皮秒激光单晶硅切割工艺研究

发布时间：2024-12-18 05:34

　　 利用紫外皮秒激光器对单晶硅材料进行切割实验研究,探讨不同激光能量密度、光斑重合度、切缝宽度及切割次数对切缝表面形貌和切割深度的影响。通过不同单脉冲能量的打孔实验测得在波长355 nm、脉宽12 ps的情况下,单晶硅的损伤阈值为3.22 J/cm²,并对最佳能量密度进行测试。实验结果表明,激光能量密度为2～4倍的损伤阈值、光斑重合度为50%～60%时可以获得良好的切缝效果且热影响区最小达到1.01μm。切缝的最大切割深度由切缝宽度决定,与切割次数无关,实验测得的最大宽深比约为1∶5。

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【部分图文】：

图1 皮秒激光加工示意图

实验使用的是德国EdgeWave公司生产的型号为PX100-3-GF的紫外皮秒激光器。出射光束为直径3mm的平行光束,经过3倍扩束后,通过一系列反射镜入射到振镜系统中。经过远心场镜(EFL100mm)聚焦后得到直径d=7.54μm的聚焦光斑。激光器最大输出单脉冲能量为13....

图2 孔径大小随激光单脉冲能量变化

实验采用8组不同的单脉冲能量Ep对单晶硅材料进行损伤测试,Ep变化范围为5～12μJ,间隔1μJ。每组能量测量6个损伤直径数据点,具体变化情况如图2所示。将图2中的数据进行转换,并进行最小二乘法拟合,得到单脉冲烧蚀直径的平方与能量密度的对数关系如图3所示。由图3可知拟合结果满....

图3 单脉冲烧蚀直径的平方与能量密度的对数关系

图2孔径大小随激光单脉冲能量变化由于单晶硅和金属材料的晶格结构不一致,因此利用金属材料的损伤阈值理论选取单晶硅的最佳能量密度时会存在误差。为找到单晶硅材料切割的最佳能量密度与损伤阈值的倍数关系,本文开展了不同能量密度下单晶硅材料的切割实验,其效果如图4所示。实验中只改变激光能量....

图5 激光重叠率变化对热影响的影响

实验中通过改变加工速度来控制光斑重合度,变化范围为45%～80%,其余参数保持不变,分别为:激光频率400kHz、能量密度12.88J/cm2、加工次数50次、切缝宽度设置为单线。实验测得的光斑重合度对切缝热影响区和表面形貌影响分别如图5、图6所示。由图5可以看出,当光斑重合....

本文编号：4017004