TWI404585B - 雷射加工裝置 - Google Patents

Description

雷射加工裝置

本發明係有關於一種雷射加工裝置，特別是有關於一種在工件傳輸過程中偵測工件位置偏擺量，即時進行加工軌跡及雷射光斑形態調整之雷射加工裝置。

請參照圖1A繪示先前技術之批次式分段加工之雷射加工的加工軌跡A示意圖，以及圖1B所繪示先前技術之雷射加工連續式運轉加工的加工結果示意圖。現行基板10之雷射加工範疇，其製程方式主要是透過批次(batch type)分段加工方式，亦或連續式傳輸方式同步配合雷射進行加工。然而走停式的批次分段加工型態效率相對不高，且基板張力(特別是軟板)控制不易，現行加工系統容易因為張力T1,T2不均而導致加工邊的長邊X1與短邊X2不一的現象；而連續式運轉之加工型態，雖然張力穩定，但基板傳輸過程會產生偏擺現象，現行加工系統無法及時針對該偏擺誤差進行補正而相對容易產生有誤差的加工軌跡B。

再者，現行加工系統係採用高斯光束(Gaussian Beam)，而高斯光束雖然不具方向性，不需考慮加工軌跡與雷射光斑座標的問題，然而在邊緣高平整度加工需求下，其往往得透過高覆蓋率的加工方式來進行，如加工軌跡C，而相對犧牲了加工效率，如圖1C所繪示先前技術之高斯光束加工的加工結果示意圖。而為相對提高加工效率， 亦有採用平頂光束(Flat Top Beam)進行加工之方式；平頂光束，雖為具方向性之雷射光斑，然而一旦加工軌跡與雷射光斑方向不符時，極容易產生鋸齒狀之加工結果，如加工軌跡D，亦無法符合邊緣高平整度加工需求，請參照圖1D繪示先前技術之平頂光束加工的加工結果示意圖。

本發明之技術手段係提供一種雷射加工裝置，包括：一工件驅動模組以輸送該工件；一工件位置感測模組以感知該工件位置並輸出一工件偏擺資訊；一光路平頂化控制模組以取得該工件偏擺資訊並轉換輸出一重塑資訊及一加工軌跡資訊；一雷射產生器以脈衝方式輸出一雷射光；一光束重塑裝置設於該雷射光光路上，並依據該重塑資訊將雷射光成形為一雷射光斑；以及一加工系統設置於該光束重塑裝置與加工工件間之光路上，可依據該加工軌跡資訊對該工件進行雷射切削加工。

本發明所要解的問題在於提供一種雷射加工裝置，於工件驅動過程中配合工件位置感測器以及光路平頂化控制模組，即時針對加工之工件偏擺狀態以加工系統進行補正與加工。

茲配合實施例及圖示說明如下：請參照圖2繪示本發明之雷射加工裝置實施例系統架 構示意圖及圖3繪示本發明之雷射加工裝置實施例之實施方式示意圖。其中，本實施例係將工件以基板20配合諸圖式舉例說明，本實例係對一基板20(特別是軟性基板為佳，但不以此為限)以進行雷射圖案的切割、鑽孔、導槽等切削加工，該雷射加工裝置包含：一工件驅動模組30，係用以輸送該基板20，該工件驅動模組30可為連續傳遞式或批次式(batch type)之捲繞模組。

一工件位置感測器40，係感知該工件驅動模組30所輸送之該基板20的即時位置而不斷地輸出一工件偏擺資訊41，此實施例中，該工件位置感測器40係設置於該基板20短邊之兩對側，係在該工件驅動模組30輸送該基板20時，對該基板20進行誤差量測，如基板偏擺θ角，(請參見圖4繪示本發明之雷射加工裝置實施例基板偏擺前及光路平頂化控制模組作用之俯視示意圖及圖5所繪示圖4之基板偏擺及光路平頂化控制模組對應調整之俯視示意圖)，且量測方式係可應用影像或雷射的方式；一光路平頂化控制模組50，係取得該工件偏擺資訊41，並轉換為一重塑資訊521及一加工軌跡資訊531予以輸出，該光路平頂化控制模組係包含一雷射控制單元51、一光斑重塑控制單元52以及一加工軌跡控制單元53，該雷射控制單元51配合該加工軌跡控制單元53，發出該雷射產生器60之驅動資訊511，該光斑重塑控制單元52依據該工件偏擺資訊41，計算出該重塑資訊521，該加工軌跡控制單元53依據該工件偏擺資訊41計算出該加工軌跡 資訊531；一雷射產生器60，係以脈衝方式輸出一雷射光61，該雷射產生器所產生之雷射光的波長係可於100 nm至100000 nm波段之間；一光束重塑裝置70，係設於該雷射光61光路上，可依據該重塑資訊521將該雷射光61成形為一雷射光斑71，該光束重塑裝置70包括一光束成形模組701將該雷射光成形為一圖像及一平移旋轉平台702將該圖像旋轉形變為該雷射光斑71，如圖3~圖5所示，上述該平移旋轉平台702的旋轉角度與該偏擺θ角的角度相同，且該雷射光斑71的形狀包含矩形光斑；以及一加工系統80，係設置於該光束重塑裝置70之該雷射光斑71與該基板20間之雷射光斑71的光路上，可依據該加工軌跡資訊531，將該雷射光斑71折射至該加工軌跡於該基板20的加工位置上，以對該基板20進行雷射加工。而上述該加工系統係可為一多軸致動器，該多軸致動器係可為一移動平台(Stage)或一掃描系統(Scanner)或上述移動平台及掃描系統之複合式系統，其多軸致動器的移動速率或掃描偏擺速率係應大於該工件驅動模組30輸送該基板之速率，以配合該工件偏擺資訊41進行即時性的軌跡補正作業，以相對地提高雷射光斑71在加工軌跡之縫合效果。

續請參照圖6繪示本發明之雷射加工裝置之光路平頂化控制模組加入PSO單元之系統方塊示意圖。上述之該光路平頂化控制模組50之雷射控制單元51所產生之驅動資訊511係可為單一固定頻率輸出，或者，雷射控制單元51 更可再包含一同步雷射觸發(Positional Synchronized Output,PSO)單元54，配合該加工軌跡資訊41及該重塑資訊521進行對雷射產生器60的固定或變動頻率的驅動資訊511之輸出，進行雷射光斑覆蓋率(overlap)控制以提高雷射加工效率。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

A,B,C,D‧‧‧加工軌跡

T1,T2‧‧‧張力

X1‧‧‧長邊

X2‧‧‧短邊

10‧‧‧基板

20‧‧‧基板

30‧‧‧工件驅動模組

40‧‧‧工件位置感測器

41‧‧‧工件偏擺資訊

50‧‧‧光路平頂化控制模組

51‧‧‧雷射控制單元

511‧‧‧驅動資訊

52‧‧‧光斑重塑控制單元

521‧‧‧重塑資訊

53‧‧‧加工軌跡控制單元

531‧‧‧加工軌跡資訊

54‧‧‧同步雷射觸發單元

60‧‧‧雷射產生器

61‧‧‧雷射光

70‧‧‧光束重塑裝置

701‧‧‧光束成形模組

702‧‧‧平移旋轉平台

71‧‧‧雷射光斑

80‧‧‧加工系統

圖1A繪示先前技術之雷射加工批次式分段加工的加工結果示意圖；圖1B繪示先前技術之雷射加工連續式運轉加工的加工結果示意圖；圖1C繪示先前技術之高斯光束加工的加工結果示意圖；圖1D繪示先前技術之平頂光束加工的加工結果示意圖；圖2繪示本發明之雷射加工裝置實施例系統架構示意圖；圖3繪示本發明之雷射加工裝置實施例之實施方式示意圖；圖4繪示本發明之雷射加工裝置實施例基板偏擺前及光路平頂化控制模組作用之俯視示意圖；圖5繪示圖4之基板偏擺及光路平頂化控制模組對應調整之俯視示意圖；以及圖6繪示本發明之雷射加工裝置之光路平頂化控制模組加入PSO單元之系統方塊示意圖。

10‧‧‧基板

20‧‧‧基板

30‧‧‧工件驅動模組

40‧‧‧工件位置感測器

41‧‧‧工件偏擺資訊

50‧‧‧光路平頂化控制模組

51‧‧‧雷射控制單元

511‧‧‧驅動資訊

52‧‧‧光斑重塑控制單元

521‧‧‧重塑資訊

53‧‧‧加工軌跡控制單元

531‧‧‧加工軌跡資訊

60‧‧‧雷射產生器

61‧‧‧雷射光

70‧‧‧光束重塑裝置

71‧‧‧雷射光斑

80‧‧‧加工系統

Claims (19)

1. 一種雷射加工裝置，適用於對一工件進行雷射圖案加工，該雷射加工裝置包含：一工件驅動模組，係用以輸送該工件；一工件位置感測器，係感知該工件驅動模組所輸送之該工件位置而輸出工件偏擺資訊；一光路平頂化控制模組，係取得該工件偏擺資訊，並轉換輸出一雷射觸發資訊、一重塑資訊及一加工軌跡資訊；一雷射產生器，係以脈衝方式輸出一雷射光；一光束重塑裝置，係設於該雷射光光路上，可依據該重塑資訊將雷射源光重塑為所需形狀之一雷射光斑，該光束重塑裝置包括一光束成形模組及一平移旋轉平台，該光束成形模組係將該雷射光成型為一圖像，該平移旋轉平台將該圖像旋轉形變為該雷射光斑，該雷射光斑之形狀包含矩形光斑；以及一加工系統，導引雷射光束至該工件，可依據該加工軌跡資訊對該工件進行雷射加工。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中該工件為一軟性基板。
3. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中該傳輸方式為捲繞式(roll to roll)傳輸。
4. 如申請專利範圍第3項所述之雷射加工裝置，其中該捲繞式(roll to roll)傳輸係為批次式(batch type)。
5. 如申請專利範圍第3項所述之雷射加工裝置，其中該捲繞式(roll to roll)傳輸係為連續式(continue type)。
6. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中該工件位置感測器之量測方式係非接觸式量測。
7. 如申請專利範圍第6項所述之雷射加工裝置，其中該工件位置感測器之量測方式為影像式。
8. 如申請專利範圍第6項所述之雷射加工裝置，其中該工件位置感測器之量測方式為雷射式。
9. 如申請專利範圍第7項所述之雷射加工裝置，其中該工件位置感測器係設置於該工件側邊，係在該工件驅動模組輸送該工件時，對該工件進行誤差量測。
10. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中該光路平頂化控制模組包含一雷射控制單元，可輸出該雷射觸發的驅動資訊給該雷射產生器。
11. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中該光路平頂化控制模組包含一光斑重塑控制單元，係輸出該重塑資訊，以控制該光束重塑裝置。
12. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中該光路平頂化控制模組包含一加工軌跡控制單元，可輸出加工軌跡資訊至該加工系統以依據該加工軌跡資訊對該工件進行雷射加工。
13. 如申請專利範圍第10項所述之雷射加工裝置，其中該雷射控制單元之驅動資訊為單一固定頻率輸出。
14. 如申請專利範圍第10項所述之雷射加工裝置，其中該 雷射控制單元包含一同步雷射觸發(Positional Synchronized Output,PSO)單元，配合該加工軌跡資訊及該重塑資訊，對雷射產生器進行該驅動資訊之輸出。
15. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中該光束成形模組係選自光束成形機(Beam Shaper)或可移轉式遮罩模組(Shiftable-Mask Module)所組成之群組。
16. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中該雷射產生器所產生之雷射光的波長為100 nm至100000 nm波段。
17. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中該加工系統係設置於該光束重塑裝置之雷射光斑與該工件之間的雷射光斑光路上。
18. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中該加工系統可為一多軸致動器，其移動速率大於該基板驅動模組輸送該工件之速率，配合該工件偏擺資訊進行即時軌跡補正。
19. 如申請專利範圍第17項所述之雷射加工裝置，其中該雷射加工系統之多軸致動器係選自移動平台(stage)及掃描系統(Scanner)所組成之群組。