TW201434562A - 錐度控制之射束角協調及工件運動 - Google Patents

錐度控制之射束角協調及工件運動 Download PDF

Info

Publication number
TW201434562A
TW201434562A TW103108980A TW103108980A TW201434562A TW 201434562 A TW201434562 A TW 201434562A TW 103108980 A TW103108980 A TW 103108980A TW 103108980 A TW103108980 A TW 103108980A TW 201434562 A TW201434562 A TW 201434562A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
workpiece
beam axis
angle
laser
along
Prior art date
Application number
TW103108980A
Other languages
English (en)
Inventor
Haibin Zhang
Original Assignee
Electro Scient Ind Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Electro Scient Ind Inc filed Critical Electro Scient Ind Inc
Publication of TW201434562A publication Critical patent/TW201434562A/zh

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
    • 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
    • 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
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/066—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks
    • 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
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • 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
    • B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
    • 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
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • 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
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/361—Removing material for deburring or mechanical trimming
    • 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
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
    • 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
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
    • B23K26/384—Removing material by boring or cutting by boring of specially shaped holes

Abstract

射束軸(32)之入射角(ω)及方位角□可相對於一工件(22)移動來為經由沿著射束軸(32)傳播之聚焦雷射束(30)產生之所得切口(120)的側壁(124)提供期望之錐度特性。

Description

錐度控制之射束角協調及工件運動 【相關申請案】
本申請案係2013年3月15日申請之美國臨時申請案第61/793,589號之非臨時申請案，其內容全部以引用方式併入本文用於所有目的。
【版權公告】
©2014電子科技工業公司。本專利檔案揭示內容之一部分包含受到版權保護之材料。在專利檔案或專利揭示內容中之任何一者之複製出現在專利商標局的專利文檔或檔案中時，版權所有者並不反對，但另外無論如何保留全部版權。37 CFR §1.71(d)。
本申請案係關於用於加工一工件中的特徵部之雷射系統及方法，且特定言之，本申請案係關於用於射束協調以控制製造在工件中的切割口的錐度之雷射系統及方法。
工件之雷射加工通常沿著切口特徵部產生呈現錐度之邊緣，其會損害切割口品質。圖1展示經由習知雷射處理設備製造在一工件22中之一切割口或切口20。雷射處理設備聚焦雷射脈衝之一準直射束24以在一焦點26處具有尺寸上小於準直射束24之射束腰28的光點尺寸18(圖 8C)。(射束腰28尺寸隨著準直射束被聚焦到焦點26而減小。)所得聚焦射束30沿著垂直於工件22之一頂面34的一射束軸32傳播。射束軸32及工件22之一者或多者相對於彼此移動以沿著工件22在決定切口20路徑之切割方向上提供聚焦射束。
經由切割形成之切口20可由一底面40及側壁42界定。錐 度可相對於垂直於工件22之頂面34的深度軸44界定。若一側壁42垂直於工件22之頂面34，則側壁42平行於深度軸44(且與之共線)，且側壁42具有零錐度。
然而，若側壁42從頂面34到底面40具有向內傾斜到切口 20中心之斜度，則由切割口製成之側壁具有正錐度。該錐度可由在側壁42與深度軸44之間測定之錐度角θ定義，如圖1中所示。若側壁42從頂面34到底面40具有背離切口20中心傾斜之斜度，則由切割口製成之側壁42具有負錐度。
錐度角θ可介於幾度到大於10度，或特意地更大，且會 受到一些雷射處理參數之影響但不一定受其等控制。對於許多切割應用而言，大錐度並非理想結果。此外，對於許多切割應用而言，最小化的錐度或近似為零的錐度係期望結果。
提供本發明內容以呈簡化形式介紹本發明具體實施方式中 描述之概念的選擇。本發明內容並非意欲確定主張之主旨的關鍵或本質發明概念，亦非意欲確定主張之主旨的範疇。
在一些實施例中，一種用於雷射加工一工件中之一特徵部 的方法包括：提供一工件；產生一束雷射光；將該射束導引至該工件上以用該射束照射該工件之一區域，其中該射束以一入射角入射在該工件上且沿著相對於該工件之一方位角方向入射在該工件上；移除該照射區域內該工件之一部分；造成該照射區域相對於該工件在該工件內沿著一加工路徑移動；及基於該照射區域沿著該加工路徑之一位置改變該射束相對於該工件之方位角方向。
在一些替代、另外或追加實施例中，射束包含至少一個雷射光脈衝。
在一些替代、另外或追加實施例中，射束內之雷射光具有大於100nm之至少一個波長。
在一些替代、另外或追加實施例中，射束內之雷射光具有小於11μm之至少一個波長。
在一些替代、另外或追加實施例中，造成照射區域相對於工件移動包括相對於射束移動該工件。
在一些替代、另外或追加實施例中，相對於射束移動工件包括線性平移該工件。
在一些替代、另外或追加實施例中，相對於射束移動工件包括旋轉地平移該工件。
在一些替代、另外或追加實施例中，加工路徑之至少一部分係直的。
在一些替代、另外或追加實施例中，加工路徑之至少一部分係彎曲的。
在一些替代、另外或追加實施例中，射束被聚焦。
在一些替代、另外或追加實施例中，改變射束相對於工件之方位角方向包括偏轉該射束。
在一些替代、另外或追加實施例中，偏轉射束包括反射該射束。
在一些替代、另外或追加實施例中，偏轉射束包括折射該射束。
在一些替代、另外或追加實施例中，在聚焦射束之前偏轉該射束。
在一些替代、另外或追加實施例中，在聚焦射束之後偏轉該射束。
在一些替代、另外或追加實施例中，同時偏轉及聚焦射束。
在一些替代、另外或追加實施例中，基於照射區域沿著加工路徑之一位置改變入射角。
在一些替代、另外或追加實施例中，一種用於雷射加工一工件中之一特徵部的方法包括：提供一工件；產生一束雷射光；將該射束聚焦在該工件上以照射該工件之一區域，其中該射束以一入射角入射在該工件上且沿著相對於該工件之一方位角方向入射在該工件上；移動來造成該照射區域相對於該工件在該工件內沿著一加工路徑移動；及基於該照射區域沿著該加工路徑之一位置改變該射束相對於該工件之方位角方向。
在一些替代、另外或追加實施例中，一種用於雷射加工一工件中之一特徵部的方法包括：提供一工件；沿著一射束軸產生一束雷射 脈衝；在沿著一切割路徑的一切割方向上造成該射束軸與該工件之間的相對運動；將該射束軸導引至該工件上以用該射束沿著該切割路徑照射該工件上之一第一區域，其中該射束軸以一第一非零加工角入射在該工件上且沿著相對於該切割方向的一第一非零方位角方向照射在該工件上；沿著該切割路徑移除該第一區域內該工件的材料以形成包括一第一側壁的一切口，該第一側壁具有受到該第一入射角及該第一方位角方向影響之一第一錐度特性；改變該射束軸相對於該切割方向之第一方位角方向；將該射束軸導引至該工件上以用該射束沿著該切割路徑照射該工件之一第二區域，其中該射束軸以一第二非零加工角入射在該工件上且沿著相對於該切割方向的一第二非零方位角方向照射在該工件上，其中該第二非零方位角方向不同於該第一非零方位角方向；及沿著該切割路徑移除該第二區域內該工件的材料以形成一第二側壁，該第二側壁具有受到該第二入射角及該第二方位角方向影響之一第二錐度特性。
在一些實施例中，射束軸之加工角係相對於工件之入射角。
在一些實施例中，入射角大致等於射束軸角。
在一些替代、另外或追加實施例中，一種用於雷射加工一 工件中之一特徵部的方法包括：提供一工件；沿著一射束軸產生一雷射脈衝射束，其透過在該工件上具有一可利用視域的一非遠心透鏡傳播，其中該視域具有一周界；在沿著一切割路徑之一切割方向上造成該射束軸與該工件之間的相對運動；透過該非遠心透鏡將該射束軸接近該視域之周界導引至該工件上以用該射束沿著一切割路徑照射該工件上之一第一區域，其中該射束軸以一第一非零加工角入射在該工件上且沿著相對於分開該工件 之一深度軸的一第一非零方位角方向照射在該工件上；及沿著該切割路徑移除該第一區域內該工件的材料以形成包括一第一側壁的一切口，該第一側壁具有受到該第一入射角及該第一方位角方向影響之一第一錐度特性。
在一些替代、另外或追加實施例中，透過非遠心透鏡繼續 將射束軸接近視域周界導引至工件上以在沿著切割路徑延伸切口時維持第一側壁之第一錐度特性。
在一些替代、另外或追加實施例中，切割路徑具有曲率， 且改變射束軸相對於工件之第一方位角方向來調整該切割路徑之曲率。
在一些替代、另外或追加實施例中，切割路徑具有曲率， 第一區域沿著該切割路徑在一第一方向上形成一第一區段，且改變射束軸相對於工件之第一方位角方向以造成該射束軸透過非遠心透鏡接近視域周界被導引至該工件上而用該射束沿著該切割路徑照射該工件之一第二區域，其中該射束軸以一第二非零加工角入射在該工件上且沿著相對於該工件之一第二非零方位角方向照射在該工件上，其中該第二非零方位角方向不同於該第一非零方位角方向，且其中該第二區域在與該第一方向背離的一第二方向上沿著該切割路徑形成一第二區段，且其中沿著該切割路徑移除該第二區域內該工件的材料以在該第二方向上延伸該切口，同時維持受到該第二入射角及該第二方位角方向影響之該第一側壁的第一錐度特性。
在一些替代、另外或追加實施例中，射束軸之第一加工角 係相對於一非遠心透鏡之一透鏡軸以一非零射束軸角定向。
在一些替代、另外或追加實施例中，射束軸之第一加工角 係相對於一非遠心透鏡之一軸平面以一非零且非垂直射束軸角定向。
在一些替代、另外或追加實施例中，射束軸經導引以在可 利用視域之周界的5mm內照射工件。
在一些替代、另外或追加實施例中，射束軸經導引以在可 利用視域之周界的1mm內照射工件。
在一些替代、另外或追加實施例中，射束軸經導引以在可 利用視域之周界的100微米內照射工件。
在一些替代、另外或追加實施例中，射束軸之第一加工角 大於2度。
在一些替代、另外或追加實施例中，射束軸之第一加工角 大於5度。
在一些替代、另外或追加實施例中，射束軸之第一加工角 大於2度且小於10度。
在一些替代、另外或追加實施例中，射束軸之第一加工角 小於20度。
在一些替代、另外或追加實施例中，第一加工角及第二加 工角相同。
在一些替代、另外或追加實施例中，第一加工角與第二加 工角不同。
在一些替代、另外或追加實施例中，第一方位角方向之一 角值大於或等於20度且小於180度。
在一些替代、另外或追加實施例中，第一方位角方向之一 角值約為90度。
在一些替代、另外或追加實施例中，第一方位角方向及第 二方位角方向在不同方向上具有相同角值。
在一些替代、另外或追加實施例中，第一方位角方向及第 二方位角方向在不同方向上具有不同角值。
在一些替代、另外或追加實施例中，第一側壁及第二側壁 具有相同錐度。
在一些替代、另外或追加實施例中，第一側壁及第二側壁 具有相同特性。
在一些替代、另外或追加實施例中，第一側壁及第二側壁 具有特意不同之錐度。
在一些替代、另外或追加實施例中，射束軸在一射束路徑 中以小於切口寬度的一重複圖案導引至工件上，且使得沿著該射束路徑的一些雷射光點成為形成第一側壁之第一雷射光點，且使得沿著該射束路徑的一些雷射光點成為形成一第二側壁之第二雷射光點，其中該等第一雷射光點在第一方位角方向上經導引，且其中該等第二雷射光點在一第二方位角方向上經導引。
在一些替代、另外或追加實施例中，一種用於雷射加工一 工件中之一特徵部的方法包括：提供一工件；沿著一射束軸產生一束雷射脈衝；在沿著一切割路徑的一切割方向上造成該射束軸與該工件之間的相對運動；將該射束軸導引至該工件上以用該射束沿著該切割路徑照射該工件上之一第一區域，其中該射束軸以一第一非零加工角入射在該工件上且沿著相對於該切割路徑的一第一非零方位角方向照射在該工件上；沿著該 切割路徑移除該第一區域內該工件的材料以形成包括一第一側壁的一切口，該第一側壁具有受到該第一入射角及該第一方位角方向影響之一第一錐度特性；改變該射束軸相對於該切割方向之該第一方位角方向；將該射束軸導引至該工件上以用該射束沿著該切割路徑照射該工件之一第二區域，其中該射束軸以一第二非零加工角入射在該工件上且沿著相對於該切割路徑的一第二非零方位角方向照射在該工件上，其中該第二非零方位角方向不同於該第一非零方位角方向；及沿著該切割路徑移除該第二區域內該工件的材料以形成一第二側壁，該第二側壁具有受到該第二入射角及該第二方位角方向影響之一第二錐度特性。
在一些替代、另外或追加實施例中，一種用於雷射加工一 工件中之一特徵部的雷射微加工系統包括：一雷射，其可操作以沿著一射束軸產生具所選脈衝參數的一束雷射脈衝；一非遠心透鏡，其可操作以透過其傳播且在該工件上具有一可利用視域，其中該視域具有一參數；一工件臺，其可操作以支撐及移動該工件；一快速定位器，其可操作以將該射束軸導引透過該非遠心透鏡且直接或間接地朝向該工件上的目標位置；一定位器臺，其用於支撐及相對於該工件移動一快速定位器；及一控制器，其可操作以控制該工件臺及該快速定位器臺之運動且可操作以控制該快速定位器來沿著該射束軸導引該等雷射脈衝，且透過該非遠心透鏡使該射束軸相對於該等目標位置以一或多個所選加工角及一或多個所選方位角接近該視域之周界保持在該工件上以形成具有一側壁的一切口，該側壁具有由該等所選脈衝參數、該一或多個所選加工角及該一或多個所選方位角確定的所選錐度特性。
在一些替代、另外或追加實施例中，一種用於雷射加工一 工件中之一特徵部的方法包括：提供具有一表面之一工件；提供一工件臺，其可操作以支撐該工件及移動該工件；產生具有所選雷射參數之一束雷射脈衝及沿著一射束軸傳播該等雷射脈衝；提供一快速定位器，其可操作以將該射束軸導引透過該非遠心透鏡且直接或間接地朝向該工件上的目標位置，其中該非遠心透鏡具有大體垂直於該工件表面的一中心透鏡軸；在沿著一切割路徑的一切割方向上造成該射束軸與該工件之間的相對運動；及透過該非遠心透鏡將該射束軸導引至該工件上以用該射束沿著一切割路徑照射該工件上之一第一區域來沿著該切割路徑移除該第一區域內該工件之材料而形成一切口，該切口包括一第一側壁、一底部及一第二側壁，其中該中心透鏡軸定位成距該第一側壁比距該第二側壁更遠距離，其中該射束軸以一所選非零加工角入射在該工件上且沿著相對於該切割方向之一所選非零方位角方向照射在該工件上，使得該第一側壁形成有由該等所選脈衝參數、該所選加工角及該所選方位角方向決定的一錐形特性。
將從下文參考隨附圖式進行的較佳實施例之具體實施方式 顯而易知另外的態樣及優點。
18‧‧‧光點尺寸
20‧‧‧切口
20a‧‧‧切口
22‧‧‧工件
24‧‧‧準直射束
26‧‧‧焦點
28‧‧‧射束腰
30‧‧‧聚焦射束
32‧‧‧射束軸
34‧‧‧頂面
40‧‧‧底面
42‧‧‧側壁
44‧‧‧深度軸
50‧‧‧深度
60‧‧‧透鏡軸
62‧‧‧透鏡
64‧‧‧軸平面
80‧‧‧光學路徑
90‧‧‧快速定位器
92‧‧‧臺/X臺
94‧‧‧射束定位系統
98‧‧‧圓
100‧‧‧視域(FOV)
102‧‧‧雷射光點
102‧‧‧雷射光點
102a‧‧‧雷射光點
102b‧‧‧雷射光點
120‧‧‧切口
120a‧‧‧切口
120b‧‧‧切口
122‧‧‧切割路徑
124‧‧‧側壁
124a‧‧‧左側壁/外側壁
124b‧‧‧右側壁/內側壁
128‧‧‧切割方向
130a‧‧‧相對協調移動/相對移動
130b‧‧‧相對協調移動/相對移動
140‧‧‧特徵部
142‧‧‧射束路徑
144‧‧‧總切口寬度
148‧‧‧軸
150‧‧‧工件臺/Y臺/臺
152‧‧‧旋轉臺
160‧‧‧高速定位器
164‧‧‧雷射輸出
166‧‧‧射束擴展器透鏡組件
170‧‧‧射束導引組件/支撐定位組件
172‧‧‧臺外殼
174‧‧‧快速定位器外殼
176‧‧‧高速定位器外殼
180‧‧‧雷射目標位置
182‧‧‧Z臺
184‧‧‧雷射器
190‧‧‧雷射系統控制器
192‧‧‧高速定位器控制器
圖1係經由習知雷射處理設備製造在一工件中的一切割口或切口之側視截面圖。
圖2係一例示性切割口或切口的側視截面圖，該切割口或切口製造有與一透鏡之一透鏡軸共線的一射束軸。
圖3係一例示性切割口或切口的側視截面圖，該切割口或 切口製造有以相對於工件表面的一非垂直角及在相對於沿著工件表面之一切割路徑的一第一方位角方向上定向的射束軸。
圖4係一例示性切割口或切口的側視截面圖，該切割口或 切口製造有以相對於工件表面的一非垂直角及在相對於沿著工件表面之一切割路徑的一第二方位角方向上定向的射束軸。
圖5係描繪射束軸與工件之間的例示性相對協調移動的俯 視平面圖，該相對協調移動經由接近一可利用視域之周界導引射束軸以照射工件來在外切口壁上形成具有期望錐度特性之圓形特徵部。
圖6係描繪射束軸與工件之間的例示性相對協調移動的俯 視平面圖，該相對協調移動經由接近一可利用視域之周界導引射束軸以照射工件來在內切口壁上形成具有期望錐度特性之圓形特徵部。
圖7係繞行一橢圓形特徵部之切割路徑之俯視平面圖。
圖8係工件上用以沿著一切割路徑形成一切口的一例示性 射束路徑的俯視平面圖。
圖9係可操作以製造具有受控錐度之切口的一雷射微加工 系統之示意圖。
圖10係表示各個定位件之工作外殼之俯視平面圖。
下文參考附圖描述例示性實施例。在不脫離本揭示內容之 精神及教示的情況下可能有許多不同形式和實施例，且因此本揭示內容不應解釋為受限於本文所述之例示性實施例。更確切而言，提供此等例示性實施例使得本揭示內容將會全面且完整，且會將本揭示內容之範疇傳達給 熟悉此項技術者。在圖式中，為清楚起見，組件之尺寸及相對尺寸會被放大。本文使用之術語係僅用於描述特定例示性實施例之目的且並非意欲限制。如本文使用，單數形式「一」、「一個」及「該」意欲亦包含複數形式，除非上下文中另有明確指示。進一步將瞭解術語「包括(comprises、comprising)」在用於本說明書中時指定存在所述特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件，但並非排除存在或添加一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其群組。除非另有指定，否則在闡述時，值範圍包含該範圍之上限及下限，以及其間之任何子範圍。
本文僅舉實例展現工件22中切割切口20之以下實施例。此 等實施例表示任何特徵部切割操作且尤其表示開孔操作。此等雷射材料處理操作中之錐度控制會因以下至少兩個主要原因而成為挑戰：1)雷射束24展示分叉，使得工件22隨著工件22中切割口之深度50增加而經受不同射束腰28及峰值強度；及2)到達切割口底面40之能量歸因於散射及折射效果而作為深度之函數減小。
圖2係一例示性切割口或切口20a的截面圖，該切割口或切 口20a製造有與一非遠心掃描或聚焦透鏡62之一透鏡軸60共線(且垂直於掃描或聚焦透鏡62之一軸平面64)的一射束軸32。如稍後關於圖9描述，雷射束24沿著一光學路徑80傳播且最終經由具有一視域(FOV)100(圖5)之一快速定位器90沿著射束軸32導引透過透鏡62，其由與快速定位器90與透鏡62之間的限制相關聯之射束軸32的偏轉角範圍之限度來界定。快速定位器90安裝至射束定位系統94之一臺92，且臺92相對於工件之位置界定工件上可用於FOV 100內雷射光點102(圖8C)之瞬時位置的區域。關 於圖2中描繪之製程射束軸32被導引在視域100之中心(如由圓98表示)，且切口20a可與切口20具有類似特性，諸如在兩個側壁42上展示有效正錐度。
圖3係一例示性切割口或切口120a的截面圖，該切割口或 切口120a製造有以相對於表面34之一第一非垂直照射角α定向且在相對於沿著工件22之表面34的切割路徑122或切割方向128(圖8A)之一第一方位角方向上定向的射束軸32。該方位角方向橫向於工件22上切割路徑122之方向且可大體定義為從切割路徑122之方向測量的水平角或方位角Φ，或定義為從平分工件之軸148測量的水平角或方位角Φ，或定義為從平分待切割特徵部之軸測量的水平角或方位角Φ。類似地，圖4係一例示性切割口或切口120a的截面圖，該切割口或切口120a製造有以相對於表面34之一第二非垂直照射角α定向且在相對於沿著工件22之表面34的切割路徑122或切割方向128之一第二方位角方向Φ上定向的射束軸32，或係從平分工件之軸148測量的水平角或方位角Φ，或係從平分待切割特徵部之軸測量的水平角或方位角Φ。
參考圖3及圖4，切口120a及120b(統稱切口120)之側壁 42可相對於切割128路徑122之切割方向128(包含圖3及圖4之頁面中的觀察方向)個別稱為左側壁124a及右側壁124b。此外，左側壁124a可被定義為切割路徑122之切割方向128的隨即逆時針方向的側壁124，且右側壁124b可被定義為切割路徑122之切割方向128的隨即順時針方向的側壁124。側壁124亦可關於其係在被加工特徵部之中心近端或遠端而被論述為內側壁及外側壁124。
在一些實施例中，射束軸32可以相對於透鏡62之透鏡軸 60之一非零射束軸角ω(且以相對於透鏡62之軸平面64之非零及非垂直角ψ)且在方位角方向Φ上導引，方位角方向Φ係橫向於切割路徑122之方向。在一些實施例中，射束軸角ω係射束軸32相對於表面34之入射角。 在一些實施例中，射束軸32可以相對於深度軸44之餘角Υ導引。
參考圖3及圖4，利用非遠心透鏡62，聚焦射束30根據射 束軸32與工件22之間的相對位置用不同錐度切割工件22之材料。舉例而言，參考圖3，當工件22相對於透鏡視域100位於左側使得射束軸32具有向左傾斜的角(向左傾斜的射束軸角ω或角ψ，或向右傾斜的照射角α或餘角Υ)時，歸因於射束軸32之加工角及方位角方向Φ，所得切口120之左側壁124a將比右側壁124b展示更小錐度。由於射束軸32之加工角及方位角方向Φ與其他雷射參數之間的適當協調，雷射加工系統88可實現所需錐度特性，包含但不限於正錐度之低值、零錐度或負錐度。
在一些實施例中，期望錐度特性可包含在側壁124與深度 軸44之間測量的錐度角θ，其小於或等於5度。在一些實施例中，錐度角θ小於或等於1度。在一些實施例中，錐度角θ小於或等於0.5度。在一些實施例中，錐度角θ小於或等於0.1度。在一些實施例中，期望錐度特性可包含側壁124之其他品質，諸如紋理或平滑度，或紋理或平滑度之均勻性。
參考圖4，當工件22相對於透鏡視域100位於右側使得射 束軸32具有向右傾斜的角(向右傾斜的射束軸角ω或角ψ，或向左傾斜的照射角α或餘角Υ)時，歸因於射束軸32之加工角及方位角方向Φ， 所得切口120之右側壁124b將比左側壁124a展示更小錐度。
繼續參考圖3及圖4，在一些實施例中，射束軸32之加工 角大於或等於1度且小於20度。在一些實施例中，射束軸32之加工角大於或等於1度且小於10度。在一些實施例中，射束軸32之加工角大於或等於2度。在一些實施例中，射束軸32之加工角大於或等於5度。在一些實施例中，射束軸32之加工角大於或等於8度。在一些實施例中，射束軸32之加工角大於或等於1度且小於10度。
在一些實施例中，射束軸32相對於切割方向128之方位角 Φ(諸如用於切割直線切口120)大於或等於20度且小於180度。在一些實施例中，射束軸32相對於切割方向128之方位角Φ大於或等於45度。在一些實施例中，射束軸32相對於切割方向128之方位角Φ大於或等於45度且小於或等於135度。在一些實施例中，射束軸32相對於切割方向128之方位角Φ大於或等於70度且小於或等於110度。射束軸32相對於切割方向128之方位角Φ約為90度。然而，對於加工閉環切割路徑122而言，諸如對於圓形、橢圓形或卵形而言，射束軸32相對於工件22之平分軸148之方位角Φ可為360度且可隨著射束軸32環繞周界而改變。
在一些實施例中，相對移動包含透過非遠心透鏡62導引射 束軸32至工件22上使得透鏡62之中心軸60定位成距左側壁124a比距右側壁124b更遠距離使得射束軸32以一所選非零加工角ω入射在工件22上且沿著相對於切割方向128之一所選非零方位角方向Φ照射在工件22上，使得左側壁124a形成有由所選脈衝參數、所選加工角ω及所選方位角方向Φ決定之一錐度特性。
在一些實施例中，射束軸32經導引以接近快速定位器90 及/或透鏡62之可利用視域100之周界照射工件22來影響加工角。在一些實施例中，射束軸32經導引以在可利用視域100之周界的5mm內照射工件22。在一些實施例中，射束軸32經導引以在可利用視域100之周界的2mm內照射工件22。在一些實施例中，射束軸32經導引以在可利用視域100之周界的2mm內照射工件22。在一些實施例中，射束軸32經導引以在可利用視域100之周界的500微米內照射工件22。在一些實施例中，射束軸32經導引以在可利用視域100之周界的100微米內照射工件22。在一些實施例中，射束軸32經導引以在可利用視域100之周界的25微米內照射工件22。
在一些實施例中，可利用視域100具有直徑，且射束軸32 經導引以在相對於可利用視域100之周界的40%直徑內照射工件22。在一些實施例中，射束軸32經導引以在相對於可利用視域100之周界的30%直徑內照射工件22。在一些實施例中，射束軸32經導引以在相對於可利用視域100之周界的20%直徑內照射工件22。
在一些實施例中，可利用視域100之直徑(或長軸)係10mm 至100mm。在一些實施例中，可利用視域100之直徑大於15mm。在一些實施例中，可利用視域100之直徑係25mm至50mm。在一些實施例中，可利用視域100之直徑小於75mm。
圖5係描繪射束軸32與工件22之間沿著圓形切割路徑122 的例示性相對協調移動130a的俯視平面圖，相對協調移動130a經由接近一可利用視域100之周界導引射束軸32以照射工件22來在外切口壁124上形 成具有期望錐度特性之圓形特徵部140。
參考圖5，在其中從工件22移除圓形特徵部140(例如)以 形成一通孔之一些實施例中，外側壁124a之錐度受控制。在一些實施例中，相對移動130a包含將工件22移動至在透鏡62之視域100周界處或接近其之圓形，其中特徵部大體移動到視域100內部(當視域100與特徵部140之尺寸比較而言較大時)，使得射束軸32聚焦在圓形特徵部140的外邊緣。在一些實施例中，射束軸32之方位角Φ繞著中心軸(諸如透鏡軸60)旋轉，且工件22圍繞視域100之周界轉動。在一些實施例中，射束軸32之方位角Φ固定，且工件22在圓形特徵部140之中心的軸上旋轉，同時工件22圍繞視域100之周界轉動。在一些實施例中，射束軸32之方位角Φ旋轉，且工件22旋轉，同時工件22圍繞視域100之周界轉動。如先前論述，經由控制加工角、方位角Φ及其他雷射參數來選擇錐度。在此等實施例中不一定涉及內側壁124b之錐度。
然而，參考圖6，在其中從工件22移除圓形特徵部140(例 如)以形成一圓盤之一些實施例中，內側壁124b之錐度受控制。圖6係描繪射束軸32與工件22之間沿著圓形切割路徑122的例示性相對協調移動130b的俯視平面圖，相對協調移動130b經由接近可利用視域100之周界導引射束軸32以照射工件22來在內切口壁124上形成具有期望錐度特性之圓形特徵部140。
在一些實施例中，相對移動130b包含將工件22移動至在透 鏡62之視域100周界處或接近其之圓形，其中特徵部大體移動到視域100外部(當視域100與特徵部140之尺寸比較而言較大時)，使得射束軸32 聚焦在圓形特徵部140的內邊緣。在一些實施例中，射束軸32之方位角Φ繞著中心軸(諸如透鏡軸60)旋轉，且工件22圍繞視域100之周界轉動。 在一些實施例中，射束軸32之方位角Φ固定，且工件22在圓形特徵部140之中心的軸上旋轉，同時工件22圍繞視域100之周界轉動。在一些實施例中，射束軸32之方位角Φ旋轉，且工件22旋轉，同時工件22圍繞視域100之周界轉動。如先前論述，經由控制加工角、方位角Φ及其他雷射參數來選擇錐度。在此等實施例中不一定涉及外側壁124a之錐度。
取決於切割特徵部之形狀，諸如圓形特徵部140，可計算工 件22與視域100中心之相對偏移量及射束軸32期望之角(與其他雷射參數協作)以實現側壁24之期望錐度。
在一些實施例中，工件以雷射處理之速度移動。在一些實 施例中，射束移動速度與工件移動速度之組合提供射束軸32與工件22之間用於雷射處理之總相對速度且可轉化為雷射加工製程之切入尺寸。在一些實施例中，射束軸32與工件22之間以期望雷射加工速度(及可期望的切入尺寸)之此等相對移動可在類似於透鏡62及/或快速定位器90之視域100尺寸的區域上利用工件22之快速移動速度。
參考圖7，在一些實施例中，相對移動提供沿著切割路徑 122之一射束路徑142，其類似於切口120之路徑。圖7係繞行一橢圓形特徵部140a之射束路徑142之俯視平面圖。此等射束路徑142展示為同心切割路徑122，但若待移除特徵部140a，則此等射束路徑142可另外或替代地大致相同但在深度上分開。此等射束路徑142可經由先前論述之前述相對移動技術來實現，諸如經由移動工件22且不斷改變方位角來實現，尤其係 當特徵部140a相對較小或不比視域100大很多時。
然而，若特徵部140a或工件22較大，則用於移動及支撐工 件22之臺150的帶寬在提供工件22之足夠相對移動上會具挑戰。因此，在一些實施例中，工件22上之射束路徑142可不同於切割路徑122。圖8A係形成切口120之一示例性直線切割路徑122的一部分之俯視平面圖。圖8B係工件22上用以沿著圖8A所示之切割路徑122形成切口120的一例示性射束路徑142的放大俯視平面圖。參考圖8B，切口120可經由圓形、橢圓形、橫向掃描線或其他射束路徑圖案之局部射束路徑重複以降低對工件臺150之帶寬需求而製成期望總切口寬度144。圖8C係展示工作表面上沿著射束路徑142之雷射光點102之個別位移之俯視平面圖的計算機模式，該位移因經由快速定位器90及/或一高速定位器160實現的射束軸32連續移動所造成。
參考圖8A至圖8C(統稱為圖8)，例示性說明參數包括： 約18kHz之PRF；約25μm之光點尺寸；每秒約50mm之線速度(小旋轉環形圖案移動跨過工作表面之速率)；約2kHz之旋轉率(環形圖案旋轉之速率)；約30μm之旋轉傾向度(環形圖案(到射束中心)之直徑)；約10μm之內經(螺旋形圖案(到環形圖案中心)之起始直徑)；約150μm之外徑(螺旋形圖案(到環形圖案中心)之終止直徑)；及約2個週期數(螺旋形圖案之旋轉數目)。該模式展示出為了支援在15kHz到20kHz範圍中之雷射脈衝率，期望1kHz至2.5kHz之旋轉率(每次旋轉有5個至15個脈衝)用於實際脈衝重疊。
再次參考圖8，此技術允許以較少穿透形成比光點直徑18 更寬之切口，同時維持使用聚焦輸出射束30(即，在不使射束散焦以實現較寬光點之情況下)之加工品質及其他益處。此外，射束路徑142可超過工件臺150或用於高速相對移動應用的一些快速定位器90之帶寬容量。然而，工件臺150或快速定位器臺92可視需要移位以使快速定位器90或高速定位器160距側壁124a及124b足夠距離來供應雷射光點102a及102b之期望非垂直入射加工角ω及方位角Φ，而使各自側壁124a及124b具期望錐度。不形成側壁124之雷射光點102不一定需要具有非垂直入射加工角ω及方位角Φ。此外，可實施相對移動用於快速定位器90及/或高速定位器150將射束軸32導引在可利用視域100之周界上或與其接近。此技術可用以加工具任何曲率之切割路徑122，使得邊緣具有一盲孔。將注意此技術經由特意選擇入射加工角ω及方位角Φ且經由特意使用可利用視域100之周界而超越了Donald Cutler等人之美國專利第6,706,998號中揭示之技術。受讓與本申請案受讓人的Donald Cutler等人之美國專利第6,706,998號以引用方式併入本文中。
圖9係可操作以製造具有受控錐度之切口的一雷射微加工 系統之示意圖。參考圖9，雷射輸出164可經由多種熟知的光學器件操控，包含可選擇的射束擴展器透鏡組件166(及/或可選擇的衰減器或脈衝選擇器，諸如聲音光學器件或電光學器件，及/或諸如用於能量、時脈或位置之回饋感測器)，其等在經由一系列射束導引組件170(諸如臺軸定位鏡)、可選擇的高速定位器160及射束定位系統94之一快速定位器90(諸如一對電流計驅動的X軸及Y軸鏡)導引之前沿著光學路徑80定位。最後，雷射輸出164在沿著射束軸32被導引成聚焦雷射輸出射束30以在工件22上形成 雷射光點102之前透過透鏡22，諸如非遠心聚焦透鏡、掃描透鏡或f-θ透鏡。
在一些實施例中，射束定位系統90使用平移臺定位器，其 較佳地控制至少兩個平臺或臺150及92且支撐定位組件170以將雷射輸出射束30瞄準及聚焦到期望雷射目標位置180。在一些實施例中，該平移臺定位器係分軸系統，其中通常經由線性馬達移動之一Y臺150支撐及移動工件22；一X臺92支撐及移動快速定位器90及透鏡62；一Z臺182可調整該X臺與該Y臺之間的Z維度；且射束導引組件170經由雷射器184與快速定位器90之間的任何轉動來對準光學路徑80。工件臺150可經操作以沿著單一軸(諸如Y軸)行進，或工件臺150可經操作以沿著橫向軸(諸如X軸及Y軸)行進。替代地或此外，工件臺150可經操作以使旋轉工件22(諸如)繞著Z軸(單獨地，或又沿著X軸及Y軸移動工件)旋轉。舉例而言，工件臺152可支撐一額外旋轉臺152，其使工件繞著一軸旋轉。典型的平移臺定位器具有每秒2m或3m的速度及1.5G或更大加速度。當前具成本效益之平移臺在每秒約400mm至每秒約1m之範圍內執行。無疑其等會移動得更慢。為了便利起見，快速定位器90與一或多個平移臺150及/或92之組合可被稱為一初級或積體定位系統。
典型的快速定位器90使用一對電流計控制鏡，其能夠在工 件22上的相對較大視域100上快速改變射束軸32之方向。此視域100通常小於由工件臺150提供之移動範圍。一高速定位器160(諸如聲光器件或可變形鏡)(或其他快速引導鏡)可替代地用作為快速定位器90，但此等器件趨於具有比電流計反射鏡更小的射束偏轉範圍。或者，該高速定位器可加 入電流計反射鏡使用。一例示性快速定位器具有每秒約2m或3m至每秒約10m的速度及約1000G至2000G之加速度，且因此此等亦係一例示性積體定位系統之典型性能。無疑地，線性速度又可在此等範圍以下操作。
圖10係表示各個定位件之工作外殼之俯視平面圖。參考圖10，線性臺152及92提供通常大於快速定位器90之快速定位器外殼174的一臺外殼172。在一些實施例中，快速定位器外殼174小於或等於500mm2。在一些實施例中，快速定位器外殼174可等效於快速定位器90之視域100。在一些實施例中，快速定位器外殼174小於或等於300mm2，或小於或等於100mm2，或小於或等於25mm2。快速定位器外殼174通常大於高速定位器160之高速定位器外殼176。此等定位組件之外殼中之一些或全部可用以提供相對於工件22具有期望入射加工角ω及方位角Φ的射束軸32以實現側壁124之期望錐度。
舉例而言，參考圖3及圖10，線性臺外殼172(工件臺150)及/或快速定位器外殼174(快速定位器臺92)可移位到左側及/或高速定位器外殼176可移位到右側(經由將方位角方向移位至左側及/或增大入射角)以供應期望入射加工角ω及方位角Φ來形成具有期望錐度之側壁124a。類似地，參考圖4及圖10，線性臺外殼172(工件臺150)及/或快速定位器外殼174(快速定位器臺92)可移位到右側及/或高速定位器外殼176可移位到左側(經由將方位角方向移位至右側及/或增大入射角)以供應期望入射加工角ω及方位角Φ來形成具有期望錐度之側壁124b。
在一些實施例中，透鏡62相對於快速定位器90可具有固定位置使得透鏡軸60及透鏡62之軸平面相對於快速定位器90及或臺92固 定。在其他實施例中，透鏡62可相對於快速定位器移動使得透鏡62可在軸平面64內移動及/或透鏡62之軸平面64可傾斜。壓電或其他致動器可用以移動透鏡62。透鏡62之移動可用以補充或替代工件22與射束軸22之間的一些相對移動而利於控制入射加工角ω及方位角Φ。
一雷射系統控制器190較佳地同步化雷射器184觸發臺150 和90及快速定位器90之運動。雷射系統控制器190大體展示為控制快速定位器90、臺150及90、雷射器184及高速定位器控制器192。熟悉此項技術者將瞭解雷射系統控制器190可包含積體或獨立控制子系統來控制及/或提供動力給此等雷射組件中之任何者或全部，且此等子系統可相對於雷射系統控制器190遠程定位。雷射系統控制器190亦較佳地直接或間接地透過高速定位器控制器192來控制高速定位器160之相對移動，包含方向、傾斜角或旋轉及速度或頻率，以及控制與雷射器184或定位系統94組件之任何同步。為了便利起見，高速定位器160與高速定位器控制器192之組合可被稱為一次級或非積體定位系統。
可使用另外的或替代射束定位方法。一些另外的或替代射 束定位方法描述於Donald R.Cutler等人之美國專利第5,751,585號、Spencer Barrett等人之美國專利第6,706,999號及Jay Johnson之第7,019,891號中，其等全部受讓與本申請案之受讓人，且其等全部以引用方式併入本文中。亦將瞭解多工具定位系統可用以同時導引兩個射束來形成切口，其中每個射束經導引以形成具期望錐度之不同側壁124。
例示性雷射脈衝參數包含雷射類型、波長、脈衝持續時間、 脈衝重複率、脈衝數、脈衝能量、脈衝時間形狀、脈衝空間形狀以及焦點 尺寸及形狀。另外的雷射脈衝參數包含指定焦點相對於工件22表面之位置及導引雷射脈衝相對於工件22之相對運動。
在一些實施例中，可有利地用於一些實施例之雷射參數包 含使用具有介於IR到UV或更特定言之從約10.6微米下至約266nm之波長的雷射器184。雷射器184可以2W操作，介於1W至100W，或較佳的係1W至12W。脈衝持續時間介於1皮秒至1000ns，或較佳地介於約1皮秒至200ns。雷射重複率可介於1KHz至100MHz，或較佳地介於10KHz至1MHz。雷射能量密度可介於約0.1×10-6J/cm2至100.0J/cm2或較佳地介於1.0×10-2J/cm2至10.0J/cm2。射束軸32相對於工件22移動之速度介於1mm/s至10m/s，或較佳地介於100mm/s至1m/s。在工件22表面處測量之雷射光點102之空間長軸18可介於10微米至1000微米或介於50微米至500微米。
可操作用於在工件22上或其內製造切口120之一些例示性 雷射處理系統係ESI 5320、ESI MM5330微加工系統、ESI ML5900微加工系統及ESI 5955微加工系統，其等全部由波特蘭的電子科技工業公司，OR 97229製造。
此等雷射加工系統可使用幾乎任何類型的雷射器184。一些實施例使用固態二極體幫浦雷射器184，其可經組態以在至高達5MHz之脈衝重複率下發射約366nm(UV)至約1320nm(IR)之波長。然而，此等系統可經由更換或添加適當雷射器、雷射光學器件、零件處理設備及控制軟體以如上述在工件22上可靠地及可重複地產生所選雷射光點102而得以調適。此等修改允許雷射處理系統將具有適當雷射參數之雷射脈衝以期望速率及雷射光點102之間的切入尺寸導引至經適當定位及固持的工件22上的期望 位置。
在一些實施例中，雷射加工系統使用二極體幫浦Nd：YVO4 固態雷射器184，其在1064nm波長下操作，諸如由德國凱撒斯勞坦的Lumera Laser GmbH製造的快速模型。此雷射器可視情況使用固態諧頻產生器使頻率雙倍以將波長減小到532nm，從而產生可見(綠)雷射脈衝，或增加三倍成約355nm或增加四倍成266nm，從而產生紫外線(UV)雷射脈衝。此雷射器184額定產生6瓦特連續功率且具有1000KHz之最大脈衝重複率。 此雷射器184與控制器54協作產生具1皮秒至1,000奈秒之持續時間的雷射脈衝。
此等雷射脈衝可為高斯或經由雷射光學器件(通常包括沿 著光學路徑80定位的一或多個光學組件)特別定形或剪切，以允許雷射光點102之期望特性。特別定形的空間輪廓可使用繞射光學元件或其他射束定形組件來建立。修改雷射光點102之空間輻射照度輪廓之詳細描述可見於Corey Dunsky等人之美國專利第6,433,301中，其受讓與本申請案之受讓人，且其以引用方式併入本文中。
前述說明本發明之實施例且不應解釋對其有所限制。雖然 已經描述一些特定例示性實施例，但熟悉此項技術者將易於瞭解在本質上不脫離本發明之新穎教示及優點之情況下可對揭示之例示性實施例以及其他實施例作出許多修改。
因此，全部此等修改意欲包含在如申請專利範圍中定義之 本發明範圍內。舉例而言，熟悉此項技術者將瞭解任何句子或段落之主旨可與其他句子或段落中一些或全部之主旨結合，除了此等結合係相互排他 之外。
熟悉此項技術者將顯而易知在不脫離本發明之根本原理的情況下可對上述實施例之細節作出許多更改。因此，本發明之範圍應由以下申請專利範圍與其中所包含之申請專利範圍等效物所決定。
22‧‧‧工件
122‧‧‧切割路徑
130a‧‧‧相對協調移動/相對移動
140‧‧‧特徵部

Claims (51)

  1. 一種用於雷射加工一工件中之一特徵部的方法，其包括：提供一工件；沿著傳播透過在該工件上具有一可利用視域之一非遠心透鏡的一射束軸產生一雷射脈衝射束，其中該視域具有一周界；在沿著一切割路徑之一切割方向上造成該射束軸與該工件之間的相對運動；透過該非遠心透鏡將該射束軸接近該視域之該周界導引至該工件上以用該射束沿著一切割路徑照射該工件上之一第一區域，其中該射束軸以一第一非零加工角入射在該工件上且沿著相對於平分該工件之一深度軸的一第一非零方位角方向照射在該工件上；及沿著該切割路徑移除該第一區域內該工件的材料以形成包括一第一側壁的一切口，該第一側壁具有受到該第一入射角及該第一方位角方向影響之一第一錐度特性。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括：透過該非遠心透鏡將該射束軸接近該視域之該周界繼續導引至該工件上以在沿著該切割路徑延伸該切口時維持該第一側壁之該第一錐度特性。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該切割路徑具有曲率，該方法進一步包括：改變該射束軸相對於平分該工件之該深度軸的該第一方位角方向來調整該切割路徑之該曲率。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該切割路徑具有曲率，且其中該第一區域沿著該切割路徑在一第一方向上形成一第一區段，該方法進一步包括：改變該射束軸相對於平分該工件之該深度軸的該第一方位角方向以造成該射束軸透過該非遠心透鏡接近該視域之該周界被導引至該工件上而用該射束沿著該切割路徑照射該工件之一第二區域，其中該射束軸以一第二非零加工角入射在該工件上且沿著相對於平分該工件之該深度軸的一第二非零方位角方向照射在該工件上，其中該第二非零方位角方向不同於該第一非零方位角方向，且其中該第二區域在與該第一方向背離的一第二方向上沿著該切割路徑形成一第二區段；及沿著該切割路徑移除該第二區域內該工件的材料以在該第二方向上延伸該切口，同時維持受到該第二入射角及該第二方位角方向影響之該第一側壁的該第一錐度特性。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該射束軸之該第一加工角係相對於該非遠心透鏡之一透鏡軸以一非零射束軸角定向。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該射束軸之該第一加工角係相對於該非遠心透鏡之一軸平面以一非零且非垂直射束軸角定向。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該射束軸經導引以在該可利用視域之該周界的5mm內照射該工件。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該射束軸經導引以在該可利用視域之該周界的2mm內照射該工件。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該射束軸經導引以在該可利用視域 之該周界的500微米內照射該工件。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該射束軸經導引以在該可利用視域之該周界的100微米內照射該工件。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該射束軸經導引以在該可利用視域之該周界的25微米內照射該工件。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法其中該射束軸之該第一加工角大於1度。
  13. 如申請專利範圍第1項之方法其中該射束軸之該第一加工角大於5度。
  14. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該射束軸之該第一加工角小於20度。
  15. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該射束軸之該第一加工角小於10度。
  16. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該第一加工角及該第二加工角相同。
  17. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該第一加工角與該第二加工角不同。
  18. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一方位角方向相對於該切割方向之一角值大於或等於20度且小於160度。
  19. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一方位角方向相對於該切割方向之一角值大於或等於45度且小於155度。
  20. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一方位角方向相對於該切割方向之一角值大於或等於45度且小於135度。
  21. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一方位角方向相對於該切割方 向之一角值大於或等於70度且小於110度。
  22. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一方位角方向相對於該切割方向之一角值約為90度。
  23. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該第一方位角方向及該第二方位角方向相對於該切割方向之角值相同。
  24. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該第一方位角方向與該第二方位角方向在不同方向上具有不同角值。
  25. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該第一側壁及該第二側壁具有相同錐度。
  26. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該第一側壁及該第二側壁具有相同特性。
  27. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該第一側壁及該第二側壁具有特意不同之錐度。
  28. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該射束軸在一射束路徑中以小於該切口之寬度的一重複圖案導引至該工件上，且使得沿著該射束路徑的一些雷射光點成為形成該第一側壁之第一雷射光點，且使得沿著該射束路徑的一些雷射光點成為形成一第二側壁之第二雷射光點，其中該等第一雷射光點在相對於該切割方向之該第一方位角方向上經導引,且其中該等第二雷射光點在相對於該切割方向之一第二方位角方向上經導引。
  29. 一種用於雷射加工一工件中之一特徵部的方法，該方法包括：提供一工件； 產生一束雷射光；將該射束導引至該工件上以用該射束照射該工件之一區域，其中該射束以一入射角入射在該工件上且沿著相對於該工件之一方位角方向入射在該工件上；移除該照射區域內該工件之一部分；造成該照射區域相對於該工件在該工件內沿著一加工路徑移動；及基於該照射區域沿著該加工路徑之一位置改變該射束相對於該工件之該方位角方向。
  30. 如申請專利範圍第29項之方法，其中該射束軸經由一射束定位系統來導引，其使用具有一可利用視域之一快速定位器，其中該可利用視域具有一周界，且其中該射束軸經導引以接近該可利用視域之該周界照射該工件而影響該加工角。
  31. 一種用於雷射加工一工件中之一特徵部的方法，該方法包括：提供一工件；產生一束雷射光；將該射束聚焦在該工件上以照射該工件之一區域，其中該射束以一入射角入射在該工件上且沿著相對於該工件之一方位角方向入射在該工件上；移動來造成該照射區域相對於該工件在該工件內沿著一加工路徑移動；及基於該照射區域沿著該加工路徑之一位置改變該射束相對於該工件之該方位角方向。
  32. 一種用於雷射加工一工件中之一特徵部的方法，其包括：提供一工件；沿著一射束軸產生一束雷射脈衝；在沿著一切割路徑的一切割方向上造成該射束軸與該工件之間的相對運動；將該射束軸導引至該工件上以用該射束沿著該切割路徑照射該工件上之一第一區域，其中該射束軸以一第一非零加工角入射在該工件上且沿著相對於該切割方向的一第一非零方位角方向照射在該工件上；沿著該切割路徑移除該第一區域內該工件的材料以形成包括一第一側壁的一切口，該第一側壁具有受到該第一入射角及該第一方位角方向影響之一第一錐度特性；改變該射束軸相對於該切割方向之該第一方位角方向；將該射束軸導引至該工件上以用該射束沿著該切割路徑照射該工件之一第二區域，其中該射束軸以一第二非零加工角入射在該工件上且沿著相對於該切割方向的一第二非零方位角方向照射在該工件上，其中該第二非零方位角方向不同於該第一非零方位角方向；及沿著該切割路徑移除該第二區域內該工件的材料以形成一第二側壁，該第二側壁具有受到該第二入射角及該第二方位角方向影響之一第二錐度特性。
  33. 一種用於雷射加工一工件中之一特徵部的雷射微加工系統，其包括：一雷射，其可操作以沿著一射束軸產生具所選脉衝參數的一束雷射脉衝； 一非遠心透鏡，其可操作以透過其傳播且在該工件上具有一可利用視域，其中該視域具有一參數；一工件臺，其可操作以支撐及移動該工件；一快速定位器，其可操作以將該射束軸導引透過該非遠心透鏡且直接或間接地朝向該工件上的目標位置；一定位器臺，其用於支撐及相對於該工件移動一快速定位器；及一控制器，其可操作以控制該工件臺及該快速定位器臺之運動且可操作以控制該快速定位器來沿著該射束軸導引該等雷射脉衝，且透過該非遠心透鏡使該射束軸相對於該等目標位置以一或多個所選加工角及一或多個所選方位角接近該視域之該周界保持在該工件上以形成具有一側壁的一切口，該側壁具有由該等所選脈衝參數、該一或多個所選加工角及該一或多個所選方位角確定的所選錐度特性。
  34. 如申請專利範圍第33項之雷射微加工系統，其中該射束軸之該第一加工角係相對於該非遠心透鏡之一透鏡軸以一非零射束軸角定向。
  35. 如申請專利範圍第33項或第34項之雷射微加工系統，其中該射束軸之該第一加工角係相對於該非遠心透鏡之一軸平面以一非零且非垂直射束軸角定向。
  36. 如申請專利範圍第33至35項中任一項之雷射微加工系統，其中該射束軸經導引以在該可利用視域之該周界的5mm內照射該工件。
  37. 如申請專利範圍第33至36項中任一項之雷射微加工系統，其中該射束軸經導引以在該可利用視域之該周界的2mm內照射該工件。
  38. 如申請專利範圍第33至37項中任一項之雷射微加工系統，其中該射束 軸經導引以在該可利用視域之該周界的500微米內照射該工件。
  39. 如申請專利範圍第33至38項中任一項之雷射微加工系統，其中該射束軸經導引以在該可利用視域之該周界的100微米內照射該工件。
  40. 如申請專利範圍第33至39項中任一項之雷射微加工系統，其中該射束軸經導引以在該可利用視域之該周界的25微米內照射該工件。
  41. 如申請專利範圍第33至40項中任一項之雷射微加工系統，其中該射束軸之該第一加工角大於1度。
  42. 如申請專利範圍第33至41項中任一項之雷射微加工系統，其中該射束軸之該第一加工角大於5度。
  43. 如申請專利範圍第33至42項中任一項之雷射微加工系統，其中該射束軸之該第一加工角小於20度。
  44. 如申請專利範圍第33至43項中任一項之雷射微加工系統，其中該射束軸之該第一加工角小於10度。
  45. 如申請專利範圍第33至44項中任一項之雷射微加工系統，其中該第一方位角方向相對於該切割方向之一角值大於或等於20度且小於160度。
  46. 如申請專利範圍第33至45項中任一項之雷射微加工系統，其中該第一方位角方向相對於該切割方向之一角值大於或等於45度且小於155度。
  47. 如申請專利範圍第33至46項中任一項之雷射微加工系統，其中該第一方位角方向相對於該切割方向之一角值大於或等於45度且小於135度。
  48. 如申請專利範圍第33至47項中任一項之雷射微加工系統，其中該第一方位角方向相對於該切割方向之一角值大於或等於70度且小於110度。
  49. 如申請專利範圍第33至48項中任一項之雷射微加工系統，其中該第一 方位角方向相對於該切割方向之一角值約為90度。
  50. 一種用於雷射加工一工件中之一特徵部的方法，其包括：提供具有一表面之一工件；提供一工件臺，其可操作以支撐該工件及移動該工件；產生具有所選雷射參數之一束雷射脈衝及沿著一射束軸傳播該等雷射脈衝；提供一快速定位器，其可操作以將該射束軸導引透過該非遠心透鏡且直接或間接地朝向該工件上的目標位置，其中該非遠心透鏡具有大體垂直於該工件之該表面的一中心透鏡軸；在沿著一切割路徑的一切割方向上造成該射束軸與該工件之間的相對運動；及透過該非遠心透鏡將該射束軸導引至該工件上以用該射束沿著一切割路徑照射該工件上之一第一區域來沿著該切割路徑移除該第一區域內該工件之材料而形成一切口，該切口包括一第一側壁、一底部及一第二側壁，其中該中心透鏡軸定位成距該第一側壁比距該第二側壁更遠距離，其中該射束軸以一所選非零加工角入射在該工件上且沿著相對於該切割方向之一所選非零方位角方向照射在該工件上，使得該第一側壁形成有由該等所選脈衝參數、該所選加工角及該所選方位角方向確定的一錐形特性。
  51. 如申請專利範圍第2至28項及第30項中任一項之方法，其取決於第50項而不是第1項。
TW103108980A 2013-03-15 2014-03-13 錐度控制之射束角協調及工件運動 TW201434562A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361793589P 2013-03-15 2013-03-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201434562A true TW201434562A (zh) 2014-09-16

Family

ID=51522879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103108980A TW201434562A (zh) 2013-03-15 2014-03-13 錐度控制之射束角協調及工件運動

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20140263212A1 (zh)
EP (1) EP2969372A4 (zh)
JP (1) JP2016516584A (zh)
KR (1) KR20150126603A (zh)
CN (1) CN105163897A (zh)
TW (1) TW201434562A (zh)
WO (1) WO2014150604A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI636844B (zh) * 2016-02-05 2018-10-01 Eo科技股份有限公司 雷射加工方法

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105451927A (zh) 2013-08-16 2016-03-30 伊雷克托科学工业股份有限公司 用于在内部对薄层作标记的激光系统及方法及借此制造的物品
EP3241034A1 (en) * 2014-12-29 2017-11-08 Electro Scientific Industries, Inc. Adaptive part profile creation via independent side measurement with alignment features
US10357848B2 (en) 2015-01-19 2019-07-23 General Electric Company Laser machining systems and methods
WO2017044646A1 (en) 2015-09-09 2017-03-16 Electro Scientific Industries, Inc. Laser processing apparatus, methods of laser-processing workpieces and related arrangements
US11260472B2 (en) 2016-12-30 2022-03-01 Electro Scientific Industries, Inc. Method and system for extending optics lifetime in laser processing apparatus
DE102017100755A1 (de) * 2017-01-16 2018-07-19 Schott Ag Vorrichtung und Verfahren zur Bearbeitung von Glas- oder Glaskeramikelementen mittels eines Lasers
BE1025341B1 (fr) * 2017-06-27 2019-02-04 LASER ENGINEERING APPLICATIONS S.A. en abrégé LASEA S.A. Méthode pour structurer un substrat
WO2019236616A1 (en) 2018-06-05 2019-12-12 Electro Scientific Industries, Inc. Laser-processing apparatus, methods of operating the same, and methods of processing workpieces using the same
EP3969220A1 (en) * 2019-05-17 2022-03-23 Corning Incorporated Phase-modified quasi-non-diffracting laser beams for high angle laser processing of transparent workpieces
US20210078109A1 (en) * 2019-09-18 2021-03-18 Lincoln Global, Inc. Surface modification of welding wire drive rolls
CN114571105B (zh) * 2022-03-11 2023-11-17 苏州思萃声光微纳技术研究所有限公司 一种改进金属贯穿孔的锥角和圆度的激光打孔系统及方法
EP4265369A1 (de) 2022-04-21 2023-10-25 Rollomatic S.A. Verfahren zur laserbasierten bearbeitung eines werkstücks
CN117300395B (zh) * 2023-11-28 2024-02-13 富通尼科技(苏州)有限公司 基于皮秒激光器的陶瓷钻孔方法、系统、设备及存储介质
CN117655563A (zh) * 2024-01-31 2024-03-08 成都沃特塞恩电子技术有限公司 激光切割路径规划方法、装置、电子设备及存储介质

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0757427B2 (ja) * 1989-12-08 1995-06-21 三菱電機株式会社 レーザ切断加工機
JP2690184B2 (ja) * 1990-09-20 1997-12-10 ファナック株式会社 レーザ加工装置
US5854751A (en) * 1996-10-15 1998-12-29 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Simulator and optimizer of laser cutting process
US6501045B1 (en) * 2000-04-06 2002-12-31 Resonetics, Inc. Method and apparatus for controlling the taper angle of the walls of laser machined features
US20020066345A1 (en) * 2000-12-06 2002-06-06 Shepherd John D. Waterjet edge cut taper controlling method
US6706998B2 (en) * 2002-01-11 2004-03-16 Electro Scientific Industries, Inc. Simulated laser spot enlargement
KR100982677B1 (ko) * 2002-01-11 2010-09-17 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드 레이저 스폿 확장을 이용한 소재의 레이저 가공 방법
JP4527567B2 (ja) * 2005-03-01 2010-08-18 フェトン株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法
US20090057282A1 (en) * 2007-08-15 2009-03-05 Chunfu Huang Laser machining method utilizing variable inclination angle
JP4386137B2 (ja) * 2008-02-29 2009-12-16 トヨタ自動車株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法
US8119949B2 (en) * 2008-11-26 2012-02-21 Honeywell International Inc. Laser cutting shaped holes by trepanning on the fly
US8338745B2 (en) * 2009-12-07 2012-12-25 Panasonic Corporation Apparatus and methods for drilling holes with no taper or reverse taper
US20120132629A1 (en) * 2010-11-30 2012-05-31 Electro Scientific Industries, Inc. Method and apparatus for reducing taper of laser scribes
US8415587B2 (en) * 2010-12-03 2013-04-09 Uvtech Systems, Inc. Fiber-optic beam delivery system for wafer edge processing
JP2012223783A (ja) * 2011-04-18 2012-11-15 Panasonic Corp レーザ加工方法及びレーザ加工装置
JP5922906B2 (ja) * 2011-10-18 2016-05-24 三星ダイヤモンド工業株式会社 レーザビームによるガラス基板加工装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI636844B (zh) * 2016-02-05 2018-10-01 Eo科技股份有限公司 雷射加工方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2969372A4 (en) 2016-11-16
CN105163897A (zh) 2015-12-16
WO2014150604A1 (en) 2014-09-25
JP2016516584A (ja) 2016-06-09
EP2969372A1 (en) 2016-01-20
KR20150126603A (ko) 2015-11-12
US20140263212A1 (en) 2014-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201434562A (zh) 錐度控制之射束角協調及工件運動
JP6868024B2 (ja) 機械加工装置
US6706998B2 (en) Simulated laser spot enlargement
JP2011121119A (ja) テーパを有しない、または逆テーパを有する穴を開ける装置および方法
JP4340745B2 (ja) レーザースポットを拡大するワークピースのレーザー加工方法
KR101425492B1 (ko) 레이저 가공 장치 및 방법
JP2016516584A5 (zh)
JP2005532908A5 (zh)
JP2020104167A (ja) レーザー加工装置およびビームローテータユニット
CN112192019A (zh) 一种激光加工钻孔系统
TWI803934B (zh) 雷射處理系統及其方法
US20190118305A1 (en) Laser 3d processing system
WO2021095253A1 (ja) レーザ切断方法及びレーザ切断装置
CN111299859A (zh) 一种超快激光无锥度切割系统及切割方法
CN111230288A (zh) 激光加工装置以及被加工物的加工方法
JP5909351B2 (ja) パルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法
JP7452901B2 (ja) レーザ加工装置
JP2022060850A (ja) レーザ加工装置、及び、レーザ加工方法
JP2017104875A (ja) レーザー加工装置及びレーザー加工方法
JP2020121921A (ja) 脆性材料基板のレーザー加工装置
JP2022107852A (ja) 光学ユニット、レーザー加工装置、及びレーザー加工方法
TW202224294A (zh) 使用於光軸傾斜加工之光學透鏡模組
JP2023027451A (ja) 光学装置、加工方法、および、物品の製造方法
JP2022065693A (ja) 光学ユニット、並びにレーザー加工装置、レーザー加工方法、及び三次元加工装置