WSX光纤激光切割头切割蓝宝石技巧

2019-07-15 10:20:18 金晓


蓝宝石晶体的化学成分是氧化铝(Al2O3)。蓝宝石材料具有优异的物理和化学性能,如高耐磨性,高硬度,优良的导热性,电绝缘性,稳定的化学性能等。它广泛用于高端智能手机,平板电脑,平板电视和其他电子产品展示行业。蓝宝石是一种坚硬脆弱的材料。传统的机械加工存在诸如容易产生裂纹,碎片,分层,边缘塌陷,边缘破裂和易于工具磨损的缺陷。此外,由于蓝宝石具有良好的化学稳定性,传统的化学处理方法难以处理。激光切割头切割技术是一种高速,高质量的切割方法。切割头切割蓝宝石晶圆不仅加工速度快,切割质量好,而且可以切割任何图案。


激光切割头ND30


WSX准连续光纤激光头具有良好的稳定性,光束质量和高能量密度。与Nd:YAG激光相比,它在切削硬脆材料方面具有明显的优势。WSX准连续光纤激光头与保护气体相结合,因其热影响区域小,加工区表面无波纹,加工设备成本低,广泛应用于蓝宝石加工。


WSX激光切割头


图1WSX切割头的 装置示意图


一、切割蓝宝石的操作和注意事项

WSX切割头切割蓝宝石的原理如图1所示。激光头的激光通过光纤传导到准直镜后,激光最终通过聚焦镜作用于蓝宝石表面,并在获得焦平面上的聚焦点后进行切割。自动控制系统控制移动平台在X和Y方向上移动。WSX准连续光纤激光头用于切割厚度为0.52mm,直径为5mm的光学蓝宝石衬底。

脉冲宽度0.15~0.18 ms,波长1070 nm,光斑直径15μm,重复频率0~5 kHz,能量密度变化范围0~2.4×105J / cm2,切割头的切割速度变化范围0~50 mm /秒。氮气用作加工辅助气体,喷嘴直径为0.5-1mm。

使用WSX激光头150W ,WSX准连续激光切割蓝宝石衬底材料。

01.切割头线位置的选择

首先,应在蓝宝石切割软件中设置切割线的位置。我们通过改变角度θ(切割线和材料边缘之间的角度)来改变切割线的位置,如图2所示。观察并分析切割线位置对切割质量的影响。西塔。通过顺序选择15,30,45,60,75和90进行测试,切割线的长度为0.3毫米。在确定切割线的位置之后,将进行测试。


WSX激光切割头

图3切割头的切割线示意图


当激光头发出的激光刚刚撞击蓝宝石材料表面时,会发生剧烈的反应。为了消除切割头切割开始时的不利影响,在切割正式图形之前,添加一段切割线,即起始线,也称为辅助线。切割线的切割角度也是影响切割质量的重要因素。通过实验发现,当角度为30°或90°时,基本上消除了溅射长度。


02.切割头的切割结果和分析

使用氮气作为辅助气体,喷嘴直径为0.5mm。切割头的切割蓝宝石圆孔的效果如下图所示:


WSX激光切割头


从最终切割样本的照片可以看出:

1.在显微镜下,切割的蓝宝石具有光滑的边缘,基本上没有结渣并且没有毛刺。

2.切割面几乎没有倾斜平面,锥度在100以内;

3.蓝宝石在前表面具有良好的切削刃效果,边缘塌陷量小于后表面,并且后表面上的边缘塌陷量也控制在10μm以下。

03.注意事项

影响蓝宝石边缘塌陷量的一个非常重要的因素是激光头的激光能量密度。激光头的激光能量密度越高,蓝宝石背面的崩边现象越明显,崩边尺寸越大。因此,在保证蓝宝石能够被切割的同时降低激光头功率会在一定程度上改善蓝宝石背面的边缘塌陷,但是能量越小,背面挂渣越严重,不易去除。如果激光头的激光能量适当增加,蓝宝石背面熔化的材料会变成粉末,从而改变蓝宝石背面的切割效果。

WSX激光头150W瓦。

WSX准连续光纤激光头技术参数

WSX激光切割头

WSX切割头切割蓝宝石材料工艺参数


二、影响蓝宝石切割质量的几个主要因素

为了获得更好的表面质量等级,必须多次优化激光头功率、切割头的切割速度和其他工艺参数。让我们来谈谈影响蓝宝石切割质量的主要因素。


01.激光头功率

激光能量是激光切割蓝宝石衬底过程中的主要能量来源。激光头功率和切割头的切割速度决定蓝宝石衬底的能量输入。激光头的功率将对切割产生重要影响。当切割速度、辅助气压和其他工艺参数恒定时,切口宽度与激光头的功率的增加成线性比例。如果激光头的功率太小,激光头的激光就不能被切断。如果功率增加,凹口宽度将增加,端面粗糙度将增加。在激光切割过程中,激光头的功率应尽可能大,充分发挥激光头的功率优势,提高效率。


02.切割速度

对于给定的蓝宝石材料和激光头功率,切割速度通常符合经验公式。只要它高于阈值,材料的切割速度就与激光头功率成正比,也就是说,增加功率可以提高切割速度。对于蓝宝石切割,激光切割头的切割速度可以有相对调整范围,而其他工艺参数保持不变。

切割速度小,切口宽度大,切口粗糙度大。切削速度大,切口宽度和粗糙度小,超过最佳切削速度后粗糙度缓慢增加。如果切割速度太高,切割会刮去更多的炉渣或无法切割。如果切割速度太低,材料会燃烧太多,切口宽度和热影响区域会很大。为了提高切削质量,在其它工艺参数不变的情况下,应优化切削速度。


激光切割头NC12


03.辅助气体

辅助气体用于从切割区域吹走炉渣,以从切割缝中去除惰性气体和活性气体。对于蓝宝石材料,使用氮气可以抑制切割区域的过度燃烧。

激光切割头的辅助气体的基本要求是气体流速应大,以便足够的氮气与切口材料放热反应,并在切口处从熔融材料中吹出足够的能量。高速切割蓝宝石时,增加气压可以提高切割速度,防止切割背面结渣。然而,如果压力过高,切割头的切割表面将变得粗糙。在切割过程中,氮气中的杂质会对切割头的切割质量产生不利影响,因此氮气的纯度较高。



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