CN111014948B - 双焦点激光加工系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光加工领域，尤其是指一种双焦点激光加工系统及方法，包括激光器；第一分光模块，将激光器发出的激光分成两路；第一光路模组，接收第一分光模块的激光；第二分光模块，将第一分光模块的激光分成两路；第二光路模组，接收第二分光模块的激光；第一合光模组，将第一和第二光路模组的激光合束聚焦；第三分光模块，将第二分光模块的激光分成两路；第三光路模组，接收第三分光模块的激光；第四分光模块，将第三分光模块的激光分成两路；第四光路模组，接收第四分光模块的激光；第二合光模组，将第三和第四光路模组的激光合束聚焦；光挡块，接收第四分光模块的激光。通过将激光分光再合束聚焦到产品上，提高了激光的能量利用率。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工领域，尤其是指一种双焦点激光加工系统及方法。
背景技术
LED以其节能环保、高效低能耗的特点被广泛应用于国民生活的众多领域。目前通常采用激光对LED晶圆进行加工，现有的激光器的出光频率可以达到几百KHz，但在实际加工中能被利用到的只有几十KHz，大多数能量都被没有被利用到。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种双焦点激光加工系统及方法，提高了LED晶圆激光加工的能量利用率。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
第一方面，提供了一种双焦点激光加工系统，包括：激光器，用于发出激光；第一分光模块，其设置在所述激光器后端，以将入射激光分成两路；第一光路模组，其设置在所述第一分光模块后端；第二分光模块，其设置在所述第一分光模块后端，以将入射激光分成两路；第二光路模组，其设置在所述第二分光模块后端；第一合光模组，其设置在所述第二光路模组后端，以将所述第一光路模组及第二光路模组的入射激光合束后聚焦到第一加工位的产品上；第三分光模块，其设置在所述第二分光模块后端，以将入射激光分成两路；第三光路模组，其设置在所述第三分光模块后端；第四分光模块，其设置在所述第三分光模块后端，以将入射激光分成两路；第四光路模组，其设置在所述第四分光模块后端；第二合光模组，其设置在所述第四光路模组后端，以将所述第三光路模组及第四光路模组的入射激光合束后聚焦到第二加工位的产品上；光挡块，其设置在所述第四分光模块后端。
第二方面，提供了一种双焦点激光加工方法，所述双焦点激光加工方法应用于如上所述的双焦点激光加工系统，该方法包括如下步骤：
带动加工位上的产品移动；
将激光器生成的较高重复频率的激光分成较低重复频率的激光；
将所述较低重复频率的激光合束再聚焦到产品上。
本发明通过第一至第四分光模块将激光器发出的较高重复频率的激光分成四束较低重复频率的激光分别进入第一至第四光路模组，第一光路模组及第二光路模组的入射激光经第一合光模组合束并聚焦到第一加工位的产品上，第三光路模组及第四光路模组的入射激光经第二合光模组合束并聚焦到第二加工位的产品上，提高了激光的能量利用率。
附图说明
下面结合附图详述本发明的具体结构
图1为本发明实施例提供的双焦点激光加工系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的p偏振脉冲按电光调制元件外加电压时序分光示意图；
图3为本发明实施例提供的LED晶圆加工示意图；
图4为本发明实施例提供的双焦点激光加工方法的流程框图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
以下实施例以产品为150μm厚的LED晶圆的激光加工进行说明。
参见图1，图1为本发明实施例提供的一种双焦点激光加工系统的结构示意图，包括：
激光器100，用于发出激光；
第一分光模块110，其设置在所述激光器100后端，以将所述激光器100的入射激光分成两路；
第一光路模组210，其设置在所述第一分光模块110后端，以接收第一分光模块110的一路入射激光；
第二分光模块120，其设置在所述第一分光模块110后端，以接收第一分光模块110的另一路入射激光并将其分成两路；
第二光路模组220，其设置在所述第二分光模块120后端，以接收第二分光模块120的一路入射激光；
第一合光模组320，其设置在所述第二光路模组220后端，以将所述第一光路模组210及第二光路模组220的入射激光合束后聚焦到第一加工位的产品上；
第三分光模块130，其设置在所述第二分光模块120后端，以接收第二分光模块120的另一路入射激光并将其分成两路；
第三光路模组230，其设置在所述第三分光模块130后端，以接收第三分光模块130的一路入射激光；
第四分光模块140，其设置在所述第三分光模块130后端，以接收第三分光模块130的另一路入射激光并将其分成两路；
第四光路模组240，其设置在所述第四分光模块140后端，以接收第四分光模块140的一路入射激光；
第二合光模组340，其设置在所述第四光路模组240后端，以将所述第三光路模组230及第四光路模组240的入射激光合束后聚焦到第二加工位的产品上；
光挡块150，其设置在所述第四分光模块140后端，以接收第四分光模块140的另一路入射激光。
本发明通过第一至第四分光模块将激光器发出的较高重复频率的激光分成四束较低重复频率的激光分别进入第一至第四光路模组，第一光路模组210及第二光路模组220的入射激光经第一合光模组320合束并聚焦到第一加工位的产品上，第三光路模组230及第四光路模组240的入射激光经第二合光模组340合束并聚焦到第二加工位的产品上，提高了激光的能量利用率。
其中，所述第一分光模块110包括依次设置的第一电光调制元件112及第一偏振分光元件114，所述第一偏振分光元件114设置在所述第一光路模组210前端；所述第二分光模块120包括依次设置的第二电光调制元件122及第二偏振分光元件124，所述第二偏振分光元件124设置在所述第二光路模组220前端；所述第三分光模块130包括依次设置的第三电光调制元件132及第三偏振分光元件134，所述第三偏振分光元件134设置在所述第三光路模组230前端；所述第四分光模块140包括依次设置的第四电光调制元件142及第四偏振分光元件144，所述第四偏振分光元件144设置在所述第四光路模组240前端。
需要说明的是，所述第一电光调制元件112、第二电光调制元件122、第三电光调制元件132及第四电光调制元件142均可以是普克尔盒，且在设置为外加λ/2波电压时，对入射激光的偏振态偏转90°，在施加电压为零时，不改变入射激光的偏振态，在施加电压为0到λ/2波电压之间任意值时，转变为椭圆偏振光。
参见图2，图2为本发明实施例提供的p偏振脉冲按电光调制元件外加电压时序分光示意图。本实施例中激光器100发出的激光为p偏振脉冲102，激光重复频率为200KHz。
t1时刻，激光器100发出的p偏振脉冲102入射到第一分光模块110，第一电光调制元件112设置外加电压V1，当V1设置为小于等于λ/2波电压且大于0时，则通过第一分光模块110的脉冲一部分反射进入第一光路模组210，一部分透射进入第二分光模块120。设置第二电光调制元件122、第三电光调制元件132、第四电光调制元件142外加电压为0，则透射的部分被光挡块150吸收掉。
t2时刻，第一电光调制元件112设置外加电压为0，第二电光调制元件122设置外加电压V2，V2设置为小于等于λ/2波电压且大于0，则通过第二分光模块120的脉冲一部分反射进入第二光路模组220，一部分透射进入第三分光模块130，设置第三电光调制元件132、第四电光调制元件142外加电压为0，则透射的部分被光挡块150吸收掉。
t3时刻，第一电光调制元件112、第二电光调制元件122设置外加电压为0，第三电光调制元件132设置外加电压V3，V3设置为小于等于λ/2波电压且大于0，则通过第三分光模块130的脉冲一部分反射进入第三光路模组230，一部分透射进入第四分光模块140，设置第四电光调制元件142外加电压为0，则透射的部分被光挡块150吸收掉。
t4时刻，第一电光调制元件112、第二电光调制元件122、第三电光调制元件132设置外加电压为0，第四电光调制元件142设置外加电压V4，V4设置为小于等于λ/2波电压且大于0，则通过第四分光模块140的脉冲一部分反射进入第四光路模组240，一部分透射被光挡块150吸收掉。
依次类推，激光器发出的重复频率为200KHz的p偏振脉冲被分成了四个重复频率为50KHz的脉冲，四个50KHz的脉冲分别进入第一光路模组210、第二光路模组220、第三光路模组230及第四光路模组240，且每个光路模组的单脉冲能量可以根据用户需要通过对应的电光调制元件的外加电压来调节。
具体的，所述第一偏振分光元件114、第二偏振分光元件124、第三偏振分光元件134及第四偏振分光元件144可以是偏振分光棱镜，根据偏振态选择光束透射或者反射。
在上述实施例中，第一光路模组可包括依次设置的第一变焦模块212、第一像差校正模块214和第一反射镜216，第二光路模组可包括依次设置的第二变焦模块222、第二像差校正模块224和第一半波片226，第三光路模组可包括依次设置的第三变焦模块232、第三像差校正模块234和第二反射镜236，第四光路模组可包括依次设置的第四变焦模块242、第四像差校正模块244和第二半波片246。所述各像差校正模块可用于补偿空气和产品折射率不同而引入的像差。
可选的，所述第一至第四变焦模块均为三镜片结构，各变焦模块包括依次固定放置的第一镜片、第二镜片，以及连接在运动机构上的第三镜片。用户可以根据需求调整各镜片之间的相对距离以调整产品加工位置的深度，以改善产品的切割效果。
可选的，所述各像差校正模块可为衍射光学元件或折射光学元件或空间光调制元件。
进一步的，所述第一合光模组320包括第一合束器322及第一聚焦单元324，通过第一光路模组210和第二光路模组220的入射激光经第一合束器322合束后，再经第一聚焦单元324聚焦到第一加工位的产品上。所述第二合光模组340包括第二合束器342及第二聚焦单元344，通过第三光路模组230和第四光路模组240的入射激光经第二合束器342合束后，再经第二聚焦单元344聚焦到第二加工位的产品上。
参见图3，图3为本发明实施例提供的LED晶圆加工示意图。在一个示例性的实施例中，第一加工位的LED晶圆及第二加工位的另一LED晶圆跟随治具移动，激光器发出激光，通过第一光路模组的激光聚焦在LED晶圆第一深度范围内形成第一层炸点10，通过第二光路模组的激光聚焦在产品第二深度范围内形成第二层炸点20，通过第三光路模组的激光聚焦在另一LED晶圆第一深度范围内形成第一层炸点10，通过第四光路模组的激光聚焦在另一LED晶圆第二深度范围内形成第二层炸点20。如图3所示，在LED晶圆内形成的两层炸点，产生了横向裂纹，提供了下一步对LED晶圆进行机械裂片的条件。所述两层炸点在水平方向上存在错位，其间距等于治具运动速度和激光器所发出激光重复频率的比值，且两层炸点的激光能量不同。
参见图4，图4为本发明实施例提供的双焦点激光加工方法的流程框图。如图4所示，一种双焦点激光加工方法，所述双焦点激光加工方法应用于如上所述的双焦点激光加工系统，该方法包括如下步骤：
S20：带动加工位上的产品移动；
S40：将激光器生成的较高重复频率的激光分成较低重复频率的激光；
S60：将所述较低重复频率的激光合束再聚焦到产品上。
其中，第一加工位及第二加工位上的产品分别随治具移动。第一激光器生成的较高重复频率的激光在第一至第四分光模块的作用下分成了四束较低重复频率的激光。所述四束较低重复频率的激光分别进入第一光路模组、第二光路模组、第三光路模组及第四光路模组。通过第一光路模组的激光与通过第二光路模组经第一合光模组合束，聚焦在第一加工位产品的不同深度范围内，形成两层炸点；通过第三光路模组的激光与通过第四光路模组的激光经第二合光模组合束，聚焦在第二加工位产品的不同深度范围内，形成两层炸点，以方便使用机械裂片的方式分离产品。
需要说明的是，上述双焦点激光加工系统及方法同样适用于Si，SiC等材料的隐切加工工艺中。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种双焦点激光加工系统，其特征在于，包括：
激光器，用于发出激光；
第一分光模块，其设置在所述激光器后端，以将入射激光分成两路；
第一光路模组，其设置在所述第一分光模块后端；
第二分光模块，其设置在所述第一分光模块后端，以将入射激光分成两路；
第二光路模组，其设置在所述第二分光模块后端；
第一合光模组，其设置在所述第二光路模组后端，以将所述第一光路模组及第二光路模组的入射激光合束后聚焦到第一加工位的产品上；
第三分光模块，其设置在所述第二分光模块后端，以将入射激光分成两路；
第三光路模组，其设置在所述第三分光模块后端；
第四分光模块，其设置在所述第三分光模块后端，以将入射激光分成两路；
第四光路模组，其设置在所述第四分光模块后端；
第二合光模组，其设置在所述第四光路模组后端，以将所述第三光路模组及第四光路模组的入射激光合束后聚焦到第二加工位的产品上；
光挡块，其设置在所述第四分光模块后端；
所述第一分光模块包括依次设置的第一电光调制元件及第一偏振分光元件，所述第一偏振分光元件设置在所述第一光路模组前端；
所述第二分光模块包括依次设置的第二电光调制元件及第二偏振分光元件，所述第二偏振分光元件设置在所述第二光路模组前端；
所述第三分光模块包括依次设置的第三电光调制元件及第三偏振分光元件，所述第三偏振分光元件设置在所述第三光路模组前端；
所述第四分光模块包括依次设置的第四电光调制元件及第四偏振分光元件，所述第四偏振分光元件设置在所述第四光路模组前端；
所述第一光路模组包括依次设置的第一变焦模块、第一像差校正模块及第一反射镜；
所述第二光路模组包括依次设置的第二变焦模块、第二像差校正模块及第一半波片；
所述第三光路模组包括依次设置的第三变焦模块、第三像差校正模块及第二反射镜；
所述第四光路模组包括依次设置的第四变焦模块、第四像差校正模块及第二半波片；
所述第一至第四变焦模块均为三镜片结构，各变焦模块包括依次固定放置的第一镜片、第二镜片，以及连接在运动机构上的第三镜片。
2.如权利要求1所述的双焦点激光加工系统，其特征在于，所述第一电光调制元件、第二电光调制元件、第三电光调制元件及第四电光调制元件均可为普克尔盒，以改变入射激光的偏振态。
3.如权利要求1所述的双焦点激光加工系统，其特征在于，所述第一偏振分光元件、第二偏振分光元件、第三偏振分光元件及第四偏振分光元件均可为偏振分光棱镜，以根据入射激光的偏振态选择光束透射或者反射。
4.如权利要求1所述的双焦点激光加工系统，其特征在于，所述第一至第四像差校正模块的像差校正元件均为相位调制元件。
5.如权利要求1所述的双焦点激光加工系统，其特征在于，所述第一合光模组包括依次设置的第一合束器及第一聚焦单元，所述第二合光模组包括依次设置的第二合束器及第二聚焦单元，所述第一合束器及第二合束器均为偏振合光元件。
6.一种双焦点激光加工方法，其特征在于，所述双焦点激光加工方法应用于如权利要求1至5任一项所述的双焦点激光加工系统，该方法包括如下步骤：
带动加工位上的产品移动；
将激光器生成的较高重复频率的激光分成较低重复频率的激光；
将所述较低重复频率的激光合束再聚焦到产品上。
7.如权利要求6所述的双焦点激光加工方法，其特征在于，所述将所述较低重复频率的激光合束再聚焦到产品上包括以下步骤:
将通过第一光路模组的激光与通过第二光路模组的激光合束并聚焦到第一加工位的产品上；
将通过第三光路模组的激光与通过第四光路模组的激光合束并聚焦到第二加工位的产品上。
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| GR01 | Patent grant | ||
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