激光加工强化玻璃的制作方法
【技术领域】
[0001] 本揭示内容大致涉及激光处理，且特定而言，涉及用于激光加工强化玻璃的方法 及设备。
【背景技术】
[0002] 包含携带式计算装置诸如移动电话及平板计算机的现代消费性电子装置例如可 具有占据该装置至少一表面的大量部分的玻璃屏幕。由于此等装置可设计成手持，所以玻 璃屏幕可能暴露到可能使该玻璃屏幕破损或开裂的大量环境因素。为了减少损坏玻璃屏幕 的风险，装置制造商可使用经化学或热加强或回火的玻璃制作屏幕。
【发明内容】
[0003] 本文描述用激光处理系统激光加工强化玻璃基板。一种方法包含：将激光的焦点 导向至接近强化玻璃薄片的第一表面的第一位置；在焦点处于第一位置时使用激光沿封闭 路径从强化玻璃薄片移除材料，从而在沿封闭路径延伸的强化玻璃薄片的第一表面中形成 凹槽。该方法亦包含：在形成凹槽之后，将激光的焦点导向至接近强化玻璃薄片的第二表面 的第二位置，第二表面与第一表面相对；及形成截口。该截口是通过以下项形成：在焦点处 于第二位置时使用激光在第二表面处从强化玻璃基板移除材料层以形成新未覆盖的表面， 以及通过在接近由于移除先前层的各新未覆盖表面的位置处重新定位焦点而使用激光在 新未覆盖表面开始且在第一表面处结束从该强化玻璃薄片移除至少一额外材料层。该截口 与沿封闭路径与凹槽接触的强化玻璃薄片的第一表面相交。
[0004] 本文描述的一种设备包含内存及处理器。该处理器经组态以执行存储在内存中的 指令以进行以下项：将激光的焦点导向至接近强化玻璃薄片的第一表面的第一位置；在焦 点处于第一位置时使用激光沿封闭路径从强化玻璃薄片移除材料，从而在沿封闭路径延伸 的强化玻璃薄片的第一表面中形成凹槽；在形成凹槽之后，将激光的焦点导向至接近强化 玻璃薄片的第二表面的第二位置，该第二表面与该第一表面相对；及形成截口。该截口是通 过以下项形成：在焦点处于第二位置时使用激光在第二表面处从强化玻璃基板移除材料层 以形成新未覆盖的表面；及通过在接近由于移除先前层的各新未覆盖表面的位置处重新定 位焦点而使用激光在新未覆盖表面开始且在第一表面处结束从强化玻璃薄片移除至少一 额外材料层。该截口与沿封闭路径与凹槽接触的强化玻璃薄片的第一表面相交。
[0005] 下文更详细描述此等及其它实施例中的细节及变动。
【附图说明】
[0006] 本文的描述参考附图，其中在若干图各处相同参考符号指示相同部件，且其中：
[0007] 图1是根据本文教示的实施方式的激光加工系统的图；
[0008] 图2是用于阐释本文使用的术语的玻璃基板的激光加工的图；
[0009] 图3是根据本文教示的实施方式的玻璃基板的激光加工的图；
[0010] 图4是根据本文教示的实施方式的激光加工内部特征的玻璃实例的照片；以及 [0011] 图5A-?是包含根据本文教示的实施方式的激光加工特征的玻璃的细节的特写 照片。
【具体实施方式】
[0012] 使用强化玻璃（本文亦称为回火玻璃）具有用于包含携带式计算装置的各种应用 的优点，诸如例如移动电话、平板计算机、媒体播放器及膝上型计算机显示器。可通过将玻 璃薄片的表面暴露至特定化学品而加强硅基玻璃的基板。例如，将特定类型玻璃浸入钾盐 中可造成在该玻璃的表面处以较大钾离子取代钠的程序，导致使在该表面上及在其附近的 玻璃的部分压缩且使玻璃薄片的内部处于张力下的变形。
[0013] 强化玻璃中的压缩区及张力区的存在可造成使用锯子或刀片的传统机械玻璃切 割技术遭遇的问题。激光加工可取代用于进行强化玻璃基板的线性切割的传统锯子及刀 片，然而由于基板的小弯曲特征形状、截口侧壁锥及开裂的问题，强化玻璃基板中的有效激 光加工内部特征可能较困难。
[0014] 强化玻璃的压缩在玻璃表面处及其附近的区中可超过600MPa。强化玻璃的内部区 可在超过90MPa的张力下。例如，700 i! m厚的强化玻璃基板可具有约40MPA的内部张力，而 400μm厚的强化玻璃基板可具有约9IMPa的内部张力。
[0015] 根据本文的教示，一或多个内部特征形成于强化玻璃中。内部特征可界定为在强 化玻璃基板中在基板的顶表面与基板的底表面之间移除材料而不到达基板边缘处激光加 工的特征。激光加工特征可包含在特征内部中的坯料，该坯料通过激光加工程序而与基板 分离且可容易移除以在基板中提供敞开特征。
[0016] 首先，可在玻璃薄片或基板的第一表面中激光加工浅切口或沟渠。可通过在第一 表面处导向激光脉冲光束且沿该表面上的路径移动该激光脉冲光束而在基板的第一或顶 表面中形成沟渠。可通过选择适当激光参数且通过将沟渠深度限制至基板表面附近的压缩 区而避免基板的非希望的开裂。
[0017] 在切割沟渠之后，激光脉冲可通过基板而聚焦至玻璃基板的相对或第二表面上。 可选择激光参数以产生强化玻璃对其透明的波长及脉冲通量下的脉冲，从而允许激光束脉 冲被导向通过玻璃基板的第一表面、通过玻璃基板的内部而被聚焦至玻璃基板的第二或底 表面上或其附近。以此样式聚焦激光脉冲允许从与激光束撞击基板的方向相对的基板表面 激光加工玻璃基板。
[0018] 在基板底表面处开始移除材料允许通过适当选择激光参数而以如下文更详细讨 论的「切屑」移除材料。由于基板被自下向上激光加工，自基板移除以形成截口的切屑可如 其从表面分离般无害地偏离。通过将激光束重复导向至描述截口的路径，可移除材料以从 基板的底表面至顶表面形成贯穿切割。通过将顶表面中的沟渠配置成在贯穿切割截口外部 且在其附近，压缩区中形成于该表面中或在其附近形成的任何开裂将含于截口与沟渠之间 的小区中。
[0019] 图1展不可用于实施本文揭不技术的激光处理系统100。激光处理系统100具有 激光102,其可为固态、光纤激光或其它激光，且取决于应用。激光102发射由激光脉冲光学 器件106处理的激光束104,其可为简单的光学组件，诸如透镜或取决于所希望的激光参数 而含有时间与空间光束成形光学器件的复杂得多的组件。然后，可通过激光导引光学器件 108将激光束10通过选用激光场光学器件110而导向至基板112。基板112支撑在附接至 运动台116的卡盘114上。在此实例中，运动台116受控于X轴线性马达118、y轴线性马 达120及z轴马达115。激光处理系统100可使用z轴马达115以相对于激光场光学器件 110移动卡盘114以在相对于基板112的不同位置处定位激光束100的焦点。除了 z轴马 达115之外或代替z轴马达115,激光处理系统100可包含z轴控制件作为导引光学器件 108或激光场光学器件110的部分以透过移动光学器件或调整光学器件而相对于工件112 定位激光束100的焦点以重新聚焦激光102。
[0020] 控制器122透过线性马达118、120控制激光102、激光脉冲光学器件106、导引光 学器件108及运动台116以将激光束104导向至工件或基板112。控制器122可为例如微 控制器的任何控制器，其包含中央处理单元（CPU)、随机存取内存（RAM)、只读存储器（ROM) 及接收输入信号与发送命令信号给此等组件的输入/输出端口。通常基于内存中存储的程 序化指令输出命令信号，且通过CPU的逻辑执行程序化指令的各者的功能。各种组件可包 含其本身的控制器，其沿通信路径将数据传输至作为主控制器的控制器122且从其中传输 数据。此外，控制器122可并入诸如个人计算机的计算机中。亦可由使用外部存储器的一 或多个微处理器实施控制器122。
[0021] 任何数量的已知设计可用于运动台116。在此实例中，y轴线性马达120沿沿着y 轴定向的轨道（未展示）移动卡盘114以制作如下文更详细讨论的刻划线。为了沿X轴制 作刻划线，X轴线性马达118将沿沿着X轴定向的第二组轨道（未展示）移动卡盘114及包 含轨道的运动台。代替所述配置，激光场光学器件110及选用激光102、激光脉冲光学器件 106及/或导引光学器件108可安装在可沿X轴及y轴（及选用的z轴）的一者移动的头 部中，而单个运动台116经组态以使用例如沿轨道移动卡盘114的线性马达在X轴及y轴 的另一者中移动。另一选项为安装支撑激光场光学器件110及选用激光102、激光脉冲光学 器件106及/或激光额光束导向光学器件108的头部，使得该头部可沿X轴及y轴（及选 用的z轴）的各者移动，而卡盘114安装于固定基座上。转动移动亦可包含于激光处理系 统100中。
[0022] 激光束导向光学器件108通常包含电流计、快速导引镜、压电装置、电光调变器、 声光调变器等等。诸如光束导引光学器件108的光束定位设备可提供相对快速的定位。例 如，光束导引光学器件108的一实施例可包含配置于X轴线及 y轴线的各者上的两个基于 电流计的扫描仪（通常称为「电流计」）。各电流计包含三个主组件-电流计、镜（或多个 镜）及控制系统的伺服驱动板。电流计可沿各自轴配置且以高速逐侧转动其各自镜，而非 在一个方向中持续旋转，因此提供例如逐侧激光路径。
[0023] 激光束为激光脉冲在其从激光发射且通过