CN209319014U - 一种多焦点激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多焦点激光加工装置，用于对加工对象物进行激光切割，包括出射激光束的激光源、用于装载加工对象物的工作台，还包括用于偏转所述激光束运行轨迹的扫描器、接收所述扫描器所出射的激光束并将激光束分为多个子激光束的多焦点光学装置，所述多焦点光学装置出射的多个子激光束能够照射加工对象物、并在加工对象物的预定切割面上形成具有不同深度的多个聚焦点。本实用新型能够在保证切割质量的基础上实现快速切割，无需重复加工，大大缩短了加工时间，提高切割效率，适用范围广。

Description

一种多焦点激光加工装置

技术领域

本实用新型涉及一种多焦点激光加工装置。

背景技术

激光加工装置是利用从激光源射出的激光束，通过光学装置投射到加工对象物上来对加工对象物进行激光加工的。在对具有透射性的透明材料进行加工时，为了防止表面受损，通常在其内部形成聚焦点来形成缝隙之后再进行加工，例如在半导体晶片内部由高功率的激光束形成聚焦点，激光束顺着半导体晶片的预定切割面移动时，半导体晶片内部受热形成缝隙，然后通过自然或外力的影响，缝隙扩张到半导体晶片的表面从而实现切割。这样存在的缺陷是：聚焦点形成在同一深度上，切割加工对象物时需要反复加工多次，切割效率低，无法实现快速加工，适用范围小。

发明内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种多焦点激光加工装置。

本实用新型的技术方案是：一种多焦点激光加工装置，用于对加工对象物进行激光切割，包括出射激光束的激光源、用于装载加工对象物的工作台，还包括用于偏转所述激光束运行轨迹的扫描器、接收所述扫描器所出射的激光束并将激光束分为多个子激光束的多焦点光学装置，所述多焦点光学装置出射的多个子激光束能够照射加工对象物、并在加工对象物的预定切割面上形成具有不同深度的多个聚焦点。

进一步的，本实用新型中所述多焦点光学装置包括具有不同焦距的多个透镜，多个透镜按焦距大小横向排列，激光束通过多个透镜对应分为多个子激光束、并在加工对象物的预定切割面上形成按深度大小排列且横向间隔分布的多个聚焦点。

进一步的，本实用新型中所述透镜具有两个，包括第一透镜和第二透镜，所述第二透镜的焦距大于第一透镜的焦距。

进一步的，本实用新型中所述多焦点光学装置包括上下布置的衍射光学器件和聚光镜，激光束通过衍射光学器件平行出射具有不同尺寸的多个子激光束、多个子激光束通过聚光镜在加工对象物的预定切割面上形成按深度大小排列且横向间隔分布的多个聚焦点。

进一步的，本实用新型中所述衍射光学器件包括基板和设于所述基板上具有凸透镜结构的若干衍射栅。

进一步的，本实用新型中所述多焦点光学装置包括具有复数个曲面的球面镜，激光束通过所述球面镜分为多个具有不同尺寸的聚焦的子激光束、并在加工对象物的预定切割面上形成纵向间隔分布的多个聚焦点。

进一步的，本实用新型中复数个曲面包括第一曲面、第二曲面、第三曲面，所述第二曲面具有两个且对称分布于第一曲面的两侧，所述第三曲面具有两个且对称分布于第一曲面的两侧并分别与对应的第二曲面连接。

进一步的，本实用新型中所述扫描器包括一个或多个反光镜。

进一步的，本实用新型中所述激光源与扫描器之间的激光路径上配置有用于控制激光束按照指定轨迹运行的光束传递系统，所述光束传递系统包括复数的反光镜。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1）本实用新型在对加工对象物进行切割时，激光源出射的激光束能够通过多焦点光学装置分为多个子激光束，并且多个子激光束可以同时在加工对象物的预定切割面上形成不同深度的复数个聚焦点，复数个聚焦点之间可以呈按深度大小排列且横向间隔分布的形式、或者呈纵向间隔分布的形式，多个子激光束顺着预定切割面移动时，加工对象物内部受热形成多条缝隙，然后通过自然或外力的影响，多条缝隙扩散到加工对象物的上下表面从而完成加工，因此无需重复加工，大大缩短了加工时间，提高切割效率，适用范围广。

2）本实用新型中，在采用多个透镜作为多焦点光学装置、或者采用衍射光学器件和聚光镜作为多焦点光学装置时，形成在加工对象物预定切割面上的多个聚焦点是按深度大小排列且横向间隔分布的，沿着子激光束的移动方向即切割方向，形成的聚焦点越深，因此，越深的聚焦点不会受上部聚焦点所形成缝隙的影响，从而更好地保证切割质量。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一中多焦点光学装置工作时的结构示意图；

图3为本实用新型实施例一中多焦点光学装置工作时的剖视图（其中箭头表示切割方向）；

图4为本实用新型实施例一中形成缝隙的加工对象物的剖视图；

图5为本实用新型实施例二中多焦点光学装置工作时的结构示意图；

图6为本实用新型实施例二中衍射光学器件的剖视图；

图7为本实用新型实施例二中多焦点光学装置工作时的剖视图（其中箭头表示切割方向）；

图8为本实用新型实施例二中形成缝隙的加工对象物的剖视图；

图9为本实用新型实施例三中多焦点光学装置工作时的结构示意图；

图10为本实用新型实施例三中多焦点光学装置工作时的剖视图；

图11为本实用新型实施例三中形成缝隙的加工对象物的剖视图；

图12为本实用新型中完成加工的加工对象物的结构示意图。

其中：110、激光源；120、光束传递系统；130、扫描器；140、多焦点光学装置；150、加工对象物；160、工作台；L、激光束；S、预定切割面；10、第一透镜；20、第二透镜；30、衍射光学器件；30a、基板；30b、衍射栅；40、聚光镜；50、球面镜；50a、第一曲面；50b、第二曲面；50c、第三曲面；L1、第一子激光束；L2、第二子激光束；L3、第三子激光束；L4、第四子激光束；L5、第五子激光束；L6、第六子激光束；L7、第七子激光束；L8、第八子激光束；P1、第一聚焦点；P2、第二聚焦点；P3、第三聚焦点；P4、第四聚焦点；P5、第五聚焦点；P6、第六聚焦点；P7、第七聚焦点；P8、第八聚焦点；101、第一缝隙；102、第二缝隙；103、第三缝隙；104、第四缝隙；105、第五缝隙；106、第六缝隙；107、第七缝隙；108、第八缝隙。

具体实施方式

实施例一：

结合图1至图4、以及图12所示为本实用新型一种多焦点激光加工装置的第一种具体实施方式，该激光加工装置用于对加工对象物150进行激光切割，其主要包括出射激光束L的激光源110、用于装载加工对象物150的工作台160、以及用于偏转所述激光束L运行轨迹的扫描器130，所述扫描器130包括一个或多个反光镜。

所述激光源110与扫描器130之间的激光路径上配置有用于控制激光束L按照指定轨迹运行的光束传递系统120，所述光束传递系统120包括复数的反光镜。

如图2所示，激光加工装置还包括接收所述扫描器130所出射的激光束L并将激光束L分为两个子激光束的多焦点光学装置140，所述多焦点光学装置140出射的两个子激光束能够照射加工对象物150、并在加工对象物150的预定切割面S上形成具有不同深度的两个聚焦点。

具体的，本实施例中，所述多焦点光学装置140包括横向排列的第一透镜10和第二透镜20，所述第二透镜20的焦距大于第一透镜10的焦距，激光束L通过第一透镜10和第二透镜20后对应分为第一子激光束L1和第二子激光束L2，第一子激光束L1和第二子激光束L2分别在加工对象物150的预定切割面S上形成第一聚焦点P1、第二聚焦点P2，并且第二聚焦点P2的深度大于第一聚焦点P1的深度。

本实施例具体工作时，结合图3、图4、图12所示，激光源110出射的激光束L通过光束传递系统120后经扫描器130偏转至多焦点光学装置140，焦点光学装置140中的两个透镜将激光束L分为第一子激光束L1和第二子激光束L2，并同时在加工对象物150的预定切割面S上形成不同深度的第一聚焦点P1和第二聚焦点P2，如图3所示，两个子激光束顺着预定切割面S移动，加工对象物150内部受热形成第一缝隙101和第二缝隙102，由于沿着子激光束的移动方向即切割方向，形成的聚焦点越深，即第二聚焦点P2的深度大于第一聚焦点P1的深度，因此，第二聚焦点P2不会受第一聚焦点P1所形成缝隙的影响，从而更好地保证切割质量，然后再通过自然或外力的影响，两条缝隙扩散到加工对象物150的上下表面完成加工，加工完成的加工对象物150如图12所示，这种激光加工装置无需重复加工，大大缩短了加工时间，提高切割效率，适用范围广。

实施例二：本实施例中，结合图1、图5至图8、以及图12所示，与实施例一的不同之处在于激光加工装置还包括接收所述扫描器130所出射的激光束L并将激光束L分为三个子激光束的多焦点光学装置140，所述多焦点光学装置140出射的三个子激光束能够照射加工对象物150、并在加工对象物150的预定切割面S上形成具有不同深度的三个聚焦点。

具体的，本实施例中，所述多焦点光学装置140包括上下布置的衍射光学器件30和聚光镜40，如图6所示，所述衍射光学器件30包括基板30a和设于所述基板30a上具有凸透镜结构的若干衍射栅30b。

如图5所示，激光束L通过衍射光学器件30平行出射具有不同尺寸的三个子激光束，分别为第三子激光束L3、第四子激光束L4、第五子激光束L5，第三子激光束L3、第四子激光束L4、第五子激光束L5通过聚光镜40分别在加工对象物150的预定切割面S上形成第三聚焦点P3、第四聚焦点P4、第五聚焦点P5，并且第三聚焦点P3、第四聚焦点P4、第五聚焦点P5的深度渐变渐深且横向间隔分布。

本实施例具体工作时，结合图7、图8、图12所示，激光源110出射的激光束L通过光束传递系统120后经扫描器130偏转至多焦点光学装置140，焦点光学装置140中的衍射光学器件30将激光束L分为平行出射的第三子激光束L3、第四子激光束L4、第五子激光束L5，再通过聚光镜40在加工对象物150的预定切割面S上形成深度渐变渐深的横向间隔分布的第三聚焦点P3、第四聚焦点P4、第五聚焦点P5，如图7所示，三个子激光束顺着预定切割面S移动，加工对象物150内部受热形成第三缝隙103、第四缝隙104、第五缝隙105，由于沿着子激光束的移动方向即切割方向，形成的聚焦点越深，因此，第五聚焦点P5不会受第四聚焦点P4所形成缝隙的影响，同样的，第四聚焦点P4不会受第三聚焦点P3所形成缝隙的影响，从而更好地保证切割质量，然后再通过自然或外力的影响，三条缝隙扩散到加工对象物150的上下表面完成加工，加工完成的加工对象物150如图12所示。

实施例三：本实施例中，结合图1、及图9至图12所示，与实施例二的不同之处在于所述多焦点光学装置140包括具有复数个曲面的球面镜50，复数个曲面包括第一曲面50a、第二曲面50b、第三曲面50c，所述第二曲面50b具有两个且对称分布于第一曲面50a的两侧，所述第三曲面50c具有两个且对称分布于第一曲面50a的两侧并分别与对应的第二曲面50b连接。

激光束L通过所述球面镜50分为三个具有不同尺寸的聚焦的子激光束，分别为第六子激光束L6、第七子激光束L7、第八子激光束L8，第六子激光束L6、第七子激光束L7、第八子激光束L8分别在加工对象物150的预定切割面S上形成第六聚焦点P6、第七聚焦点P7、第八聚焦点P8，并且第六聚焦点P6、第七聚焦点P7、第八聚焦点P8由下往上纵向间隔分布。

本实施例具体工作时，结合图10至图12所示，激光源110出射的激光束L通过光束传递系统120后经扫描器130偏转至球面镜50，将激光束L分为第六子激光束L6、第七子激光束L7、第八子激光束L8，并同时在加工对象物150的预定切割面S上形成由下往上纵向间隔分布的第六聚焦点P6、第七聚焦点P7、第八聚焦点P8，加工时，三个子激光束顺着预定切割面S移动，加工对象物150内部受热形成第六缝隙106、第七缝隙107、第八缝隙108，然后再通过自然或外力的影响，三条缝隙扩散到加工对象物150的上下表面完成加工，加工完成的加工对象物150如图12所示。

当然上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多焦点激光加工装置，用于对加工对象物（150）进行激光切割，包括出射激光束（L）的激光源（110）、用于装载加工对象物（150）的工作台（160），其特征在于：还包括用于偏转所述激光束（L）运行轨迹的扫描器（130）、接收所述扫描器（130）所出射的激光束（L）并将激光束（L）分为多个子激光束的多焦点光学装置（140），所述多焦点光学装置（140）出射的多个子激光束能够照射加工对象物（150）、并在加工对象物（150）的预定切割面（S）上形成具有不同深度的多个聚焦点。

2.根据权利要求1所述的一种多焦点激光加工装置，其特征在于：所述多焦点光学装置（140）包括具有不同焦距的多个透镜，多个透镜按焦距大小横向排列，激光束（L）通过多个透镜对应分为多个子激光束、并在加工对象物（150）的预定切割面（S）上形成按深度大小排列且横向间隔分布的多个聚焦点。

3.根据权利要求2所述的一种多焦点激光加工装置，其特征在于：所述透镜具有两个，包括第一透镜（10）和第二透镜（20），所述第二透镜（20）的焦距大于第一透镜（10）的焦距。

4.根据权利要求1所述的一种多焦点激光加工装置，其特征在于：所述多焦点光学装置（140）包括上下布置的衍射光学器件（30）和聚光镜（40），激光束（L）通过衍射光学器件（30）平行出射具有不同尺寸的多个子激光束、多个子激光束通过聚光镜（40）在加工对象物（150）的预定切割面（S）上形成按深度大小排列且横向间隔分布的多个聚焦点。

5.根据权利要求4所述的一种多焦点激光加工装置，其特征在于：所述衍射光学器件（30）包括基板（30a）和设于所述基板（30a）上具有凸透镜结构的若干衍射栅（30b）。

6.根据权利要求1所述的一种多焦点激光加工装置，其特征在于：所述多焦点光学装置（140）包括具有复数个曲面的球面镜（50），激光束（L）通过所述球面镜（50）分为多个具有不同尺寸的聚焦的子激光束、并在加工对象物（150）的预定切割面（S）上形成纵向间隔分布的多个聚焦点。

7.根据权利要求6所述的一种多焦点激光加工装置，其特征在于：复数个曲面包括第一曲面（50a）、第二曲面（50b）、第三曲面（50c），所述第二曲面（50b）具有两个且对称分布于第一曲面（50a）的两侧，所述第三曲面（50c）具有两个且对称分布于第一曲面（50a）的两侧并分别与对应的第二曲面（50b）连接。

8.根据权利要求1所述的一种多焦点激光加工装置，其特征在于：所述扫描器（130）包括一个或多个反光镜。

9.根据权利要求1所述的一种多焦点激光加工装置，其特征在于：所述激光源（110）与扫描器（130）之间的激光路径上配置有用于控制激光束（L）按照指定轨迹运行的光束传递系统（120），所述光束传递系统（120）包括复数的反光镜。