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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum simultanen Laserbearbeiten
eines oder einer Mehrzahl von Bauteilen mit einer Mehrzahl von räumlich
voneinander getrennten Laserstrahlen.
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Aus
verfahrensökonomischen Gründen ist es insbesondere
bei miniaturisierten Bauteilen, beispielsweise elektronische Bauelemente,
und hohem Bauteildurchsatz wünschenswert, auch die Prozessgeschwindigkeit
der im Rahmen einer Fertigung durchgeführten Laserbearbeitungen
zu erhöhen.
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Aus
der
EP 0 135 851 A2 ist
es zur Erhöhung der Prozessgeschwindigkeit bei der Laserbeschriftung
von elektronischen Bauelementen bekannt, den von einem Laser erzeugten
Laserstrahl in mindestens zwei Teilstrahlen aufzuteilen. Diese werden
mit unterschiedlichen Einfallswinkeln auf eine Ablenkoptik gelenkt
und über ein gemeinsames nachgeordnetes Objektiv in einer
Bearbeitungsebene fokussiert. Auf diese Weise ist es möglich,
zwei in der Bearbeitungsebene befindliche Zonen, beispielsweise
zwei dicht nebeneinander angeordnete Bauteile, simultan zu bearbeiten.
Da sich die Teilstrahlen mit betragsmäßig unterschiedlichen
Winkeln relativ zur optischen Achse des Objektivs ausbreiten, ist
es aufgrund von Abbildungsfehlern unvermeidlich, dass die auf den
Bauelementen simultan erzeugten Strukturen nicht vollständig übereinstimmen.
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Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum
simultanen Laserbearbeiten eines oder einer Mehrzahl von Bauteilen
mit einer Mehrzahl von räumlich voneinander getrennten
Laserstrahlen, mit der es möglich ist, simultan in voneinander
räumlich getrennten Arbeitsfeldern weitgehend identische
Bearbeitungsergebnisse zu erzielen.
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Die
genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst
mit einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum simultanen
Laserbearbeiten eines oder einer Mehrzahl von Werkstücken
mit einer Mehrzahl von räumlich voneinander getrennten
Laserstrahlen, ist jedem Laserstrahl eine Ablenkeinheit zugeordnet, und
die von den Ablenkeinheiten abgelenkten Laserstrahlen werden durch
eine gemeinsame Fokussieroptik in einer Bearbeitungsebene fokussiert.
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Da
jedem Laserstrahl eine Ablenkeinheit zugeordnet ist, können
sich die von den Ablenkeinheiten abgelenkten Laserstrahlen in betragsmäßig
identischen Winkeln und Abständen zur optischen Achse der
Fokussiereinheit ausbreiten, so dass für die Laserstrahlen
weitgehend identische Abbildungsbedingungen gelten.
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Durch
die Verwendung einer einzigen gemeinsamen Fokussieroptik ist es
außerdem möglich, dass die simultane Bearbeitung
in Bearbeitungsfeldern erfolgen kann, die praktisch unmittelbar
aneinander grenzen. Dies ermöglicht, die simultane Bearbeitung
von miniaturisierten Bauteilen, beispielsweise das Beschriften von
Mikrochips, die vor dem Vereinzeln auf einem Band dicht nebeneinander
angeordnet sind.
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Wenn
die Laserstrahlen von den Ablenkeinheiten direkt auf die gemeinsame
Fokussieroptik abgelenkt werden, d. h., wenn sich zwischen den Ablenkeinheiten
und der Fokussieroptik keine weiteren Umlenkspiegel befinden, können
die Ablenkeinheiten nahe an der Fokussieroptik positioniert werden.
Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise, bei der
mit kleineren Fokussieroptiken größere Arbeitsbereiche
erfasst werden können.
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Wenn
die Ablenkeinheiten außerdem unabhängig voneinander
steuerbar sind, können simultan in voneinander räumlich
getrennten Bearbeitungsfeldern unterschiedliche Bearbeitungen vorgenommen werden.
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Die
Verwendung unabhängig voneinander steuerbarer Ablenkeinheiten
ermöglicht es auch, mit einer in der Steuereinrichtung
vorhandenen Korrektureinrichtung die Steuerdaten für die
Ablenkeinheiten derart zu korrigieren, dass Abbildungsfehler oder Verzerrungen,
die durch Versatz der Ablenkeinheiten, d. h. ihrer optischen Achse
zur optischen Achse der Fokussieroptik entstehen, kompensiert werden können.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zum Erzeugen
der Mehrzahl von Laserstrahlen eine einzige Laserstrahlquelle und
eine dieser nachgeordnete Strahlteilereinrichtung vorgesehen.
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Wenn
die Strahlteilereinrichtung in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung zumindest einen Strahlteiler umfasst, dessen Verhältnis
aus Transmissions- und Reflexionsgrad einstellbar ist, ist es möglich,
die Intensitätsverhältnisse der von den einzelnen
Ablenkeinheiten abgelenkten Laserstrahlen in der Bearbeitungsebene
einzustellen. Durch diese Maßnahme kann auf einfache Weise
sichergestellt werden, dass die in der Bearbeitungsebene fokussierten
Laserstrahlen praktisch identische Intensität aufweisen,
und gegebenenfalls auftretende unterschiedliche Reflexions- oder
Absorptionsverluste der einzelnen Laserstrahlen kompensiert werden
können.
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Zur
weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele
der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:
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1 eine
Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer schematischen
Prinzipdarstellung,
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2 ein
Ausführungsbeispiel, bei der die räumlich voneinander
getrennten Laserstrahlen durch zwei Laserquellen erzeugt werden,
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3 eine
alternative Ausführungsform, bei der die einzelnen räumlich
voneinander getrennte Laserstrahlen mit einer Strahlteilereinrichtung
aus einem einzigen Laserstrahl erzeugt werden.
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Gemäß 1 umfasst
die Vorrichtung eine Mehrzahl von Laserstrahlquellen, im Beispiel
zwei Laserstrahlquellen 2a, b, die jeweils einen Laserstrahl
La bzw. Lb erzeugen. Die beiden Laserstrahlen La und Lb treffen
auf eine ihnen jeweils zugeordnete Ablenkeinheit 4a bzw.
b, werden dort abgelenkt und durch eine gemeinsame Fokussieroptik 6 in
einer Bearbeitungsebene 8 fokussiert. Als Fokussieroptik 6 ist beispielsweise
insbesondere bei der Lasermarkierung eine sogenannte F-Theta-Linse
vorgesehen.
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Die
optischen Achsen 9a, b der Ablenkeinheiten 4a,
b, d. h. die Geraden, entlang derer sich die Laserstrahlen La bzw.
Lb in Grundstellung der Ablenkeinheiten 4a, b ausbreiten,
verlaufen vorzugsweise unter einem schiefen Winkel α zur
optischen Achse der Fokussieroptik 6 und sind symmetrisch
zur optischen Achse 10 der Fokussieroptik 6 angeordnet.
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Die
Ablenkeinheiten 4a und 4b, beispielsweise sogenannte
Galvoköpfe, die jeweils aus zwei um zueinander orthogonale
Achsen schwenkbaren Galvanometerspiegeln 40a, b und 42a,
b bestehen, werden ebenso wie die Laserstrahlquellen 2a,
b von einer Steuereinrichtung 11 entweder unabhängig
voneinander mit unterschiedlichen Steuersignalen Sa, Sb oder mit
identischen Steuersignalen Sa = Sb gesteuert, wobei im letzteren
Fall die beiden Laserstrahlen La und Lb gleichzeitig in der Bearbeitungsebene 8 an
unterschiedlichen Arbeitspositionen eine identische Bearbeitung
vornehmen.
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Wenn
die Ablenkeinheiten 4a, b unabhängig voneinander
steuerbar sind, ist es einerseits möglich, in benachbarten
Arbeitsfeldern verschiedene Bearbeitungen gleichzeitig auszuführen.
Andererseits können auf diese Weise auch Abbildungsfehler
korrigiert werden, die einerseits dadurch verursacht sein können,
dass Ablenkeinheiten 4a, 4b versetzt und mit ihren
optischen Achsen 9a, b schiefwinklig zur optischen Achse 10 der
Fokussieroptik angeordnet sind. Hierzu werden die Steuerdaten für
die Ablenkeinheiten 4a, 4b in einer in der Steuereinrichtung 11 integrierten
Korrektureinrichtung korrigiert und entsprechend korrigierte Steuersignale
Sa, Sb ausgegeben.
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Im
Ausführungsbeispiel der 2 sind in
der Bearbeitungsebene 8 eine Mehrzahl von eng nebeneinander
angeordneten Bauteilen 14 angeordnet, von denen mit Hilfe
der in der Fig. dargestellten räumlich voneinander getrennten
zwei Laserstrahlen La und Lb zwei nebeneinander angeordnete Bauteile 14 simultan
bearbeitet werden können. Die Laserstrahlen La, Lb werden durch
den Umlenkspiegel 3a, b jeweils um 90° und durch
die Galvanometerspiegel 40a, b und 42a, b ebenfalls
um einen in einem Winkelbereich von 90° liegenden Winkel
umgelenkt, um auf diese Weise einen kompakten Aufbau zu ermöglichen.
Eine solche simultane Bearbeitung eng nebeneinanderliegender Bauteile 14 wird
ermöglicht, da die Laserstrahlen La und Lb durch dieselbe
Fokussieroptik 6 fokussiert werden, so dass deren Bearbeitungsfelder
eng nebeneinander angeordnet sein und sich auch überlagern
können. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber
sogenannten Mehrkopfanordnungen, bei denen bedingt durch die geometrischen
Abmessungen der nebeneinander angeordneten Fokussieroptiken ein
Mindestabstand zwischen benachbarten Bearbeitungsfeldern nicht zu vermeiden
ist.
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Im
Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist
nur eine einzige Laserstrahlquelle 2 vorgesehen, die in der
dargestellten vorteilhaften Ausgestaltung einen linear polarisierten
Laserstrahl L erzeugt, wie dies durch den Doppelpfeil 16 veranschaulicht
ist. Mit Hilfe einer Strahlteilereinrichtung 18 wird dieser
Laserstrahl L im Ausführungsbeispiel in zwei Laserstrahlen La
und Lb aufgeteilt, die ebenso jeweils einer Ablenkeinheit 4a bzw. 4b zugeführt
werden. Auch in diesem Ausführungsbeispiel werden die Laserstrahlen L,
La, Lb von den Strahlleitereinrichtungen 18 und dem Umlenkspiegel 3c um
90° und von den Galvanometerspiegeln um einen in einem
Winkelbereich von 90° liegenden Winkel umgelenkt.
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Die
Strahlteilereinrichtung 18 umfasst in einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform um einen sogenannten Gradientenstrahlteiler
(gradient beam splitter), dessen Beschichtung und damit der Reflexions-
und Transmissionsgrad für die s- bzw. p-Komponente des
Laserstrahls L vom Ort abhängt, an dem er auf die Grenzfläche
auftrifft. Mit einem solchen Gradientenstrahlteiler ist es durch
Linearverschieben der Strahlteilereinrichtung 18 senkrecht
zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls L möglich, das
Intensitätsverhältnis der Laserstrahlen La und
Lb einzustellen, um unterschiedliche Intensitätsverluste beispielsweise
aufgrund des Reflexionsverlustes an dem der Strahlteilereinrichtung 18 nachgeordneten Umlenkspiegel 3c zu
kompensieren. Diese Linearverschiebung ist anhand der Pfeile 20 in
der Figur veranschaulicht. Auf diese Weise sind identische Intensitäten
in der Bearbeitungsebene 8 einstellbar.
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Bei
Verwendung eines unpolarisierten Laserstrahls L ist es zum Vermeiden
einer schwankenden Intensität der an den Grenzflächen
reflektierten Laserstrahlen La, Lb oder des die Strahlteilereinrichtung 18 transmittierenden
Laserstrahls Lb zweckmäßig, für alle
Spiegel kleinere Einfallswinkel (relativ zur Normalen der Grenzfläche),
beispielsweise < 10°,
zu wählen. Dann ist der Unterschied zwischen den Reflexionsgraden
der s- und p-Komponente klein, so dass Schwankungen der Polarisationseigenschaften des
Laserstrahls L nur noch eine geringe Rolle spielen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die simultane Verwendung zweier Laserstrahlen
La und Lb beschränkt. Grundsätzlich ist auch die
Verwendung von mehr als zwei Ablenkeinheiten und dementsprechend
mehr als zwei Laserstrahlen möglich, um auf diese Weise
die Prozessgeschwindigkeit durch simultanes Bearbeiten dicht nebeneinander
angeordneter oder sich überlappender Bearbeitungsfelder
zu erhöhen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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