一種激光背面濕式加工藍寶石基片的夾具裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型是一種用于對藍寶石進行切割、鉆孔和制造表面微結構的夾具裝置，屬于藍寶石激光背向濕式刻蝕的加工裝置的創新技術。
【背景技術】
[0002]藍寶石單晶具有硬度高(莫氏硬度為9)、熔點高(2030°C )、耐磨性好、透光率高、在高溫下(1000°c )仍能夠保持穩定的化學特性等良好綜合性能，已廣泛應用在電子信息、國防和醫療等多個領域，同時，藍寶石應用到LED方面也成為主流；近幾年，隨著手機大屏化，藍寶石已經初步應用到手機，iPhone手機HOME鍵保護蓋以及后鏡頭保護蓋甚至iPhone以及iWatch的屏幕外層都已采用藍寶石材料，特別是在大尺寸顯示屏，還有一些高級手表外蓋也在使用藍寶石材料。這些要求對藍寶石基片進行切割、劃片和鉆孔等加工。
[0003]激光切割技術可用于藍寶石的切割，在激光干式切割中，目前主要采用皮秒激光進行切割，加工成本較高；激光背向濕式刻蝕加工時，大多采用短波長、低能量激光和對激光有較好吸收的有機溶液作為工作液體，激光透過待加工材料入射到材料背面一液體接觸區域，有機溶液通過對激光的多光子吸收，溫度升高達到藍寶石的熔點和氣化溫度，實現材料的去除。在激光背向濕法加工中，合適的夾具能夠提供更好的加工質量和更高的加工效率。目前所用的夾具存在著一些需要改進的地方:(I)需要手動調整工件的裝夾；(2)需手動調整，保證樣件下表面與溶液上表面充分接觸；(3)樣件固定的過程比較繁瑣；(4)溶液中的微納顆粒容易沉到容器底部，不利于光化學反應的持續進行(5)樣件加工完成之后，取片過程比較復雜；(6)切割較厚藍寶石時，隨著切割深度的增加，液體不能及時上溢到已經形成的切口位置而繼續形成沉積，導致加工效率降低甚至難以加工。

【發明內容】

[0004]本實用新型的目的在于考慮上述問題而提供一種操作簡單，方便實用，成本較低，具有較高的加工效率的用于激光背面濕式加工藍寶石基片的夾具裝置。
[0005]本實用新型的技術方案是:本實用新型的一種用于激光背面濕式加工藍寶石基片的夾具裝置，包括有容器、固定裝置、壓緊裝置、保護裝置、取片裝置、攪拌裝置，其中容器中裝有工作液體，固定裝置可以快速將藍寶石基片進行定位和固定，壓緊裝置可以保證藍寶石下表面與工作液體緊密的接觸，保護裝置可以防止液體溢出到容器之外，取片裝置則可以在完成加工之后實現快速取片，攪拌裝置在加工過程中不斷攪拌工作液體，使得溶液中微納顆粒在加工過程中處于懸浮狀態，還可以使得工作液體及時上溢到切口處，繼續形成沉積，使得藍寶石被持續的切割，藍寶石基片放置在工作液體的表面并與液體接觸，保護裝置通過合頁固定在容器的四周，激光束聚焦后照射在藍寶石基片的背面-液體接觸區域，具體步驟如下:
[0006]上述固定裝置通過沉孔對藍寶石基片進行快速定位。
[0007]上述壓緊裝置與容器之間通過合頁進行連接。
[0008]上述攪拌裝置采用磁力加熱攪拌器，在加工過程中攪拌工作液體。
[0009]上述取片裝置底部采用吸盤，取片時由吸盤吸附藍寶石基片進行快速取片。
[0010]本實用新型采用的裝置使得濕刻過程中碎肩容易被液體帶走，激光燒蝕的熱效應小，加工區域無重凝層，加工質量好，液體可以不斷上溢，提高加工效率，裝夾工件方便，取片迅速。
[0011]本實用新型的優點和積極效果是:實現了工件的快速裝夾和取片，在攪拌裝置的作用下進行激光加工，避免了液體不能上溢阻，從而阻礙碎肩的排除和切割的進行，同時還使得微納顆粒均勻的分布在容器之中，充分利用了高吸收率的微納顆粒；在夾具四周固定保護裝置，防止藍寶石基片被切穿時，工作液體溢出到容器之外，污染工作臺等其他器件；本實用新型實現了藍寶石高效率高質量低成本的加工，是一種設計巧妙，性能優良，方便實用的裝置。
【附圖說明】
[0012]圖1是激光背面濕式加工藍寶石基片的夾具裝置的示意圖。
[0013]在圖中:1.藍寶石基片，2.激光束，3.聚焦透鏡組，4.壓緊裝置，5.保護裝置，6.工作液體，7.微納顆粒，8.攪拌裝置，9.攪拌子，10.容器，11.取片裝置，12.合頁，13.固定裝置
【具體實施方式】
[0014]實施例:
[0015]本實用新型的裝置示意圖如圖1所示，一種用于激光背面濕式加工藍寶石基片的夾具裝置，包括有激光束2、容器10、固定裝置13、壓緊裝置4、保護裝置5、取片裝置11、攪拌裝置8，其中容器10所設中空腔體內裝有工作液體6，攪拌裝置8攪拌工作液體6，藍寶石基片I放置在工作液體6的表面并與液體接觸，保護裝置5裝設在容器10的四周，激光束2聚焦后照射在藍寶石基片I的背面-液體接觸區域。
[0016]本實施例中，上述保護裝置5為有機玻璃，并且通過合頁12固定在夾具的四周；
[0017]本實施例中，攪拌裝置8為磁力攪拌器，在加工過程中不斷的攪拌工作液體6，攪拌裝置的轉速為100r/min，防止微納顆粒7下沉。
[0018]本實施例中，上述激光束2為脈沖紅外激光；上述激光波長為1064nm ;上述激光脈寬彡4ns ;上述激光能量密度范圍I?200J/cm2;上述激光頻率范圍O?ΙΟΟΟΚΗζ ;上述激光掃描速度范圍100?2000mm/min。本實例中，產生激光束2的激光器的波長為1064nm、脈寬為200ns、能量密度為58J/cm2、頻率為50KHz、掃描速度為100mm/S、掃描次數100次。
[0019]本實施例中，并且固定在夾具的四周；在脈沖激光的作用下，并結合安裝工件的工作臺沿著Z向直線運動，振鏡沿著X/Y方向掃描，實現對藍寶石基片的成形切割。
[0020]本實施例中取片裝置底部為吸盤，吸附在藍寶石基片表面，在加工完成之后進行快速取片。
[0021]本實用新型激光成形切割藍寶石基片的加工裝置的加工方法，包括以下步驟:
[0022]I)將攪拌裝置放置8在工作臺上，再將容器10放置在攪拌裝置8上面，
[0023]2)將攪拌子9放置在容器10內部，再將工作液體6注入到容器10之中
[0024]3)將藍寶石基片I固定在工作臺上的容器10的上部，利用壓緊裝置4固定好工件，并使混合溶液6與藍寶石基片I的下表面接觸；并在微夾具四周設置保護裝置5，通過合頁12固定在容器10上，保護裝置防止加工過程中液體溢出到夾具之外，污染工作臺；
[0025]4)將激光焦點聚焦在藍寶石基片I與上述工作液體6的接觸面上；
[0026]5)在容器內部放置攪拌子9，加工過程中不斷攪拌工作液體6，攪拌速度為10r/min，使得溶液中微納顆粒7處于懸浮狀態，使其均勻的分布在容器10內部，使得更好的吸收激光束2的能量；
[0027]6)在激光束2的作用下，工作液體6在待加工藍寶石基片I下表面發生光化學反應生成沉積層，此沉積層與微納顆粒7相互混合提高對激光的吸收；
[0028]7)上述固液接觸面處液體中的微納顆粒7和沉積層結合加強對激光能量的吸收，激光焦點附近藍寶石材料I溫度不斷升高，達到藍寶石熔化和氣化溫度，與此同時，以微納顆粒7為中心產生大量微小氣泡，氣泡爆破產生的沖擊力沖刷高溫藍寶石基片1，利于碎肩的排出，兩者共同作用最終實現對藍寶石基片I的切割；
[0029]8)在激光束2的作用下，并結合安裝工件的工作臺沿著Z向直線運動，振鏡沿著X/Y方向掃描，實現對藍寶石基片的成形切割。
[0030]9)在取片裝置11的作用下，加工完成之后，可以快速便捷取下已完成加工的藍寶石基片1.
[0031]最后應當說明的是，以上內容僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對本實用新型保護范圍的限制，本領域的普通技術人員對本實用新型的技術方案進行的簡單修改或者等同替換，均不脫離本實用新型技術方案的實質和范圍。
【主權項】
1.一種激光背面濕式加工藍寶石基片的夾具裝置，其特征在于包括有容器(10)、固定裝置(13)、壓緊裝置(4)、保護裝置(5)、取片裝置(11)、攪拌裝置(8)，其中藍寶石基片(I)固定在工作臺上的容器(10)上部，并在容器(10)四周設置保護裝置，再通過壓緊裝置(4)可以保證藍寶石下表面與工作液體(6)緊密的接觸，取片裝置(11)則可以在完成加工之后實現快速取片；在容器內部放置攪拌子(9)，夾具放置在攪拌裝置(8)上方，加工過程中不斷攪拌工作液體(6)，使得其中的微納顆粒(7)均勻的分布在容器(10)之中。2.如權利要求1所述一種激光背面濕式加工藍寶石基片的夾具裝置，其特征在于，上述保護裝置(5)可以防止藍寶石基片(I)被切穿時，工作液體(6)溢到容器(10)之外。3.如權利要求1所述一種激光背面濕式加工藍寶石基片的夾具裝置，其特征在于，上述的保護裝置(5)通過合頁(12)固定在容器(10)上。4.如權利要求1所述一種激光背面濕式加工藍寶石基片的夾具裝置，其特征在于，上述的攪拌子(9)可以攪拌工作液體￠)、防止上述微納顆粒(6)下沉；并可以利用氣泡帶動工作液體(6)流動進而更新激光焦點處的液體。5.如權利要求1所述一種激光背面濕式加工藍寶石基片的夾具裝置，其特征在于，上述的激光束波長為1064nm、激光脈寬多4ns、激光能量密度范圍I?200J/cm2、激光頻率范圍O?100kHz、激光掃描速度范圍100?2000mm/s。6.如權利要求1所述一種激光背面濕式加工藍寶石基片的夾具裝置，其特征在于，上述的取片裝置(11)可以在加工完成之后實現快速便捷的取片，該取片裝置末端裝有吸盤。
【專利摘要】本實用新型是一種激光背面濕式加工藍寶石基片的夾具裝置，包括有容器、固定裝置、壓緊裝置、保護裝置、取片裝置、攪拌裝置。其中容器中裝有工作液體；通過固定裝置可以快速將藍寶石基片進行定位和固定，再通過壓緊裝置可以保證藍寶石下表面與工作液體緊密的接觸，固定裝置和壓緊裝置可以防止工件在加工過程當中移動，從而保證加工的精度；保護裝置可以防止液體溢出到容器之外，取片裝置則可以在加工完成之后實現快速取片；攪拌裝置為磁力加熱攪拌器，作用是使得混合溶液中的微納顆粒在加工過程中處于懸浮狀態，使得光化學反應更加充分，促進藍寶石的加工。本實用新型加工中切槽熱效應小，加工區域無重凝層，加工質量好，可以實現成形切割。本實用新型操作簡單，方便實用，具有較高的加工效率。
【IPC分類】B23K26/70
【公開號】CN204673158
【申請號】CN201520374304
【發明人】江偉, 謝小柱, 魏昕, 胡偉
【申請人】廣東工業大學
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年5月28日