CN212885757U - 一种光纤引导式晶圆激光切割装置 - Google Patents

Abstract

本新型涉及一种光纤引导式晶圆激光切割装置，包括承载底座、防护套、承载底板、激光切割器、光纤激光器、转台机构、调节块、聚光镜及驱动电路，承载底座下端面与防护套连接，光纤激光器与承载底座连接并环绕激光切割器轴线均布，光纤激光器的激光头分别通过转台机构与调节块前端面铰接，聚光镜嵌于防护套下端面，驱动电路嵌于防护套外表面，并分别与激光切割器、光纤激光器、转台机构及直线驱动滑轨电气连接。本新型可有效满足多种结构厚度及切割工艺硅晶圆切割作业的需要，并可在灵活调整切割作业面的切割能量值的同时，另可有效实现在切割作业面上同时进行多点切割作业，有效提高切割作业的工作效率。

Description

一种光纤引导式晶圆激光切割装置

技术领域

本实用新型涉及一种激光切路径引导设备，确切地说是一种光纤引导式晶圆激光切割装置 。

背景技术

目前在进行硅晶圆激光切割作业中，所使用的激光切割设备在进行激光切割作业时，一方面往往仅能满足切割作业的需要，为了提高切割精度，还需要借助专用的切割作业面引导定位装置进行对切割作业精度进行调整和对焦，从而人眼中影响了切割作业工作效率和精度；另一方面在进行切割作业时，当前的激光切割设备往往在切割作业面上往往仅能在一个特定深度位置进行烧蚀作业，从而严重影响了切割作业的工作效率，同时也导致切割作业时的切割作业的宽度较大，且切割作业面的裂纹和碎屑两相对较多，从而严重影响激光切割作业的质量。

因此，针对这一现状，迫切需要开发一种新型的硅晶圆切割设备，以满足实际使用的需要。

实用新型内容

针对现有技术上存在的不足，本实用新型提供一种光纤引导式晶圆激光切割装置，该新型结构简单，使用灵活方便，通用性好，可有效满足多种结构厚度及切割工艺硅晶圆切割作业的需要，同时在切割过程中，可在灵活调整切割作业面的切割能量值的同时，另可有效实现在切割作业面上同时进行多点切割作业，并对切割轨迹进行引导定位，从而极大的提高了切割作业面作业定位、切割控制精度的同时，还可有效提高切割作业的工作效率。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

一种光纤引导式晶圆激光切割装置，包括承载底座、防护套、激光切割器、光纤激光器、转台机构、直线驱动导轨、调节块、聚光镜及驱动电路，承载底座为横断面呈“冂”字形槽状结构，其下端面与防护套连接并同轴分布，防护套为与承载底座同轴分布的空心柱状框架结构，且承载底座和防护套构成轴向截面呈“冂”字形腔体结构，激光切割器与承载底座连接并与承载底座同轴分布，光纤激光器至少两个，与承载底座连接并环绕激光切割器轴线均布，光纤激光器的激光头分别通过转台机构与调节块前端面铰接，其光轴与防护罩轴线呈0°—90°夹角，且当光纤激光器的激光头轴线与防护罩轴线夹角大于0°时，光纤激光器的激光头光轴与激光切割器光轴相交，聚光镜嵌于防护套下端面并与防护套同轴分布，调节块和聚光镜均通过直线驱动滑轨与防护套内表面滑动连接，聚光镜位于调节块下方，直线驱动滑轨至少两条，环绕防护套轴线均布并与防护套轴线平行分布，驱动电路嵌于防护套外表面，并分别与激光切割器、光纤激光器、转台机构及直线驱动滑轨电气连接，

进一步的，所述的防护套包括承载龙骨、防护套管、承载架、散热翅板、引流风机、导流管，所述承载龙骨为横断面呈圆形的框架结构，其外表面均布若干散热翅板，所述防护套管位于承载龙骨同轴分布的管状结构，嵌于承载龙骨内，并与承载龙骨内表面通过承载架连接，所述防护套管上端面与承载底座相抵并包覆在激光切割器外，下端面位于聚光镜上方至少10毫米处，所述导流管若干，环绕承载龙骨轴线均布在承载龙骨内表面及防护套管外表面，各导流管轴线与承载龙骨轴线平行分布，并通过汇流管与引流风机连通，所述引流风机至少一个，与承载龙骨外表面连接，并与驱动电路电气连接，所述承载架为与承载龙骨同轴分布的框架结构，且所述聚光镜通过承载架与承载龙骨侧壁的直线驱动滑轨滑动连接。

进一步的，所述的防护套管内设至少两个透镜组，且所述透镜组与防护套管同轴分布并沿防护套管轴线方向均布。

进一步的，所述的聚光镜包括定位座、双曲率凸透镜、凹透镜、平面透镜及电动调焦底座，其中所述定位座为轴向截面为倒置等腰梯形的圆台结构，且定位座上端面内径为下端面内径的1.5—5倍，所述平面透镜分别包覆在定位座上端面及下端面，所述双曲率凸透镜、凹透镜均至少一个，沿定位座轴线自下向上分布并分别通过电动调焦底座与定位座内侧壁滑动连接，所述电动调焦底座与驱动电路电气连接。

进一步的，所述的调节块前端面与转台机构同轴分布，所述转台机构与光纤激光器的激光头外表面铰接，所述光纤激光器的激光头下端面与聚光镜上端面间间距不小于10毫米，且光纤激光器的激光头光轴与激光切割器光轴交点位于聚光镜上端面0—10毫米处。

进一步的，所述的转台机构上设至少一个角度传感器，所述直线驱动导轨上设位移传感器，且所述位移传感器分别与调节块及聚光镜连接，并与驱动电路电气连接。

进一步的，所述的驱动电路为基于工业单片机及可编程控制器中任意一种为基础的电路系统。

本新型结构简单，使用灵活方便，通用性好，可有效满足多种结构厚度及切割工艺硅晶圆切割作业的需要，同时在切割过程中，可在灵活调整切割作业面的切割能量值的同时，另可有效实现在切割作业面上同时进行多点切割作业，并对切割轨迹进行引导定位，从而极大的提高了切割作业面作业定位、切割控制精度的同时，还可有效提高切割作业的工作效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型。

图1为本新型结构示意图；

图2为聚光镜结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1和2所示，一种光纤引导式晶圆激光切割装置，包括承载底座1、防护套2、激光切割器4、光纤激光器5、转台机构6、直线驱动导轨7、调节块8、聚光镜9及驱动电路10，承载底座1为横断面呈“冂”字形槽状结构，其下端面与防护套2连接并同轴分布，防护套2为与承载底座1同轴分布的空心柱状框架结构，且承载底座1和防护套2构成轴向截面呈“冂”字形腔体结构，激光切割器4与承载底座1连接并与承载底座1同轴分布，光纤激光器4至少两个，与承载底座1连接并环绕激光切割器4轴线均布，光纤激光器5的激光头3分别通过转台机构6与调节块8前端面铰接，其光轴与防护罩2轴线呈0°—90°夹角，且当光纤激光器5的激光头3轴线与防护罩2轴线夹角大于0°时，光纤激光器5的激光头3光轴与激光切割器4光轴相交，聚光镜9嵌于防护套2下端面并与防护套2同轴分布，调节块8和聚光镜9均通过直线驱动滑轨7与防护套2内表面滑动连接，聚光镜9位于调节块8下方，直线驱动滑轨7至少两条，环绕防护套2轴线均布并与防护套2轴线平行分布，驱动电路10嵌于防护套2外表面，并分别与激光切割器4、光纤激光器5、转台机构6及直线驱动滑轨7电气连接，

本实施例中，所述的防护套2包括承载龙骨21、防护套管22、承载架23、散热翅板24、引流风机25、导流管26，所述承载龙骨21为横断面呈圆形的框架结构，其外表面均布若干散热翅板24，所述防护套管22位于承载龙骨21同轴分布的管状结构，嵌于承载龙骨21内，并与承载龙骨21内表面通过承载架23连接，所述防护套管22上端面与承载底座1相抵并包覆在激光切割器4外，下端面位于聚光镜9上方至少10毫米处，所述导流管26若干，环绕承载龙骨21轴线均布在承载龙骨21内表面及防护套管22外表面，各导流管26轴线与承载龙骨21轴线平行分布，并通过汇流管与引流风机25连通，所述引流风机25至少一个，与承载龙骨21外表面连接，并与驱动电路10电气连接，所述承载架23为与承载龙骨21同轴分布的框架结构，且所述聚光镜9通过承载架23与承载龙骨21侧壁的直线驱动滑轨7滑动连接。

进一步优化的，所述的防护套管22内设至少两个透镜组27，且所述透镜组27与防护套管22同轴分布并沿防护套管22轴线方向均布。

重点说明的，所述的聚光镜9包括定位座91、双曲率凸透镜92、凹透镜93、平面透镜94及电动调焦底座95，其中所述定位座91为轴向截面为倒置等腰梯形的圆台结构，且定位座91上端面内径为下端面内径的1.5—5倍，所述平面透镜94分别包覆在定位座91上端面及下端面，所述双曲率凸透镜92、凹透镜93均至少一个，沿定位座91轴线自下向上分布并分别通过电动调焦底座95与定位座91内侧壁滑动连接，所述电动调焦底座95与驱动电路10电气连接。

需要说明的，所述的调节块8前端面与转台机构6同轴分布，所述转台机构6与光纤激光器5的激光头3外表面铰接，所述光纤激光器5的激光头3下端面与聚光镜9上端面间间距不小于10毫米，且光纤激光器5的激光头光轴与激光切割器4光轴交点位于聚光镜9上端面0—10毫米处。

进一步优化的，所述的转台机构6上设至少一个角度传感器11，所述直线驱动导轨7上设位移传感器12，且所述位移传感器12分别与调节块8及聚光镜9连接，并与驱动电路10电气连接。

进一步的，所述的驱动电路10为基于工业单片机及可编程控制器中任意一种为基础的电路系统。

本新型在具体实施中，首先对构成本新型的承载底座、防护套、承载底板、激光切割器、光纤激光器、转台机构、直线驱动导轨、调节块、聚光镜及驱动电路进行组装，然后将组装后的本习性通过承载底座及防护板外表面与激光切割设备连接，然后将本新型驱动电路与激光切割设备的驱动电路电气连接，从而完成本新型装配。

在进行激光切割时，以本新型的激光切割器为主要切割动力源，并使激光切割器的激光光束通过防护套的防护套管导向后在通过聚光镜直接照射到硅晶圆切割作业面上，从而在切割作业面上获得一个用于切割作业的烧蚀点，并通过直线驱动导轨调整聚光镜与的防护套管间间距及聚光镜的电动调焦底座对聚光镜进行调焦，调整激光切割器烧蚀点在硅晶圆切割作业面上的定位深度，以满足切割作业的需要；

完成的激光切割器调整后：

当的激光切割器的切割功率及烧蚀点深度满足切割作业需要时，则通过转台机构、直线驱动导轨调节调节块上的各光纤激光器的激光头位置，使各光纤激光器的激光头的光斑直接照射在硅晶圆的切割作业面位置，并位于激光切割器烧蚀点对应的硅晶圆正上方的表面位置或激光切割器烧蚀点前方对应的硅晶圆上表面位置，从而实现为后续切割作业进行切割轨迹引导的的目的。

当的激光切割器的切割功率不能满足切割作业需要时，通过转台机构、直线驱动导轨调节调节块上的各光纤激光器的激光头位置，使各光纤激光器的激光头光轴与激光切割器光轴相交，同时通过通过直线驱动导轨调整聚光镜与的防护套管间间距及聚光镜的电动调焦底座对聚光镜进行调焦，在调节过程中，使激光切割器和各光纤激光器交点，则通过聚光镜将激光切割器和各光纤激光器的激光光束汇集在同一烧蚀点上，从而提高激光切割作业的能量，以满足切割作业的需要；

当激光切割器的切割作业面厚度较大，一个烧蚀点深度不能满足切割作业时，通过转台机构、直线驱动导轨调节调节块上的各光纤激光器的激光头位置，使各光纤激光器的激光头光轴与激光切割器光轴相交，同时通过通过直线驱动导轨调整聚光镜与的防护套管间间距及聚光镜的电动调焦底座对聚光镜进行调焦，在调节过程中，使各光纤激光器的焦点分布在激光切割器光轴上，并位于激光切割器焦点的上方或下方，从而实现在切割作业面竖直方向上具备激光切割器的一个烧蚀点的同时，另同时在激光切割器的烧蚀点的上方或下方产生一个或几个光纤激光器的烧蚀点，从而实现对硅晶圆同时进行多个深度范围切割作业，提高切割效率。

本新型结构简单，使用灵活方便，通用性好，可有效满足多种结构厚度及切割工艺硅晶圆切割作业的需要，同时在切割过程中，可在灵活调整切割作业面的切割能量值的同时，另可有效实现在切割作业面上同时进行多点切割作业，并对切割轨迹进行引导定位，从而极大的提高了切割作业面作业定位、切割控制精度的同时，还可有效提高切割作业的工作效率。

本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制。上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理。在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进。这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种光纤引导式晶圆激光切割装置，其特征在于：所述的光纤引导式晶圆激光切割装置包括承载底座、防护套、激光切割器、光纤激光器、转台机构、直线驱动导轨、调节块、聚光镜及驱动电路，所述承载底座为横断面呈“冂”字形槽状结构，其下端面与防护套连接并同轴分布，所述防护套为与承载底座同轴分布的空心柱状框架结构，且承载底座和防护套构成轴向截面呈“冂”字形腔体结构，所述激光切割器与承载底座连接并与承载底座同轴分布，所述光纤激光器至少两个，与承载底座连接并环绕激光切割器轴线均布，且所述光纤激光器的激光头分别通过转台机构与调节块前端面铰接，其光轴与防护罩轴线呈0°—90°夹角，且当光纤激光器的激光头轴线与防护罩轴线夹角大于0°时，光纤激光器的激光头光轴与激光切割器光轴相交，所述聚光镜嵌于防护套下端面并与防护套同轴分布，且所述调节块和聚光镜均通过直线驱动滑轨与防护套内表面滑动连接，且所述聚光镜位于调节块下方，所述直线驱动滑轨至少两条，环绕防护套轴线均布并与防护套轴线平行分布，所述驱动电路嵌于防护套外表面，并分别与激光切割器、光纤激光器、转台机构及直线驱动滑轨电气连接，

2.根据权利要求1所述的一种光纤引导式晶圆激光切割装置 ，其特征在于：所述的防护套包括承载龙骨、防护套管、承载架、散热翅板、引流风机、导流管，所述承载龙骨为横断面呈圆形的框架结构，其外表面均布若干散热翅板，所述防护套管位于承载龙骨同轴分布的管状结构，嵌于承载龙骨内，并与承载龙骨内表面通过承载架连接，所述防护套管上端面与承载底座相抵并包覆在激光切割器外，下端面位于聚光镜上方至少10毫米处，所述导流管若干，环绕承载龙骨轴线均布在承载龙骨内表面及防护套管外表面，各导流管轴线与承载龙骨轴线平行分布，并通过汇流管与引流风机连通，所述引流风机至少一个，与承载龙骨外表面连接，并与驱动电路电气连接，所述承载架为与承载龙骨同轴分布的框架结构，且所述聚光镜通过承载架与承载龙骨侧壁的直线驱动滑轨滑动连接。

3.根据权利要求2所述的一种光纤引导式晶圆激光切割装置 ，其特征在于：所述的防护套管内设至少两个透镜组，且所述透镜组与防护套管同轴分布并沿防护套管轴线方向均布。

4.根据权利要求1所述的一种光纤引导式晶圆激光切割装置 ，其特征在于：所述的聚光镜包括定位座、双曲率凸透镜、凹透镜、平面透镜及电动调焦底座，其中所述定位座为轴向截面为倒置等腰梯形的圆台结构，且定位座上端面内径为下端面内径的1.5—5倍，所述平面透镜分别包覆在定位座上端面及下端面，所述双曲率凸透镜、凹透镜均至少一个，沿定位座轴线自下向上分布并分别通过电动调焦底座与定位座内侧壁滑动连接，所述电动调焦底座与驱动电路电气连接。

5.根据权利要求1所述的一种光纤引导式晶圆激光切割装置 ，其特征在于：所述的调节块前端面与转台机构同轴分布，所述转台机构与光纤激光器的激光头外表面铰接，所述光纤激光器的激光头下端面与聚光镜上端面间间距不小于10毫米，且光纤激光器的激光头光轴与激光切割器光轴交点位于聚光镜上端面0—10毫米处。

6.根据权利要求1所述的一种光纤引导式晶圆激光切割装置 ，其特征在于：所述的转台机构上设至少一个角度传感器，所述直线驱动导轨上设位移传感器，且所述位移传感器分别与调节块及聚光镜连接，并与驱动电路电气连接。

7.根据权利要求1所述的一种光纤引导式晶圆激光切割装置 ，其特征在于：所述的驱动电路为基于工业单片机及可编程控制器中任意一种为基础的电路系统。

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