CN220560662U - 阵列激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种阵列激光加工装置，包括发射模块、光束调整模块、光学模块以及聚焦模块。发射模块用于提供脉冲激光光束。光束调整模块被配置以用于接收脉冲激光光束且将其转换成调制激光光束。光学模块被配置以用于接收调制激光光束且将其转换成阵列型激光光束，其中，阵列型激光光束由多个激光光束以特定阵列形状排列而形成。聚焦模块被配置以用于接收阵列型激光光束，并用于将阵列型激光光束聚焦且投射至待钻工件，以使聚焦后的阵列型激光光束于待钻工件上形成多个孔洞。由此，本实用新型的阵列激光加工装置可提升激光加工的效率。

Description

阵列激光加工装置

技术领域

本实用新型涉及一种阵列激光加工装置，特别是涉及一种能产生阵列激光光束的阵列激光加工装置。

背景技术

随着科技的演进，在电子产品制造领域中，电子产品的尺寸不断缩小，而且，工作物件表面上需处理的位置(例如钻孔位置)也越来越多。然而，现有的激光加工设备在钻孔或焊接时，都是通过单一个激光光束，依序地一次一次、逐一投射到工作物件上；因此，作业过程不仅相当耗时，而且也导致生产成本增加，产能也难以提升。

故，如何通过结构设计的改良，来克服上述的缺陷，已成为本技术领域所要解决的重要课题之一。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种阵列激光加工装置。

为了解决上述的技术问题，本实用新型所采用的其中一技术方案是提供一种阵列激光加工装置，包括发射模块、光束调整模块、光学模块以及聚焦模块。发射模块用于提供至少一个脉冲激光光束。光束调整模块对应于所述发射模块，所述光束调整模块被配置以用于接收所述至少一个脉冲激光光束，并用于将所述至少一个脉冲激光光束转换成调制激光光束。光学模块对应于所述光束调整模块，所述光学模块被配置以用于接收所述调制激光光束，并用于将所述调制激光光束转换成阵列型激光光束，其中，所述阵列型激光光束由多个激光光束以特定阵列形状排列而形成。聚焦模块对应于所述光学模块，所述聚焦模块被配置以用于接收所述阵列型激光光束，并用于将所述阵列型激光光束聚焦且投射至待钻工件，以使聚焦后的所述阵列型激光光束于所述待钻工件上形成以所述特定阵列形状排列的多个孔洞。

在其中一个可行的或者优选的实施例中，所述至少一个脉冲激光光束的脉冲宽度介于50～500fs之间，所述至少一个脉冲激光光束的重复频率介于0.5～10GHz之间，所述至少一个脉冲激光光束的脉冲能量介于100～1000μJ之间。

在其中一个可行的或者优选的实施例中，所述发射模块包括脉冲激光产生单元、激光调制单元以及激光放大单元。脉冲激光产生单元用于产生具有多个脉冲信号的激光。激光调制单元邻近于所述脉冲激光产生单元，所述激光调制单元被配置以用于提高所述激光的所述重复频率，并用于依据提高后的所述激光产生具有多个脉冲串的脉冲串激光。激光放大单元邻近于所述激光调制单元，所述激光放大单元被配置以用于提高所述脉冲串激光的所述脉冲能量，以产生所述脉冲激光光束，其中，所述多个脉冲串包括所述多个脉冲信号，所述多个脉冲信号的频率介于1～2000KHz之间。

在其中一个可行的或者优选的实施例中，所述光学模块为衍射光学元件。

在其中一个可行的或者优选的实施例中，所述光学模块为空间光调制器；其中，所述阵列型激光光束的每一所述激光光束的光斑呈预定图案，且所述阵列型激光光束中的相邻的两所述激光光束之间具有预定间距。

在其中一个可行的或者优选的实施例中，阵列激光加工装置还包括控制模块，所述控制模块电连接所述光学模块，所述控制模块被配置以用于根据至少一个光数控制指令，以驱使所述光学模块增加或减少所述阵列型激光光束的所述激光光束的数量。

在其中一个可行的或者优选的实施例中，所述控制模块被配置以用于根据至少一个间距控制指令，以驱使所述光学模块将所述阵列型激光光束的相邻的两所述激光光束之间的所述预定间距增长或缩短。

在其中一个可行的或者优选的实施例中，所述控制模块被配置以用于根据至少一个阵列控制指令，以驱使所述光学模块将所述阵列型激光光束的所述特定阵列形状转化成另外一个特定阵列形状。

在其中一个可行的或者优选的实施例中，所述控制模块被配置以用于根据至少一个图案控制指令，以驱使所述光学模块将至少一个所述激光光束的光斑的由预定图案转化成另外一个预定图案。

在其中一个可行的或者优选的实施例中，阵列激光加工装置还包括载座模块，所述载座模块对应于所述聚焦模块，所述载座模块被配置以用于承载所述待钻工件；其中，所述发射模块、所述光束调整模块、所述光学模块以及所述聚焦模块设置在同一个光学路径。

本实用新型的其中一有益效果在于，本实用新型所提供的阵列激光加工装置，能通过“发射模块用于提供至少一个脉冲激光光束。光束调整模块对应于所述发射模块，所述光束调整模块被配置以用于接收所述至少一个脉冲激光光束，并用于将所述至少一个脉冲激光光束转换成调制激光光束。光学模块对应于所述光束调整模块，所述光学模块被配置以用于接收所述调制激光光束，并用于将所述调制激光光束转换成阵列型激光光束，其中，所述阵列型激光光束由多个激光光束以特定阵列形状排列而形成。聚焦模块对应于所述光学模块，所述聚焦模块被配置以用于接收所述阵列型激光光束，并用于将所述阵列型激光光束聚焦且投射至待钻工件，以使聚焦后的所述阵列型激光光束于所述待钻工件上形成以所述特定阵列形状排列的多个孔洞”的技术方案，以提升激光加工的效率。

为使能更进一步了解本实用新型的特征及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本实用新型加以限制。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例的阵列激光加工装置的装置架构示意图。

图2为本实用新型第一实施例的阵列激光加工装置的发射模块的架构示意图。

图3为本实用新型第一实施例的阵列激光加工装置的发射模块的脉冲激光光束的多个脉冲串的示意图。

图4为本实用新型第一实施例的阵列激光加工装置的使用状态示意图。

图5为本实用新型第二实施例的阵列激光加工装置的第一装置架构示意图。

图6为本实用新型第二实施例的阵列激光加工装置的第二装置架构示意图。

图7为本实用新型第二实施例的阵列激光加工装置的加工后待钻工件的第一俯视示意图。

图8为本实用新型第二实施例的阵列激光加工装置的加工后待钻工件的第二俯视示意图。

图9为本实用新型第二实施例的阵列激光加工装置的加工后待钻工件的第三俯视示意图。

附图标记：

Z:阵列激光加工装置；1:发射模块；10:脉冲激光产生单元；11:激光调制单元；12:激光放大单元；2:光束调整模块；3:光学模块；4:聚焦模块；5:载座模块；6:控制模块；A1、A2:特定阵列形状；B:待钻工件；B1:孔洞；L:脉冲激光光束；L01:激光；L02:脉冲串激光光；LA:阵列型激光光束；Lc:激光光束；LE:调制激光光束；P1～Pn:脉冲串；PS:预定间距；S1～Sn:脉冲信号。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本实用新型所公开有关“阵列激光加工装置”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本实用新型的优点与效果。本实用新型可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本实用新型的构思下进行各种修改与变更。另外，本实用新型的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本实用新型的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本实用新型的保护范围。

应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种元件或者信号，但这些元件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一元件与另一元件，或者一信号与另一信号。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

第一实施例

请参阅图1至图4，分别为本实用新型第一实施例的阵列激光加工装置的装置架构示意图、使用状态示意图、发射模块的架构示意图以及发射模块的脉冲激光光束的多个脉冲串的示意图。如图所示，本实用新型第一实施例提供一种阵列激光加工装置Z，其包括发射模块1、光束调整模块2、光学模块3以及聚焦模块4。

配合图1至图3所示，发射模块1可用于提供至少一个脉冲激光光束L。举例来说，发射模块1可为用于提供至少一个脉冲激光光束L的激光设备。其中，脉冲激光光束L的脉冲宽度可介于50～500fs之间，脉冲激光光束L的重复频率可介于0.5～10GHz之间，脉冲激光光束L的脉冲能量可介于100～1000μJ之间。进一步来说，配合图2及图3所示，发射模块1可包括脉冲激光产生单元10、激光调制单元11以及激光放大单元12。脉冲激光产生单元10可被配置以用于产生具有多个脉冲信号S1～Sn的激光L01；其中，脉冲激光产生单元10可为脉冲激光产生器。激光调制单元11可邻近于脉冲激光产生单元10，激光调制单元11被配置以用于提高激光L01的重复频率，并用于依据提高后的激光L01而产生具有多个脉冲串(burst)的脉冲串激光L02；其中，激光调制单元11可为声光调制器(Acousto-Optic Modulator,AOM)或其他同类型的装置，且脉冲串激光L02的重复频率可介于0.5～10GHz之间(例如，0.5～10GHz之间的任意正整数)，但不以此为限。激光放大单元12可邻近于激光调制单元11，激光放大单元12被配置以用于提高脉冲串激光L02的脉冲能量，以产生脉冲激光光束L。其中，多个脉冲串包括多个脉冲信号S1～Sn，多个脉冲信号S1～Sn的频率可介于1～2000KHz之间。

更进一步来说，配合图3所示，多个脉冲串P1～Pn包括多个脉冲信号S1～Sn；即，多个脉冲信号S1形成脉冲串P1、多个脉冲信号S2形成脉冲串P2、...、多个脉冲信号Sn形成脉冲串Pn，使多个脉冲串P1～Pn分别形成多个脉冲信号S1～Sn。其中，多个脉冲信号S1～Sn的脉冲宽度位于50～500fs之间(例如，50～500fs之间的任意正整数)，多个脉冲信号S1～Sn的数量位于50～1000个之间(例如，50～1000个之间的任意正整数)，多个脉冲信号S1～Sn的频率位于1～2000KHz之间(例如，1～2000KHz之间的任意正整数)，但不以此为限。

因此，脉冲激光光束L可通过发射模块1进行调整，脉冲激光光束L的脉冲宽度(即多个脉冲信号S1～Sn的脉冲宽度)可介于50～500fs之间，脉冲激光光束L的重复频率(即脉冲串激光L02的重复频率)可介于0.5～10GHz之间，且脉冲激光光束L的平均功率可依据脉冲能量和重复频率来决定，但不以此为限。值得注意的是，脉冲激光光束L的脉冲宽度、脉冲激光光束L的脉冲能量、多个脉冲信号S1～Sn的频率、脉冲激光光束L的重复频率以及多个脉冲信号S1～Sn的数量可依据实际需求进行适当调整。举例来说，若钻孔或焊接复合材料时所采用的脉冲激光光束L的脉冲能量较高，则脉冲激光光束L的重复频率可调整为较低频率。此外，更值得注意的是，若钻孔或焊接复合材料时采用的脉冲激光光束L的脉冲宽度、脉冲激光光束L的脉冲能量、多个脉冲信号S1～Sn的频率、脉冲激光光束L的重复频率以及多个脉冲信号S1～Sn的数量低于上述预定范围，则激光光束难以钻孔或焊接复合材料；而若钻孔或焊接复合材料时所采用的脉冲激光光束L的脉冲宽度、脉冲激光光束L的脉冲能量、多个脉冲信号S1～Sn的频率、脉冲激光光束L的重复频率以及多个脉冲信号S1～Sn的数量超过上述预定范围，则复合材料的钻孔处容易产生裂缝(crack)；例如，若钻孔或焊接复合材料时所采用的脉冲激光光束L的脉冲宽度为600fs，则复合材料的钻孔处容易产生裂缝。然而，上述所举的例子只是其中一个可行的实施例而并非用以限定本实用新型。

接着，配合图1所示，光束调整模块2可对应于发射模块1，光束调整模块2被配置以用于接收至少一个脉冲激光光束L，并用于将至少一个脉冲激光光束L转换成一调制激光光束LE。举例来说，光束调整模块2可为激光扩束装置，光束调整模块2可扩大脉冲激光光束L的激光光斑，以产生扩束后的调制激光光束LE。

接下来，配合图1及图4所示，光学模块3可对应于光束调整模块2，光学模块3被配置以用于接收调制激光光束LE，并用于将调制激光光束LE转换成一阵列型激光光束LA，其中，阵列型激光光束LA由多个激光光束Lc以特定阵列形状A1排列而形成。举例来说，光学模块3可为一衍射光学元件(Diffractive Optical Element,DOE)。光学模块3接收调制激光光束LE后，可将单一个光束的调制激光光束LE转换成以特定阵列形状A1排列的多个激光光束Lc(即阵列型激光光束LA)。

接着，配合图1及图4所示，聚焦模块4对应于光学模块3，聚焦模块4被配置以用于接收阵列型激光光束LA，并用于将阵列型激光光束LA聚焦且投射至待钻工件B，以使聚焦后的阵列型激光光束LA于待钻工件B上形成以特定阵列形状A1排列的多个孔洞B1。举例来说，聚焦模块4可为平场聚焦透镜(F-Theta Lens)，聚焦模块4可将阵列型激光光束LA的每一个激光光束Lc聚焦为具有预定高径深比的激光光束，再将阵列型激光光束LA投射至待钻工件B。其中，发射模块1、光束调整模块2、光学模块3以及聚焦模块4可设置在同一光学路径。

因此，配合图1至图4所示，在本实用新型的阵列激光加工装置Z对待钻工件B进行加工时，通过在光束调整模块2与聚焦模块4之间设置光学模块3，以产生阵列型激光光束LA；并且，利用聚焦模块4将阵列型激光光束LA投射到待钻工件B，以于待钻工件B的表面上一次形成多个孔洞B1。

由此，本实用新型的阵列激光加工装置Z通过上述的技术方案，利用光学模块3产生阵列型激光光束LA，而能一次性地在待钻工件B的表面上一次形成多个孔洞B1，进而可提升激光加工的效率，并可降低生产成本。

进一步地，本实用新型的阵列激光加工装置Z还可包括一载座模块5，载座模块5对应于聚焦模块4，载座模块5被配置以用于承载待钻工件B。举例来说，配合图1所示，载座模块8可为多轴向的移动式载台。载座模块8可选择性地带动待钻工件B进行位移。其中，待钻工件B的厚度可为50～1000μm，待钻工件B可包括预备进行钻孔的至少两个基板，各个基板可以是玻璃、金属、陶瓷或半导体晶圆，但不以此为限。

然而，上述所举的例子只是其中一个可行的实施例而并非用以限定本实用新型。

第二实施例

请参阅图5至图9，分别为本实用新型第二实施例的阵列激光加工装置的第一装置架构示意图、第二装置架构示意图、加工后待钻工件的第一俯视示意图、加工后待钻工件的第二俯视示意图以及加工后待钻工件的第三俯视示意图，并请一并参阅图1至图4。如图所示，本实施例的阵列激光加工装置Z与上述实施例的阵列激光加工装置Z大致相似，因此，相同元件的设置或作动在此不再赘述。而本实施例与上述第一实施例的差异在于，在本实施例中，光学模块3可为一空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)；其中，阵列型激光光束LA的每一个激光光束Lc的光斑可呈一预定图案，且阵列型激光光束LA中的相邻的两个激光光束Lc之间可具有预定间距PS。并且，本实用新型的阵列激光加工装置Z还可包括控制模块6，控制模块6电连接光学模块3，控制模块6可被配置以用于根据至少一个光数控制指令，以驱使光学模块3增加或减少阵列型激光光束LA的激光光束Lc的数量。

举例来说，配合图5及图6所示，本实用新型的光学模块3可为透射式或反射式的空间光调制器。并且，控制模块6可为控制设备(例如计算机，但不以此为限)，可用于操作、控制光学模块3。因此，当使用者想要增加或减少阵列型激光光束LA在待钻工件B表面上所形成的孔洞B1数量时，可通过操作控制模块6，给予控制模块6光数控制指令，以使控制模块6控制光学模块3增加或减少阵列型激光光束LA中的激光光束Lc的数量。

进一步地，控制模块6可被配置以用于根据至少一个间距控制指令，以驱使光学模块3将阵列型激光光束LA的相邻的两个激光光束Lc之间的预定间距PS增长或缩短。举例来说，配合图5至图7所示，当使用者想要调整在待钻工件B表面上所形成的多个孔洞B1之间的间距时，使用者可通过操作控制模块6，给予控制模块6间距控制指令，以使控制模块6控制光学模块3调整阵列型激光光束LA中相邻的两个激光光束Lc之间的预定间距PS，即增长或缩短相邻的两个激光光束Lc之间的预定间距PS。

更进一步地，控制模块6可被配置以用于根据至少一个图案控制指令，以驱使光学模块将至少一个激光光束Lc的光斑的由预定图案(例如圆形)转化成另外一个预定图案(例如方形)。举例来说，配合图5至图8所示，当使用者想要调整待钻工件B上所形成的孔洞B1形状时，使用者可通过操作控制模块6，给予控制模块6阵列控制指令，以使控制模块6控制光学模块3调整激光光束Lc的光斑形状，进而使得阵列型激光光束LA投射到待钻工件B后，可在待钻工件B上形成特定形状的孔洞B1。

更进一步地，控制模块6可被配置以用于根据至少一个阵列控制指令，以驱使光学模块3将阵列型激光光束LA的特定阵列形状A1(例如正方形)转化成另外一个特定阵列形状A2(例如长方形)。举例来说，配合图5至图7及图9所示，当使用者想要调整在待钻工件B表面上形成特定阵列形状的孔洞B1阵列(或者改变原先的阵列形状设定时)时，使用者可通过操作控制模块6，给予控制模块6阵列控制指令，以使控制模块6控制光学模块3调整特定阵列形状，以于待钻工件B表面上形成呈特定阵列形状的多个孔洞B1(或另外一个特定阵列形状A2)。

然而，上述所举的例子只是其中一个可行的实施例而并非用以限定本实用新型。

实施例的有益效果

本实用新型的其中一有益效果在于，本实用新型所提供的阵列激光加工装置Z，能通过“发射模块1用于提供至少一个脉冲激光光束L。光束调整模块2对应于发射模块1，光束调整模块2被配置以用于接收至少一个脉冲激光光束L，并用于将至少一个脉冲激光光束L转换成一调制激光光束LE。光学模块3对应于光束调整模块2，光学模块3被配置以用于接收调制激光光束LE，并用于将调制激光光束LE转换成一阵列型激光光束LA，其中，阵列型激光光束LA由多个激光光束以一特定阵列形状A1排列而形成。聚焦模块4对应于光学模块3，聚焦模块4被配置以用于接收阵列型激光光束LA，并用于将阵列型激光光束LA聚焦且投射至一待钻工件B，以使聚焦后的阵列型激光光束LA于待钻工件B上形成以特定阵列形状A1排列的多个孔洞B1”的技术方案，以提升激光加工的效率。

更进一步来说，本实用新型的阵列激光加工装置Z通过上述的技术方案，利用光学模块3产生阵列型激光光束LA，而能一次性地在待钻工件B的表面上一次形成多个孔洞B1，进而可提升激光加工的效率，并可降低生产成本。并且，本实用新型的阵列激光加工装置Z可通过采用具有脉冲宽度位于50～500fs之间的GHz脉冲串(burst)的脉冲激光光束L，对待钻工件B的多个钻孔处进行钻孔，以避免于加工后的待钻工件B的多个钻孔处发生分层现象，并维持小热影响区域，进而可避免待钻工件B的钻孔处产生任何碎片与裂缝。而且，本实用新型的阵列激光加工装置Z还可通过光学模块3调整阵列型激光光束LA中相邻的两个激光光束Lc之间的间距、激光光束Lc的数量、激光光束Lc的光斑以及阵列型激光光束LA的阵列形状中的至少一者。

以上所公开的内容仅为本实用新型的优选可行实施例，并非因此局限本实用新型的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本实用新型说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本实用新型的权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种阵列激光加工装置，其特征在于，包括：

发射模块，所述发射模块用于提供至少一个脉冲激光光束；

光束调整模块，所述光束调整模块对应于所述发射模块，所述光束调整模块被配置以用于接收所述至少一个脉冲激光光束，并用于将所述至少一个脉冲激光光束转换成调制激光光束；

光学模块，所述光学模块对应于所述光束调整模块，所述光学模块被配置以用于接收所述调制激光光束，并用于将所述调制激光光束转换成阵列型激光光束，其中，所述阵列型激光光束由多个激光光束以特定阵列形状排列而形成；以及

聚焦模块，所述聚焦模块对应于所述光学模块，所述聚焦模块被配置以用于接收所述阵列型激光光束，并用于将所述阵列型激光光束聚焦且投射至待钻工件，以使聚焦后的所述阵列型激光光束于所述待钻工件上形成以所述特定阵列形状排列的多个孔洞。

2.根据权利要求1所述的阵列激光加工装置，其特征在于，所述至少一个脉冲激光光束的脉冲宽度介于50～500fs之间，所述至少一个脉冲激光光束的重复频率介于0.5～10GHz之间，所述至少一个脉冲激光光束的脉冲能量介于100～1000μJ之间。

3.根据权利要求2所述的阵列激光加工装置，其特征在于，所述发射模块包括：

脉冲激光产生单元，所述脉冲激光产生单元用于产生具有多个脉冲信号的激光；

激光调制单元，所述激光调制单元邻近于所述脉冲激光产生单元，所述激光调制单元被配置以用于提高所述激光的所述重复频率，并用于依据提高后的所述激光产生具有多个脉冲串的脉冲串激光；以及

激光放大单元，所述激光放大单元邻近于所述激光调制单元，所述激光放大单元被配置以用于提高所述脉冲串激光的所述脉冲能量，以产生所述脉冲激光光束，其中，所述多个脉冲串包括所述多个脉冲信号，所述多个脉冲信号的频率介于1～2000KHz之间。

4.根据权利要求1所述的阵列激光加工装置，其特征在于，所述光学模块为衍射光学元件。

5.根据权利要求1所述的阵列激光加工装置，其特征在于，所述光学模块为空间光调制器；其中，所述阵列型激光光束的每一个所述激光光束的光斑呈预定图案，且所述阵列型激光光束中的相邻的两所述激光光束之间具有预定间距。

6.根据权利要求5所述的阵列激光加工装置，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块电连接所述光学模块，所述控制模块被配置以用于根据至少一个光数控制指令，以驱使所述光学模块增加或减少所述阵列型激光光束的所述激光光束的数量。

7.根据权利要求6所述的阵列激光加工装置，其特征在于，所述控制模块被配置以用于根据至少一个间距控制指令，以驱使所述光学模块将所述阵列型激光光束的相邻的两所述激光光束之间的所述预定间距增长或缩短。

8.根据权利要求6所述的阵列激光加工装置，其特征在于，所述控制模块被配置以用于根据至少一个阵列控制指令，以驱使所述光学模块将所述阵列型激光光束的所述特定阵列形状转化成另外一个特定阵列形状。

9.根据权利要求6所述的阵列激光加工装置，其特征在于，所述控制模块被配置以用于根据至少一个图案控制指令，以驱使所述光学模块将至少一个所述激光光束的光斑的由预定图案转化成另外一个预定图案。

10.根据权利要求1所述的阵列激光加工装置，其特征在于，还包括载座模块，所述载座模块对应于所述聚焦模块，所述载座模块被配置以用于承载所述待钻工件；其中，所述发射模块、所述光束调整模块、所述光学模块以及所述聚焦模块设置在同一个光学路径。