專利名稱：一種激光切割玻璃的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃切割領(lǐng)域，特別是涉及一種激光切割玻璃的方法。
背景技術(shù)：
由于日常消費電子的迅猛發(fā)展，筆記本電腦、手機等產(chǎn)品都在朝著體積更薄，重量更輕，制造成本更低的方向發(fā)展。目前用于數(shù)碼產(chǎn)品上的液晶顯示器上的玻璃基材厚度已經(jīng)由原先的I. Imm降低到O. 6-0. 7mm,用于手機屏幕的玻璃基材已經(jīng)降到了 O. 3mm甚至更低。厚度越薄的玻璃對力越敏感，越容易受沖擊后發(fā)生脆斷，這無疑增加了切割工藝難度。現(xiàn)有的激光切割玻璃的方法大致有兩種，即CO2激光熔融切割法和激光裂紋控制切割法。CO2激光熔融切割法主要是利用玻璃處于軟化的溫度下具有較好的塑性和延展性，用聚焦的CO2激光照射待切割的玻璃樣品的表面，通過超高的能量密度將玻璃融化，同時配合氣流吹走熔融的玻璃，從而直接將一整塊玻璃樣品一分為二切割開來。由于CO2激光波長在10600nm，玻璃樣品對該波長的激光是面吸收，因此這種方法中要將玻璃樣品熔融斷裂開，需要非常高的激光能量才能實現(xiàn)。同時，這種方法的切割效果較差，切縫不整齊，極易在整個切縫斷面形成熱裂紋使玻璃強度大大降低，并且切割過程中產(chǎn)生的熔渣也會污染玻璃表面。另一種方法，激光裂紋控制切割法，通常也是使用CO2激光，首先人為在玻璃樣品的表面加工出一條裂紋引導(dǎo)線，然后使用CO2激光沿著裂紋引導(dǎo)線照射玻璃樣品加熱玻璃樣品的表面。激光照射后，使用冷卻氣體或者冷卻液快速冷卻玻璃表面，使玻璃樣品表面產(chǎn)生較大的溫度梯度和拉應(yīng)力，最后配合外部機械力從而使玻璃樣品沿著預(yù)定的裂紋引導(dǎo)線斷裂開來。這種方法具有切縫平直、無碎屑的優(yōu)點，可克服0)2激光熔融切割法的部分不足。 但是，在激光照射掃描步驟中，為使加工切割較快速，通常使用離焦的CO2激光束，從而在玻璃樣品表面形成橢圓形光斑，盡可能一個時刻覆蓋較長的引導(dǎo)線進行照射加熱。這樣為確保離焦的激光能加熱玻璃表面，激光的功率也需較高。同時，這種方法需要人為在玻璃表面加工裂紋引導(dǎo)線，中間也需冷卻氣體或冷卻液的快速冷卻，最后還需配合外部機械力實現(xiàn)最終斷裂，其工藝步驟較多，導(dǎo)致工序較復(fù)雜。而且，為有效控制裂紋擴展過程，需要激光切割掃描的速度盡可能慢，因此這種方法的切割效率受到很大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是彌補上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種激光切割玻璃的方法，能有效切割超薄玻璃，切割工序較簡單，且切割所需激光的平均功率較低，同時能盡可能提聞切割效率。本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決
一種激光切割玻璃的方法，包括以下步驟1)將波長范圍為1064nnTl075nm，模式為基模模式的激光束經(jīng)聚焦處理后垂直入射到待切割的玻璃樣品的上表面，使所述激光束的焦點位于所述玻璃樣品的上表面；所述激光束的平均功率滿足聚焦后激光束的功率密度大于所述玻璃樣品的破壞閾值；2)按預(yù)先設(shè)定的掃描路徑移動所述激光束，從而使所述玻璃樣品的上表面燒蝕出一條深度為所述玻璃樣品厚度的1/16 1/3的凹槽，同時所述激光束的部分能量沿著所述凹槽透射至所述玻璃樣品的整個厚度方向，使所述玻璃樣品沿著所述凹槽底端的平面開裂開來。上述激光切割玻璃的方法中，使用波長范圍為1064nnTl075nm，模式為基模模式， 平均功率不低于IOW的激光束聚焦后照射玻璃樣品，由于玻璃樣品對該波長范圍內(nèi)的激光是體吸收形式，且聚焦的激光束能量集中，在激光加熱作用下與空氣的對流冷卻作用下，使得玻璃樣品上表面短時間內(nèi)形成一段較淺的凹槽，同時激光束的部分能量通過該凹槽透射至所述玻璃樣品的整個厚度方向，從而在玻璃樣品上形成裂平面，使玻璃樣品沿著裂片面開裂開來。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比的有益效果是
本發(fā)明的激光切割玻璃的方法，可切割玻璃厚度在O. ImnTl. Imm范圍內(nèi)的超薄玻璃， 由于整個方法中僅需激光束聚焦，照射操作，不需事先加工裂紋引導(dǎo)線，以及冷卻氣體吹氣的步驟，因此加工切割工序較簡單。切割時，利用的是玻璃對激光束的體吸收形式，因此玻璃的開裂是均勻通透的。同時因利用玻璃對激光的體吸收形式，因此不需太高的激光束平均功率便可實現(xiàn)操作。切割時，只需通過激光照射在短時間內(nèi)形成較淺的凹槽，因此激光掃描速度可以設(shè)置得較快，最快可達到100mm/S，能盡可能提高切割效率，這是現(xiàn)有的兩種方法也無法達到的。


圖I是本發(fā)明具體實施方式
一的激光切割玻璃的方法所涉及的系統(tǒng)框架圖2是本發(fā)明具體實施方式
一的激光切割玻璃的方法中形成溝槽的示意圖3是本發(fā)明具體實施方式
一的玻璃開裂后形成的裂平面的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
并對照附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
具體實施方式
一
本發(fā)明的激光切割玻璃的方法，包括以下步驟
I)將波長范圍為1064nnTl075nm，模式為基模模式的激光束經(jīng)聚焦處理后垂直入射到待切割的玻璃樣品的上表面，使所述激光束的焦點位于所述玻璃樣品的上表面。所述激光束的平均功率滿足聚焦后激光束的功率密度大于玻璃樣品的破壞閾值。該步驟中可采用中心波長在1064nnTl075nm范圍的固體激光器產(chǎn)生上述波長范圍內(nèi)的激光束。出于經(jīng)濟適用的原則，固體激光器可以選用光纖激光器或Nd =YAG激光器。而關(guān)于激光束的平均功率，需滿足聚焦后激光束的功率密度大于玻璃樣品的破壞閾值，這樣，即可使第2步中在短時間內(nèi)燒蝕出一條凹槽。因此，所述待切割的玻璃樣品厚度越厚，所述激光束的平均功率越高。一般，針對厚度在O. ImnTl. Imm范圍內(nèi)的超薄玻璃， 激光束的平均功率在IOW 37W即可。本具體實施方式
中以厚度為O. Imm的材質(zhì)為硼硅酸鹽的玻璃樣品作為示例進行說明，所需激光束的平均功率不低于IOW即可。一般，聚焦后激光光束在直徑為20 μ m左右的圓斑。當(dāng)激光束平均功率為IOW時，聚焦后功率密度為 3. 18X106ff/cm2,即大于硼硅酸鹽玻璃的破壞閾值(硼硅酸鹽玻璃的破壞閾值為IO5IO6W/ cm2)。需說明的是，如不需考慮激光束的功率損耗，用更高平均功率的激光束來進行切割也可行，這樣切割效率將更快。其它實施例中，也可選用其它材質(zhì)的玻璃樣品，如納鈣玻璃。本具體實施方式
所用工藝參數(shù)激光束平均功率設(shè)置為10W，切割速度設(shè)置為 100mm/S。對于激光器切割速度的設(shè)置，因切割速度越慢，對開裂平面的控制越好，但切割速度慢會導(dǎo)致切割效率受到限制、切割質(zhì)量受到影響。因此，最快可將切割速度設(shè)置為100 mm/s,其余實施例中可將切割速度設(shè)置得低于100mm/s。光纖激光器出射的激光束經(jīng)過聚焦鏡后完成聚焦處理。具體過程如圖I所示的系統(tǒng)框架圖，光纖激光器I發(fā)出波長范圍為1064nnTl075nm，模式為基模模式，平均功率為IOW 的激光束經(jīng)過擴束準直鏡2的擴束后，通過45度反射鏡3反射至聚焦鏡4，經(jīng)聚焦鏡4聚焦后的激光束7垂直入射到位于工作臺5上的待切割的玻璃樣品6的上表面，使激光束7的焦點位于玻璃樣品6的上表面。聚焦鏡4的焦深與數(shù)值孔徑NA的平方成反比，數(shù)值孔徑NA 值越大，焦深越淺，本發(fā)明中可采用的聚焦鏡的數(shù)值孔徑范圍在O. 28〈NA〈0. 50，本具體實施方式
中采用的聚焦鏡4的數(shù)值孔徑NA值約為O. 28。需說明的是，在某些情形下，比如激光束是光纖傳輸，再比如玻璃樣品仍然如圖I所示水平放置，而激光束是垂直出射，則可以經(jīng)過擴束準直鏡擴束后直接進入聚焦鏡聚焦，而不需45度反射鏡反射。此時即是所述激光束先經(jīng)過擴束準直鏡擴束后至所述聚焦鏡，經(jīng)所述聚焦鏡完成聚焦處理。2)按預(yù)先設(shè)定的掃描路徑移動所述激光束，從而使玻璃樣品的上表面燒蝕出一條深度為所述玻璃樣品厚度的1/16 1/3的凹槽，同時所述激光束的部分能量沿著所述凹槽透射至所述玻璃樣品的整個厚度方向，使玻璃樣品沿著凹槽底端的平面開裂開來。如圖2所示，為激光束掃描玻璃樣品形成溝槽的示意圖。該步驟中，激光束7的焦點在玻璃樣品6的上表面，對于波長在1064nnTl075nm范圍內(nèi)，基模模式，功率密度大于玻璃破壞閾值的的激光束7，其到達玻璃樣品表面的能量超過玻璃樣品6的破壞閾值，使玻璃材料氣化，從而在玻璃樣品6的表面燒蝕出一條深度較淺的凹槽8 (根據(jù)激光能量的不同， 凹槽的深度范圍一般在玻璃樣品厚度的1/16 1/3范圍內(nèi))。在燒蝕出凹槽8的同時，激光束 7會有部分能量透過凹槽底端的切縫貫穿至玻璃底部，如圖中虛線所示，從而可加熱凹槽底端的平面。此時沿著凹槽底端的平面，激光束7的能量并不能使該平面的玻璃樣品6熔融氣化，其僅是導(dǎo)致該平面的溫度在激光掃描過后迅速升高。同時，玻璃樣品6也是處于空氣環(huán)境中，這樣，激光束7沿圖中箭頭所示掃描軌跡掃描后，凹槽8底端平面ABCD在短時間內(nèi)受到激光束的加熱作用和空氣的對流冷卻作用，使得該平面ABCD附近溫度場發(fā)生急劇變化， 從而在該平面ABCD開裂開來。因此在激光掃描產(chǎn)生凹槽8的同時，玻璃也沿著激光掃描軌跡產(chǎn)生穩(wěn)定的裂平面ABCD開裂開來。如圖3所示，為玻璃樣品6開裂開來后裂平面的示意圖，其中，平面ABCD即是凹槽底端平面，也即裂平面。由標記ACFE所形成的平面，是燒蝕形成凹槽的燒蝕面。雖然切割玻璃后，會在玻璃表面形成該燒蝕面，影響玻璃表面的美觀，但如果切割后的玻璃應(yīng)用于某些器件內(nèi)部時，該燒蝕面也不會影響到實際應(yīng)用。因玻璃是通過對激光束進行體吸收而開裂開來的，因此玻璃開裂形成的裂平面是非常均勻通透的。綜上所述，本具體實施方式
中激光切割玻璃的方法，僅需激光聚焦掃描的步驟，聚焦的激光掃描玻璃樣品后，玻璃樣品即被開裂開來，不需事先加工裂紋引導(dǎo)線，以及操作過程中施加冷卻氣體吹氣的步驟，因此加工切割工序較簡單。切割時，利用的是玻璃對激光束的體吸收形式，因此玻璃的開裂是均勻通透的。同時因利用玻璃對激光的體吸收形式，因此對于厚度為O. Imm的玻璃樣品，激光的平均功率不低于IOW即可，不需太高的激光功率便可實現(xiàn)操作。切割時，需通過激光照射在短時間內(nèi)形成較淺的凹槽，因此激光掃描速度可以設(shè)置得較快，最快可達到100mm/S，能盡可能提高切割效率。
具體實施方式
二
本具體實施方式
與具體實施方式
一的切割玻璃的方法步驟相同，只是本具體實施方式
是針對厚度為O. 21mm的硼硅酸鹽材質(zhì)的玻璃樣品，此時將步驟I)中激光束的平均功率設(shè)置為20W。本具體實施方式
中，聚焦后激光束的功率密度為6. 36X 106W/cm2，大于硼硅酸鹽材質(zhì)的玻璃樣品的破壞閾值。同時，與具體實施方式
一中聚焦后3. 18X106ff/cm2的功率密度切割厚度為O. Imm的玻璃樣品相比，本具體實施方式
中聚焦后6. 36X 106W/cm2的功率密度切割厚度為O. 21mm的玻璃樣品，因此也可近似達到相同的切割速度。本具體實施方式
中激光器平均輸出功率設(shè)置為20W，同時為使切割效率盡可能提高，切割速度與具體實施方式
一中相同，仍然設(shè)置為lOOmm/s。切割時，激光器發(fā)出波長范圍為1064nnTl075nm，模式為基模模式，平均功率為 20W的激光束經(jīng)聚焦處理后垂直入射到待切割的O. 21mm的玻璃樣品的上表面，使激光束的焦點位于玻璃樣品的上表面。按預(yù)先設(shè)定的掃描路徑移動激光束，從而使玻璃樣品的上表面燒蝕出一條深度為所述玻璃樣品厚度的1/16 1/3的凹槽。在燒蝕出凹槽的同時，激光束的部分能量透過凹槽底端的切縫貫穿至玻璃底部，從而可加熱凹槽底端的平面。而玻璃樣品是處于空氣環(huán)境中的，這樣，凹槽底端平面在短時間內(nèi)受到激光束的加熱作用和空氣的對流冷卻作用，使得該平面附近溫度場發(fā)生急劇變化，從而在該平面開裂開來。本具體實施方式
中的激光切割玻璃的方法步驟與具體實施方式
一相同，因此同樣可取得具體實施方式
一中的切割效果，在此不重復(fù)。且根據(jù)實驗驗證，在上述參數(shù)設(shè)置下，切割后，本具體實施方式
的切割效果也確是與實施方式一一樣，切割質(zhì)量，切割效率均能得到有效地保障。
具體實施方式
三
本具體實施方式
與具體實施方式
一的切割玻璃的方法步驟相同，只是本具體實施方式
是針對厚度為O. 40mm的硼硅酸鹽材質(zhì)的玻璃樣品，此時將步驟I)中激光束的平均功率設(shè)置為32W。本具體實施方式
中，聚焦后激光束的功率密度為I. 02X 107W/cm2，大于硼硅酸鹽材質(zhì)的玻璃樣品的破壞閾值。同時，與具體實施方式
一中聚焦后3. 18X106ff/cm2的功率密度切割厚度為O. Imm的玻璃樣品相比，本具體實施方式
中聚焦后I. 02X 107ff/cm2的功率密度切割厚度為O. 40mm的玻璃樣品，因此也可近似達到相同的切割速度。本具體實施方式
中激光器平均輸出功率設(shè)置為32W，同時為使切割效率盡可能提高，切割速度仍然設(shè)置為lOOmm/s。本具體實施方式
中的激光切割玻璃的方法步驟與具體實施方式
一相同，因此同樣可取得具體實施方式
一中的切割效果，在此不重復(fù)。且根據(jù)實驗驗證，在上述參數(shù)設(shè)置下，切割后，本具體實施方式
的切割效果也確是與實施方式一一樣，切割質(zhì)量，切割效率均能得到有效地保障。
具體實施方式
四本具體實施方式
與具體實施方式
一的切割玻璃的方法步驟相同，只是本具體實施方式
是針對厚度為I. Imm的硼硅酸鹽材質(zhì)的玻璃樣品，此時將步驟I)中激光束的平均功率設(shè)置為 37W。本具體實施方式
中，聚焦后激光束的功率密度為I. 18X 107W/cm2，大于硼硅酸鹽材質(zhì)的玻璃樣品的破壞閾值。同時，與具體實施方式
一中聚焦后3. 18X106ff/cm2的功率密度切割厚度為O. Imm的玻璃樣品相比，本具體實施方式
中聚焦后I. 18X107ff/cm2的功率密度切割厚度為I. Imm的玻璃樣品，因此也可近似達到相同的切割速度。本具體實施方式
中激光器平均輸出功率設(shè)置為37W，同時為使切割效率盡可能提高，切割速度仍然設(shè)置為100mm/S。本具體實施方式
中的激光切割玻璃的方法步驟與具體實施方式
一相同，因此同樣可取得具體實施方式
一中的切割效果，在此不重復(fù)。且根據(jù)實驗驗證，在上述參數(shù)設(shè)置下，切割后，本具體實施方式
的切割效果也確是與實施方式一一樣，切割質(zhì)量，切割效率均能得到有效地保障。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下做出若干替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種激光切割玻璃的方法，其特征在于包括以下步驟1)將波長范圍為 1064nnTl075nm，模式為基模模式的激光束經(jīng)聚焦處理后垂直入射到待切割的玻璃樣品的上表面，使所述激光束的焦點位于所述玻璃樣品的上表面；所述激光束的平均功率滿足 聚焦后激光束的功率密度大于所述玻璃樣品的破壞閾值；2)按預(yù)先設(shè)定的掃描路徑移動所述激光束，從而使所述玻璃樣品的上表面燒蝕出一條深度為所述玻璃樣品厚度的1/16 1/3 的凹槽，同時所述激光束的部分能量沿著所述凹槽透射至所述玻璃樣品的整個厚度方向， 使所述玻璃樣品沿著所述凹槽底端的平面開裂開來。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光切割玻璃的方法，其特征在于所述步驟I)中激光束是由中心波長在1064nnTl075nm范圍的固體激光器產(chǎn)生的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光切割玻璃的方法，其特征在于所述固體激光器是光纖激光器或Nd=YAG激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光切割玻璃的方法，其特征在于所述待切割的玻璃樣品厚度越厚，所述步驟I)中激光束的平均功率越高。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光切割玻璃的方法，其特征在于所述待切割的玻璃樣品的厚度為O. ImnTl. 1mm，所述步驟I)中所述激光束的平均功率為IOW 37W。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光切割玻璃的方法，其特征在于所述步驟I)中所述激光束經(jīng)過所述聚焦鏡后完成聚集處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光切割玻璃的方法，其特征在于所述激光束先經(jīng)過擴束準直鏡擴束后再通過45度反射鏡反射至所述聚焦鏡，最后經(jīng)所述聚焦鏡完成聚焦處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光切割玻璃的方法，其特征在于所述激光束先經(jīng)過擴束準直鏡擴束后至所述聚焦鏡，經(jīng)所述聚焦鏡完成聚焦處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-7任一所述的激光切割玻璃的方法，其特征在于所述聚焦鏡的數(shù)值孔徑為O. 28 O. 5。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的激光切割玻璃的方法,其特征在于所述玻璃的材質(zhì)為硼硅酸鹽玻璃或納鈣玻璃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光切割玻璃的方法，使用波長范圍為1064nm~1075nm，模式為基模模式，平均功率不低于10W的激光束聚焦后照射玻璃樣品，由于玻璃樣品對該波長范圍內(nèi)的激光是體吸收形式，且聚焦的激光束能量集中，在激光加熱作用下與空氣的對流冷卻作用下，使得玻璃樣品上表面短時間內(nèi)形成一段較淺的凹槽，同時激光束的部分能量通過該凹槽透射至所述玻璃樣品的整個厚度方向，從而在玻璃樣品上形成裂平面，使玻璃樣品沿著裂片面開裂開來。本發(fā)明的激光切割玻璃的方法，加工切割工序較簡單，玻璃的開裂是均勻通透的，且激光的平均功率不需太高便可實現(xiàn)操作還能盡可能提高切割效率。
文檔編號C03B33/09GK102583991SQ20121006334
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者侯若洪, 蔡志祥, 韓偉 申請人:深圳光韻達光電科技股份有限公司