CN103111757A - 一种多焦点激光加工系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多焦点激光加工系统，包括两个或者两个以上依次串联在光路上的光学元件组合以及聚焦镜；入射光束经过两个或者两个以上依次串联在光路上的光学元件组合后再经所述聚焦镜聚焦于作用于待加工工件上的聚焦光束的光轴上的焦点；所述光学元件组合包括分光镜以及凸面镜；入射光束经所述分光镜反射得到进入下一组光学元件组合的第一入射光束；入射光束经所述分光镜透射得到光束经所述凸面镜反射且再经所述分光镜透射得到进入下一组光学元件组合的第二入射光束。应用本发明的技术方案，入射光束通过多焦点激光加工系统后形成多个焦点，焦点的数量为4的倍数，提高加工速度和提高产品质量。

Description

一种多焦点激光加工系统

技术领域

本发明涉及激光领域，公开了一种用于LED晶圆、陶瓷、硅片、玻璃等透明材质的多焦点激光加工系统。

背景技术

激光切割技术现已成为一种成熟的工业加工技术，除开传统的以金属作为切割的主要对象外，例如LED晶圆、陶瓷、硅片以及玻璃等为切割对象的切割技术成为新兴的研究方向。

在研究的过程中我们发现，LED晶圆等透明材质为切割对象的激光切割技术在原理上不同于传统技术的激光切割，它们的激光切割是一种预切割方式，由于这些材料是通过晶粒结晶形成的，激光焦点的端点脉冲能量会打乱晶粒内部之间的结构，在晶粒之间形成缺陷，激光切割的本身并不分离被切割的工件，需要后期通过振动的方式进行裂片，使被切割的工件沿着切割时产生的缺陷裂开，从而导致LED晶圆沿着激光扫描方向开裂，最终完成切割，这个切割方式也被称之为缺陷切割。

激光切割方法常规采用如二氧化碳型或者YAG型激光加工器发出的激光束，该激光束被光学元件——通常是具有给定焦距的透镜或反射镜——聚焦到待切割工件上。

这些透镜都是为了将激光束集中在直径最小的单一焦点处，而在实际的激光切割加工中，特别是LED晶圆等高吸收率材质的切割加工中，单个焦点形成的缺陷有限，仅对小于150微米厚的LED晶圆可完成缺陷切割，当对大于150微米的LED晶圆进行切割时，通常使用的方式是对同一位置进行2次或更多次数的切割，每次切割的区别是让焦点逐次沿光轴方向变化来达到目的，这样大大降低了激光设备的效率。在实际应用中，因激光焦点光斑尺寸在几微米到几十微米之间，设备的机械精度在多次的切割中很难保证每次的缺陷位于材料相同横切面位置，通常在后期裂片过程中，会导致横向裂纹甚至整个工件损坏。这就很难保证成品率及好的切割工艺质量，导致形成废品或次品。

发明内容

本发明提供一种多焦点激光加工系统，具有提高加工速度和提高产品质量的技术效果。

为了达到以上技术效果，本发明的技术方案如下：

    一种多焦点激光加工系统，包括两个或者两个以上依次串联在光路上的光学元件组合以及聚焦镜；

入射光束经过两个或者两个以上依次串联在光路上的光学元件组合后再经所述聚焦镜聚焦于作用于待加工工件上的聚焦光束的光轴上；

所述光学元件组合包括分光镜以及凸面镜；

入射光束经所述分光镜反射得到进入下一组光学元件组合的第一入射光束；

入射光束经所述分光镜透射得到光束经所述凸面镜反射且再经所述分光镜透射得到进入下一组光学元件组合的第二入射光束。

为了达到更好的技术效果，所述光学元件组合还包括波片；所述波片设置在所述分光镜的入射光的光路上；所述波片与控制其旋转的旋转装置连接。

优选的，所述凸面镜的曲率半径小于等于100米。

优选的，所述聚焦镜的焦距大于等于1毫米小于等于100毫米。

应用本发明的技术方案，具有以下技术效果：（1）入射光束依次经过包括两个或者两个以上依次串联在光路上的光学元件组合以及聚焦镜后，形成具有多个焦点的聚焦系统，提高加工速度和提高产品质量；（2）所述波片与控制其旋转的旋转装置连接，控制装置控制波片的旋转角度，从而在激光束总功率不变的情况下改变多个焦点之间的激光功率，适应不同需求的加工；（3）所述凸面镜可根据不同的需求选择不同的曲率半径，从而改变各焦点之间的距离,应用性广泛。

附图说明

图1本发明四焦点激光加工系统的整体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明的技术方案，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明的技术方案，但并不作为对本发明的限定。

本发明中四焦点激光加工系统包括两个依次串联在光路上的光学元件组合21以及聚焦镜22，所述光学元件组合21包括波片210、分光镜211以及凸面镜212。

本发明中四焦点激光加工系统的详细光路图如图1所示：

第一部分：入射光束5经过光学元件组合21：

入射光束5经过所述波片210得到第一光束11。

所述第一光束11经所述分光镜211反射得到第二光束12，所述第二光束12作为进入下一光学元件组合21的第一入射光束。

所述第一光束11经过所述分光镜211透射得到第三光束13，所述第三光束13经所述凸面镜212反射且再经所述分光镜211透射得到第四光束14，所述第四光束14作为进入下一光学元件组合21的第二入射光束。

第二部分：第一入射光束以及第二入射光束经过光学元件组合21，得到第五光束15、第六光束16、第七光束17以及第八光束18，光传输的原理同入射光束5经过光学元件组合21得到第二光束12以及第四光束14的原理。

第三部分：聚焦：

所述第五光束15经过所述聚焦镜22聚焦得到作用于待加工工件4上聚焦光束光轴上的第一焦点31，所述第一焦点31距离所述聚焦镜22中心的距离为DF1。

所述第六光束16经过所述聚焦镜22聚焦得到作用于待加工工件4上聚焦光束光轴上的第二焦点32，所述第二焦点32距离所述聚焦镜22中心的距离为DF2。

所述第七光束17经过所述聚焦镜22聚焦得到作用于待加工工件4上聚焦光束光轴上的第三焦点33，所述第三焦点33距离所述聚焦镜22中心的距离为DF3。

所述第八光束18经过所述聚焦镜22聚焦得到作用于待加工工件4上聚焦光束光轴上的第四焦点34，所述第四焦点34距离所述聚焦镜22中心的距离为DF4。

所述第一焦点31、第二焦点32、第三焦点33以及第四焦点34在待加工工件4上产生的光斑的尺寸均大于等于1微米小于等于100微米，且各光斑之间的距离大于等于1微米小于等于100微米。

所述凸面镜212的曲率半径小于等于100米，可以根据实际需求选择不同曲率半径的凸面镜，从而达到改变所述第一焦点31、第二焦点32、第三焦点33以及第四焦点34相互间的距离。

所述聚焦镜22的焦距大于等于1毫米小于等于100毫米。

所述待加工工件4的厚度大于等于50微米。

所述波片210与控制其旋转的旋转装置（未图示）连接，所述旋转装置（未图示）通过控制波片210的旋转角度来改变第一焦点31、第二焦点32、第三焦点33以及第四焦点34相互间激光的功率，激光束的总功率不变，适应不同需求的激光加工中。

本发明的多焦点激光加工系统尤其是对于厚度大于等于150微米之间的LED晶圆、陶瓷、硅片、玻璃等透明材质切割效果好，采用本发明四焦点激光加工系统进行加工时，在待加工工件4的横截面上形成第一焦点31、第二焦点32、第三焦点33以及第四焦点34，在这四个点功率密度最高，由于这些材料是通过晶粒结晶形成的，激光焦点的端点脉冲能量会打断乱晶粒内部之间的结构，在晶粒之间形成缺陷，激光切割的本身并不分离被切割的待加工工件4，需要后期通过振动的方式进行裂片，使被切割的待加工工件4沿着切割时产生的缺陷裂开，从而导致待加工工件4圆沿着激光扫描方向开裂，最终完成切割。

本发明的技术方案中，采用两个依次串联在光路上的光学元件组合21，能得到4个焦点，采用三个依次串联在光路上的光学元件组合21，能得到8个焦点，以此类推，可以满足不同的需求，适用性广泛。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种多焦点激光加工系统，其特征在于：包括两个或者两个以上依次串联在光路上的光学元件组合（21）以及聚焦镜（22）；

入射光束（5）经过两个或者两个以上依次串联在光路上的光学元件组合（21）后再经所述聚焦镜（22）聚焦于作用于待加工工件（4）上的聚焦光束的光轴上的焦点；

所述光学元件组合（21）包括分光镜（211）以及凸面镜（212），

入射光束（5）经所述分光镜（211）反射得到进入下一组光学元件组合（21）的第一入射光束（12）；

入射光束（5）经所述分光镜（211）透射得到光束经所述凸面镜（212）反射且再经所述分光镜（211）透射得到进入下一组光学元件组合（21）的第二入射光束（14）。

2.根据权利要求1所述的多焦点激光加工系统，其特征在于：所述光学元件组合（21）还包括波片（210）；

所述波片（210）设置在所述分光镜（211）的入射光的光路上； 

所述波片（210）与控制其旋转的旋转装置连接。

3.根据权利要求1或2所述的多焦点激光加工系统，其特征在于：所述凸面镜（212）的曲率半径小于等于100米。

4.根据权利要求1或2所述的多焦点激光加工系统，其特征在于：所述聚焦镜（22）的焦距大于等于1毫米小于等于100毫米。

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