Способ лазерного разделения материалов

(51 Э К 26/00 ГОСУД АРСПО ДЕЛ ОПИСА РЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВУ ВТОВСНОМУ.В.елей ЗЕРНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ 12.92 Бюл. М 485463/2711.84Лакиэа, А,А, Малащенкоенов, И.П. Овсищер и В.И(57) Изобретенной обработкевано при раздеэрачных для гаЦелью изобрете технологии, Под ред. - М.: Энергия, 1975 ие относится к лаэери может быть использо ленни материалов, про зерного излучения. ния является повышени качества обработки за счет полученияраздела с требуемой глубиной рельефа.Дпя достижения цели в толще материала вдоль линии раздела и на разныхуровнях по толщине создают микроразрушения. В результате зтогь развиваются трещины с заранее выбраннымнаправлением, обеспечивающим пересечение трещин соседних микроразрушений, иэ-эа чего исключается их неуправляемое развитие, Расстояние междусоседник микроразрушениями каквдоль линии раздела, так и по толщине материала, выбираются расчетнымпутем исходя иэ заданной глубинырельефа. 3 ип.1 131Изобретение относится к лазерной обработке материалов и может быть использовано при разделении материалов, прозрачных для лазерного излучен ия.Целью изобретения является повыше-ние качества обработки за счет получения раздела с требуемой глубиной рельефа.На фиг. 1 представлено пространственное изображение кристалла ниобата лития с выполненными в нем микроразрушениями, на фиг. 2 - вид микроразрушений в кристалле в плоскости ХОЕ, на фиг, 3 - пластина ниобата 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 микрораэрушения вдоль направления раздела так, что каждое микрораэруше- ние содержит по крайней мере одну микротрещину, расположенную под углом Ы ) 0 к микротрещине соседнего микрораэрушения, обеспечивая пересечение микротрещк соседних микрораэруцений при развитии микротрещин под действием механических напряжений, например, при последующем раэламывании. Выполнение условия 1) с 1 обеспечивает сохранение локальных дискретных разрушений до окончания процесса лазерной обработки, что позволяет избежать неуправляемого развития трещин за счет соединения соседних микрораэрушений до окончания процесса лазерной обработки. В некоторых случаях целесообразно расстояние между соседними микроразрушениями устанавливать из соотношения 1=.а, что позволяет обеспечить соединение микротрещин соседних микроразрушений в процессе лазерной обработки в макрораз рутденне, 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 ( Ь (с 1 б+сйр ) обеспечивает разделение материала с глубиной рельефного слоя по границе раздела меньше Ь,930 гчто позволяет получить требуемыйрельеф поверхности раздела.Выполнение всех указанных признаков в совокупности позволяет разделить на части любой прозрачный материал независимо от ориентации трещин,плоскостей скола кристаллов относительно поверхности раздела, что позволяет повысить качество обработки10 прозрачных материалов и уменьшить количество брака при разделении заготовок на модули,В качестве примера конкретноговыполнения способа рассмотрим процесс15 разделения пластины из ниобата литияпри изготовлении звукопроводов дляустройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Излучение лазера ЛТИПЧ-б с длительностью импульсов20 10 нс, длиной волны 1,0 б мкм и максимальной импульсной мощностью0,5 МВт фокусируется в пятно диаметром 8=10 мкм внутри пластины из ниобата лития. Исходя из требований кон 25 струкции приборов на ПАВ, для которых изготавливались звукопроводы,выбраны пластины, вырезанные так,что нормаль к поверхности пластинсовпадает с осью У.30 Направление разделения пластинна модули совпадает с плоскостьюЕОУ. Используя излучение с параметрами, получали плотность мощности взоне обработки до 10" Втсмг, доста 35 точную для образования внутри пластинь 1 микрораэрушений, представляющих собой микротрещины, образованныевокруг центров микрораэрушений, ирасположенных под различными углами.40 В кристалниобата лития в каждоммикрораэрушении при направлении лазерного излучения соосно с осью Укристалла имеется по две основные(главные) микротрещины, существенно45 большие остальных микротрещин и поэтому определяющие глубину рельефаповерхности раздела. Основные (главные) микротрещины распространяютсяпод углами д, = 30и р= 40 к50 плоскости КОУ в направлении ОЕ ипод углами= р = 0 к плос-,от г, очкости ЕОУ в направлении ОУ. Размермикроразрушений а 0 э направленииОЕ равен 0,15 мм, а а 0 в направле 55 нии ОУ равен 0,20 мм. Максимально допустимая глубина рельефного слоя вдольповерхности раздела составляет 0,7 мм.Исходя иэ приведенных данных и всоответствии с соотношением1319430 ют мцкроразрушения ц определяют на"правление главных микротрещин поотношению к линии раздела ц зависимость размеров мпроразрушений отэнергетических параметров реюма,из возможных вариантов микроразрушений выбирают такие, направления микротрещин которых обеспечивает цхпересечение в соседних зонах мпроЮ разрушений, выбирают режим,исходя иэ требуемой глубины рельефарассчитывают расстояния между центрами соседних микроразрушений, каквдоль линии раздела, так и по тол 15 щине разделяемого материала, в соот-.ветствии с формулой 0,15 ( 100,7 (сд 30 + сд 40)0,152 20,20Х0,7 (ср 0 + сд 0)После образовайия мцкрораэрушенцй по всей поверхности раздела дискретно на указанных вьппе расстояниях друг от друга к пластине прикладывали механическое напряжение в зоне раздела, в результате чего трещины развивались до взаимного перекрытия (штриховые линии на фиг. и 2), и пластина разламывалась по направлению раздела (см. фиг. 3).1ормула изоб ре т енияСпособ лазерного разделения материалов, при котором задают направление раздела, лазерным излучением создают концентраторы напряжения цваэпуш;пзт мат;риал с приложением механической нагрузки, о . л и ч а к . щ и Й с я тем, что, с це;.ью повышения 1 а=естза обрэботки эа счет получения раздела с требуемой глубиной рельефа, предварите ььно концентрируют лазерное иэул;ление с разных сто" З рон образца внутри его объема, созда" а1Ь (сц Р, + сБР ) устанавливали (определяли) расстояния между центрами соседних микрораэрушений в направлении ОЕ и ОУ(1 у ц 10) а есЬ (сЬ р,+ с 1:",р ) где .а " расстояние между центрамисоседних микроразрушений,1 - размер эоны мпрораэрушенияв направлении разделения,1 - максцмальнодопустцмая ггтубцна рельефа по границе раэдела,д, ц я - углы наклона пересекающихся1прц раэвцгцц мцкротрепдгнсоседних мцкрораэрушениц кцаппавлению порерхцостц раэ" де аи на полученных расчетным путем расстояниях облуччют раэделяемыц матер.ал в требуемых направлениях вдоль пинии цаэдча на псф тных уровнях по то 1 щцне разделяемого материала.1319430 Корректор М. Демчик СоставительТехред Н.Глущ Сомованко Редактор М,Панфиловск Подписнонного комитета СССРений и открытийРаушская наб д. 4/5 Тираж ВНИИПИ Государстве по делам иэобре 113035, Москва, Ж