WSX光纖激光切割頭切割藍寶石技巧
藍寶石晶體的化學成分是氧化鋁（Al2O3）。藍寶石材料具有優(yōu)異的物理和化學性能，如高耐磨性，高硬度，優(yōu)良的導熱性，電絕緣性，穩(wěn)定的化學性能等。它廣泛用于高端智能手機，平板電腦，平板電視和其他電子產(chǎn)品展示行業(yè)。藍寶石是一種堅硬脆弱的材料。傳統(tǒng)的機械加工存在諸如容易產(chǎn)生裂紋，碎片，分層，邊緣塌陷，邊緣破裂和易于工具磨損的缺陷。此外，由于藍寶石具有良好的化學穩(wěn)定性，傳統(tǒng)的化學處理方法難以處理。激光切割頭切割技術(shù)是一種高速，高質(zhì)量的切割方法。切割頭切割藍寶石晶圓不僅加工速度快，切割質(zhì)量好，而且可以切割任何圖案。
WSX準連續(xù)光纖激光頭具有良好的穩(wěn)定性，光束質(zhì)量和高能量密度。與Nd：YAG激光相比，它在切削硬脆材料方面具有明顯的優(yōu)勢。WSX準連續(xù)光纖激光頭與保護氣體相結(jié)合，因其熱影響區(qū)域小，加工區(qū)表面無波紋，加工設(shè)備成本低，廣泛應(yīng)用于藍寶石加工。
圖1WSX切割頭的 裝置示意圖
一、切割藍寶石的操作和注意事項
WSX切割頭切割藍寶石的原理如圖1所示。激光頭的激光通過光纖傳導到準直鏡后，激光最終通過聚焦鏡作用于藍寶石表面，并在獲得焦平面上的聚焦點后進行切割。自動控制系統(tǒng)控制移動平臺在X和Y方向上移動。WSX準連續(xù)光纖激光頭用于切割厚度為0.52mm，直徑為5mm的光學藍寶石襯底。
脈沖寬度0.15~0.18 ms，波長1070 nm，光斑直徑15μm，重復頻率0~5 kHz，能量密度變化范圍0~2.4×105J / cm2，切割頭的切割速度變化范圍0~50 mm /秒。氮氣用作加工輔助氣體，噴嘴直徑為0.5-1mm。
使用WSX激光頭150W ，WSX準連續(xù)激光切割藍寶石襯底材料。
01.切割頭線位置的選擇
首先，應(yīng)在藍寶石切割軟件中設(shè)置切割線的位置。我們通過改變角度θ（切割線和材料邊緣之間的角度）來改變切割線的位置，如圖2所示。觀察并分析切割線位置對切割質(zhì)量的影響。西塔。通過順序選擇15,30,45,60,75和90進行測試，切割線的長度為0.3毫米。在確定切割線的位置之后，將進行測試。
圖3切割頭的切割線示意圖
當激光頭發(fā)出的激光剛剛撞擊藍寶石材料表面時，會發(fā)生劇烈的反應(yīng)。為了消除切割頭切割開始時的不利影響，在切割正式圖形之前，添加一段切割線，即起始線，也稱為輔助線。切割線的切割角度也是影響切割質(zhì)量的重要因素。通過實驗發(fā)現(xiàn)，當角度為30°或90°時，基本上消除了濺射長度。
02.切割頭的切割結(jié)果和分析
使用氮氣作為輔助氣體，噴嘴直徑為0.5mm。切割頭的切割藍寶石圓孔的效果如下圖所示：
從最終切割樣本的照片可以看出：
1.在顯微鏡下，切割的藍寶石具有光滑的邊緣，基本上沒有結(jié)渣并且沒有毛刺。
2.切割面幾乎沒有傾斜平面，錐度在100以內(nèi);
3.藍寶石在前表面具有良好的切削刃效果，邊緣塌陷量小于后表面，并且后表面上的邊緣塌陷量也控制在10μm以下。
03.注意事項
影響藍寶石邊緣塌陷量的一個非常重要的因素是激光頭的激光能量密度。激光頭的激光能量密度越高，藍寶石背面的崩邊現(xiàn)象越明顯，崩邊尺寸越大。因此，在保證藍寶石能夠被切割的同時降低激光頭功率會在一定程度上改善藍寶石背面的邊緣塌陷，但是能量越小，背面掛渣越嚴重，不易去除。如果激光頭的激光能量適當增加，藍寶石背面熔化的材料會變成粉末，從而改變藍寶石背面的切割效果。
WSX激光頭150W瓦。
WSX準連續(xù)光纖激光頭技術(shù)參數(shù)
WSX切割頭切割藍寶石材料工藝參數(shù)
二、影響藍寶石切割質(zhì)量的幾個主要因素
為了獲得更好的表面質(zhì)量等級，必須多次優(yōu)化激光頭功率、切割頭的切割速度和其他工藝參數(shù)。讓我們來談?wù)動绊懰{寶石切割質(zhì)量的主要因素。
01.激光頭功率
激光能量是激光切割藍寶石襯底過程中的主要能量來源。激光頭功率和切割頭的切割速度決定藍寶石襯底的能量輸入。激光頭的功率將對切割產(chǎn)生重要影響。當切割速度、輔助氣壓和其他工藝參數(shù)恒定時，切口寬度與激光頭的功率的增加成線性比例。如果激光頭的功率太小，激光頭的激光就不能被切斷。如果功率增加，凹口寬度將增加，端面粗糙度將增加。在激光切割過程中，激光頭的功率應(yīng)盡可能大，充分發(fā)揮激光頭的功率優(yōu)勢，提高效率。
02.切割速度
對于給定的藍寶石材料和激光頭功率，切割速度通常符合經(jīng)驗公式。只要它高于閾值，材料的切割速度就與激光頭功率成正比，也就是說，增加功率可以提高切割速度。對于藍寶石切割，激光切割頭的切割速度可以有相對調(diào)整范圍，而其他工藝參數(shù)保持不變。
切割速度小，切口寬度大，切口粗糙度大。切削速度大，切口寬度和粗糙度小，超過最佳切削速度后粗糙度緩慢增加。如果切割速度太高，切割會刮去更多的爐渣或無法切割。如果切割速度太低，材料會燃燒太多，切口寬度和熱影響區(qū)域會很大。為了提高切削質(zhì)量，在其它工藝參數(shù)不變的情況下，應(yīng)優(yōu)化切削速度。
03.輔助氣體
輔助氣體用于從切割區(qū)域吹走爐渣，以從切割縫中去除惰性氣體和活性氣體。對于藍寶石材料，使用氮氣可以抑制切割區(qū)域的過度燃燒。
激光切割頭的輔助氣體的基本要求是氣體流速應(yīng)大，以便足夠的氮氣與切口材料放熱反應(yīng)，并在切口處從熔融材料中吹出足夠的能量。高速切割藍寶石時，增加氣壓可以提高切割速度，防止切割背面結(jié)渣。然而，如果壓力過高，切割頭的切割表面將變得粗糙。在切割過程中，氮氣中的雜質(zhì)會對切割頭的切割質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，因此氮氣的純度較高。
