UV나노초 펄스레이저(nanosecond pulse laser)를 이용한 재료 가공의 경우 레이저빔과 재료의 상호 반응시 발생하는 열변형 및 오염현상을 피하기 힘들다. 이를 극복하기 위하여 최근 나노초 펄스레이저보다 짧은 펄스폭을 지니는 펄스레이저가 도입되었다. 본 실험에서 수행한 피코초 펄스레이저(picosecond pulse laser)를 이용한 재료 가공은 레이저빔과 재료의 상호 반응시 극도의 짧은 시간 내에 재료가 가공되므로 가공물에서 열 확산이 거의 없고, 가공물 주변에 형성되는 용융물, 잔유물의 ...
UV나노초 펄스레이저(nanosecond pulse laser)를 이용한 재료 가공의 경우 레이저빔과 재료의 상호 반응시 발생하는 열변형 및 오염현상을 피하기 힘들다. 이를 극복하기 위하여 최근 나노초 펄스레이저보다 짧은 펄스폭을 지니는 펄스레이저가 도입되었다. 본 실험에서 수행한 피코초 펄스레이저(picosecond pulse laser)를 이용한 재료 가공은 레이저빔과 재료의 상호 반응시 극도의 짧은 시간 내에 재료가 가공되므로 가공물에서 열 확산이 거의 없고, 가공물 주변에 형성되는 용융물, 잔유물의 발생도 줄일 수 있어 미세 재료 가공에 적합하다. 본 실험에서는 이러한 피코초 펄스레이저의 장점을 이용하여 전자부품 및 광학부품에 폭넓게 사용되는 사파이어 웨이퍼의 스크라이빙(scribing) 연구를 수행하였다. UV 355 nm, green 532 nm, IR 1064 nm 의 3파장을 이용하여 최적 스크라이빙 조건 선정과 사파이어 웨이퍼의 물성변화에 대하여 연구하였다.레이저빔을 이용한 재료의 스크라이빙에는 많은 변수들이 존재한다. 스크라이빙 깊이에 가장 중요한 영향을 미치는 인자는 레이저빔 출력(average power), 레이저빔 주사속도(scanning speed), 레이저빔 플루언스(fluence), 보조 취입가스(assist gas)의 사용 여부, 레이저빔 초점크기(spot size), 레이저빔 초점위치 등이 있다. 본 실험에서는 레이저빔 조사속도, 레이저빔 반복 조사회수, 레이저빔 출력을 달리하여 최적의 스크라이빙 조건을 찾으려 하였다. 최적의 스크라이빙 조건은 사용한 3가지 파장 모두 X-Y 스테이지 이동속도 13~15 ㎜sec, 레이저빔 반복 조사회수 3~5 회 임을 알 수 있었다. 보조 가스인 압축 공기를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우의 결과를 비교하였다. 최적조건에서 압축공기를 사용하여 실험하였을 경우에 스크라이빙 된 V자 홈의 내부가 더욱 깨끗하게 가공되어 압축공기를 사용하지 않았을 때 보다 더 좋은 스크라이빙 결과를 확인할 수 있었다.또한 피코초 펄스레이저의 355 nm, 532 nm, 1064 nm 3파장에 대해 가장 좋은 스크라이빙 조건을 얻기 위하여 레이저빔 플루언스(fluence)에 따라 제거된 사파이어 웨이퍼 부피 및 레이저빔 첨두출력(peak power)에 따라 제거된 사파이어 웨이퍼 질량을 구하였다. 3가지 파장 중 355 nm 에서 가장 좋은 결과를 얻을 수 있었으며, 이는 레이저빔 파장이 줄어들수록 작아지는 레이저빔 초점 크기에 의한 효과 외에도 짧은 펄스폭을 가지는 펄스 레이저빔의 조사로 인해 동일 표면적당 조사되는 에너지의 증가와 다광자 흡수과정의 효율 증대에 따른 결과로 사료된다.
UV 나노초 펄스레이저(nanosecond pulse laser)를 이용한 재료 가공의 경우 레이저빔과 재료의 상호 반응시 발생하는 열변형 및 오염현상을 피하기 힘들다. 이를 극복하기 위하여 최근 나노초 펄스레이저보다 짧은 펄스폭을 지니는 펄스레이저가 도입되었다. 본 실험에서 수행한 피코초 펄스레이저(picosecond pulse laser)를 이용한 재료 가공은 레이저빔과 재료의 상호 반응시 극도의 짧은 시간 내에 재료가 가공되므로 가공물에서 열 확산이 거의 없고, 가공물 주변에 형성되는 용융물, 잔유물의 발생도 줄일 수 있어 미세 재료 가공에 적합하다. 본 실험에서는 이러한 피코초 펄스레이저의 장점을 이용하여 전자부품 및 광학부품에 폭넓게 사용되는 사파이어 웨이퍼의 스크라이빙(scribing) 연구를 수행하였다. UV 355 nm, green 532 nm, IR 1064 nm 의 3파장을 이용하여 최적 스크라이빙 조건 선정과 사파이어 웨이퍼의 물성변화에 대하여 연구하였다.레이저빔을 이용한 재료의 스크라이빙에는 많은 변수들이 존재한다. 스크라이빙 깊이에 가장 중요한 영향을 미치는 인자는 레이저빔 출력(average power), 레이저빔 주사속도(scanning speed), 레이저빔 플루언스(fluence), 보조 취입가스(assist gas)의 사용 여부, 레이저빔 초점크기(spot size), 레이저빔 초점위치 등이 있다. 본 실험에서는 레이저빔 조사속도, 레이저빔 반복 조사회수, 레이저빔 출력을 달리하여 최적의 스크라이빙 조건을 찾으려 하였다. 최적의 스크라이빙 조건은 사용한 3가지 파장 모두 X-Y 스테이지 이동속도 13~15 ㎜sec, 레이저빔 반복 조사회수 3~5 회 임을 알 수 있었다. 보조 가스인 압축 공기를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우의 결과를 비교하였다. 최적조건에서 압축공기를 사용하여 실험하였을 경우에 스크라이빙 된 V자 홈의 내부가 더욱 깨끗하게 가공되어 압축공기를 사용하지 않았을 때 보다 더 좋은 스크라이빙 결과를 확인할 수 있었다.또한 피코초 펄스레이저의 355 nm, 532 nm, 1064 nm 3파장에 대해 가장 좋은 스크라이빙 조건을 얻기 위하여 레이저빔 플루언스(fluence)에 따라 제거된 사파이어 웨이퍼 부피 및 레이저빔 첨두출력(peak power)에 따라 제거된 사파이어 웨이퍼 질량을 구하였다. 3가지 파장 중 355 nm 에서 가장 좋은 결과를 얻을 수 있었으며, 이는 레이저빔 파장이 줄어들수록 작아지는 레이저빔 초점 크기에 의한 효과 외에도 짧은 펄스폭을 가지는 펄스 레이저빔의 조사로 인해 동일 표면적당 조사되는 에너지의 증가와 다광자 흡수과정의 효율 증대에 따른 결과로 사료된다.
Laser beam sapphire wafer scribing was carried out for various scribing parameters using picosecond pulse laser with multi-wavelength; 355 nm, 532 nm, 1064 nmIt is hard to avoid contamination and heat induced change of sapphire wafer when the pulse duration of laser beam is longer than nanosecond. T...
Laser beam sapphire wafer scribing was carried out for various scribing parameters using picosecond pulse laser with multi-wavelength; 355 nm, 532 nm, 1064 nmIt is hard to avoid contamination and heat induced change of sapphire wafer when the pulse duration of laser beam is longer than nanosecond. To overcome this problem, the new type of pulse laser whose pulse duration is shorter than nanosecond is introduced. The reaction time between a picosecond pulse laser and a material is so short that there are no heat transfer and no leftover around the laser beam irradiated point for the material, and also no burr and no island are formed. In this experiment, a picosecond pulse laser was used to apply these advantages which could not be obtained when using nanosecond pulse laser.Sapphire has good thermal, mechanical and chemical characteristics, so it is widely used for electrical and optical parts. Despite these extra-ordinary characteristics, the process of sapphire wafer was difficult for the conventional way using diamond wheel or diamond tip. Thus a sapphire wafer was used to scribe by a picosecond pulse laser.There are many variables when a pulse laser is used for micro processing. Most important factors are laser beam average power, laser beam scanning speed, laser beam irradiation time, laser beam spot size, laser beam wave length and assist gas. In this study 3 wavelengths were used for scribing 355 nm (UV), 532 nm (green), and 1064 nm (IR). Optimum condition was obtained to find best scribing parameters for picosecond pulse laser and the change of composition of sapphire after picosecond pulse laser beam irradiation. In this experiment, important variables were laser beam average power, laser beam scanning speed and cycle to find the best parameters. The best condition was obtained with a moving speed 13~15 mmsec, 3~5 cycle of X-Y stage for every wavelength.Compressed air was used for assist gas for better scribing to compare with no assist gas. It was found that there was less sapphire particle left in the V shaped point of pulse laser irradiation. With the change of wavelengths, it was found that the AR(aspect ratio) of UV 355 nm showed the best result due to multi-photon absorption. With the decrease of wave length of laser beam, it was possible to get small spot size with the same energy irradiation for the small spot size.
Laser beam sapphire wafer scribing was carried out for various scribing parameters using picosecond pulse laser with multi-wavelength; 355 nm, 532 nm, 1064 nmIt is hard to avoid contamination and heat induced change of sapphire wafer when the pulse duration of laser beam is longer than nanosecond. To overcome this problem, the new type of pulse laser whose pulse duration is shorter than nanosecond is introduced. The reaction time between a picosecond pulse laser and a material is so short that there are no heat transfer and no leftover around the laser beam irradiated point for the material, and also no burr and no island are formed. In this experiment, a picosecond pulse laser was used to apply these advantages which could not be obtained when using nanosecond pulse laser.Sapphire has good thermal, mechanical and chemical characteristics, so it is widely used for electrical and optical parts. Despite these extra-ordinary characteristics, the process of sapphire wafer was difficult for the conventional way using diamond wheel or diamond tip. Thus a sapphire wafer was used to scribe by a picosecond pulse laser.There are many variables when a pulse laser is used for micro processing. Most important factors are laser beam average power, laser beam scanning speed, laser beam irradiation time, laser beam spot size, laser beam wave length and assist gas. In this study 3 wavelengths were used for scribing 355 nm (UV), 532 nm (green), and 1064 nm (IR). Optimum condition was obtained to find best scribing parameters for picosecond pulse laser and the change of composition of sapphire after picosecond pulse laser beam irradiation. In this experiment, important variables were laser beam average power, laser beam scanning speed and cycle to find the best parameters. The best condition was obtained with a moving speed 13~15 mmsec, 3~5 cycle of X-Y stage for every wavelength.Compressed air was used for assist gas for better scribing to compare with no assist gas. It was found that there was less sapphire particle left in the V shaped point of pulse laser irradiation. With the change of wavelengths, it was found that the AR(aspect ratio) of UV 355 nm showed the best result due to multi-photon absorption. With the decrease of wave length of laser beam, it was possible to get small spot size with the same energy irradiation for the small spot size.
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