CN115431639B - 一种激光打标装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光打标领域，具体涉及一种激光打标装置及方法，包括用于存储Mapping文件并用于向计算机传输Mapping文件的服务器，用于向服务器请求并接收Mapping文件数据且控制光路装置发射双头光束的计算机，用于接收计算机信号并控制电磁铁运转的单片机，与单片机电性连接且用于阻挡激光光束实现激光通断电磁铁，光路装置包括激光器，激光器的出光口处设置有光学腔，光学腔中两路光束的出光口处均设有准直扩束聚焦装置，本发明直接通过调整入射角度使其多路光束激光能量尽可能一致，避免再次使用衰减片进行补偿，减少对光学腔的调整，提高精确度。

Description

一种激光打标装置及方法
技术领域
本发明涉及激光打标领域，具体涉及一种激光打标装置及方法。
背景技术
随着半导体集成电路产业升级到国家重大战略点层面，越来越多国产自主研发的半导体设备正在替代美日韩等进口设备，但真正能达到半导体客户认可或超过进口设备性能的设备是寥寥无几，激光打标的应用很早就开始应用于工业制造，众所周知的，在我国激光打标应用也是非常广泛，但针对半导体行业高端的打标机，国内设备厂商却是很少涉足，其原因之一为半导体行业打标机的大幅面双头打标要求双头激光的能量差异更小，对其响应时间及其稳定性的要求也更高。
众所周知的，本行业实现激光分光有两种方式，一种如图4所示，根据激光的偏振性，将线偏振激光经过半波片起偏成一定比例的P光和S光，再通过分光晶体分出P光和S光，但除了大多少固体类激光器属于线偏光外，一些光纤红外类型激光器属于随机偏振光，不适用于这种分光类型。
另一种方式如图5所示，采用分光镜，根据激光波长来分光，入射角度一般为45°，这种情况下往往采用小比例的衰减片来补偿两条或多条分束激光来实现多路光束能量尽可能一致，其分光精度大部分只能控制在±3%-±5%左右，很难做到十分高精度，这种方法不具备量产性，每个光学腔都可能存在一定差异，需要逐一调整好光学腔中每个镜片的角度位置，需要定制。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光打标装置，不需要通过衰减片来补偿多路光束，直接通过调整入射角度来减少双头光束的能量差异，减少对光学腔的调整，提高精确度，且本装置通过单片机控制电磁铁实现激光通断，响应时间更短。
为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
一种激光打标装置，包括：
服务器，存储Mapping文件并用于向计算机传输Mapping文件；
计算机，用于向服务器请求并接收Mapping文件数据且控制光路装置发射双头光束；
单片机，接收计算机信号并控制电磁铁运转；
阻挡体，与单片机电性连接，用于阻挡激光光束实现激光通断；
所述光路装置包括激光器，所述激光器的出光口处设置有光学腔，所述光学腔中两路光束的出光口处均设有准直扩束聚焦装置，通过光学腔内的半透半反分光镜M1将激光器发射的激光一分为二，两束激光经过准直扩束镜扩束准直后分别进入两个扫描振镜头，再经过聚焦场镜后形成高能量密度的聚焦激光光斑，可以在产品上进行镭射打印；
所述光学腔内配置有半透半反分光镜M1、反射镜M2和45°反射镜M3；
激光器的发射激光到达半透半反分光镜M1分为两路光束通路，分别到达反射镜M2和45°反射镜M3后进入准直扩束聚焦装置；
所述半透半反分光镜M1上入射角θ1的范围为0°~10°，所述反射镜M2上入射角θ2的范围为45°~55°，且入射角θ2与入射角θ1的差值为45°，反射镜M2的出光口和45°反射镜M3的出光口在同一侧，即第一光束出光口第二光束出光口在同一个平面上。
优选的，所述阻挡体为电磁铁，当电磁铁通电时，其带动挡片旋转至光路传输段，将光束遮挡以阻断光束，给电磁铁断电后则复位。
优选的，所述光学腔还配置有安全光闸，所述安全光闸位于所述激光器与所述半透半反分光镜M1之间的光路上，安全光闸可在装置不关光的情况下阻断外光路的激光传输。
优选的，两路光束通路中：
第一光束通路沿光路路径顺次安装有：
45°反射镜M3，用于接收从半透半反分光镜M1透射过来的光束并以45°角反射；
第一电磁铁，用于阻挡45°反射镜M3的反射光；
第一准直扩束镜，用于接收第一电磁铁处无阻挡时45°反射镜M3的反射光并在进行准直后射出；
第一扫描振镜头，用于接收第一准直扩束镜的出射光并控制该光束进行偏转后射出；
第一聚焦场镜，用于接收第一扫描振镜头的出射光并进行聚焦后出射至IC上；
第二光束通路沿光路路径顺次安装有：
反射镜M2，用于接收从半透半反分光镜M1反射过来的光束并再次反射；
第二电磁铁，用于阻挡反射镜M2的反射光；
第二准直扩束镜，用于接收第二电磁铁处无阻挡时反射镜M2的反射光并在进行准直后射出；
第二扫描振镜头，用于接收第二准直扩束镜的出射光并控制该光束进行偏转后射出；
第二聚焦场镜，用于接收第二扫描振镜头的出射光并进行聚焦后出射至IC上。
优选的，所述第一电磁铁和第一准直扩束镜之间设有第一功率计，所述第二电磁铁和第二准直扩束镜之间设有第二功率计，所述第一功率计和第二功率计均与计算机信号连接，通过功率计可分别测得两路光束通路上的激光功率值。
优选的，所述半透半反分光镜M1正面镀层采用ZnS、MgO和MgF2镀层，反面镀层为AR镀层，所述半透半反分光镜M1在红外1064nm波段采用BK7光学基材，在绿光532nm波段采用FS基材。
本发明的另一目的是提供上述激光打标装置的激光打标方法，包括如下步骤：
S1.计算机自带的读码器扫描基板边缘二维码获取基板跟踪信息；
S2.计算机与服务器握手并请求向服务器获取该基板对应的Mapping文件，服务器下发Mapping文件数据；
S3.基于步骤S2，计算机将接收到的Mapping文件数据中对应每颗IC的良品信息传输给单片机；
S4.基于步骤S3，计算机按设定好的激光参数及目标功率值控制激光器发射激光；激光器的发射激光经过光学腔和准直扩束聚焦装置形成两路光束通路；
S5.两路光束通路对应的功率计检测对应激光光路的激光功率值并与计算机内的目标功率值进行比对，如果波动范围未超出阈值，则允许生产，若超出阈值，则报警提示存在异常风险；
S6.若允许生产，计算机控制两路光束通路先同时打印IC上对称位置的相同内容，对称位置的相同内容打印完成后；
单片机控制第一电磁铁运转阻挡第一光束通路，此时第二光束通路继续打印非对称位置内容；
第二光束通路非对称位置内容打印完成后，单片机控制第一电磁铁复位，第二电磁铁运转阻挡第二光束通路，此时第一光束通路打印最后的非对称位置内容，实现选择性激光打标。
优选的，步骤S2的具体方法为：
S21.请求端向接收端发送条带数据请求；
S22.接收端检查是否存在该批次信息，如不存在则拒绝请求端请求，如存在则按批次排列响应条带列表；
S23.请求端收到接收端响应条带列表信息后，向接收端发送条带单元代码请求；
S24.接收端按条带绘制响应单元代码图，即Mapping图，并发送给请求端；
S25.请求端接收Mapping图后向接收端发送批次结束请求；
S26.接收端响应批次最终结果。
本发明的有益效果是：
1）根据激光波长进行分光，适用于多种类型激光器，且直接通过调整入射角度使其多路光束激光能量尽可能一致，避免再次使用衰减片进行补偿，减少对光学腔的调整，提高精确度。
2）使用单片机控制电磁铁实现左右两头激光快速通断，电磁铁响应时间<60ms，相比于常规的气缸控制，效率更高也更加稳定。
3）在两路光束通路中分别设置对应的电磁铁，单片机控制电磁铁运转或复位，可实现选择性的激光打标。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的结构框图；
图2是本发明的光路示意图；
图3是本发明光学腔立体结构示意图；
图4为线偏振光分光示意图；
图5为分光镜分光示意图；
图6为mapping图；
图中的标记：1为激光器，2为光学腔，3为准直扩束聚焦装置，21为安全光闸，22为半透半反分光镜M1，23为45°反射镜M3，24为反射镜M2，41为第一功率计，42为第二功率计，51为第一光束出光口，52为第二光束出光口，311为第一电磁铁，312为第二电磁铁，321为第一准直扩束镜，322为第二准直扩束镜，331为第一扫描振镜头，332为第二扫描振镜头，341为第一聚焦场镜，342为第二聚焦场镜。
具体实施方式
实施例1
如图1至图3所示的一种激光打标装置，在本实施例1中，包括：
服务器，存储Mapping文件并用于向计算机传输Mapping文件。
计算机，用于向服务器请求并接收Mapping文件数据且控制光路装置发射双头光束。
单片机，接收计算机信号并控制电磁铁运转。
阻挡体，与单片机电性连接，用于阻挡激光光束实现激光通断，在本实施例1中，阻挡体选用电磁铁，当电磁铁通电时，其带动挡片旋转至光路传输段，将光束遮挡以阻断光束，给电磁铁断电后则复位。
光路装置包括激光器1，激光器1的出光口处设置有光学腔2，光学腔2中两路光束的出光口处均设有准直扩束聚焦装置3，通过光学腔内的分光镜将激光器1发射的激光一分为二，两束激光经过扩束准直后分别进入两个扫描振镜头，再经过聚焦场镜后形成高能量密度的聚焦激光光斑，可以在产品上进行镭射打印。
光学腔2内配置有安全光闸21、半透半反分光镜M1、反射镜M2和45°反射镜M3。
激光器1的发射激光经过安全光闸21到达半透半反分光镜M1分为两路光束通路。
半透半反分光镜M1上入射角θ1的范围为0°~10°，反射镜M2上入射角θ2的范围为45°~55°，且入射角θ2与入射角θ1的差值为45°。
如图3所示，在本实施例1中，光学腔采用一体化光学固定座，反射镜M2的出光口和45°反射镜M3的出光口，即第一光束出光口51第二光束出光口52在同一个平面上，保证两路光束通路的起点相同，从而保证两路光束通路的光程相同。
实施例2
在实施例1的基础上，如图2所示的一种激光打标装置，在本实施例2中，半透半反分光镜M1正面镀层采用ZnS、MgO和MgF2镀层，反面镀层为AR镀层，所述半透半反分光镜M1在红外1064nm波段采用BK7光学基材，在绿光532nm波段采用FS基材（即：Fused Quartz基材）。
两路光束通路中，第一光束通路沿光路路径顺次安装有：45°反射镜M3，用于接收从半透半反分光镜M1透射过来的光束并以45°角反射。
第一电磁铁311，用于阻挡45°反射镜M3的反射光。
第一准直扩束镜321，用于接收第一电磁铁311处无阻挡时45°反射镜M3的反射光并在进行准直后射出。
第一电磁铁311和第一准直扩束镜321之间设有第一功率计41，第一功率计41与计算机信号连接。
第一扫描振镜头331，用于接收第一准直扩束镜321的出射光并控制该光束进行偏转后射出。
第一聚焦场镜341，用于接收第一扫描振镜头331的出射光并进行聚焦后出射至IC上。
第二光束通路沿光路路径顺次安装有：反射镜M2，用于接收从半透半反分光镜M1反射过来的光束并再次反射。
第二电磁铁312，用于阻挡反射镜M2的反射光。
第二准直扩束镜322，用于接收第二电磁铁312处无阻挡时反射镜M2的反射光并在进行准直后射出。
第二电磁铁312和第二准直扩束镜322之间设有第二功率计42，第二功率计42与计算机信号连接。
第二扫描振镜头332，用于接收第二准直扩束镜322的出射光并控制该光束进行偏转后射出。
第二聚焦场镜342，用于接收第二扫描振镜头332的出射光并进行聚焦后出射至IC上。
本实施例2的其他结构与实施例1相同。
实施例3
一种激光打标方法，步骤为：
在步骤S1中，计算机自带的读码器扫描基板边缘二维码获取基板跟踪信息。
在步骤S2中，计算机与服务器握手并请求向服务器获取该基板对应的Mapping文件，服务器下发Mapping文件数据。
在步骤S3中，基于步骤S2，计算机将接收到的Mapping文件数据中对应每颗IC的良品信息传输给单片机。
在步骤S4中，基于步骤S3，计算机按设定好的激光参数及目标功率值控制激光器1发射激光；激光器的发射激光经过光学腔2和准直扩束聚焦装置3形成两路光束通路。
在步骤S5中，两路光束通路对应的功率计检测对应激光光路的激光功率值并与计算机内的目标功率值进行比对，如果波动范围未超出阈值，则允许生产，若超出阈值，则报警提示存在异常风险，在本实施例3中，阈值设定为目标功率值的±0.2W。
在步骤S6中，若允许生产，计算机控制两路光束通路先同时打印IC上对称位置的相同内容，对称位置的相同内容打印完成后；单片机控制第一电磁铁311运转阻挡第一光束通路，此时第二光束通路继续打印非对称位置内容；第二光束通路非对称位置内容打印完成后，单片机控制第一电磁铁311复位，第二电磁铁312运转阻挡第二光束通路，此时第一光束通路打印最后的非对称位置内容，实现选择性激光打标。
实施例4
在实施例3的基础上，步骤S2的具体方法为：
在步骤S21中，请求端向接收端发送条带数据请求。
在步骤S22中，接收端检查是否存在该批次信息，如不存在则拒绝请求端请求，如存在则按批次排列响应条带列表。
在步骤S23中，请求端收到接收端响应条带列表信息后，向接收端发送条带单元代码请求。
在步骤S24中，接收端按条带绘制响应单元代码图，即Mapping图，并发送给请求端。
在步骤S25中，请求端接收Mapping图后向接收端发送批次结束请求。
在步骤S26中，接收端响应批次最终结果。
在本实施例4中，请求端为计算机，接收端为服务器。
请求端请求的mapping文件格式如下：
STRIP_AMOUNT=3
AA9068517.017*24[(0,0,0)(0,1,0)(0,0,D)(0,0,0);(0,D,0)(0,0,1)(0,0,0)(1,0,0)]
AB9068517.017*24[(0,1,0)(0,0,0)(0,0,0)(0,0,0);(0,1,0)(0,0,0)(0,1,0)(0,0,0)]
AC9068517.017*24[(0,0,1)(0,0,0)(D,0,0)(0,1,0);(0,0,0)(0,D,0)(0,0,0)(0,1,0)]
该文件中一共展示了三条料片对应的Lot ID号，每条料都对应二十四颗IC产品，共三行八列，其中：“0”代表正常产品颗粒，打印正常产品信息，“1”代表NG产品，不打印信息或者根据客户要求打印NG代表的信息，“D”代表特殊打标。
如图6所示，mapping图中展示了一条料片中对应的二十四颗IC产品信息，共三行八列，其中白色代表正常，红色代表NG，例如图6中的第一行第H列、第二行第B列、第三行第F列，蓝色代表特殊打标，例如图6中的第二行第E列、第三行第C列。
本实施例4的其他步骤与实施例3相同。
本发明的工作原理是：计算机自带的读码器扫描基板边缘二维码获取基板跟踪信息后向服务器请求并获取Mapping文件，计算机将Mapping文件中对应的每颗IC的良品信息传送给单片机。
计算机按设定好的激光参数及目标功率值控制激光器1发射激光，激光器的发射激光经过光学腔2和准直扩束聚焦装置3形成两路光束通路，两路光束通路对应的功率计检测对应激光光路的激光功率值并与计算机内的目标功率值进行比对，如果波动范围未超出阈值，则允许生产，若超出阈值，则报警提示存在异常风险。
当允许生产时，计算机控制两路光束通路先同时打印IC上对称位置的相同内容，对称位置的相同内容打印完成后；单片机控制第一电磁铁311运转阻挡第一光束通路，此时第二光束通路继续打印非对称位置内容；第二光束通路非对称位置内容打印完成后，单片机控制第一电磁铁311复位，第二电磁铁312运转阻挡第二光束通路，此时第一光束通路打印最后的非对称位置内容，实现选择性激光打标。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种激光打标装置，其特征在于，包括：
服务器，存储Mapping文件并用于向计算机传输Mapping文件；
计算机，用于向服务器请求并接收Mapping文件数据且控制光路装置发射双头光束；
单片机，接收计算机信号并控制电磁铁运转；
阻挡体，与单片机电性连接，用于阻挡激光光束实现激光通断，所述阻挡体为电磁铁；
所述光路装置包括激光器（1），所述激光器（1）的出光口处设置有光学腔（2）；所述光学腔（2）内配置有半透半反分光镜M1（22）、反射镜M2（24）和45°反射镜M3（23），所述半透半反分光镜M1（22）正面镀层采用ZnS、MgO和MgF2镀层，反面镀层为AR镀层，所述半透半反分光镜M1（22）在红外1064nm波段采用BK7光学基材，在绿光532nm波段采用FS基材；
所述激光器（1）的发射激光到达半透半反分光镜M1（22）分为两路光束通路，分别到达反射镜M2（24）和45°反射镜M3（23）后进入准直扩束聚焦装置（3）；
所述半透半反分光镜M1（22）和反射镜M2（24）的倾斜角度可调整，所述半透半反分光镜M1（22）上入射角θ1的范围为0°~10°，所述反射镜M2（24）上入射角θ2的范围为45°~55°，且入射角θ2与入射角θ1的差值为45°，反射镜M2（24）的出光口和45°反射镜M3（23）的出光口位于同一侧；
其中，两路光束通路中：
第一光束通路沿光路路径顺次安装有：
45°反射镜M3（23），用于接收从半透半反分光镜M1（22）透射过来的光束并以45°角反射；
第一电磁铁（311），用于阻挡45°反射镜M3（23）的反射光；
第一准直扩束镜（321），用于接收第一电磁铁（311）处无阻挡时45°反射镜M3（23）的反射光并在进行准直后射出；
第一扫描振镜头（331），用于接收第一准直扩束镜（321）的出射光并控制该光束进行偏转后射出；
第一聚焦场镜（341），用于接收第一扫描振镜头（331）的出射光并进行聚焦后出射至IC上；
第二光束通路沿光路路径顺次安装有：
反射镜M2（24），用于接收从半透半反分光镜M1（22）反射过来的光束并再次反射；
第二电磁铁（312），用于阻挡反射镜M2（24）的反射光；
第二准直扩束镜（322），用于接收第二电磁铁（312）处无阻挡时反射镜M2（24）的反射光并在进行准直后射出；
第二扫描振镜头（332），用于接收第二准直扩束镜（322）的出射光并控制该光束进行偏转后射出；
第二聚焦场镜（342），用于接收第二扫描振镜头（332）的出射光并进行聚焦后出射至IC上；
所述第一电磁铁（311）和第一准直扩束镜（321）之间设有第一功率计（41），所述第二电磁铁（312）和第二准直扩束镜（322）之间设有第二功率计（42），所述第一功率计（41）和第二功率计（42）均与计算机信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种激光打标装置，其特征在于：所述光学腔还配置有安全光闸（21），所述安全光闸（21）位于所述激光器（1）与所述半透半反分光镜M1（22）之间的光路上。
3.一种使用如权利要求1-2中任意一项所述的激光打标装置进行激光打标的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.计算机自带的读码器扫描基板边缘二维码获取基板跟踪信息；
S2.计算机与服务器握手并请求向服务器获取该基板对应的Mapping文件，服务器下发Mapping文件数据；
S3.基于步骤S2，计算机将接收到的Mapping文件数据中对应每颗IC的良品信息传输给单片机；
S4.基于步骤S3，计算机按设定好的激光参数及目标功率值控制激光器（1）发射激光；激光器的发射激光经过光学腔（2）和准直扩束聚焦装置（3）形成两路光束通路；
S5.两路光束通路对应的功率计检测对应激光光路的激光功率值并与计算机内的目标功率值进行比对，如果波动范围未超出阈值，则允许生产，若超出阈值，则报警提示存在异常风险；
S6.若允许生产，计算机控制两路光束通路先同时打印IC上对称位置的相同内容，对称位置的相同内容打印完成后；
单片机控制第一电磁铁（311）运转阻挡第一光束通路，此时第二光束通路继续打印非对称位置内容；
第二光束通路非对称位置内容打印完成后，单片机控制第一电磁铁（311）复位，第二电磁铁（312）运转阻挡第二光束通路，此时第一光束通路打印最后的非对称位置内容，实现选择性激光打标。
4.根据权利要求3所述的激光打标的方法，其特征在于，所述步骤S2的具体方法为：
S21.请求端向接收端发送条带数据请求；
S22.接收端检查是否存在批次信息，如不存在则拒绝请求端请求，如存在则按批次排列响应条带列表；
S23.请求端收到接收端响应条带列表信息后，向接收端发送条带单元代码请求；
S24.接收端按条带绘制响应单元代码图，即Mapping图，并发送给请求端；
S25.请求端接收Mapping图后向接收端发送批次结束请求；
S26.接收端响应批次最终结果。
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Pledgor: Lashen Tech (Suzhou) Co.,Ltd.

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