Дата публикации: 2019

Дата публикации в реестре: 2021-08-05T17:49:02Z

Аннотация:

Резка сапфира в настоящее время является одной из крупнейшей развивающейся области лазерной обработки материалов. Сапфир является одним из самых твердых прозрачных материалов. Его механические и оптические свойства сделали его идеальной и ценной основой для создания различных устройств, например, таких как защитные стекла для часов, дисплеи мобильных устройств, защитные стекла для камер и подложки для светодиодов и транзисторов. Среди существующих способов резки с помощью лазерных или алмазных инструментов, фемтосекундное лазерное скрайбирование является ногообещающей технологией, поскольку эта технология обладает уникальной способностью производить высоколокализованную объемную модификацию благодаря нелинейному поглощению. Резка сапфира твердотельными лазерами хорошо известна уже в течение многих лет и стала современным промышленным процессом. Однако скорость и качество процесса резки до сих пор ограничены, а эксплуатационные расходы относительно высоки. Целью работы, результаты которой представлены в рамках данной статьи, является улучшение скорости и качества резки. В статье описаны результаты исследования фемтосекундного лазерного скрайбирования сапфира при длинах волн 1040 и 520 нм с последующим жидкостным травлением в смеси азотной и плавиковой кислот для выявления формирующихся дефектов и трещин. Морфология поверхности сапфира, подвергнутого лазерной абляции, оценена методом сканирующей электронной микроскопии. Показано, что на основной частоте материал эффективно удаляется с поверхности, однако при этом формируются расходящиеся по поверхности трещины на расстояние до 40 мкм. Использование второй гармоники дало более аккуратные и глубокие резы по сравнению с основной частотой при той же энергии импульса, что обусловлено меньшей размерностью многофотонных процессов. При этом формируются анизотропные трещины, расходящиеся в объем материала. Таким образом, показаны возможности применения фемтосекундной лазерной абляции в технологических процессах скрайбирования для изготовления устройств на основе сапфира. Sapphire cutting is one of the largest markets in laser materials processing. Since sapphire is one of the hardest transparent materials its mechanical and optical properties made it the ideal choice for use in the production of various devices, such as LEDs and transistors, cover glasses of watches and mobile devices. Among existing laser- or diamond-based tools solutions, femtosecond laser scribing appear as a promising technology since this technology has the unique capacity to produce highly localized bulk modification owing to non-linear absorption. Sapphire cutting with solid-state lasers is well known for many years and has become a modern industrial process. However, achievable process speed and cut quality are still limited. The femtosecond laser scribing of sapphire was studied at wavelengths of 1040 and 520 nm, followed by wet etching in HNO3/HF solution to identify emerging defects. The morphology of the laser ablated sapphire surface was evaluated by scanning electron microscopy. It was shown that at the wavelength of 1040nm, the material was effectively removed from the surface; however, cracks on the surface were formed. The use of the second harmonic gave more accurate and deep cuts compared with the main frequency at the same conditions. At the wavelength of 520 nm, the cracks were formed anisotropically inside the volume of the material. Therefore, there is a potential application of the femtosecond laser scribing for the fabrication of sapphire-based devices.

Тип: Статья