、图8和图9所示，对于透光材料100矩形槽孔的加工，采用本申请的加工方法能够确保加工出来的槽孔具有较高的垂直度以及较好的平整度，其加工误差能够控制在5um以内。
在上述实施例的基础上，进一步地，所述依照所述第一激光加工路径对所述透光材料100进行激光雕刻处理，形成激光爆破区域120的步骤包括：采用激光沿第一方向F1依次扫描所述透光材料100的待加工区域110，使得所述透光材料100的待加工区域110形成多个爆破层121，多个所述爆破层121沿所述第一方向排布，所述爆破层121沿第二方向F2延伸。
更进一步地，相邻两个所述爆破层121的间距为0.1μm~1000μm，具体可以为0.1μm、1μm、10μm、100μm、1000μm或它们之间的任意值；若相邻两个所述爆破层121的间距过大，不利于增大所述S2中湿法蚀刻过程中所述透光材料100的待加工区域110的蚀刻速率，从而不利于在所述透光材料100的预设位置蚀刻出与预设槽孔尺寸及形状一致或接近的槽孔130，若相邻两个所述爆破层121的间距过小，会导致降低激光雕刻的加工效率，另外还可能使所述透光材料100产生过大的裂纹，使得后续的湿法蚀刻无法去除裂纹，更甚会使所述透光材料100直接破裂。
再进一步地，相邻两个所述爆破层121的爆破孔1211错位排布，通过使相邻两个所述爆破层121的爆破孔1211错位排布，有利于提高所述S2中蚀刻剂的蚀刻效率，可以保证蚀刻底面及蚀刻侧壁面的平整度。
在一实施例中，多个所述爆破层121沿所述第一方向F2等间距排布，有利于提高所述透光材料100的整体加工效率。
在一实施例中，所述第二方向F1与所述第一方向F2垂直，所述采用激光沿第一方向依次扫描所述透光材料100的待加工区域110，使得所述透光材料100的待加工区域110形成多个爆破层121的步骤包括：采用激光靠近所述透光材料100加工台的一端至远离所述透光材料100加工台的一端依次扫描所述透光材料100的待加工区域110，使得所述透光材料100的待加工区域110形成多个沿所述第一方向F1排布的爆破层121，且位于最上端的所述爆破层121贯穿所述透光材料100的顶部表面。
在一具体实施例中，所述第一方向F1为竖直方向，所述透光材料100放置于其加工台的上方。具体地，如图3和图4所示，当需要在透光材料100的顶部开设一个长方体槽孔时，将透光材料100放置在激光头下方，激光由下至上逐层扫描所述透光材料100的待加工区域110（所述透光材料100的待加工区域110的左右两端为弥补所述蚀刻偏差△V而预留的空间未被扫描），使得所述透光材料100的待加工区域110由下至上依次形成多个激光爆破层121，且位于最上端的所述爆破层121贯穿所述透光材料100的顶部表面。当将该透光材料100进一步浸没在蚀刻液中时，所述蚀刻液对所述爆破层121所在区域的蚀刻速率远大于所述透光材料100的未被激光处理过的区域的蚀刻速率，从而能够在所述透光材料100的待加工区域110蚀刻出槽孔130。
在上述实施例的基础上，在一实施例中，所述爆破层121具有多个爆破孔1211，在所述S2中，在湿法蚀刻处理过程中，在所述激光爆破区域120内，所述爆破孔1211能够较大幅度增加所述透光材料100与蚀刻液的接触面积，从而使得所述激光爆破区域120的蚀刻速率远高于所述透光材料100未被激光爆破的区域。
在一实施例中，所述爆破孔1211的直径为0.1μm-500μm，具体可以为0.1μm、1μm、10μm、50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm或它们之间的任意值。
在一实施例中，同一所述爆破层121中相邻两个爆破孔1211的间距为0.1μm~1000μm，具体可以为0.1μm、1μm、10μm、100μm、1000μm或它们之间的任意值；若同一所述爆破层121中相邻两个爆破孔1211的间距过大，不利于增大湿法蚀刻过程中所述透光材料100的待加工区域110的蚀刻速率。
在所述S2中，在进行所述激光雕刻处理之前，所述方法还包括获取所述爆破层121所对应的激光爆破点的点阵图，所述激光雕刻处理包括按照所述点阵图中激光爆破点的位置对所述透光材料100的对应位置进行激光爆破，以形成所述爆破层121。
在一实施例中，在所述S2中，先根据所述激光雕刻图像文件生成多个对应的激光爆破点的点阵图，再根据这些激光爆破点的点阵图生成对应的激光加工路径，然后再依照该激光加工路径对透光材料100进行激光雕刻处理。
在另一实施例中，所述3D图像由多个第一点阵图层组成，所述激光雕刻图像由多个第二点阵图层组成，所述第一点阵图层与所述第二点阵图层一一对应，所述第二点阵图层的面积为其所对应的所述第一点阵图层面积的70%~99%，具体可以为70%、80%、99%或它们之间的任意值；通过将所述第二点阵图层与其对应的所述第一点阵图层的面积差控制在上述范围内，能够使所述透光材料100的加工精度得到较大提升。
在上述实施例中，所述对所述3D图像进行修正包括对所述第一点阵图层中的点的直径大小进行调整，或者包括对所述第一点阵图中的点的数量进行调整，举例来说，若所述3D图像为长方体状，且构成所述3D图像的多个所述第一点阵图层由下至上依次排布，在所述修正过程中，由下至上逐层减小所述第一点阵图层的点的数量，得到多个由上至下依次排布的所述第二点阵图层，相邻两个所述第二点阵图层中，位于上端的所述第二点阵图层的面积小于位于下端的所述第二点阵图层的面积。
在一实施例中，在所述S2中，所述激光雕刻处理过程中激光波长为190nm~1100nm，具体可以为190nm、193nm、248nm、266nm、343nm、355nm、500nm、515nm、532nm、700nm、900nm、1030nm、1064nm、1100nm或它们之间的任意值。由于不同的材料对于同一波段的波长具有不同的折射率，本领域技术人员可根据所述透光材料100的种类选择合适波段的激光波长，本申请对此不进行特别限定。
在一实施例中，在所述S2中，所述激光雕刻处理过程中输出的激光光斑直径为0.1μm~500μm，具体可以为0.1μm、10μm、100μm、250μm、500μm或它们之间的任意值，或者，所述激光雕刻处理过程中输出的激光光斑为1.5倍光斑。激光输出的光斑尺寸大小与所述爆破孔1211的尺寸大小成正比，本领域技术人员可根据实际情况调整所输出的激光光斑直径或激光光斑尺寸大小。
可以理解地，在所述S2中，采用激光内雕设备对所述透光材料100进行所述激光雕刻处理，在一实施例中，在所述激光雕刻处理过程中，所述方法还包括实时监测激光束的位置，当监测到所述激光束的位置不准确时，通过调节所述激光内雕设备的聚焦镜的高度或曲率，对所述激光束的位置进行修正。在本实施例中，通过对激光束的位置进行实时监控，能够确保激光爆破的精准性，进行使得加工精度得以进一步提升。
在上述实施例中，详细地，所述方法包括：
需要说明的是，本申请还可以采用除激光内雕设备外的其他激光发射装置对所述透明材料100进行激光处理，本领域技术人员可根据需要进行选择，本申请不对此进行限定。
第二方面，本申请还提出一种加工系统，所述加工系统包括激光内雕设备和湿法蚀刻设备，上述任一实施例中的方法基于所述加工系统进行。
或者，在一个应用场景中，所述加工系统包括激光内雕设备，所述激光内雕设备应用于如上任一实施例所述的方法中对所述透光材料100进行激光雕刻处理，而后通过相应湿法蚀刻设备采用如上任一实施例所述的方法对已经完成激光雕刻处理的透光材料100进行湿法蚀刻，以蚀刻形成与所述待加工区域110对应的槽孔；
再或者，在另一个应用场景中，所述加工系统包括湿法蚀刻设备，在通过相应激光内雕设备采用如上任一实施例所述的方法对所述透光材料100进行激光雕刻处理后，所述湿法蚀刻设备应用于如上任一实施例所述的方法中对所述透光材料100进行湿法蚀刻，以形成与所述待加工区域110对应的槽孔。
具体地，采用所述加工系统对透光材料进行槽孔加工的具体作业过程如下：
准备透光材料100：选择适合的透光材料100，并进行清洗及干燥处理；
根据所述透光材料100的折射率选择合适的激光波长、激光能量及聚焦镜焦距；
设置透光材料100待加工区域110的3D图像，根据所述3D图像形成激光雕刻图像；
根据所述激光雕刻图像的尺寸、加工精度要求，选择合适的聚焦光斑尺寸和光斑阵列间距，利用图像生成装置生成激光爆破点的点阵图文件；
将所述透光材料100放置在所述激光内雕设备的工作台上，并通过定位装置将所述透光材料100进行精准定位；
焦距设置：通过所述激光内雕设备的Z轴调整激光焦点至所述透光材料100待加工区域110的最低平面位置；
激光蚀刻：根据所述激光爆破点的点阵图文件生成相应的激光加工路径，发射激光束，沿着所述激光加工路径对所述透光材料100进行激光蚀刻；
湿法蚀刻：将所述透光材料100从所述激光内雕设备的工作台取出，再采用湿法蚀刻设备对透光材料100的激光爆破区域120进行湿法蚀刻，蚀刻完成，将所述透光材料100从所述湿法蚀刻设备中取出。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (14)
1.一种在透光材料上加工槽孔的方法，其特征在于，结合采用激光内雕和湿法蚀刻工艺，包括步骤：
设置透光材料待加工区域的3D图像，根据所述3D图像形成激光雕刻图像；
根据所述激光雕刻图像文件生成对应的第一激光加工路径，并依照所述第一激光加工路径对所述透光材料进行激光雕刻处理，形成激光爆破区域，所述激光爆破区域至少贯穿所述透光材料一侧的表面；
湿法蚀刻处理：使所述激光爆破区域的表面与蚀刻液接触反应，以蚀刻形成与所述待加工区域对应的槽孔。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在形成所述激光雕刻图像之前，所述方法还包括：
对所述3D图像进行修正以弥补蚀刻偏差，所述蚀刻偏差为按照所述3D图像文件生成的第二激光加工路径进行激光蚀刻，再根据针对同一种类型透光材料预先进行的湿法蚀刻处理而获得的偏差。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述依照所述第一激光加工路径对所述透光材料进行激光雕刻处理，形成激光爆破区域的步骤包括：
采用激光沿第一方向依次扫描所述透光材料的待加工区域，使得所述透光材料的待加工区域形成多个爆破层，多个所述爆破层沿所述第一方向排布，所述爆破层沿第二方向延伸。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采用激光沿第一方向依次扫描所述透光材料的待加工区域，使得所述透光材料的待加工区域形成多个爆破层的步骤包括：
采用激光由靠近所述透光材料加工台的一端至远离所述透光材料加工台的一端依次扫描所述透光材料的待加工区域，使得所述透光材料的待加工区域形成多个沿所述第一方向排布的爆破层；
所述第二方向与所述第一方向垂直。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述爆破层具有多个爆破孔，在进行所述激光雕刻处理之前，所述方法还包括：
获取所述爆破层所对应的激光爆破点的点阵图；
所述激光雕刻处理包括按照所述点阵图中激光爆破点的位置对所述透光材料的对应位置进行激光爆破，以形成所述爆破层。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，相邻两个所述爆破层的间距为0.1μm~1000μm，和/或，同一所述爆破层中相邻两个爆破孔的间距为0.1μm~1000μm。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，相邻两个所述爆破层的爆破孔错位排布。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述爆破孔的直径为0.1μm~500μm。
9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，多个所述爆破层沿所述第一方向等间距排布。
10.如权利要求1-9任一所述的方法，其特征在于，所述激光雕刻处理的激光波长为190nm~1100nm，和/或，输出激光光斑直径为0.1μm~500μm。
11.如权利要求1-9任一所述的方法，其特征在于，所述3D图像由多个第一点阵图层组成，所述激光雕刻图像由多个第二点阵图层组成，所述第一点阵图层与所述第二点阵图层一一对应，所述第二点阵图层的面积为其所对应的所述第一点阵图层面积的70%~99%。
12.如权利要求1-9任一所述的方法，其特征在于，采用激光内雕设备对所述透光材料进行所述激光雕刻处理，在所述激光雕刻处理过程中，所述方法还包括实时监测激光束的位置，当监测到所述激光束的位置不准确时，通过调节所述激光内雕设备的聚焦镜的高度或曲率，对所述激光束的位置进行修正。
13.如权利要求1-9任一所述的方法，其特征在于，还包括如下特征（1）-（3）中的至少一种：
（1）所述蚀刻液包括氢氟酸、三氟化铵、硫酸、硫酸钠、草酸、硝酸、磷酸和醋酸中的一种或多种；
（2）所述槽孔的形状为正方体状、矩形体状、半球体状、圆柱体状、倒圆锥体状以及其他规则或不规则形状中的任意一种；
（3）所述方法适用于PCB行业、面板行业和半导体行业的任意一种透光材料的加工，所述透光材料包括玻璃、透光性半导体材料和透光性塑料中的任意一种。
14.一种加工系统，其特征在于，所述加工系统包括激光内雕设备和湿法蚀刻设备，如权利要求1-13任一所述的方法基于所述加工系统进行；
或者，所述加工系统包括激光内雕设备，所述激光内雕设备应用于如权利要求1-13任一所述的方法中对所述透光材料进行激光雕刻处理，而后通过相应湿法蚀刻设备采用如权利要求1-13任一所述的方法对已经完成激光雕刻处理的透光材料进行湿法蚀刻，以蚀刻形成与所述待加工区域对应的槽孔；
或者，所述加工系统包括湿法蚀刻设备，在通过相应激光内雕设备采用如权利要求1-13任一所述的方法对所述透光材料进行激光雕刻处理后，所述湿法蚀刻设备应用于如权利要求1-13任一所述的方法中对所述透光材料进行湿法蚀刻，以蚀刻形成与所述待加工区域对应的槽孔。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410032395.7A CN117548861A (zh) | 2024-01-10 | 2024-01-10 | 一种在透光材料上加工槽孔的方法及加工系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410032395.7A CN117548861A (zh) | 2024-01-10 | 2024-01-10 | 一种在透光材料上加工槽孔的方法及加工系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117548861A true CN117548861A (zh) | 2024-02-13 |
Family
ID=89823461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410032395.7A Pending CN117548861A (zh) | 2024-01-10 | 2024-01-10 | 一种在透光材料上加工槽孔的方法及加工系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117548861A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108067751A (zh) * | 2017-12-13 | 2018-05-25 | 无锡吉迈微电子有限公司 | 板级材料异形加工方法 |
| CN110640337A (zh) * | 2019-08-20 | 2020-01-03 | 江苏大学 | 一种液态流动涂层辅助激光背向湿刻加工低锥度玻璃深孔的装置及方法 |
| CN112192325A (zh) * | 2020-10-09 | 2021-01-08 | 北京理工大学 | 飞秒激光在透明硬脆材料上加工微纳米尺度通孔的方法 |
| CN114555281A (zh) * | 2019-10-11 | 2022-05-27 | 通快激光与系统工程有限公司 | 在薄玻璃中光学冲裁出微孔 |
| CN116835886A (zh) * | 2023-06-28 | 2023-10-03 | 深圳市圭华智能科技有限公司 | 一种厚玻璃结构件的加工方法 |
-
2024
- 2024-01-10 CN CN202410032395.7A patent/CN117548861A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108067751A (zh) * | 2017-12-13 | 2018-05-25 | 无锡吉迈微电子有限公司 | 板级材料异形加工方法 |
| CN110640337A (zh) * | 2019-08-20 | 2020-01-03 | 江苏大学 | 一种液态流动涂层辅助激光背向湿刻加工低锥度玻璃深孔的装置及方法 |
| CN114555281A (zh) * | 2019-10-11 | 2022-05-27 | 通快激光与系统工程有限公司 | 在薄玻璃中光学冲裁出微孔 |
| CN112192325A (zh) * | 2020-10-09 | 2021-01-08 | 北京理工大学 | 飞秒激光在透明硬脆材料上加工微纳米尺度通孔的方法 |
| CN116835886A (zh) * | 2023-06-28 | 2023-10-03 | 深圳市圭华智能科技有限公司 | 一种厚玻璃结构件的加工方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8741777B2 (en) | Substrate processing method | |
| KR102115651B1 (ko) | 구조화된 판형 유리 소자 및 이의 제조 방법 | |
| US20120135607A1 (en) | Substrate processing method | |
| EP2599576B1 (en) | Laser processing method | |
| CN110405369B (zh) | 用于在由脆硬材料制成的基板的体积中产生微结构的方法 | |
| US8961806B2 (en) | Laser processing method | |
| KR100877936B1 (ko) | 레이저 분할 커팅 | |
| CN100474518C (zh) | 基板加工方法及元件制造方法 | |
| CN113825585B (zh) | 用于透明材料的激光加工的方法和装置 | |
| TW525240B (en) | Ultraviolet laser ablative patterning of microstructures in semiconductors | |
| US9108269B2 (en) | Method for manufacturing light-absorbing substrate and method for manufacturing mold for making same | |
| JP2017204626A (ja) | 基板加工方法および基板加工装置 | |
| CN115461880A (zh) | 用于制造电光转换器构件的间隔晶片、间隔件、用于制造间隔晶片的方法以及包括间隔件的电光转换器构件 | |
| JP2005152693A (ja) | 構造体の製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置 | |
| KR20220049467A (ko) | 알칼리 에칭에 의한 유리 가공 방법 | |
| CN117548861A (zh) | 一种在透光材料上加工槽孔的方法及加工系统 | |
| US20230311248A1 (en) | Glass element with structured wall and method for the production thereof | |
| KR102664778B1 (ko) | 적외선 레이저를 이용한 고속 정밀 관통홀 형성 방법 | |
| JP2005283993A (ja) | 精度自己収束型レンズ形状作成方法およびその方法によって形成された光学素子 | |
| RU2709888C1 (ru) | Способ формирования микроканалов на подложках и устройство для его реализации | |
| KR20230158380A (ko) | 적외선 레이저를 이용한 고속 정밀 관통홀 형성 방법 | |
| JP2012218963A (ja) | ガラス基板のレーザ加工装置 | |
| CN114669861A (zh) | 结构化玻璃元件的方法和由此生产的结构化的玻璃元件 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |