TWI594829B

TWI594829B - 用於光束抖動和刮削的雷射加工系統和方法

Info

Publication number: TWI594829B
Application number: TW100138443A
Authority: TW
Inventors: 馬克Ａ昂瑞斯; 安德魯柏威克; 亞歷山大Ａ麥亞欽
Original assignee: 伊雷克托科學工業股份有限公司
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2017-08-11
Also published as: JP7217625B2; KR20210053357A; KR20130127981A; TW201236789A; KR20200070417A; KR102253017B1; WO2012054927A2; US20150001194A1; JP2014500147A; KR101908002B1; US20190381606A1; JP7162094B2; KR20220046706A; KR102143502B1; KR102383125B1; KR20190045409A; JP2017074624A; CN110039173A; CN103338891A; KR101973660B1

Description

用於光束抖動和刮削的雷射加工系統和方法

相關申請的交叉引用

本申請主張於2010年10月22日申請的美國臨時申請61/406,038的35 U.S.C. § 119(e)下的權益，其據此在這裏藉由引用一體併入本文。

本發明涉及介電或其他材料的雷射加工。

介電和導電材料的雷射加工普遍用來燒蝕電子元件中的細微特徵。例如，可以雷射加工晶片封裝基座以將信號從該半導體模具路由到球柵陣列或類似封裝。雷射加工特徵可包括信號軌跡，地線和微孔(用來連接在封裝層之間的信號軌跡)。

雷射直接燒蝕(LDA)在單個層上將信號和地線合併以在晶片封裝內層的數量減少時嚴格控制信號阻抗。這樣的方式可能需要較小的特徵尺寸和空間(如，大約10微米(μm)到大約25μm)，和每個封裝的長軌跡長度(如，大約5米(m)到大約10米)。為了節約地構建晶片封裝，燒蝕這樣特徵所處的速度可能相當高(如，從大約1米/秒(m/s)到大約10m/s)。可加工某些封裝，例如，採用大約0.5秒(s)到大約5s來滿足顧客產出量目標。

晶片封裝的另一個有用特性可能是使用被控制的深度變化來提供交叉軌跡。例如，地線可在貫穿該圖案的數個點處出現分支。在每一個分支交叉處，可使用所需的小於大約+/-10%的深度變化來燒蝕這些軌跡。一般地，如果在一個點處將燒蝕兩個溝槽，該燒蝕光束的雙重曝光將創建大約100%的深度變化。

晶片封裝的另一個有用特性可能是在該封裝的不同部分處提供可變軌跡寬度以控制阻抗或提供用於層間連接過孔的焊盤。將具有減少的或最小破裂的軌跡寬度控制提供給該主軌跡的高速加工。

同樣可能有用的是，以使用用來改變該特徵特性的減少或最小時間的高速來加工任意大小和形狀的特徵。例如，特徵可包括具有多種直徑和/或側壁錐形的微孔，正方形或矩形焊盤，對齊基準，和/或字母數位記號。傳統地，為了加工如微孔的特徵，已經設計光學系統用來提供可變直徑的成形光強分佈(如，平頂光束)，或純粹的高斯光束。當改變雷射加工點特性時，這些光系統可能具有顯著的時間延遲(如，大約10毫秒(ms)到大約10s)。

其他問題與建立一種滿足上述加工參數的機器相關。例如，軌跡在該封裝過程中由於路由需要可能改變方向。當以高速加工軌跡時，該軌跡角度的變化可能需要在非常短的時標處的高光束位置加速。雷射加工能夠輕易地超過該光束定位器的動態限制，例如，當以用於高產出量的高速度(如，大約1m/s到大約10m/s)運行時。

在傳統的雷射加工機器中可能難於達到這樣的加速度和/或速度，其已經依賴於光束定位技術，如合併鏡式檢流計光束偏轉器(此處稱作為“檢流計”或“檢流計鏡”)的線性階段，與無法在用於該類型加工(如，基於從大約1微秒(μsec)到大約100μsec的順序)的時標中響應的靜態(或緩慢變化中)光束預處理光學一起。

該實際燒蝕加工可能也是要考慮的因素。具有高峰值功率的雷射脈衝可用於燒蝕該介電材料而最小化如融化，開裂和基座損傷的熱副作用。例如，具有以大約5兆赫茲(MHz)到大約100MHz的重複率在大約20皮秒(ps)到大約50ps之間範圍內的脈衝寬度的超快雷射能夠加工具有高峰值功率的材料而提高顯著的脈衝重疊以避免脈衝間隔效果。現在，光纖雷射普遍提供了超過大約500千赫茲(kHz)重複率在該奈秒區域中的脈衝寬度。一般地，對於給定的加工情況(燒蝕深度和寬度)，用於該加工材料的“劑量”(功率/速度)應為常數。然而，在低速度處，該應用的功率可能變得如此低使得該峰值脈衝功率可能不足以燒蝕該材料而不引起熱副作用(如，融化和炭化)。

光束定位器設計可能使用檢流計來偏轉該加工光束。在工件處的該加工光束的光強分佈可能是高斯的(對於高斯光束的簡單聚焦)，或用於由固定光學光束整形器預處理的光束的成形光強分佈(如，平頂分佈)。

在一實例中，用於抖動雷射光束的方法形成了沿著光束軌跡與變化的加工速度無關的在工件中的具有一個或多個所需溝槽寬度的溝槽。該方法包括賦予沿著相對於該工件表面的光束軌跡的雷射光束路徑的第一相對運動，和確定沿著複數個抖動列的該雷射光束路徑的第二相對運動。將該第二相對運動以相對於該光束軌跡的預定角度疊加在該第一相對運動之上。該第二相對運動的確定包括用於為該複數個抖動列每一者保留該預定角度的加工速度中變化的補償。該方法進一步包括賦予該雷射光束路徑的第二相對運動，並在沿著該複數個多個抖動列的複數個點位處將複數個雷射光束脈衝發射到該工件用來以該預定角度所界定方向拓寬溝槽。在某些實例中，該預定角度垂直於該光束軌跡。另外，或在另一實例中，發射該多個雷射光束脈衝包括以固定速率發射，該方法進一步包括選擇性地調整該加工速度為了加工整數抖動列以完成該溝槽。

在另一實例中，雷射加工系統包括第一定位系統，用於賦予沿著相對於該工件表面的光束軌跡的雷射光束路徑的第一相對運動，和一個或多個處理器，用於確定沿著複數個抖動列的該雷射光束路徑的第二相對運動。將該第二相對運動以相對於該光束軌跡的預定角度疊加在該第一相對運動之上。該第二相對運動的確定包括用於為該複數個抖動列每一者保留該預定角度的沿著該光束軌跡的加工速度中變化的補償。該系統也包括第二定位系統，用於賦予該雷射光束路徑的第二相對運動，和雷射源，用於在沿著該複數個抖動列的複數個點位處將複數個雷射光束脈衝發射到該工件用來以該預定角度所界定方向拓寬溝槽。

在另一實例中，用於抖動雷射光束的方法在工件中創建了溝槽。該方法包括賦予沿著界定了相對於該工件表面的溝槽長度的光束軌跡的雷射光束路徑的第一相對運動，和賦予沿著複數個抖動列的該雷射光束路徑的第二相對運動。將該第二相對運動疊加在該第一相對運動之上以拓寬該溝槽。該溝槽的寬度可變。該方法進一步包括選擇抖動點的數量以包括在該複數個抖動列的每一者中。該選擇減少了用來加工每一個抖動列的時間量，在每一個抖動列中的抖動點的數量基於對應於該各個抖動列的溝槽寬度。該方法進一步包括在對應於在該複數個抖動列每一者中的抖動點的多個點位處將多個雷射光束脈衝發射到該工件。

在另一實例中，用於雷射加工在工件上的二維刮削區域的方法使用了雷射直接燒蝕系統。該方法包括在該刮削區域內生成雷射點位元網格。該網格內的雷射點位元之間的間隔至少部分基於雷射點大小和相鄰雷射點的所需重疊。該方法進一步包括對應於沿著光束軌跡的雷射光束路徑的各個通路將該網格劃分成多個帶。每一個帶包括相對於該光束軌跡沿著抖動方向的複數個抖動列。該方法也包括連續地藉由沿著該光束軌跡的多個帶賦予該雷射光束路徑的第一相對運動，賦予沿著該每一個抖動列的抖動方向的該雷射光束路徑的第二相對運動，和沿著到該刮削區域內的雷射點位元的該雷射光束路徑將多個雷射光束脈衝發射到該工件。在某些實例中，該方法進一步包括對該抖動列每一者的資料濾波以傾斜沿著該網格的相鄰帶的側壁的雷射點光強分佈來對該雷射光束的通路之間的重疊成形使得在該刮削區域內控制深度變化。基於該濾波資料選擇該多個雷射光束脈衝的每一者的雷射點強度。另外，或在另一實例中，該方法包括當該光光束路徑從該網格的第一帶移到該網格的第二帶時翻轉該抖動方向。該抖動方向可基於該光束軌跡的方向。

包含於此的本發明說明了使用聲學-光學偏轉器(AOD)作為光束定位裝置的LDA系統的實施方式的細節。當此處公開的本示範實例涉及AOD時，也可使用電學-光學偏轉器(EOD)。在某些實例中，例如，EOD是一些或所有AOD指向(偏轉)功能的合適替換。

在某些實例中，可由該用戶將加工特徵的幾何形狀(如，寬度和深度)指定為高等級，並隨後由機器控制軟體轉換成加工指令。在某些實例中雷射功率和該抖動操作的細節是自動的以阻止難以承受的、易錯的手動機器安裝過程。例如，可為用戶提供創建具有標稱尺寸的幾何形狀特徵的簡單加工。該特徵可包括具有目標寬度和深度的溝槽，或具有目標直徑和深度的焊盤。該用戶可直接輸入這些幾何參數，且該系統藉由生成為生成該特徵所需的正確加工參數(如，光束速度，抖動寬度，雷射功率)來進行響應。因為某些LDA機器能夠操作於任意光束速度(為了最大化給定產出量的光束定位器和雷射功率約束)，可自動為速度來調整該加工參數。該自動避免了強制該用戶指出低等級細節(如，雷射功率，抖動寬度，抖動點，速度)，具有附屬的操作者錯誤的風險，而允許該系統自動地最大化產出量。

某些實例提供了優化的抖動點選擇。該實例藉由確定抖動表大小以覆蓋具有最少數量抖動點的所需抖動範圍來最大化產出量。最少化該抖動點數量的一個理由是因為每一個抖動點使用了某些更新時間Tdither(如，根據以下討論的示例實例的大約1μs的更新速度)。在Npts是每列的抖動點數量之處，Tdither*Npts=用於每列的時間量。因而，最小化該抖動點數量允許該系統以最高可能速度來加工特徵而保留在抖動列之間的必要重疊，其有用於創建平均注量分佈，並因而該特徵的平均燒蝕。例如，當使用AOD抖動形成特徵時，該抖動點保留了最小重疊以最小化注量變化。用來拓寬溝槽的抖動點數量能夠影響該重疊。在某些實例中優化該抖動點的選擇以同時提供高加工速度和充足的點重疊。

某些實例為寬的圓弧加工提供注量規範化。這樣的實例保留了在對圓弧半徑的寬度的比例相對大的情況中該燒蝕圓弧特徵的品質(如，均勻溝槽深度)。這為電路設計的設計者提供了更多自由度以將圓弧路由到比其他可行的更緊固區域中。例如，當抖動以加工形成圓弧部件的寬溝槽時，在該寬溝槽上所使用的注量作為來自該圓弧中心處的半徑的函數來進行變化。在某些實例中將該注量規範化以使用固定深度來加工該圓弧。

某些實例提供了AOD和檢流計定位系統的協調校準。也可使用其他定位系統，如使用了不同定位系統的快速操縱反射鏡(FSM)協調校準的系統保留了在該整個掃描場上的抖動操作中的精度。該AOD光束定位子系統可能遭受歸因於該掃描透鏡，檢流計鏡，和AOD子系統的實施方式的掃描場失真。例如，掃描透鏡一般具有隨著掃描場位置變化的本地幾何失真。藉由將本地修正用作掃描場位置的函數，將該抖動精度保留在有用於提供在交叉處可接收深度變化的等級。另外，或在其他實例中，該AOD光束定位子系統的校準協調於該檢流計子系統的校準用於第三級光束定位的正確實施方式。如下討論的一樣，在抖動，光柵和刮削模式期間使用這樣的校準。這可協同於該第三級光束定位來進行，其命令該AOD子系統保持軌跡中心線(在向量抖動或刮削模式期間)或光柵中點(在光柵模式期間)。

某些實例提供了重疊的光柵圖案。無論何時可藉由光柵特徵來優化產出量，由於該AOD光柵操作發生在比可能使用階段或檢流計光束定位非常高的速度。然而，該AOD場的約束場大小限制了在一個步驟中能夠被AOD光柵的特徵大小。藉由重疊光柵圖案，當在該重疊區域的交叉處保持正確的深度控制，可為超出該AOD場大小的圖案生成高品質光柵圖案，因而最大化產出量。在某些實例中，該AOD子系統用來在該AOD範圍內光柵二維特徵，而沒有來自該檢流計子系統的任意動作。藉由在不同的(和固定的)檢流計座標處重疊多個獨立的光柵圖案也能對大於AOD場的圖案進行光柵。這種方式可能是更有效率(因而更需要的)的加工方法，比使用運動檢流軌跡的一般二維刮削而言。如此處使用的一樣，二維(2D)涉及加工2D區域(如，在X和Y方向中)，但也包括使用三維(3D)的深度控制的雷射加工。深度控制包括，例如，以Z方向移動或對該加工特徵成形的材料量。

某些實例提供了與範圍相比優化的AOD效率。當在LDA系統中加工特徵時實現的產出量與給定該所需加工參數的可獲得雷射功率成比例。優化該雷射功率因而優化產出量。藉由優化作為所需AOD操作範圍函數的AOD效率(當在該操作的AOD場上保持精確的AOD功率線性時)，可達到這樣的功率優化。當加工特徵需要相對小的AOD場時最大化產出量，而當需要較大特徵時仍舊提供最大化該AOD範圍的性能。例如，當使用AOD抖動或形成二維光柵圖案時，隨著增長的偏轉範圍，該光學效率減少。因而，可期望的是在該可操作範圍上線性化來自該AOD處的光學輸出功率以使得AOD操作可預測並一致。在某些實例中，提供了線性化功率控制，使用了用在某些操作中的減少AOD偏轉範圍的較高光學效率，而允許為其他操作可獲得的較大範圍(具有減少的光學效率)。

某些實例使用第三級濾波提供了速度優化。該第三級濾波方式，合併有限制的AOD光束位移量程，將限制放置在為給定特徵寬度所允許的最大光束速度上。藉由計算該限制(作為AOD操作範圍的函數的給定抖動寬度和AOD功率限制)，能夠確定在該給定約束下的最佳速度，因而優化產出量。將在所有情況下起作用的設置保守速度限制的替換方案，可能無法接受地減少產出量。使用AOD光束控制的第三級濾波允許減少該檢流計光束定位器的頻寬需求。該第三級濾波器的動態，和作為偏轉範圍的函數的AOD光學效率的變化，可合併以設置與加工溝槽時候的可允許加工速度相關的限制。在某些實例中，使用自動系統和確定該最佳速度的加工以最大化加工速度。某些實例將抖動保持垂直於軌跡。這樣的實例可能保證該所需線性寬度被自動保持，不依賴於加工速度。這導致了可預測的和可重複的加工品質，而允許速度按需求任意變化以優化在該光束定位器中的產出量和功率約束。當抖動光束以形成在工件材料中的可變-寬度溝槽時，例如，該抖動光束保持垂直於該溝槽的切線而不顧該加工速度。某些實例使用了完整的抖動列。這樣的實例提供了可預測的加工結果，不依賴於用來拓寬線性加工特徵的抖動點數量，並不顧該所選的加工速度。該可預測加工結果是有用的，例如，當創建在特徵之間的交叉時。藉由完成整數的抖動列，很好地界定了該線性加工特徵的末端，允許在與其他特徵如其他溝槽或焊盤的交叉中很好地控制深度變化。

某些實例改善了在該工件上大的二維區域的加工效率。這可藉由刮削該區域來實現，使用抖動以拓寬該加工點。該方式提供了該刮削區域周長的良好解析度，並提供了來自於該相鄰刮削通路的重疊處的深度變化的充分控制。某些這樣的實例使用已控制的重疊和高解析度邊緣來提供有效率的刮削。大的刮削區域在由LDA機器所加工的應用中是通用的。為了最大化產出量，優化這些刮削特徵的加工而保持該刮削區域的邊緣精度的充分解析度是有用的。這些實例使得較寬抖動光速的使用能夠用於加工該刮削區域，而同時保持高品質的邊緣並對刮削通路之間的重疊成形使得在該刮削區域內很好地控制深度變化。

現在對其中相同標記編號涉及相同元件的附圖作出標記。為了清楚起見，該標記編號的第一個數位指示其中首先使用的相應元件的圖編號。在下列說明中，為了徹底理解此處公開的實例而提供了眾多具體細節。然而，熟諳技術人士將認識到，能夠實施該實例而在沒有一個或多個該具體細節情況下，或具有其他方法，元件或材料的情況下。進一步地，在一些情況中，未具體示出或說明公知的結構，材料或操作為了避免混淆本發明的各個方面。而且，可將所述特徵，結構或特性合併到在一個或多個實例內的任意適合方式中。

實例可包括各個步驟，其可被體現在將由一般用途或專門用途電腦(或其他電子裝置)所執行的機械可讀指令中。可替換地，這些步驟可由包括用來實施這些步驟的指定邏輯的硬體元件來實施，或由硬體，軟體和/或固件的組合來實施。

也可將實例提供作為電腦編程指令，包括具有存儲其上的可用來對電腦(或其他電子裝置)編程的指令的非暫時性的、機械可讀媒體，用來實施此處所述之加工。該機械可讀媒體可包括但不限於，硬碟驅動器，軟碟，光碟，CD-ROM，DVD-ROM，ROM，RAM，EPROM，EPROM，EEPROM，磁學或光學卡，固態記憶體裝置，或適合於存儲電子指令的其他類型媒體/電腦可讀媒體。

I.介紹

本發明描述了用於LDA系統中的AOD控制方法。該控制擴展了該LDA結構的性能以提高用於大的刮削區域的產出量，並用來支持溝槽加工的高速操作。

該LDA系統的性能是使用聲學-光學偏轉器(AOD)以極高速度(>1MHz)偏轉該加工光束以提供雷射加工性能。典型地，該AOD能夠在5-20點直徑的範圍上偏轉該光束。該LDA系統可操作，例如，在向量，光柵，向量，和刮削模式中。

在向量模式中，該系統將溝槽加工作為該工件中的“線”。該AOD光束抖動沿著一維的(1D)線，在正交於該光束軌跡的軸中，以人工地拓寬該燒蝕的溝槽。

在光柵模式中，該AOD偏轉該加工光束以加工在它們加工場內的二維(2D)區域。這些光柵區域的空間和強度圖案一般是任意的。可使用該性能，例如，用來創建在溝槽之間的交叉，或用來創建如藉由焊盤的特徵。

在刮削模式中，可加工大的區域(超過該AOD場大小)。這可使用抖動拓寬線來實施。然而，使用指定加工以避免波狀外形邊緣的過度圖元化，並用來提供傾斜的注量分佈以達到良好的重疊和交叉品質。

下列部分描述了這些模式並列出了該LDA系統的各個實例的實施方式細節。

II.AOD加工理論

在一實例中，該LDA系統使用AOD子系統來操控該加工光束以創建各維的特徵。此部分描述了該加工後面的理論，其引導系統結構。

A.用於深度控制的中心注量規範化。

材料移除量標稱地與注量成比例(對於給定的雷射功率等級)，並因而可控制注量以控制特徵深度。另外，可藉由指定替代劑量的注量來消除特徵尺寸和注量之間的相互作用。當指定劑量時，在抖動或光柵區域內的剩餘注量基於該抖動點數量和相對於該處理點大小的特徵尺寸，其是落在該抖動網格區域外的高斯點能量分佈的結果。該結果可被計算並補償以消除該相互作用。該系統自動地調整雷射功率以動態地將該指定注量保持在該溝槽或光柵區域的中心內，獨立於速度或抖動(或光柵)網格尺寸。結果是，該系統的基本光束傳送設置(如，點大小，最小化抖動(或光柵)點重疊)可被改變而沒有影響加工校準結果。

1.理論注量(fluence)

圖1是描述了加工點110的網格100的原理圖，其可藉由抖動移動光束(如，以向量模式)或固定光柵圖案(如，以光柵模式)來生成。該加工點110每一者具有分別在Doa和Dca的同軸(OA)和交叉軸(CA)中的XY點分佈。對於根據本實例的抖動光束來說，假定該抖動圖案隨著該光束在該Y軸中的移動(如藉由箭頭112所指示的一樣)而被重複(如，基本上永久地)。由該OA和CA軸中的Noa和Nca點來分別地覆蓋計算區域A。換句話說，Nca是在該交叉軸方向中的點的數量。

i.光柵注量

假定雷射功率P，和Taod的每一個點的AOD停留時間，該平均注量(每一個單元區域A能量E)提供為Fluence=E/A=P*Taod/(Dca*Doa)。

該運算式在光柵加工中有用，其由可預測網格間隔很好地說明。在該情況中，可將“注量尺度”界定以將注量轉換成功率：

FluenceScale=(Dca*Doa)/Taod，

並隨後用於該指定注量的光柵功率(以瓦特表示)可計算為

Power=FluenceScale*Fluence。

ii.向量注量

在該抖動光束的情況中，該網格間隔不是固定的，因為可變速度和改變抖動寬度。在該情況中，該注量計算可根據劑量來說明。給定

Doa=V*Nca*Taod和

Width=Dca*(Nca-1)，

隨後

Fluence=P*Taod/(Dca*V*Nca*Taod)=(P/V)/(Width*Nca/(Nca-1))=Dosage/EffectiveWidth，

其中，

光束速度(如，沿著圖1中的Y軸)=V，

DoSage=P/V，和

EffectiveWidth=Width*Nca/(Nca-1)=Dca*Nca。

這是有用的結果，因為其意味著(對於理想情況)可使用劑量和寬度(對於抖動線)或間隔和停留時間(對於光柵區域)的著名加工參數來規範化在給定區域中的注量。可將具有時間變化點分佈的抖動特徵和任意點分佈的光柵特徵合併以創建在將它們各個注量等級規範化之後的交叉。

注意到只要控制了劑量，就不需要在向量加工期間的抖動(抖動點數量Nd，抖動間隔，速度)的細節。這是有用的，因為該LDA系統的光束控制結構依賴於能夠任意地變化抖動間隔和速度。

iii.邊緣效應

上述注量模型偏離理論，當該抖動圖案的尺寸相對於該點大小較小時。在這樣的小尺寸處，在每一個點內的功率“漏出”該網格100並減少了在該網格區域中心處的注量。該結果是該網路內網格尺寸和點的數量二者的函數。例如，圖2用圖表示了根據一實例作為相對網格寬度(由點直徑Dspot規範化)和該抖動點數量的函數的Effective Width(Weff)中的變化。能夠預測並補償在Effective Width中的該偏離。

在圖2中，為了規範化在0和大約1之間的網格寬度，該頂部曲線對應於6點，該下一個最高曲線對應於5點，再下一個最高曲線對應於4點，再下一個最高曲線對應於3點，該最低曲線對應於2點。

2.注量規範化

以上研究的方程計算了任意雷射點網路的注量使得分別加工的區域可被合併於可預測結果。該“注量規範化”有用於形成變化寬度的溝槽，和特徵交叉。兩個實例對其進行描述。

圖3、4、5和6中描述了該注量規範化的第一個實例。圖3用圖描述了根據一實例的具有不同網格密度的兩個交叉特徵的網格圖案。在圖3中，兩個特徵交叉，每一者具有不同的抖動網格間隔。藉由圓形表示該特徵之一的加工點並藉由加號(+)表示另一個特徵的加工點。對於交叉，這些圖案之一可能是，例如，溝槽和交叉光柵圖案的另外部分。注意該點的幅值下斜以創建該交叉斜坡以將公差提供給定位誤差。圖4用圖描述了根據一實例的在幅值規範化(未合併的)之後的交叉特徵的模型化注量。在圖4中，在根據其點密度縮放每一個網格的點能量之後，模擬在每一個圖案上的注量。圖5用圖描述了根據一實例的交叉特徵的合併注量。在圖5中，將該兩個圖案的注量合併以用於相對光滑的交叉。

這種方式對於這樣的規律的矩形圖案效果很好。在更複雜的交叉情況中，如溝槽和圓形焊盤(普通的LDA交叉)，該焊盤圖案可包括“突出部”，其將該焊盤網格延伸出來達到能隨後如上所述進行處理的矩形部分。例如，圖6用圖描述了根據一實例的用於具有突出部612的圓形焊盤610的光柵網格(右)和注量分佈(左)。在圖6的實例中，該突出部612具有大約50μm的長度，其可用於交叉轉換。

在圖7中示出了第二個實例，其用圖描述了根據一實例的在變化寬度溝槽上的注量規範化的影響。在圖7中，以三個行來組織圖形，每行具有描述抖動圖案的頂部圖形，描述相應注量分佈的中間圖形，和描述相應中心注量710、712、714(即，當該溝槽寬度改變時在該各個溝槽的中心處的注量)的底部圖形。該左邊的行描述了無補償，該中間的行描述了寬度補償，該右邊的行描述了非線性補償。在本實例中，當簡單地藉由該抖動網格寬度來縮放該劑量時，在EffectiveWidth中的非線性示出圖2是否仍舊在該抖動寬度變窄時產生注量變化。相反，圖7示出了當寬度改變時使用該非線性注量修正達到固定的注量。如圖7中所示，使用無補償的中心注量710和使用線性補償的中心注量712在該溝槽寬度變化時基於寬度變化。然而，當使用上述的非線性注量修正時(如，基於劑量和寬度參數，其中注量=P*Taod/(Dca*V*Nca*Taod))，該中心注量714保持固定(即，該曲線714保持在該規範化值“1”)。

在將該注量線性修正用作抖動(或光柵)網格寬度的函數之後，固定的劑量(功率/速度)可隨後被用來保持獨立於速度的該注量。因而向量-處理的溝槽能在寬度和速度上變化而保持中心注量固定。

可將注量線性補償延伸到二維以用於光柵區域(如，用於焊盤或其他大的特徵)。然而，該效果可以被忽略，對於大於超過1.5*點直徑的焊盤直徑。由於焊盤通常將滿足該直徑標準，在某些實例中，它們可能不需要注量補償。

3.對於注量模型化的警告

上述分析是理想化的。應當提及可能影響在創建具有控制深度變化的交叉中的系統性能的數個警告。

該材料將具有加工臨界，所以注量不必線性合併以預測該燒蝕材料的數量。這意味著固定劑量的加工可能不產生不變的結果，因為加工臨界作用將減少，當功率與在固定劑量處的速度增加時。

點失真(包括來自AOD偏轉的作用，特別是在高偏轉處)將使該注量場失真。

可能未處理在溝槽末端上的注量非線性。通常地，溝槽末端在與另一溝槽(在焊盤上的樁，或在光柵交叉上的腿部)的交叉處。只要兩個交叉溝槽具有在該交叉區域上的相同的注量斜坡，末端影響將標稱地取消。

B.抖動提取

基於該結果，將提取該抖動和光柵的加工以概括抖動的低等級細節(如，該抖動點數量和它們的縮放比例)。這允許該系統結構或元件能被輕易地修改(如，新的AOD設計，不同的光學佈局)而不影響用戶(或程式設計師)指定抖動和光柵加工的方式。簡化了軟體結構，機器校準，和應用安裝。

在該交叉的構造中，應小心避免在該交叉點處的注量(因而深度)的變化。在示例的實例中，基於該周圍溝槽尺寸來定制每一個交叉，採用為每一種類型交叉所創建的定制光柵圖案(離線預先計算的，如，使用Matlab或其他工具)。該加工可以是流線型的用於生產設備。

對於該LDA系統，藉由考慮組成抖動點網格的抖動和光柵物件來滿足兩個目標，由點密度和維邊界來說明。藉由這樣做，可計算在該工件上的抖動和光柵區域內的注量，且可基於這樣計算的流利性來生成交叉光柵圖案。

1.抖動圖

由於交叉界定不需要抖動幾何形狀的細節，可將在向量加工期間的抖動說明提取到點網格寬度和劑量。點的放置，在同軸(沿著該速度向量)和交叉軸的兩個並不需要明確的界定。相反，抖動圖將該網格寬度轉換成低等級抖動參數；如，該抖動點數量Nd和該抖動寬度縮放因數Kw。注意到該“形狀”(Ks)的概念現在正被忽略。

此處所述之加工校準過程考慮在該網格寬度的介面中的抖動操作和注量。該Nd和Kw的細節，根據某些實例，被封裝在該抖動圖中以避免在該加工校準步驟中的複雜度。注意該抖動圖能夠改變，如果點大小或AOD範圍發生變化。在某些實例中，相同的抖動圖用於加工校準並在運行時間期間進行加工以確保一致的，校準後的加工結果。

在系統校準期間預先設置支援該加工的AOD抖動。該抖動圖將到抖動參數的與用戶的介面封裝，如加工校準，加工圖和定序器。該抖動圖使用下列步驟來建立抖動表：首先，確定在系統校準期間的AOD偏轉縮放因數。

隨後，設置在該系統校準資料中的有效點直徑Deff，基於用於1:1深度/寬度縱橫比的最小溝槽尺寸。該設置僅僅是用於設置該AOD表的指導原則(為了將該節距設置為保守的最大值)並用於注量線性。在某些實例中該Deff的值可能需要精確到10-20%內。Deff的較低值可用於確保重疊，但其將增加該抖動點數量並可能減少最大速度。

第三，初始化32個序列抖動表(如，在現場可編程閘陣列(FPGA)內，如下所討論的一樣)。這些抖動表的每一者包括1到32個點，每一者具有為0.35*Deff的節距。該抖動表可覆蓋達到10*Deff的抖動範圍。這提供了10%偏差在Deff的界定中，而確保重疊脈衝創建了均勻的注量分佈。

C.加工校準和映射

給定該注量控制的範例，該加工設置過程可在該LDA系統中被修改。在該LDA系統的示例實例中，該加工參數包括低等級抖動參數(Kw、Ks)和劑量(功率/速度)-標稱地在每米Joules(J/m)單位中(儘管該實際劑量單位可能是任意的)。該LDA系統簡化該加工設置的用戶介面，使用一致的、已校準單位和從低等級實施方式細節處的分離。

可藉由兩個參數來界定該LDA系統中的材料加工：注量(J/cm²)和抖動或光柵網格尺寸(用於向量和刮削加工的寬度，用於光柵的XY光柵尺寸)。

1.加工校準

注量規範化用於到該抖動(或光柵)特徵的中心區域。在該特徵的邊緣處的注量不那麼容易被規範化，因為其來自該高斯點的尾部。結果是，溝槽寬度作為抖動網格寬度的非線性函數變化，並在某些實例中仍被校準。這是該加工校準特徵的函數。將同一過程用來校對給定材料的特徵深度vs.注量。

圖8描述了根據一實例的示例加工校準測試矩陣800。該校準測試矩陣800指定注量等級範圍和抖動網格寬度。自動地在該機器上加工一組特徵(每一者用於在該參數矩陣的每一個入口)，並基於外部計量學工件來測量這些特徵。將該特徵寬度和深度結果導入該加工校準軟體，其隨後建立用來自動選擇用來加工任意尺寸特徵的加工參數(注量和網格寬度)的“加工表”資料庫。

2.加工圖和材料表

對於向量加工，溝槽尺寸(寬度和深度)確定了該抖動網格寬度和注量，藉由填充用於該應用的材料表的加工圖。該加工圖實施基於從該加工校準表處提供的資料的映射。圖9描述了根據一實例的一示例材料表900。注意在該材料表900中的灰色入口由該加工圖輸入並不由該用戶修改。對加工參賽的細微調整是可獲得的以運行加工測試或細微調節該加工。

當裝載該應用時，使用包括在該應用中的所有向量和刮削特徵(溝槽寬度和深度)和光柵特徵(焊盤直徑和深度)的尺寸來填充該材料表900。

如果需要，該用戶可將細微調節的調整輸入該材料表900。這可能在在某些實例中對於產品加工來說令人沮喪，但可用於加工測試和細微調節。如果無法獲得任意加工校準表，可手動輸入該材料表900入口。

該加工圖的一個功能是在加工校準期間基於採集的相對分散資訊來內插該所需的材料表900。

III.系統結構

該下列部分說明了系統結構和實施AOD操作的元件的某些實例。

A.資料流程和加工

圖10是描述根據一實例用來命令該AOD的簡化的加工和資料流程結構(此處也稱作為“AOD加工結構”1000)的方塊圖。該AOD加工結構1000包括系統控制電腦(SCC)1010，加工簇1012，AOD前端板(AFEB)1014，AOD驅動器1016、1018，和AOD1020、1022。如下具體討論的一樣，該SCC 1010預加工了雷射加工應用以構建單獨的加工分段和相關加工參數。該SCC 1010將該分段資料藉由介面1023發送(如，以200kHz資料速度)到該加工簇1012的介面1024。該加工簇1012包括數位信號處理器(DSP)1026和現場可編程閘陣列(FPGA)1028。技術人員將從此處公開的內容理解到也可使用其他類型的加工邏輯(如，補償或不是該DSP 1026和/或FPGA 1028)。

該DSP 1026計算具體的光速軌跡和抖動參數(如，以1MHz資料速度)。隨後將該資料傳送到該FPGA 1028。如以下具體討論的一樣，該FPGA 1028計算高速AOD命令(如，達到4MHz資料速度)，其可藉由SSP1串列鏈路被傳送到該AFEB 1014。該AFEB 1014將該AOD命令轉換成被發送帶該AOD驅動器1016、1018的並行資料字。AOD驅動器1016、1018隨後生成射頻(RF)驅動信號1030、1032，其操作該AOD 1020、1022以控制該光學光束偏轉(藉由RF信號頻率)和幅值(藉由RF信號幅值)，藉由該AOD單元。該AOD 1020、1022和其他光學元件的示例操作參照圖10A、10B，和10C討論如下。

圖10A是根據一實例的包括用於抖動雷射光束的AOD子系統1042和檢流計子系統1044的系統1040的方塊圖。技術人員將從此處公開內容認識到，可使用其他類型的定位子系統。例如，定位子系統可使用FSM。該系統1040包括雷射源1046，用來將加工光束1048提供到該AOD子系統1042。在一實例中，該雷射源1046包括脈衝雷射源使得該加工光束1048包括一系列雷射脈衝。在另一實例中，該雷射源1046包括連續波(CW)雷射源使得該加工光束1048包括CW雷射光束。在某些這樣的實例中，該AOD子系統1042藉由偏轉在離散(“脈衝”)間隔處加工光束1048以從該CW雷射光束處生成雷射脈衝。

如上所討論的一樣，該AOD子系統1042將在該AOD偏轉角度1050處的加工光束1048的第一階光束1049和該加工光束1048的零階光束1051偏轉到光束收集器1052。該系統1040可進一步包括固定鏡1054以將該第一階光束1049偏轉到該檢流計子系統1044，和掃描透鏡1056以聚焦在工件1060上或內的雷射光束點1058。可將該掃描透鏡1056的輸出此處稱作為聚焦的雷射光束1061。

在一實例中，該AOD子系統1042可包括用來提供在第一方向(如，抖動方向)中來回偏轉的單個AOD，而該檢流計子系統1044提供沿著加工軌跡1062的第二方向中的偏轉。在圖10A中的實例中，AOD抖動點的每一列(顯示為沿著該X軸)垂直於該加工軌跡1062。為了提供速度和多用途，然而，在圖10A中所述之實例中的AOD子系統1042提供了相對於該工件1060表面的沿著X軸和Y軸的2-D偏轉。在該實例中，可將該Y軸稱作為平行於該加工軌跡1062，可將該X軸稱作為垂直於該加工軌跡1062。因而，可將該X軸稱作為該抖動方向。該加工軌跡1062可對應於一方向，例如，該系統1040劃線或切割溝槽1064(如，在該檢流計子系統1044的控制下)到該工件1060表面中的方向。

為了提供該所述之2-D偏轉，該AOD子系統1042包括第一AOD 1020，用來將該第一階光束1049偏轉到第一方向中，和第二AOD 1022，用來將該第一階光束1049偏轉到第二方向中，在檢流計子系統1044將該光束軸沿著加工軌跡1062移動時。換句話說，將由該AOD子字體1042所提供的光束點位置的移動疊加在由該檢流計子系統1044所提供的光束點位置的移動上。如圖10A所示，該檢流計子系統1044也可包括第一檢流計鏡1066和第二檢流計鏡1067以將該第一階光束1049同時偏轉在相對於該工件1060表面的X軸和Y軸方向。

該AOD偏轉的定向可能不對齊於該檢流計子系統1044的偏轉軸。一般地，可對該AOD偏轉命令使用座標轉換以將該得到的AOD偏轉對齊於所需座標構架。該座標轉換也可能是速度的函數，旋轉該AOD偏轉座標構架以將該AOD光束偏轉保持垂直於由該檢流計子系統1044所界定的加工軌跡。

使用包括在該系統1040中的AOD子系統1042，使能數個操作模式。在一實例中，操作模式包括抖動該加工光束1048以有效拓寬在該工件1060處的雷射光束點1058的能力。換句話說，抖動該加工光束1048包括空間上將一系列聚焦雷射光束點1068定位以創建具有大於由該掃描透鏡1056所聚焦的各個雷射光束點1058的尺寸的幾何特徵。為了進行描述，圖10A示出了在該加工軌跡1062方向中加工該溝槽1064時從該工件1060的表面上方觀看的該抖動雷射光束點1068。因而，例如，以給定重複率的系列抖動雷射光束點1068具有以較低脈衝重複率連續用於該加工軌跡1062方向中的一系列較大直徑雷射光束點的結果。

在某些實例中，該AOD1020、1022能夠更新它們的各個聲場(使用新的聲波來填入該光學孔徑)，以大約0.1μs到大約10μs的順序。假定大約1μs的示例更新速率，可快速更新該加工光束的位置使得數個抖動雷射光束點1068在加工期間重疊。該抖動雷射光束點1068可重疊於垂直該加工軌跡1062的維度(如，沿著該X軸或抖動方向)以拓寬正加工的特徵(如，該溝槽1064)。如圖10A所示，該抖動雷射光束點1068也可重疊在該加工軌跡1062的方向中。為了保持該抖動光束正常定向為該加工軌跡1062，根據某些實例，可隨著該加工軌跡1062的角度變化時一致地調整抖動軸。另外，可調整該抖動軸以補償被賦予在該抖動點的線上的角度作為該加工軌跡速度的函數。

除了該相對於該工件1060表面的光束位置抖動之外，或在其他實例中，該AOD子系統1042可用來改變在該抖動軸中的光強分佈。沿著該抖動軸的該加工光束1048的光強分佈的操控使得能夠對該加工溝槽1064的橫截面成形。例如，可使用矩形，U或V形橫截面來加工該溝槽1064。成形特徵如側斜面板可有用於如交叉構造的情況中。該成形解析度可能基於該基本點大小，且該成形的光強分佈可能是該抖動圖案(位置和強度)和該點的光強分佈(如高斯或另外的分佈形狀)的摺積。對特徵進行成形，可藉由例如重疊沿著該抖動軸在某些位置處的脈衝(如，可將兩個或更多脈衝用在同一為位置)以移除目標材料的所選量，和/或藉由調製該雷射脈衝的功率幅值作為沿著該抖動軸的偏轉位置的函數。

除了沿著該抖動軸的特徵成形之外，或在另外的實例中，該AOD子系統1042可用來控制該功率作為沿著該加工軌跡1062的位置的函數以允許已加工線性特徵的“終點”的相同成形。控制該功率作為沿著該加工軌跡1062的位置的函數也可用於如交叉構造的應用中。該AOD子系統1042的使用使得功率調製能夠發生在非常高的速度(如，在微秒級別)使得該光強分佈的細微控制(如，具有在大約5μm和大約50μm之間的範圍內的特徵尺寸)在高加工速度(如，在大約1m/s和大約5m/s之間的範圍中)處可以成為可能。

除了高速光束的偏轉之外，某些實例也可偏轉藉由傳統的光束成形技術成形的光束包括例如，繞射光學元件(DOE)。例如，圖10B是根據一實例的光束成形系統1070的方塊圖。該系統1070包括該AOD子系統1042(使用該第一AOD 1020和該第二AOD 1022)，該零階光束收集器1052，和圖10A中的固定鏡1054。該系統1070進一步包括繞射光學元件(DOE)1072用於光束成形和光學元件1074(如，成像光學部件，檢流計鏡，和掃描透鏡)。為了用於描述，將圖10B中的第一階光束1049示為在AOD偏轉角度1050範圍之上。在圖10B所述之實例中，將由該AOD子系統1042所偏轉的第一階光速1049藉由中繼透鏡1076中繼到該DOE 1072(將該光束支點成像在該DOE 1072上)以保持該第一階光束1049在該DOE的孔徑的中心而不顧由該AOD子系統1042所賦予的AOD偏轉角度1050。隨後該DOE 1072可藉由賦予附加波前相位失真來對該光束強度成形(如通常用於這樣的光束成形DOE一樣)。該方式可能有利於可使用例如正方形光強分佈來偏轉和鄰接較大、成形光速以形成更統一抖動注量分佈的情況中。該方式也可能有利於在小數量雷射脈衝足夠用來形成所需特徵(例如，在介電材料中的微孔)的情況中。在這樣的情況中，高斯脈衝的光柵應用可能相對於使用成形的光強分佈來說低效，甚至高速AOD偏轉可為該成形的強度加工點位置的高速控制所需要。

在另外的實例中，相同的中繼透鏡配置可用來剪裁在該掃描透鏡處的AOD偏轉光束的偏轉。這可能為至少兩個原因所需。首先，可期望的是，將該光束的支點中繼到該檢流計掃描鏡(消除光束側面偏轉)以(a)保持該光束在該檢流計鏡和掃描透鏡的通光孔徑的中心以避免光束剪裁，和(b)避免將該光束從該掃描透鏡入射光瞳中心處位移，因為這樣的位移可能產生在工件表面處的傾斜光束。第二，可期望的是，為了在該工作臺面處有意產生光速傾斜而在該掃描透鏡處賦予側面的光束偏轉。在某些高斯雷射鑽孔應用中傾斜光束可有利於在加工特徵(例如微孔)中創建陡峭的側壁。

圖10C是根據一實例的提供傾斜加工的光束1082的系統1080的方塊圖。該系統1080包括該AOD子系統1042(使用該第一AOD 1020和該第二AOD 1022)，該零階光束收集器1052，和在圖10A中的固定鏡1054。該系統1080進一步包括中繼透鏡1076和光學元件1074(如，成像光學部件，檢流計鏡，和掃描透鏡)。為了進行描述，將圖10C中的第一階光束1049顯示在AOD偏轉角度1050的範圍之上。如圖10C中所示，藉由正確地設計和間距1084來自該掃描透鏡處的中繼透鏡1076(如，來自圖10A中的掃描透鏡1056)，有該AOD子系統1042所偏轉的第一階光束1049也能被側面地偏轉以創建在該工件1060表面處的傾斜光束1082。可控制用於在該工件1060處該加工點的給定偏轉的光束傾斜量藉由(a)使用該AOD 1020、1022以基本上創建在該工件1060處的側面點偏轉，並改變到該掃描透鏡(如，掃描透鏡1056)的中繼透鏡1076光學部件和間距1084，或(b)協調該檢流計(如，圖10A中的檢流計1066、1067)和AOD 1020、1022使得在該掃描透鏡處的任意側面光束偏轉(和因而在該工件1060處的任意光束傾斜)可被獨立地賦予自該工件1060處的所需側面點偏轉。

以下在該標為“示例AOD控制實例”的部分中公開了成形技術的進一步細節。

當光束抖動對於產生所需注量分佈非常有效和靈活時，達到抖動的替換(但有時更嚴格)方式包括藉由將線性調頻波形用於該AOD 1020、1022至少一個來改變該雷射光束點1058的聚焦。使用線性調頻波形，該聲波的即時頻率在藉由該AOD晶體的光學加工光束1048內線性地變化。該聲波的即時頻率的線性變化具有將單軸(散光)聚焦項應用於該加工光束1048的效果，而不是在離散步驟中移動該雷射光束1058。藉由將線性調頻波形都用於AOD 1020、1022，根據某些實例，可對稱地將該雷射光束點1058離焦，因而增加在該工件1060處的點的大小。該方式可能是用於的，例如，在其中該脈衝重複頻率可能不足夠高於能提供在該工件1060處將良好的脈衝重疊以避免在拓寬該溝槽1064時的強度變化的較低重複塑膠雷射的情況中。線性調頻也可在使用較低注量的加工步驟期間用於離焦雷射光束點。例如，雷射加工(如，在形成於半導體晶片上或內的積體電路之間劃線)可包括切穿重疊金屬(如，銅)層的第一加工步驟，接著是使用減少的注量以加工下面介電層的第二加工步驟。與其使用兩個雷射光束的通路，不如一個實例使用性調頻以離焦該雷射光束點使得在單個通路中對兩個層都加工。

B.抖動結構

1.基本抖動(或光柵)表結構

圖11是表示根據一實例的實施在FPGA 1028中的AOD控制資料流程的方塊圖。應當注意到，經常可交換地使用抖動和光柵。它們都類似地被執行；然而，抖動涉及一維的光束偏轉而光柵涉及二維偏轉。該FPGA 1028包括一個或多個抖動表1110，成形表1112、1113(其中表1113係全都是1的)，線性化表1114、1115，和等待時間調整1116。

將兩組抖動點載入抖動表1110中。該抖動表1110操作為迴圈緩衝器，其可無限地被定址。將許多抖動表1110存入該FPGA 1028中。由位址和長度來識別每一個抖動表1110。該FPGA 1028自動調整定址的迴圈緩衝器以容納該指定表的長度。

在光柵或抖動操作期間，該抖動表入口被讀出並由轉換矩陣來決定以縮放和旋轉該抖動(或光柵)圖案，形成到該兩個ADO通道的頻率命令。

將一對附加頻率偏差加於該轉換的抖動命令，提供與該抖動命令的應用相關的標稱的命令向量。

該線性化表1114、1115的集合基於該AOD頻率命令來產生AOD幅值命令。

同樣為圖11提供了下列界定。

F0:AOD頻率命令，軸0。

F1:AOD頻率命令，軸1。

Fnom：用於零偏轉的標稱的AOD頻率命令。

Fd[1..Nd]：包括上述“抖動表”1110的偏轉頻率集。

Nd：偏轉頻率點的數量(如，該抖動點數量)。

Kw：抖動寬度縮放因數。對於無抖動Kw=0(標稱的加工光束)。

Kp：功率命令縮放因數。

Ks：強度成形因數。

Atten：衰減命令。

2.FPGA介面

每一個Tcmd更新時(如，1μsec)將資料從該DSP 1026傳送到該FPGA 1028。

3.DSP/FPGA同步

在加工期間，該DSP 1026連續地將資料流程到該FPGA 1028，且該FPGA 1028將它們資料傳輸和AOD控制執行同步。這可使用下列序列來完成，假定示例更新時間(Tcmd)為1μsec。圖12描述了該時序。

圖12是描述了根據一實例的DSP和FPGA的示例同步的時序圖。如圖12中所示，該DSP 1026將十組控制資料(足夠用於兩個5μsec DSP週期)寫入1210該FPGA 1028。該DSP 1026設置1212在該FPGA 1028內的“同步”寄存器以通知它該資料準備用於加工。該FPGA 1028在下一個5 μsec DSP中斷1216處開始資料加工1214，如由該虛線1218所指示的一樣。(該FPGA 1028和該DSP 1026接收相同的中斷)。在每一個DSP週期期間該DSP 1026將新資料裝載1220到該FPGA 1028處。該FPGA 1028基於先入先出(FIFO)來處理該資料。在每一個DSP週期期間檢流計命令資料被計算，但不用於在下一個DSP週期處的檢流計控制器。該檢流計1066、1067和AOD 1020、1022因而共用該相同的時序參考。該DSP 1026相對於該檢流計命令資料延遲該AOD命令資料以考慮在該檢流計和該AOD控制之間的各種信號處理延遲。該延遲併入在初始資料傳輸(顯示在1210處)和由該FPGA 1028進行的資料執行的開端(顯示在1214處)之間的兩週期延遲的調整。

4.滑坡參數

在圖11中一個未示出的參數是“滑坡”參數(Kb)，其可被包括在該LDA系統抖動界定中。該參數用來改變在該抖動光束寬度上所用的功率以考慮在該圓弧(類似成滑坡的賽道彎道)內部和外部邊緣之間的速度差異。這藉由將附加縮放因數用於該抖動幅值作為抖動位置函數來實現，其類似於用在在某些實例中的“成形”參數。

圖13是描述了使用滑坡的加工情況的原理圖。圖13描述了寬的圓弧1310。該寬的圓弧1310包括相對平均的半徑R，其具有內部圓弧長度Ri到外部圓弧長度Ro的比，其可能明顯地與1不同，導致在該溝槽寬度W上的注量變化。

將該平均半徑R到特徵寬度W的比界定為滑坡比

Rb=R/W。

則該外部和內部速度的比是

Vo/Vi=(2*Rb+1)/(2*Rb-1)。

為了調整在該抖動寬度上的雷射功率，“滑坡參數”Kb將該功率縮放的轉換界定為抖動位置的函數。圖14用圖描述了根據一實例的示例滑坡參數縮放。該滑坡參數Kb在-1到+1之間轉換，並能被界定為

Kb=(Kstart-Kend)/2，

其中

Kstart=在抖動週期啟動處的滑坡幅值縮放，和

Kend=在抖動週期結束處的滑坡幅值縮放。

該滑坡參數相關於該滑坡比藉由

Kb=1/(2*Rb)。

對於Kb=0，在該抖動範圍上的縮放因數是1(無影響)。在該極端情況(|Kb|=1)處，將該抖動範圍的一個端點縮小為零且將另一個埠藉由2x來放大。當加工傳統的圓弧時，可將Kb設置為中間值(如，小於大約0.5)。

在該抖動範圍的中心(即，該抖動的光束的中心線)處的滑坡縮放不受影響。因而該中心線功率(Pnom)保持不改變，而將該內緣功率衰減(以補償該較低光束速度)和將該外緣功率(Pouter)放大(以補償該較高光束速度)：Pouter=Pnom*(1+Kb)。

該LDA設計規則在某些實例中指出，應將該比率R/W限制到大於大約2.0以保持合理速度比率和功率縮放。在加工期間，檢查該放大的功率以驗證其未超出最大可獲得的功率。設置該圓弧中的速度以確保該放大的功率不超出該最大可獲得的功率。由於該第三級剖面的性能，該速度減少可立即發生在該圓弧分段的末端處。

5.示例抖動操作

一個簡單實例描述了在圖15、16和17中的抖動時序和命令更新。圖15用圖描述了根據該示例抖動操作的示例XY光束位置。圖16用圖描述了根據圖15中的示例抖動操作的示例X和Y光束位置vs.時間。圖17描述了圖15和16中的示例抖動操作的示例光束位置和加工參數的表。在本實例中，Taod=Tcmd=1μsec。使用一個抖動表(Nd=5，Td=5μsec)將初始溝槽切割。在該切割的開端處改變劑量(Kd)。在該圓弧期間修改該滑坡參數(Kb)以規範化該曲線內緣和外緣上的注量。

在本實例中的溝槽包括其中該溝槽寬度開始增加的過渡分段1510。在本實例中，該過渡分段1510包括第十三和第十四抖動列。然而，在其他實例中，可使用不同數量的抖動列(如，四，五，六，或更多抖動列可用在該過渡區域中)。最開始(如，開始於該第十三列)，將較大抖動表(Nd=7)壓縮(Kw<1)以匹配該先前的分段。Kw隨後在兩個抖動列上增加，直到Kw=1(整個寬度)。換句話說，如在圖17中所示的，在該第十三抖動列中的Kw=0.76，在該第十四抖動列中的Kw=0.87，在該第十五抖動列中的Kw=1。

在該寬度參數變化時也修改劑量(Kd)。當壓縮該抖動間隔時(如，該新抖動表的開端起始於該第十三抖動列)，劑量減少以考慮該較大的脈衝重疊。換句話說，對於Nd=7的過渡分段1510的外部，Kd=1.4。在該過渡分段之內(其中該抖動表首次從Nd=5改變到Nd=7)，然而，將Kd減至該第十三抖動列中的1.06。隨後，將Kd增加到該第十四抖動列中的，在再次增加到該第十五抖動列的1.4之前。

在本實例中形狀保持固定，儘管一般其可能以類似於Kd，Kw，和Kb的方式變化。對於在一實例中的LDA系統，忽略形狀。

注意到加工參數(Kw，Kd，Kb，和Ks)和抖動表選擇(Nd)對於每一個抖動列保持固定。如較早指出的一樣，該FPGA 1028實施該參數更新時序；該DSP 1026能夠提供所有加工參數的有規律的更新並允許該FPGA 1028在合適時使用它們。

C.AOD座標構架和校準

AOD光束偏轉與檢流計光束偏轉協調工作以產生最終的工件表面光束位置。該AOD偏轉的校準，和在第三級定位、抖動和光柵期間的其與該檢流計光束偏轉的相互作用有用於保持本地可重複性(如，用來支持交叉構造)和控制抖動和光柵特徵尺寸。

在一實例中，該AOD子系統1042和該檢流計鏡1066、1067每一者偏轉該加工光束角度，在其進入該掃描透鏡1056之前。將任意AOD光束角度偏轉加於該檢流計1066、1067的偏轉，並因而該AOD偏轉命令能夠被認為等於檢流計“原始”命令-其是“光束角度”座標。可將AOD偏轉認作為加到該檢流計1066、1067的“光束角度”命令的“光束角度”命令。在某些實例中，僅僅在堆該AOD光束偏轉座標構架縮放和旋轉以匹配該檢流計座標構架(如圖38所述)之後，這可能是正確的，因為該光學序列佈局可能創建了在該兩個軸之間的旋轉，且該AOD偏轉器1020、1022具有唯一的縮放因數。

存在形成於來自該檢流計鏡1066、1067處的虛擬AOD偏轉支點的位移的第二階結果。如該AOD 1020、1022偏轉該光束一樣，該側面光束位置在該透鏡入射光瞳內輕微偏移，導致較小的附加失真。該誤差，期望是亞微米的，可在某些實例中被忽略。

有該AOD 1020、1022所使用的“增加角度”的概念有用於在考慮第三級剖面，抖動和光柵操作時，具有關於該所需校準的含義和需要滿足系統性能目標的運行時間修正。

1.AOD轉換

在某些實例中，到該AOD子系統1042的命令信號源自藉由指定該類型AOD加工的座標轉換。該下列討論引用了數個坐標系統。“理想的”座標是校準的工件表面的座標。可藉由該XY階段的鏡片網格標準對這些界定。該術語“所需的”或“標稱的”此處可用於替換“理想的”。“原始檢流計”座標用來命令該檢流計伺服環路。“原始AOD”座標可用來命令該AOD通道。

下列轉換被引用於此：TMframe，TMfield，TMdither，和TMaod。TMframe將原始檢流計座標轉換到原始AOD座標。藉由將TMframe用於一組增長的原始檢流計座標(源自標稱的檢流計位置)而形成的AOD命令創建了光學上等同於關於該標稱位置的增長檢流計偏轉的AOD光束偏轉。因而該AOD變成了“虛擬檢流計”在將TMframe用於原始檢流計命令之後。該轉換對於給定光學佈局是固定的，且不隨著鏡片網格校準而改變。藉由該AOD位置校準程式來計算該轉換。

TMfield是本地掃描場失真轉換。其將一組增長的理想(或所需)座標(源自於該掃描場中的一些標稱位置)轉換成增長的原始檢流計座標。“向前”(理想的到原始檢流計)和“相反”(原始檢流計到理想的)都被使用。該轉換是掃描場位置的函數。其隨著鏡片網格校準而改變，因為該校準界定了理想的座標構架。可從檢流計校準資料處計算TMfield。

TMdither是一組轉換術語，其從該SCC 1010傳送到該DSP 1026用於在向量加工期間的TMaod計算。TMdither由該SCC 1010為每一個向量或刮削加工分段計算，且是掃描場位置和光束速度的函數。

TMaod是將已存入該FPGA 1028內部的抖動/光柵表中的理想AOD資料進行旋轉和縮放的轉換。在向量或刮削加工中，其保持了垂直於該理想軌跡向量的理想抖動向量。在光柵加工中，其按照交叉加工或一般光柵圖案資訊的需要來縮放和對齊二維光柵數。在向量或刮削加工期間，藉由該DSP即時計算該轉換，基於該光束軌跡速度向量和該TMdither轉換。在光柵加工期間藉由該SCC 1010一次計算該TMaod轉換。

2.掃描透鏡場失真

該關注點關於形成於該掃描透鏡1056和檢流計鏡光束傳遞系統的場失真處的座標構架和校準方程。在理想的掃描透鏡中，將該即將到來的光束的角度偏轉以產生在該工件表面處的點位移。對於良好設計的遠心掃描透鏡(“F-θ”透鏡)，如果該光束以該透鏡入射光瞳的中心為核心，該點位移與光角度成比例，且不需要任何校準。然而，在該入射光瞳處的檢流計鏡1066、1067的封裝的物理約束阻止該光束實際以該理想點為核心；在光束偏轉期間發生了一下光束轉換。這創建了掃描場失真圖案，如圖18中所示。

圖18用圖描述了在示例實例中的掃描場失真圖案，其中該LDA系統包括F/18 100 mm掃描場透鏡。在典型的雷射加工系統中，映射該失真圖案使得可將修正項應用到該光束定位器，形成在該工件表面處的(標稱的)未失真的圖案。這樣的校準轉換的輸出是在該光束定位器的“原始”座標構架內的命令-等同於在該檢流計1066、1067情況中的鏡子角度命令。在該LDA檢流計控制器子系統內，使用了標稱的縮放因數(如，2*透鏡焦距)，形成在工件表面μm單位內的原始命令。在使用FSM定位系統的實例中，位於該掃描場透鏡的入射光瞳處的FSM將具有將被修正的相對較少失真，與檢流計的失真相比較。

注意，在系統上所測量的實際場失真是在該光學序列(檢流計塊+掃描透鏡)內幾何失真和檢流計定位器誤差(偏差，縮放因數，非線性)的組合。該光學場失真項對於檢流和AOD偏轉都是共同的，且可使用相同的修正項。然而，在該檢流計1066、1067自身內的任意校準誤差(基於角度的線性誤差和縮放因數(SF)抖動)也被包括在掃描場校準項中，且在用於AOD偏轉時創建了校準誤差。然而，該檢流計誤差較小，具有<0.1%的縮放因數(SF)非線性誤差和溫度抖動，其可形成在用於100μm的第三級AOD偏轉的<0.1μm的檢流計和AOD偏轉之間的不匹配。然而，該標稱的在檢流計1066、1067上的縮放因數公差可能較大(如，20%)，其影響該校準過程，如下所述。

該掃描場失真圖案產生了作為掃描場位置函數變化的本地失真。例如，圖19用圖描述了根據一示例實例的X和Y掃描場失真誤差(err)vs.X和Y場位置。圖20用圖描述了根據圖19中的示例實例的X和Y掃描場失真縮放因數(SF)和旋轉誤差vs.X和Y場位置。圖21用圖描述了根據圖19和20中的實例的光柵特徵的示例本地位置幾何修正(PGC)失真。可將作為XY場位置的X和Y誤差的斜率作為本地縮放因數和旋轉誤差來對待，如，PGC失真項。如果這些誤差足夠大，該本地PGC失真可創建在光柵圖案中不可接受的誤差。例如，考慮到位於(-50 mm，-50 mm)場位置的200x200μm光柵圖案。該本地PGC失真(採自圖20)將產生圖21中所示的失真圖案。該X誤差在該圖案拐角由於該較大的旋轉誤差而達到5μm，其可能足夠大以產生在交叉構造中的不可接受的深度變化。

該掃描場失真圖案以至少三種方式來影響該LDA光束定位器：在所有模式期間，當第三級剖面界定了AOD和檢流計命令以產生標稱的光束軌跡時；在向量或刮削模式期間，當縮放和旋轉該AOD抖動命令時；和在光柵模式期間，當潛在地可能失真較大光柵區域時。

3.在第三級剖面期間的AOD校準修正

圖22用圖描述了根據一實例的第三級剖面子系統2200。在第三級剖面中，在該檢流計子系統1044和該AOD子系統1042之間分割光束的定位。第三級剖面涉及將該AOD子系統1042用作第三級定位器(如，對XY階段和該檢流計子系統1044的補充)。在美國專利6,706,999中描述了示例雷射光束第三級定位器，其被讓與給本發明的受讓人，且其據此一體地藉由引用在此併入本文。如此處公開的一樣，使用該AOD子系統1042的第三級剖面允許以高速(如，使用以大約1μs的更新來提高時序解析度)描出該光束路徑的輪廓，其中基於離散的時序邊界來提出AOD命令。該第三級剖面子系統2200包括仿形濾波器2204，延遲元件2206和減法器2208。

圖22描述了對應於需要被切割成工件的溝槽的示例光束分佈2210(其也可在此處被稱作為示例“光束命令”)。該示例光束分佈2210包括使用該檢流計子系統1044以高速可能難於跟蹤的急轉彎。在藉由掃描場校準轉換2203之後，將該示例光束分佈2210提高給第三級濾波器2205，其包括該仿形濾波器2204和該延遲元件2206。該仿形濾波器2204包括濾除對於該檢流計子系統1044來說可能難於跟蹤的高頻內容的低通濾波器。該仿形濾波器2204的輸出可用作檢流計命令(檢流計控制信號)，如位置分佈2212所示。圖22描述了該位置分佈2212的放大部分2213，其示出了相對於由該檢流計子系統1044所提供的實際位置2218的命令的位置2216。該AOD子系統1042用來修正在該命令的位置2216和該實際位置2218之間的差。

在一實例中，該仿形濾波器2204包括無限脈衝響應(IIR)濾波器。在另一實例中，該仿形濾波器2204包括有限脈衝響應(FIR)濾波器。FIR濾波器自身具有用於任意頻率範圍內信號的固定延遲。然而，技術人員應從此處公開內容認識到，也可使用其他類型的濾波器。該延遲元件2206延遲該示例光束分佈2210，藉由由該仿形濾波器2204所引入的大致相同的延遲量。該減法器2208將該仿形濾波器2204的輸出從該延遲元件2206的輸出處減去以獲得從該檢流計命令處移送來的高頻內容。隨後可將該減法器2208的該高頻內容輸出用作AOD命令信號用來控制該AOD子系統1042。圖22描述了示例AOD位置命令分佈2214。儘管未示出，可將微分用於該位置命令分佈2214上以計算相應速度和加速度命令分佈。

該示例光束命令2210是在該工件表面上光束的所需軌跡，在平面對準轉換的應用之後，採用“所需的”座標。如上討論的一樣，將該示例光束分佈2210(作為命令的光束位置信號)提供給該掃描場校準轉換2203。濾波該資料以將該軌跡分割成低頻和高頻分量，允許該AOD子系統1042跟蹤高頻、低幅值命令，並將頻寬限制、大幅值命令傳遞到該檢流計子系統1044。使用該掃描場校準轉換2203以產生“原始檢流計”座標。由於這發生在該第三級濾波器2205對命令分割之前，該第三級濾波器2205的輸出是檢流計和AOD分量，其中的每一者處於同一原始檢流計座標中。

如果校準該AOD子系統1042以偏轉採用該原始檢流計座標構架的光束，不需要為該AOD第三級位移採取任何進一步的掃描場校準轉換。這是有用的，由於它暗示著不需要本地AOD場失真修正。換句話說，當使用該掃描場校準轉換2203時已經考慮了該掃描場失真效果。

該方式的另一解釋是，該第三級剖面濾波器將該檢流計命令移離該所需命令，在原始檢流計中。該AOD子系統1042簡單地提供補償位移以形成該檢流計光束角位移。

隨後將在“原始檢流計”座標中的該AOD命令輸出轉換(縮放和旋轉)以產生該“原始AOD”偏轉命令。將該轉換稱作為該“TMtert”轉換。

將該TMtert轉換保持與用來修改抖動的TMaod轉換(圖1所示)不同，出於至少兩個原因。第一，在抖動期間不能使用TMtert內部的縮放，因為其對AOD和檢流計SF都修正，並因而不用於獨立於檢流計運動的抖動加工。第二，該TMtert中的旋轉項是固定的且獨立於該速度向量角，在針對隨該軌跡角度改變的TMaod抖動轉換(應用該FPGA 1028內部)時。因而將該TMtert轉換用於AOD軌跡資料，在將其傳輸到該FPGA 1028之前，且該資料不受TMaod進一步影響。

將該TMtert轉換用於“原始檢流計”座標也提供了將AOD誤差修正項增加到該第三級AOD資料的機會。這是方便的，因為該檢流計控制器誤差(其被濾波以產生AOD誤差修正資料)是處於原始檢流計座標。

在圖51中概述了該形成的校準資料流程。

上述討論僅僅用於提供給該第三級濾波器演算法的光束中心軌跡位置的加工。與抖動和光柵相關的校準效果輕微地不同，如下所述。

4.在光柵圖案結構期間的AOD校準修正

如上所述，該本地掃描場PGC失真可能足夠大到需要作為場位置函數的光柵圖案的本地校準修正。注意該情況不同於上述的第三級剖面，因為未實施該AOD偏轉以替換預先補償的檢流計偏轉(其意味著該AOD偏轉命令的預先補償)；相反，僅僅為場失真補償了該光柵圖案的中心點。未補償用來加工該光柵圖案的AOD偏轉。

該本地PGC修正來自該掃描場校準轉換，且在光柵加工期間或之前能被從該SCC 1010傳送到該DSP 1026。將該本地PGC轉換與其他AOD轉換合併用於抖動角度和AOD座標構架旋轉，如在稍後的“向量加工概述”下所描述的一樣。

5.在抖動期間的AOD校準修正

在抖動的情況中，該AOD場的本地PGC失真能夠影響該抖動向量的寬度和旋轉。由於在該溝槽的寬度之上抖動該光束，該交叉軸(“旋轉”)失真誤差元件產生了在該同軸方向(沿著該溝槽)中的偏轉，並具有在寬度上的可忽略效果(如，<0.2%的餘弦誤差)。在該交叉軸中的PGC縮放誤差直接影響到溝槽寬度大約2%到大約3%。

然而，非常寬的溝槽可能具有由該旋轉失真所偏移的其的端點，如在較大光柵圖案中一樣。由於這能夠影響到寬溝槽的交叉，PGC修正適合於抖動。每一個加工分段該失真項被從該SCC 1010傳送到該DSP 1026，並能夠藉由八(8)位元被表示出來，提供12.5%誤差範圍和0.1%解析度，在藉由1/1024縮放之後。

6.AOD校準過程

圖23用圖描述了根據一實例的AOD校準圖案2300。該下列過程相對於該檢流計構架2312和AOD縮放因數來校準該AOD構架旋轉2310。在該掃描場中心附近實施用於該TMtert轉換的校準，其中可忽略該掃描場失真。注意到該檢流計構架2312的旋轉可能對於抖動和光柵來說都不是關注點。只要該AOD構架2310正交並對準該檢流計構架2312，正確對準抖動和光柵，因為這些操作相對於該檢流計構架2312。

該過程包括將該TMtert轉換設置為預設(等同矩陣*標稱SF)，並將該X階段移到其行進的中心處。隨後，使用四個瞄準線光柵圖案2314裝載該FPGA 1028。為了用於討論，圖23顯示了該瞄準線光柵圖案2318之一的放大(和旋轉)版本2316。每一個圖案包括中央瞄準線2320(零AOD位移)，和移到該AOD軸(+ch0，-ch0，+ch1，-ch1)之一的瞄準線2322。注意這些位移處於該原始AOD座標構架(ch0、1)中而不是工件或檢流計構架(XY)中。該過程包括使用該加工點大小對四個瞄準線圖案2314和/或每一個獨立圖案2318的組進行縮放，其可基於該系統設置進行變化。該加工點大小是系統配置參數。

該過程也包括將該四個圖案2314每一者切割到以該掃描場中心為中心的網格圖案中。對於每一個圖案，將該檢流計移到該圖案的各個位置處，並在光柵之前解決(如，達到1ms)。在示例實例中，所有圖案可落在離該掃描場中心處1mm的正方形內。該過程重複該切割該四個圖案2314每一者的步驟達預定次數，移動該Y線性階段以替換這些圖案。例如，如圖23所示，可切割十次該四個圖案2314(或基於該特定實例的另一預定次數)。該過程包括採集資料以將該替換AOD瞄準線2322相對於它們相應的零位移瞄準線2320來定位。隨後，該過程評價該(如，十)資料集，並計算AOD縮放因數(AOD MHz每微米)和相對該檢流計座標構架2312的旋轉。注意該四個中心瞄準線(零AOD位移)提供了與檢流計旋轉相關的資訊。應相對於該檢流計軸的角度來計算該AOD軸的旋轉。該過程可包括驗證檢流計圖案旋轉小於在檢查該光學設置時的大約1%。

i.縮放因數間隔和TMtert的形成

該AOD校準過程產生兩個縮放因數(SF)：

MHzPerRawμm:[AOD MHz]/[原始檢流計μm]，

MHzPerμm:[AOD MHz]/[μm]。

該第一個SF(MHzPerRawμm)，具有X和Y分量，構成了在該TMtert轉換中的縮放項。如上所述，第三級剖面產生了在原始檢流計座標中的AOD命令以在第三級定位期間協調該檢流計子系統1044。因而，該SF表示了該AOD和檢流計SF項的組合。

該第二個AOD SF(MHzPerμm)將SCC抖動(或光柵)表資料(以XY工件表面μm的單位指出)轉換成AOD單元(MHz)，在將該資料下載到該FPGA 1028之前。

該AOD校準的結果產生MHzPerμm。為了生成MHzPerRawμm，使用了嵌入在該檢流計校準中的檢流計縮放因數資料。能夠從該檢流計校準資料的XY縮放因數處提取到該檢流計SF項(RawμmPerμm=[原始檢流計μm]/[μm])，其在可忽略場失真的掃描場的中心處被評估。隨後用於該XY分量的每一者：

MHzPerRawμm[X,Y]=MHzPerμm/RawμmPerμm[X,Y]。

為了形成該TMtert轉換，將相對於該檢流計構架的AOD構架的旋轉與以上確定的縮放因數相合併。該AOD框架旋轉可以是非正交的，因為在該AOD 1020、1022中的機械公差；因而包括了兩個獨立的旋轉項。圖24用圖描述了根據某些實例的AOD校準角度。可將該AOD構架(TMframe)的旋轉轉換界定為

其中

ThetaAod0=在該ch0和X檢流計軸之間的角度，

ThetaAod1=在該ch1和Y檢流計軸之間的角度，

K0=AOD ch0 vs工件表面的幅值縮放(μmAOD0/μm)，和

K1=AOD ch1 vs工件表面的幅值縮放(μmAOD1/μm)。

如圖24中所述。

在圖24中，在該掃描場的中央評估角度和縮放。TMframe表示用來將該AOD座標構架對齊於該檢流計座標構架。該TMfield轉換修正掃描場失真和標稱的檢流計對齊，包括該檢流計軸的任意標誌翻轉。為了避免混淆，在某些實例中，藉由該旋轉角度(附加180°旋轉)考慮了該AOD中的任意標誌翻轉，其不藉由該K0/1縮放因數。K0和K1不包括該MHzPerμm縮放因數。在裝載抖動(或光柵)表時使用該縮放，或(為了仿形)被包括在該TMtert轉換中。相反，K0和K1表示了在AOD0和AOD1之間的可能縮放變化，在使用了該標稱的MHzPerμm縮放因數之後。在某些實例中，K0和K1期望等於1.0。

隨後TMtert，在第三級剖面期間所使用的轉換，給定如下

這裏，該MHzPerRawμm[X,Y]縮放項應僅僅包括幅值縮放；在該TMframe的旋轉項中考慮標記。

將Mtert用於即時計算中，應用於來自該第三級濾波器處的該AOD命令輸出：

注意到，該TMtert的界定意味著旋轉跟隨縮放因數修正。因而，當評價該AOD標準資料時，首先將該TMframe轉換用來將該AOD資料旋轉成與該檢流計構架對齊，在評價該AOD偏轉以計算MHzPerRawμm[X,Y]之前。

D.功率控制

將功率控制用於該LDA系統以在抖動期間和在速度改變期間保持一致的雷射功率。功率控制包括該AOD功率衰減的線性化，和到工件表面功率的線性化AOD功率控制的校準。

1.AOD功率線性化

圖25是描述根據一實例的用於功率控制信號流的方塊圖。兩個線性化表2510、2512用來生成該ch1 RF信號幅值命令2514以將該光學輸出功率線性化為所用RF信號頻率和所需光學輸出功率的函數。

對於該兩個AOD單元1020、1022(ch0和ch1)的每一者，將抖動(如，抖動0或抖動1)加到該頻率偏離(光束軌跡)命令(Fdev0或Fdev1)和標稱的中心頻率(Fctr0和Fctr1)以生成該整個頻率命令(RfFreq0或RfFreq1)。該ch0頻率命令RfFreq0索引到該ch0線性化表2510中，產生了該Pscale0功率縮放命令。該Pscale0功率縮放命令表示了用來保持作為頻率函數而線性化的該ch0光學輸出功率的光學輸出功率縮放因數。該線性化表2510僅僅是ch0頻率的一維函數。

藉由該系統功率命令縮放因數Kp(由該DSP 1026發出命令)來複用Pscale0，形成了整體功率縮放因數Pscale。該命令，沿著該ch1頻率命令RfFreq1，索引進入二維查找表2512以產生RfAmpCmd 2514，該ch1 RF信號幅值命令。注意，將用於ch0的RF信號幅值保持固定。換句話說，藉由ch1的RF信號幅值調製來實施在本示例實例中的所有輸出功率控制。

i.線性化表

該AOD 1020、1022藉由改變用於該AOD單元的RF信號功率等級來控制光學功率。圖26用圖描述了根據一實例的示例功率控制曲線(規範化的光學輸出功率vs.規範化的RF信號功率)。注意到圖26描述了形成於RF幅值命令的光學功率輸出。

在某些實例中，將圖26中的非線性曲線映射以產生將所需規範化輸出功率(從0到1，1是最大輸出功率)轉化成需要用來獲得該輸出的AODRF信號功。可將這認作為圖26的X和Y軸的翻轉：給定所需光學功率，確定該所需的RF幅值命令。

在圖27中示出了該形成的線性化曲線。圖27用圖描述了根據一實例的示例ch1 AOD功率線性曲線集。注意，圖26中的功率控制曲線表示了在單個RF信號頻率處的該AOD行為。實際上，該曲線隨著用於該AOD單元1020、1022的RF信號頻率而變化。因而，為該AOD子系統1042的操作頻率範圍上的數個RF信號頻率來重複該非線性映射。圖27示出了該線性化曲線集。

該線性化表生成了為產生該所請求的光學輸出功率縮放所需的RF幅值命令。該RF信號幅值輸出影響了該光學輸出功率，但不直接設置該輸出功率。

對比於該ch1表，該ch0表產生了該Pscale0功率縮放因數(而不是RF幅值命令)。Pscale0將該ch0響應線性化為ch0 RF信號頻率的函數。該ch0 RF信號幅值被保持固定並不用於該線性化表中。圖28描述了根據一實例的用於ch0 AOD的示例曲線。圖28示出了在ch0光學效率中的變化vs RF信號頻率(左圖)，形成在用於線性化的所需功率縮放中(右圖)。

如圖28中所示的一樣，該AOD 1020、1022被線性化在它們頻率範圍上，藉由減少作為頻率函數的幅值命令使得在任意頻率處的輸出功率等於在該最低效率頻率處的功率。因而，線性化減少了該AOD子系統1042的有效光學效率，且該AOD 1020、1022的操作頻率範圍具有對該子系統的光學效率的影響。

ii.高功率模式：效率增益

上述的功率線性化過程能夠提供在該整個操作RF信號頻率範圍上的充分功率線性化AOD子系統1042，以等於在ch0和ch1中最差情況光學效率的產品的遞減光學效率。能夠保守地以該模式操作該AOD子系統1042，使用正確的線性化功率和無任意RF幅值命令飽和。

然而，能夠藉由計算作為該ch0和ch1 RF信號頻率範圍(或，等同於，該AOD XY偏轉範圍)的函數的實際AOD子系統1042光學效率來實現顯著的光學效率增益。這允許將該AOD子系統1042操作在比在較高功率等級處整個功率校準範圍更窄的範圍內，沒有使該RF幅值命令飽和，因為高較高光學效率需要較低的RF幅值命令。或，等同地，這種方式允許將該AOD 1020、1022在比正常非常大的頻率範圍上進行功率校準以大的光柵場或非常寬的溝槽，而不影響在該更典型偏小的偏轉範圍內的正常操作。

在一實例中，計算該光學效率增益藉由，確定在所選頻率範圍(用於ch0和ch1二者)上的最小效率，藉由乘以該兩個最差情況的值來計算該最差情況的效率，並為數個可能頻率範圍而重複。該過程產生了用於效率增益vs.頻率範圍的保守曲線，適合於一般用途和當進行光柵時。在考慮向量加工時進一步的提高是可能的，其中在抖動和AOD暫態之間分割該AOD偏轉。抖動產生了沿著具有該AOD座標構件中一些角度旋轉的線的AOD偏轉。用於該ch0和ch1偏轉器中的實際AOD範圍基於該抖動角度(如正弦和餘弦函數)。任何軸都未同時經歷整個偏轉。因而，該整體效率可能高於以上產生的保守估計。

然而，也可能在抖動期間考慮AOD暫態偏移。這樣的AOD暫態偏移可能發生在任何軸，基於該光束軌跡。

圖29和圖30是描述該效率增益計算結果的圖。圖29是描述根據某些實例的示例AOD效率曲線的圖。圖30是描述根據某些實例的示例AOD效率增益的圖。例如，圖29示出了兩個AOD單元1020、1022(ch0和ch1)的效率，而圖30示出了對於光柵和示例兩種模式的相對於該整個線性化、未飽和效率的效率增益。

2.AOD工件表面功率校準

在以上線性化過程完成之後，將該線性化表載入該FPGA 1028 AOD控制器中。發送到該FPGA 1028的規範化功率命令(Kp，範圍從0到1)隨後形成了可以是該命令功率幅值的線性化函數的光學功率輸出，且獨立於用於該AOD 1020、1022的RF頻率命令。在某些實例中，線性化表量化和校準不確定性產生了在大約1%和大約2%之間的殘餘線性誤差。

然而，在某些實例中，該線性化功率輸出的縮放是任意的。在最後的功率校準步驟中，將該規範化雷射功率命令設置為在0和1之間的數個值而卡盤功率表(CPM)測量了該形成的工件表面功率。線性擬合確定了該CPM偏移和縮放因數Kpwr，其將工件表面功率(watt)轉化成在加工期間從該DSP 1026發送到該FPGA 1028的規範化功率命令Kp。

圖31是描述根據一實例的功率校準資料流程3100的方塊圖。在圖31中所示的功率控制資料流程3100也支援由效率增益所使能的高功率模式。這包括在該FPGA 1028內的x2增益以放大該部分Kp值，使得能夠使用大於1的效率增益。附加FPGA 1028縮放因數KpNorm對該Kp命令規範化，使得Kp=0.5表示了該最大未飽和的線性化輸出功率，且大於0.5的值表示了因為效率增益可能在減少的AOD範圍內獲得到(未飽和)較高功率。

一種提供工件表面功率校準的方法，根據一實例，包括實施該AOD功率線性化校準。根據該資料，該系統確定PscaleCal，該最小ch1效率。該方法進一步包括將線性化表載入該FPGA 1028並將該FPGA 1028縮放因數KpNorm設置為PscaleCal。隨後，該方法包括將該DSP 1026功率縮放因數Kpwr設置為0.5並發出等於1的功率命令。考慮到該內部FPGA 1028縮放，該命令將該ch1 Pscale值限定為不超過PscaleCal，對於在該功率線性化校準範圍內的任意Fdev0或Fdev1頻率命令。這確保了在未飽和的整個AOD頻率範圍上可獲得該線性化輸出功率。注意到當Pscale0(該ch0線性化表的輸出小於1時，Pscale可能小於PscaleCal，但是這僅僅發生在具有較高光學效率的ch0頻率處。因而該實際光學輸出功率標稱地在所有Fdev0頻率上保留固定。該相同原理也對該ch1線性化輸出有效。該方法也包括記錄LinPmax，由該卡盤功率表使用該整個線性化、未飽和的功率命令(在先前步驟設置)測量時的工件表面功率。隨後，將該DSP 1026功率縮放因數Kpwr設置為0.5/LinPmax。這規範化了該DSP 1026功率命令(以watt表示)使得該FPGA 1028功率控制產生了該已校準工件表面功率。該功率命令(以watt表示)現在可能超出了用於AOD範圍的LinPmax，其中該效率增益大於1。在這樣的情況中，將Pscale0和/或該ch1線性化表入口設置為小於1，使得該形成的幅值命令保持未飽和。

總之，可將該下列資料存作為校準資料，並在初始化期間載入該DSP 1026和FPGA 1028：Ch0線性化表；Ch1線性化表；KpNorm；Kpwr；效率增益表；和LinPmax。

E.加工速度限制

對於溝槽而言，由數個因素決定該最大加工分段速度，包括：抖動時序(需要點大小重疊在抖動列之間)；因為第三級濾波的AOD動態；對於加工該溝槽可獲得的雷射功率；和資料速度限制。

1.抖動速度限制

因為抖動的速度限制形成於用在抖動列之間的重疊。在某些實例中，在抖動列之間的最大位置增量是0.35*Deff(假定65%重疊以提供安全的邊距)。因而，用來保持該重疊的速度限制是0.35*Deff/Td=0.35*Deff/(Nd*Taod)。

在每一個抖動列的該時間上，將劑量和寬度參數保持固定，具有僅在下一抖動列的起始處起作用的任意變化。由於該低等級FPGA 1028控制演算法實施這些，由該DSP 1026所計算並傳送到該FPGA 1028的參數可被線性地內插；由該FPGA 1028在合適時間處更新該抖動列參數。

一般地，設計以上討論的抖動生成使得抖動更新不是限制性因素，允許該系統在雷射功率的限制處運行。

2.第三級濾波器限制

給定了限制的已校準AOD場大小的第三級濾波的處理，對加工速度加於限制。

在第三級濾波期間，在加工分段之間的速度上的階躍變化產生了在該AOD命令中的暫態響應。例如，圖32用圖描述了根據一實例的對速度變化的第三級濾波器響應。該響應的幅值與該速度的階躍變化成比例，且該衰減時間是該第三級濾波器頻寬和阻尼比的函數。

圖32示出了最大化該AOD偏移的最差情況的速度分佈3210，其發生在當一個速度變化3212(等於2*Vmax)跟隨有第二速度變化3214時，具有相等的幅值但相反的標記，時序在該第三級濾波器的超調3216(對於3kHz的第三級濾波器，在該速度改變後大約0.12毫秒)的頂峰。

如果將AOD暫態縮放因數界定為“Ktrans”，則對於加工分段速度變化deltaV，

deltaAod=Ktrans*deltaV.

Ktrans的示例值是26.6 μm/(m/sec)，對於第四階3kHz的第三級濾波器。因而，例如，對於能夠做出+2到-2 m/sec的速度變化的具有2 m/sec的加工速度的分段，其，關於該deltaAod的限制=2*(2m/s)*(26.6 μm/(m/s))=106.4μm。

圖33用圖描述了根據一實例的Monte-Carlo AOD暫態模擬。具有隨機時序和隨機速度分段幅值(達到+-Vmax)的隨機速度序列3308的單個Monte Carlo模型確認了上述相對於圖32的場景限制了該AOD偏移3310(如圖33所示)。因此該第三級濾波器響應可靠地預測了用於給定雷射加工速度的最差情況的AOD偏移。

3.雷射功率限制

雷射功率將基本限制加到加工速度上。對於第一階估計值，需要用來加工溝槽的劑量(功率/速度=W/(m/sec)=J/m)基於該溝槽面積。對於由抖動高斯光束所切割的溝槽，該橫截面的面積大約是0.65*寬度*Deff，在其中Deff=有效點大小的示例實例中。當藉由抖動增加該寬度時，該整個面積是D*(0.65*Deff+寬度-Deff)。

劑量需求的示例模型是

Dosage(J/m)=Area(μm2)/143+0.3)。

在已校準的LDA系統，該加工圖提供了用於劑量的已校準值，其中

Dosage=Fluence*EffectiveWidth。

由於劑量等於功率/速度，該所需劑量確定了用於給定可獲得雷射功率的最大速度。

圖34用圖描述了根據一實例的具有Taod=Tcmd=1 μsec的示例速度限制。圖34包括了用於劑量限制的示例曲線和用於可變數量的點(Npt)限制的示例曲線。該工件表面雷射功率限制(大約8W用於示例LDA系統)限制了作為寬度的函數的加工速度，如圖34所示。根據某些實例描述的示例曲線可能是樂觀的，因為它們不包括該AOD效率(如，在該最大寬頻的65-70%)或為第三級剖面所需的附加AOD偏轉的效果。儘管如此，關於雷射限制加工速度的所述上限構成了保守的較低限制，其由其他速度限制(光束定位器和抖動)超過以避免限制性的產出量。圖34強調了如果使用了最大數量點(max Npt limit)的抖動表需要最大寬度，將不可接受地限制在較小寬度處的最大速度的事實。

實際上，最大工件表面功率是光學序列效率的函數，其隨AOD範圍而改變(由於該AOD效率曲線)。該所需溝槽寬度確定了該網格寬度(所需的抖動偏轉)，其確定了最大功率等級(因為AOD功率線性化)。將第三級AOD偏轉也包括在該計算中，因為其需要附加的AOD偏轉和因而較低的最大效率。因而，可獲得的雷射隨溝槽寬度降低並影響到圖34中的曲線。

該所需的AOD範圍，作為分段速度Vseg的函數，被提供為

AODrange=[grid Width+4*Vseg*Ktrans]*1.10。

這包括了組件由於：該所需的用於溝槽的網格寬度(該最大網格寬度如果可以變化)；因為第三級濾波器動態的AOD偏移(藉由該“Ktrans”縮放因數)(注意對於分段速度Vseg，該最大速度變化是2*Vseg，且該pk-pk AOD偏轉範圍是2*(2*Vseg)*Ktrans)；和10%的安全的邊距，包括掃描場失真和基於速度的抖動角度效果。

實例結果在圖35中示出，其用圖描述了根據一實例的AOD行程範圍vs.特徵寬度。圖35中的該實例使用了2 m/秒的速度，8W的雷射功率，和280μm的AOD範圍。該模式也預測了比能被加工而沒有在到該光柵位置的移動之後進行安置的最大的光柵直徑。這可能是，例如，<100μm-對於大部分焊盤而言不足夠大，但有時對於溝槽交叉點來說足夠了。較大光柵區域的替換方案是去在該光柵點處安置達到由該第三級濾波器響應所界定的時期(一般0.4-0.5毫秒)。

注意，圖35不包括關於AOD效率的AOD範圍的效果。為了併入對該加工速度計算的影響，將該計算的AOD範圍與該效率曲線(圖30)合併以計算可獲得的雷射功率作為Vseg的函數。隨後能夠確定在加工速度上的雷射功率限制，藉由將可獲得的雷射功率(基於依賴速度的AOD範圍)與所需雷射功率(基於記錄)比較。例如，圖36用圖描述了根據一實例的在加工速度上的雷射功率限制。在圖36的實例中，示出了50μm的溝槽，其中該加工速度是1.65m/sec。

i.圓弧加工效果

在寬圓弧期間，藉由(1+W/R/2)放大該外設功率，其可促使在該圓弧中較低中心線速度以避免在該外緣上的功率限制。但是以上模式示出了可適應速度上的任意階躍(小於該標稱速度的兩倍)變化，只要選擇了該標稱的加工速度以適應最差情況的AOD軌跡。因而可加工寬的圓弧而不關注AOD行程範圍限制。

4.資料速率限制

資料流速率限制設置了與該可接受加工時間相關的較低邊界用於任意加工分段(大約7μsec)。給定該加工分段的長度，這設置了與該分段速度相關的上限。例如，21μm分段將具有因為資料速率的3m/sec的速度限制。

5.加工速度限制概述

在一實例中，用於溝槽的加工速度的計算按照這些步驟。技術人員將從此處公開的內容認識到可以不同順序來實施下列步驟中的某些。

在第一步驟中，使用該加工圖以基於溝槽尺寸(寬度和深度)來確定Fluence，gridWidth，和EffectiveWidth。

在第二步驟中，為該溝槽計算Dosage=Fluence*EffectiveWidth。該所需雷射功率，作為加工速度Vseg的函數，隨後為Preq=Dosage*Vseg。

在第三步驟中，計算該所需AOD偏轉範圍作為Vseg的函數。使用該結果以確定該由於AOD行程範圍(Vaod)的速度限制，給定該最大已校準AOD範圍。

在第四步驟中，使用該效率增益曲線(見“高功率模式”)，計算該作為AOD範圍的函數的該最大可獲得的雷射功率。

在第五步驟中，根據雷射功率(Vlaser)來確定該速度限制：該所需雷射功率所在的加工速度等於該可獲得的雷射功率。

在第六步驟中，根據抖動重疊(Vdither)來確定該速度限制。

在第七步驟中，根據最小分段時間(Vsegtime)來確定該速度限制。

在第八步驟中，將該加工速度設置為Vaod、Vlaser、Vdither、和Vsegtime中的最小值。

IV.加工模式

在一實例中，該LDA系統以三種不同模式加工材料。向量模式加工變化寬度和深度的線性化軌跡，可任意對該二者進行控制。光柵模式的加工創建了任意2D形狀的較小特徵，在一個AOD掃描場內(如，十倍大於該加工的點大小)。刮削模式加工任意形狀的大區域，具有在該周邊位置的精度和該刮削區域內材料的燒蝕深度的一致性上的良好控制。

A.向量加工

溝槽的向量加工依賴於AOD抖動以控制溝槽寬度。在LDA系統的某些實例中，例如，可能存在與進行抖動而不一致方式相關的關注點，其中該抖動圖案起始於在該溝槽的開始和結束點處的任意位置，且具有隨軌跡速度而變化的抖動角度(相對於該主要的光束軌跡)。

為了處理該關注點，一個實例為每一個加工分段的整數列採取抖動以產生一致的、可重複的和合適界定的分段末端。可將加工分段命令進行剪裁以支援這樣的整數抖動列的時序。

該多個整數抖動列支援用來產生交叉點的軌跡-末端轉換區域。示例的40-50μm轉換允許光束定位的2-3μm的誤差而保留5-10%的深度公差。對於用在該LDA系統的一實例的標稱的25μm的有效點大小，該轉換長度使用4-5個抖動列的劑量轉換。

在每一個抖動列期間將劑量保持固定以保留在軌跡終端處的固定寬度。可基於每一個抖動列來使用所有劑量控制以創建在劑量變化期間的可預測溝槽寬度變化。

在某些實例中，使用抖動使得連續的點藉由該點直徑的>60%來進行重疊。也可使用抖動足夠快到能夠提供在連續列之間的>60%的重疊。對於寬的溝槽，這可能成為一個課題，因為所需的大數量的抖動脈衝，和對該AOD更新時期的約束。

藉由在該AOD內光學光束上的聲波的轉換時間來約束該AOD更新時期。該LDA系統A0D 1020、1022，在一實例中，能以>500奈秒的更新次數來操作。以快速更新速率，因為在該聲波內的暫態而在該偏轉點內的失真變得十分引人注意；即使以500奈秒，點失真可能是問題。點直徑放大減少了工件表面的注量，導致深度變化。在一實例中，以快於750奈秒的速率來更新該AOD 1020、1022，其是在該AOD內4.5毫米光學光束上的聲波的實際轉換時間。圖37用圖描述了根據某些實例的示例失真。從左到右，圖37將在440奈秒，640奈秒和1240奈秒更新週期處的兩個偏轉點的失真進行比較。

該LDA系統的另一實例以非常高的光束軌跡速度運行。該較高速度，點重疊需求和有限AOD更新速率的組合意味著該抖動點數量隨著該特徵寬度而變化。在其他實例中，使用一個抖動表且藉由縮放該抖動點之間的距離來改變該特徵大小。

1.抖動參數計算

在某些實例中，該下列項界定了抖動參數的計算和建立。

輸入參數：

Deff：有效點大小(μm)；在該所需深度的未抖動溝槽的寬度。注意Deff隨該光學點直徑變化，與該所需深度一起(因為該劑量增長需要增加深度也需要增加寬度)。

BiteSizeRatio：提供充分重疊以保持光滑的注量分佈的每點最大偏轉，表示為點的直徑的分數。BiteSizeRatio對於高斯點為<=0.4。

Taodmin：最小AOD更新週期(μsec)；對於該LDA系統的一實例圍繞400-700奈秒。

Tclock：AOD時鐘週期(μsec)；將Taod量化到該週期。標稱地0.04μsec。

輸出參數：

Taod：實際AOD更新週期(μsec)。

Nd：為所需溝槽寬度所需的抖動點數量；寬度和Deff的函數。

Td：整個抖動週期(μsec)=Nd*Taod。加工參數(寬度，深度，形狀，斜坡)，對於每一個抖動列保持固定，以該速率進行更新。

Tcmd：在對該標稱的光束位置的更新之間的時間週期(μsec)。標稱地1μsec。

Ncmd：在對加工可變的和/或抖動的參數(Nd，Taod)的變化之間的Tcmd命令週期的數量。

由於可能存在可變數量的抖動點，可調整該AOD更新週期以更新在Tcmd邊界上的整個列。另外，將該AOD更新週期量化到20奈秒間隔。

該依賴參數的計算開始於該所需特徵寬度。該抖動軌跡的寬度被嚴格的估算為

Width=Deff+Nd*Deff*BiteSizeRatio。

將擁有該所需寬度的抖動點數量湊整到離散的值，並給定為

Nd>=1+ceil((Width-Deff)/(Deff*BiteSizeRatio))，

其中“ceil”是湊整到下一個整數的上限函數。

因為湊整，Nd可能一般地大於所需，且可減少BiteSizeRatio以將該寬度縮放到該所需值(藉由該Kw參數)。給定Nd的值，將該命令參數給定為

Ncmd=ceil(Nd*Taodmin/Tcmd)，和

Taod=ceil(Ncmd/Nd*Tcmd/Tclock)*Tclock。

例如，對於Deff=25μm，寬度=250μm，BiteSizeRatio=0.4，Taod=0.5μsec，and Tcmd=1μsec，

Nd=ceil((250-25)/(25*0.4))=23，

Ncmd=ceil(23*0.5/1.0)=13，和

Taod=ceil(13/23*1.0/0.02)*0.02=0.580 μsec。

該LDA系統的AOD 1020、1022的最大偏轉範圍在一實例中等於10*Deff。如果使用了該整個AOD範圍，Nd<=24。

上述方程給定了抖動參數的一般解法。可能更需要的是保持Taod固定並實施Nd的值，其產生了Ncmd的離散值。例如，對於Tcmd=1μsec，Nd可能是2的功率且Taod=0.5μsec，或Nd可能是4的功率且Taod=0.75μsec。如在下一部分中所討論的一樣，該AOD頻率限制、光學點品質和上述方程的組合形成了該LDA系統，根據一實例，使用了用於Taod和Tcmd的1μsec週期。

2.標稱頻率

將抖動用作相對於標稱的AOD頻率對(Fnom0/1)的頻率偏差，其指出了該標稱的光束路徑(即，該溝槽的中心線)。以該命令的更新速率(每Tcmd秒)來更新Fnom0/1，並因而一般地每抖動列更新多次。在一實例中，立即使用該Fnom0/1而不等待抖動列完成，用來保持在該主要光束軌跡中的精度。該加工參數(寬度，形狀，劑量，斜坡)的更新的對比，其在每一個抖動列上保持固定。

然而，Fnom更新，在某些實例中，僅僅發生在下一個可獲得的AOD更新處(每一個Taod秒)。如果Fnom更新不同步於該AOD更新週期，它們具有等於Taod的有效時序不確定性。另外，如果Taod不保持固定(如，計算作為Nd的函數，如上所述)，則該振動的幅值發生變化。

由不同步的操作所引入的不確定性降低了加工的精度，因為該隨機振動不能被校準掉。例如，對於Taod=750奈秒，以2 m/sec加工的溝槽具有±0.75μm的附加位置不確定性。

為了避免該誤差，Tcmd可能是Taod的倍數。假定每一個DSP1伺服週期(5μsec)將更新發送到該FPGA 1028，具有Tcmd=1μsec，該Taod的本來的值為500或1000奈秒。另一個選擇是Taod=Tcmd=750奈秒，儘管這可能需要每一個伺服週期的可變數量的資料包。

如圖37所示，在該AOD之外的偏轉光束的失真是處於臨界的大約500奈秒。為了避免該失真，示例模式加工採用Tcmd=Taod=1000奈秒運行。在另外的實例中，AOD設計可能允許Taod的較小值(如，250奈秒)。因而，該結構適應Tcmd和Taod的變化。

3.抖動角度修正和幅值縮放

在一實例中，將該AOD抖動圖案的定向調整以保持其方向正交(即，垂直)於該標稱的光束軌跡。例如，圖38用圖描述了根據一實例的對齊的垂直於標稱光束軌跡3812的抖動列3810。考慮到因為光束速度的偏移的加工被描述如下，使用圖38中所述之系統命名法。將每一個雷射點位置3814(示為11個)線性地沿著該抖動列3810對齊而不顧該雷射光束的速度，當其相對於該光束軌跡3812移動時。

i.標記轉化

如在此處公開的示例實例中一樣，將抖動的光束界定為正抖動在該檢流計X軸中，並隨後被旋轉到該修正方向中以保持該抖動的光束垂直於該光束軌跡3812。將該AOD子系統1042校準以匹配在該掃描場中心內的該檢流計XY座標構架。該下列方程研究了該抖動旋轉矩陣。除非另行指出，用於角度的慣例是正的逆時針(CCW)，具有沿著該+X檢流計軸的零值。

ii.AOD旋轉和轉換組件

可使用下列方程計算該最終AOD命令：

AODcmd=TMframe*TMfield*Rdither*Dither，

或

AODcmd=TMaod*Dither，

其中：

AODcmd=到它們各自RF驅動器的AOD RF頻率命令(2-元件向量)；

TMframe=將AOD XY命令轉化到該AOD座標構架的非正交轉換矩陣，如在該AOD校準部分所界定的一樣；

TMfield=本地掃描場失真修正，在該檢流計XY構架(4-元件矩陣)中；

Rdither=將矩陣旋轉以將該抖動向量相對於該光束軌跡3812(4-元件矩陣)來定向；

Dither=裝載在FPGA 1028中的抖動(或光柵)表；和

TMaod=完整AOD命令轉換矩陣，形成自該上述元件-將該矩陣的元件轉換成該FPGA 1028，替換該Kw0，Kw1項。

使用該TMfield修正項(兩軸縮放和旋轉)以考慮本地掃描場失真。這可被使用因為該AOD 1020、1022正操作而沒有任意掃描場校準修正。該轉換可能源自該檢流計校準資料。該矩陣的元件是

其中：

SFx=X-軸縮放(標稱的1.0)；

SFy=Y-軸縮放；

Ryx=該Y軸到該X軸(rad)中的旋轉；和

Rxy=該X軸到該Y軸中的旋轉。

iii.Rdither起源

該抖動的光束具有同軸和交叉軸的分量，具有幅值(在一個抖動週期上)為：

DitherCA=Width，

DitherOA=Vel*Taod*(Nd-1)。

注意到該OA抖動分量“向後”相對於該光束軌跡3812移動該抖動的光束使得在每一個抖動列中的所有點的同軸位置保持固定(如，該雷射點位置3814沿著圖38中的抖動列3810保持固定)。因而，該OA抖動分量基於該速度向量以保持每一個抖動列垂直於該光束軌跡3812。該OA和CA抖動分量合併以形成以相對於該+X檢流計軸的抖動角度的“抖動向量”。如圖38中所示，該OA和CA抖動分量界定了速度補償角度θ_vel為：

θ_vel=atan(DitherOA/DitherCA)。

該抖動向量定向包括該速度補償角度θ_vel，加上該軌跡角度θ_traj和90°旋轉(即，該90°被描述在該光束軌跡3812和圖38中OA抖動分量DitherCA之間)：

θ_dither=θ_vel+θ_traj+θ/2。

因而，該抖動角度θ_dither是相對於該檢流計XY構架的整個抖動向量角度。隨後藉由該角度θ_aod將該抖動向量對齊於該AOD構架，其可能被根據該光學序列佈局相對於該檢流計XY構架來旋轉。

在加工期間，即時更新該軌跡角度(θ_traj)(作為該光束軌跡速度分量Vx和Vy的函數)，而該AOD角度(θ_aod)在校準後固定。對於該即時更新(1μsec更新)，可最小化三角法的計算。這可藉由使用三角恒等式來實現：如，sin(atan(y/x))=y/sqrt(x²+y²)。

可藉由該DSP 1026使用該下列變數以計算抖動方向：

ditherRange=當前抖動表(μm)的整個範圍；

Kw=用於該抖動表以創建該所需抖動寬度的縮放因數(這可被內插用於錐形分段)；

Nd=在當前抖動表中的抖動點數量(對於每一個分段固定)；

Taod=抖動表更新速率(μsec)；

Vx，Vy=在原始檢流計XY座標(m/sec)中的光束軌跡3812的X和Y分量；和

Vel=sqrt(Vx²+Vy²)=速度向量幅值。

隨後該三角恒等式允許該Rdither旋轉矩陣的正弦和餘弦項將被計算藉由

//在縮放後標稱的交叉軸抖動寬度

DitherCA=ditherRange*Kw(μm)；

//在一個抖動列期間用以保持抖動點對齊的所需的同軸增量

DitherOA=Vel*Taod*(Nd-1)；

//根據速度補償的全抖動向量的幅值(OA，CA的向量總和)

ditherMag=sqrt(DitherOA^2+DitherCA^2);

//避免由零的結果進行劃分；預設為恒等式矩陣

ifabs(Vel*ditherMag)<1e-6

cosThetaDither=1；

sinThetaDither=0；

else

cosThetaDither=-(Vy*DitherCA+Vx*DitherOA)/(Vel*DitherMag)；

sinThetaDither=(Vx*DitherCA-Vy*DitherOA)/(Vel*DitherMag)；

end。

iv.縮放和TMaod計算

可調整該抖動向量的幅值以考慮在該修正速度的抖動向量中的額外的斜邊長度。因而，

KwCorr=Kw*DitherMag/DitherCA=DitherMag/DitherRange。

該最後的轉換矩陣隨後由該矩陣積給定

該前面的兩項(TMframe，TMfield)可在該SCC 1010中預先計算並在被傳送在該“TMdither”轉換矩陣中：

可即時計算該後面的兩項(Rdither，KwCorr)，基於該速度向量和內插的Kw。注意Rdither和KwCorr都包含該RditherMag項，且該乘積Rdither*KwCorr導致RditherMag被取消-避免在該DSP 1026中的耗費成本的sqrt()的計算。如果我們界定了

cosThetaRditherCorr=-(Vy*DitherCA+Vx*DitherOA)/(Vel*RditherRange)；

sinThetaRditherCorr=(Vx*DitherCA-Vy*DitherOA)/(Vel*RditherRange)；

或，可替換地(避免DitherOA和DitherCA的計算)，

cosThetaRditherCorr=-(Vy*Kw/Vel+Vx*(Nd-1)*Taod/RditherRange)；

sinThetaRditherCorr=(Vx*Kw/Vel-Vy*(Nd-1)*Taod/RditherRange)；

則

隨後將該TMaod的四個元件傳送到該FPGA 1028，其將RF信號頻率更新計算為

其中抖動X和抖動Y是在該AOD抖動表中的入口。光柵計算按照相同的處理。如上所述，按照慣例該RditherY入口在向量或刮削模式中為零；藉由該RditherMap填充RditherX來生成該抖動入口。

在該TMframe矩陣中的這些項是常數並能被預先計算和存入該DSP 1026。將在該TMfield矩陣中的這些項從該檢流計校準資料中提出。將該轉換用於該檢流計XY構架，因為該TMframe旋轉可能較大(對於較大旋轉角度而言，旋轉是不可交換的)。

v.附加的校準TMaod計算

某些實例包括了在抖動期間的TMaod的計算，其考慮了對該軌跡命令的校準修正的效果。在上述展現的推導中，假定了理想的(工件表面)速度。然而，在某些實例中，將掃描場失真修正用於該軌跡命令，在將它們傳送到該DSP 1026之前。這些修正修改了該軌跡速度，如由該DSP 1026所計算的一樣。這創建了在該抖動向量速度角度計算中的最小誤差，其可能導致數微米的誤差。為了避免進一步的修正，可見本地場失真修正嵌入該TMdither矩陣。

首先，重新界定形成了旋轉和縮放該抖動向量的轉換矩陣的這些項：

其中將交叉軸和同軸抖動角度係數界定為

Kca=Kw/VelIdeal，和

Koa=Taod*(Ndither-1)/ditherRange。

能藉由基於加工分段參數的該SCC對Kca和Koa二者進行計算，使用在理想座標中的軌跡速度。

該公式化的表述展現了各種實施方式選擇。在一實例中，在加工分段上將Kw的值保持固定，並將單常數TMdither轉換從該SCC 1010傳送到該DSP 1026。保持Kw固定可能是在某些實例中的可容忍的限制，因為可藉由短的分段序列來創建錐形的線，每一個分段具有固定的Kw值。在另一實例中，將用於TMdither的項擴展以創建兩個轉換：一個常數，和一個由Kw進行縮放。該DSP 1026隨後能夠更新在該加工分段中的TMdither：

TMdither=TMdither1+Kw*TMdither2。

隨後在加工分段上能夠內插Kw的值以創建錐形線寬。這意味著由該DSP 1026進行的更多計算，和從該SCC 1010到DSP 1026傳送的更多資料。該權衡是提供較短和更精確寬度轉換的能力。

由該FPGA 1028產生該最終的抖動命令：

但是按照慣例，僅僅該DitherX分量在該FPGA抖動表中是非零的。因而在抖動期間僅僅需要該TMaod的第一行：

基於在該先前部分中的方程，該行給定為

然而，在該DSP 1026中可獲得的光束軌跡資料是在原始檢流計中，而不是理想的座標。由掃描場失真所修改的該光束軌跡速度向量的角度和幅值，使該抖動向量失真。為了正確地計算在理想座標中的抖動向量，可根據某些實例將該本地掃描場失真(由TMfield描述)從該速度向量處移除，在計算該抖動向量之前：

該慣例允許在理想座標中計算該抖動向量，隨後被轉換到原始AOD座標中。該過程使用了三種轉換：TMfield(原始檢流計到理想的)，TMfield(理想的到原始檢流計)，和TMframe(原始檢流計到原始AOD)。隨後將TMaod的第一行給定為

藉由該SCC 1010為每一個分段計算該TMdither矩陣，並將其傳送到該DSP 1026用於基於VxRaw和VyRaw即時值的加工。這隨後簡化了DSP加工，因為這些抖動轉換項在該SCC 1010上被預先計算。

從該DSP傳輸到該FPGA 1028的整個TMaod矩陣隨後將是

TMaod的這種形式僅僅用於抖動的特殊。對於光柵加工，一般使用整個TMaod矩陣。

vi.抖動方向控制

可使用抖動的方向(相對於該速度軌跡)，如，在刮削期間，當一致性地加工較大的燒蝕面積時。經驗顯示出，相對於殘屑輔助氣流的雷射加工方向能夠顯著地影響加工結果。一般地，加工“到風中”優選用來避免與該殘屑羽煙的相互作用。

給定上述方程，可藉由改變在該TMdither方程中的Kca的標記來簡單地改變抖動方向，其有效地翻轉該交叉軸的抖動動作。可以該SCC等級實施這些，基於該刮削通路的速度軌跡。注意一般地將刮削通路安排在一個角度方向中的有規律分佈的列內，其使能相對於該殘屑輔助氣流的抖動方向的簡單控制。

4.抖動列注量控制

在某些實例中，在抖動期間的注量控制的實施方式在每一個抖動列保持固定的劑量。這允許在加工分段的末端將劑量斜降，而保持在該線的寬度上的劑量一致性。這可能有用於，例如，具有寬抖動線的快速劑量斜坡。

圖52用圖描述了根據一實例的抖動列注量控制。該頂部圖5210示出了分佈在兩個加工分段(示為分段N和分段N+1，由虛線5214分開)的一系列抖動列5212(顯示了六個)。第二個圖5216示出了每一個抖動列5212的同軸(OA)抖動命令5217。第三個圖5218示出了每一個抖動列5212的交叉軸(CA)抖動命令5220。注意該OA抖動分量具有可忽略的斜坡，保持該抖動相對於該工件穩定，當該主要光束軌跡以固定速度移動時。該底部圖5222示出了該理想的注量命令5224和實際注量命令5226。注意在該第二加工分段(該虛線5214的左邊)中，該注量斜降(如，用來形成一個交叉路段)。將該持續注量的斜坡轉化成一系列的注量步驟，具有為每一個抖動列保持固定的注量。藉由在該抖動列中心處的注量斜坡值給定每一個抖動列的注量等級。

也要注意的是，該抖動列5212的同軸位置未與這些加工分段的起點和終點對直，具有等於Taod*Vel*(Ndither-1)/2的偏差。這保持了廣義的加工分段概念，使得能夠在任意方向加工該任意分段。能夠緩解由該較小偏差所產生的任意加工製品，藉由減少在該特定分段中的速度以減少抖動列間隔。

這裏描述了保持注量每一個抖動列固定的方式。如果允許抖動寬度在加工分段內改變時，可使用相同的方式。

5.TMaod限制

在某些實例中，將該TMaod入口的幅值限制為<2。這可在下列推導中看得到：

|cosThDitherCorr|=(Vy/Vel*DitherCA+Vx/Vel*DitherOA)/DitherRange，

或

cosThDitherCorr|=sinThVel*DitherCA/DitherRange+cosThVel*DitherOA/DitherRange。

為了保持點重疊，抖動表入口的間隔小於～0.35*Deff。相同地，將分段速度限制使得該抖動列(ditherOA)之間的間隔小於～0.35*Deff。這確保了DitherOA/DitherRange<=1，即使對於最差的抖動情況(Nd=2)。藉由限定，DitherCA/DitherRange=Kw<=1。因此|cosThDitherCorr|的最大值發生在這些項的每一者=1時，和

|cosThDitherCorr|=sinThVel+cosThVel，

其具有在ThVel=45 deg處的最大值1.414。相同的限制用於|sinThDitherCorr|。

TMfield的這些項可能具有稍微大於1(如，可能達到1.2)的幅值，因為掃描透鏡失真本地縮放因數。非正交性可創建在TMframe中的項達到～1.1。因而所有TMaod項的幅值<2。

為了確保該限制，該抖動圖將這些抖動表的點正確分離出來(隨DitherRange增長來增加Nd)，且將分段速度限制為約束|DitherOA|。

注意，在TMaod中的縮放可能大於1，但這不意味著在點重疊內的改變，因為在TMaod中的該縮放項補償其他縮放結果。例如，該抖動向量的較長斜邊(因為速度補償，見圖38)出現以減少點重疊，但是當實際將這些點用於該工件表面時，該速度結果將它們排成直線且該幾何形狀回歸正常。相同演算法用於本地透鏡失真縮放(TMfield項>1正常化本地透鏡縮放<1)。因而，該抖動圖能夠指出標稱的點間隔而不考慮TMaod縮放結果。

6.向量加工概述

在某些實例中，可如下概述在向量模式中的加工。對於應用中的每一者加工分段按照該下列步驟。圖48(討論如下)描述了採用用來將向量加工分段資料轉換成到該FPGA 1028的命令的該加工流程。技術人員將從此處公開內容處認識到，可以不同順序來實施該下列步驟中的某些步驟。

步驟1：該SCC 1010使用下列規則將該應用分割成獨立的加工分段：獨立分段為圓弧所需；所有分段小於maxSegmentLength(～1 mm，用於校準)；且以大於12.5μsec對所有分段加工(對於該特定實例，加工支援每分段遭受12.5μsec的更新速率，其將支援以2m/sec的25μm的最小分段長度；當然，其他實例可使用不同的更新速率)。

步驟2：該SCC 1010使用該加工圖和該溝槽幾何形狀(寬度，深度)以確定該所需的加工參數(GridWidth和Fluence)。

步驟3：該SCC 1010使用該抖動圖以確定對應於所需網格寬度的抖動表參數(Nd，Kw)。注意Nd對於每一個分段保存固定而可能在轉換分段上將Kw進行內插。

步驟4：該SCC 1010使用了該抖動圖以確定對應於Nd的抖動表參數tableAddress和tableLength。

步驟5：該SCC 1010使用了該抖動圖以計算EffectiveWidth。由於可對Kw進行內插，也可在轉換分段上對EffectiveWidth進行內插。

步驟6：該SCC 1010計算Dosage=Fluence*EffectiveWidth。可在轉換分段上對其進行內插。

步驟7：該SCC 1010基於該分段圓弧半徑(如果需要)計算Kb。

步驟8：該SCC 1010基於下列限制的一個或多個來指定分段速度(在該分段上保持固定)：a.雷射功率限制速度，基於該功率圖和該所需的劑量；b.根據該所需網格寬度、AOD場大小和第三級濾波器暫態幅值的AOD速度限制；c.根據在抖動列之間的最大間隔(=Taod*(Nd-1)*Vel)的AOD速度限制，其可能<0.35*Deff；和e.分段可能具有較低速度，如果需要用來滿足在步驟1中提出的最小分段時間需求。

步驟9：該SCC 1010將該加工和位置分佈資料傳送到該DSP 1026。(在本實例中不使用該形狀參數Ks)。從該SCC 1010傳送到該DSP 1026的資料包括分段終點XY座標，分段圓弧中心XY座標和半徑，多個軌跡樣本(～速度)，dither tableAddress，dither tableLength，Dosage，Kw，和Kb。

步驟10：該DSP 1026計算了中心線位置資料(Xc，Yc)，以Tcmd的更新週期，並使用該第三級濾波器來加工該資料。

步驟11：該DSP 1026計算了新抖動(Kw)和加工(Kp，Kb)參數，每一個抖動列一次(每Nd*Taod秒)，如果需要進行內插(在轉換分段中)。

步驟12：該DSP 1026基於軌跡角度和速度計算了該TMaod轉換組件。

步驟13：該DSP 1026將該低等級命令發給該FPGA 1028以控制AOD操作。由於該DSP 1026和FPGA 1028以不同更新週期(Tdsp vs. Taod)操作，每一個DSP週期傳送充足資料以允許該FPGA 1028來加工達到下一個Tdsp秒(即，整個Tdsp/Tcmd資料集)。

B.光柵加工

光柵加工類似於向量加工，除了2D光柵表用於AOD控制，而不是用在向量加工中的1D表。

在一實例中，與向量加工一起同軸地實施光柵加工，其避免了再次訪問光柵位置的時間浪費和最小化向量寫操作和交叉點加工之間的消耗時間以最小化雷射光束徘徊結果。另外，該大的場掃描透鏡失真特性的檢查指出大的光柵圖案(如，200μm寬)可能具有使用的PGC縮放和旋轉修正，特別是如果藉由溝槽對它們進行交叉時。

根據一實例的該LDA系統，藉由使用對於光柵和向量加工而言相同的硬體結構來混合向量和光柵加工。由於為每一個加工分段指定了唯一的抖動表，將光柵操作無縫地結合進作為另一表的加工流程中。

一般地將該標稱的光束位置的速度在光柵加工期間設置為零。另外，如果加工了較大的光柵區域(消耗了該AOD範圍的大部分)，允許該第三級濾波器被安排用來最小化該增加的AOD第三級偏轉。一般地，在某些實例中，這是依據0.25毫秒的順序。

可將縮放/旋轉修正提供作為一組PGC項，如先前抖動旋轉討論中描述的一樣。對於光柵加工，該Rdither矩陣包括在該檢流計XY座標構架中的光柵圖案的旋轉，且由該SCC 1010為每一個光柵圖案進行傳送(而不是由該DSP 1026基於軌跡速度進行計算)。該旋轉可能將交叉點光柵圖案相對於用於正確交叉點格式的周圍軌跡進行定向。

為了考慮掃描場失真，該SCC 1010也識別了PGC修正，基於光柵的XY掃描場位置和該檢流計校準資料。在某些實例中，這在該光柵區域上修正了在X/Y誤差中達到5-6%的誤差。這可能是在光柵加工期間的未修正誤差。注意在向量加工中，明確地將掃描場校準用於分段終點；在短距離(～1mm)上的終點之間的非線性誤差較小。

1.光柵加工概述

可如下概括光柵模式中的加工。可為應用中的每一個加工分段採取下列步驟，圖49(討論如下)概括了用於將光柵加工分段資料轉換成到該FPGA 1028的命令的該加工流程。技術人員應從此處公開的內容處認識到，可以不同順序來實施該下列步驟中的某些步驟。

步驟1：該SCC 1010在該應用的“轉換”期間計算光柵圖案並使用一些單獨圖案來構建光柵表。在一些情況中，單個光柵“位置”可由數個較小光柵圖案(如，圓焊盤+在各個角度處的“標籤”)構成。能夠將這些併入較大的圖案，或分別進行加工。注意在應用過程中在不同的旋轉角度處，可使用一些光柵圖案數次。

步驟2：該SCC 1010識別用於所有光柵圖案的旋轉角度，如在CAD(電腦輔助設計，用於該特定應用)座標。

步驟3：該SCC 1010將光柵表資料下載到該FPGA 1028，在該應用啟動之前。

步驟4：該SCC 1010為每一個光柵位置創建了TMdither轉換。該 PGC對應於發送到該FPGA 1028的TMaod轉換。該TMdither轉換包括，在CAD座標中的光柵位置，該工件對齊的旋轉，該本地掃描場失真PGC，和由該用戶選擇地指定的附加縮放調整。

步驟5：該SCC 1010形成了光柵加工分段，使用零速度用於該光柵的持續時間。如果該用戶指定了該光柵的重複率(如，用於更好的加工控制)，可將多個分段鏈結在一起。

步驟6：該SCC 1010可包括引導和拖尾的零速度分段，具有安排時間期間用來允許該第三級濾波器安排，阻止大的光柵圖案的過量AOD偏移。

步驟7：該SCC 1010基於該指定的光柵深度和該加工圖來計算該所需注量。

步驟8：該SCC 1010基於該光柵焊點間距和該可選的Kw縮放調整因數來計算標稱的功率。

步驟9：該SCC 1010將光柵參數發送到該DSP 1026。注意該DSP 1026可能將“劑量”解釋為用於光柵分段的“功率”，將其幾何縮放併入該PGC項而不是Kw項，且不使用該斜坡。“光柵模式”識別可用於將其標記為不同的資料結構。從該SCC 1010發送到該DSP的該光柵參數可包括分段終點XY座標(對於零速度是相等的)，分段圓弧中心XY座標和半徑(未使用)，軌跡樣本的數量(～光柵時間)，raster tableAddress，raster tableLength，功率(替換於劑量)，和TMdither(場失真&光柵角度)。

步驟10：該DSP 1026將上述光柵參數發送到該FPGA 1028用於加工。由於該光柵看起來像抖動，將不需要設置任意特殊模式。

2.平鋪的光柵加工

光柵加工的變化可用於某些情況中。圖39用圖描述了根據一實例的平鋪光柵加工的實例。在圖39中，兩個焊盤3910、3912靠近在一起並由短的軌跡3914來連接。該整個區域對於單個光柵圖案來說太大，且該焊盤3910、3912可緊鄰在一起分佈用於典型的焊盤-軌跡-焊盤加工序列。可刮削該區域，儘管由於該加工區域的形狀該雷射占空因數將較低。

根據一實例的可替換方式是用來將該區域加工為兩個光柵圖案3916、3918，其被平鋪和重疊以提供在該兩個光柵區域3916、3918之間的轉換區域3920。可在該SCC 1010上界定該光柵圖案3916、3918按照：將任意的“滴塊”(即，具有任意形狀和/或尺寸的區域)分解為數個重疊的光柵區域3916、3918，具有等於該所需轉換長度3922(如，大約40-50μm)的重疊，和圍繞超出該轉換長度3922的每一滴塊的邊界；使用具有一致幅值的點網格填滿每一個區域；將FIR濾波器沿著每一個維應用於在該轉換區域3920中的斜降光柵幅值(如，類似該刮削濾波器)；在每一個光柵區域內，無需該滴塊區域之外的資料，其導致了良好界定的滴塊區域，具有在片之間的斜坡轉換區域；並在該合適位置處下載和執行每一個光柵圖案。

這可能對於能被包括在幾個光柵場內的較小滴塊有用，且可能快於圖39中的低密度圖案的刮削，因為僅僅該所需的點可被光柵(跳過所有空白區域)，且因為在AOD場之間僅僅作出幾個檢流計移動。

能夠重複重複性的圖案(採用合適的旋轉)，與每次新SkiveData的重新計算相反。當然，識別“等同圖案”可能困難。

C.刮削加工

刮削是將材料移出大區域(而不是薄的溝槽)的加工。以下概括的方式允許抖動拓寬線移動比使用這些標稱點更多的材料，當避免能夠源自使用這樣寬的線的“圖元化”結果。例如，圖40用圖描述了根據某些實例的由於寬線刮削的點陣化誤差。在圖40中，將加工的示例滴塊(左邊)包括使用足夠精細到能夠提供充足解析度的光束所加工的倒圓邊緣。使用用來加工該特徵(右邊)的寬光束導致了過分圖元化和不可接受的解析度損失。

在某些實例中，有用的是形成該刮削光束的側面和終端斜坡。這些“轉換斜坡”允許該相鄰刮削通路正確地重疊並產生在該工件上的統一注量(如，用於統一的深度控制)並用來將公差提供給光束位置誤差。另外，在該刮削光束的終端上的斜坡在該刮削區域將由溝槽交叉的情況中是需要的(再次，將一致性和公差提供給位置誤差)。

在一實例中，使用劑量和形狀控制來實施寬刮削光束的這樣的成形。然而，該寬線圖元化問題使得該方式困難，如果在加工期間將該線寬度保持固定。

在另一實例中，藉由加工“圖元的網格”來改變該寬抖動圖案，並將濾波器用於該網格以產生該所需的側面和終端斜坡。

圖41用圖描述了根據一實例的劃分成網格帶4102、4104、4106的刮削區域4100。當僅僅顯示了三個帶4102、4104、4106時，可使用附加帶以完成該整個刮削區域4100。將普通或任意的“滴塊”轉換成圖元網格4110，具有基於該基本點大小(如，需要>60%的重疊)的圖元4110之間的最小間隔。刮削物件可能具有一個延長的軸，其可對齊於該刮削光束軌跡(如，如在圖41的實例中的箭頭4112所指示的一樣，用於該第一格帶4102的從左到右)。

沿著該主要光束軌跡(該“同軸”)的網格間隔可能小於在該正交軸(“交叉軸”)內的所需間隔，基於速度，抖動點更新速率，和抖動點數量。建立該點網格使得該刮削的區域被精確地概括，特別是如果任意其他特徵將交叉該刮削區域時。因而該最後的點網格間隔基於該外形尺寸。同樣，根據某些實例，由於該抖動列執行時間被固定和量化(=Taod*Nd)，調整該刮削軌跡速度使得該整數的刮削抖動列正確地填入該刮削區域。

隨後將該網格劃分成獨立的通路(圖41示作為4102(帶1)、4104(帶2)和4106(帶3)，其用於描述性目的地示為由虛線所劃分)。在每一個通路期間，抖動該光束以創建所需寬度。一般地，這可能產生不可接受的圖元化誤差，如圖40所示。然而，如果能夠作為同軸位置的函數來裁減該抖動的圖案，能夠避免這樣的圖元化。

為了避免圖元化，將該網格圖案繼續載入該FPGA 1028 AOD控制器，具有由二元圖所指定的每一個“抖動列”。隨後對該圖案濾波以產生側面和終端斜坡。在圖42中示出了濾波後網格的結果。圖42用圖描述了根據一實例的刮削抖動點的未濾波網格(左邊)和相應的刮削抖動點的濾波後的網格(右邊)。圖43用圖描述了根據一實例對應於在圖41中的帶4102、4104、4106的第一個三個刮削光束的注量分佈。第一個圖4310示出了對應於第一個帶4102的注量分佈。第二個圖4312示出了對應於第二個帶4104的補充的注量分佈。第三個圖示出了對應於第三個帶4106的補充的注量分佈。第四個圖4316示出了對應於該帶4102、4104、4106的組合注量的注量分佈。

在某些實例中，抖動方向(相對於該刮削光束軌跡的交叉軸方向)基於該刮削光束軌跡的方向從一個帶到下一個的通路之間切換。例如，再次參照圖41，用於該第一帶4102的刮削光束軌跡4112是從左到右，用於該第二帶4104的刮削光束軌跡4114是從右到左，用於該第三帶4106的刮削光束軌跡4116再次從左到右。隨著該主要光束軌跡在每一個刮削通路之間翻轉方向，圖41描述了沿著每一個抖動列的抖動方向(如藉由箭頭4118、4120、4122指出的一樣)也改變方向。對於該第一通路，隨著該刮削光束軌跡4112從左到右移動，以第一抖動方向4118(如，從底部到頂部)加工在該第一帶4102中的每一個抖動列。對於該第二通路，隨著該刮削光束軌跡4114從右到左移動，以第二抖動方向4120(如，從頂部到底部)加工在該第二帶4104中的每一個抖動列。對於該第三通路，隨著該刮削光束軌跡4116再次從左到右移動，以該第一抖動方向4122(如，從底部到頂部)加工在該第三帶4106中的每一個抖動列。根據某些實例的基於該刮削通路的方向的抖動方向的切換，影響該刮削加工的控制和品質(如，其影響該刮削的深度)。在某些實例中，允許用戶選擇是否在該刮削期間翻轉或保持該抖動方向(如，基於該刮削通路的方向)。

以下概述概括了根據一實例的刮削過程。

該刮削列寬度的選擇用於優化的效率。如下討論兩個實例場景。

該第一個場景假設在刮削列之間移動之後無任何安排，如圖44和圖45中所述。圖44用圖描述了根據一實例的刮削實例。在圖44中，將多個刮削列4410、4412、4414、4416相互分開用於描述目的。然而，如相對於圖41和43的上述討論一樣，技術人員應從此處公開的內容理解到，這些刮削列4410、4412、4414、4416也可相互相鄰(或相互部分地重疊)。圖45用圖描述了根據一實例的刮削期間的光束命令。如加工每一個刮削列4410、4412、4414、4416一樣，該第三級AOD位置居中(在該第三級濾波器已經安排之後)，且該AOD子系統1042抖動在該中心的周圍，藉由±該列寬度的一半。隨著該光束定位器完成每一列並移到下一列，其創建了(因為第三級剖面)等於列寬度一半的在該AOD場中的附加偏轉(在該當前列和下一列之間分離該AOD偏轉)。因而在到下一列的跳躍之後的該最大AOD偏轉消耗了整個一列寬度。在該“未安排”方式中，儘管在到下一列的跳躍之後不需要任意的安排，選擇每一列的長度使得足夠長到能夠允許該第三級濾波器在該先前列跳躍之後進行安排。基於該選擇的刮削寬度，較短的列長度可仍舊使用附加的“安排分段”以提供該時間。注意，即使很好地將該刮削寬度設置在該最大AOD範圍之下，可設置該功率(並因而速度)以適應在其整個偏轉範圍上的最差情況的AOD效率，因而減少該方式的效率。

第二個場景允許使用該整個AOD寬度，但具有總是被插入以允許該第三級暫態在刮削列加工開始之前衰退的安排分段。這允許使用較寬的刮削寬度。當這可能藉由每列移動更多面積來增加刮削效率時，藉由增加刮削寬度的獲得的效率由在較寬偏轉範圍處的較低AOD效率所抵消(假設該系統允許功率作為AOD偏轉寬度的函數來增加)。

來自這兩個場景的刮削效率的模型在圖46中被描述，其是根據一實例描述材料移動速率(每秒的區域)vs.刮削列長度(刮削長度)和寬度(線間距)的圖。圖46中的圖假定了10μm的刮削深度和25μm的點大小。這指示出，對於用於該實例中的AOD，該“未安排”場景效率上接近該“安排”場景。這可隨不同的AOD設計而改變，該設計具有更高效或更寬的偏轉範圍，或用於不同刮削深度或標稱的點大小。注意該“未安排”情況操作在更限制的寬度範圍，因為在列之間的跳躍過程中的附加AOD偏轉。在本實例中，該最佳刮削列寬度大約是50μm。

圖47用圖描述了根據一實例的刮削列幾何形狀的側視圖。圖47描述了在濾波之前的刮削列寬度4710和在濾波之後的抖動寬度4712。濾波產生了傾斜的側壁4714(如，對於與相鄰刮削列或其他特徵的交叉)，在具有轉換寬度4716的轉換區域中。該傾斜度和該轉換寬度4716基於該濾波(如，CrossAxisTaps*焊點間距)。

1.刮削加工概括

可如下概括刮削模式中的加工。技術人員將從此處公開內容處認識到，可以不同順序來實施該下列步驟的某些步驟。圖50(如下討論)概括了將光柵加工分段資料轉換到該FPGA 1028的命令的該加工流程。

i.預加工步驟

步驟1：該SCC 1010識別出刮削區域，其可被替換為該應用文件中的單獨層。

步驟2：該SCC 1010將該刮削區域轉化成二進位點的網格，具有基於點大小的交叉軸間隔，和基於速度和抖動參數的同軸間隔。

步驟3：該SCC 1010將該刮削網格轉化成一組列。

可將列寬度優化(寬度vs.效率權衡)為圖46中所示。注意，刮削寬度因為創建了該斜邊的濾波而增長，因此該寬度優化計算可能將其考慮進去。邊緣轉換可能是大約40μm寬度(對於給定2μm位置誤差的5%深度誤差)；來自該未濾波標稱邊緣處的濾波邊緣的延伸等於該轉換長度的。

b.刮削抖動列間隔(在該同軸方向中)滿足最大間隔(點重疊>60%)、功率限制內的加工速度和每一個刮削分段內的整數個抖動列的需求。另外，該抖動列間隔可能相容於該所需同軸轉換長度和該指定的同軸矩形波串濾波器(如下所見)。由於矩形波串濾波器操作在整數個抖動列上，該抖動列間隔可提供在該轉換區域內的整數個列。如果必要，可輕微放大該轉換長度以允許該情況，因為已經匹配轉換長度的任意相應的交叉點。

步驟4：該SCC 1010指出矩形波串平均值(CrossAxisTaps和OnAxisTaps)的長度以創建在邊緣和終端上的所需斜坡。

a.CrossAxisTaps和OnAxisTaps為奇數(中點+周圍點的對)。

b.CrossAxisTaps和OnAxisTaps可能不同，基於該交叉軸間隔(抖動控制)和同軸間隔(由Nd*Taod*vel控制)。該轉換區域可能與用於交叉點的相同，如，大約40μm(對於2μm位置誤差的5%深度誤差)。

c.因為OnAxisTaps是取整的值，該抖動列的時序(藉由速度和/或Taod)可能需要被調整以滿足該終點位置和轉換斜坡寬度的需求。

步驟5：對於每一個刮削列，該SCC 1010創建了一組SkiveData字。

a.每一個SkiveData字表示了每抖動列的一組幅值點，具有設置為零的未加工點。

b.該SkiveData字的長度等於用於刮削的抖動表長度(達到32點)。

c.在SkiveData字的每一個終端，可設置“CrossAxisTaps”點以考慮該矩形波串濾波器的寬度，如圖47中所述。

d.將在該交叉軸中的雷射加工偏移，藉由“CrossAxisTaps”數量的抖動點(對著該抖動表的終端)。該刮削抖動表考慮了這種偏移。該刮削抖動表也包括了足夠的如上所述之零填充入口。

步驟6：該SCC 1010計算加工分段位置。沿著該同軸由“OnAxisTaps”數量的抖動列來偏移(延遲)每一個刮削列的實際雷射加工。該加工分段幾何形狀考慮了這種偏移。

步驟7：該SCC 1010使用了該加工圖和該溝槽幾何形狀(寬度，深度)以確定該所需加工參數(GridWidth和Fluence)。

步驟8：該SCC 1010使用了該抖動圖以確定對應於該所需GridWidth的抖動表參數(Nd，Kw)。

步驟9：該SCC 1010使用了該抖動圖以確定對應於Nd的抖動表參數tableAddress和tableLength。

步驟10：該SCC 1010使用了該抖動圖以計算EffectiveWidth。由於可能內插Kw，也可以在轉換分段上內插EffectiveWidth。

步驟11：該SCC 1010計算Dosage=Fluence*EffectiveWidth。可在轉換分段上對其內插。

步驟12：該SCC 1010使用了該功率圖以確定為該分段所允許的最大速度，基於該所需的劑量。分段可能具有較低的速度，如果需要滿足該最小分段時間需求時。在任意分段上將速度保持固定。

步驟13：該SCC 1010縮放該劑量藉由

Kskive=1/(CrossAxisTaps*OnAxisTaps)。

步驟14：該SCC 1010通知該DSP 1026進入刮削模式。該DSP 1026設置該FPGA 1028進入刮削模式。

ii.運行-時間加工

刮削加工期間的每一個分段按照下列步驟。

步驟1：該SCC 1010為每一個刮削列創建了加工分段，並將該下列資料傳送到該DSP 1026：分段終點XY座標；分段圓弧中心XY座標和半徑；軌跡樣本的數量(～速度)；刮削tableAddress；刮削tableLength；Dosage；Kw；SkiveData；OnAxisTaps；CrossAxisTaps；和刮削模式通知。

步驟2：該DSP 1026以向量模式加工來自該SCC 1010處的流資料，將該資料發送到該FPGA 1028。

步驟3：該FPGA 1028創建了抖動列向量，具有設置為該指定劑量的非零資料點。

步驟4：該FPGA 1028在該抖動列上執行交叉軸和同軸矩形波串平均濾波器，如下所示：

a.在該交叉軸資料上(每一個抖動列)在其到來時運行矩形波串濾波器。每一個點的每一個矩形波串濾波器是該點和該±(CrossAxisTaps-1)/2周圍點(具有在該向量終端處的零填充)的總和。不需要任何縮放(由Kskive預先縮放了劑量)。

b.對這些已濾波抖動列排隊。

c.從該佇列處加工該抖動列。採用同軸矩形波串濾波，藉由將每一個列與該周圍(OnAxisTaps-1)/2列(按需要的零填充開端和終端列)相加。再次，因為該Kskive預先縮放而不需要任何縮放。

步驟5：注意仍在使用角度和劑量參數(如在正常抖動中一樣)，但不是形狀或斜坡(矩形波串濾波器使用形狀；將刮削約束為直線，因此無斜坡)。

步驟6：調整同步以考慮來自該矩形波串濾波器處的延遲。

圖48是描述根據一實例的用於向量加工的AOD命令生成的方塊圖。如上所討論的一樣，該SCC 1010將應用分裂成獨立的加工分段，每一者具有相應的分段資料4810。使用材料表4812(如，見圖9)，該SCC 1010加工來自該分段資料4810處的溝槽的幾何形狀(如，深度和寬度)和來自加工圖4814的資料以確定如GridWidth和Fluence的加工參數。該SCC 1010使用抖動圖4816以加工該網格寬度來確定抖動表參數Nd和Kw。在某些實例中，為每一個分段將Nd保持固定但可在轉換分段上內插Kw。該SCC 1010隨後使用該抖動圖4816以確定對應於Nd的抖動表參數tableAddress和tableLength。該SCC 1010也使用該抖動圖以計算EffectiveWidth(Weff)。因為可能對Kw內插，也可在轉換分段上將EffectiveWidth內插。如圖48中所示，該SCC 1010計算Dosage=Fluence*EffectiveWidth。也可在轉換分段上對劑量內插。該抖動圖4816也將DitherRange提供給該DSP 1026。

該SCC 1010將該劑量提供給功率圖4818並指定分段速度MaxVel(在該分段上保持固定)。該分段速度MaxVel可能基於雷射功率限制速度和/或一個或多個AOD速度限制。雷射功率限制速度基於該功率圖4818和該計算的劑量。該AOD速度限制可能基於該所需網格寬度，該AOD場大小，和該第三級濾波器暫態幅值。另外，或在其他實例中，該AOD速度限制可能基於在抖動列之間的最大間隔(=Taod*(Nd-1)*Vel)，其根據某些實施方按為<0.35*Deff。在某些實例中，分段可能具有較低速度，如果需要用來滿足最小分段時間需求時。

SCC軌跡生成模組4820從該分段資料4810和該指定的分段速度MaxVel處接收XY光束座標。如果斜坡用於圓弧分段，該SCC軌跡生成模組4820基於該分段圓弧半徑來計算斜坡參數Kb。該SCC軌跡生成模組4820也生成分段軌跡資料(如，分段終點XY座標，分段圓弧中心XY座標和半徑，和多個軌跡樣本)。

該SCC 1010使用了該分段資料4810以生成修正掃描場失真和標稱的檢流計對齊的TMfield轉換4822。該SCC 1010也生成TMframe轉換4823以將該AOD座標構架對齊於該檢流計座標構架。如圖48中所示的一樣，該SCC 1010將該TMfield轉換4822和該TMframe轉換4823相乘以確定該TMdither轉換矩陣。

在該DSP 1026內，DSP軌跡生成模組4824使用該分段軌跡資料，DitherRange，和從該SCC 1010處接收到的Kw來計算中心線位置資料(Xc，Yc)，在Tcmd的更新時期處。儘管未在圖48中示出，在某些實例中該DSP 1026也使用第三級濾波器(參見，如圖22和51中的第三級濾波器2205)來加工該資料。該DSP軌跡生成模組4824輸出速度，AOD偏轉座標，和抖動向量比例/旋轉。將該AOD偏轉座標提供給該TMtert轉換4832，其輸出頻率偏差命令Fdev0和Fdev1。

該DSP 1026每抖動列(每Nd*Taod秒)計算一次新的抖動(Kw)和加工(Kp，Kb)參數。如果該分段是轉換分段，該DSP 1026使用內插4826以計算該新的抖動Kw參數。對於轉換分段，該DSP 1026也使用內插4828以確定劑量。如圖48中所示，該DSP 1026使用由該DSP軌跡生成模組4824所計算的劑量和速度來確定提供給Kpwr模組4830的工件表面功率。該Kpwr模組4830將該工件表面功率轉化成該規範化功率命令Kp。

如圖48中所示，該DSP 1026基於TMdither和抖動向量比例/旋轉計算該TMaod轉換組件，如上所述。

該DSP 1026將該低等級命令發送到該FPGA 1028以控制AOD操作。

圖49是描述根據一實例的用於光柵加工的AOD命令的生成的方塊圖。如上討論的一樣，該SCC 1010將應用分裂成獨立的加工分段，每一個分段具有相應的分段資料4810。該SCC 1010計算光柵圖案並在該應用的“轉換”期間使用一些單獨圖案建立光柵表。該分段資料4810包括用於該光柵圖案的光柵旋轉角度。每一個光柵分段具有零速度。

使用材料表4812，該SCC 1010加工來自該分段資料4810的光柵幾何形狀(如，深度和寬度)和來自該加工圖4814的資料以確定如RasterID(如，對應於網格寬度)和注量的加工參數。該SCC 1010使用抖動圖4816來加工該RasterID來確定抖動表參數Nd和Kw，與注量比例一起。如圖49中所示，用戶可選擇性地調整Kw。該SCC 1010也使用該抖動圖4816以確定對應於Nd的光柵表參數tableAddress和tableLength。如圖49中所示，該SCC 1010藉由將來自該材料表4812的注量乘以由該抖動圖4816所提供的注量比例以計算所需注量。

該SCC軌跡生成模組4820接收來自該分段資料4810處的XY光束座標。該SCC軌跡生成模組4820生成分段軌跡資料，其中其提供給該DSP軌跡生成模組4824。

如圖49中所示，該SCC使用該TMfield轉換4822，該TMframe轉換4823，來自該分段資料4810處的光柵旋轉資料，和來自該抖動圖4816處的Kw以計算該TMdither轉換矩陣。該TMdither轉換對應於發送到該FPGA 1028處的TMaod轉換。

如圖49中所示，該DSP 1026可將劑量解釋為用於光柵分段的“功率”。該Kpwr模組4830將該功率轉化成該規範化功率命令Kp。

該DSP軌跡生成模組4824輸出AOD偏轉座標。將該AOD偏轉座標提供給該TMtert轉換4832，其輸出頻率偏離命令Fdev0和Fdev1。

圖50是描述根據一實例的用於刮削加工的AOD命令生成的方塊圖。如上討論的一樣，該SCC 1010將應用分裂成獨立的加工分段，每一個分段具有相應的分段資料4810。在該實例中，該SCC 1010識別出刮削區域，其可被替換在應用文件內的獨立層中。該SCC 1010將每一個刮削區域轉化成二進位點的網格，具有基於點大小的交叉軸間隔，和基於速度和抖動參數的同軸間隔。如上討論的一樣，該SCC 1010將該刮削網格轉化成一組列。

使用該材料表4812，該SCC 1010加工來自該分段資料4810的溝槽幾何形狀(如，深度和寬度)和來自加工圖4814的資料以確定如GridWidth和Fluence的加工參數。該SCC 1010使用該抖動圖4816以加工該GridWidth用來確定抖動表參數Nd和Kw。在某些實例中，對於每一個分段將Nd保持固定但可在轉換分段上內插Kw。該SCC 1010隨後使用該抖動圖4816以確定對應於Nd的抖動表參數tableAddress和tableLength。該SCC 1010也使用該抖動圖以計算該EffectiveWidth(Weff)。因為可內插Kw，也可在轉換分段上內插EffectiveWidth。如圖50所示，該SCC 1010計算Dosage=Fluence*EffectiveWidth。也可在轉換分段上內插劑量。該抖動圖4816也將DitherRange提供給該DSP 1026。

該SCC 1010將該劑量提供給功率圖4818以確定該分段的最大速度MaxVel(在該分段上保持固定)。在某些實例中，如果需要滿足最小分段時間要求，分段可能具有較低的速度。

該SCC軌跡生成模組4820接收來自該分段資料4810的XY光束座標和該最大速度MaxVel。該SCC軌跡生成模組4820指出該矩形波串平均值(CrossAxisTaps和OnAxisTaps)的長度以創建在邊緣和終端上的所需斜坡。因而，在建立期間，該SCC軌跡生成模組4820將Skive Taps提供給該FPGA 1028。對應每一個刮削列，該SCC軌跡生成模組4820也創建了一組SkiveData字。該SCC軌跡生成模組4820生成了分段軌跡資料，其可包括加工分段位置。將每一個刮削列的實際雷射加工沿著該同軸由“OnAxisTaps”數量的抖動列來偏移(延遲)。該加工分段幾何形狀考慮了該偏移。

如上討論的一樣，該SCC 1010縮放該劑量，藉由Kskive=1/(CrossAxisTaps*OnAxisTaps)。

如圖50中所示，該SCC 1010將該TMfield轉換4822和該TMframe轉換4823相乘以確定該TMdither轉換矩陣。

在該DSP 1026內，該DSP軌跡生成模組4824使用該分段軌跡資料，DitherRange和從該SCC 1010處接收到的Kw以輸出速度，AOD偏轉座標和抖動向量比例/旋轉。將該AOD偏轉座標提供給該TMtert轉換4832，其輸出頻率偏差命令Fdev0和Fdev1。

如圖50中所示，該DSP 1026使用由該DSP軌跡生成模組4824所計算的劑量和速度來確定提供給Kpwr模組4830的工件表面功率。該Kpwr模組4830將該工件表面功率轉化成該規範化功率命令Kp。該DSP 1026如上討論的基於TMdither和抖動向量比例/旋轉來計算該TMaod轉換分量。

該DSP 1026將該低等級命令發送給該FPGA 1028以控制AOD操作。該FPGA 1028創建了抖動列向量，使用設置為該指定劑量的非零資料點。該FPGA 1028也在該抖動列上執行交叉軸和同軸矩形波串平均濾波器。

圖51是描述根據一實例的檢流計和AOD校準資料流程5100的方塊圖。在該檢流計和AOD校準資料流程5100中，該SCC 1010提供了SCC軌跡說明5110(如圖22中的示例光束分佈2210)，將XY分段座標(如，在工件表面座標中)比較於該掃描轉換2203。該掃描場轉換2203隨後將修正的XY分段座標(如，在原始檢流計座標中)提供給DSP軌跡生成單元4824，其計算被發送(如，在原始檢流計座標中)給該第三級濾波器2205的具體光束軌跡和抖動參數。如上所討論的一樣，該第三級濾波器2205將原始XY檢流計控制命令(如，在原始檢流計座標中)提供給檢流計控制器5114。該第三級濾波器2205也將XY AOD命令(給到可能是在原始檢流計座標中的增加的可選XY檢流計誤差修正項)提供給該TMtert轉換4832。隨後將來自該TMtert轉換4832的輸出(如，類似ch0和ch1 AOD命令)提供給產生了該最終的AOD RF命令的FPGA 1028。

該SCC 1010也將旋轉轉換TMframe 5118與本地掃描場失真修正TMfield 4822合併以產生TMdither轉換矩陣。隨後將該TMdither轉換矩陣合併於抖動旋轉/縮放轉換5122(如，Rdither和KwCorr)以產生該AOD命令轉換矩陣TMaod轉換，其被提供給該FPGA 1028。該SCC 1010也使用SCC抖動資料5124(如，在工件表面座標中)以產生縮放因數MHzPerμM，其可被包括作為在該抖動(或光柵)表1110中的預先載入資料。該FPGA 1028將來自該抖動表1110的資料合併該TMoad轉換以產生抖動和光柵資料，其中該FPGA 1028合併來自該TMtert轉換4832處的AOD命令以產生該AOD RF命令。

熟諳技術人士應當理解的是，可對上述實例的細節進行許多變化而不背離本發明的根本原理。因此應僅僅藉由下列申請專利範圍來確定本發明的範圍。

100．．．網格

110．．．加工點

112．．．箭頭

610．．．圓形焊盤

612．．．突出部

710．．．中心注量

712．．．中心注量

714．．．中心注量/曲線

800．．．加工校準測試矩陣

900．．．材料表

1000．．．AOD加工結構

1010．．．系統控制電腦(SCC)

1012．．．加工簇

1014．．．AOD前端板(AFEB)

1016．．．AOD驅動器

1018．．．AOD驅動器

1020．．．AOD

1022．．．第二AOD/AOD

1023．．．介面

1024．．．介面

1026．．．數位信號處理器(DSP)

1028．．．現場可編程閘陣列(FPGA)

1030．．．驅動信號

1032．．．驅動信號

1040．．．系統

1042．．．AOD子系統

1044．．．檢流計子系統

1046．．．雷射源

1048．．．加工光束

1049．．．第一階光束

1050．．．AOD偏轉角度

1051．．．零階光束

1052．．．光束收集器

1054．．．固定鏡

1056．．．掃描透鏡

1058．．．雷射光束點

1060．．．工件

1061．．．聚焦的雷射光束

1062．．．加工軌跡

1064．．．溝槽

1066．．．第一檢流計鏡

1067．．．第二檢流計鏡

1068．．．系列聚焦雷射光束點/系列抖動雷射光束點

1070．．．系統

1072．．．繞射光學元件(DOE)

1074．．．光學元件

1076．．．中繼透鏡

1080．．．系統

1082．．．光束

1084．．．間距

1110．．．抖動表

1112．．．成形表

1113．．．成形表

1114．．．線性化表

1115．．．線性化表

1116．．．等待時間調整

1210．．．寫入

1212．．．設置

1214．．．開始資料加工

1216．．．在下一個5 μsec DSP中斷

1218．．．虛線

1220．．．裝載

1310．．．寬的圓弧

1510．．．增加的過渡分段

2200．．．第三級剖面子系統

2203．．．掃描場校準轉換

2204．．．仿形濾波器

2205．．．第三級濾波器

2206．．．延遲元件

2208．．．減法器

2210．．．光束分佈

2212．．．位置分佈

2213．．．放大部分

2214．．．示例(可以刪掉)AOD位置命令分佈

2216．．．命令的位置

2218．．．實際位置

2300．．．AOD校準圖案

2310．．．AOD構架旋轉

2312．．．檢流計構架

2314．．．瞄準線光柵圖案/圖案

2316．．．放大(和旋轉)版本

2318．．．瞄準線光柵圖案/獨立圖案

2320．．．零位移瞄準線/中央瞄準線

2322．．．AOD瞄準線/瞄準線

2510．．．ch0線性化表

2512．．．線性化表

2514．．．ch1 RF信號幅值命令

3100．．．功率校準資料流程/功率控制資料流程

3210．．．速度分佈

3212．．．速度變化

3214．．．第二速度變化

3216．．．第三級濾波器的超調

3308．．．隨機速度序列

3310．．．AOD偏移

3810．．．抖動列

3812．．．光束軌跡

3814．．．雷射點位置

3910．．．焊盤

3912．．．焊盤

3914．．．軌跡

3916．．．光柵圖案

3918．．．光柵圖案

3920．．．轉換區域

3922．．．轉換長度

4100．．．刮削區域

4102．．．網格帶

4104．．．網格帶

4106．．．網格帶

4110．．．圖元

4112．．．箭頭/刮削光束軌跡

4114．．．刮削光束軌跡

4116．．．刮削光束軌跡

4118．．．箭頭/第一抖動方向

4120．．．箭頭/第二抖動方向

4122．．．箭頭/第一抖動方向

4310．．．第一個圖

4312．．．第二個圖

4314．．．第三個圖

4316．．．第四個圖

4410．．．刮削列

4412．．．刮削列

4414．．．刮削列

4416．．．刮削列

4710．．．刮削列寬度

4712．．．抖動寬度

4714．．．側壁

4716．．．轉換寬度

4810．．．分段資料

4812．．．材料表

4814．．．加工圖

4816．．．抖動圖

4818．．．功率圖

4820．．．SCC軌跡生成模組

4822．．．TMfield轉換

4823．．．TMframe轉換

4824．．．DSP軌跡生成模組

4826．．．內插

4828．．．內插

4830．．．Kpwr模組

4832．．．TMtert轉換

5110．．．SCC軌跡說明

5114．．．檢流計控制器

5118．．．旋轉轉換TMframe

5122．．．抖動旋轉/縮放轉換

5124．．．SCC抖動資料

5210．．．頂部圖

5212．．．系列抖動列

5214．．．虛線

5216．．．第二個圖

5217．．．同軸(OA)抖動命令

5218．．．第三個圖

5220．．．交叉軸(CA)抖動命令

5222．．．底部圖

5224．．．注量命令

5226．．．實際注量命令

從與對該附圖的標記一起繼續進行的優選實例的具體說明處來看，附加的方面和優點將是顯而易見的。

圖1是描述了加工點的網格的原理圖，其可藉由抖動運動光束或固定光柵圖案來生成。

圖2用圖表示了根據一實例作為相對網格寬度(由點直徑來規範化)和在該網格寬度上的抖動點的數量的函數的EffectiveWidth變化。

圖3用圖描述了根據一實例具有不同網格密度的兩交叉特徵的網格圖案。

圖4用圖描述了根據一實例的在幅值歸一化(未合併的)後的交叉特徵的模型化的注量。

圖5用圖描述了根據一實例的交叉特徵的合併注量。

圖6用圖描述了根據一實例的用於具有調整片的圓形焊盤的光柵網格(右)和注量分佈(左)。

圖7用圖描述了根據一實例的在變化寬度的溝槽上注量規範化的影響。

圖8描述了根據一實例的示例加工校準測試矩陣。

圖9描述了根據一實例的示例材料表。

圖10是根據一實例描述用於命令該AOD的簡化加工和資料流程結構的方塊圖。

圖10A是根據一實例包括用於抖動雷射光束的AOD子系統和檢流計子系統的系統的方塊圖。

圖10B是根據一實例用來光束成形的系統的方塊圖。

圖10C是根據一實例提供傾斜加工光束的系統的方塊圖。

圖11是根據一實例表示以FPGA實施的AOD控制資料流程的方塊圖。

圖12是根據一實例描述DSP和FPGA的示例同步的時序圖。

圖13是根據一實例描述使用滑坡的加工情況的原理圖。

圖14用圖描述了根據一實例的示例滑坡參數縮放。

圖15用圖描述了根據該示例抖動操作的示例XY光束位置。

圖16用圖描述了根據圖15中示例抖動操作的示例X和Y光束位置vs.時間。

圖17描述了圖15和16中示例抖動操作的示例光束位置和加工參數的表。

圖18用圖描述了在示例實例中的掃描場失真圖案，其中該LDA系統包括F/18 100 mm掃描場透鏡。

圖19用圖描述了根據示例實例的X和Y掃描場失真誤差vs.X和Y場位置。

圖20用圖描述了根據圖19中的示例實例的X和Y掃描場失真縮放因數和旋轉誤差vs.X和Y場位置。

圖21用圖描述了根據圖19和20中實例的光柵特徵的示例本地位置幾何形狀修正失真。

圖22用圖描述了根據一實例的第三級剖面子系統。

圖23用圖描述了根據一實例的AOD校準圖案。

圖24用圖描述了根據某實例的AOD校準角度。

圖25是描述了根據一實例用於功率控制的信號流的方塊圖。

圖26用圖描述了根據一實例的示例功率控制曲線。

圖27用圖描述了根據一實例的示例ch1 AOD功率線性曲線集。

圖28描述了根據一實例的用於ch0 AOD的示例曲線。

圖29是根據某實例的示例AOD效率曲線的圖形描述。

圖30是根據某實例的示例AOD效率增益的圖形描述。

圖31是描述根據一實例的功率校準資料流程的方塊圖。

圖32用圖描述了根據一實例的響應於速度變化的第三級濾波器。

圖33用圖描述了根據一實例的Monte-Carlo AOD暫態模擬。

圖34用圖描述了根據一實例的使用Taod=Tcmd=1 μsec的示例速度限制。

圖35用圖描述了根據一實例的AOD行程範圍vs.特徵寬度。

圖36用圖描述了根據一實例的與加工速度相關的雷射功率限制。

圖37用圖描述了根據某實例的示例點失真。

圖38用圖描述了根據一實例的垂直對齊於標稱光束軌跡的抖動列。

圖39用圖描述了根據一實例的平鋪光柵加工的實例。

圖40用圖描述了根據某實例的歸因於寬線刮削的點陣化誤差。

圖41用圖描述了根據一實例的劃分成網路帶的刮削區域。

圖42用圖描述了根據一實例的刮削抖動點的未濾波網格和對應的刮削抖動點的濾波網格。

圖43用圖描述了根據一實例對應於圖41中的帶的該第一個三個刮削光束的注量分佈。

圖44用圖描述了根據一實例的刮削實例。

圖45用圖描述了根據一實例的刮削期間的光束命令。

圖46是描述了根據一實例的材料移動速度vs.刮削列長度和寬度的圖。

圖47用圖描述了根據一實例的刮削列幾何形狀的側視圖。

圖48是描述根據一實例的用於向量加工的AOD命令生成的方塊圖。

圖49是描述根據一實例的用於光柵加工的AOD命令生成的方塊圖。

圖50是描述根據一實例的用於刮削加工的AOD命令生成的方塊圖。

圖51是描述根據一實例的檢流計和AOD校準資料流程5100的方塊圖。

圖52用圖描述了根據一實例的抖動列注量控制。

3810．．．抖動列

3812．．．光束軌跡

3814．．．雷射點位置

Claims

一種抖動雷射光束以獨立於沿著光束軌跡的變化加工速度形成工件內的一個或多個所需溝槽寬度的方法，該方法包括：使用第一定位系統，賦予沿著相對於該工件表面的光束軌跡的雷射光束路徑的第一相對運動；使用處理器，確定沿著複數個抖動列的雷射光束路徑的第二相對運動，該第二相對運動以相對於該光束軌跡的預定角度被疊加在該第一相對運動上，該第二相對運動的確定包括對在該加工速度之變化的補償以保持該複數個抖動列的每一者的預定角度；使用第二定位系統，賦予該雷射光束路徑的第二相對運動，其中該第二定位系統包括由射頻(RF)信號所驅動的聲學-光學偏轉器；在沿著該複數個抖動列的複數個點位置處將複數個雷射光束脈衝發射到該工件以拓寬由該預定角度所界定方向中的溝槽；和線性調頻該RF信號以使在該工件表面處的雷射點離焦。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該預定角度垂直於該光束軌跡。
如申請專利範圍第1項之方法，其中將該複數個雷射光束脈衝發射包括以固定速率發射，該方法進一步包括：選擇性地調整該加工速度以加工整數個抖動列來完成該溝槽。
如申請專利範圍第1項之方法，其中確定沿著該複數個抖動列的雷射光束路徑的第二相對運動包括：確定界定了沿著該第一定位系統的軸的抖動點位置的向量；和將該向量旋轉進入定向以定位沿著基本上垂直於該光束軌跡的抖動列的抖動點位置。
如申請專利範圍第4項之方法，其中該旋轉的向量包括：同軸向量分量，平行於該光束軌跡並基於沿著該光束軌跡的當前加工速度界定了沿著該抖動列的抖動點位置；交叉軸向量分量，垂直於該光束軌跡並對應於在該抖動點位置處的抖動列的寬度；和抖動角度，包括以下角度的總和：由該同軸向量分量和該交叉軸向量分量的組合所界定的速度補償角度，其中該速度補償角度隨著增長的加工速度而增長；在該光束軌跡和該第一定位系統的座標構架的軸之間的軌跡角度；及被選擇用來保持該抖動列基本上垂直於該光束軌跡的預定角度。
如申請專利範圍第4項之方法，其中相對於該第一定位系統的座標構架來旋轉該第二定位系統的座標構架，該方法進一步包括：將該旋轉向量對齊於該第二定位系統的座標構架。
如申請專利範圍第4項之方法，進一步包括：進一步旋轉該旋轉向量以修正掃描場失真。
一種雷射加工系統，包括：一第一定位系統，其賦予沿著相對於該工件表面的光束軌跡的雷射光束路徑的第一相對運動；一個或多個處理器，其確定沿著複數個抖動列的雷射光束路徑的第二相對運動，該第二相對運動以相對於該光束軌跡的預定角度被疊加在該第一相對運動上，以拓寬在該工件中的溝槽；至少部分地基於切割到該工件中的該溝槽的幾何形狀沿著該雷射光束路徑選擇性地改變加工速度，該第二相對運動的確定包括對沿著該光束軌跡的該加工速度之變化的補償以沿著該雷射軌跡相對於該雷射光束路徑的該第一相對運動保持該複數個抖動列的每一者的預定角度；一第二定位系統，其賦予該雷射光束路徑的第二相對運動；和一雷射源，其在沿著該複數個抖動列的複數個點位置處將複數個雷射光束脈衝發射到該工件以形成且拓寬由該預定角度所界定方向中對應該複數個抖動列的寬度的溝槽。
如申請專利範圍第8項之系統，其中該預定角度基本上垂直於該光束軌跡。
如申請專利範圍第8項之系統，其中該一個或多個處理器選擇性地調整該加工速度以加工整數個抖動列來完成該溝槽。
如申請專利範圍第8項之系統，其中該第一定位系統包括從包括一驅動檢流計鏡和一快速操縱反射鏡的組處所選擇的一個或多個光束定位器。
如申請專利範圍第8項之系統，其中該第二定位系統包括從包括一聲學-光學偏轉器和一電學-光學偏轉器的組處所選擇的一個或多個光束定位器。
如申請專利範圍第8項之系統，其中進一步配置該一個或多個處理器以選擇抖動點數量以將複數個抖動列的每一者包括進去，其中該選擇減少用來加工每一個抖動列的時間量，且其中在每一個抖動列中的抖動點數量基於對應於該各個抖動列的溝槽寬度。
如申請專利範圍第8項之系統，其中進一步配置該一個或多個處理器以調整該雷射源的功率以保持在該溝槽中心處的固定注量，其中該功率的調整考慮到對該加工速度的改變，且其中該功率的調整進一步考慮到對該溝槽寬度的改變。
如申請專利範圍第14項之系統，其中進一步配置該一個或多個處理器以調整該功率作為相對於圓弧分段的內半徑和外半徑的抖動點位置的函數。
一種用來抖動雷射光束以創建工件中溝槽的方法，該方法包括：使用第一定位系統，賦予沿著界定了相對於該工件表面的溝槽長度的光束軌跡的雷射光束路徑的第一相對運動；使用第二定位系統，賦予沿著複數個抖動列的雷射光束路徑的第二相對運動，該第二相對運動被疊加在該第一相對運動上以拓寬該溝槽，其中該溝槽的寬度是可變的；選擇抖動點數量以將該複數個抖動列的每一者包括進去，其中該選擇減少用來加工每一個抖動列的時間量，且其中在每一個抖動列中的抖動點數量係基於對應於該各個抖動列的溝槽寬度；和在對應於該複數個抖動列的每一者中的抖動點的複數個點位置處將複數個雷射光束脈衝發射到該工件。
如申請專利範圍第16項之方法，其中選擇該抖動點數量包括：確定有效點大小，包括在該工件的目標材料的所需深度處的未抖動溝槽的寬度；每一個雷射點選擇包括最大偏轉的咬合大小比率；和對於對應於所選擇的溝槽寬度的一個或多個抖動列，計算該抖動點數量作為該所選寬度，該有效點大小和該咬合大小比率的函數。
如申請專利範圍第17項之方法，其中計算該抖動點數量包括計算：Nd>=1+ceil((Width-Deff)/(Deff*BiteSizeRatio))，其中Nd是抖動點數量，ceil是最高限度函數，其取整下一個較高整數，Width是所選的溝槽寬度，Deff是確定的有效點大小，BiteSizeRatio是選擇的咬合大小比率。
如申請專利範圍第16項之方法，進一步包括：調整該雷射光束功率以保持在該溝槽中心處的固定注量，其中該功率調整考慮到對沿著該光束軌跡的雷射光束的速度的改變，和其中該功率調整進一步考慮到對該溝槽寬度的改變。
如申請專利範圍第16項之方法，其中在該溝槽的中心處的注量是用於由該複數個抖動列所界定的網格內的工件的劑量的函數，其中該劑量等於該功率除以該速度，其中每一個抖動列的有效寬度等於該抖動列中的點的數量乘以該抖動列中這些點之間的距離，且其中每一個抖動列的注量等於該劑量除以該各個抖動列的有效寬度。
如申請專利範圍第20項之方法，其中該溝槽包括圓弧分段，其中相對於該圓弧分段的內半徑的雷射光束的速度小於相對於該圓弧分段的外半徑的雷射光束的速度，該方法進一步包括：進一步調整該雷射光束的功率，作為相對於該圓弧分段的內半徑和外半徑的抖動點位置的函數。
如申請專利範圍第21項之方法，其中進一步調整該功率包括：減少沿著該圓弧分段的內半徑的功率以考慮減少的速度；和增加沿著該圓弧分段的外半徑的功率以考慮增加的速度。
一種使用雷射直接燒蝕系統以雷射加工在工件上的二維刮削區域的方法，該方法包括：生成在該刮削區域內的雷射點位元的網格，其中該網格內的雷射點位置之間的間隔係至少部分地基於雷射點大小和相鄰雷射點的所需重疊；將該網格劃分成對應於沿著光束軌跡的各個雷射光束路徑的通路的複數個帶，其中每一個帶包括沿著相對於該光束軌跡的抖動方向的複數個抖動列；使用第一定位系統，藉由沿著該光束軌跡的複數個帶連續地賦予該雷射光束路徑的第一相對運動；使用第二定位系統，賦予沿著每一個抖動列的抖動方向的雷射光束路徑的第二相對運動，其中該第二相對運動被疊加在該第一相對運動上；和沿著到該刮削區域內的雷射點位元的雷射光束路徑將複數個雷射光束脈衝發射到該工件。
如申請專利範圍第23項之方法，進一步包括：對該抖動列中每一者的資料濾波以傾斜沿著該網格的相鄰帶的側面的雷射點光強分佈以形成在該雷射光束的通路之間的重疊使得在該刮削區域內控制深度變化，其中基於該濾波資料選擇該複數個雷射光束脈衝的每一者的雷射點強度。
如申請專利範圍第24項之方法，其中該資料包括每個抖動列的幅值點的一組合。
如申請專利範圍第24項之方法，進一步包括：進一步對該資料濾波以傾斜在該各個帶的一個或多個終端處的雷射點光強分佈。
如申請專利範圍第26項之方法，其中該第一定位系統包括從包括驅動檢流計鏡和快速操縱反射鏡的組處所選擇的一個或多個光束定位器。
如申請專利範圍第26項之方法，其中該第二定位系統包括從包括聲學-光學偏轉器和電學-光學偏轉器的組處所選擇的一個或多個光束定位器。
如申請專利範圍第28項之方法，進一步包括：根據雷射點強度分佈來控制該聲學-光學偏轉器以調整該雷射光束脈衝的每一者的幅值。
如申請專利範圍第23項之方法，進一步包括：調整該光束軌跡的速度使得在該網格中的每一個帶包括整數個抖動列。
如申請專利範圍第23項之方法，其中在該光束軌跡的方向中的雷射點位置之間的同軸間隔係至少部分地基於加工速度及抖動參數。
如申請專利範圍第23項之方法，進一步包括：當該雷射光束路徑從該網格的第一個帶移到該網格的第二個帶時，將該抖動方向翻轉。
如申請專利範圍第23項之方法，進一步包括：改變在該網格的加工連續帶之間的光束軌跡的方向；和基於該光束軌跡的方向以選擇該抖動方向。