DE19840936A1 - Anordnung zum mehrkanaligen Schneiden und Ritzen von Materialien mittels Laserstrahlen - Google Patents
Anordnung zum mehrkanaligen Schneiden und Ritzen von Materialien mittels LaserstrahlenInfo
- Publication number
- DE19840936A1 DE19840936A1 DE19840936A DE19840936A DE19840936A1 DE 19840936 A1 DE19840936 A1 DE 19840936A1 DE 19840936 A DE19840936 A DE 19840936A DE 19840936 A DE19840936 A DE 19840936A DE 19840936 A1 DE19840936 A1 DE 19840936A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- arrangement
- laser
- processing
- fiber
- end pieces
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
- B23K26/042—Automatically aligning the laser beam
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/0869—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
- B23K26/0876—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
- B23K26/0884—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions in at least in three axial directions, e.g. manipulators, robots
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Robotics (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Anordnung zur Materialbearbeitung mittels Laser, bestehend aus einem Gehäuse, zur Aufnahme von Komponenten der Anordnung, einem Tisch (225) zur Aufnahme des zu bearbeitenden Materials, Stellantrieben, mit denen der Tisch relativ zu einem Schlitten entlang der Raumkoordinaten x, y, z bewegbar ist und um einen Winkel phi um eine etwa senkrecht durch die Bearbeitungsfläche verlaufende Drehachse z verdrehbar ist, mindestens zwei Fiberlaserausgänge zur Erzeugung von mehreren Bearbeitungsspuren, die auf einer Profilschiene angeordnet sind und mit Abschlußstücken (26, 94) versehen sind, durch die die Laser auf die Bearbeitungsfläche (81) gerichtet und fokussierbar sind, wobei die Abschlußstücke auf dem Schlitten so angeordnet sind, daß der gegenseitige Abstand der durch die Abschlußstücke erzeugten Bearbeitungsspuren (224) veränderbar ist, einem Kühlsystem, einer Steuerung für die Laser und einer Maschinensteuerung für die Antriebe zur Erzeugung der Relativbewegung und der Rotationsbewegung.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum mehrkanaligen Schneiden und Ritzen von
Materialien mittels Laserstrahlen. In der Halbleiterindustrie besteht ein großer Bedarf
an neuen Techniken zum Schneiden und Ritzen und der sonstigen Bearbeitung von
Materialien, insbesondere von Halbleitermaterialien.
Beispielsweise gibt es bei der Herstellung von Photovoltaik-Zellen zur Stromerzeu
gung aus Solarenergie, den sogenannten Solarzellen, eine Notwendigkeit, in die
Oberfläche des Halbleitermaterials feine Spuren einzuschneiden, wie es in einem
Sonderdruck der Zeitschrift "Sonnenenergie & Wärmetechnik", 4/1997 von Dipl.-Ing.
Stefan Müller, beschrieben ist. Solarzellen benötigen Kontaktierungen für die elektri
schen Anschlüsse. Um den Innenwiderstand der Zellen zu erniedrigen und damit
den Wirkungsgrad zu verbessern, werden solche Kontaktierungen in geringen Ab
ständen angebracht. Bei herkömmlichen Solarzellen werden Kontaktfinger in einem
Siebdruckverfahren aufgebracht, wobei eine Metallpaste durch eine Maske auf den
vorbehandelten Silicium-Wafer gepreßt wird. Die Kontaktfinger sind etwa 200 µm
breit. Bei der in der vorgenannten Literaturstelle beschriebenen Saturn-Technologie
wird diese Kontaktlinie mit einem Laser eingeschnitten, die Breite verringert sich da
durch auf etwa 20 µm. Da die Kontaktlinien sehr schmal sind, kann man es sich lei
sten, in die Solarzelle mehr Linien einzuschneiden. Dadurch vermindern sich die
ohmschen Verluste beim Ableiten der Ladungsträger. Auf eine herkömmliche Zelle
werden etwa 60 Kontaktfinger aufgedruckt, in eine Saturn-Zelle dagegen rund 80
Linien geschnitten. Die gesamte Linienbreite pro Zelle reduziert sich somit von 12
mm (60×200 µm) auf 1,6 mm (80×20 µm), obwohl die Anzahl der Kontaktlinien er
höht wurde. Entsprechend vermindert sich die durch die Kontaktfinger abgedeckte
Fläche, was zu einer höheren Energieausbeute führt.
In bekannter Weise wird das Einschneiden der Kontaktlinien üblicherweise in einer
Step- and-Repeat-Einrichtung mit einem YAG-Laser vorgenommen. Man kann leicht
einsehen, daß eine solche einkanalige Schneideinrichtung sehr bald an ihrer Lei
stungsgrenze arbeitet und die Produktionsmenge begrenzt. Es ist denkbar, mehrere
solcher Schneideinrichtungen parallel arbeiten zu lassen. Dies ist aber mit erhebli
chen Kosten verbunden. Nachteilig ist auch die umständliche mäanderförmige Be
wegung des Schlittens, auf dem die Zellen befestigt sind. Durch diese mäanderför
mige Bewegung ist die Antriebsmechanik für den Schlitten einem starken mechani
schen Verschleiß ausgesetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine mehrkanalige Ritz- und Schneideinrichtung
zu schaffen die die genannten Nachteile vermeidet und präzise arbeitet.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Anordnung zur Materialbearbei
tung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen
aus den Unteransprüchen 2 bis 7 hervor.
In vorteilhafter Weise wird für die Zwecke der Erfindung eine Laserstrahlungsquelle
verwendet, wie sie in der parallellaufenden, gleichzeitig mit der vorliegenden Anmel
dung eingereichten deutschen Patentanmeldung "Verfahren und Anordnung zur
Materialbearbeitung mittels Laserstrahlen", Zeichen der Anmelderin 98/1035, und in
der parallellaufenden, gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten
deutschen Gebrauchsmusteranmeldung "Laserstahlungsquelle hoher Leistungs
dichte und hoher Energie zur Materialbearbeitung", Zeichen der Anmelderin 98/1036
GM, beschrieben ist. Diese Laserstrahlungsquelle besteht aus mehreren diodenge
pumpten Fiberlasern, auch Faserlaser genannt, deren Ausgangsstrahlenbündel am
Bearbeitungsort nebeneinander, und/oder übereinander oder in einem Punkt oder
Bündel auftreffen und somit die Erzeugung eines in Form und Größe gezielt varia
blen Bearbeitungsflecks auch bei sehr hohen Laserleistungen und extrem hohen
Leistungsdichten ermöglicht. Das zu bearbeitende Material kann sich in einer Ebene
befinden, an der die Laserstrahlungsquelle oder ihre Ausgangsstrahlung relativ vor
beigeführt wird. Weiterhin wird in der parallellaufenden, gleichzeitig mit der vorlie
genden Anmeldung eingereichten Patentanmeldung "Abschlußstück für Lichtleitfa
sern", Zeichen der Anmelderin 98/1037, und in der parallellaufenden, gleichzeitig mit
der vorliegenden Anmeldung eingereichten deutschen Gebrauchsmusteranmeldung
"Abschlußstück für Lichtleitfasern", Zeichen der Anmelderin 98/1037 GM, ein Ab
schlußstück beschrieben, das es ermöglicht, die Strahlenbündel der einzelnen Laser
mit definierten Werten in Strahldurchmesser, Strahldivergenz, Zentrierung und Win
kelrichtung genau und dauerhaft zu fassen, um eine fertigungs- und servicegerechte
Anordnung zu erhalten und die Laserstrahlung gezielt zu führen. Die Strahlenbündel
können dabei je nach Anwendungsfall z. B. als parallele Laserstrahlen ausgekoppelt
werden, divergieren oder z. B. in einem gewissen Abstand von der Austrittsstelle fo
kussiert sein. Die Abschlußstücke können dabei direkt an den Ausgang der Fiberla
ser oder an den Ausgang angekoppelter Fasern oder Faserschmelzkoppler, mit de
nen die Strahlung eines oder mehrerer Fiberlaser aufgespalten oder zusammenge
faßt werden kann, angebracht werden. Mit einer gemäß der Erfindung entsprechend
räumlich kleinen Ausführung der Abschlußstücke, die zudem noch besonders ein
fach aneinandergereiht werden können, wird es möglich, die Strahlenbündel mehre
rer Ausgänge der Fiberlaser in Abständen von weniger als 2,5 mm zusammenzufas
sen, so daß die gestellte Aufgabe gelöst wird und gleichzeitig eine wirtschaftliche
Fertigung sowie eine kostengünstige Wartung der Laserstrahlungsquelle ermöglicht
wird. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 bis 7 näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Laserstrahlungsquelle,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Fiberlasers (Stand der Technik),
Fig. 2a eine verkürzte Darstellung der Fiber des Fiberlasers (Stand der Technik),
Fig. 3 ein Beispiel einer Ausführung eines Abschlußstücks mit einer konischen
Passung zum Einsatz in eine Halterung,
Fig. 4 eine modulare Ausführung der Fiber des Fiberlasers gemäß Fig. 1,
Fig. 5 ein Beispiel für die Einkopplung der Pumpenergie in die Fiber des Fiberlasers
gemäß Fig. 13,
Fig. 6 eine Prinzipanordnung der Schneid- und Ritzeinrichtung,
Fig. 6a weitere Details zu Fig. 6,
Fig. 6b eine Schnittzeichnung zu Fig. 6a und
Fig. 7 eine Ausführungsform der Schneid- und Ritzeinrichtung.
In Fig. 1 ist eine Laserstrahlungsquelle 1 dargestellt, die aus mehreren, gemäß der
Erfindung vorzugsweise als Module ausgeführten, diodengepumpten Fiberlasern
(Faserlaser) (2) besteht, die von einer vorzugsweise modularen Versorgung 32 mit
elektrischer Energie beaufschlagt werden, die teilweise in Laserstrahlung umgesetzt
wird. Weiterhin ist eine Steuerung 33 vorgesehen, über die die Modulation der
Strahlung vorgenommen wird und die für das Zusammenwirken der Laserstrah
lungsquelle mit ihrer Peripherie sorgt. Die Ausgangsstrahlen der Laser treten am
Strahlungseingang 9 in eine optische Einheit 8 ein und am Strahlungsausgang 10
aus der optischen Einheit aus. Die Aufgabe der optischen Einheit 8 ist die Formung
der
Laserstrahlung zu einem Bearbeitungsfleck 24 auf einer Bearbeitungsfläche 81, es
kann aber auch die Laserstrahlung ohne optische Einheit, beispielsweise mittels der
Abschlußstücke 26, 94 direkt auf die Bearbeitungsfläche gerichtet werden. Die
Laserstrahlungsquelle ist vorzugsweise in einem Gehäuse untergebracht, das auch
für die erforderliche Lasersicherheit sorgt. Die Laserstrahlungsquelle wird vorzugs
weise durch ein Kühlsystem gekühlt.
In den Fig. 2 und 2a wird der prinzipielle Aufbau einer Fiberlaser- (auch Faserla
ser genannt) Anordnung 2 gezeigt. In Fig. 2 wird die Energie einer Pumpquelle wie
z. B. einer Laserdiode, hier Pumpquelle 18 genannt, über eine Einkoppeloptik 3 zu
einem geeigneten Pumpfleck 4 geformt und in die Laserfiber 5 eingekoppelt. Solche
Pumpquellen sind z. B. in der parallellaufenden deutschen Patentanmeldung mit dem
Aktenzeichen P 196 03 704 beschrieben. Typische Pumpquerschnitte der Laserfi
bern liegen etwa zwischen 100 µm und 600 µm Durchmesser, die numerische
Apertur bei etwa 0,4. Die Laserfiber 5 ist auf der Einkoppelseite 6 mit einem Einkop
pelspiegel 7 versehen, der die Pumpstrahlung ungehindert durchläßt, für die Laser
strahlung aber eine 100%ige Reflexion aufweist. Der Einkoppelspiegel 7 kann mit
einer geeigneten Halterung oder durch Kleben an dem Faserende befestigt sein, er
kann aber auch durch direktes Aufdampfen einer geeigneten Schicht, wie sie bei
Einkoppelspiegeln für Laser verwendet wird, auf das Faserende realisiert werden.
Auf der Auskoppelseite 11 der Laserfiber 5 ist ein für die Laserstrahlung teildurchläs
siger Auskoppelspiegel 12 angebracht, durch den die Laserstrahlung 13 ausgekop
pelt wird. In vorteilhafter Weise weist der Auskoppelspiegel für die Pumpstrahlung
eine 100%ige Reflexion auf. Hierdurch wird die restliche Pumpstrahlung wieder zu
rück in die Lichtleitfaser reflektiert, was vorteilhaft ist, da die Pumpenergie besser
ausgenutzt wird und außerdem nicht bei der Anwendung der Laserstrahlung stört.
Der Auskoppelspiegel kann wie beim Einkoppelspiegel, ebenfalls durch Aufdampfen
hergestellt werden.
In Fig. 2a ist der Einkoppelvorgang der Pumpstrahlung in den Pumpquerschnitt 14
der Laserfiber 5 näher dargestellt. Die Energie im Pumpfleck 4 regt auf ihrem Weg
durch die Faser die Laserstrahlung im Kern 15 der Laserfiber 5 an. Der Pumpkern 16
ist von einem Mantel 17 umgeben. Der etwa 5 µm bis 10 µm starke Kern der Laser
fiber ist vorwiegend mit Seltenenen Erden dotiert. Der relativ große Pumpquerschnitt
14 vereinfacht das Einkoppeln der Pumpenergie und ermöglicht den Einsatz einer
einfach lösbaren Verbindung zwischen Pumpquelle und Laserfiber, wie in den Fig. 4
und 5 gezeigt wird. Dabei kann das pumpquellenseitige Abschlußstück der Laserfi
ber baugleich sein mit dem Abschlußstück auf der Auskoppelseite, es muß es aber
nicht. Eine präzise Steckverbindung zwischen Pumpquelle und Laserfiber bietet er
hebliche Vorteile bei der Fertigung der Fiberlaser und im Servicefall. Die Laserfiber
kann aber auch fest mit der Pumpquelle zu einem Lasermodul verbunden sein. Infol
ge des gezielt hergestellten, sehr geringen Faserkerndurchmessers liefert der Fi
berlaser am Austritt eine praktisch beugungsbegrenzte Laserstrahlung 13. Dadurch
ist gemäß der Erfindung eine sehr große Schärfentiefe möglich; beispielsweise kann
man bei einer Größe des Bearbeitungsflecks von 20 µm einen Schärfentiefebereich
von etwa 0,5 bis 1 mm erreichen, was besonders vorteilhaft ist, wenn die Mate
rialoberflächen uneben sind oder nicht exakt positioniert werden können, was be
sonders bei großen Flächen der Fall ist.
Es werden in der Literatur für Fiberlaser prinzipiell mögliche Ausgangsleistungen von
bis zu 100 W genannt. Man kann an den aktiven Ausgang von Fiberlasern auch
passive Lichtleitfasern 28 ankoppeln. Der Erregerstrom der Pumpquelle wird von der
Versorgung 32 geliefert. Wenn kein Erregerstrom durch die Pumpquelle fließt, gibt
der Fiberlaser keine Strahlung ab. Die Pumpquellen werden nur dann eingeschaltet,
wenn im Bearbeitungsfleck Laserenergie benötigt wird. Eine Sicherheitsschaltung
schaltet die Pumpquellen dauerhaft ab, wenn Gefahr droht. Wie in Fig. 4 und Fig. 5
näher erläutert, können die Laserfibern 5 und die Pumpquellen 18 über eine lösbare
Verbindung miteinander verbunden sein.
In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Abschlußstücks 26 (Terminator)
für eine Faser gezeigt. Solche Abschlußstücke können mit Vorteil für die Auskopp
lung der Laserstrahlung aus einer Faser verwendet werden, wie es in der parallel
laufenden, gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten deutschen
Patentanmeldung "Abschlußstück für Lichtleitfasern", Zeichen der Anmelderin
98/1037, und in der parallellaufenden, gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung
eingereichten deutschen Gebrauchsmusteranmeldung "Abschlußstück für Lichtleitfa
sern", Zeichen der Anmelderin 98/1037 GM beschrieben ist. Dieses Abschlußstück
26 kann grundsätzlich für alle Anwendungsfälle benutzt werden, bei denen es darauf
ankommt, das aus einer Faser 28 oder einer zu einem Fiberlaser gehörenden Laser
fiber 5 austretende Strahlenbündel mit einer lösbaren Verbindung präzise anzukop
peln. Ebenso ist es die Aufgabe des Abschlußstücks, eine präzise lösbare Verbin
dung des Fiberlasers oder der Faser mit der übrigen Optik zu ermöglichen. Das Ab
schlußstück besteht aus einem länglichem Gehäuse 132, das eine durchgehende,
sich in axialer Richtung erstreckende, zylindrische Öffnung 130 aufweist. Das Ge
häuse ist vorzugsweise aus vorgefertigtem, beispielsweise gezogenem Material her
gestellt. Die Laserfiber 5 des Fiberlasers ist vorzugsweise auf ihrem letzten Ende
von ihrem Mantel befreit und an ihrer Außenfläche aufgerauht, so daß die restliche
Pumpstrahlung vor dem Eintritt der Laserfiber in das Abschlußstück die Laserfiber
verläßt. Die Laserfiber kann zusätzlich noch mit einer Schutzhülle 131 umgeben
sein, die mit dem Gehäuse 132 des Abschlußstücks verbunden ist. Das Gehäuse 132
weist Passungen 134 auf, mit denen das Gehäuse in einer Fassung 29 genau ein
gesetzt werden kann. An einem Ende des Gehäuses 132 wird das Ende der Faser
28 bzw. der Laserfiber 5 aufgenommen und innerhalb des Gehäuses in der Öffnung
130
geführt. Am anderen Ende des Gehäuses 132 ist eine kurzbrennweitige Linse 133
befestigt. Es können Mittel zum Justieren der Lage der Faser 28 bzw. Laserfiber 5
innerhalb des Abschlußstückes vorgesehen sein, um die Lage der Faser 28 bzw.
Laserfiber 5 zu der Linse 133 innerhalb des Abschlußstückes und in Bezug auf die
Passungen 134 zu justieren. Es kann auch die Lage der Linse zu der Faser justiert
werden. Die Justierungen werden vorteilhaft mit einer Justiervorrichtung vorgenom
men. Dabei können für die Justierung der Lage der Faser 28 bzw. der Laserfiber 5
im Gehäuse 132 Justierschrauben 135 (Fig. 3b) oder Kugeln 137 vorgesehen sein.
Innerhalb der Öffnung 130 bzw. innerhalb der Justierschrauben oder Kugeln kann
die Faser 28 bzw. Laserfiber 5 auch axial verschoben werden. Es kann auch die Lin
se 133 in Bezug auf die Passungen 134 entweder bei der Montage korrekt montiert
oder durch nicht dargestellte geeignete Mittel in Bezug auf die durch die Öffnung 130
in der Position gehaltene Faser 5, 28 axial und/oder radial justiert und fixiert werden.
Durch die Justierung soll erreicht werden, daß das aus der Linse 133 austretende
Strahlenbündel 144 in eine vorgegebene Achs- und Fokuslage mit einem definierten
Kegel gebracht wird.
Fig. 4 zeigt ein Anwendungsbeispiel für das Abschlußstück 26, 94 bei einer Faser 28
bzw. einer Laserfiber 5, die an beiden Enden mit je einem Abschlußstück gemäß der
Erfindung versehen sind. Es ist grundsätzlich möglich, mehrere der im vorangehen
den beschriebenen Abschlußstücke in mehreren Spuren nebeneinander und in meh
reren Ebenen übereinander zu einem Paket zusammenzufassen. Es ist weiterhin
möglich, die Form der Abschlußstücke anders als in Fig. 3 dargestellt auszuführen,
z. B. daß eine zylindrische Form nach Fig. 3 trapezförmige oder rechteckförmige
Passungen erhält.
Fig. 5 zeigt eine Ankopplung der Laserfiber 5 an eine Pumpquelle mittels des Ab
schlußstückes 26 über das Gehäuse 152, in dem die Pumpquelle 18 in einer Aus
nehmung 153 vorzugsweise luftdicht untergebracht ist. Durch eine Dichtung 146 ist
sichergestellt, daß das Abschlußstück 26 ebenfalls luftdicht abschließt, so daß in die
Ausnehmung von außerhalb keine Schmutzpartikel eindringen können und sie bei
Bedarf evakuiert oder mit einem Schutzgas gefüllt werden kann. Es kann auch ein
ständiger Strom eines Schutzgases durch die Ausnehmung 153 fließen, insbesonde
re bei vorübergehender Entfernung des Abschlußstücks 26. Über eine Linse 154
wird die Strahlung der Pumpquelle 18 auf den Pumpquerschnitt der Laserfiber 5 fo
kussiert. Die Pumpquelle kann aus einer oder mehreren Laserdioden bestehen, sie
kann aber auch aus einer Anordnung von einem oder mehreren Lasern, insbesonde
re auch Fiberlasern bestehen, deren Ausgangsstrahlung mit geeigneten Mitteln so
vereinigt wurde, daß ein geeigneter Pumpfleck entsteht.
Fig. 6 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Laserstrahlungsquelle gemäß der
Erfindung, wie sie für das mehrkanalige Schneiden und Ritzen von beispielsweise
Halbleitermaterialien verwendet werden kann. Die Abschlußstücke 26, 94 der Fasern
bzw. Fiberlaser Fa bis Fn haben Strahlenbündel 144, die mittels der Linse 133 in
einem vorgegebenen Abstand von dem Abschlußstück fokussiert sind. Der Durch
messer der Bearbeitungspunkte Ba bis Bn beträgt beispielsweise 20 µm, er kann aber
auch darunter oder darüber liegen. Weiterhin sind die Abschlußstücke auf einer in
den Fig. 6a und 6b näher beschriebenen Profilschiene 256 so angeordnet, daß ihr
gegenseitiger Abstand "A" auf beliebige Werte eingestellt werden kann, bis die Ab
schlußstücke aneinanderstoßen. Die Profilschiene ist vorzugsweise an einem Arm
eines Roboters (Fig. 7) befestigt und kann beispielsweise in den Richtungen x, y, z
relativ zu einem Tisch 225 mittels Stellantrieben, die in Fig. 7 gezeigt sind, bewegt
werden. Außerdem kann die Profilschiene relativ zu dem Tisch um einen Winkel ϕ
mit der Achse z' (Fig. 7) verdreht werden, was auch dazu benutzt werden kann, den
gegenseitigen Abstand der Bearbeitungsspuren zu bestimmen. Weiterhin kann der
Tisch in den Richtungen x, y, z bewegt und um einen Winkel ϕ mit der Achse z ver
dreht werden. Auf dem Tisch 225 kann das zu bearbeitende Material, beispielsweise
ein oder mehrere aus einem gezogenen Halbleiterbarren abgetrennte sogenannte
"Wafer", mittels nicht gezeigter Spann- oder Saugvorrichtungen befestigt werden.
Mittels der Laserenergie in den einzelnen Bearbeitungspunkten B1 bis Bn lassen sich
in das Halbleitermaterial beispielsweise feine parallele Spuren schneiden, wie sie
zum Beispiel zur Kontaktierung von Photovoltaik-Zellen benötigt werden. Man kann
aber auch in das Halbleitermaterial feine Bohrungen einbringen oder es mittels des
Lasers zerschneiden, um so beispielsweise elektrische Schaltkreise auseinander zu
trennen. Nahe der Bearbeitungsfläche 81 ist für jede Bearbeitungsspur 224 getrennt
oder für mehrere Bearbeitungsspuren 224 gemeinsam gemäß der Erfindung eine
Anordnung zum Entfernen des von der Bearbeitungsfläche abgetragenen Materials
angebracht. Wenn die Profilschiene mit den Abschlußstücken relativ gegenüber dem
Tisch verdreht wird, um den Abstand zwischen den Bearbeitungsspuren zu verän
dern, ist es erfindungsgemäß zweckmäßig, die durch die relative Verdrehung entste
hende Verzeichnung des aufzuzeichnenden Musters durch eine Vorverzerrung des
aufzubringenden Musters und /oder eine zeitliche Steuerung des Datenstroms zu
kompensieren.
Durch die parallele Anordnung von mehreren Fiberlaserausgängen kann die zur Be
arbeitung erforderliche Zeit erheblich reduziert werden, beispielsweise können für
das Ritzen der Photovoltaikelemente 10 Laserausgänge parallel verwendet werden,
was den Ausstoß um den Faktor 10 erhöht.
Die beschriebene Anordnung zum Schneiden und Ritzen ist nicht allein nur für die
Bearbeitung von Halbleitermaterialien geeignet, sondern kann für alle Materialien
angewendet werden, bei denen es auf die präzise Erzeugung von Mustern, wie z. B.
bei der Druckformherstellung ankommt.
Fig. 6a und die zugehörige Schnittzeichnung Fig. 6b zeigen, wie die Abschlußstücke
26 der einzelnen Fiberlaser Fa bis Fn befestigt sind. Die Profilschiene 256 ist mittels
Verbindungen 261 an einem Träger 260 befestigt, der beispielsweise der Arm eines
Roboters sein kann. Die Abschlußstücke 26 sind in Fassungen 257 aufgenommen
und mit Schrauben 259 fixiert. Die Fassungen 257 sind mit einem zu der Profilschie
ne 256 passenden Profil versehen, auf die Profilschiene 256 aufgereiht, in vorgege
bene Abstände "A" zu einander eingestellt und mittels der Schrauben 259 fixiert.
Durch eine erfindungsgemäß kleine Bauweise der Abschlußstücke 26 und der Fas
sungen 257 wird ein sehr geringer Abstand "A" möglich. Mittels des Roboters kann
die Profilschiene mit den Abschlußstücken zum Zweck der Materialbearbeitung über
die Bearbeitungsfläche geführt werden, wie es in Fig. 6 dargestellt und ausführlich
beschrieben ist. Die erforderlichen Bewegungen zur Erzeugung der Bearbeitungs
spuren können von dem in Fig. 6 beschriebenen Tisch 225 ausgeführt werden, sie
können aber auch von dem Arm des Roboters oder in einer kombinierten Form von
beiden ausgeführt werden. Vorzugsweise kann der Arm des Roboters auch eine
Drehbewegung um die zu der Achse der Abschlußstücke etwa parallele Drehachse
z' der Anordnung vornehmen. Mit dieser Verdrehung und einer relativen Verschie
bung zwischen dem Arm des Roboters und dem Tisch 225 ist es möglich, den Ab
stand der auf der Bearbeitungsfläche 81 erzeugten Bearbeitungsspuren zu verän
dern und vorzugsweise geringer einzustellen, als es dem eingestellten Maß "A" ent
spricht.
In Fig. 7 ist ein Beispiel für den Roboter angegeben, wie er beispielsweise aus Kom
ponenten der Firma Montech-Deutschland GmbH, Postfach 1949, 79509 Lörrach
zusammengestellt werden kann. Auf einem Ständersystem "Quickset" 262 ist ein
Horizontal-Lineareinheit 263 befestigt, der wiederum eine Vertikal-Lineareinheit 264
mit einem Drehantrieb 265 aufnimmt. An dem Drehantrieb sitzt der eigentliche Ro
boterarm 260, an dem die Profilschiene 256 mittels der Verbindung 261 befestigt ist.
Eine weitere Horizontal-Lineareinheit ist möglich, aber nicht dargestellt. Mit den glei
chen Elementen lassen sich die verschiedenen Bewegungsrichtungen des Tisches
225 realisieren, wobei die Bewegungsrichtungen auch zum Teil dem Tisch und zum
Teil der Profilschiene zugeordnet werden können. In der Nähe der Bearbeitungsflä
che 81 ist eine Anordnung zum Entfernen des von der Bearbeitungsfläche abgetra
genen Materials angeordnet, wie sie in der parallellaufenden, gleichzeitig mit der
vorliegenden Anmeldung eingereichten Patentanmeldung der Anmelderin, Aktenzei
chen der Anmelderin 98/1035, beschrieben ist.
In den Figuren sind das Gehäuse zur Aufnahme einzelner Komponenten, das Kühl
system, die Steuerung für die Laser, die Pumpquellen für die Fiberlaser, von denen
nur die Abschlußstücke 26, 94 gezeigt sind und die Maschinensteuerung für die An
triebe nicht dargestellt. Wenn die Profilschiene mit den Abschlußstücken relativ ge
genüber dem Tisch verdreht wird, um den Abstand zwischen den Bearbeitungsspu
ren zu verändern, ist es gemäß der Erfindung zweckmäßig, die durch die relative
Verdrehung entstehende Verzeichnung des aufzuzeichnenden Musters durch eine
Vorverzerrung des aufzubringenden Musters und /oder eine zeitliche Steuerung des
Datenstroms zu kompensieren.
Die Anordnung zum Schneiden und Ritzen ist vorzugsweise vollautomatisch com
putergesteuert ausgeführt, wie dies von Werkzeugmaschinen und/oder Industrierobotern
bekannt ist.
Claims (7)
1. Anordnung zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlen, bestehend aus
einem Gehäuse zur Aufnahme von Komponenten der Anordnung,
einem Tisch (225) zur Aufnahme des zu bearbeitenden Materials,
mindestens zwei Fiberlasern zur Erzeugung von mehreren Bearbeitungsspuren, die auf einer Profilschiene (256) angeordnet sind und mit Abschlußstücken (26, 94) versehen sind, durch das die Laser auf die Bearbeitungsfläche (81) ausrichtbar und fokussierbar sind, wobei die Abschlußstücke auf der Profilschiene so angeordnet sind, daß der gegenseitige Abstand der durch die Abschlußstücke erzeugten Bearbeitungsspuren (224) veränderbar ist,
Stellantrieben, mit denen der Tisch relativ zu der Profilschiene entlang mindestens einer der Raumkoordinaten (x, y, z) bewegbar ist und/oder um einen Winkel (ϕ) um eine etwa senkrecht durch die Bearbeitungsfläche verlaufende Drehachse (z) verdrehbar ist und/oder Stellantrieben, mit denen die Profilschiene relativ zu dem Tisch entlang mindestens einer der Raumkoordinaten (x, y, z) bewegbar ist,
einem Kühlsystem,
einer Steuerung für die Laser und
einer Maschinensteuerung für die Antriebe zur Erzeugung der Relativbewegungen und der Rotationsbewegungen.
einem Gehäuse zur Aufnahme von Komponenten der Anordnung,
einem Tisch (225) zur Aufnahme des zu bearbeitenden Materials,
mindestens zwei Fiberlasern zur Erzeugung von mehreren Bearbeitungsspuren, die auf einer Profilschiene (256) angeordnet sind und mit Abschlußstücken (26, 94) versehen sind, durch das die Laser auf die Bearbeitungsfläche (81) ausrichtbar und fokussierbar sind, wobei die Abschlußstücke auf der Profilschiene so angeordnet sind, daß der gegenseitige Abstand der durch die Abschlußstücke erzeugten Bearbeitungsspuren (224) veränderbar ist,
Stellantrieben, mit denen der Tisch relativ zu der Profilschiene entlang mindestens einer der Raumkoordinaten (x, y, z) bewegbar ist und/oder um einen Winkel (ϕ) um eine etwa senkrecht durch die Bearbeitungsfläche verlaufende Drehachse (z) verdrehbar ist und/oder Stellantrieben, mit denen die Profilschiene relativ zu dem Tisch entlang mindestens einer der Raumkoordinaten (x, y, z) bewegbar ist,
einem Kühlsystem,
einer Steuerung für die Laser und
einer Maschinensteuerung für die Antriebe zur Erzeugung der Relativbewegungen und der Rotationsbewegungen.
2. Anordnung zur Materialbearbeitung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet daß für jede Bearbeitungsspur eine Anordnung zum Entfernen des von
der Bearbeitungsfläche abgetragenen Materials (249) vorgesehen ist.
3. Anordnung zur Materialbearbeitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für
mehrere Bearbeitungsspuren eine gemeinsame Anordnung zum Entfernen des von der
Bearbeitungsfläche abgetragenen Materials (249) vorgesehen ist.
4. Anordnung zur Materialbearbeitung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Profilschiene zur Veränderung des Abstandes zwischen den
Bearbeitungsspuren um eine Achse (z') verdrehbar angeordnet ist.
5. Anordnung zur Materialbearbeitung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß Mittel zur Kompensation der durch die Verdrehung entstehenden
Verzeichnungen in dem aufzuzeichnenden Muster vorgesehen sind, die aus einer
Vorverzerrung des aufzubringenden Musters bestehen und/oder die zeitliche Steuerung
des Datenstroms beeinflussen.
6. Anordnung zur Materialbearbeitung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fiberlaser als Module ausgebildet sind, die jeweils aus
baugleichen Einheiten bestehen, die mit den Pumpquellen (18) verbunden sind.
7. Anordnung zur Materialbearbeitung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Pumpquellen (18) und die Laserfibern (5) mittels
Abschlußstücken (26, 94) verbunden sind.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19840936A DE19840936B4 (de) | 1998-09-08 | 1998-09-08 | Anordnung zum mehrkanaligen Schneiden und Ritzen von Materialien mittels Laserstrahlen |
PCT/DE1999/002424 WO2000013837A1 (de) | 1998-09-08 | 1999-08-04 | Anordnung zum mehrkanaligen schneiden und ritzen von materialien mittels laserstrahlen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19840936A DE19840936B4 (de) | 1998-09-08 | 1998-09-08 | Anordnung zum mehrkanaligen Schneiden und Ritzen von Materialien mittels Laserstrahlen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19840936A1 true DE19840936A1 (de) | 2000-03-09 |
DE19840936B4 DE19840936B4 (de) | 2005-03-10 |
Family
ID=7880189
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19840936A Expired - Fee Related DE19840936B4 (de) | 1998-09-08 | 1998-09-08 | Anordnung zum mehrkanaligen Schneiden und Ritzen von Materialien mittels Laserstrahlen |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19840936B4 (de) |
WO (1) | WO2000013837A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1595697A2 (de) | 1998-09-08 | 2005-11-16 | Hell Gravure Systems GmbH | Verfahren zur Erzeugung von Vertiefungen in einer Druckform, eine Laserquelle umfassend |
DE102012022039A1 (de) * | 2012-11-09 | 2014-05-15 | Mbda Deutschland Gmbh | Modulare Laserbestrahlungseinheit |
CN113020979A (zh) * | 2021-03-09 | 2021-06-25 | 山东金帝精密机械科技股份有限公司 | 一种风电保持器批量切割设备、方法及风电保持器 |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005058536A1 (en) | 2003-12-18 | 2005-06-30 | Retainagroup Limited | Portable laser apparatus for marking an object |
DE102010027516A1 (de) | 2010-07-15 | 2012-01-19 | Jenoptik Automatisierungstechnik Gmbh | Vorrichtung zur hochgenauen Strukturierung von Dünnschichtsolarzellenmodulen |
GB2492972B (en) | 2011-07-15 | 2013-09-11 | M Solv Ltd | Method and apparatus for dividing a thin film device into separate cells |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2154364A (en) * | 1984-02-15 | 1985-09-04 | Hughes Technology Pty Ltd | Laser assemblies |
DE4312911A1 (de) * | 1993-04-11 | 1994-10-13 | Kurt Thomas Dr Med Moesta | Vorrichtung zur Aufteilung eines Laserstrahles hoher Leistung in 2 oder 4 Einzelstrahlen |
US5430816A (en) * | 1992-10-27 | 1995-07-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Multiple split-beam laser processing apparatus generating an array of focused beams |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4958900A (en) * | 1989-03-27 | 1990-09-25 | General Electric Company | Multi-fiber holder for output coupler and methods using same |
DE19603704B4 (de) * | 1995-02-15 | 2009-04-09 | Carl Zeiss | Optisch gepumpter Laser mit polarisationsabhängiger Absorption |
DE19840935B4 (de) * | 1998-09-08 | 2004-06-03 | Hell Gravure Systems Gmbh | Abschlußstück für Lichtleitfasern |
DE19840926B4 (de) * | 1998-09-08 | 2013-07-11 | Hell Gravure Systems Gmbh & Co. Kg | Anordnung zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlen und deren Verwendung |
DE29816108U1 (de) * | 1998-09-08 | 1999-01-07 | Hell Gravure Systems GmbH, 24107 Kiel | Abschlußstück für Lichtleitfasern |
-
1998
- 1998-09-08 DE DE19840936A patent/DE19840936B4/de not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-08-04 WO PCT/DE1999/002424 patent/WO2000013837A1/de active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2154364A (en) * | 1984-02-15 | 1985-09-04 | Hughes Technology Pty Ltd | Laser assemblies |
US5430816A (en) * | 1992-10-27 | 1995-07-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Multiple split-beam laser processing apparatus generating an array of focused beams |
DE4312911A1 (de) * | 1993-04-11 | 1994-10-13 | Kurt Thomas Dr Med Moesta | Vorrichtung zur Aufteilung eines Laserstrahles hoher Leistung in 2 oder 4 Einzelstrahlen |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Die Faser bringt's! Beugungsbegrenzt! Und mit Power! In: Spectrum 69, Okt. 1997 * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1595697A2 (de) | 1998-09-08 | 2005-11-16 | Hell Gravure Systems GmbH | Verfahren zur Erzeugung von Vertiefungen in einer Druckform, eine Laserquelle umfassend |
DE19840926B4 (de) * | 1998-09-08 | 2013-07-11 | Hell Gravure Systems Gmbh & Co. Kg | Anordnung zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlen und deren Verwendung |
DE102012022039A1 (de) * | 2012-11-09 | 2014-05-15 | Mbda Deutschland Gmbh | Modulare Laserbestrahlungseinheit |
US10180492B2 (en) | 2012-11-09 | 2019-01-15 | Mbda Deutschland Gmbh | Modular laser irradiation unit |
DE102012022039B4 (de) * | 2012-11-09 | 2020-03-26 | Mbda Deutschland Gmbh | Modulare Laserbestrahlungseinheit |
CN113020979A (zh) * | 2021-03-09 | 2021-06-25 | 山东金帝精密机械科技股份有限公司 | 一种风电保持器批量切割设备、方法及风电保持器 |
CN113020979B (zh) * | 2021-03-09 | 2022-05-13 | 山东金帝精密机械科技股份有限公司 | 一种风电保持器批量切割设备、方法及风电保持器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2000013837A1 (de) | 2000-03-16 |
DE19840936B4 (de) | 2005-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1112140B1 (de) | Laserstrahlungsquelle | |
DE102006058536B4 (de) | Laserstrahlbearbeitungsmaschine | |
DE112009001701B4 (de) | Laser-Scribing-System zum Strukturieren von Substraten, Verfahren zum Strukturieren von Substraten und Verwendung eines Laser-Scribing-Systems | |
DE10193737B4 (de) | Laserbearbeitungsvorrichtung | |
DE102009044316B4 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Fläche und/oder einer Kante an einem Rohling sowie Laserbearbeitungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens | |
EP0835715A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Laser-Behandlung eines Werkstückes mittels eines Diodenlasers | |
WO2008071347A2 (de) | Belichtungsanlage | |
DE102005047132A1 (de) | Konzentrator-Photovoltaik-Vorrichtung; Photovoltaik-Einrichtung zur Verwendung darin sowie Herstellverfahren hierfür | |
DE4234342A1 (de) | Verfahren zur Materialbearbeitung mit Laserstrahlung | |
DE19513354A1 (de) | Materialbearbeitungseinrichtung | |
EP2762259A2 (de) | Verfahren zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Werkstücks mittels Laserstrahlung | |
DE102008014263A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Bildung der Trennlinien eines fotovoltaischen Moduls mit serienverschalteten Zellen | |
DE3446640C2 (de) | Hochgeschwindigkeits-Axialstrom-Gaslaseroszillator | |
DE19840936A1 (de) | Anordnung zum mehrkanaligen Schneiden und Ritzen von Materialien mittels Laserstrahlen | |
DE29816110U1 (de) | Anordnung zum mehrkanaligen Schneiden und Ritzen von Materialien mittels Laserstrahlen | |
DE102017105955A1 (de) | Laserschleifvorrichtung sowie Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes | |
DE102010007717A1 (de) | Verfahren und Vorrichtungen zum Durchstrahlschweißen | |
DE102009031233A1 (de) | Vorrichtung zur Strukturierung von Dünnschichtsolarzellenmodulen mittels Laser | |
DE19840927B4 (de) | Laserstrahlungsquelle hoher Leistungsdichte und hoher Energie zur Materialbearbeitung | |
EP1539418B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur punktuellen bearbeitung eines werkstücks mittels laserstrahlung | |
DE102019212818B4 (de) | Abtastmodul zur zweidimensionalen Abtastung einer Zielebene mit mehreren Laserstrahlen | |
DE4314601A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum mit fokussiertem Licht erfolgenden Behandeln von kornorientierten Werkstücken | |
WO2006037566A1 (de) | Laseranordnung | |
DE102022117156A1 (de) | 3D-Laservorrichtung für Ultrakurzpulse | |
EP1668422A2 (de) | Lithografiebelichtungseinrichtung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: B23K 26/38 |
|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: HELL GRAVURE SYSTEMS GMBH, 24148 KIEL, DE |
|
8380 | Miscellaneous part iii |
Free format text: DER VERTRETER IST ZU STREICHEN: PATENTANWAELTE NIEDMERS JAEGER KOESTER, 22767 HAMBURG |
|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: HELL GRAVURE SYSTEMS GMBH & CO. KG, 24148 KIEL, DE |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |