TWI608888B - 鐳射切割裝置 - Google Patents

Description

鐳射切割裝置

本發明涉及一種鐳射切割裝置。

圖形化藍寶石晶圓被應用於LED(發光二極體)領域，以提高LED器件之光提取效率。於實際生產過程中，通常採用鐳射切割機對藍寶石晶圓進行切割，以得到所需尺寸之藍寶石晶圓。傳統之鐳射切割時，大都以預切割模組於藍寶石晶圓表面沿預設之切割方向產生預切割線，隨即以鐳射光束沿預切割線加熱藍寶石晶圓表面，再以冷卻液冷卻藍寶石晶圓表面。藍寶石晶圓因急劇之溫度差產生應力之變化，使先前由預切割模組於藍寶石晶圓表面之預切割線產生裂紋並向下成長，進而貫穿整個藍寶石晶圓斷面使得藍寶石晶圓完全分離。然，傳統之鐳射切割機沿切割方向往復切割藍寶石晶圓時，需使用二分別位於該預切割模組之兩側之鐳射模組，當鐳射切割機之切割方向變化後，需重新切換及調節另一鐳射模組，導致切割效率較低。

有鑒於此，本發明提供一種能夠提高切割效率之鐳射切割裝置。

一種鐳射切割裝置，其定義有切割方向且包括用於切割工件之鐳射切割模組，該切割方向包括第一切割方向及與該第一切割方向相反之第二切割方向，該鐳射切割模組包括第一鐳射源、第一反射鏡及第二反射鏡，該第一反射鏡及該第二反射鏡沿一入射方向間隔設置，該第一反射鏡活動地設置於該入射方向上，該第一鐳射源產生之第一鐳射光束能夠於沿該第一切割方向切割 工件時被該第一反射鏡反射至該工件上以用於切割工件，於沿該第二切割方向切割工件時，該第一反射鏡脫離該入射方向使該第一鐳射光束避開該第一反射鏡照射於該第二反射鏡上，進而被該第二反射鏡反射至該工件上以用於切割工件。

本發明實施例中之鐳射切割裝置，利用第一反射鏡之移動切換鐳射源射出之鐳射光束之光路，節省鐳射源之設置，能夠快速變更切割位置，提高了工件切割之效率。

100‧‧‧鐳射切割裝置

300‧‧‧工件

10‧‧‧工作臺

12‧‧‧固定部

122‧‧‧底部

124‧‧‧磁性部

126‧‧‧通氣孔

125‧‧‧容納槽

14‧‧‧支撐部

141‧‧‧吸附面

142‧‧‧吸附孔

20‧‧‧支撐架

30‧‧‧鐳射切割模組

32‧‧‧第一鐳射源

34‧‧‧第一反射鏡

36‧‧‧第二反射鏡

38‧‧‧驅動機構

33‧‧‧光欄

35‧‧‧擴束鏡

37、39‧‧‧第一聚焦組件

52‧‧‧第一冷卻模組

54‧‧‧第二冷卻模組

70‧‧‧預切割模組

72‧‧‧第二鐳射源

73‧‧‧第三反射鏡

74‧‧‧第二聚焦組件

80‧‧‧背膠膜

90‧‧‧固定件

圖1係本發明實施例之鐳射切割裝置之立體示意圖。

圖2係圖1所示之鐳射切割裝置另一視角之部分立體示意圖。

圖3係本發明實施例之鐳射切割裝置之工作臺之立體示意圖。

圖4係圖1所示之鐳射切割裝置之架構示意圖。

圖5係圖4所示之鐳射切割裝置沿第一切割方向切割工件之使用狀態參考圖。

圖6係圖4所示之鐳射切割裝置沿第二切割方向切割工件之使用狀態參考圖。

下面將結合本發明實施例中之附圖，對本發明實施例中之技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述之實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部之實施例。基於本發明中之實施例，本領域普通技術人員於沒有做出進步性勞動前提下所獲得之所有其他實施例，都屬於本發明保護之範圍。

需要說明之是，當組件被稱為“固定於”另一個組件，它可直接存於另一個組件上或者亦可存於居中之組件。當一個組件被認為是“連接”另一個組件，它可是直接連接到另一個組件或者可能同時存於居中組件。當一個組件被認為是“設置於”另一個組件，它可是直接設置於另一個組件上或者可能同時存於居中 組件。本文所使用之術語“垂直之”、“水準之”、“左”、“右”以及類似之表述只是為了說明之目的。

除非另有定義，本文所使用之所有之技術及科學術語與屬於本發明之技術領域之技術人員通常理解之含義相同。本文中於本發明之說明書中所使用之術語只是為了描述具體之實施例之目的，不是旨在於限制本發明。本文所使用之術語“及/或”包括一個或複數相關之所列項目之任意之及所有之組合。

請同時參見圖1、圖2、圖4至圖6，本發明實施方式提供一種鐳射切割裝置100，用以切割一工件300，於本實施例中，工件300為藍寶石晶圓。鐳射切割裝置100包括支撐架20、工作臺10、鐳射切割模組30、第一冷卻模組52及第二冷卻模組54。工作臺10、鐳射切割模組30、第一冷卻模組52及第二冷卻模組54裝設於支撐架20上。工作臺10用以放置待切割之工件300並可帶動工件300沿預設之切割方向運動；鐳射切割模組30能夠產生第一鐳射光束並照射於工件300上，當工作臺10沿著預設之切割方向運動時，第一鐳射光束與工件300相對運動，從而使工件300受熱膨脹，於本實施例中，該切割方向包括第一切割方向A及與第一切割方向A相反之第二切割方向B；第一冷卻模組52用於對沿第一切割方向A進行切割且受熱膨脹之工件300進行冷卻，第二冷卻模組54用以對沿第二切割方向B進行切割且受熱膨脹之工件300進行冷卻，進而使工件300劈裂。

請參見圖3，於本實施例中，工作臺10包括固定部12及支撐部14。固定部12用以將工作臺10裝設於鐳射切割裝置100之支撐架20上。請參見圖4，於本實施例中，固定部12包括底部122及設置於底部122周緣之磁性部124，底部122及磁性部124共同圍成一容納槽125。磁性部124採用磁性材料製成。支撐部14收容並裝設於容納槽125內，用以支撐工件300。支撐部14為不銹鋼材質，且其上形成吸附面141(請參見圖3)。支撐部14之內部形成複數相互連通之吸附孔142，複數吸附孔142中之部分吸附孔142貫通吸附面141以吸附定位工件300。於本實施例中，複數吸附孔142呈不規則分佈。固定部12之底 部122上設有與複數吸附孔142連通之通氣孔126，複數吸附孔142藉由通氣孔126與一外部抽真空裝置(圖未示)連接。當外部抽真空裝置對支撐部14抽氣時，支撐部14之複數吸附孔142能對工件300之底面施加一均勻之吸附力。於本實施例中支撐部14採用SUS316不銹鋼。

請再次參見圖1、圖2及圖4，於本實施例中，鐳射切割模組30包括第一鐳射源32、第一反射鏡34及第二反射鏡36。第一反射鏡34及第二反射鏡36分別位於鐳射切割模組30產生之第一鐳射光束之兩側且沿一入射方向間隔設置，於本實施例中，該入射方向平行切割方向。於本實施例中，第一鐳射源32為二氧化碳鐳射器，其用以產生第一鐳射光束，第一鐳射光束為紅外鐳射光。請同時參見圖5及圖6，第一鐳射光束能夠於工作臺10帶動工件300沿第一切割方向A運動時被第一反射鏡34反射至工件300上以使工件300受熱膨脹；當工作臺10帶動工件300沿第二切割方向B運動時，第一反射鏡34脫離該入射方向以使該第一鐳射光束避開第一反射鏡34照射於第二反射鏡36上，進而被第二反射鏡36反射至工件300上。可理解，第一反射鏡34可與一驅動機構38連接，以驅動，例如轉動或移動，第一反射鏡34以脫離該入射方向。

鐳射切割模組30還可進一步包括光欄33及擴束鏡35。光欄33及擴束鏡35間隔設置於第一鐳射源32及第一反射鏡34之間，且光欄33較擴束鏡35靠近第一鐳射源32。光欄33用以對第一鐳射源32產生之第一鐳射光束進行整形。第一鐳射光束經過擴束鏡35後能夠產生平行鐳射光。

鐳射切割模組30還包括二第一聚焦組件37、39。二第一聚焦組件37、39分別位於第一反射鏡34及第二反射鏡36與工作臺10之間。第一鐳射源32產生之第一鐳射光束經第一反射鏡34或第二反射鏡36之反射後，分別經由相應之第一聚焦組件37照射於工件300上以使工件300受熱膨脹。第一冷卻模組52及第二冷卻模組54均可向工件300受熱膨脹之部位噴射冷卻物質，以冷卻工件300。該冷卻物質可是單一液體、單一氣體加單一液體之混合物或一種以上之氣體與液體之混合物等，如空氣、純水、冷卻油、液態氮或液態氦等。

請同時參見圖1、圖2及圖4，鐳射切割裝置100還可進一步包括預切割模組70，用以於待切割之工件300上沿切割方向形成預切割線。預切割模組70包括第二鐳射源72、第三反射鏡73及第二聚焦組件74。於本實施例中，第一冷卻模組52、第一反射鏡34、第三反射鏡73、第二反射鏡36以及第二冷卻模組54沿第一切割方向A依次排列。第二鐳射源72為紫外波長鐳射器，其產生之第二鐳射光束經由第三反射鏡73反射後被引導至第二聚焦組件74，以聚焦方式會聚於工件300之表面上，從而於工件300之表面沿切割方向形成預切割線。可理解，預切割模組70亦可為刀輪或是鑽石刀等組件。

請同時參見圖4至圖6，使用鐳射切割裝置100對工件300進行切割之步驟如下：將工件300置放於工作臺10之支撐部14上，於本實施例中，首先將工件300貼附於一背膠膜80上，該背膠膜80上設有固定件90，當工件300置放於工作臺10上時，固定件90能夠被工作臺10之磁性部124吸附，進而將工件固定於工作臺10上，隨後藉由通氣孔126對支撐部14抽氣，進而藉由複數吸附孔142向工件300之底面施加一均勻之吸附力。

使工作臺10沿著第一切割方向A運動，以使第二鐳射源72產生之第二鐳射光束與工件300相對運動，第二鐳射光束於待切割之工件300上沿第一切割方向A形成預切割線。於本實施例中，第二鐳射源72產生之第二鐳射光束經第三反射鏡73反射後被引導至第二聚焦組件74，第二聚焦組件74將第二鐳射光束聚焦於工件300之表面，以將工件300表面之材料一一移除，這樣就於工件300上形成一定深度之預切割線。

第一鐳射源32發出之第一鐳射光束被第一聚焦組件37沿著該預切割線聚焦於工件300內或直接穿設工件300以聚焦於支撐部14上，從而使工件300受熱膨脹。於本實施例中，當工作臺10沿著第一切割方向A運動時，第一鐳射光束經過第一反射鏡34後被導引至相應之第一聚焦組件37，第一聚焦組件37將第一鐳射光束沿預切割線聚焦於工件300內或直接穿設工件300以聚焦於 支撐部14之吸附面141或支撐部14之內部，使工件300受熱膨脹而於工件300內產生壓應力。

第一冷卻模組52對該工件300受熱膨脹之部位進行冷卻，從而使該工件300劈裂。於此過程中，第一冷卻模組52將冷卻物質沿著加熱之預切割線急速之以霧狀噴於工件300上，冷卻物質使工件300表面之溫度急速下降，工件300內部因溫度下降而發生收縮。工件300因於短時間內局部發生急劇應力變化，而使得工件300會沿著預先由第二鐳射所產生之預切割線產生裂紋，裂紋於切割面成長使得工件300完全分離，從而實現對工件300沿第一切割方向A之切割。

當需要沿與第一切割方向A相反之第二切割方向B切割工件300時，該工作臺10帶動該工件300移動至另一待切割之部位，隨後工作臺10帶動工件300沿著第二切割方向B運動，第二鐳射源72產生之第二鐳射光束與工件300相對運動，以使第二鐳射光束於工件300上沿第二切割方向B形成預切割線。

第一鐳射源32發出之第一鐳射光束被第一聚焦組件39沿著該預切割線聚焦於工件300內或直接穿設工件300以聚焦於支撐部14上，從而使工件300受熱膨脹。於本實施例中，當工作臺10沿著第二切割方向B運動時，驅動機構38驅動第一反射鏡34脫離第一鐳射光束之入射方向，以使第一鐳射光束經過第二反射鏡36後被導引至第一聚焦組件39，第一聚焦組件39將第一鐳射光束穿設工件300並沿預切割線聚焦於以聚焦於支撐部14之吸附面141或支撐部14之內部，使工件300受熱膨脹。

第二冷卻模組54對該工件300受熱膨脹之部位進行冷卻，以使該工件300劈裂，從而實現對工件300沿第二切割方向B之切割。

於上述切割過程中，第二鐳射光束於工件300上形成之預切割線、第一鐳射光束照射於工件300上之路徑及冷卻模組噴射於工件300上之路徑，三者在一條直線上。

本發明之鐳射切割裝置100，利用第一反射鏡34之移動切換第一鐳射源32射出之第一鐳射光束之光路，能夠快速變更切割位置，提高了工件切割之效率。同時本發明之鐳射切割裝置100相較傳統之鐳射切割裝置100可減少一第一鐳射源32，節約設備之生產成本。由於工作臺10用以放置工件300之支撐部14採用對紅外鐳射光吸收較少且能快速導熱之不銹鋼材質，故，工作臺10於被第一鐳射光束直接照射時不易被第一鐳射光束之能量灼傷。採用上述工作臺10承載工件300時，可將第一鐳射光束直接沉潛至支撐部14之吸附面141或是支撐部14之內部而無需精確聚焦於工件300之表面，從而降低了設備對聚焦精度之要求；同時由於第一鐳射光束可直接沉潛至支撐部14之吸附面141或是支撐部14之內部，故，第一鐳射光束可穿設工件300從工件300內部對工件300進行加熱，增加了工件300之受熱面積，從而使工件300更容易劈裂。另，支撐部14內設有複數吸附孔142，當對支撐部14抽氣時，複數吸附孔142能對工件300之底面施加均勻之吸附力，進而防止較薄之工件300於切割過程中變形。

可理解，切割工件300時，亦可不預先於工件300表面形成預切割線，而直接採用第一鐳射光束對工件300進行切割。由於沒有形成預切割線，因此於工件300形成裂痕之時間會延長，這時可於切割過程中需降低工件300之進給速度，以提高第一鐳射光束對工件300同一部位之加熱時間。

可理解，第一鐳射光束產生之入射方向可與切割方向呈一定角度。可理解，冷卻模組不限於本實施例中之兩個，可根據需要設置為其他數目。

於其他實施例中，第一鐳射光束可直接用於特定材料之切割。

可理解，上述實施例中之鐳射切割裝置100不僅可應用於切割藍寶石工件，亦可應用於其他工件300之切割，如玻璃基板、水晶等。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，於爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之如請求項內。

300‧‧‧工件

10‧‧‧工作臺

12‧‧‧固定部

122‧‧‧底部

124‧‧‧磁性部

126‧‧‧通氣孔

125‧‧‧容納槽

14‧‧‧支撐部

142‧‧‧吸附孔

32‧‧‧第一鐳射源

34‧‧‧第一反射鏡

36‧‧‧第二反射鏡

33‧‧‧光欄

35‧‧‧擴束鏡

37、39‧‧‧第一聚焦組件

52‧‧‧第一冷卻模組

54‧‧‧第二冷卻模組

72‧‧‧第二鐳射源

74‧‧‧第二聚焦組件

80‧‧‧背膠膜

90‧‧‧固定件

Claims (10)

1. 一種鐳射切割裝置，其定義有切割方向且包括用於對切割工件之鐳射切割模組，該切割方向包括第一切割方向及與該第一切割方向相反之第二切割方向，其改良在於：該鐳射切割模組包括第一鐳射源、第一反射鏡及第二反射鏡，該第一反射鏡及該第二反射鏡沿一入射方向間隔設置，該第一反射鏡活動地設置於該入射方向上，該第一鐳射源產生之第一鐳射光束能夠於沿該第一切割方向切割工件時被該第一反射鏡反射至該工件上以用於切割工件，於沿該第二切割方向切割工件時，該第一反射鏡脫離該入射方向使該第一鐳射光束避開該第一反射鏡照射於該第二反射鏡上，進而被該第二反射鏡反射至該工件上以用於切割工件。
2. 如請求項第1項所述之鐳射切割裝置，其中該第一鐳射源及該第一反射鏡之間設有光欄，用以對該第一鐳射光束整形。
3. 如請求項第1項所述之鐳射切割裝置，其中該鐳射切割裝置包括冷卻模組，該冷卻模組用以對被第一鐳射光束照射後之工件進行冷卻。
4. 如請求項第1項所述之鐳射切割裝置，其中該第一鐳射源及該第一反射鏡之間設置有擴束鏡，該第一鐳射光束經過該擴束鏡後產生平行鐳射光。
5. 如請求項第1項所述之鐳射切割裝置，其中該鐳射切割模組還包括二第一聚焦組件，其中一個第一聚焦組件位於該第一反射鏡之下方，另一個第一聚焦組件位於該第二反射鏡之下方，該第一鐳射源產生之第一鐳射光束經該第一反射鏡或該第二反射鏡之反射後，分別經由相應之第一聚焦組件以照射於該工件上。
6. 如請求項第1項所述之鐳射切割裝置，其中該鐳射切割裝置還包括預切割模組，該預切割模組用以於該鐳射切割模組工作前沿該第一切割方向或該第二切割方向於該工件上形成預切割線。
7. 如請求項第6項所述之鐳射切割裝置，其中該預切割模組包括第二鐳射源及第二聚焦組件，該第二鐳射源產生之第二鐳射光束能夠被第二聚焦組件以聚焦方式於工件上形成預切割線。
8. 如請求項第7項所述之鐳射切割裝置，其中該預切割模組還包括 第三反射鏡，該第二聚焦組件位於該第三反射鏡之下方，該第二鐳射源產生之第二鐳射光束經由該第三反射鏡反射後被引導至該第二聚焦組件。
9. 如請求項第7項所述之鐳射切割裝置，其中該第二鐳射源為紫外波長鐳射源，該第一鐳射源為二氧化碳鐳射器。
10. 如請求項第1項所述之鐳射切割裝置，其中第一反射鏡與一驅動機構連接，以驅動該第一反射鏡脫離該入射方向。