本申請涉及氧化鎵激光加工領域,具體而言,涉及一種氧化鎵的激光切割方法。
背景技術:
1、氧化鎵材料作為一種具有優異物理化學特性的新材料,近年來在多個領域展現出了廣闊的應用前景。因其高抗拉應力、抗化學腐蝕、耐磨損等特性,在航空航天、汽車、發電機、軍事武器裝備等加工制造領域發揮著重要作用。此外,氧化鎵具有優異的電子遷移率、空穴遷移率和高熱導率,在半導體器件、通信領域及光學領域也逐漸嶄露頭角。氧化鎵具有高硬度和高脆性,是典型的難加工材料。
2、氧化鎵由于其禁帶寬度大(4.9ev)、臨界擊穿場強高等特性,使得它在大功率和高頻率應用中具有顯著優勢。它可以用于制作耐高壓、大功率的功率器件,如高壓整流器、電動汽車和光伏太陽能系統的核心部件。氧化鎵在紫外光區域的高透明度和日盲紫外探測特性,使其在傳感器和光電探測領域具有潛在的應用價值,特別是在通信、雷達、航空航天等領域。目前產業界已經可以通過熔體法、導模法等制備得到大尺寸的氧化鎵單晶,因此氧化鎵有望成為下一代半導體明星材料,替代當前碳化硅、氮化鎵等材料。
3、傳統的氧化鎵切割方法包括機械切割、熱切割和化學腐蝕等。機械切割雖然精確,但對設備要求較高,且加工過程中易產生碎屑和裂紋;熱切割雖然速度快,但熱影響區大,可能導致氧化鎵材料性能下降;化學腐蝕則需要長時間浸泡在腐蝕液中,不僅效率低下,還可能對環境造成污染。
4、目前,學術界和產業界主要通過金剛石線鋸切割和激光切割等方法得到合適尺寸的氧化鎵晶片或晶圓。由于激光切割的非接觸特性,相較金剛石線鋸切割能夠減少氧化鎵的解理破碎和裂紋。但是在激光加工過程中,氧化鎵受到高強度的激光束照射,導致局部溫度迅速升高,氧化鎵表面受到激光直接照射的部分溫度迅速上升,而氧化鎵本身材料的熱導率極差,因此內部或未受激光直接照射的部分溫度上升較慢,這種不同部位之間的溫度梯度使得不同部位之間的膨脹程度不同,導致內部產生顯著的熱應力。如果熱應力超過了氧化鎵的強度極限,就會導致氧化鎵內部產生裂紋或變形,難以保證激光切割加工的質量。
技術實現思路
1、本申請的內容部分用于以簡要的形式介紹構思,這些構思將在后面的具體實施方式部分被詳細描述。本申請的內容部分并不旨在標識要求保護的技術方案的關鍵特征或必要特征,也不旨在用于限制所要求的保護的技術方案的范圍。
2、為了解決以上背景技術部分提到的技術問題,本申請的實施例提供了一種氧化鎵的激光切割方法,包括:將待切割工件置于300-500℃的環境中進行預熱處理;在待切割工件的外表面覆蓋一層能夠對待切割工件進行絕熱處理的絕熱層;對經過絕熱處理的待切割工件進行激光切割處理。
3、進一步地,將待切割工件置于300-500℃的環境中進行預熱處理的方法包括:通過多個加熱管圍成一個能夠對待切割工件進行預處理的加熱區域;通過溫度傳感器檢測加熱區域的溫度;在加熱區域的溫度低于預設溫度時,加熱管開啟加熱,在加熱區域的溫度達到預設溫度時,加熱管關閉加熱。
4、進一步地,在加熱區域的溫度低于預設溫度時,加熱管開啟加熱,在加熱區域的溫度達到預設溫度時,加熱管關閉加熱的方法包括:在加熱區域的溫度與預設溫度的差值超過50℃且升溫速率小于20℃/min時,增大加熱管功率;在加熱區域的溫度與預設溫度的差值超過50℃且升溫速率大于20℃/min或差值小于50℃時,加熱管功率保持不變;在加熱區域的溫度與預設溫度的差值小于5℃內,則電熱管停止加熱。
5、進一步地,在待切割工件的外表面覆蓋一層能夠對待切割工件進行絕熱處理的絕熱層的方法包括:將氧化鋁纖維、硅溶膠、硼酸和羧甲基纖維素混合均勻后,通過噴涂槍噴在待切割工件的表面上,并在待切割工件的表面上形成能夠對待切割工件進行絕熱處理的絕熱層。
6、進一步地,所述氧化鋁纖維、所述硅溶膠、所述硼酸和所述羧甲基纖維素的比例是80:10:5:5。
7、進一步地,對經過絕熱處理的待切割工件進行激光切割處理的方法包括:通過激光器形成能夠照射在待切割工件上的激光光路;通過光學聚焦元件使激光光路在待切割工件上形成光斑;通過光學掃描元件使光斑在待切割工件上沿預設軌跡移動,并形成能夠分離待切割工件的切割面。
8、進一步地,所述激光器采用光纖激光器、固體激光器和超快激光器中的一種。
9、進一步地,所述激光光路的波長為280-360nm、輸出脈沖寬度小于500ps、重復頻率大于100khz以及脈沖峰值功率大于200kw。
10、進一步地,所述切割方法還包括:通過一移動載體承載待切割工件,并帶動待切割工件依次經過預熱處理、絕熱處理和激光切割處理。
11、進一步地,所述切割方法還包括:使用移動載體上形成的接料槽來承接切割后的待切割工件;所述接料槽的內壁面上設置所述絕熱層。
12、本申請的有益效果在于:通過對待加工氧化鎵采用預熱和絕熱層的熱平衡方式,減小了氧化鎵在激光切割過程中切割部位與其他部位之間的溫度變化,減小了熱應力,減少了微裂紋的產生,增加了激光切割的質量。
1.一種氧化鎵的激光切割方法,其特征在于,包括:
2.根據權利要求1所述的氧化鎵的激光切割方法,其特征在于:
3.根據權利要求2所述的氧化鎵的激光切割方法,其特征在于:
4.根據權利要求3所述的氧化鎵的激光切割方法,其特征在于:
5.根據權利要求4所述的氧化鎵的激光切割方法,其特征在于:
6.根據權利要求5所述的氧化鎵的激光切割方法,其特征在于:
7.根據權利要求6所述的氧化鎵的激光切割方法,其特征在于:
8.根據權利要求6所述的氧化鎵的激光切割方法,其特征在于:
9.根據權利要求8所述的氧化鎵的激光切割方法,其特征在于:
10.根據權利要求9所述的氧化鎵的激光切割方法,其特征在于: