CN206638896U - 一种阵列孔加工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种阵列孔加工装置，包括沿光路方向依次设置的：用于产生激光并且实现光束扩束和准直的激光产生装置；用于选通光束中心区域、并拦截光束边缘区域的光束选择器；用于将由光束选择器出射的光束调整能量分布均匀的光束整形器；用于将由光束整形器输出的光束分成平行传播的阵列光束的分光元件，分光元件具有阵列排布的多个微光学结构；用于将阵列光束分别汇聚并汇聚到同一平面，形成应用于加工的阵列激光束的聚焦元件。本实用新型阵列孔加工装置，在激光分束前先选通光束中心区域能量高的部分，并对光束整形使光束能量分布均匀，使用于加工的激光束能量分布均匀，在加工时可减少微孔产生锥度，提高微孔加工质量。

Description

一种阵列孔加工装置

技术领域

本实用新型涉及激光应用技术领域，特别是涉及一种阵列孔加工装置。

背景技术

目前，激光加工技术应用到三维封装芯片微孔加工方面，封装芯片需要加工大量微孔，并且对微孔质量要求高、孔深度大，打孔时间相对长，而芯片封装要求高速度高精度加工，因此为提高激光微孔加工效率，会采用并行加工方式，并要求输出的激光束具有较高功率和良好的光束质量。

通常采用对激光进行分束的方法得到阵列光束，来实现并行加工，现有技术中，对激光进行分束的方法包括激光分束器分光、激光衍射分光以及分光棱镜分光。其中，激光分束器分光方法是通过对激光进行整体分束，能实现一分多，而且输出激光功率相对高。但是，现有激光分束器分光方法仍存在如下缺陷：输出的激光束呈现高斯特性，光束能量分布不均，在基板加工位置处会产生凹槽或凹孔，加工出的微孔呈现一定的锥度，因此不能满足要求。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型的目的是提供一种阵列孔加工装置，采用激光加工阵列孔，通过光束整形，能够减少所加工的微孔产生锥度，提高微孔加工质量。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种阵列孔加工装置，包括沿光路方向依次设置的：

用于产生激光并且实现光束扩束和准直的激光产生装置；

用于对所述激光产生装置发出的激光选通光束中心区域、并拦截光束边缘区域的光束选择器；

用于将由所述光束选择器出射的光束调整能量分布均匀的光束整形器；

用于将由所述光束整形器输出的光束分成平行传播的阵列光束的分光元件，所述分光元件具有阵列排布的多个微光学结构；

用于将阵列光束分别汇聚并汇聚到同一平面，形成应用于加工的阵列激光束的聚焦元件。

可选地，所述激光产生装置包括：

用于产生激光的激光器；

用于扩展由所述激光器输出激光的光束直径，并对激光进行准直的扩束元件。

可选地，在所述分光元件平面内，多个所述微光学结构等间距排布。

可选地，所述分光元件具有阵列排布的微透镜结构或者衍射光学结构。

可选地，在所述分光元件和所述聚焦元件之间的光路上设置有反射元件；

由所述分光元件出射的阵列光束入射到所述反射元件，所述反射元件将阵列光束反射至所述聚焦元件。

可选地，还包括可沿二维方向移动的加工平台，所述聚焦元件将阵列光束分别汇聚到所述加工平台的加工面上。

可选地，还包括定位监测模块，所述定位监测模块包括：

设置在加工面处的、用于拍摄加工板图像的摄像器；

与所述摄像器相连的、用于根据拍摄的图像定位待加工板的空间位置的定位模块；

与所述摄像器相连的、用于根据拍摄的图像监测阵列光束在待加工板上加工形成的阵列孔位置是否准确的监测模块。

可选地，所述摄像器包括电荷耦合元件图像传感器CCD。

由上述技术方案可知，本实用新型所提供的阵列孔加工装置，包括沿光路方向依次设置的激光产生装置、光束选择器、光束整形器、分光元件和聚焦元件。其中，激光产生装置产生激光并且实现光束扩束和准直，光通过光束选择器，选通光束中心区域能量高的部分而拦截光束边缘部分；然后通过光束整形器调整光束的能量分布，使光束能量分布均匀；调整后光束再通过分光元件，被分成平行传播的阵列光束，并经过聚焦元件将阵列光束分别汇聚，汇聚到同一平面形成应用于加工的阵列激光束。

本实用新型阵列孔加工装置应用于加工阵列孔，在对激光分束前先对激光束进行选择，选取光束中心区域能量高的部分，并通过对光束整形使光束能量分布均匀，使输出的应用于加工的激光束能量分布均匀，在加工时可减少微孔产生锥度，从而提高微孔加工质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种阵列孔加工装置的示意图；

图2为本实用新型又一实施例提供的一种阵列孔加工装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，本实用新型实施例提供的一种阵列孔加工装置，包括沿光路方向依次设置的：

用于产生激光并且实现光束扩束和准直的激光产生装置10；

用于对所述激光产生装置10发出的激光选通光束中心区域、并拦截光束边缘区域的光束选择器11；

用于将由所述光束选择器11出射的光束调整能量分布均匀的光束整形器12；

用于将由所述光束整形器12输出的光束分成平行传播的阵列光束的分光元件13，所述分光元件13具有阵列排布的多个微光学结构；

用于将阵列光束分别汇聚并汇聚到同一平面，形成应用于加工的阵列激光束的聚焦元件14。

其中，激光产生装置10用于产生激光，并实现光束扩束和准直，输出的激光束经过后续处理后用于加工。对光束进行扩束和准直，以保证光束能够覆盖分光元件。

所述光束选择器11选择通过激光束中心区域的光，拦截光束边缘区域光，即拦截掉光束边缘能量涣散的部分，通过光束中心区域能量高的部分，用以保证激光束具有较高能量，提高激光质量。

光束整形器12对由光束选择器11通过光束进行整形，调整光束能量在整个光束横截面内均匀分布，使能量分布呈现矩形分布，避免激光束存在的高斯特性。

由光束整形器12输出的光束入射到分光元件13的微光学结构阵列，被分光元件分成平行传播的阵列光束。阵列光束入射到聚焦元件14，聚焦元件14将阵列光束分别汇聚，汇聚到同一平面，形成应用于加工的阵列激光束。

本实施例阵列孔加工装置应用于加工阵列孔，在对激光分束前先对激光束进行选择，选取光束中心区域能量高的部分，保证激光束具有较高能量，并通过对光束整形使光束能量分布均匀，使输出的用于加工的激光束能量分布均匀，在加工时可减少微孔产生锥度，提高微孔加工质量。

下面结合具体实施方式对本实用新型阵列孔加工装置进行详细说明。

在一种实施例中，可参考图2，所述阵列孔加工装置包括沿光路方向依次设置的激光产生装置10、光束选择器11、光束整形器12、分光元件13和聚焦元件14。

其中，所述激光产生装置10包括：用于产生激光的激光器100；用于扩展由所述激光器100输出激光的光束直径，并对激光进行准直的扩束元件101。

由于激光器输出的激光束能量集中，并存在一定发散角，通过扩束元件101能够调整激光器输出光束的光束直径和发散角，对输出激光进行扩束，使光束直径达到预设范围，能够覆盖分光元件的微光学结构阵列；并通过扩束元件101对输出激光进行准直，减小发散角，也有助于使光束能量分布均匀。

所述光束选择器11用于选通光束中心区域，并拦截光束边缘区域。由扩束元件101输出的光束仍然呈现高斯特性，在光束横截面内能量分布不均匀，光束中心区域能量高，边缘区域能量涣散。通过光束选择器11选择通过光束中心区域能量高的部分，拦截光束边缘能量涣散部分，用以保证激光束具有较高能量，提高激光质量。

所述光束整形器12用于将由所述光束选择器11出射的光束调整能量分布均匀。通过对光束整形，使在整个光束横截面内能量均匀分布，使光束能量分布呈现矩形分布，避免激光束存在高斯特性。这样，在加工过程中减少微孔产生锥度，以及减少在孔周围形成较厚的热反应区，从而提高加工精度，提高微孔加工质量。

所述分光元件13具有阵列排布的多个微光学结构，由所述光束整形器12输出的光束入射到分光元件13，通过分光元件中阵列排布的微光学结构，被分成平行传播的阵列光束。

在分光元件13中，用于分光的微光学结构的数量、排列方式可以根据所要加工阵列孔的要求进行相应设设计。通过对微结构的排列分布设计以及分光微结构的设置，可以实现输出不同光束数量、不同光束间距、不同光束能量分布的阵列光束。因此，根据不同的实际使用要求，只需要更换分光元件，其它光路以及光学器件可保持不变，可见本阵列孔加工装置使用灵活。

示例性的，在一种实施方式中，在所述分光元件13平面内，多个所述微光学结构等间距排布。由分光元件13输出等间距平行传播的阵列光束。例如可以产生5×5以上的等间距阵列光束。

其中，所述分光元件可以是具有阵列排布的微透镜结构，或者衍射光学结构，或者其它类型的微光学结构。

所述聚焦元件14用于将阵列光束分别汇聚并汇聚到同一平面，形成应用于加工的阵列激光束。阵列光束通过聚焦元件14聚焦在加工平面上，对位于加工平面上的待加工板进行孔加工。另外，通过选择聚焦元件14，可以调整所形成激光束的光斑大小，以满足使用要求。优选的，所述聚焦元件14可采用远心聚焦透镜，在对光束聚焦时具有更长的聚焦距离，在进行深孔加工时能够提高深径比。

在一种实施例中，可参考图2，在所述分光元件13和所述聚焦元件14之间的光路上设置有反射元件15；由所述分光元件13出射的阵列光束入射到所述反射元件15，所述反射元件15将阵列光束反射至所述聚焦元件14。通过反射元件15可以改变光路方向，更便于光学系统结构布局和光路设计。

优选的，本实施例阵列孔加工装置，还包括可沿二维方向移动的加工平台，所述聚焦元件14将阵列光束分别汇聚到所述加工平台的加工面上。

通过加工平台控制待加工板的位置和移动，来控制激光加工轨迹，控制更便捷和准确，加工精度更高，并能够保证每一激光束垂直照射到加工面，保证加工一致性，另外本装置可实现旋切加工，行切加工等不同加工工艺，并将并行加工范围扩大到平台运动范围。

进一步优选的，本阵列孔加工装置还包括定位监测模块，所述定位监测模块包括：设置在加工面处的、用于拍摄加工板图像的摄像器；与所述摄像器相连的、用于根据拍摄的图像定位待加工板的空间位置的定位模块；与所述摄像器相连的、用于根据拍摄的图像监测阵列光束在加工板上加工形成的阵列孔位置是否准确的监测模块。

通过设置在加工面处的摄像器，采集加工面上的加工板图像，根据拍摄的图像首先可以定位待加工板的位置，使待加工板定位到预定位置处，工作人员也可以根据图像来控制定位；另外，加工完成后根据拍摄的图像可监测在加工板上加工形成的阵列孔的位置是否准确，工作人员也可以根据图像来初步观测加工结果的优劣。

所述摄像器可以是CCD相机，包括电荷耦合元件图像传感器CCD。

本实施例阵列孔加工装置，具有分束后光束质量高，光束能量分布均匀，光束一致性好，并且光束汇聚位置、光斑大小可控，分束光束能量可调，可实现旋切加工，特定轨迹加工等优点。并且可应用于激光双光子加工、大量相同结构加工等场合。

以上对本实用新型所提供的一种阵列孔加工装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种阵列孔加工装置，其特征在于，包括沿光路方向依次设置的：

用于产生激光并且实现光束扩束和准直的激光产生装置；

用于对所述激光产生装置发出的激光选通光束中心区域、并拦截光束边缘区域的光束选择器；

用于将由所述光束选择器出射的光束调整能量分布均匀的光束整形器；

用于将由所述光束整形器输出的光束分成平行传播的阵列光束的分光元件，所述分光元件具有阵列排布的多个微光学结构；

用于将阵列光束分别汇聚并汇聚到同一平面，形成应用于加工的阵列激光束的聚焦元件。

2.根据权利要求1所述的阵列孔加工装置，其特征在于，所述激光产生装置包括：

用于产生激光的激光器；

用于扩展由所述激光器输出激光的光束直径，并对激光进行准直的扩束元件。

3.根据权利要求1所述的阵列孔加工装置，其特征在于，在所述分光元件平面内，多个所述微光学结构等间距排布。

4.根据权利要求1所述的阵列孔加工装置，其特征在于，所述分光元件具有阵列排布的微透镜结构或者衍射光学结构。

5.根据权利要求1-4任一项所述的阵列孔加工装置，其特征在于，在所述分光元件和所述聚焦元件之间的光路上设置有反射元件；

由所述分光元件出射的阵列光束入射到所述反射元件，所述反射元件将阵列光束反射至所述聚焦元件。

6.根据权利要求1-4任一项所述的阵列孔加工装置，其特征在于，还包括可沿二维方向移动的加工平台，所述聚焦元件将阵列光束分别汇聚到所述加工平台的加工面上。

7.根据权利要求1-4任一项所述的阵列孔加工装置，其特征在于，还包括定位监测模块，所述定位监测模块包括：

设置在加工面处的、用于拍摄加工板图像的摄像器；

与所述摄像器相连的、用于根据拍摄的图像定位待加工板的空间位置的定位模块；

与所述摄像器相连的、用于根据拍摄的图像监测阵列光束在待加工板上加工形成的阵列孔位置是否准确的监测模块。

8.根据权利要求7所述的阵列孔加工装置，其特征在于，所述摄像器包括电荷耦合元件图像传感器CCD。