CN213105126U - 一种切割装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种切割装置。包括，激光焦点生成组件，用于产生激光光束，并对激光光束进行聚焦，得到激光焦点；扫描器件，用于将来自激光焦点生成组件的激光光束以预定路径在被加工对象的表面进行扫描；位置调整结构，用于调整被加工对象在竖直方向上的位置，其中，竖直方向垂直于被加工对象的表面。通过本申请，解决了相关技术中难以对脆性材料进行高质量的切割的问题。

Description

一种切割装置

技术领域

本实用新型涉及切割技术领域，尤其涉及一种切割装置。

背景技术

随着光电行业的快速发展，脆性材料，如蓝宝石、石英玻璃等，因其良好的性能，广泛应用于LED、面板行业。

其中，脆性材料切割是半导体加工、封测工艺中不可或缺的工序，是提高单片晶圆内产品数量、提高生产效率、产品质量的关键。

因此，如何在脆性材料内部形成切割轨迹，从而实现脆性材料的高质量切割是亟需解决的问题。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种切割装置，旨在解决相关技术中难以对脆性材料进行高质量切割的技术问题。

一种切割装置，包括激光焦点生成组件，用于产生激光光束，并对激光光束进行聚焦，得到激光焦点；扫描器件，用于将来自激光焦点生成组件的激光光束以预定路径在被加工对象的表面进行扫描；位置调整结构，用于调整被加工对象在竖直方向上的位置，其中，竖直方向垂直于被加工对象的表面。

可选地，激光焦点生成组件包括：激光器，扩束镜，聚焦透镜，其中，扩束镜和聚焦透镜依次设置在激光器的出光光路上；扩束镜用于对激光器所出射的光束进行扩束；聚焦透镜用于对扩束镜出射的激光光束进行聚焦。

在本申请实施例中，先采用扩束镜对激光器发出的激光光束进行准直，再采用聚焦透镜对准直后的激光光束进行聚焦，使得激光光束的能量集中，从而便于对被加工对象进行切割。

可选地，扫描器件包括：扫描振镜，用于对聚焦透镜出射的激光光束进行偏转，并将偏转后的激光光束的激光焦点投射到被加工对象内部。

在本申请实施例中，采用扫描振镜内部的反射镜对激光光束进行偏转，使得聚焦光束在被加工对象内部沿X向、Y向运动，从而在被加工对象上形成连续的应力点运动轨迹，再沿应力点运动轨迹进行裂片，即可完成对被加工对象的切割。

可选地，位置调整结构包括：压电平台，用于承载被加工对象，并在竖直方向振动，以调整激光焦点在被加工对象内部的位置。

在本申请实施例中，压电平台带动被加工对象在竖直方向振动，使得激光焦点与被加工对象相对位置发生变化，从而使得产生的应力点分布在被加工对象的厚度层。

可选地，压电平台至少包括：压电晶片，第一电极和第二电极；第一电极设置于压电晶片朝向被加工对象的一侧表面；第二电极设置于压电晶片背离被加工对象的一侧表面。

可选地，聚焦透镜为变焦聚焦透镜。

在本申请实施例中，通过调整变焦聚焦透镜的焦距，无需借助压电平台，即可在被加工对象的厚度方向形成一系列应力点，从而完成对被加工对象的切割。

可选地，激光器为皮秒激光器或飞秒激光器。

在本申请实施例中，由于皮秒激光器或飞秒激光器产生的激光脉冲为短脉宽的激光，产生的热影响较小，对材料的损伤较小，保证了被加工对象的切割质量。

可选地，切割装置还包括：移动平台，用于承载被加工对象，其中，移动平台具有在三维方向上移动的功能。

在本申请实施例中，可以在X、Y方向调整调整平台，并在Z方向调整平台的高度位置，从而使激光焦点作用在脆性材料内部。

通过本申请通过：激光焦点生成组件，用于产生激光光束，并对激光光束进行聚焦，得到激光焦点；扫描器件，用于将来自激光焦点生成组件的激光光束以预定路径在被加工对象的表面进行扫描；位置调整结构，用于调整被加工对象在竖直方向上的位置，其中，竖直方向垂直于被加工对象的表面，解决了相关技术中难以对脆性材料进行高质量的切割的问题。通过调整激光焦点在被加工对象内部的位置，在被加工对象内部形成预设切割轨迹，并沿着预设切割轨迹进行切割，进而达到了提高脆性材料的切割质量的效果。

附图说明

图1为据本申请实施例提供的一种切割装置的示意图；

图2为据本申请实施例提供的另一种切割装置的示意图；

图3为据本申请实施例提供的一种切割装置作用于被加工对象，在被加工对象内形成的应力点分布示意图；

图4为据本申请实施例提供的一种切割装置中的变焦聚焦透镜的变焦示意图；

图5为据本申请实施例提供的再一种切割装置的示意图。

附图标记说明：

1-激光焦点生成组件，2-扫描器件，3-位置调整结构，4-移动平台；

11-激光器，12-扩束镜，13-聚焦透镜。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

在相关技术中，脆性材料的切割方法有机械切割法和激光切割法。具体地，机械切割是采用强化刀具在在晶圆表面划片，因而无法进行窄切割、且加工表面会形成崩片、碎片、裂纹影响加工质量。而激光熔融切割容易产生碎屑，且切割的过程中存在较大热影响。

基于此，本申请希望提供一种能够解决上述技术问题的方案，其详细内容将在后续实施例中得以阐述。

根据本申请的实施例，提供了一种切割装置。

图1是根据本申请实施例的切割装置的示意图。如图1所示，该装置包括：

激光焦点生成组件1，用于产生激光光束，并对激光光束进行聚焦，得到激光焦点。

具体地，激光焦点生成组件1可以包括激光光束生成组件和聚焦组件，激光光束生成组件用于发出激光光束，聚焦组件用于将激光光束生成组件发出的激光光束进行聚焦，形成激光焦点。

扫描器件2，用于将来自激光焦点生成组件1的激光光束以预定路径在被加工对象的表面进行扫描。

具体的，预定路径可以为Z字形，也可以为螺旋形路径，预定路径的走向据加工要求而定，本申请实施例不对预定路径的走向进行限定。

位置调整结构3，用于调整被加工对象在竖直方向上的位置，其中，竖直方向垂直于被加工对象的表面。

具体地，位置调整结构3包括用于调节激光焦点在被加工对象表面的厚度方向的轨迹的组件，使得应力集中点分布整个被加工对象厚度层。

被加工对象可以为脆性材料，如蓝宝石、石英等，在脆性材料内部形成应力点轨迹，也即预设切割轨迹之后，再利用裂片工艺，如机械裂片、超声波裂片、激光裂片等工艺，将脆性材料沿应力点轨迹分裂，完成切割，有效减小了切割间隙，提高了材料利用率。

本申请实施例提供的切割装置，通过激光焦点生成组件1，用于产生激光光束，并对激光光束进行聚焦，得到激光焦点；扫描器件2，用于将来自激光焦点生成组件1的激光光束以预定路径在被加工对象的表面进行扫描；位置调整结构3，用于调整被加工对象在竖直方向上的位置，其中，竖直方向垂直于被加工对象的表面，解决了相关技术中难以对脆性材料进行高质量的切割的问题。通过调整激光焦点在被加工对象内部的位置，在被加工对象内部形成预设切割轨迹，并沿着预设切割轨迹进行切割，进而达到了提高脆性材料的切割质量的效果。

如图2所示，激光焦点生成组件1可以由多个光学器件构成，可选地，在本申请实施例提供的切割装置中，激光焦点生成组件1包括：激光器11，扩束镜12，聚焦透镜13，其中，扩束镜12和聚焦透镜13依次设置在激光器11的出光光路上；扩束镜12，用于对激光器11所出射的光束进行扩束；聚焦透镜13用于对扩束镜12出射的激光光束进行聚焦。

由于短脉宽的激光热影响小，对材料的损伤较小，可选地，在本申请实施例提供的切割装置中，激光器11为皮秒激光器或飞秒激光器。

具体地，皮秒激光器或飞秒激光器可以输出高功率高斯光斑，激光脉宽对应为皮秒或飞秒，激光频率为F1，激光脉冲周期T1，扩束镜12调整皮秒激光器发出的激光光束的直径以及发散角，使其变为准直平行激光光束，聚焦透镜13对准直平行激光光束进行聚焦，形成激光焦点。

为了灵活调整预设路径，可选地，在本申请实施例提供的切割装置中，位置调整结构3包括：扫描振镜，用于对聚焦透镜13出射的激光光束进行偏转，并将偏转后的激光光束的激光焦点投射到被加工对象内部。

具体地，扫描振镜内部包含第一反射镜和第二反射镜，聚焦后的激光光束入射后，控制第一反射镜和第二反射镜的反射角度，使第一反射镜沿X向偏转，第二反射镜沿Y向偏转，从而使得聚焦光束在被加工对象内部沿X向、Y向运动，在被加工对象上形成连续的应力点运动轨迹。

需要说明的是，为了实现裂片，除了使得聚焦光束在被加工对象内部沿X向、Y向运动，还需要使得应力点分布在被加工对象的厚度方向，本申请实施例可以借助聚焦透镜13改变激光焦点在被加工对象内部的位置。

可选地，在本申请实施例提供的切割装置中，聚焦透镜13为变焦聚焦透镜。

具体地，激光器输11输出激光频率为F1、激光脉宽为T1的激光光束，扩束镜12调整皮秒激光器发出的激光光束的直径以及发散角，使其变为准直平行激光光束，再利用变焦聚焦透镜将准直平行激光光束聚焦在被加工对象内。再通过调整变焦聚焦透镜的焦距，如图3所示，在被加工对象的厚度方向形成一系列聚焦点，也即一系列应力点，应力点作用处与应力点间处产生应力差，该应力差用于裂片工艺分裂。

具体地，变焦聚焦透镜可以为快速电动变焦聚焦透镜，利用电流控制快速改变聚焦透镜的曲率，从而改变快速改变焦距。如图4所示，快速电动变焦聚焦透镜的连续变焦时间为T2，变焦范围为2×D2。

为了使得应力点分布在被加工对象整个厚度层，可选地，在本申请实施例提供的切割装置中，变焦聚焦透镜的焦距变化周期大于激光器11输出的激光光束的脉宽，且变焦聚焦透镜的最大焦距的二倍大于等于被加工对象的厚度。

具体地，调整扫描振镜，将激光聚焦在被加工对象内部，以变焦周期T2调节电动变焦聚焦透镜焦距D1，在满足变焦周期T2>激光脉冲周期T1的情况下，则在脆性材料内Z向形成的应力集中点个数为

在满足变焦距离2D2≥脆性材料厚度D1的情况下，则应力集中点分布整个脆性材料厚度层。

此外，需要说明的是，聚焦透镜13还可以位于扫描振镜的调节方向的出口，扫描振镜先对准直后的激光光束进行偏转，聚焦透镜13再对偏转后的激光光束进行聚焦，从而在被加工对象上形成连续的应力点运动轨迹。

除了采用聚焦透镜13，还可以采用位置调整结构3使得应力点分布在被加工对象的厚度方向。

具体地，位置调整结构3使得加工对象在竖直方向上振动，从而使得激光焦点与被加工对象相对位置发生变化，在被加工对象内部形成多应力集中点。

可选地，在本申请实施例提供的切割装置中，位置调整结构3包括：压电平台，用于承载被加工对象，并在竖直方向振动，以调整激光焦点在被加工对象内部的位置。

具体地，如图2所示，被加工对象置于压电平台上，调整扫描振镜，将激光聚焦在被加工对象内部，压电平台在工作时沿被加工对象的厚度方向震动，也即纵向振动，则激光在被加工对象内部形成一系列聚焦点，在焦点作用处与焦点间处产生应力差，从而便于裂片分裂。

可选地，在本申请实施例提供的切割装置中，压电平台至少包括：压电晶片，第一电极和第二电极；第一电极设置于压电晶片朝向被加工对象的一侧表面；第二电极设置于压电晶片背离被加工对象的一侧表面。

具体地，在高频电压作用下，电信号通过第一第二电极施加到压电晶片上便可以使压电晶片产生竖直方向上的振动，压电晶体高速振动，实现将高频电能转为机械能，其振动周期为T3。压电平台还可以包括调幅器，调幅器将压电晶体的振动的振幅调整至合适的范围D3，从而使得压电平台提供Z向周期为T3，Z向振幅为D3的振动。

为了使得应力集中点分布整个被加工对象的厚度层，可选地，在本申请实施例提供的切割装置中，压电晶体的振动周期大于激光器11输出的激光光束的脉宽，且调整后的压电晶体的振动幅度的二倍大于等于被加工对象的厚度。

具体地，调节压电平台的振动周期T3，以及压电平台的振动振幅D3，在满足压电平台的振动周期T3>激光脉冲周期T1的情况下，则在被加工对象内Z向形成的应力集中点个数为

在满足压电平台的振动振幅2×D3≥脆性材料厚度D1的情况下，如图3所示，则应力集中点分布整个被加工对象厚度层应力点作用处与应力点间处产生应力差，该应力差用于裂片工艺分裂。

为了承载被加工对象，并初步将激光焦点定位在被加工对象内部，可选地，在本申请实施例提供的切割装置中，切割装置还包括：移动平台4，用于承载被加工对象，其中，移动平台4具有在三维方向上移动的功能。

具体地，如图5所示，将被加工对象放置于移动平台4上，在X、Y方向调整调整平台3，并在Z方向调整平台3的高度位置，从而使激光焦点作用在脆性材料内部。

需要说明的是，在切割装置不包含扫描振镜的情况下，还可以调整移动平台4在X、Y方向上的移动，使得激光焦点在被加工对象上形成应力点运动轨迹。

此外，本申请实施例除了单独采用压电平台或变焦聚焦透镜实现应力在被加工对象内的分布，还可以将变焦聚焦透镜与压电平台结合，通过调节激光能量、调节变焦聚焦透镜的焦距以及压电平台的振动周期及振幅，使得应力在被加工对象的厚度方向上集中分布。

通过本申请实施例，将激光焦点作用在被加工对象内部后，调节焦距改变器件，使得激光焦点与被加工对象内部相对厚度方向变化，使应力集中点分布整个被加工对象厚度层，在被加工对象表面以及内部形成应力集中区域，再通过裂片工艺进行切割分离，切割缝隙最小可以达到5um，从而达到切割无崩边、碎裂产生的效果，实现了高质量切割。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种切割装置，其特征在于，包括：

激光焦点生成组件，用于产生激光光束，并对所述激光光束进行聚焦，得到激光焦点；

扫描器件，用于将来自所述激光焦点生成组件的激光光束以预定路径在被加工对象的表面进行扫描；

位置调整结构，用于调整所述被加工对象在竖直方向上的位置，其中，所述竖直方向垂直于所述被加工对象的表面。

2.如权利要求1所述的切割装置，其特征在于，所述激光焦点生成组件包括：

激光器，扩束镜，聚焦透镜，其中，所述扩束镜和所述聚焦透镜依次设置在所述激光器的出光光路上；

所述扩束镜用于对所述激光器所出射的光束进行扩束；

所述聚焦透镜用于对所述扩束镜出射的激光光束进行聚焦。

3.如权利要求2所述的切割装置，其特征在于，所述扫描器件包括：

扫描振镜，用于对所述聚焦透镜出射的激光光束进行偏转，并将偏转后的激光光束的所述激光焦点投射到所述被加工对象内部。

4.如权利要求3所述的切割装置，其特征在于，所述位置调整结构包括：

压电平台，用于承载所述被加工对象，并在所述竖直方向振动，以调整所述激光焦点在所述被加工对象内部的位置。

5.如权利要求4所述的切割装置，其特征在于，所述压电平台至少包括：

压电晶片，第一电极和第二电极；

所述第一电极设置于所述压电晶片朝向所述被加工对象的一侧表面；

所述第二电极设置于所述压电晶片背离所述被加工对象的一侧表面。

6.如权利要求3所述的切割装置，其特征在于，所述聚焦透镜为变焦聚焦透镜。

7.如权利要求2所述的切割装置，其特征在于，所述激光器为皮秒激光器或飞秒激光器。

8.如权利要求1所述的切割装置，其特征在于，所述切割装置还包括：移动平台，用于承载所述被加工对象，其中，所述移动平台具有在三维方向上移动的功能。

Images