CN102217056A - 激光-划线工具架构 - Google Patents

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安托尼·P·马内斯
徐维勇
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Abstract

本发明涉及用于激光划线垂直定向工件的设备和系统。在许多实施例中，激光划线设备(30、60)包括框架、耦接所述框架的第一夹具(32)、耦接所述框架的第二夹具(34)、可操作以产生能够从所述工件(36)的至少一部分移除材料的输出的激光(96、100)及耦接所述激光(96、100)和所述框架的扫描装置(106)。所述第一夹具(32)配置为用于啮合所述工件(36)的第一部分。所述第二夹具(34)配置为用于啮合所述工件(36)的第二部分。当所述工件(36)由所述第一夹具及所述第二夹具啮合时，所述工件(36)实质上垂直定向。所述扫描装置(106)可操作以控制来自所述激光(96、100)的输出相对于所述工件(36)的位置。

Description

激光-划线工具架构
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年11月19日申请的发明名称为“Laser Scribing Tool Architecture”的美国临时专利申请61/116,257的权益，其全部揭示内容以引用的方式并入本文。
背景
本发明所述的各种实施例基本上涉及用于划线或图案化工件的设备及系统，更特别的涉及用于激光划线放置于垂直方向的工件的设备及系统。所述设备及系统对于激光划线具有用于形成薄膜太阳能电池的至少一层的玻璃基板特别有效。
当前用于形成薄膜太阳能电池的方法涉及在诸如适于形成一个或多个p-n结的玻璃、金属或聚合物基板这样的基板上沉积或另外形成多个层。薄膜太阳能电池实例包括具有透明导电氧化物(TCO)层、多个掺杂及未掺杂硅层以及金属背侧层的玻璃基板。举例而言，可用于形成太阳能电池的材料的实例连同用于形成这些电池的方法及设备描述于2007年2月6日申请的发明名称为“MULTI-JUNCTION SOLAR CELLS AND METHODS AND APPARATUSES FOR FORMING THE SAME”的共同待决的美国专利申请11/671,988中，其全部揭示内容以引用的方式并入本文。
当面板由大基板形成时，在每一层中通常使用一系列激光划线的线以描绘单个电池。图1以图表图标实例太阳能电池组件10，其包括划线的线(例如，激光划线的线)。太阳能电池组件10可通过在玻璃基板12上沉积若干层且在这些层内划线大量线得以制造。该制造工艺由在玻璃基板12上沉积TCO层14开始。随后在TCO层14内划线第一组线16(“P1”互联线及“P1”隔离线)。随后在TCO层14上及第一组线16内沉积多个掺杂及未掺杂的非晶硅(a-Si)层18。随后在硅层18内划线第二组线20(“P2”互联线)。随后在硅层18上及第二组线20内沉积金属层22。随后如图示划线第三组线24(“P3”互联线及“P3”隔离线)。
薄膜太阳能电池的生产成本及质量受生产太阳能电池的划线组件(例如，太阳能电池组件10)的生产成本及质量影响。因此，需要开发具有降低成本及改良划线质量的用于划线工件的设备及系统。更特别的是，需要开发用于形成薄膜太阳能电池的激光划线组件的改良的设备及系统。
发明内容
为提供本发明的基本理解，下文呈现本发明的一些实施例的简单概述。本概述并非本发明的广泛概观。其并非意欲鉴定本发明的主要/关键要素或描绘本发明的范畴。本概述的唯一目的为以简单形式呈现一些方面及实施例以作为后面呈现的更详细说明的序言。
根据各种方面及实施例的设备及系统提供用于激光划线工件。所揭示的设备及系统被配置为激光划线垂直定向的工件。垂直定向该工件可产生改良的工件稳定性、改良的烧蚀碎片移除、改良的产量、降低的振动水平、改良的准确度、较小的占地面积、改良的服务能力及/或其它这样的改良。当用于用以形成薄膜太阳能电池的激光划线组件时，这种设备及系统尤其有效。
在第一方面中，提供一种用于激光划线包括实质平坦表面的工件的设备。该设备包括框架、耦接该框架的第一夹具、耦接该框架的第二夹具、激光，可操作该激光以产生能够从该工件的至少一部分移除材料的输出、及耦接该激光及该框架的扫描装置。该第一夹具被配置为用于啮合该工件的第一部分。该第二夹具被配置为用于啮合该工件的第二部分。当该工件由该第一夹具及该第二夹具啮合时，该平面实质上垂直定向。该扫描装置可操作以控制来自激光的输出相对于该工件的位置。
在许多实施例中，该第一夹具及该第二夹具被配置为啮合矩形工件的不同部分。例如该第一夹具可被配置为沿着第一侧面啮合该工件，而该第二夹具可被配置为沿着与该第一侧面相对的第二侧面啮合该工件。当该工件由该第一夹具及该第二夹具啮合时，该第一侧面可设置在该工件的顶部且该第二侧面可设置在该工件的底部。另外，当该工件由该第一夹具及该第二夹具啮合时，该第一侧面及该第二侧面可实质上垂直定向。
在许多实施例中，这些夹具可相对于该框架平移且该设备可包括额外夹具。例如该第一夹具及该第二夹具可相对于该框架水平平移。该设备可包括耦接该框架的第三夹具及第四夹具。该第三夹具可被配置为沿着该第二工件的第一侧面啮合该第二工件。第四夹具可被配置为沿着该第二工件的第二侧面啮合该第二工件。当该第二工件由该第三夹具及该第四夹具啮合时，该第二工件的平坦表面实质上垂直定向。该第三夹具及该第四夹具可相对于该框架水平平移。
在许多实施例中，该设备可被配置为固定多个工件。例如在许多实施例中，可加载或卸载一个工件，同时划线另一个工件。该设备中工件的行进路径可与该设备中第二工件的行进路径偏移。
在许多实施例中，该扫描装置可相对于该工件及/或该框架平移。例如该扫描装置可水平平移以便调整该工件与该第二工件的行进路径之间的偏移。该偏移调整也可通过利用光学装置(诸如，具有三维扫描仪及/或可调整的光束扩展器的光学装置)来改变光束的聚焦而完成。该扫描装置可相对于该工件及/或该框架垂直平移。
在许多实施例中，该设备包括多个扫描装置。例如，该设备可包括耦接该激光及该框架的第二扫描装置。该第二扫描装置可操作以控制来自该激光的输出相对于该工件的位置。该扫描装置及该第二扫描装置皆可相对于该工件垂直平移。
在许多实施例中，该设备包括一条或多条光缆。例如该设备可包括将该激光与该扫描装置耦接的光缆且可包括将该激光与该第二扫描装置耦接的第二光缆。
在许多实施例中，该工件包括基板及用于形成太阳能电池的至少一个层。在许多实施例中，该激光能够从至少一个层中移除材料。
在另一方面中，提供一种用于激光划线包括实质平坦表面的工件的系统。该系统包括框架、耦接该框架的第一夹具、耦接该框架的第二夹具、激光，可操作该激光以产生能够从该工件的至少一部分移除材料的输出、耦接该激光及该框架的扫描装置及耦接该激光及该扫描装置的控制装置。第一夹具被配置为啮合该工件的第一部分。第二夹具被配置为啮合该工件的第二部分。当该工件由该第一夹具及该第二夹具啮合时，该平坦表面实质上垂直定向。该扫描装置可操作以控制来自该激光的输出相对于该工件的位置。该控制装置包括处理器及机器可读媒介。该机器可读媒介包括指令，当通过该处理器执行时，指令引起该系统对准该激光输出以在该工件上形成预定特征结构图案。
在许多实施例中，该扫描装置及该工件可平移。例如该扫描装置可相对于该工件垂直平移。该第一夹具及该第二夹具可相对于该框架水平平移。
在另一方面中，提供一种用于激光划线包括实质平坦表面的工件的方法。该方法包括支撑该工件以便该平坦表面实质上垂直定向，在该经支撑工件与划线光学组件之间产生相对平移，及在该相对平移期间用该划线光学组件导向来自激光的输出以在该工件上形成激光划线特征结构。该相对平移包括垂直分量。在许多实施例中，该相对平移进一步包括水平分量。
在许多实施例中，该工件由框架支撑。例如该工件可由啮合该工件的第一部分的第一夹具及啮合该工件的第二部分的第二夹具支撑，其中该第一夹具及该第二夹具耦接该框架被配置为可相对于该框架水平平移。该划线光学组件可耦接该框架。在许多实施例中，在形成该激光划线特征结构的至少一部分期间，该工件可相对于该框架水平平移。在许多实施例中，该方法进一步包括安装第二工件，以便在形成该激光划线特征结构的至少一部分期间，该第二工件由该框架支撑。
在许多实施例中，该工件包括基板及用于形成太阳能电池的至少一个层。在许多实施例中，该激光能够从该至少一个层中移除材料。
为了更充分了解本发明的性质及优点，将提及随后的具体实施方式及伴随图式。本发明的其它方面、目的及优点可由下述的图式及具体实施方式更加明白。
附图说明
图1为用于薄膜太阳能电池的划线组件的图解说明。
图2A为根据许多实施例，用于划线垂直定向工件的激光划线设备的前视图图解说明。
图2B为根据许多实施例，用于划线垂直定向工件的激光划线设备的俯视图图解说明。
图3A图解说明根据许多实施例在可用于激光划线垂直定向工件的处理顺序中第一工件及第二工件的位置。
图3B图解说明根据许多实施例在可用于激光划线垂直定向工件的处理顺序中第一工件及第二工件的位置。
图3C图解说明根据许多实施例在可用于激光划线垂直定向工件的处理顺序中第二工件及第三工件的位置。
图4图解说明根据许多实施例配置为相对于垂直定向工件垂直平移的激光扫描组件。
图5A图解说明根据许多实施例激光组件的部件。
图5B及图5C图解说明根据许多实施例激光光学模块的部件。
图6图解说明根据许多实施例光束检视器测量激光束的位置的用途。
图7图解说明根据许多实施例成像装置与激光扫描组件的整合。
图8图解说明根据许多实施例相机与激光扫描组件的整合，该图展示可用于测量激光脉冲反射的光电二极管的位置及照明源的位置。
图9利用图表说明根据许多实施例在激光划线系统的部件之间的信号。
图10说明根据许多实施例可使用的激光划线装置的控制图。
图11说明根据许多实施例可使用的激光划线装置的数据流程图。
图12为根据许多实施例用于基于之前形成的特征结构的图像信息控制扫描装置的系统的简图。
具体实施方式
根据本发明的各种方面及实施例，提供用于划线或另外图案化垂直定向工件的设备及系统。例如激光划线垂直定向工件可产生改良的工件稳定性、改良的烧蚀碎片移除、改良的生产率、降低的振动水平、改良的准确度及其它这类改良。例如激光划线垂直定向工件可降低对空气轴承支撑工件的需要，从而可使紧密靠近地堆叠两个或两个以上工件成为可能，此可使得生产率能够增加。当用于用以形成薄膜太阳能电池的激光划线组件时，这种设备及系统尤其有效。
图2A图解说明激光划线工具架构30的前视图，根据许多实施例，该激光划线工具架构可用于激光划线或另外图案化垂直定向工件，诸如上文论述的实例太阳能电池组件10(展示于图1中)。该工具架构30可包括用于固持垂直定向的第一工件36的第一夹具32及第二夹具34。这些固持夹具可包括任何适当的夹持器、夹紧装置、握抓装置或其它装置。工具架构30也可包括额外夹具，诸如所示的用于固持一个或多个额外垂直定向工件(例如，第二工件42)的第三夹具38及第四夹具40。可布置两个夹具以啮合矩形工件的相对侧面或边缘(例如，通过啮合顶部侧面及底部侧面或通过啮合左侧面及右侧面来配置)。可布置四个或四个以上夹具以啮合矩形工件的所有四个侧面。尽管可使用一个夹具，但使用两个或两个以上夹具可提供增加的工件稳定性。
在许多实施例中，工具架构30包括第一加载/卸载台44、划线台46、第一划线光学组件48、第二划线光学组件50及第二加载/卸载台52。这些独立台提供加载及/或卸载一个工件同时划线另一个工件的能力。例如在图2A中，可划线第一工件36，同时通过经由第一加载/卸载台44向划线工具加载第二工件42。尽管未图示，但可卸载置于第二加载/卸载台52处的另一个工件，同时划线第一工件36且加载第二工件42。应理解，工件可在任一方向上行进。例如第二加载/卸载台52可用于卸载在图式的平面中从左至右(例如，从划线台46至第二台52)移动的工件。随后，第二台52可用于加载另一工件，接着其将在图式的平面中从右至左(例如，从第二台52至划线台46)移动。在许多实施例中，在指定卸载台处卸载工件之后，夹具移动回指定加载台以使得工件总是在该指定加载台加载且在该指定卸载台卸载。在许多使用单一导轨(rail)的实施例中，每个加载/卸载台可充当工件的加载及卸载台。例如经由第一加载/卸载台44加载的工件可向右边移动至划线台46，且随后移动回左边以在第一加载/卸载台44处卸载，因此从不到达第二加载/卸载台52。在该方法中，第二加载/卸载台52可由夹具32、34占用，夹具32、34用于支撑经由第二加载/卸载台52加载及卸载的工件。在许多使用单一导轨的实施例中，这些夹具不能在同一条导轨上相互经过，因此图式中夹具38必须总在夹具32的左边。在许多实施例中，如下文所述，使用独立导轨。
在许多实施例中，第一划线光学组件48及第二划线光学组件50被配置为相对于工件垂直平移以便在该工件上提供所要覆盖区域。每一个划线光学组件可经由光路(例如，经由包括光纤或其它光学元件的光路)耦接一个或多个激光(参见图4)。每个光学组件也可包括一个或多个激光扫描头(例如，分别能够一维、二维或三维地导向每个光束的一维、二维或三维扫描仪)，激光扫描头提供控制激光束的输出相对于每个扫描头的位置的能力。在许多实施例中，存在用于每个扫描仪的一个激光，而在许多其它实施例中，激光束被分离成多个光束(诸如通过使用可针对不同扫描仪的适当光束分裂元件)。在许多实施例中，仅使用单一激光。在许多使用光纤的实施例中，可选择这些光纤以使得光路长度对于每个扫描仪而言实质上相等。
图2B图解说明根据许多实施例激光划线工具架构60的俯视图，该激光划线工具架构利用具有独立、实质上平行的导轨或轨道72、74的框架。在许多实施例中，工具架构60为图2A中所示的工具架构30的变体，且因此可含有许多相同或类似的部件。工具架构60包括第一加载/卸载台62、划线台64、第一划线光学组件66、第二划线光学组件68、第二加载/卸载台70及本文中所称的“前”工件轨道72及“后”工件轨道74，尽管这些指定不应推断任何特定或较佳定向。独立工件轨道可允许在一个轨道上加载或卸载工件，同时在另一条轨道上处理(例如，划线或图案化)另一个工件。使用独立工件轨道可通过提供在另一轨道上加载及/或卸载工件的能力而减少对在轨道上划线的工件的振动的传输。例如当第一工件76紧固至后工件轨道74时其可被划线，而第二工件78可经由前工件轨道72加载。第一划线光学组件66及第二划线光学组件68可被配置为水平(在与这些工件的运动方向横向的方向上)移动以便定位于距工件相同的距离处(无论该工件在哪个轨道上)。例如在该图的平面中，该光学设备朝向后轨道74“向上”移动以处理该后轨道上的第一工件76，但将“向下”移动回来离开该后轨道以处理该前轨道72上的第二工件78。
图3A、图3B及图3C图解说明根据许多用于激光划线垂直定向工件的实施例的处理顺序。在图3A中，第一工件80可经由第一加载/卸载台86加载至第一轨道(例如，前轨道)上，且随后向该图式中的右边连续移动以在划线台82中划线。在第一工件80的划线期间，第二工件84可经由台86加载至第二轨道(例如，背轨道)上。每个工件可使用一个或多个先前形成的特征结构在台86中对准。可视情况用条形码及/或其它适用于对准的指定标记来标记工件。在图3B中，第一工件80可在处理之后在第二加载/卸载台88处卸载，同时第二工件84可在划线台82中划线。在许多实施例中，工件可在划线工艺的任何特定部分期间得以稳定固持或平移。如所论述，可水平调整(朝向或离开工件)光学设备或扫描头以维持距每个正受处理的工件实质上恒定的距离。如图3C中所说明，在第一轨道上的夹具可移动回台86以使得在台86中可加载(且视情况对准及/或标记)第三工件90，同时在划线台82中划线第二工件84。
图4图解说明根据许多实施例的实例激光扫描组件，其配置为相对于垂直定向工件92垂直平移。这些激光扫描组件可连同一系统(诸如上文所述的系统)使用。第一激光扫描组件94可经由第一光路98(例如，光纤、光路)耦接第一激光源96。第二激光扫描组件100可经由第二光路104耦接第二激光源102。这些激光扫描组件可配置为在相反方向上移动以便最小化由于这些扫描组件的移动可能产生的任何不平衡力。例如通过使第一激光扫描组件94在与第二激光扫描组件100相反的方向上移动，抵消由这些组件的加速产生的合力，以使得在固持这些组件的框架上没有合力。扫描组件可配置为使用已知方法(例如通过使用机器臂、轨条导轨、高架(gantry)或任何其它已知机构)平移。每个光学组件可包括一个或多个独立激光扫描头106，其可用于控制来自激光源的输出在一个或多个维度上相对于扫描头的在工件上的位置。由扫描头提供的局部控制、扫描头的数目及放置、扫描组件的垂直及视情况水平移动及工件的水平移动的组合可用于划线工件的所要区域。光纤电缆可用于将扫描组件与激光源耦接。使用光纤电缆可减小移动部件的重量，进而有助于减少移动引起的力及/或振动。在许多实施例中，使用光纤电缆也将消除对于复杂光学对准的需要。
可使用各种潜在变体。例如尽管展示工件92在顶部及底部处夹紧，但工件可视情况在侧面上或顶部、底部及侧面的任何组合上夹紧。在许多实施例中，工件在划线工艺期间，(例如)在行进范围(例如275mm)内经由滚珠螺杆低速(例如5至10mm/sec)平移。在许多实施例中，激光扫描组件94、100产生八个光束且在水平方向上以275mm的间距间隔分离。在许多实施例中，激光扫描组件94、100装备有具有大致60mm的视场(FOV)的二维激光扫描头106。在许多实施例中，激光扫描组件94、100可在垂直方向上以相对高速(例如0.5至2或大于2米/秒)平移。在许多实施例中，激光扫描组件94、100经由空气轴承支撑。在许多实施例中，激光扫描组件94、100具有大致3米的总行进。在许多实施例中，激光扫描头106在划线工艺期间(例如，经由蝴蝶领结(bowtie)扫描)补偿工件的移动。在许多实施例中，激光扫描组件94、100在相反方向上移动以最小化运动引起的力。在许多实施例中，激光扫描组件94、100可在z方向平移(即，进出图的平面)以补偿每个工件的位置。在许多实施例中，在激光扫描组件的垂直运动期间，使用扫描仪缝合可产生横向修整线。
在许多实施例中，每个工件在第一方向上连续移动，其中对于每个光束部分的扫描场形成在工件上“向上”或“向下”移动的划线的线。激光重复速率可与平台平移速度匹配，用于边缘隔离的划线位置之间具有必需的重叠区域。在工件上向上或向下的划线传递过程(pass)结束时，每个扫描组件可在必要时减速、停止、变速及在相反方向上再加速。在这种状况下，根据所需的间距来步进(stepped)激光光学器件以便于用于形成划线的一系列切除点安放在玻璃基板上的所需位置处。若扫描场重叠或至少实质上在连续划线之间的间距内相遇，则不需相对激光扫描组件来移动基板，但可在激光划线设备中激光扫描组件的“向上”与“向下”移动之间调整光束位置。在许多实施例中，激光可跨过工件扫描，进而在扫描场内划线的每个位置处制成划线标记，以使得多个划线的纵向划线可同时形成，而只需激光扫描组件的一次完整传递过程。根据本文含有的教示及建议，本领域的技术人员将明白许多其它划线策略可得以支持。
激光组件
另外，当对于两个扫描组件的每一个展示四个激光总共八个有效光束时，应了解可在适当时使用任何适当数量的激光及/或光束部分，且来自给定激光的光束可分离成与对给定应用而言可实施及有效时同样多的光束部分。另外，即使在两个激光产生八个光束部分的系统中，可基于工件的尺寸或其它这样的因素启动少于八个的光束部分。也可调整扫描头中的光学元件以在工件上控制激光脉冲的有效区域或点尺寸，在许多实施例中，该有效区域或点尺寸直径在约25微米至约100微米变化。
每个激光扫描组件可包括聚焦或者调整激光束的方面所需要的适当元件(诸如透镜及其它光学元件)。产生光束的激光装置可为任何适当激光装置(诸如脉冲固态激光)，其可操作以切除或者划线工件的至少一个层。为提供光束对，每个激光组件可包括至少一个光束分离装置。图5A说明根据许多实施例可用的实例激光组件200的基本元件，尽管应了解额外或其它元件可在适当时使用。在该组件200中，单个激光装置202产生光束，该光束使用光束准直仪204放大，随后传递至光束分离器206(诸如部分透射镜、半镀银镜、棱镜组件，等等)以形成第一光束部分及第二光束部分。在该组件中，每个光束部分通过衰减元件208以衰减该光束部分，进而调整此部分中的脉冲的强度(intensity)或强度(strength)；且通过闸板210以控制该光束部分的每个脉冲的形状。随后，每个光束部分还穿过自动聚焦元件212以聚焦该光束部分至扫描头214上。每个扫描头214包括能够调整该光束的位置的至少一个元件(诸如适于用作方向偏转机构的电流计扫描仪)。在许多实施例中，该元件为可旋转镜，其能够沿与该工件的移动向量成直角的横向方向调整该光束的位置，这样可允许调整该光束相对于所欲划线位置的位置。随后，扫描头同时将每个光束导向至工件上的各自位置。扫描头也可在控制激光及工件的位置的设备之间提供短距离。因此，准确度及精确度得以改良。因此，划线的线可更精确形成(即，划线1的线可更接近划线2的线)以使得完成的太阳能模块的效率得以改良，胜过现有技术的效率。
在许多实施例中，每个扫描头214包括一对可旋转镜216或能够在二维(2D)调整激光束的位置的至少一个元件。每个扫描头包括至少一个驱动元件218，其可操作以接收控制信号来调整光束的“点”在扫描场内且相对于工件的位置。在一些实施例中，在大致60mm×60mm扫描场内，工件上的点尺寸约为数十微米，尽管可能为各种其它尺寸。该方法允许工件上光束位置的改良校正，同时该方法也可允许在工件上形成图案或其它非线性划线特征结构。横向扫描(例如，在一个或多个维度上)光束的能力意指任何图案可经由划线形成在工件上而无须旋转该工件。另外，通过将玻璃在水平方向上的运动、光学组件在垂直方向上的运动及由扫描仪的位置扫描组合，横向扫描光束的能力允许在玻璃上划线垂直线，以便玻璃上的所得划线与玻璃的垂直边缘平行，该方法有时称为蝴蝶领结扫描。
图5B及图5C分别展示根据各种实施例可使用的紧密激光光学模块220的侧视图说明及俯视图说明。紧密模块220包括激光器222、光束准直仪224、光束分离器226、镜228、一个或多个扫描镜230、232及一个或多个聚焦光学组件234。激光器222可包括一系列现有激光器。例如激光器222可包括轻重量、小占地面积激光器。可将用于切割薄膜太阳能面板划线的具有充足功率的现有第二谐波(harmonic)固态激光器可制成与1kg一样轻，尺寸大致为150mm×100mm×50mm。激光电源及/或冷却器可位于紧密模块220外部。激光器222产生光束，其使用光束准直仪224来准直化。光束准直仪224可用于改变激光束的尺寸且可耦接激光器222(例如，附接于邻近激光器222输出的激光)。光束分离器226接收来自准直仪224的准直光束且将该准直光束分离成两个标称相等的光束部分。在许多实施例中，可沿着每个光束路径放置功率衰减孔(未图标)以精细调整激光功率及光束尺寸。在许多实施例中，可沿着每个光束路径放置衰减元件(参见图5A中的衰减元件208)以衰减光束部分，调整在此部分中的脉冲的强度(intensity)或强度(strength)。在许多实施例中，可沿着每个光束路径放置闸板(参见图5A中的闸板210)以控制光束部分的每个脉冲的形状。在许多实施例中，可沿着每个光束路径放置自动聚焦元件(参见图5A中的自动聚焦元件212)以聚焦光束部分至一个或多个扫描镜上。可围绕一个或多个轴致动一个或多个扫描镜230、232，例如，可围绕X轴及Y轴致动一个或多个电扫描镜，以提供激光输出的二维扫描。在许多实施例中，与扫描头(例如，图5A中的扫描头214)相对，一个或多个扫描镜230、232包括个别(individual)电扫描镜。随后，经扫描的光束部分的每一个可通过聚焦光学组件234，在许多实施例中，该聚焦光学组件234包括焦阑透镜(telecentric lens)。
在许多实施例中，紧密模块220提供激光组件200(显示于图5A中)的功能性及各种优点。例如紧密模块220的布局、硬性(rigidity)、占地面积及/或重量可对紧密模块220及全激光划线系统的可靠性及可服务性具有积极直接的影响。在许多实施例中，在光束分离以前使用单个光束准直仪可提供简化的光束路径及增强的可靠性。在许多实施例中，使用两个单个扫描镜以替代封闭式商业扫描头可有助于减小紧密模块220的重量及占地面积，此可用以改良可靠性及可服务性。在许多实施例中，使用轻重量的一体箱式(all-in-one box)激光模块可较易得以安装/解除且可用以使光学部件隔离灰尘，进而可减少污染光学部件的机会。
传感器
激光划线系统可包括大量适用于在工件上控制激光线的划线的传感器。例如，如图6中所说明，光束检视器302可用于测量来自激光的输出的位置。来自光束检视器302的数据可用于光束位置的快速再校正。如所说明，光束检视器302可相对于工件304定位以便当光束306通过工件304时俘获该光束的位置。光束306的预期及实际位置可经比较以计算修正值，该修正值可对发生的任何浮动的校正提供高度准确的调整。所测量的光束可通过激光组件310投影，该激光组件310包括激光器312、光束分离光学设备314及扫描仪316。如上文所述，激光组件310可定位于光学台架(未图标)上。功率计(未图标)也可定位于光学台架上以用于监视入射于玻璃上的激光功率。也可使用显微镜(未图示)。显微镜的主要功能为玻璃的校正及对准。显微镜也可用于观测划线质量及测量切除点的尺寸。线传感器318也可用于产生用于之前形成的特征结构的位置数据。线传感器318可定位于许多位置中，自这些位置该线传感器318可检视之前形成的特征结构(例如，相对于如所说明的工件304)。
成像装置
在许多实施例中，使用一个或多个相机以在光学上观测之前的激光划线的线，且相对于工件上的之前的激光划线的线，对准来自划线激光的输出的位置。在许多实施例中，安装一个或多个相机以便于相机检视的中心及扫描组件的输出指向工件上的同一位置。在许多实施例中，安装一个或多个相机以独立于扫描组件检视工件。
图7图解说明根据许多实施例的激光扫描组件400。激光组件400类似于之前所论述的图5A的激光组件200，但进一步包括与激光组件400整合的两个成像装置420(例如，所示的CCD相机)以便于成像装置420的每一个可通过相关扫描仪414来检视工件。如所示，成像装置420的每一个可使用二色光束分离器406整合以便将检视方向提供给该成像装置，该检视方向实质上对应于将分离激光束部分提供给扫描仪414的每一个所沿的方向。如上文所论述，尽管可实施一系列的相对位置，但成像装置420可与激光组件400整合，以便该成像装置检视的中心及划线激光器402的输出指向通过扫描仪414靶向的工件上的同一位置。
图8图解说明根据许多实施例具有经整合相机502的激光扫描组件500。激光扫描组件500包括供应激光束至扫描头506的激光器504。激光束在其至扫描头506的路线上通过二色光束分离器508。如上文所述，扫描头506可包括能够调整激光束的位置的至少一个元件(诸如适于用作方向偏转机构的电流计扫描仪)。扫描头506包括可提供用于扫描激光束的改向的焦阑扫描透镜510，以便该扫描激光束在实质上垂直于工件512的方向上照射工件512。激光扫描组件500包括整合的相机502，以便通过扫描头检视工件。相机502可用于俘获由工件反射的光。由工件反射的光行进穿过焦阑透镜510，通过朝向激光器504的扫描头改向，通过二色光束分离器508反射，且行进穿过成像透镜514，在该成像透镜514处，反射光由相机502接收。可用于测量来自扫描透镜510或来自工件512的激光脉冲反射的光电二极管516，可定位于各种位置(诸如所示的这些位置)中。在光电二极管516经定位邻近于相机502的情况下，激光扫描组件500可包括光束分离器518以便朝向光电二极管改向反射光。照明源520也可用于供应用于影像俘获的照明。照明源520可定位于各种位置中(例如，所示的这些位置中)。
控制系统
垂直定向工件划线系统可包括控制系统，其可操作以控制夹具的移动、扫描组件的移动、激光及扫描装置的操作等。控制系统可包括硬件及软件的任何适当组合，且可包括操作所必需的任何适当马达或驱动机构。系统可包括任何数量的传感器或监视器，且可包括一个或多个反馈系统以监视且调整操作。
图9利用图表说明根据许多实施例在划线系统600的部件之间的信号。平台运动控制器602可用于将工件相对于扫描头移动。或者，扫描头可相对于工件移动，或可使用工件与扫描头的移动的组合。平台运动控制器602可将其位置信息传递至扫描控制器604，该位置信息包括开始及停止信号。扫描控制器604可将发射控制信号发送至激光器606，该发射控制信号包括第一脉冲抑制信号及第一脉冲断开信号。如上文所述，成像装置608可将与工件上的特征结构的位置有关的源自图像的数据供应至处理器610。处理器610可产生校正信号，其可供应至扫描控制器604以用于校正扫描头的后续指令扫描位置，该扫描头用于将来自激光器606的输出瞄准在工件上。在划线相对于之前形成的划线而开始形成时，可允许过大的空间。在划线的形成进行时，控制系统可在所要线间距上快速缩近。通过使P1与P2保持接近且使P3与P2保持接近，系统可操作以追踪这些线且最大化有效区域。
图10说明根据许多实施例可用于激光划线装置的控制系统700，尽管根据本文所含的教示及建议，本领域的技术人员将明白可使用许多变体及不同元件。在该系统中，工作站702通过虚拟机环境(VME)控制器704(诸如，通过使用以太网络连接)来工作，以与脉冲产生器706(或其它这类设备)一起工作用于驱动工件平移平台708且控制频闪灯710及成像装置712以便产生该划线或划线位置的图像。工作站还通过VME控制器704工作以驱动每个扫描仪714或扫描头的定位、控制每个光束部分于工件上的点定位，且通过激光控制器718控制激光器716的发射。图11说明数据800通过这些各种部件的流程。
在许多实施例中，划线放置准确度通过使工件平移平台编码器脉冲与激光及点放置触发器同步来保证。该系统可确保工件处于适当位置中，且扫描仪因此在产生适当激光脉冲的前导向光束部分。通过使用单一VME控制器从共同源驱动所有这些触发器，所有这些触发器的同步得以简化。为了确保划线后所得工件中的划线的对准，各种对准程序可随后进行。一旦对准，该系统可在工件上划线任何适当图案，包括除电池描绘线及修整线之外的基准标记及条形码。
图12为根据实施例可使用的控制系统900的简化方框图。控制系统900可包括至少一个处理器902，其可经由总线子系统904与大量外围设备通讯。外围设备可包括存储子系统906，其(例如)包括内存子系统908及文件存储子系统910。存储子系统906可维持可用于控制图案化设备的基本程序设计及数据构建。外围设备还可包括用户界面输入及输出装置912的集合。
用户界面输入装置可包括键盘且可进一步包括指针装置及扫描仪。指针装置可为间接指针装置(诸如鼠标、轨迹球、触控板或图形输入板)或直接指针装置(诸如并入显示器的触控屏幕)。其它类型的用户界面输入装置(诸如语音辨识系统)也是可能的。
用户界面输出装置可包括打印机及显示子系统，该显示子系统可包括显示控制器及耦接至该控制器的显示装置。显示装置可为阴极射线管(CRT)、平板装置(诸如液晶显示器(LCD))或投影装置。显示子系统还可提供诸如音频输出的非视觉显示。
内存子系统908通常包括海量存储器，这些存储器包括用于储存程序执行期间的指令及数据的主随机存取存储器(RAM)914，及储存固定指令于其中的只读存储器(ROM)916。
文件存储子系统910提供用于程序及数据文件的持续(非挥发性)存储，且通常包括至少一个硬盘驱动器及至少一个磁盘驱动器(具有相关的抽取式媒介)。也可存在其它装置，诸如CD-ROM驱动器及光学驱动器(皆具有其相关的可移动媒介)。另外，系统可包括具有可移动媒介盒类型的驱动器。这些驱动器的一个或多个可定位于远程位置，诸如，局域网络上的服务器中或因特网的万维网上的网站。
在本文中，通用地使用术语“总线子系统”以便包括任何机构，该机构如所欲使各种部件与子系统相互通讯。除输入装置及显示器外，其它部件不必在同一物理位置。因此，例如，文件存储系统的部分可通过各种区域或广域网络媒介(包括电话线)连接。总线子系统904示意地展示为单个总线，但典型系统具有许多总线，诸如，局部总线及一个或多个扩展总线(例如，ADB、SCSI、ISA、EISA、MCA、NuBus或PCI)；以及串行及并行端口。
由于已在上文论述，此处将省略图12的剩余项目的论述，这些项目诸如工件平台918、扫描仪920、成像装置922及其它各种各样的激光划线装置924部件。
额外特征结构
在许多实施例中，激光划线系统包括一个或多个额外特征结构。例如排气罩或其它排气装置可经定位以从工件抽出烧蚀的材料。在许多实施例中，存在至少一个用于每个工件的排气件。在许多实施例中，欲划线的层位于与扫描组件相对的工件侧面上，以使得激光束通过基板以划线这些层，因而使材料从表面烧蚀切除，在该表面处，该材料可通过排气系统抽出。
与当前揭示的激光划线工具架构及方法一起使用的额外装置、设备、系统及方法描述于让渡予Applied Materials，Inc.的许多专利申请中，所述这些申请案包括(例如)2009年4月10日申请的发明名称为“LASER SCRIBING PLATFORM AND HYBRID WRITING STRATEGY”的美国专利申请12/422,189；2009年4月10日申请的发明名称为“LASER-SCRIBING PLATFORM”的美国专利申请12/422,200；2009年4月10日申请的发明名称为“LASER SCRIBE INSPECTION METHODS AND SYSTEMS”的美国专利申请12/422,224；2009年4月10日申请的发明名称为“DYNAMIC SCRIBE ALIGNMENT FOR LASER SCRIBING，WELDING OR ANY PATTERNING SYSTEM”的美国专利申请案第12/422,208号；2009年4月27日申请的发明名称为“DEBRIS EXTRACTION EXHAUST SYSTEM”的美国专利申请12/430,249；及2009年4月27日申请的发明名称为“IN-SITU MONITORING FOR LASER ABLATION”的美国专利申请12/430,345；其全部揭示内容以引用的方式并入本文。
应了解，本文所述的实例及实施例出于说明目的，且将暗示熟习该项技术者根据这些实例及实施例的各种修改或变化，这些修改或变化欲包括在本申请的精神及权限内及所附权利要求的范畴内。许多不同组合为可能的，且这些组合欲视为本发明的部分。

Claims (15)

1.一种用于激光划线包括实质平坦表面的工件的设备，所述设备包括：
框架；
第一夹具，耦接所述框架，所述第一夹具被配置为用于啮合所述工件的第一部分；
第二夹具，耦接所述框架，所述第二夹具被配置为用于啮合所述工件的第二部分，其中当所述工件由所述第一夹具及所述第二夹具啮合时，所述平坦表面实质上垂直定向；
激光，可操作以产生能够从所述工件的至少一部分移除材料的输出；以及
扫描装置，耦接所述激光及所述框架，所述扫描装置可操作以控制来自所述激光的输出相对于所述工件的位置。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述第一夹具及所述第二夹具可相对于所述框架水平平移。
3.如权利要求2所述的设备，包括：
第三夹具，耦接所述框架，所述第三夹具被配置为沿着第二工件的第一侧面啮合所述第二工件；以及
第四夹具，耦接所述框架，所述第四夹具被配置为沿着第二工件的第二侧面啮合所述第二工件，其中
当所述第二工件由所述第三夹具及所述第四夹具啮合时，所述第二工件的平坦表面实质上垂直定向，并且
所述第三夹具及所述第四夹具可相对于所述框架水平平移。
4.如权利要求3所述的设备，其中所述第二工件可在所述工件划线的同时被加载。
5.如权利要求4所述的设备，其中所述工件的行进路径与所述第二工件的行进路径偏移。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述扫描装置可水平平移以便调整所述工件与所述第二工件的所述这些行进路径之间的偏移。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述扫描装置可相对于所述工件垂直平移。
8.如权利要求1所述的设备，所述设备包括光缆，用于将所述激光与所述扫描装置耦接。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述工件包括基板及用于形成太阳能电池至少一层，且所述激光能够从所述至少一层中移除材料。
10.一种用于激光划线包括实质平坦表面的工件的系统，所述系统包括：
框架；
第一夹具，耦接所述框架，所述第一夹具被配置为用于啮合所述工件的第一部分；
第二夹具，耦接所述框架，所述第二夹具被配置为用于啮合所述工件的第二部分，其中当所述工件由所述第一夹具及所述第二夹具啮合时，所述平坦表面实质上垂直定向；
激光，可操作以产生能够从所述工件的至少一部分移除材料的输出；
扫描装置，耦接所述激光及所述框架，所述扫描装置可操作以控制来自所述激光的输出相对于所述工件的位置；以及
控制装置，耦接所述激光及所述扫描装置，所述控制装置包括处理器及机器可读媒介，所述机器可读媒介包括指令，当由所述处理器执行所述指令时，所述指令引起所述系统对准所述激光输出以便在所述工件上形成预定特征结构图案。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述扫描装置可相对于所述工件垂直平移。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述第一夹具及所述第二夹具可相对于所述框架水平平移。
13.一种用于激光划线包括实质平坦表面的工件的方法，所述方法包括以下步骤：
支撑所述工件以便所述平坦表面实质上垂直定向；
在所述经支撑工件与划线光学组件之间产生相对平移，所述相对平移包括垂直分量；并且
在所述相对平移期间，用所述划线光学组件导向来自激光的输出以在所述工件上形成激光划线特征结构。
14.如权利要求13所述的方法，其中：
所述工件由啮合所述工件的第一部分的第一夹具及由啮合所述工件的第二部分的第二夹具来支撑，而所述第一夹具及所述第二夹具耦接框架且被配置为可相对于所述框架水平平移；
所述划线光学组件耦接所述框架；并且
所述工件在所述激光划线特征结构形成的至少一部分期间相对于所述框架水平平移。
15.如权利要求14所述的方法，其进一步包括安装第二工件以便所述第二工件在激光划线特征结构形成的至少一部分期间由所述框架来支撑。
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