TW201713445A - 雷射加工裝置以及使用該雷射加工裝置的雷射處理方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種雷射加工裝置以及使用該雷射加工裝置的雷射處理方法。雷射加工裝置是利用雷射對堆載於平台的加工對象物進行加工的裝置，上述雷射加工裝置包括：雷射光源；第一掃描儀，藉由驅動而使自上述雷射光源射出的雷射束旋轉；第二掃描儀，藉由驅動而使自上述第一掃描儀出射的上述雷射束移動至上述加工對象物的特定位置；以及掃描儀控制部，對上述第一掃描儀及上述第二掃描儀的驅動進行控制。

Description

雷射處理裝置以及使用該雷射處理裝置雷射處理方法

本發明是有關於一種雷射加工，詳細而言，有關於一種可縮短加工時間的雷射加工裝置及利用此雷射加工裝置的雷射加工方法。

雷射加工裝置利用光學系統向加工對象物照射自雷射光源出射的雷射束，藉由照射此種雷射束而對加工對象物執行如標記（marking）、曝光（exposure）、蝕刻（etching）、沖孔（punching）、刻劃（scribing）及切割（dicing）等的加工作業。

於此種雷射加工作業中，若以一個掃描儀（scanner）進行加工，則因頻繁的加減速而無法高速加工所期望的形狀。特別是，於掃描儀需連同高速的圓運動一併進行直線運動的情形時，加工速度會變得更慢。

並且，於雷射加工裝置的光學構成方面，掃描儀可向加工對象物掃描雷射束而進行加工的區域（即，加工域）的尺寸有限。為了解決上述問題，於在平台上堆載加工對象物後，使平台沿與加工對象物平行的方向（例如，x軸及y軸方向）移動，藉此可對加工對象物的整個區域進行加工。此種加工方法無法於藉由平台移動加工對象物的狀態下進行加工作業，就該方面而言，存在加工時間延遲的問題。另一方面，掃描儀亦可於始終藉由平台移動加工對象物的狀態下對加工對象物執行加工作業，將此種雷射加工方法稱為“快速（flying）”加工方法。

[發明欲解決的課題] 　　本實施例提供一種可縮短加工時間的雷射加工裝置及利用其的雷射加工方法。 [解決課題的手段]

本發明的一實施例的雷射加工裝置是利用雷射對堆載於平台的加工對象物進行加工，上述雷射加工裝置包括：雷射光源；第一掃描儀，藉由驅動而使自上述雷射光源射出的雷射束旋轉；第二掃描儀，藉由驅動而使自上述第一掃描儀出射的上述雷射束移動至上述加工對象物的特定位置；及掃描儀控制部，對上述第一掃描儀及上述第二掃描儀的驅動進行控制。

上述雷射加工裝置可更包括追蹤上述加工對象物的加工位置而傳輸至上述掃描儀控制部的位置追蹤單元。

上述雷射加工裝置可更包括角度放大器，上述角度放大器設置至上述第一掃描儀與上述第二掃描儀之間，放大自上述第一掃描儀出射的上述雷射束的旋轉半徑。

上述第一掃描儀可包括以特定的相位差進行驅動的一對第一鏡面及第二鏡面。

於上述雷射束的光路徑上，可設置光束傳遞系統。

本發明的一實施例的雷射加工方法是利用雷射加工裝置於堆載於平台的上述加工對象物形成孔，上述雷射加工裝置包括：雷射光源；第一掃描儀，藉由驅動而使自上述雷射光源射出的雷射束旋轉；第二掃描儀，藉由驅動而使自上述第一掃描儀出射的上述雷射束移動至加工對象物的特定位置；及掃描儀控制部，對上述第一掃描儀及上述第二掃描儀的驅動進行控制；上述雷射加工方法至少包括如下步驟：驅動上述第一掃描儀而使自上述雷射光源射出的上述雷射束旋轉成與欲加工的上述孔對應的尺寸的步驟；驅動上述第二掃描儀而使自上述第一掃描儀出射的上述雷射束位於上述加工對象物的加工區域的步驟；及自上述雷射光源射出上述雷射束而於上述加工對象物的加工區域形成上述孔的步驟。

可將上述第一掃描儀及上述第二掃描儀的驅動彼此同步化而進行控制。

使上述雷射束位於上述加工對象物的加工區域的步驟可由位置追蹤單元追蹤處於移動中的上述加工對象物的上述加工區域的位置而傳輸至上述掃描儀控制部，上述掃描儀控制部對上述第二掃描儀的驅動進行控制，以使上述雷射束沿上述加工對象物的上述加工區域移動。

上述掃描儀控制部可考慮上述平台的移動速度及上述第二掃描儀的驅動速度而對上述第二掃描儀進行控制，以便於上述加工對象物的特定位置執行加工作業。

本發明的一實施例的雷射加工方法是利用雷射加工裝置於堆載於平台的上述加工對象物形成線（line），上述雷射加工裝置包括：雷射光源；第一掃描儀，藉由驅動而使自上述雷射光源射出的雷射束旋轉；第二掃描儀，藉由驅動而使自上述第一掃描儀出射的上述雷射束移動至加工對象物的特定位置；及掃描儀控制部，對上述第一掃描儀及上述第二掃描儀的驅動進行控制；上述雷射加工方法至少包括如下步驟：驅動上述第一掃描儀而使自上述雷射光源射出的上述雷射束旋轉的步驟；及驅動上述第二掃描儀而使旋轉的上述雷射束沿欲加工的線移動的步驟。

可將上述第一掃描儀及上述第二掃描儀的驅動彼此同步化而進行控制。

使旋轉的上述雷射束沿欲加工的線移動的步驟可由位置追蹤單元將處於移動中的上述加工對象物的加工位置傳輸至上述掃描儀控制部，上述掃描儀控制部對上述第二掃描儀的驅動進行控制，以使上述雷射束沿上述加工對象物的上述加工位置移動。

上述掃描儀控制部可考慮上述平台的移動速度及上述第二掃描儀的驅動速度對上述第二掃描儀進行控制，以便於上述加工對象物的特定位置執行加工作業。

本發明的一實施例的雷射加工方法是利用雷射對堆載於平台的加工對象物進行加工，上述雷射加工方法至少包括如下步驟：自雷射光源產生雷射束的步驟；藉由驅動而使自上述雷射光源射出的上述雷射束旋轉的步驟；及藉由驅動而使上述雷射束移動至上述加工對象物的特定位置的步驟。 [發明之效果]

根據實施例，藉由驅動不同的掃描儀而對雷射束的直線運動及旋轉運動進行控制，藉此可減少自直線運動轉換成旋轉運動所需的時間或自旋轉運動轉換成直線運動所需的時間而大幅縮短對加工對象物進行加工所需的時間。

並且，於平台移動的情形時，位置追蹤單元向掃描儀控制部傳輸藉由平台而處於移動中的加工對象物的位置訊號，掃描儀控制部考慮加工對象物移動的速度及掃描儀的掃描速度而對掃描儀進行控制，藉此亦可於加工對象物進行移動的期間執行加工作業。因此，可不間斷地連續進行雷射加工作業，因此可大幅縮短對加工對象物進行加工所需的時間。

以下，參照隨附圖式，詳細地對本發明的實施例進行說明，以便於本發明所屬的技術領域內具有常識者可容易地實施。然而，本發明能夠以各種不同的形態實現，並不限定於此處所說明的實施例。另外，為了明確地說明本發明，於圖中省略與說明無關的部分，且於整篇說明書中，對相似的部分標註相似的符號。

於整篇說明書中，在記載為某個部分與另一部分“連接”時，不僅包括“直接連接”的情形，而且亦包括於其等的中間隔以其他元件而“電連接”的情形。並且，於記載為某個部分“包括”某個構成要素時，若無特別相反的記載，則是指可更包括其他構成要素，而並非指排除其他構成要素。

圖1是概略性地表示本發明的一實施例的雷射加工裝置100的圖。圖2是概略性地表示本發明的一實施例的雷射加工裝置100中的第一掃描儀120的構造的圖。圖3是用以說明本發明的一實施例的雷射加工裝置100中的角度放大器130的功能的圖。

參照圖1，雷射加工裝置100利用雷射對堆載於平台S的加工對象物W進行加工。雷射加工裝置100包括雷射光源110、第一掃描儀120、角度放大器130、第二掃描儀140、掃描儀控制部150及聚焦透鏡160。

雷射光源110是指射出雷射束L的元件，此種雷射光源110可根據產生雷射束L的物質的種類而分為氣體雷射光源、液體雷射光源、固體雷射光源等各種雷射光源。並且，雷射光源110可射出脈衝型雷射束，但並不限定於此，亦可根據加工作業的種類而射出連續波型雷射束。

第一掃描儀120可藉由驅動而使自雷射光源110射出的雷射束L旋轉。參照圖2，第一掃描儀120包括第一鏡面121及第二鏡面122。第一鏡面121可對雷射束L的x軸（或y軸）移動進行控制，第二鏡面122可對y軸（或x軸）移動進行控制。此處，x軸及y軸為雷射束L照射至加工對象物W時，於與加工對象物W的表面相同的平面上呈垂直的兩個軸。為了使雷射束L旋轉，能夠以特定的相位差驅動第一鏡面121及第二鏡面122。例如，可按照sin函數或cos函數驅動第一鏡面121及第二鏡面122，且彼此能夠以90°的相位差驅動。並且，第一鏡面121及第二鏡面122最大限度地移動的位移、即振幅可相同。第一鏡面121與第二鏡面122是以彼此具有90°的相位差的sin函數或cos函數驅動，且振幅亦相同，因此雷射束L可藉由驅動第一掃描儀120而進行旋轉運動。

參照圖3，角度放大器130可設置至第一掃描儀120與第二掃描儀140之間，可發揮放大自第一掃描儀120出射的雷射束L的旋轉半徑的作用。可藉由角度放大器130放大雷射束L的旋轉半徑，故而即便第一掃描儀120進行圓的驅動，其中所述圓的尺寸形成為小於欲形成的圓的尺寸，雷射束L亦可進行形成所期望的尺寸的圓的旋轉運動。於該情形時，用以形成所期望的尺寸的圓的第一鏡面121及第二鏡面122的位移，即振幅會變得小於無角度放大器130的情形。因此，可減少對加工對象物W進行加工所需的時間。並且，第一鏡面121及第二鏡面122進行移動的位移會對第二掃描儀的鏡面尺寸產生影響，若第一鏡面121及第二鏡面122的振幅變小，則會產生第二掃描儀的鏡面尺寸亦變小的效果。

第二掃描儀140發揮藉由向加工對象物W上掃描雷射束L而對加工對象物W執行特定的加工作業的作用。例如，可使用平行於加工對象物W的平面且沿彼此垂直的x軸及y軸方向掃描雷射束L的二維檢流計（galvanometer）。此種二維檢流計微細地控制雷射束L的掃描點，藉此可提高雷射加工作業的精確度。第二掃描儀140可使雷射束L位於加工區域，可對雷射束L的線運動進行控制。

於雷射束L的光路徑上，可設置光束傳遞系統（未圖示）。此種光束傳遞系統用以沿特定的行進路徑傳遞自雷射光源110射出的雷射束L，例如可包括多個鏡片或光纜等。

掃描儀控制部150發揮對第一掃描儀120及第二掃描儀140的驅動進行控制的作用。並且，掃描儀控制部150可將第一掃描儀120及第二掃描儀140的驅動同步化而進行控制。

於第二掃描儀140與加工對象物W之間，可設置聚焦透鏡160。此種聚焦透鏡160可發揮如下作用：調節雷射束L的焦點，以便可使經由第二掃描儀140的雷射束L聚焦至加工對象物W的所期望的位置。

上述實施例的雷射加工裝置100藉由驅動不同的掃描儀，即第一掃描儀120及第二掃描儀140，而對雷射束L的直線運動及旋轉運動進行控制，藉此可減少雷射束L自直線運動轉換成旋轉運動所需的時間或自旋轉運動轉換成直線運動所需的時間而大幅縮短對加工對象物進行加工所需的時間。

圖4是概略性地表示本發明的另一實施例的雷射加工裝置200的圖。

圖4所示的雷射加工裝置200於圖1所示的雷射加工裝置100的基礎上更包括掃描儀控制部150、250及連接於平台S的位置追蹤單元270。位置追蹤單元270發揮追蹤平台S的位置的作用。即，位置追蹤單元270於在雷射加工作業中藉由平台S移動加工對象物W的情形時，追蹤平台S的位置，藉此將堆載於平台S的加工對象物W的位置訊號傳輸至掃描儀控制部250。此處，位置追蹤單元270能夠以追蹤移動的平台S的方式設置。然而，並不限定於此，位置追蹤單元270亦能夠以直接追蹤進行移動的加工對象物W的位置的方式設置。因此，可藉由掃描儀控制部250控制第一掃描儀220及第二掃描儀240而於進行移動的加工對象物W上執行加工作業。

上述實施例的雷射加工裝置200於加工對象物W進行移動的期間，亦可不間斷地連續進行雷射加工作業，因此可大幅減少對加工對象物W進行加工所需的時間。

圖5是表示利用本發明的實施例的雷射加工裝置100、200於加工對象物W形成孔h1、h2、h3、h4的過程的圖。

參照圖1及圖5，首先驅動第一掃描儀120而使自雷射光源110射出的雷射束L旋轉成與欲加工的孔h1對應的尺寸。為了使雷射束L旋轉而與孔h1的尺寸對應，可移動第一掃描儀120的第一鏡面及第二鏡面（圖2的121、122）。可調節第一鏡面121及第二鏡面122的最大移動位移，即振幅而形成以與孔h1的尺寸對應的方式旋轉的雷射束L。於上述步驟中，不自雷射光源110射出雷射束L。然而，若自雷射光源110射出雷射束L，則驅動第一掃描儀120，以使上述雷射束可進行與孔h1的尺寸對應的旋轉運動。

其次，可驅動第二掃描儀140而使自第一掃描儀120出射的雷射束L位於加工對象物W的加工區域。於上述步驟中，亦不自雷射光源110射出雷射束L。然而，若自雷射光源110射出雷射束L，則驅動第二掃描儀140，以使雷射束L可照射至欲加工的孔h1的位置。

其次，自雷射光源110射出雷射束L而於加工對象物W形成孔h1。藉由驅動位於第一掃描儀120的第一鏡面121及第二鏡面122，可使雷射束L進行旋轉運動，藉由第二掃描儀140調節為可向欲加工的孔h1的位置照射雷射束L，因此雷射束L可於加工對象物W上形成孔h1。

若完成孔h1的形成，則第二掃描儀140可進行用以向下一欲加工的孔h2的位置照射雷射束L的驅動。此時，不應於孔h1與孔h2之間對加工對象物W進行加工，故而不會自雷射光源110射出雷射束L。於驅動第二掃描儀140的期間，第一掃描儀120的第一鏡面121及第二鏡面122的最大移動位移，即振幅亦會變更。於之前加工的孔h1與之後欲加工的孔h2的尺寸相同的情形時，第一鏡面121及第二鏡面122的振幅不會發生變動，於尺寸不同的情形時，第一鏡面121及第二鏡面122的振幅會發生變動，以使雷射束L可進行與欲加工的孔h2的尺寸對應的旋轉運動。

若用以向欲加工的孔h1照射雷射束L的第二掃描儀140的驅動結束，則可自雷射光源110射出雷射束L。雷射束L於加工對象物W上形成孔h2。

若完成孔h2的形成，則可反覆進行用以加工下一欲加工的孔h1、h2的上述過程。

圖6是表示利用普通的雷射加工裝置於加工對象物形成線（line）的過程的圖。

參照圖6，普通的雷射加工裝置於在加工對象物W形成線時，以直線方式形成線。加工移動線310是指照射雷射束L的線。若雷射束L沿加工移動線310照射至加工對象物W，則可形成加工線L1。加工線L1具有特定的加工寬度320，可根據雷射束L的光束尺寸（beam size）決定上述加工寬度。於欲以寬於與雷射束L的光束尺寸對應的加工寬度320的寬度形成加工線的情形時，需執行多次如上所述的加工作業，因此會產生加工時間增加的問題。

圖7是表示利用本發明的實施例的雷射加工裝置100、200於加工對象物形成線的過程的圖。

參照圖1及圖7，驅動第一掃描儀120而使自雷射光源110射出的雷射束L旋轉。於藉由第一掃描儀120而雷射束L進行旋轉的狀態下，第二掃描儀140使進行旋轉的雷射束L沿欲加工的線移動。同時實現藉由第一掃描儀120進行的旋轉運動與藉由第二掃描儀140進行的直線運動，故而雷射束L的加工移動線410可呈如圖7所示的形態。可藉由沿加工移動線410照射於加工對象物W的雷射束L形成加工線L2。因為雷射束L存在光束尺寸，故而可較加工移動線410的直徑更寬地形成加工線L2的加工寬度420。

根據圖7所示的實施例，加工線L2的加工寬度420可大於圖6所示的加工線L1的加工寬度320。因此，於形成寬度大於光束尺寸的線時，無需進行多次加工作業，因此可大幅縮短對加工對象物W進行加工所需的時間。

以上，對本發明的實施例進行了說明，但上述實施例僅為示例，於本技術領域內具有常識者應理解，可根據上述實施例實現各種變形及等同的其他實施例。

100、200‧‧‧雷射加工裝置
110、210‧‧‧光源
120、220‧‧‧第一掃描儀
121‧‧‧第一鏡面
122‧‧‧第二鏡面
130、230‧‧‧角度放大器
140、240‧‧‧第二掃描儀
150、250‧‧‧掃描儀控制部
160、260‧‧‧聚焦透鏡
270‧‧‧位置追蹤單元
310、410‧‧‧加工移動線
320、420‧‧‧加工寬度
a、a'
h1、h2、h3、h4‧‧‧孔
L‧‧‧雷射束
L1、L2‧‧‧加工線
S‧‧‧平台
W‧‧‧加工對象物

圖1是概略性地表示本發明的一實施例的雷射加工裝置的圖。 圖2是概略性地表示本發明的一實施例的雷射加工裝置中的第一掃描儀的構造的圖。 圖3是用以說明本發明的一實施例的雷射加工裝置中的角度放大器的功能的圖。 圖4是概略性地表示本發明的另一實施例的雷射加工裝置的圖。 圖5是表示利用本發明的實施例的雷射加工裝置於加工對象物形成孔的過程的圖。 圖6是表示利用普通的雷射加工裝置於加工對象物形成線（line）的過程的圖。 圖7是表示利用本發明的實施例的雷射加工裝置於加工對象物形成線的過程的圖。

100‧‧‧雷射加工裝置

110‧‧‧雷射光源

120‧‧‧第一掃描儀

130‧‧‧角度放大器

140‧‧‧第二掃描儀

150‧‧‧掃描儀控制部

160‧‧‧聚焦透鏡

L‧‧‧雷射束

S‧‧‧平台

W‧‧‧加工對象物

Claims (14)

1. 一種雷射加工裝置，其利用雷射對堆載於平台的加工對象物進行加工，所述雷射加工裝置包括： 雷射光源； 第一掃描儀，藉由驅動而使自所述雷射光源射出的雷射束旋轉； 第二掃描儀，藉由驅動而使自所述第一掃描儀出射的所述雷射束移動至所述加工對象物的特定位置；以及 掃描儀控制部，對所述第一掃描儀及所述第二掃描儀的驅動進行控制。
2. 如申請專利範圍第1項所述的雷射加工裝置，更包括位置追蹤單元，追蹤所述加工對象物的加工位置而傳輸至所述掃描儀控制部。
3. 如申請專利範圍第1項所述的雷射加工裝置，更包括角度放大器，所述角度放大器設置至所述第一掃描儀與所述第二掃描儀之間，放大自所述第一掃描儀出射的所述雷射束的旋轉半徑。
4. 如申請專利範圍第1項所述的雷射加工裝置，其中所述第一掃描儀包括以特定的相位差進行驅動的一對第一鏡面及第二鏡面。
5. 如申請專利範圍第1項所述的雷射加工裝置，其中於所述雷射束的光路徑上，設置光束傳遞系統。
6. 一種雷射加工方法，其利用雷射加工裝置於堆載於平台的所述加工對象物形成孔，所述雷射加工裝置包括：雷射光源；第一掃描儀，藉由驅動而使自所述雷射光源射出的雷射束旋轉；第二掃描儀，藉由驅動而使自所述第一掃描儀出射的所述雷射束移動至加工對象物的特定位置；以及掃描儀控制部，對所述第一掃描儀及所述第二掃描儀的驅動進行控制；所述雷射加工方法包括： 驅動所述第一掃描儀而使自所述雷射光源射出的所述雷射束旋轉成與欲加工的所述孔對應的尺寸； 驅動所述第二掃描儀而使自所述第一掃描儀出射的所述雷射束位於所述加工對象物的加工區域；以及 自所述雷射光源射出所述雷射束而於所述加工對象物的加工區域形成所述孔。
7. 如申請專利範圍第6項所述的雷射加工方法，其中將所述第一掃描儀及所述第二掃描儀的驅動彼此同步化而進行控制。
8. 如申請專利範圍第6項所述的雷射加工方法，其中使所述雷射束位於所述加工對象物的加工區域包括由位置追蹤單元追蹤處於移動中的所述加工對象物的所述加工區域的位置而傳輸至所述掃描儀控制部，所述掃描儀控制部對所述第二掃描儀的驅動進行控制，以使所述雷射束沿所述加工對象物的所述加工區域移動。
9. 如申請專利範圍第8項所述的雷射加工方法，其中所述掃描儀控制部考慮所述平台的移動速度及所述第二掃描儀的驅動速度而對所述第二掃描儀進行控制，以便於所述加工對象物的特定位置執行加工作業。
10. 一種雷射加工方法，其利用雷射加工裝置於堆載於平台的所述加工對象物形成線，所述雷射加工裝置包括：雷射光源；第一掃描儀，藉由驅動而使自所述雷射光源射出的雷射束旋轉；第二掃描儀，藉由驅動而使自所述第一掃描儀出射的所述雷射束移動至加工對象物的特定位置；以及掃描儀控制部，對所述第一掃描儀及所述第二掃描儀的驅動進行控制；所述雷射加工方法包括： 驅動所述第一掃描儀而使自所述雷射光源射出的所述雷射束旋轉；以及 驅動所述第二掃描儀而使進行旋轉的所述雷射束沿欲加工的線移動。
11. 如申請專利範圍第10項所述的雷射加工方法，其中將所述第一掃描儀及所述第二掃描儀的驅動彼此同步化而進行控制。
12. 如申請專利範圍第10項所述的雷射加工方法，其中使進行旋轉的所述雷射束沿欲加工的線移動包括由位置追蹤單元將處於移動中的所述加工對象物的加工位置傳輸至所述掃描儀控制部，所述掃描儀控制部對所述第二掃描儀的驅動進行控制，以使所述雷射束沿所述加工對象物的所述加工位置移動。
13. 如申請專利範圍第10項所述的雷射加工方法，其中所述掃描儀控制部考慮所述平台的移動速度及所述第二掃描儀的驅動速度而對所述第二掃描儀進行控制，以便於所述加工對象物的特定位置執行加工作業。
14. 一種雷射加工方法，其利用雷射對堆載於平台的加工對象物進行加工，所述雷射加工方法包括： 自雷射光源產生雷射束； 藉由驅動而使自所述雷射光源射出的所述雷射束旋轉；以及 藉由驅動而使所述雷射束移動至所述加工對象物的特定位置。