CN114939737A - 一种激光加工装置、方法、存储介质和电子设备 - Google Patents

一种激光加工装置、方法、存储介质和电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种激光加工装置、方法、存储介质和电子设备，属于激光加工领域。所述方法包括：获取载台位置信息、检测单元到待加工产品之间的高度信息、第一距离，所述第一距离为检测单元与执行单元的水平间隔；执行单元根据所述高度信息调整聚焦镜的焦点位置；控制单元至少根据载台位置信息、聚焦镜的焦点位置、第一距离确定待加工产品的加工位置；执行单元根据待加工产品的加工位置，对待加工产品进行激光加工。本发明可以有效提高激光加工的精度和效率。

Description

一种激光加工装置、方法、存储介质和电子设备
技术领域
本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种激光加工装置、方法、存储介质和电子设备。
背景技术
在现有激光加工中，宏观上看待加工产品(例如晶圆、光伏电池等)表面是平整的，然而微观上看待加工产品实际上是不平整或表面是起伏变化的，如图1所示。现有激光加工方式中通常是不进行焦点位置的校正，将待加工产品的表面默认为与加工激光束方向垂直的理想平面，造成的结果是激光加工时实际聚焦位置与需要去除的待加工产品表面存在偏差，会造成表面处理得到的结构、组织、成分不均匀，或切割加工尺寸出现偏差加工不均匀、尺寸出现偏差。
为此，在激光加工前，需要测量激光加工路径上所有点的Z坐标，再把Z坐标应用到激光加工路径中进行加工，能够实现精确地加工，例如可参见专利文献CN112935576A，其公开了划片方法及装置，能够使得划片过程中切割深度随着切割无的表面特征变化，但是所有点的Z方向深度修正的获取会导致前期测量工作量大，耗费时间，效率较低。
发明内容
技术问题：针对上述问题，本发明提供一种激光加工装置及方法，既能够实时检测待加工产品的表面的平整度或起伏度，又能够实时调整焦点位置的加工方式，其将同时实现检测和激光加工的操作，将极大提高待加工产品的激光加工效率和加工精度，降低了制造成本；同时，本发明提供了基于所述方法的存储介质和电子设备。
技术方案：第一方面，本发明提供了一种激光加工装置，包括：
载台，用于承载待加工产品；
检测单元，用于检测检测单元与待加工产品之间的高度信息；
聚焦镜，用于聚焦激光光束对待加工产品进行激光加工；
执行单元，所述执行单元与聚焦镜连接，执行单元根据高度信息调整聚焦镜的焦点位置；所述执行单元与检测单元的水平间距为第一距离；
控制单元，所述控制单元与载台、检测单元和执行单元连接，用于控制执行单元根据所述高度信息调整聚焦镜的焦点位置，以及至少根据载台位置信息、聚焦镜的焦点位置、第一距离确定待加工产品的加工位置；根据待加工产品的加工位置，对待加工产品进行激光加工。
进一步地，所述第一距离的获取方式为：
△X/V≥T
其中，V是载台的加工运动速度，T是执行机构响应行程距离S的阶跃时间。
进一步地，所述检测单元的底端到执行单元的底端的距离为第二距离，所述第二距离满足的条件为：
|△Z|≥H
其中，H为根据激光加工的条件的设定值，所述H≥0。
进一步地，所述控制单元包括控制器、上位机和运动控制单元，所述控制器包括输入通信接口、输出通信接口和上位机通信接口；所述输入通信接口与检测单元连接；所述输出通信接口与执行单元连接；所述上位机通信接口与上位机连接。
第二方面，本发明提供一种激光加工方法，采用上述任一激光加工装置，包括以下步骤：
获取载台位置信息、检测单元与待加工产品之间的高度信息、第一距离，所述第一距离为检测单元与执行单元的水平间隔；
执行单元根据所述高度信息调整聚焦镜的焦点位置；
控制单元根据载台位置信息、聚焦镜的焦点位置确定待加工产品的加工位置；
执行单元根据待加工产品的加工位置，对待加工产品进行激光加工。
进一步地，获取所述第一距离的方法为：
△X/V≥T
其中，V是载台的加工运动速度，T是执行机构响应行程距离S的阶跃时间。
进一步地，第二距离满足的条件为：
|△Z|≥H
其中，H为根据激光加工的条件的设定值，所述H≥0。
进一步地，所述待加工产品的加工位置包括待加工产品的X方向位置、Y方向位置和Z方向加工焦点位置；或，所述待加工产品的加工位置包括待包括待加工产品的X方向位置和Z方向加工焦点位置。
第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现任一激光加工方法的步骤。
第四方面，本发明提供一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述中任一项所述的显示面板的加工方法的步骤。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)提供了检测单元和执行单元的距离理论设计参考，填补了现有技术的空白，能够实时检测待加工产品的表面的平整度或起伏度，又能够同时实时调整激光加工的焦点位置，大幅度提高了激光加工的效率。
(2)不需要复杂的检测机构和控制机构，整个控制单元的成本较低，能够形成稳定地预定的深度的切割道，保证了激光切割的加工精度。
附图说明
图1为待加工产品的结构图。
图2为激光加工装置的主要组成示意图。
图3为本申请的激光加工示意图。
图4为控制单元的主要组成示意图。
图5为本申请的激光加工方法流程图。
图中有：1、载台；2、待加工产品；3、检测单元；4、执行单元；5、聚焦镜；6、控制单元。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为了对本发明更好的说明，本发明首先对所提供的激光加工装置，图2示出了激光加工装置的组成示意图。如图2所示，该装置包括载台1、检测单元3、执行单元4、聚焦镜5和控制单元6。其中，载台1用于承载待加工产品；检测单元3用于检测检测单元3与待加工产品2的之间高度信息；聚焦镜用于聚焦激光光束对待加工产品进行激光加工；执行单元4与聚焦镜5连接，执行单元4根据高度信息调整聚焦镜的焦点位置；控制单元6与载台1、检测单元3和执行单元4连接，从而可以控制执行单元4根据所述高度信息调整聚焦镜的焦点位置。
在本发明的实施例中，载台1可进行水平的X、Y方向调节，进行X和Y方向调节可以使用常规的调节机构来实现，例如包括常规横纵向丝杠螺母、直线导轨等，其是本领域技术人员熟知的，在此不再赘述。
在所示装置中，执行单元4与检测单元3的水平间距为第一距离△X，检测单元3的底端到执行单元4的底端的距离为第二距离△Z。
具体地，检测单元可为常规激光测距传感器。理论上，△X越小，检测单元3和执行单元4的第一距离△X越小，响应激光加工的效率越高。但是△X也不能无限小，不然检测单元3检测到的高度信息不能或不能完全被控制单元6处理，也不能被后续的执行单元进行执行，相应将难以完成待加工产品2的激光加工。因此，在本发明的实施例中，第一距离△X通过以下方式获得，具体如下：
△X/V≥T
其中，V是载台的加工运动速度，T是执行机构响应行程距离S的阶跃时间。
进一步地，从理论上讲，△Z越小，检测单元3与执行单元4的高度差越小，激光加工可能会影响到检测单元3，比如激光加工过程中会产生较多的热量，从而对检测单元3进行高度检测时产生影响。所以△Z也不能太小，需要给执行单元4提供合理的运动形成以满足执行单元的运动，以利于完成待加工产品2的激光加工。因此，在本发明的实施例中，第二距离△Z满足的条件为：
|△Z|≥H
其中，H为根据激光加工的条件的设定值，所述H≥0。
在本发明的实施例中，将待加工产品2置于载台1上后，获取待到待加工产品的加工位置，从而根据加工位置对待加工产品进行激光加工。
在本发明的实施例中，控制单元6可以包括控制器、上位机和下文中提到的运动控制单元，所述控制器包括输入通信接口、输出通信接口和上位机通信接口；其中，输入通信接口与检测单元连接；输出通信接口与执行单元连接；上位机通信接口与上位机连接。
更具体地，控制器与电源连接，电源为控制器供电，使得控制器正常工作；控制器还与检测单元连接，控制器与检测单元通过输入通信接口通信，检测单元测量的高度信息将通过输入通信接口传输到控制器，控制器对高度信息进行处理，然后将控制指令通过输出通信接口发送到执行单元，对聚集镜进行控制调整。控制器通过上位机通信接口与上位机通信，通信方式包括RS232和/或以太网通信方式，以满足上位机的功能需求；控制器还与运动控制单元连接，运动控制单元控制载台的移动，具体地，运动控制单元通过调节机构能够控制载台X和Y方向的移动，以便于控制器和运动控制单元的协同工作。
在一个实施例中，待加工产品2的加工位置包括：待加工产品的X方向位置、Y方向位置和Z方向加工焦点位置，Z方向加工焦点位置等于聚焦镜的焦点位置。载台的运动通过运动控制单元来控制，运动控制单元可以为现有的运动控制卡等。具体地，载台的X和Y方向的运动通过运动控制单元的控制来实现，待加工产品2的X方向位置，通过载台的X方向位置获得，例如可设置X方向的常规测量机构测量载台X方向位置；待加工产品2的Y方向位置，通过载台的Y方向位置获得，例如可设置Y方向的常规测量机构测量载台的Y方向位置；或者，载台的X方向位置和Y方向位置也可以一起通过常规测量机构获测量得到。
控制器，至少根据载台位置信息、聚焦镜的焦点位置、第一距离确定待加工产品的加工位置。具体地为，控制器，根据载台的X方向位置获取待加工产品2的X方向位置，根据载台的Y方向位置获取待加工产品2的Y方向位置；控制器，接收待加工产品的X方向位置、Y方向位置信息，并对待加工产品的X方向位置、Y方向位置信息进行处理，并根据待加工产品的X方向位置、Y方向位置信息、高度信息、第一距离、聚焦镜的焦点位置获得待加工产品的加工位置，以用于实现待加工产品的激光加工。
当执行单元调节聚焦镜5的焦点位置后，聚焦镜5的焦点位置将作为待加工产品2的Z方向加工焦点位置。图3中待加工产品2的虚线表示的是待加工产品形成的切割线或切割道，待加工产品2表面上通常会通过激光加工形成多个切割线或切割道，当调整聚焦镜5的焦点位置后，相应即待加工产品的加工位置确定，聚焦镜的焦点将作用在待加工产品上进行激光切割加工。
在另一个实施例中，待加工产品2的加工位置包括：待加工产品的X方向位置和Z方向加工焦点位置，所述Z方向加工焦点位置等于聚焦镜的焦点位置。载台的运动通过运动控制单元来控制，具体地，载台的X和Y方向的运动通过运动控制单元控制来实现，待加工产品2的X方向位置，通过载台的X方向位置获得，例如可设置X方向的常规测量机构测量载台X方向的位置。
控制器，至少根据载台位置信息、聚焦镜的焦点位置、第一距离确定待加工产品的加工位置。具体地为，控制器，根据载台的X方向位置获取待加工产品2的X方向位置；控制器，接收待加工产品的X方向位置，并对待加工产品的X方向位置信息进行处理，并根据待加工产品的X方向位置、高度信息、第一距离、聚焦镜的焦点位置获得待加工产品的加工位置，以用于实现待加工产品的激光加工。
当执行单元调整聚焦镜5的焦点位置后，聚焦镜5的焦点位置将作为待加工产品2的Z方向加工焦点位置，图3中待加工产品2的虚线表示的是待加工产品形成的切割线或切割道，待加工产品表面上通常会通过激光加工形成多个切割线或切割道，待加工产品2的Y方向的位置通常也可以自动给定，加工过程中仅需要确定待加工产品的X方向位置，并确定调整聚焦镜5的焦点位置后，相应即待加工产品2的加工位置将确定，聚焦镜的焦点将作用在待加工产品上进行激光切割加工。
第二方面，本发明提供一种激光加工方法，如图5所示，其可采用上述任一的激光加工装置，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：获取载台位置信息、检测单元与待加工产品之间的高度信息、第一距离，所述第一距离为检测单元与执行单元的水平间隔；
步骤S2：执行单元根据所述高度信息调整聚焦镜的焦点位置；
步骤S3：控制单元至少根据载台位置信息、聚焦镜的焦点位置确定待加工产品的加工位置；
步骤S4：执行单元根据待加工产品的加工位置，对待加工产品进行激光加工。
进一步地，第一距离△X通过以下方式获得，具体如下：
△X/V≥T
其中，V是载台的加工运动速度，T是执行机构响应行程距离S的阶跃时间。
对于上述的方法，更具体地，可以通过常规的上料机构，抓取机构将待加工产品放置在载台上正确的位置，待加工产品可以是常规的晶圆，载台是现有晶圆加工技术领域中的常规结构，在此不做一一具体说明。
然后移动载台，检测单元测量检测单元到待加工产品之间的高度信息，控制单元高度信息通过执行单元调整聚焦镜的焦点位置；控制单元至少根据载台的位置、高度信息、第一距离计算待加工产品的加工位置。
一个实施例中，载台的位置包括载台的X方向位置、载台的Y方向位置，待加工产品的加工位置包括待加工产品的X方向位置、Y方向位置和Z方向加工焦点位置，通过载台的X方向位置、载台的Y方向位置对应获得待加工产品的X方向位置、Y方向位置。
另一个实施例中，载台的位置包括载台的X方向位置，待加工产品的加工位置包括待加工产品的X方向位置、Z方向加工焦点位置，通过载台的X方向位置对应获得待加工产品的X方向位置。
图3中待加工产品2的虚线表示的是待加工产品的切割线或切割道，待加工产品表面上通常会通过激光加工形成多个切割线或切割道，当载台移动后，相应即可确定好待加工产品的X方向位置或X、Y方向位置，并通过调节聚焦镜的焦点位置，相应即待加工产品的加工位置将确定。聚焦镜的焦点将作用待加工产品上，在待加工产品上切割形成预定深度的切割道。
第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本公开实施例所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本公开实施例所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。
第四方面，本发明提供一种电子设备，所公开的实施例中，该电子设备包括存储器以及处理器，本公开实施例所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。当存储于存储器中的计算机程序被处理器执行时，可实现上述各方法的流程步骤。
上述实施例仅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等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光加工装置，其特征在于，包括：
载台，用于承载待加工产品；
检测单元，用于检测检测单元与待加工产品之间的高度信息；
聚焦镜，用于聚焦激光光束对待加工产品进行激光加工；
执行单元，所述执行单元与聚焦镜连接，执行单元根据高度信息调整聚焦镜的焦点位置；所述执行单元与检测单元的水平间距为第一距离；
控制单元，所述控制单元与载台、检测单元和执行单元连接，用于控制执行单元根据所述高度信息调整聚焦镜的焦点位置，以及至少根据载台位置信息、聚焦镜的焦点位置、第一距离确定待加工产品的加工位置；根据待加工产品的加工位置，对待加工产品进行激光加工。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述第一距离的获取方式为：
△X/V≥T
其中，V是载台的加工运动速度，T是执行机构响应行程距离S的阶跃时间。
3.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述检测单元的底端到执行单元的底端的距离为第二距离，所述第二距离满足的条件为：
|△Z|≥H
其中，H为根据激光加工的条件的设定值，所述H≥0。
4.根据权利要求1-3任一项所述的激光加工装置，其特征在于，所述控制单元包括控制器、上位机和运动控制单元，所述控制器包括输入通信接口、输出通信接口和上位机通信接口；所述输入通信接口与检测单元连接；所述输出通信接口与执行单元连接；所述上位机通信接口与上位机连接。
5.一种激光加工方法，采用权利要求1-4任一项所述的激光加工装置，其特征在于，包括以下步骤：
获取载台位置信息、检测单元到待加工产品之间的高度信息、第一距离，所述第一距离为检测单元与执行单元的水平间隔；
执行单元根据所述高度信息调整聚焦镜的焦点位置；
控制单元至少根据载台位置信息、聚焦镜的焦点位置、第一距离确定待加工产品的加工位置；
执行单元根据待加工产品的加工位置，对待加工产品进行激光加工。
6.根据权利要求5所述的激光加工方法，其特征在于，获取所述第一距离的方法为：
△X/V≥T
其中，V是载台的加工运动速度，T是执行机构响应行程距离S的阶跃时间。
7.根据权利要求5所述的激光加工方法，其特征在于，所述第二距离，满足的条件为：
|△Z|≥H
其中，H为根据激光加工的条件的设定值，所述H≥0。
8.根据权利要求5-7任一项所述的激光加工方法，其特征在于，所述待加工产品的加工位置包括待加工产品的X方向位置、Y方向位置和Z方向加工焦点位置；或，所述待加工产品的加工位置包括待包括待加工产品的X方向位置和Z方向加工焦点位置。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求5-8任一项所述的激光加工方法的步骤。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求5至8中任一项所述的显示面板的加工方法的步骤。
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