The results of finite-element modeling of controlled laser thermosplitting of crystalline silicon are presented. The case of treatment by two laser beam with wavelengths, namely 0.808 µm and 1.06 µm is studied. Calculations of the thermoelastic fields formed in a single-crystalline silicon wafer as a result of consecutive two-beam laser heating and action of coolant were performed for silicon crystalline orientations: (100), (110), (111). Modeling was performed for circular and U-shaped laser beams. The results received in the presented work, can be used for the process optimization concerning the precise separation of silicon wafers by laser cutting.Keywords: laser cutting, thermoelastic stresses, silicon wafers, crack W pracy przedstawiono wyniki modelowania metodą elementów skończonych termorozszczepiania krystalicznego krzemu przy pomocy wiązek laserowych. Analizowano przypadek działania dwóch wiązek laserowych o długości fali 0,808 µm i 1,06 µm. Obliczenia pól termosprężystych, formowanych w krystalicznym waflu krystalicznym, prowadzono jako efekt kolejnych działań dwuwiązkowego ogrzewania laserowego i chłodzenia dla orientacji (100), (110), (111) krystalicznego krzemu. Modelowanie prowadzone było dla wiązek o przekroju kolistym oraz w kształcie litery U. Otrzymane wyniki mogą być wykorzystane do optymalizacji precyzyjnego cięcia laserem wafli krzemowych.
In this paper the numerical modeling of allocation of thermoelastic fields which are formed during controllable laser thermosplitting in fragile nonmetallic materials is executed within the limits of theory of elasticity. Modeling is executed for laser beams with a cross-section in the form of an ellipse, a circle, and the semi-ring and theirs combination. The classical circuit of realization of the given method consists of the superficial heating of a material by a laser beam and the aftercooling of this zone by means of a refrigerating medium. Thus the crack which is organized in the zone of refrigerating medium supply follows a laser beam along a treatment line. On the basis of thermoelastic fields allocation shown, that application of the classical circuit of the given method realization with the use of elliptic beams possesses a number of the disadvantages, one of which is the quick deflection of a crack from a line of influence of a laser beam and refrigerating fluid at treatment close to collateral border of the sample. Thus the crack is progressed in a direction to collateral border of the sample. It is displayed, that application of special geometry beams allows to diminish degree of effects of a treatment line closeness to boundary line of the sample on crack development. The positive effect is attained by forming a compression stress zone not only ahead and under field of a refrigerating medium effects where the crack is initialized and explicated, but also on each side of zone of a refrigerating medium effects, that in one's turn does not allow a crack to be deflected aside.Keywords: laser cutting, thermoelastic stresses, crescent beam, crack W pracy przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych rozkładu pól termosprężystych, powstających w procesie kontrolowanego laserowego termicznego rozszczepienia kruchych materiałów niemetalicznych. Obliczenia, zgodnie z teorią sprężystości, wykonano dla wiązek laserowych o przekroju eliptycznym, pierścieniowym, pół-pierścieniowym oraz ich kombinacji. Klasyczna metoda praktycznej realizacji eksperymentu polega na powierzchniowym rozgrzaniu materiału wiązką laserową i następnie schłodzeniu rozgrzanego obszaru chłodziwem. Przy takim postępowaniu, w obszarze schładzanym powstaje mikropęknięcie. Wzrasta ono za wiązką laserową, wzdłuż linii obróbki materiału. Na podstawie analizy rozkładu pól termosprężystych wykazano, że klasyczny schemat realizacji eksperymentu, z wiązką o przekroju elipsy, cechuje wiele niedoskonałości. Jedną z nich jest duże odchylenie od linii oddziaływania wiązki laserowej, przy obróbce materiału w pobliżu krawędzi próbek. Dowiedziono, że zastosowanie wiązek laserowych o specjalnej geometrii, zmniejsza wpływ powierzchni granicznej próbki na generację mikropęknięcia. Poprawę jakości obróbki materiału uzyskać można w wyniku powstania naprężeń ściskających nie tylko w obszarze schładzanym, gdzie powstaje i rozwija się mikropęknięcie, ale także z obu bocznych stron wiązki laserowej. Wówczas nie jest możliwa propagacja mikropęknięcia w kierunku bocznym.
The current work takes the results of the numerical experiment implemented in the Ansys finite element analysis program to create the neural network and regression models of two-beam laser splitting of silicate glasses. The regression models of two-beam laser glass cutting have been obtained in the DesignXplorer module of Ansys Workbench using a face-centered version of the central composite design. The processing speed, the parameters of laser beams, the glass plate thickness, and the distance between the laser radiation and the refrigerant affected zones were used as variable factors. The maximum temperatures and thermoelastic tensile stresses in the laser processing area were used as responses. The artificial neural networks have been constructed and trained using the TensorFlow package. The results of determining the maximum temperatures and thermoelastic stresses in the laser treatment area using the neural network and regression models have been compared.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.