CN116460422A - 一种mems芯片悬臂激光切割工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MEMS芯片悬臂激光切割工艺，能有效减少硅渣的产生，降低了对设备运动平台和视觉定位的整体精度要求，切口尺寸波动小。本发明包括如下步骤：a、启动激光器，使激光器发出激光；b、将激光器发出激光照射到扩束镜上；c、扩束镜将激光扩束后照射到方形光斑DOE镜片；d、经过方形光斑DOE镜片整形后的光束照射到聚焦物镜上；e、光束经过聚焦物镜后照射到MEMS芯片上进行切割。本发明应用于MEMS芯片悬臂激光切割工艺的技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光切割工艺,特别涉及一种MEMS芯片悬臂激光切割工艺。
背景技术
近年来，随着智能化、电动化、网联化的加速发展，汽车传感器市场持续扩大，且基于MEMS等半导体制造工艺生产的先进传感器正在逐步替代部分传统类型传感器。以汽车自动驾驶功能为例，激光雷达是其中用到的众多传感器之一，按照激光扫描方式可以分为机械、混合和固态三种类型。
随着自动驾驶技术的不断发展，小型化、低成本、高精度、固态化激光雷达逐渐出现并得到应用。MEMS激光雷达的核心光束操纵元件为MEMS微镜，可通过半导体工艺进行集成化生产，极大地减少了激光雷达的体积且降低了成本，在车规级批量应用中存在优势。
MEMS微镜本体为硅材质，MEMS激光雷达的内在结构看似并不复杂却技术含量极高，通过半导体制程，在硅基晶圆上制作具有支撑悬臂的MEMS微振镜。根据功能需要，需要在60μm 见方的区域内，将几个位置的悬臂进行切割打断，悬臂宽度为 6μm，切口宽度要求25μm 左右，切割后不能有2μm 尺寸以上的硅渣残留，传统的加工方式已经不再适用，于是国外加工厂商引入了激光切割技术，产品加工区域及位置如图1所示。目前国外厂商的加工方式多为使用紫外纳秒激光器，多个脉冲方式进行加工，如下图2所示，该加工方式存在如下几个问题：
1、紫外纳秒激光器加工后产生的硅渣较大，良率不高；
2、输出光斑为高斯分布光斑，光斑范围内能量分布中间能量大，外部能量小，切口边缘，加工效果一致性差；
3、圆形光斑对加工位置要求高，对于运动轴和视觉定位整体精度要求在 2μm以内，否则无法保证切割后切口宽度的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种MEMS芯片悬臂激光切割工艺，能有效减少硅渣的产生，降低了对设备运动平台和视觉定位的整体精度要求，切口尺寸波动小。
本发明所采用的技术方案是：本发明包括如下步骤：
a、启动激光器，使激光器发出激光；
b、将激光器发出激光照射到扩束镜上；
c、扩束镜将激光扩束后照射到方形光斑 DOE镜片；
d、经过方形光斑 DOE镜片整形后的光束照射到聚焦物镜上；
e、光束经过聚焦物镜后照射到MEMS芯片上进行切割。
进一步，MEMS芯片放置在精密运动平台上，精密运动平台带动MEMS芯片实现多方位的切割。
进一步，在步骤a中的所述激光器为紫外皮秒激光器。
进一步，在步骤b中的所述扩束镜为可调变倍扩束镜。
进一步，在步骤d中的经过方形光斑 DOE镜片整形后的光束是将原高斯分布的圆形光斑转变成近似平顶分布的方形光斑。
本发明的有益效果是：由于本发明采用采用方形光斑的切割工艺具有如下优点：
1、采用紫外皮秒激光器，激光能量控制更加精细，有效减少硅渣的产生，且产生硅渣的颗粒度都在 2μm 要求；
2、采用方形光斑后，降低了对设备运动平台和视觉定位的整体精度要求，整体精度达到 7μm 以内即可，整体精度要求的降低，运动机构的整体成本可以大幅的下降，目前达到 2μm 以内精度的运动平台成本基本在几十万，而 5μm 左右精度的平台成本只需十万左右。
3、整形后一个光斑即可完成，切口尺寸波动小，更稳定。
附图说明
图1是MEMS微振镜产品加工区域及位置示意图；
图2是多个脉冲方式进行加工制作具有支撑悬臂的MEMS微振镜的示意图；
图3是本发明的光路结构示意图；
图4是DOE 整形前的光斑；
图5是DOE 整形后的光斑。
具体实施方式
如图3、图4、图5所示，在本实施例中，本发明的MEMS芯片悬臂激光切割工艺为采用355nm波长紫外皮秒激光器，紫外皮秒激光器发出的光束经过可调变倍扩束镜扩束，可调变倍扩束镜将激光扩束后照射到方形光斑 DOE镜片进行DOE 整形，整形后的光束通过发射镜发射到聚焦物镜上，将原高斯分布的圆形光斑转变成近似平顶分布的方形光斑。MEMS芯片放置在精密运动平台上，光束经过聚焦物镜后照射到MEMS芯片上进行多方位切割。本发明采用紫外皮秒激光器，激光能量控制更加精细，有效减少硅渣的产生，且产生硅渣的颗粒度都在 2μm 要求。同时本发明采用方形光斑后，降低了对设备运动平台和视觉定位的整体精度要求，整体精度达到7μm 以内即可，整体精度要求的降低，运动机构的整体成本可以大幅的下降，目前达到 2μm 以内精度的运动平台成本基本在几十万，而 5μm 左右精度的平台成本只需十万左右。另外本发明的整形后一个光斑即可完成，切口尺寸波动小，更稳定。
虽然本发明的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本发明含义的限制，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。
Claims (6)
1.一种MEMS芯片悬臂激光切割工艺，其特征在于：所述一种MEMS芯片悬臂激光切割工艺包括如下步骤：
a、启动激光器，使激光器发出激光；
b、将激光器发出激光照射到扩束镜上；
c、扩束镜将激光扩束后照射到方形光斑 DOE镜片；
d、经过方形光斑 DOE镜片整形后的光束照射到聚焦物镜上；
e、光束经过聚焦物镜后照射到MEMS芯片上进行切割。
2.根据权利要求1所述的一种MEMS芯片悬臂激光切割工艺，其特征在于：MEMS芯片放置在精密运动平台上，精密运动平台带动MEMS芯片实现多方位的切割。
3.根据权利要求1所述的一种MEMS芯片悬臂激光切割工艺，其特征在于：在步骤a中的所述激光器为紫外皮秒激光器。
4.根据权利要求1所述的一种MEMS芯片悬臂激光切割工艺，其特征在于：在步骤b中的所述扩束镜为可调变倍扩束镜。
5.根据权利要求1所述的一种MEMS芯片悬臂激光切割工艺，其特征在于：在步骤d中的经过方形光斑 DOE镜片整形后的光束是将原高斯分布的圆形光斑转变成近似平顶分布的方形光斑。
6.根据权利要求1所述的一种MEMS芯片悬臂激光切割工艺，其特征在于：在步骤d中整形后的光束通过发射镜发射到聚焦物镜上。
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Cited By (1)
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2023
- 2023-04-07 CN CN202310367046.6A patent/CN116460422A/zh active Pending
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