藍寶石晶體(ti) 的化學成分為(wei) 氧化鋁(Al2O3)，藍寶石材料具有高耐磨性、高硬度和優(you) 良的熱傳(chuan) 導性、電絕緣性、化學性能穩定等優(you) 異的物理、化學等特點，被廣泛應用於(yu) 高端智能手機、平板電腦、平板電視等電子顯示行業(ye) 領域。由於(yu) 藍寶石是硬脆性材料，傳(chuan) 統的機械加工存在易產(chan) 生裂紋、碎片、分層、崩邊、邊緣破裂和刀具易磨損等缺陷，又由於(yu) 藍寶石化學穩定性較好，使得傳(chuan) 統的化學加工方法對其難以加工。

而激光切割技術是一種高速度、高質量的切割方法，對藍寶石晶片進行切割，不僅(jin) 具有加工速度快、切口質量好並且可以對任意圖形進行切割。QCW準連續光纖激光器的穩定性和光束質量較好並且能量密度較大，對硬脆性材料切割相對於(yu) Nd∶YAG激光切割有明顯的優(you) 勢，采用QCW準連續光纖激光器結合保護氣體(ti) 對藍寶石晶片進行切割，熱影響區較小，在加工區域表麵不會(hui) 形成波紋，並且加工設備成本低，因此在藍寶石加工領域被廣泛采用。

切割藍寶石操作及注意事項

QCW切割藍寶石原理如圖1所示，激光經過光纖傳(chuan) 導到準直鏡後通過聚焦鏡，最終在焦平麵獲得聚焦光斑後作用於(yu) 藍寶石表麵實現切割；自動控製係統控製移動平台能在X，Y方向移動。采用QCW準連續光纖激光器切割光學級藍寶石基片，厚度為(wei) 0.52mm、直徑為(wei) 5mm。

應用脈寬為(wei) 0.15~0.18 ms、波長為(wei) 1064 nm、光斑直徑為(wei) 15μm、重複頻率為(wei) 0~5 kHz、能量密度變化範圍為(wei) 0~2.4 × 105J/cm²、切割速度變化範圍為(wei) 0~50 mm/s。加工采用氮氣作為(wei) 輔助氣體(ti) ，噴嘴直徑為(wei) 0.5-1 mm。

用於(yu) 切割藍寶石基片材料的

150W QCW準連續激光器

起刀線位置選擇

首先要在藍寶石切割軟件中將起刀線的位置設置好，我們(men) 通過改變角度Θ（起刀線與(yu) 材料邊緣的角度）來改變起刀線的位置，如圖3所示。並觀察和分析起刀線位置對切割質量的影響Θ。依次選取15°、30°、45°、60°、75°和90°進行試驗，起刀線的長度為(wei) 0.3mm。起刀線的位置確定好後，再進行試驗。

起刀線示意圖

當激光剛照射到藍寶石材料表麵時，將會(hui) 發生劇烈的反應。為(wei) 了消除切割開始時的不利影響，在切割正式的圖形前添加的一段切割線，即起刀線，也稱為(wei) 輔助線。起刀線的切入角度也是影響切割質量的重要因素。通過實驗發現，當角度為(wei) 30°或90°時，濺射物長度基本消除。

切割結果及分析

使用氮氣作為(wei) 輔助氣體(ti) ，噴嘴直徑為(wei) 0.5mm。切割藍寶石圓孔效果如下圖所示：

200倍顯微鏡觀察背麵崩邊效果圖

200倍顯微鏡觀察正麵崩邊效果圖

從(cong) 最終的切割樣件照片可以看出：

1. 從(cong) 顯微鏡上看切割後的藍寶石邊緣光滑、基本無掛渣、無毛刺；

2. 切割麵幾乎無坡度，錐度在100以內(nei) ；

3. 藍寶石正麵切割邊緣效果較好，崩邊尺寸的崩變量較背麵崩邊尺寸小，背麵崩邊量也控製在10μm以下。

注意事項

影響藍寶石崩邊量的一個(ge) 很重要的因素為(wei) 激光能量密度，激光能量密度越大，藍寶石背麵的崩邊現象越明顯，崩邊尺寸越大，所以在保證藍寶石能被切穿的同時降低激光功率對藍寶石背麵崩邊情況有一定改善，但是能量越小在背麵存在的掛渣就越嚴(yan) 重，且不易清除。若適當增大激光能量可使得藍寶石背麵熔融材料成為(wei) 粉末狀，從(cong) 而可以改變藍寶石背麵切割效果。

影響藍寶石切割質量的

幾個(ge) 主要因素

要獲得較好的表麵質量等級，必須對激光功率、切割速度等工藝參數進行多次優(you) 化處理。下麵就說說影響藍寶石切割質量的幾個(ge) 主要因素。

（1）激光功率

激光能量是激光切割藍寶石基片過程中的主要能量來源，激光功率和切割速度決(jue) 定了輸入到藍寶石基片上的能量，激光功率的大小會(hui) 對切割產(chan) 生重要的影響。當切割速度、輔助氣體(ti) 壓力等其它工藝參數一定時，切口寬度隨著激光功率的增加呈現一種線性正比關(guan) 係。激光功率過小會(hui) 出現切不透；增加功率，則切口寬度增加，端麵粗糙度增大，激光切割時希望激光功率盡可能大，可以充分發揮激光器的功率優(you) 勢，提高效率。

（2）切割速度

對給定的藍寶石材料和激光功率，切割速度一般符合於(yu) 一個(ge) 經驗式，隻要在閾值以上，材料的切割速度與(yu) 激光功率成正比，即增加功率可以提高切割速度。對於(yu) 切割藍寶石而言，在其他工藝參數保持不變的情況下，激光切割速度可以有一個(ge) 相對的調節範圍。

切割速度小，切口寬度大，切口粗糙度大；切割速度大，切口寬度和粗糙度小，超過最佳切割速度後粗糙度緩慢增加。切割速度過高，則切口刮渣較多或切不透；切割速度過低，則材料過燒，切口寬度和熱影響區較大。要提高切割質量，當其他工藝參數不變時，要優(you) 化切割速度。

（3）輔助氣體(ti)

輔助氣體(ti) 除用於(yu) 從(cong) 切割區吹掉熔渣以清除切縫的惰性氣體(ti) 和活性氣體(ti) 外，對藍寶石材料，使用氮氣可以起到抑製切割區過度燃燒的作用。

激光切割對輔助氣體(ti) 的基本要求是氣流量要大，以便有充足的氮氣與(yu) 切口材料發生放熱反應，並有足夠的動力將切口處的熔融材料吹除。高速切割藍寶石時，增加氣體(ti) 壓力可以提高切割速度，防止切口背麵產(chan) 生掛渣。但壓力過大，切割麵反而變得粗糙。在切割過程中，氮氣中含有的雜質對切割質量造成不良影響，因此氮氣的純度要高。