一种单晶氧化镓的激光水下激光切割方法与流程

本发明涉及氧化镓加工，尤其涉及一种单晶氧化镓的激光水下激光切割方法。

背景技术：

1、氧化镓(β-ga2o3)作为新一代半导体材料，具有超宽禁带、高击穿电场强度、高紫外透过率、物化性质稳定等优点，可广泛应用于微电子学、光电学、功率器件等领域。在微电子学领域，氧化镓因能快速响应高频电场，被用于高频场效应晶体管、表面声波滤波器和微波开关等器件的制造。在光电学领域，其带隙与可见光相匹配，适用于led灯、薄膜太阳能电池板和新型光电传感器等器件。在功率器件领域，氧化镓具有宽带隙特性(～4.8ev)，能够在更高的电压和功率密度下工作，相比碳化硅具有更高的性能潜力。由于氧化镓具有易解理、高脆性等特点，传统机械加工方式极易产生明显的裂纹。通过采用激光加工这一非接触式的加工方式，能够减少材料裂纹。但是在激光加工过程中，往往存在大面积热影响区，而β-ga2o3热导率较低，容易出现应力不均而开裂的现象。此外，激光加工产生的熔化材料若不及时去除，将会重新凝固，形成难以去除的重铸层。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种单晶氧化镓的激光水下激光切割方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

2、本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种单晶氧化镓的激光水下激光切割方法，所述激光水下激光切割装置包括控制单元、激光加工单元、液体处理单元和样品固定装置；

4、所述激光加工单元用于对氧化镓晶片进行激光切割；

5、所述样品固定装置位于所述液体处理单元中；

6、所述液体处理单元用于在激光加工进行过程中对氧化镓晶片进行水流冲刷；

7、所述激光加工单元、液体处理单元分别与所述控制单元相连，所述控制单元用于设定所述激光加工单元的参数，同时还用于控制所述液体处理单元的流速；

8、所述切割方法包括：

9、s1，根据待加工氧化镓晶片的三维模型，控制单元对三维模型进行切片获得多个切片层，对于每个切片层，设定激光加工单元相应的扫描路径、加工工艺参数；

10、s2，控制单元对液体处理单元设定流速；

11、s3，控制单元控制激光加工单元开始加工，控制单元控制液体处理单元开始进行高速旋转，使得液体发生高速的流动，对样品表面的产物进行冲刷；

12、s4，控制单元控制激光加工单元按照预设的扫描路径对氧化镓进行激光切割，由此完成单个切片层的切割；

13、s5，控制单元控制激光加工单元下降一个切片层的厚度，重复步骤s3-s4，直至完成所有切片层的加工。

14、进一步地，所述液体处理单元包括通过管路依次相连的两个储液箱、泵机、透光液箱和滤除装置；

15、所述样品固定装置位于所述透光液箱中；

16、所述泵机、透光液箱和滤除装置位于两个储液箱之间；

17、所述滤除装置用于滤除固体悬浮物质；

18、两个储液箱之间通过管路连通。

19、进一步地，所述液体处理单元中所使用的液体为纯水或者弱酸性水溶液。

20、进一步地，所述弱酸性水溶液ph的取值范围为3-5。

21、进一步地，所述弱酸性水溶液由hcl、h3po4、h2so4、hno3和ch3cooh的至少一种溶于水制成。

22、进一步地，所述透光液箱采用透光玻璃制作而成。

23、进一步地，所述滤除装置内置有用于滤除固体悬浮物质的反渗透膜。

24、进一步地，所述激光加工单元包括沿激光光路依次排列的激光器、光学扫描元件和聚焦光学元件；

25、所述激光器用于输出激光光束，光束以射线的形式传播并形成激光光路；

26、所述光学扫描元件用于控制光束的空间扫描位置和轨迹，以使激光光斑沿切割轨迹移动；

27、所述聚焦光学元件用于对光束进行聚焦形成一个激光光斑。

28、进一步地，所述激光器输出的激光束的波长为310nm-380nm，脉冲宽度小于50ps，脉冲的峰值功率大于200kw，重复频率大于100khz。

29、进一步地，所述激光加工单元的加工工艺参数包括激光功率、脉冲宽度和重复频率。

30、本发明的有益效果如下：

31、本发明在常规水下激光加工手段的基础上，开发了一种针对氧化镓的激光水下切割方法，实现了更加优异的加工质量。

技术特征：

1.一种基于单晶氧化镓的激光水下激光切割装置的切割方法，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种单晶氧化镓的激光水下激光切割方法，其特征在于，所述液体处理单元包括通过管路依次相连的两个储液箱、泵机、透光液箱和滤除装置；

3.根据权利要求2所述的一种单晶氧化镓的激光水下激光切割方法，其特征在于，所述液体处理单元中所使用的液体为纯水或者弱酸性水溶液。

4.根据权利要求3所述的一种单晶氧化镓的激光水下激光切割方法，其特征在于，所述弱酸性水溶液ph的取值范围为3-5。

5.根据权利要求3或4所述的一种单晶氧化镓的激光水下激光切割方法，其特征在于，所述弱酸性水溶液由hcl、h3po4、h2so4、hno3和ch3cooh的至少一种溶于水制成。

6.根据权利要求2所述的一种单晶氧化镓的激光水下激光切割方法，其特征在于，所述透光液箱采用透光玻璃制作而成。

7.根据权利要求2所述的一种单晶氧化镓的激光水下激光切割方法，其特征在于，所述滤除装置内置有用于滤除固体悬浮物质的反渗透膜。

8.根据权利要求1所述的一种单晶氧化镓的激光水下激光切割方法，其特征在于，所述激光加工单元包括沿激光光路依次排列的激光器、光学扫描元件和聚焦光学元件；

9.根据权利要求8所述的一种单晶氧化镓的激光水下激光切割方法，其特征在于，所述激光器输出的激光束的波长为310nm-380nm，脉冲宽度小于50ps，脉冲的峰值功率大于200kw，重复频率大于100khz。

10.根据权利要求1所述的一种单晶氧化镓的激光水下激光切割方法，其特征在于，所述激光加工单元的加工工艺参数包括激光功率、脉冲宽度和重复频率。

技术总结本发明公开了一种单晶氧化镓的激光水下激光切割方法，包括：S1，根据待加工氧化镓晶片的三维模型，控制单元对三维模型进行切片获得多个切片层，对于每个切片层，设定激光加工单元相应的扫描路径、加工工艺参数；S2，控制单元对液体处理单元设定流速；S3，控制单元控制激光加工单元开始加工，控制单元控制液体处理单元开始进行高速旋转，使得液体发生高速的流动，对样品表面的产物进行冲刷；S4，控制单元控制激光加工单元按照预设的扫描路径对氧化镓进行激光切割，由此完成单个切片层的切割；S5，控制单元控制激光加工单元下降一个切片层的厚度，重复步骤S3‑S4，直至完成所有切片层的加工。实现了更加优异的加工质量。技术研发人员：何青青,李夏,蒋仕彬受保护的技术使用者：杭州银湖激光科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/26