Способ лазерного разделения материалов Советский патент 1992 года по МПК B23K26/00 B23K26/38 

Изобретение относится к лазерной обработке материалов и может быть использовано при разделении материалов, Прозрачных для лазерного излучения..

Целью изобретения является повышение качества обработки за счет получения раздела с требуемой глубиной, рельефа.

На фиг. 1 представлено пространственное изображение кристалла нио- бата лития с выполненными в нем микроразрушениями, на фиг. 2 - вид микроразрушений в кристалле в плоскости XOZi на фиг, 3 - пластина ниоба- та лития после разламывания.

Концентрирование энергии лазерного излучения внутри объема материала с различных направлений и оп-. ределение зависимости направления распространения микротрещин и размеров разрушений от условий облучения (направления, параметров излучения и т.п.) позволяет образовывать мик- рораз5эушения вдоль направления раздела так, что каждое микроразруше-,. ние содержит по крайней мере одну мнкротрещину, расположенную под углом Ы О к микротрещине соседнего микрораз рутения, обеспечивая пересечение микротрещии соседних микрораз- ру1иен 1Й при развитии микротрещин под действием механических напряжений, например, при последующем разламьша- нии. Выполнение условия 1 d обеспечивает сохранение локальных дискретных разрушентлй до окончания процесса лазерной обработки, что позволяет набежать неуправляемого развития тре Щ1Щ за соединения соседних микроразрушений до окончания процес- га лазерной обработки. В некоторых с-.тучаях целесообразно расстояние между соседними микроразрушениями устанавливать из соотношения , что позволяет обеспечить соединение микротрещин соседних микроразрушений в процессе лазерной обработки в макроразрушение, образуемое в направлении разделения материала. В этом случае усилие, которое необходимо приложить для разделения материала на модули, уменьшается и процент выхода годных изделий на операции разделении повышается. Выполнение условия 1 h (ctg РЛ) обеспечивает разделение материала с глубиной ре.т1ьефного слоя по границе раздела меньше h,

5

0

что позволяет получить требуемый рельеф поверхности раздела.

Выполнение всех указанньпс признаков в совокупности позволяет разделить на части любой прозрачный материал независимо от ориентации трещин, плоскостей скола кристаллов относительно поверхности раздела, что позволяет повысить качество обработки прозрачных материалов и уменьшить ко- личество брака при разделении заготовок на модули.

В качестве примера конкретного выполнения способа рассмотрим процесс разделения пластины из ниобата лития при изготовлении з Вукопроводов для устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Излучение лазера ЖИПЧ-6 с длительностью импульсов 10 НС, длиной волны 1,06 мкм и максимальной импульсной мощностью 0,5 МВт фокусируется в пятно диаметром 8-10 мкм внутри пластины из нио- Зата лития. Исходя из требований кон- 5 струкции приборов на ПАВ, для которых изготавливались звукопроводы, выбраны пластины, вырезанные так, что нормаль к поверхности пластин совпадает с осью Y.

Направление разделения пластин на модули совпадает с плоскостью ZOY. Используя излучение с параметрами, получали плотность мощности в . зоне обработки до 10 Вт/см, достаточную для образования внутри пластины 1 микроразрушений, представляющих Собой микротрещины, образованные вокруг центров микроразрушений, и расположенных под различными углами. Q В кристалл 1 ниобата лития в каждом микроразрушении при направлении лазерного излучения соосно с осью Y кристалла имеется по две основные (главные) микротрещины, существенно большие остальных микротрещин и поэтому определяющие глубину рельефа поверхности раздела. Основные (главные) микротрещины распространяются под углами й,(, 30° и 40 к. 0 плоскости ZOY в направлении OZ и под углами /ь, р О к плоскости ZOY в направлении PY. Размер микроразрушений UD в направлении OZ равен 0,15 мм, а аоч в направле- J2 нииOY равен 0,20мм. Максимально допустимая глубина рельефного слоя вдоль поверхности раздела составляет 0,7 мм. Исходя из приведенных данных и в соответствии с соотношением

0

5

5

3131

а 1 h (ctg, + ctg )

устанавливали (определяли) расстоя- ния между центрами соседите микро- разрушений в направлении OZ и OY (1р и 1о)

0,13 ctg 30 - - ctg 40) 0,15 I, 2

0,20 4 IQ 0,7 (ctgO + ctgO) 0, CO

2oz 0,30, toy 0.0

После образования микроразруше- иий по всей поверхности раздела дискретно .на указанных вьше расстояниях друг от друга к пластине прикладывали механическое напряжение в зоне раздела, в результате чего трещины развивались до взагмного перекрытия (штриховые линии на фиг, 1 и 2) , и пластина разлатозгналась по направлению раздела (а4, фиг. 3).

f

о р м у л а и 3 о б р е т е н и я

Способ лазерного разделения материалов 5 при котором задают направление раздела, лазерны т излучением создают концентраторы напряжения к разрушс ъ от мат р 2ал с при.пожен: ем fse- ханичесгой нагрузки, о г л н ч & г- щ и и с я TSMs чтоэ с uej-bK) noBfcSis- нгля качестза обработки за спет Полу- ченкч раздагш с требуемой глубиной рельефа, предварительно концептриру, ют-лазерное изт ченке с разньп сто рон образца внутри его объема, ссзда9430. -4

ют микроразругаемия и определяют направление .главных микротрёщин по отношению к линии раздела и зависимость размеров мгжроразрушений от

5 энергетическ{1Х параметров резю;я-1а, из возможных вариантов микроразрушений выбирают такие, направления микротрещин которых обеспечивает их пересечение в соседних зонах микрдШ разрушений3 выбирают режим,

исходя из требуемой глуб1ты рельефа рассчитьшают расстояния между центрами соседних микроразрушений, как вдоль линии раздела, так и по щине разделяемого материала, в соот ветстзии с формулой i

а .h ( ,

20 где .а расстояние между центрами соседних микроразрушений,, 1 - размер зоны микроразрушения

в направленш разделения, h - максимальнодо1тустимая глуTir

бнна рельефа по грантще раздела 5

/i.. И /i углы наклона пересекающихся при развитии мнкротрещгш соседнш: микроразрушенш к :,аправлен№а порерхпости раз, дела,

и на полученньпч расчетньи расстояниях облз пают разделяемьп мате- рмал в тpeбye & : направлениях вдоль 35 Л1--П1Ш1 раздела на расчетных уровнях по тотцш е разделяемого материала,

А use оное иълучение

фиг. 2

Фиг. 5

Составитель Е.Сомова Редактор М.Памфиловекая Техред Н.Глущенко

Заказ 571Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, А

Корректор М.Демчик

Изобретение относится к лазерной обработке и может быть использовано при разделении материалов, прозрачных для лазерного излучения. Целью изобретения является повышение качества обработки за счет получения раздела с требуемой глубиной рельефа. Для достижения цели в толще материала вдоль линии раздела и на разных уровнях по толщине сбздают микроразрушения. В результате этого развиваются трещины с заранее выбранным - направлением, обеспечивающим пересечение трещин соседних микррразруше- ний, из-за чего исключается их неуправляемое развитие. Расстояние меязду соседними микроразрушениями как вдоль линии раздела1, так и по толщи не материала, выбираются расчетным путем, исходя из заданной глубины рельефа. 3 ил. S 00 ;о 4 00