本研究目的於皮秒雷射對於藍寶石基板(Sapphire Substrate )切割，進行基 礎研究以及隱形切割藍寶石晶圓(Sapphire Wafer)和藍寶石玻璃(Sapphire Glass) 全切割。
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光效率[4]，影響 LED 發光效率也有其它方法，對藍寶石進行圖形化藍寶石襯 底(PSS)[5][6]，讓發光效率提高，提高效率方法還有 NPSS(Nanometer-scaled Patterned Sapphire Substrate)，NPSS 採用納米壓印式接觸方式，對奈米模板與 襯底平行度有極其苛刻的要求，所以加工藍寶石是影響 LED 發光效率的關鍵
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1-3 文獻回顧
過去前人都有使用過奈秒(Nano Seconds)、皮秒(Pico Seconds)、飛秒 (Femto Seconds)雷射加工，本研究使用皮秒等級雷射，之間的差異在於脈衝 寬度(Pulse Width)的長短與加工後的熱影響區(Heat Affect Zone)[8]範圍，皮秒 雷射脈衝與奈秒雷射相比，皮秒雷射脈衝較短，能快速到達加工所需的頂峰 功率，忽略熱對於切割材料的影響。在實驗和理論的證明大約 10ps(pico seconds)持續時間的雷射脈衝對於加工應用較為理想[9]。
1998 年 H. Varel 等人[10]，使用 Ti：Sapphire 飛秒雷射，波長 790nm、脈 衝 200fs 進行藍寶石基板雷射加工，加工條件為能量密度 5J/cm2、脈衝重複率 3Hz、真空度 10-6mbar、加工物件直徑 10mm、厚度 1mm 之下，脈衝發數 20~25 發以上才有明顯的燒蝕效果，如圖 1-1 所示。
圖 1-1 不同發數加工圖[10]
2000 年 R. Stoian 等人[11]，使用皮秒和飛秒雷射對藍寶石基板進行雷射 加工，從兩種雷射得知較短脈衝雷射加工表面有較佳的品質，由於短脈衝雷
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射時間很短，使熱效應沒有足夠時間擴散。此外增加發數(N)可以降低藍寶石 基板加工的燒蝕門檻值較低，如圖 1-2 所示。
圖 1-2 不同脈衝下加工圖[11]
2008 年 Tai-Chang Chen 與 Robert B. Darling 兩人[12]，使用紫外線雷射 Nd：YAG(波長 355nm)雷射和 Nd：YAG(波長 266nm)之奈秒雷射對藍寶石基 板進行燒蝕表面材料，其 266nm 脈衝燒蝕速率比 355nm 來的高，原因為 266nm 雷射較偏光化學加工，加工反應若為光化學加工，能避免產生翹曲、脆裂等 現象發生。如圖 1-3 至圖 1-4 所示。
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圖 1-3 355nm 與 266nm 之能量密度與燒蝕速率關係圖[12]
圖 1-4 355nm 與 266nm 不同材料的能量密度與加工精度關係圖[12]
2009 年 Jiecai Han 與 Changqing Li 等人[13]，使用 Nd：YAG(波長 1064nm) 雷射，利用藍寶石吸收率(約 5.4%)較低和長脈衝雷射(ms)，同時搭配氬氣冷 卻進行孔洞加工，如圖 1-5 所示。此外也有能量密度與孔洞深度的關係圖，
如圖 1-6 所示。
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圖 1-5 孔洞加工圖[13]
圖 1-6 能量密度與孔洞深度關係圖[13]
2014 年 1 月 R. Vilar 和 S.P. Sharma 等人[14]，使用 560fs 的飛秒雷射脈衝 重複率 1kHz，搭配不同的脈衝能量，得到深度與寬度的關係圖，如圖 1-7 所 示。明顯看出隨著脈衝能量提高，深度與寬度隨著趨勢而增加。
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圖 1-7 不同脈衝能量搭配得到的深度與寬度關係圖[14]
2014 年 2 月 Guillaume Savriama 等人[15]，將重複率固定在 40kHz 切割 藍寶石玻璃，對於不同重疊率(overlap)和脈衝能量的搭配所切割出來的深度關 係研究。如圖 1-8 所示。
圖 1-8 脈衝能量與重疊率的深度關係圖[15]
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2014 年 12 月 Wael Z. Tawfik 等人[16]，對於藍寶石基板的厚度變化，進 行殘餘應力的研究，如圖 1-9 所示，得知較薄的基板殘餘應力較低。
圖 1-9 藍寶石基板厚度與殘餘應力關係圖[16]
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