CN117769476A - 一种利用线激光束对被切割物进行线性切割的方法 - Google Patents

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Abstract

为了解决如上所述的问题，本发明的一实施例提供一种利用线激光束对被切割物进行线性切割的方法，所述方法包括：将由脆性材料制成的被切割物装载并配置于激光部下侧的第一步骤；通过将所述激光部生成的具有任一长短轴比的线激光束照射到所述被切割物来形成裂纹的第二步骤；沿着所述被切割物的切割预定线方向将所述线激光束直线移动的同时连接所述裂纹以形成线形切割线的第三步骤；以及沿所述切割线切割所述被切割物的第四步骤。

Description

一种利用线激光束对被切割物进行线性切割的方法
技术领域
本发明涉及一种使用激光束来切割被切割物的方法，更具体地，涉及一种利用线激光束对由脆性材料制成的被切割物进行线性切割的方法。
背景技术
玻璃、陶瓷等脆性材料由于其材料特性而被应用于显示器等各种领域。因此，需要一种在不损坏材料的情况下切割脆性材料的技术。作为与脆性材料的切割工艺相关的技术，已知有使用切割轮的方法、通过激光诱发热应力而产生的机械龟裂来进行切割的方法等。
然而，在使用传统激光的切割工艺的情况下，因使用光斑单位的激光而导致切割面的表面粗糙度高，因此需要进行单独的后加工工艺。另外，传统的切割方法存在激光工艺之后必须进行断裂(breaking)工艺的问题。另外，传统的切割方法使用光斑单位的激光，因此存在切割工艺中需要相对较长的时间的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的实施例是为了解决如上所述的问题而提出的，并且旨在提供一种使用线(line)单位的激光束来对由脆性材料制成的被切割物进行线性切割的方法。
更具体地，本发明旨在提供一种利用线激光束来切割被切割物的方法，所述方法能够在可控制范围内调整裂纹的传播方向。另外，本发明旨在提供一种利用线激光束来切割被切割物的方法，所述方法改善了被加工物的表面和切割面的质量。
另外，本发明旨在提供一种利用线激光束来切割被切割物的方法，所述方法能够提高激光部的能量效率。另外，本发明旨在提供一种利用线激光束来切割被切割物的方法，所述方法可以使被切割物的热变形、组织变形等极小。另外，本发明旨在提供一种利用具有改进的切割速度线激光束来切割被切割物的方法，所述方法具有改进的切割速度。
(二)技术方案
为了解决如上所述的问题，本发明的一实施例提供一种利用线激光束对被切割物进行线性切割的方法，所述方法包括：将由脆性材料制成的被切割物装载并配置于激光部下侧的第一步骤；通过将所述激光部生成的具有任一长短轴比的线激光束照射到所述被切割物来形成裂纹的第二步骤；沿着所述被切割物的切割预定线方向将所述线激光束直线移动的同时连接所述裂纹(crack)以形成线形切割线的第三步骤；以及沿所述切割线切割所述被切割物的第四步骤。
为了解决如上所述的问题，本发明的另一实施例提供一种利用线激光束对被切割物进行线性切割的方法，所述方法包括：在切割预定线的两端形成边缘裂纹，并将由脆性材料制成的被切割物装载并配置于激光部下侧的第一步骤；通过将所述激光部生成的线激光束照射到所述边缘裂纹中的任一个边缘裂纹来进一步形成与所述边缘裂纹连接的裂纹的第二步骤；朝向所述边缘裂纹中的另一个边缘裂纹将所述线激光束的直线移动同时，连接所述裂纹的第三步骤；以及通过由所述边缘裂纹与所述裂纹连接而成的线形切割线来切割所述被切割物的第四步骤。
优选地，所述激光部还包括用于冷却由所述线激光束加热的区域的冷却喷射部。
优选地，所述线激光束以使所述线激光束的长轴与所述线激光束的直线移动方向一致的方式照射。
优选地，当所述激光部位于所述被切割物的上侧空间中的任一点时，形成于所述被切割物的表面的由所述冷却喷射部的形成的喷射区域包括所述线激光束的照射区域。
优选地，所述线激光束的波长为500至1100nm。
优选地，所述边缘裂纹为配置于所述切割预定线的延伸方向上的线性凹槽。
(三)有益效果
根据如上所述的本发明问题的解决手段，可以预期包括以下事项在内的多种效果。然而，这并不意味着本发明在发挥以下所有效果时方能成立。
根据本发明一实施例的利用线激光束对被切割物进行线性切割的方法可以在可控制范围内调整裂纹的传播方向。
另外，在一实施例中，可提高被加工物的表面和切割面的质量。另外，在一实施例中，可提高能量效率。另外，在一实施例中，可使被切割物的热变形、组织变形等变得极小。另外，在一实施例中，可提高切割速度。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的利用线激光束对被切割物进行线性切割的方法的流程图。
图2是根据本发明另一实施例的利用线激光束对被切割物进行线性切割的方法的流程图。
图3是示出图1和图2的线激光束的能量分布的图片。
图4a和图4b是示出根据图1的工艺中的一部分的概略图。
图5a和图5b是示出根据图2的工艺中的一部分的概略图。
图6是示出根据传统技术和本发明一实施例切割的切割面的比较图片。
具体实施方式
为了充分理解本公开的配置和效果，将参照附图对本公开的优选实施例进行说明。然而本公开并不限定于下面公开的实施例，而是可以以各种形式实现，并可以进行各种修改。在下文中，在说明本发明时，如果判断相关公知功能对本领域普通技术人员而言是显而易见的，可能不必要地模糊本发明的主题，则省略该详细说明。
“第一”、“第二”等术语虽然可以用来说明多种构成要素，但所述构成要素不限定于所述术语。所述术语仅用于将一个构成要素区别于其他构成要素的目的。例如，在不脱离本公开的权利范围的情况下，第一构成要素可以命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以命名为第一构成要素。
在本申请中，“包括”或“具有”等术语是用于指定说明书中所述的特征、数字、步骤、操作、构成要素、部件或它们的组合的存在，并非预先排除一个以上的其他特征、数字、步骤、操作、构成要素、部件或它们的组合的存在或附加可能性。
本申请中所使用的术语，仅仅是为了说明特定实施例而使用的，并不是用来限定本发明。除非上下文另有明确规定，否则单数表达包括复数表达。在本公开的实施例中使用的术语除非另有定义，否则应被解释为本技术领域的普通技术人员所通常理解的含义。
在下文中，将参照附图对本发明的具体实施例进行详细说明。图1是根据本发明一实施例的利用线激光束L对被切割物P进行线性切割的方法的流程图，图3是示出图1和图2的线激光束L的能量分布的图片，图4a和图4b是示出根据图1的工艺中的一部分的概略图。
参照图1、图3、图4a及图4b，根据本发明一实施例的利用线激光束对被切割物P进行线性切割的方法可以包括第一步骤至第四步骤。
第一步骤为将由脆性材料制成的被切割物P装载并配置于激光部100下侧的步骤(S10)。其中，优选地，被切割物P为具有一定厚度的平板。另外，由于脆性材料的材料特性，被切割物P具有在施加热能时达到规定水平以上就破碎的特性。此时，被切割物P可以通过操作台等与地面水平地配置。
另一方面，优选地，激光部100提供(振荡)线(line，线形，直线形)单位的激光束，而不是光斑(spot)单位的激光束。即，在一实施例中，激光部100可以产生具有任一长短轴比的线激光束L。其中，线激光束L是指在长度方向(长轴d1)和宽度方向(短轴d2)上分别具有规定长度的线单位形状的激光束。另一方面，在一实施例中，考虑到被切割物P的切割线B的宽度非常窄，线激光束L的短轴d2长度优选为数十微米单位。
另一方面，在一实施例中，长短轴比可根据被加工物的厚度、激光部100的移动速度等而不同地变化。在一实施例中，长短轴比，即长轴d1与短轴d2的比率可以设定在20：1至500：1以内。另一方面，在一实施例中，线激光束L的长轴d1与短轴d2的比率优选为350：1。与此不同，当长轴d1与短轴d2的比率小于20：1(例如为15：1)时，存在切割速度太慢的问题。另外，当长短轴比大于500：1(例如为600：1)时，切割速度变快，但是存在需要提升激光部100的输出的问题。
长短轴比越大，被加工物的切割面的质量越优选。
另外，在一实施例中，线激光束L优选具有高斯能量分布。即，线激光束L的能量水平在长短轴相交的中心部最高。另外，在一实施例中，激光部100可以提供通过规定输出能够连续振荡的连续波激光器(clockwise LASER，CW laser)。这使得在线激光束L的照射区域内可实现连续的温度变化。
另外，在一实施例中，线激光束L的波长优选为500至1100nm。这使得通过线激光束L的快速加热来能够实现对被加工物的线性切割工艺。
接下来，第二步骤是通过将激光部100生成的具有任一长短轴比的线激光束L照射到被切割物P来形成裂纹的步骤(S11)。为此，可将激光部100配置于被切割物P的切割预定线上的任一端的上侧。然后，当通过激光部100将线激光束L振荡时，线激光束L由被切割物P的表面等吸收。在一实施例中，线激光束L以使线激光束L的长轴d1与切割预定线一致的方式照射。此时，可在切割预定线处产生裂纹。
裂纹是由于激光束L产生热能而热应力作用于被切割物P时在被切割物P的表面，特别是在切割预定线及其周边产生的。当线激光束L由被切割物P吸收时，被切割物P的表面上开始产生裂纹。此时，被切割物P没有相变化。这是因为裂纹是由具有脆性材料特性的物理破碎现象引起的。
第三步骤是沿着被切割物P的切割预定线方向将线激光束L直线移动的同时连接裂纹，以形成线形切割线B的步骤(S12)。在第三步骤中，线激光束L以使线激光束L的长轴d1与线激光束L的直线移动方向一致的方式照射。在一实施例中，线激光束L的能量分布以长短轴相交的中心处为基准连续变化。其结果，当线激光束L直线移动时，可在切割预定线及其周边发生温度的快速上升和下降。这导致由温度差引起的热应力状态的变化，增强裂纹的传播，并连接裂纹与裂纹。
具体地，在一实施例中，在线激光束L的长轴d1沿着切割预定线移动的过程中，由于线激光束L的热吸收量的差异，随着时间的推移，在切割预定线及其周边交替产生压应力和拉应力。其结果，线激光束L可以将裂纹与裂纹连接起来，此时，可以进一步提高连接效率。
另外，优选地，使线激光束L的移动路径与裂纹的传播路径一致。另一方面，在一实施例中，裂纹的传播路径与切割预定线一致。另外，在一实施例中，切割预定线优选为直线路径。
在一实施例中，线激光束L通过对被切割物P表面进行局部加热来产生热应力，并且通过此使得裂纹在可控制的水平下在被切割物P进一步成长。其结果，使裂纹与裂纹连接，并形成线形的切割线B。另一方面，在一实施例中，线激光束L的短轴d2的长度可大于切割线B的宽度。此时，切割线B可形成得非常精细。
接下来，第四步骤是根据切割线B切割被切割物P的步骤(S13)。在一实施例中，根据切割线B将被切割物P切割为规定的切割宽度。即，在本发明的一实施例中，无需现有的断裂(breaking)工艺即可切割被切割物P。断裂工艺是指在激光束的工艺之后，进一步向被切割物P施加物理力，使被切割物P沿着切割线B分割的工艺。本发明的一实施例允许切割面从被加工物的表面沿铅垂下方的方向形成。
另一方面，在一实施例中，激光部100还可以包括用于冷却被线激光束L加热的区域的冷却喷射部200。冷却喷射部200可快速冷却包括被切割物P的加热区域在内的区域。例如，冷却喷射部200可通过喷嘴等喷射冷却水(水)。冷却喷射部200可将冷却水喷射到被切割物P的表面上的包括切割预定线及其周边和切割线B在内的区域。此时，被切割物P可通过冷却水的汽化热被快速冷却。
这防止了被切割物P的表面发生热损伤。这导致被切割物P的表面温度下降更大，并导致热应力差更大。其结果，激光部100可振荡出更低能量的线激光束L。另外，可通过冷却喷射部200进一步加强裂纹的传播。
这种冷却喷射部200可在一实施例中，特别是在第三步骤中操作。即，本发明的一实施例在第三步骤中还可以包括第3-1步骤，所述第3-1步骤中，通过与线激光束L隔开配置并以与线激光束L的移动联动的方式受控制的冷却喷射部200来冷却被切割物P的表面。减少激光部100的输出可以通过冷却喷射部200的冷却而降低10％以上。
另一方面，在一实施例中，当激光部100位于被切割物P的上侧空间中的任一点时，形成于被切割物P表面的由冷却喷射部200形成的喷射区域W优选包括线激光束L的照射区域。考虑到喷嘴喷射等，喷射区域W可以形成为圆形或椭圆形等。另一方面，照射区域可以是线形、长度较长的矩形等的形状。另一方面，喷射区域W可以包括加热区域。加热区域是指被切割物P的表面由线激光束L的照射并被加热的区域，是指包括照射区域在内的更宽的区域。即，冷却喷射部200可将冷却水喷射到包括照射区域或加热区域的区域。
图6是示出根据传统技术与本发明一实施例切割的切割面的比较图片。参考图6，可以确认,当还包括通过冷却喷射部200执行的第3-1步骤时，被切割物P的表面粗糙度因快速冷却而变得非常低。此外，可以确认,当还包括通过冷却喷射部200执行的第3-1步骤时，通过快速冷却，切割面的质量显著提高而在切割面上没有条纹。这使得在通过线激光束L执行切割工艺之后，无需单独执行收尾加工工艺。
图2是根据本发明另一实施例的利用线激光束L对被切割物P进行线性切割的方法的流程图，图3是示出图1和图2的线激光束L的能量分布的图片，图5a和图5b是示出根据图2的工艺中的一部分的概略图。
参考图2、图3、图5a及图5b，根据本发明另一实施例的利用线激光束对被切割物P进行线性切割的方法可以包括第一步骤至第四步骤。在下文中，在描述另一实施例的过程中，将省略与上述一实施例的说明重复的部分。
第一步骤是在切割预定线的两端形成边缘(edge)裂纹，并将由脆性材料制成的被切割物P装载并配置于激光部100下侧的步骤(S20)。另一方面，根据另一实施例的边缘裂纹E优选为配置于切割预定线的延伸方向上的线性凹槽。
边缘裂纹E以使裂纹易于向任一个方向，即向切割预定线方向传播的方式提供方向性。例如，根据一实施例的线性凹槽可以是具有深度为30至90μm、宽度为20至80μm、长度为0.5至1.5mm范围的长方体形状的凹槽。
第二步骤是通过将激光部100生成的线激光束L照射到边缘裂纹E中的任一个边缘裂纹E来进一步形成与边缘裂纹E连接的裂纹的步骤(S21)。在另一实施例中，被切割物P的表面可以配置有连接边缘裂纹E与边缘裂纹E的切割预定线。在第二步骤中，可将线激光束L照射到包括边缘裂纹E和一部分切割预定线的区域，以形成从边缘裂纹E向切割预定线方向连接的裂纹。边缘裂纹E用于诱导通过线激光束L形成的裂纹的传播方向。
在另一实施例中，激光部100可以产生具有任一长短轴比的线激光束L。线激光束L是指在长度方向(长轴d1)和宽度方向(短轴d2)上分别具有规定长度的线(线形、直线形)单位形状的激光束。此时，长短轴比与在一实施例中所述的相同，因此将省略说明。另外，线激光束L的其他条件也与上述的相同，因此将省略说明。
第三步骤是将线激光束L向边缘裂纹E中的另一个裂纹E直线移动的同时连接裂纹的步骤(S22)。此时，激光部100被驱动并能够使线激光束L的长轴d1沿着切割预定线移动。如上所述，在第三步骤中，裂纹的传播可沿着切割预定线线性进行。
在第三步骤中，线激光束L以使线激光束L的长轴d1与线激光束L的直线移动方向一致的方式照射。在另一实施例中，线激光束L的能量分布以长短轴相交的中心部为基准连续变化。其结果，当线激光束L直线移动时，可在切割预定线及其周边发生温度的快速上升和下降。这导致由温度差引起的热应力状态的变化，并且在增强裂纹的传播的同时，有效连接裂纹与裂纹。
另外，在一实施例中，优选地，将线激光束L的移动路径与裂纹的传播路径匹配。另一方面，裂纹的传播路径与切割预定线匹配。在一实施例中，切割预定线优选为直线路径。
第四步骤是利用通过边缘裂纹E与裂纹的连接而形成的线形的切割线B来切割被切割物P的步骤(S23)。从任意一端边缘裂纹E开始的裂纹向另一端边缘裂纹E传播，并与另一端边缘裂纹E连接。由此，另一实施例中，可以在可控制水平下更有效地调节被切割物P中裂纹的传播方向。其结果，可使边缘裂纹E与边缘裂纹E通过裂纹的传播彼此连接，并形成线形的切割线B。在另一实施例中，根据切割线B将被切割物P切割为规定的切割宽度。如上所述，在本发明的另一实施例中，可以在没有现有的断裂工艺的情况下切割被切割物P。
另一方面，在另一实施例中，激光部100还可以包括用于冷却被线激光束L加热的区域的冷却喷射部200。此时，冷却喷射部200可在第四步骤中操作。即，本发明的另一实施例在第四步骤中还可以包括第4-1步骤，所述第4-1步骤通过与线激光束L隔开配置，并通过以与线激光束L的移动联动的方式受控制的冷却喷射部200来冷却被切割物P的表面。
此外，在另一实施例中，当激光部100位于被切割物P的上侧空间中的任一点时，形成于被切割物P表面的由冷却喷射部200形成的喷射区域W，优选包括线激光束L的照射区域。考虑到喷嘴喷射等，喷射区域W可以形成为圆形或椭圆形等。另一方面，喷射区域W可以包括加热区域。即，冷却喷射部200可将冷却水喷射到包括照射区域或加热区域的区域。
其结果，可显著提高被加工物的表面和切割面的质量。
上面示例性地说明了本发明的优选实施例，但本发明的范围并不限定于这些特定实施例，可在专利权利要求范围中所述的范畴内适当修改。

Claims (7)

1.一种利用线激光束对被切割物进行线性切割的方法，其特征在于，包括：
将由脆性材料制成的被切割物装载并配置于激光部下侧的第一步骤；
通过将所述激光部生成的具有任一长短轴比的线激光束照射到所述被切割物来形成裂纹的第二步骤；
沿着所述被切割物的切割预定线方向将所述线激光束直线移动的同时连接所述裂纹以形成线形切割线的第三步骤；以及
根据所述切割线切割所述被切割物的第四步骤。
2.一种利用线激光束对被切割物进行线性切割的方法，其特征在于，包括：
在切割预定线的两端形成边缘裂纹，并将由脆性材料制成的被切割物装载并配置于激光部下侧的第一步骤；
通过将所述激光部生成的线激光束照射到所述边缘裂纹中的任一个边缘裂纹来进一步形成与所述边缘裂纹连接的裂纹的第二步骤；
朝向所述边缘裂纹中的另一个边缘裂纹将所述线激光束直线移动的同时连接所述裂纹的第三步骤；以及
通过由所述边缘裂纹与所述裂纹连接而成的线形切割线来切割所述被切割物的第四步骤。
3.根据权利要求1或2所述的利用线激光束对被切割物进行线性切割的方法，其特征在于，
所述激光部还包括用于冷却由所述线激光束加热的区域的冷却喷射部。
4.根据权利要求1或2所述的利用线激光束对被切割物进行线性切割的方法，其特征在于，
所述线激光束以使所述线激光束的长轴与所述线激光束的直线移动方向一致的方式照射。
5.根据权利要求3所述的利用线激光束对被切割物进行线性切割的方法，其特征在于，
当所述激光部位于所述被切割物的上侧空间中的任一点时，形成于所述被切割物表面的由所述冷却喷射部形成的喷射区域包括所述线激光束的照射区域。
6.根据权利要求1或2所述的利用线激光束对被切割物进行线性切割的方法，其特征在于，
所述线激光束的波长为500至1100nm。
7.根据权利要求2所述的利用线激光束对被切割物进行线性切割的方法，其特征在于，
所述边缘裂纹为配置于所述切割预定线的延伸方向上的线性凹槽。
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