激光切割方法、装置、计算机设备及存储介质与流程

本发明涉及激光微加工领域，尤其涉及一种激光切割方法、装置、计算机设备及存储介质。

背景技术：

在led晶圆切割领域，切割方式包括了隐形切割和刀轮切割。随着对切割质量要求的提高，隐形切割逐渐占据了led晶圆切割的主流地位。

miniled，是一种基于微小的led晶体颗粒作为像素发光点的显示技术，具有高效率、高亮度、高可靠性、响应速度快等优点。miniled使用蓝宝石作为衬底。蓝宝石是一种属于三方晶系、具有六方结构的晶体，如图5所示，常被应用的切面包括a-plane(蓝宝石晶体结构中晶面指数为(1120)的晶面)、c-plane(蓝宝石晶体结构中晶面指数为(0001)的晶面，此晶面与蓝宝石衬底的表面平行)和r-plane(蓝宝石晶体结构中晶面指数为(1012)的晶面)。其中a-plane与c-plane即衬底表面垂直，而r-plane与c-plane即衬底表面不垂直。

作为隐形切割的一种，单焦点切割具有以下特点：沿着蓝宝石衬底的ch1方向(完整led晶圆的形状上有一平边，ch1方向与此平边平行且与a-plane平行)切割时，蓝宝石衬底在此方向上不产生斜裂(衬底沿a-plane裂开)；而沿着ch2方向(ch2方向与ch1方向垂直，且与r-plane平行)切割时，蓝宝石衬底在此方向上非常容易产生斜裂(衬底沿r-plane裂开)且斜裂角度的大小也很难控制。

由于miniled的尺寸小，厚度薄，对晶圆切割的质量要求也越高(ch2方向的斜裂角度要求小于2°)，因而，使用现有的单焦点切割，无法满足miniled的切割需求。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种激光切割方法、装置、计算机设备及存储介质，以降低晶圆切割的斜裂角度。

一种激光切割方法，包括：

通过相位型空间光调制器调制p偏振激光光束的相位；

通过预设聚焦光路对调制相位后的p偏振激光光束进行聚焦，生成具有多个同轴焦点的切割光束；

使用所述切割光束对指定厚度的被切割物进行切割，所述切割光束的所有所述同轴焦点落入所述指定厚度内。

一种激光切割装置，包括：

相位调制模块，用于通过相位型空间光调制器调制p偏振激光光束的相位；

聚焦模块，用于通过预设聚焦光路对调制相位后的p偏振激光光束进行聚焦，生成具有多个同轴焦点的切割光束；

切割模块，用于使用所述切割光束对指定厚度的被切割物进行切割，所述切割光束的所有所述同轴焦点落入所述指定厚度内。

一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述激光切割方法。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述激光切割方法。

上述激光切割方法、装置、计算机设备及存储介质，解决了miniled晶圆切割时ch2方向斜裂角度难以控制的问题，保证miniled晶圆的量产良率；同时，焦点个数的调整范围大，可根据需求改变切割光束的焦点个数，与单个衍射光学元件(doe)(只能产生特定的同轴垂直的焦点数目)相比，无需对衍射光学元件进行替换，提高了晶圆切割的生产效率；并且，切割光束的焦点间距也可调，可满足厚度不同的miniled晶圆的切割需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例中激光切割方法的一流程示意图；

图2是本发明一实施例中激光切割方法的光路示意图；

图3是本发明一实施例中激光切割装置的一结构示意图；

图4是本发明一实施例中计算机设备的一示意图；

图5是本发明蓝宝石晶体各晶面的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在一实施例中，如图1所示，提供一种激光切割方法，包括如下步骤：

s10、通过相位型空间光调制器调制p偏振激光光束的相位；

s20、通过预设聚焦光路对调制相位后的p偏振激光光束进行聚焦，生成在垂直方向上具有多个同轴焦点的切割光束；

s30、使用所述切割光束对指定厚度的被切割物进行切割，所述切割光束的所有所述同轴焦点落入所述指定厚度内。

本实施例中，相位型空间光调制器的核心部件是它的液晶屏。相位型空间光调制器对激光光束进行相位调制时，要求入射到液晶屏上的激光为p偏振光。相位型空间光调制器通过hdmi线与切割设备计算机连接，在切割设备计算机启动与相位型空间光调制器适配的控制软件，并在该控制软件加载与当前被加工晶圆厚度适配的相位图，即可对入射到相位型空间光调制器液晶屏上的激光光束进行相应的相位调制，并把调制相位后的激光光束反射出去。

相位型空间光调制器的液晶屏主要由许多微小、独立的像素单元构成，而这些像素单元的内部填充着液晶分子。相位图是通过编程语言所设计出来的，构成相位图的每一个像素点都具有调制功能。相位型空间光调制器调制相位的原理是：当相位型空间光调制器通过hdmi线与切割设备计算机连接，在切割设备计算机启动与相位型空间光调制器适配的控制软件并在该控制软件加载相位图后，则构成相位图的每一个像素点与相位型空间光调制器液晶屏内部的像素单元一一对应，且这些像素单元每个都能独立接收计算机加载相位图后所传输的电学控制信号，并根据接收到的信号改变其内部液晶分子的排列状态。由于液晶具有双折射的光学特性，当液晶分子的排列状态发生改变时，液晶的折射率也会随之发生改变，使得像素单元之间内部液晶的折射率不尽相同。因此，在激光入射到液晶屏而后被反射出去的过程中，激光经过折射率不尽相同的液晶时产生了光程差(光程＝光行进的几何路程×介质折射率)，进而引起了相位差(相位差＝光程差×2π/λ，λ为激光波长)，从而实现了对激光光束的相位调制。

在一实施例中，预设聚焦光路可以包括两个凸透镜、一个聚焦物镜和若干个反射镜。调制相位后的p偏振激光光束经过预设聚焦光路中凸透镜和聚焦物镜的作用后，可在与水平面垂直的方向上(允许一定的偏差)聚焦成若干个同轴焦点，形成切割光束。可以通过修改用于设计相位图的编程语言的内容而获得新的相位图，以此来调节切割光束的焦点个数及焦点距离。在一些情况下，焦点个数可以是1～6个。

使用该切割光束对被切割物进行切割时，每个焦点相当于一个切割点，对应于被切割物切割断面上的一层改质层。被切割物可以是晶圆。使用多焦点对晶圆进行切割，可以有效地把晶圆在ch2方向的斜裂角度控制在2°以内。为了保证切割光束的切割点均作用于蓝宝石衬底内部，需要通过切割设备调节切割光束的所有同轴焦点的位置以使所有同轴焦点都落入晶圆的厚度范围内。由于ch1方向不产生斜裂，切割光束的焦点个数可以是1～3个；而ch2方向会产生斜裂，可以用2～6个焦点的切割光束进行切割。在实际的切割工序中，焦点个数的选择可根据晶圆的厚度来确定，而激光频率、切割功率、切割深度及切割速度等工艺参数可自行设定。

本发明实施例提供的激光切割方法，解决了miniled晶圆切割时ch2方向斜裂角度难以控制的问题，保证miniled晶圆的量产良率；同时，焦点个数的调整范围大，可根据需求改变切割光束的焦点个数，与单个衍射光学元件(doe)(只能产生特定的同轴垂直的焦点数目)相比，无需对衍射光学元件进行替换，提高了晶圆切割的生产效率；并且，切割光束的焦点间距也可调，可满足厚度不同的miniled晶圆的切割需求。

可选的，步骤s10之前包括：

若所述指定波长的激光光束为s偏振激光光束，通过半波片将所述s偏振激光光束转化为所述p偏振激光光束。

本实施例中，相位型空间光调制器要求入射的光束必须为p偏振激光光束。因而，当激光光源产生的激光光束为s偏振激光光束时，需要使用半波片将s偏振激光光束转化为p偏振激光光束，转化得到的p偏振激光光束即为步骤s10中的p偏振激光光束；若激光光源产生的激光光束为p偏振激光光束，则无需使用半波片，此激光光束即为步骤s10中的p偏振激光光束。半波片指的是一种具有一定厚度的双折射晶体，当法向入射的光透过时，寻常光(o光)和非常光(e光)之间的相位差等于π或其奇数倍。半波片又称二分之一波片。

可选的，所述若所述指定波长的激光光束为s偏振激光光束，通过半波片将所述s偏振激光光束转化为所述p偏振激光光束，还包括：

在所述半波片之后的光路上设置偏振分光棱镜和挡光板，所述挡光板设置于经过所述半波片后的激光光束射入所述偏振分光棱镜后的反射方向上；

调整所述半波片的旋转角度，以使经过所述半波片后的激光光束反射在所述挡光板上的亮度处于最小值。

本实施例中，可在半波片之后的光路上设置偏振分光棱镜(pbs)和挡光板(baffle)。如图2所示，旋转半波片时，偏振分光棱镜透射方向的激光(p偏振)亮度明暗交替变化，其反射方向的激光(s偏振)亮度也明暗交替变化，但二者的变化是反向的。调整半波片的旋转角度，尽量降低经过半波片后的激光光束反射在挡光板上的亮度，以使所述s偏振激光光束转化为p偏振激光光束的比例越高。调整完毕后，偏振分光棱镜和挡光板保留在光路中，一方面可确保入射到相位型空间光调制器液晶屏上的激光为p偏振光，另一方面因所述s偏振激光光束转化为p偏振激光光束的比例未能确保为100％，故用挡光板阻挡偏振分光棱镜反射方向可能存在的微弱激光。

可选的，所述通过相位型空间光调制器调制p偏振激光光束的相位之前，还包括：

通过扩束镜扩大所述p偏振激光光束的光束直径。

本实施例中，可通过扩束镜(beamexpander)扩大p偏振激光光束的光束直径，并调节光束的发散角。由于入射到相位型空间光调制器液晶屏上的激光光束直径要求尽可能大，因而需要使用扩束镜扩大p偏振激光光束的光束直径。

在一实施例中，可以使用扩束镜将p偏振激光光束的直径扩大至原来的2倍，并使扩束后的激光光束与原来的光束一样仍为准直的(发散角很低)。扩束后，激光光束的直径与所述相位型空间光调制器液晶屏的短边长度基本相近。

可选的，所述通过扩束镜扩大所述p偏振激光光束的光束直径，包括：

调整所述扩束镜的扩大倍率，以使所述p偏振激光光束经扩束后的光束直径与所述相位型空间光调制器的液晶屏的短边长度的差值处于预设范围内；

调整所述相位型空间光调制器的液晶屏的位置，以使投射在所述液晶屏上的p偏振激光光束完全落入所述液晶屏内，且所述p偏振激光光束的中心与所述液晶屏的中心重合。

本实施例中，使用相位型空间光调制器时要求入射到相位型空间光调制器液晶屏上的光束直径大小应尽可能接近液晶屏的短边长度(液晶屏呈长方形)，这样可以提高相位型空间光调制器的相位调制精度。此时，p偏振激光光束经扩束后的光束直径与所述相位型空间光调制器的液晶屏的短边长度的差值为0。预设范围可以根据需要进行设置，如可以是0～3mm(此处指的是差值的绝对值的范围)。

在一些实施例中，可将相位型空间光调制器的液晶屏固定在一支架上，通过上下调整支架的高度以及左右调整支架的位置，使得入射激光能较准确地射至液晶屏中心，从而保证调制相位后的p偏振激光光束所成的光斑图案是均匀、圆对称的。

可选的，步骤s10包括：

通过hdmi线将相位型空间光调制器与切割设备计算机连接，在所述切割设备计算机启动与相位型空间光调制器适配的控制软件并加载预设的相位图；

所述相位型空间光调制器通过所述相位图对所述p偏振激光光束的相位进行调制，获得所述调制相位后的p偏振激光光束。

本实施例中，相位型空间光调制器的液晶屏主要由许多微小、独立的像素单元构成，而这些像素单元的内部填充着液晶分子；相位图是通过编程语言所设计出来的，构成相位图的每一个像素点都具有调制功能。相位型空间光调制器调制相位的原理是：当空间光调制器通过hdmi线与切割设备计算机连接，在切割设备计算机启动与空间光调制器适配的控制软件并在该控制软件加载相位图后，则构成相位图的每一个像素点与空间光调制器液晶屏内部的像素单元一一对应，且这些像素单元每个都能独立接收计算机加载相位图后所传输的电学控制信号，并根据接收到的信号改变其内部液晶分子的排列状态。由于液晶具有双折射的光学特性，当液晶分子的排列状态发生改变时，液晶的折射率也会随之发生改变，使得像素单元之间内部液晶的折射率不尽相同。因此，在激光入射到液晶屏而后被反射出去的过程中，激光经过折射率不尽相同的液晶时产生了光程差(光程＝光行进的几何路程×介质折射率)，进而引起了相位差(相位差＝光程差×2π/λ，λ为激光波长)，从而实现了对激光光束的相位调制。

可选的，步骤s20包括：

设置有聚焦物镜、若干个凸透镜和若干个反射镜；

所述调制相位后的p偏振激光光束通过所述凸透镜和聚焦物镜的作用后，获得所述具有多个同轴焦点的切割光束。

在一实施例中，如图2所示，激光光源产生波长为1064nm的激光光束，经反射镜的反射，射入半波片。然后通过设置偏振分光棱镜和挡光板，以确保大部分激光光束由s偏振光转化为p偏振光。转化而成的p偏振激光光束经扩束镜扩束后，射入相位型空间光调制器的液晶屏的中心。此时，相位型空间光调制器已通过hdmi线与切割设备计算机相连接，切割设备计算机已启动与相位型空间光调制器适配的控制软件并已加载了预设的相位图。因此，被相位型空间光调制器的液晶屏反射出去的激光光束是调制了相位后的p偏振激光光束。该光束经过凸透镜和聚焦物镜的作用，可在与水平面垂直的方向上(允许一定的偏差)聚焦成若干个同轴焦点，从而形成切割光束。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

在一实施例中，提供一种激光切割装置，该激光切割装置与上述实施例中激光切割方法一一对应。如图3所示，该激光切割装置包括相位调制模块10、聚焦模块20和切割模块30。各功能模块详细说明如下：

相位调制模块10，用于通过相位型空间光调制器调制p偏振激光光束的相位；

聚焦模块20，用于通过预设聚焦光路对调制相位后的p偏振激光光束进行聚焦，生成具有多个同轴焦点的切割光束；

切割模块30，用于使用所述切割光束对指定厚度的被切割物进行切割，所述切割光束的所有所述同轴焦点落入所述指定厚度内。

可选的，激光切割装置还包括：

激光偏振态转换模块，用于若所述指定波长的激光光束为s偏振激光光束，通过半波片将所述s偏振激光光束转化为p偏振激光光束。

可选的，激光切割装置还包括：

p偏振光转化比例调节模块，用于在所述半波片之后的光路上设置偏振分光棱镜和挡光板，所述挡光板设置于经过所述半波片后的激光光束射入所述偏振分光棱镜后的反射方向上，调整半波片的旋转角度，以使经过所述半波片后的激光光束反射在所述挡光板上的亮度处于最小值，从而得到最大的p偏振光转化比例。

可选的，激光切割装置还包括：

扩束模块，用于通过扩束镜扩大所述p偏振激光光束的光束直径。

可选的，激光切割装置还包括：

倍率调整模块，用于调整所述扩束镜的扩大倍率，以使所述p偏振激光光束经扩束后的光束直径与所述相位型空间光调制器的液晶屏的短边长度的差值处于预设范围内。

可选的，激光切割装置还包括：

液晶屏调整模块，用于调整所述相位型空间光调制器的液晶屏的位置，以使投射在所述液晶屏上的p偏振激光光束完全落入所述液晶屏内，且所述p偏振激光光束的中心与所述液晶屏的中心重合。

可选的，相位调制模块10包括：

相位图加载单元，用于通过hdmi线将相位型空间光调制器与切割设备计算机连接，在所述切割设备计算机启动与相位型空间光调制器适配的控制软件并在该控制软件上加载预设的相位图；

相位调制单元，用于所述相位型空间光调制器通过所述相位图对所述p偏振激光光束的相位进行调制，获得所述调制相位后的p偏振激光光束。

可选的，聚焦模块20包括：

光学器件设置单元，用于设置有聚焦物镜、若干个凸透镜和若干个反射镜；

生成切割光束单元，用于所述调制相位后的p偏振激光光束经过所述凸透镜和聚焦物镜的作用后，获得所述具有多个同轴焦点的切割光束。

关于激光切割装置的具体限定可以参见上文中对于激光切割方法的限定，在此不再赘述。上述激光切割装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图4所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部服务器通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种激光切割方法。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

通过相位型空间光调制器调制p偏振激光光束的相位；

通过预设聚焦光路对调制相位后的p偏振激光光束进行聚焦，生成具有多个同轴焦点的切割光束；

使用所述切割光束对指定厚度的被切割物进行切割，所述切割光束的所有所述同轴焦点落入所述指定厚度内。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

通过相位型空间光调制器调制p偏振激光光束的相位；

通过预设聚焦光路对调制相位后的p偏振激光光束进行聚焦，生成具有多个同轴焦点的切割光束；

使用所述切割光束对指定厚度的被切割物进行切割，所述切割光束的所有所述同轴焦点落入所述指定厚度内。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。