CN108526696A - 一种利用激光对硅棒进行打码标识的方法及设备 - Google Patents

一种利用激光对硅棒进行打码标识的方法及设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用激光对硅棒进行打码标识的方法及设备，所述设备包括：标记系统，用于设置打标参数，并将硅棒数字编码生成刻线编码；激光器，用于提供激光光束；电气控制部，用于控制激光光束的输出方式；准直镜，用于将激光器发出的激光光束准直成平行激光光束；扩束镜，反向安装，用于缩小准直后的平行激光光束，增大激光光斑；光学聚焦镜，用于将经反向安装的所述扩束镜缩小后的激光光束，均匀聚焦至待打码的硅棒表面；以及工作平台，用于带动硅棒移动进行激光光束定位，对硅棒进行打码标识。本发明可以实现硅片独立编码，能够有效提高编码效率和减少污染，极大地拓展了激光加工的应用领域和范围。

Description

一种利用激光对硅棒进行打码标识的方法及设备
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种利用激光对硅棒进行打码标识的方法及设备。
背景技术
由于硅棒(硅单晶棒)的整体性会随着硅棒的一头到另一头而变化，因此对产品进行编码追溯就变得尤为重要，对硅棒进行刻线编码，这样当硅晶棒被切割成硅片后，就能追溯知道硅片在硅晶棒的正确位置，此刻线编码是统一的，用来识别硅片并能知道他的来源.编码能表明该硅片从哪一单晶棒的什么位置切割下来。编号需要足够深，刻线也需要足够宽，从而到最终硅片抛光后仍能保持和识别。传统的机械和化学方法对硅棒刻线编码方式效率低，污染大。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用激光对硅棒进行打码标识的方法及设备，从而克服传统的机械和化学方法对硅棒刻线编码方式效率低，污染大的问题。
本发明的技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种利用激光对硅棒进行打码标识的设备，其包括：
标记系统，用于设置打标参数，并将硅棒数字编码生成刻线编码；
激光器，用于提供激光光束；
电气控制部，用于控制激光光束的输出方式；
准直镜，用于将激光器发出的激光光束准直成平行激光光束；
扩束镜，反向安装，用于缩小准直后的平行激光光束，增大激光光斑；
光学聚焦镜，用于将经反向安装的所述扩束镜缩小后的激光光束，均匀聚焦至待打码的硅棒表面；以及
工作平台，用于带动硅棒移动进行激光光束定位，对硅棒进行打码标识。
所述的利用激光对硅棒进行打码标识的设备，其中，所述设备还包括：用于带动所述光学聚焦镜运动进行激光光束定位的运动机构。
所述的利用激光对硅棒进行打码标识的设备，其中，所述运动机构包括：用于带动所述光学聚焦镜沿竖直方向运动的Z运动轴，用于带动Z运动轴沿水平方向运动的第一X运动轴；所述扩束镜和所述准直透镜安装在所述Z运动轴上。
所述的利用激光对硅棒进行打码标识的设备，其中，所述工作平台包括：用于固定硅棒的治具，以及用于带动所述治具沿水平方向运动的第二X运动轴。
所述的利用激光对硅棒进行打码标识的设备，其中，所述激光器为红外光纤激光器，激光输出功率为50～100W。
所述的利用激光对硅棒进行打码标识的设备，其中，所述激光器的激光脉冲波长为1055～1075nm。
所述的利用激光对硅棒进行打码标识的设备，其中，所述激光器的激光脉宽为180～300ns。
所述的利用激光对硅棒进行打码标识的设备，其中，所述扩束镜为可调倍数的扩束镜。
所述的利用激光对硅棒进行打码标识的设备，其中，所述光学聚焦镜为全石英的镜头，且镜头的焦距为160～210mm。
另一方面，本发明还提供了一种基于以上所述的设备的利用激光对硅棒进行打码标识的方法，其中，包括步骤：
通过标记系统设置打标参数，并将输入的硅棒数字编码生成刻线编码；
控制激光器发射激光光束，经准直镜准直后，通过反向安装的扩束镜将激光光束缩小，增大激光光斑；然后通过光学聚焦镜将激光光束均匀聚焦至待打码的硅棒表面；
通过工作平台移动硅棒进行激光光束定位，根据生成的刻线编码完成对硅棒的打码标识。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种利用激光对硅棒进行打码标识的方法及设备，本发明可以实现硅片独立编码，采用激光对硅单晶棒进行刻线编码可以有效解决使用机械和化学对硅棒刻线编码方式效率低，污染大的问题，采用本发明所述方法和设备，可以有效提高编码效率和减少污染，极大地拓展了激光加工的应用领域和范围。
附图说明
图1是本发明实施例利用激光对硅棒进行打码标识的设备结构示意图。
图2为本发明实施例利用激光对硅棒进行打码标识的方法的流程图。
图3为本发明实施例利用激光对硅棒进行打码标识得到的刻线编码放大效果图。
具体实施方式
本发明提供一种利用激光对硅棒进行打码标识的方法及设备，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的利用激光对硅棒进行打码标识的设备，如图1所示，包括：标记系统1、电气控制部2、激光器3、准直镜4、扩束镜5、光学聚焦镜6、以及工作平台。其中，所述标记系统1用于设置打标参数，并将硅棒数字编码生成刻线编码，其主要包括打标软件，具体用于打标图层和打标参数进行设置，另外实现输入硅棒数字编码，软件自动生成刻线编码；所述电气控制部2用于控制激光光束的输出方式；所述激光器3用于提供激光光束(光源)；所述准直镜4用于将激光器发出的激光光束准直成平行激光光束；所述扩束镜5，反向安装，用于缩小准直后的平行激光光束，增大激光光斑；所述光学聚焦镜6用于将经反向安装的所述扩束镜缩小后的激光光束，均匀聚焦至待打码的硅棒表面；所述工作平台用于带动硅棒移动进行激光光束9定位，对硅棒进行打码标识。
进一步的，本实施例中，如图1所示，所述设备还包括：用于带动所述光学聚焦镜6运动进行激光光束定位的运动机构。其中，所述运动机构包括：用于带动所述光学聚焦镜6沿竖直方向运动的Z运动轴81，用于带动Z运动轴81沿水平方向运动的第一X运动轴82；所述扩束镜5和所述准直透镜4安装在所述Z运动轴81上。所述工作平台具体包括：用于固定硅棒的治具71，以及用于带动所述治具71沿水平方向运动的第二X运动轴72。
进一步的，本发明创造性的将现有打标设备的XY偏转振镜取消。硅棒产品最大长度有650mm，且由于硅棒刻线编码的刻线的深度和宽度都有严格的要求标准，并且刻线效果一致性要好，如果采用传统的X-Y偏转振镜的方式进行刻线编码，由于目前没有打标范围650*650mm的聚焦场镜，会导致打标范围不够；此外打标范围过大，会出现打标中间能量强，边缘四周能量弱的情况，会导致刻线编码效果不一致；另外聚焦场镜越大，激光的聚焦光斑越大，同时激光的能量密度也会越小，会导致刻线编码的线宽和深度无法满足客户的需求。传统的打标刻线方式是加工物体不动，通过X-Y振镜偏转激光束来实现对物体的定位加工。本发明反其道而行，创造性的通过增加一个二维伺服的工作平台用来替代X-Y振镜偏转功能，采用激光束不动，通过工作平台移动加工物体来实现激光束定位加工，从而解决了现有的打标设备无法用于进行硅棒的刻线编码的问题。
进一步的，本实施例中，所述激光器优选为红外光纤激光器，激光输出功率为50～100W，激光功率不低于50W，可以使刻线深度达到要求。激光脉冲波长为1055～1075nm，激光脉宽为180～300ns。例如，激光输出功率可以为50W，激光波长可以为1064nm，脉宽可以为200ns。
进一步的，传统的扩束镜都是正向组装使用，用来扩展激光束，是为了得到更小的光斑和更高的能量密度。激光的束腰半径和发散角的乘积是一个定值，束腰半径增加，则发散角减小，达到准直的作用，经过一个N倍的扩束镜以后，激光光束的发散角缩小为原来的N分之一，经过场镜聚焦得到的光斑就越小，能量就更强。而本实施例中，反其道而行，是将扩束镜进行反装，并且优选反向装上一个可调倍率的扩束镜。本发明把扩束镜反向组装使用，用于将激光源发出的光束缩小，增大光束发散角，从而获得更大的激光光斑，从而达到要求的刻线编码线宽。在不加扩束镜的情况下，使用160镜头聚焦的光斑尺寸只有0.035mm左右，本发明创造性的通过反向组装扩束镜，可以获取更大的光斑，能够单线刻出0.11mm的线宽，优选的，再配合使用50W以上的激光器光源，能够获取合适的光斑尺寸大小和激光光束能量密度。
进一步的，本实施例中，所述光学聚焦镜为全石英的镜头，且镜头的焦距(F)为160～210mm。本发明采用全石英镜头，耐热性强，热变形小，能更好的保证刻线编码效果的一致性。本发明将原来用的普通镜头更换为全石英的镜头，例如F160、F167、F210等镜头，其中，F167远心镜头测试效果很好，但成本较高，而F160价格适中，性能也较好，因此优选全石英的160镜头。普通160镜头长时间受热后会产生焦距偏移，导致刻线效果不均匀，无法满足实际要求，而F100和F80的镜头工作焦距太短，刻线产生的火花极易损伤镜头本身；而大于F210以上的镜头，则由于工作焦距太长，能量密度不够，也无法满足实际需求。
进一步的，基于以上所述的设备，本发明实施例还提供了一种利用激光对硅棒进行打码标识的方法，如图2所示，包括：
步骤S100、通过标记系统设置打标参数，并将输入的硅棒数字编码生成刻线编码；
步骤S200、控制激光器发射激光光束，经准直镜准直后，通过反向安装的扩束镜将激光光束缩小，增大激光光斑；然后通过光学聚焦镜将激光光束均匀聚焦至待打码的硅棒表面；
步骤S300、通过工作平台移动硅棒进行激光光束定位，根据生成的刻线编码完成对硅棒的打码标识。
进一步的，本实施例中，所述步骤S200之前还包括：用治具固定硅棒，然后调整好激光焦距。基于本发明设备上以二维伺服的工作平台代替X-Y振镜的改进，本发明的刻线编码加工速度是由工作平台的移动决定，而不是由之前的X-Y振镜偏转速度决定，因此在参数设置上，打标速度无需设置，只需要设置好工作平台的移动速度即可。
本发明利用激光对硅棒进行打码标识的方法，也即是利用激光对硅单晶棒侧面进行打码标识，可以对硅片实现独立编码，采用本发明方法得到的刻线编码效果如图3所示。具体实施时，可以先组装调试好设备，使设备正常运行；然后生成刻线编码图档，并设置好参数；再将待打码的硅棒放在工作平台上的夹具上；之后调整好激光焦距；最后控制激光器发射激光光束开始加工，通过工作平台移动硅棒进行激光光束定位，根据生成的刻线编码完成对硅棒的打码标识。
本发明可以对硅片实现独立编码，采用激光对硅单晶棒进行刻线编码可以有效的解决使用机械和化学对硅棒刻线编码方式效率低，污染大的问题，采用激光对硅棒刻线编码，可以有效的提高编码效率和减少污染，极大地拓展了激光加工的应用领域和范围。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用激光对硅棒进行打码标识的设备，其特征在于，包括：
标记系统，用于设置打标参数，并将硅棒数字编码生成刻线编码；
激光器，用于提供激光光束；
电气控制部，用于控制激光光束的输出方式；
准直镜，用于将激光器发出的激光光束准直成平行激光光束；
扩束镜，反向安装，用于缩小准直后的平行激光光束，增大激光光斑；
光学聚焦镜，用于将经反向安装的所述扩束镜缩小后的激光光束，均匀聚焦至待打码的硅棒表面；以及
工作平台，用于带动硅棒移动进行激光光束定位，对硅棒进行打码标识。
2.根据权利要求1所述的利用激光对硅棒进行打码标识的设备，其特征在于，所述设备还包括：用于带动所述光学聚焦镜运动进行激光光束定位的运动机构。
3.根据权利要求2所述的利用激光对硅棒进行打码标识的设备，其特征在于，所述运动机构包括：用于带动所述光学聚焦镜沿竖直方向运动的Z运动轴，用于带动Z运动轴沿水平方向运动的第一X运动轴；所述扩束镜和所述准直透镜安装在所述Z运动轴上。
4.根据权利要求1所述的利用激光对硅棒进行打码标识的设备，其特征在于，所述工作平台包括：用于固定硅棒的治具，以及用于带动所述治具沿水平方向运动的第二X运动轴。
5.根据权利要求1所述的利用激光对硅棒进行打码标识的设备，其特征在于，所述激光器为红外光纤激光器，激光输出功率为50～100W。
6.根据权利要求5所述的利用激光对硅棒进行打码标识的设备，其特征在于，所述激光器的激光脉冲波长为1055～1075nm。
7.根据权利要求6所述的利用激光对硅棒进行打码标识的设备，其特征在于，所述激光器的激光脉宽为180～300ns。
8.根据权利要求1所述的利用激光对硅棒进行打码标识的设备，其特征在于，所述扩束镜为可调倍数的扩束镜。
9.根据权利要求1所述的利用激光对硅棒进行打码标识的设备，其特征在于，所述光学聚焦镜为全石英的镜头，且镜头的焦距为160～210mm。
10.一种基于权利要求1所述的设备的利用激光对硅棒进行打码标识的方法，其特征在于，包括步骤：
通过标记系统设置打标参数，并将输入的硅棒数字编码生成刻线编码；
控制激光器发射激光光束，经准直镜准直后，通过反向安装的扩束镜将激光光束缩小，增大激光光斑；然后通过光学聚焦镜将激光光束均匀聚焦至待打码的硅棒表面；
通过工作平台移动硅棒进行激光光束定位，根据生成的刻线编码完成对硅棒的打码标识。
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