TWI699251B

TWI699251B - 加工裝置

Info

Publication number: TWI699251B
Application number: TW107141660A
Authority: TW
Inventors: 陳園迪; 徐尚聿; 鄭照翰; 蔡武融
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2020-07-21
Also published as: TW202019598A

Abstract

一種加工裝置，係包括：提供第一光束的雷射源、將部分該第一光束轉換為第二光束之波長轉換結構、以及用以反射該第二光束及/或該第一光束之反射組件，故本發明之加工裝置可選擇多種出光模式，而能以一道光束一次切穿複合材質之加工件。

Description

加工裝置

本發明係有關一種加工裝置，尤指一種雷射加工裝置。

近年來，輕便型可攜式(如手持、穿戴)行動裝置產業係蓬勃發展，且該行動裝置所採用之複合基板係朝耐高強度、耐環境變化的方向發展，故開發該複合式基板材之切割技術極為重要。

習知複合式基板材係具有多層複合材料，其於切割時，係採用單一波長之雷射作為入射光束，但由於各層材料之能階不同，故改質之能量密度係不相同，且吸收率也不相同，因而產生切割精度之問題，甚至無法切斷之問題。

如第1A圖所示，當利用單點聚焦光束進行加工一複合式基板材1時，由於單一光束無法穿透多層材料層，故需進行兩次切割製程(如切割移動路徑S1,S2)，即利用兩台雷射裝置之雷射光束1a,1b分別聚焦於上、下兩材料層(如玻璃層10與矽層11)之表面，以於雷射之燒灼加工後於各材料層內部形成應力集中點而產生形成微裂紋k，再施加外力以進行裂片動作，使該複合式基板材1於裂片時係沿此處斷裂。

然而，由於光學上之限制，兩雷射光束1a,1b之焦點對位困難，故該應力集中區難以位在同一線狀切割面a,b(如虛線所示)上，導致該切割面a,b平整度不佳。

如第1B圖所示，該複合式基板材1之切割作業亦可透過光路設計，朝同一側同時射入第一道與第二道雷射光束1a,1b(如藉由反射鏡1c)，以分別聚焦於該玻璃層10與該矽層11之表面，使該玻璃層10與該矽層11之表面均形成微裂紋k，再進行裂片動作(為了示意第1B圖之兩微裂紋k來自於兩道雷射光束，而將兩微裂紋k分開繪示，但事實上，第1B圖之兩微裂紋k係位於同一直線路徑上)。

惟，第1B圖所示之切割方法會造成切割面品質(Chipping)不佳，且不適用於異形切割(shape cutting)。

因此，如何克服上述習知技術之種種問題，實已成為目前業界亟待克服之難題。

鑑於上述習知技術之種種缺失，本發明係揭露一種加工裝置，係包括：雷射源，係提供具有第一波長之第一光束；波長轉換結構，係配置於該雷射源之第一光束之傳遞路徑上，以將該第一光束之其中一部分轉換成具有第二波長之第二光束，使該第一光束之另一部分離開該波長轉換結構後之傳遞路徑係作為延伸路徑，且該第二光束離開該波長轉換結構後之傳遞路徑係與該延伸路徑同方向；以及反射組件，係配置於該延伸路徑上，以反射該第二光束及/或該第一光束。

前述之加工裝置中，該雷射源係為超快雷射型。

前述之加工裝置中，該第一光束之第一波長係為500至1100奈米。

前述之加工裝置中，該第二光束之第二波長係為1300至4000奈米。

前述之加工裝置中，該第一光束之能量係為0.1至100瓦。

前述之加工裝置中，該第二光束之能量係為0.05至20瓦。

前述之加工裝置中，該第一與第二光束之脈衝寬度係小於20皮秒。

前述之加工裝置中，該第一與第二光束之重複頻率係介於1000赫茲至50百萬赫茲之間。

前述之加工裝置中，該波長轉換結構係為鈮酸鋰晶體、週期性鈮酸鋰晶體、磷酸鈦氧鉀晶體、週期性磷酸鈦氧鉀晶體、偏硼酸鋰晶體、週期性偏硼酸鋰晶體、偏硼酸鋇晶體或週期性偏硼酸鋰晶體。

前述之加工裝置中，該波長轉換結構之光柵週期係介於4.5至33微米。

前述之加工裝置中，該波長轉換結構係包含加熱座、設於該加熱座上之金屬層、設於該金屬層上之兩晶體部及設於該兩晶體部上之保護層。

前述之加工裝置中，該波長轉換結構之溫度係控制於25至250℃之間。

前述之加工裝置中，該反射組件係包含第一反射鏡與第二反射鏡，該第一反射鏡係用以反射該第二光束及該第一光束，且該第二反射鏡係用以反射該第二光束而未反射該第一光束。例如，該第一光束之第二部分係穿透該第二反射鏡，以傳遞至一吸收器。或者，該反射組件更包含調整部，係承載該第一與第二反射鏡，以藉由位移該調整部而調整該第一與第二反射鏡之位置，使該第一與第二反射鏡之其中一者配置於該延伸路徑上。

前述之加工裝置中，更包括聚焦鏡，係對應該反射組件作配置，以將該反射組件所反射出之該第二光束及/或該第一光束之第二部分進行聚焦。例如，該聚焦鏡係為球面透鏡、非球面透鏡、錐狀鏡、柱狀鏡或由複數透鏡組成之透鏡組。或者，該第一光束之第二部分之第一焦點與該第二光束之第二焦點之間的距離係至多5公厘。進一步，該反射組件與該聚焦鏡之間係配置有反射結構，以將該反射組件所反射出之該第二光束及/或該第一光束經由該反射結構導引至該聚焦鏡而進行聚焦。

前述之加工裝置中，更包括用以承載加工件之載座，係對應該反射組件作配置，以令該反射組件所反射出之該第二光束及/或該第一光束打射至該加工件。例如，該反射組件所反射出之該第一光束係打射至該加工件之表面或其下5公厘內之處。或者，該反射組件所反射出之該第二光束及該第一光束於該加工件內之移動速度係為0.1至1000公厘/秒。亦或，該加工件係為多層複合材料者，其進行加工之閥值係為大於或等於3.5×104瓦/平方公分。進一步，該反射組件所反射出之該第二光束及/或該第一光束進入該加工件之入射方向係為同軸同向，且於該加工件內部產生微裂紋或改質區，以形成切割道，使該加工件沿該切割道裂開。

前述之加工裝置中，該波長轉換結構係為複數直線排列之配置，以將該第一光束之其中一部分經由多次轉換而形成該第二光束。

前述之加工裝置中，更包括偏振分光鏡，係配置於該雷射源與該波長轉換結構之間，以將該第一光束分成該第一部分與該第二部分。例如，該第二部分經由反射鏡導引至該反射組件。

前述之加工裝置中，更包括雷射機台，係對應該反射組件作配置，以提供輔助光束至該反射組件。例如，該輔助光束之第三波長係等於該第二光束之第二波長。

前述之加工裝置中，更包括偏振分光鏡，係配置於該雷射源與該波長轉換結構之間，使該雷射源產生兩道該第一光束，且各該第一光束係經由該波長轉換結構、波片及反射鏡之調控，以令該偏振分光鏡將各該第一光束之另一部分及由各該第一光束之其中一部分所轉換而成之第二光束導引至該反射組件上。

由上可知，本發明之加工裝置，主要藉由該波長轉換結構將該第一光束之第一部分轉換成具有第二波長之第二光束，再以該反射組件反射該第二光束及/或該第一光束之第二部分，故相較於習知技術，本發明之加工裝置可選擇不同出光模式，而針對具有多層材料層之加工件以一道光束即可一次切穿該加工件，因而能提升切割面品質，且可用於異形切割。

1:複合式基板材

1a,1b:雷射光束

1c:反射鏡

10,91:玻璃層

11,92:矽層

2,4a,4b,5a,5b:加工裝置

20:雷射源

21,41:波長轉換結構

21a,21b:晶體部

210:加熱座

211:金屬層

212:保護層

22:反射組件

22a:第一反射鏡

22b:第二反射鏡

220:調整部

23:吸收器

24:聚焦鏡

24a:移動平台

25a,25b,25c:反射鏡

26:載座

40:雷射機台

40a,40b:反射鏡

47,57:偏振分光鏡

47a,47b,47c:反射鏡

58,59:波片

58a,59a:反射鏡

9,9a,9b:加工件

a,b:切割面

d:深度

e:切割道

f1:第一部分

f2:第二部分

k:微裂紋

L1,L1’,L4,L5,L5’,L5”:第一光束

L2:第二光束

L3:輔助光束

P1:第一焦點

P2:第二焦點

S1,S2:切割移動路徑

t:距離

X,Z:箭頭方向

第1A圖係為其中一種習知雷射切割方法之狀態示意圖。

第1B圖係為另一種習知雷射切割方法之狀態示意圖。

第2A圖係為本發明之加工裝置之第一實施例之組件配置圖。

第2A’圖係為第2A圖之另一狀態。

第2B圖係為第2A圖之加工件之雷射波段選擇之曲線示意圖。

第2C圖係為第2A圖之波長轉換結構之波長轉換範圍之曲線示意圖。

第2D圖係為第2A圖之波長轉換結構之構造立體示意圖。

第3A-1至3A-4圖係為本發明之加工裝置於低階出光模式的切割情境示意圖。

第3B-1至3B-4圖係為本發明之加工裝置於高階出光模式的切割情境示意圖。

第4A圖係為本發明之加工裝置之第二實施例之組件配置圖。

第4B圖係為本發明之加工裝置之第三實施例之組件配置圖。

第5A圖係為本發明之加工裝置之第四實施例之組件配置圖。

第5B圖係為第5A圖之另一實施例。

以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。

須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如「上」、「第一」、「第二」及「一」等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當視為本發明可實施之範疇。

第2A圖係為本發明之加工裝置2之第一實施例之組件配置圖。如第2A圖所示，該加工裝置2係包括：一雷射源20、一波長轉換結構21以及一反射組件22。

所述之雷射源20係提供具有第一波長之第一光束L1(如圖所示之單點虛線)，且該第一波長係為500至1100奈米(nm)。

於本實施例中，該雷射源20係為單一超快雷射型機台，且該第一光束L1之能量係為0.1至100瓦(W)，如25瓦。

再者，可依據加工件9之構造選擇該雷射源20之第一光束L1之第一波長，例如，該加工件9之其中一材質為矽材，則該第一光束L1之第一波長可為1064奈米。

所述之波長轉換結構21係配置於該雷射源20之第一光束L1之傳遞路徑上，當該第一光束L1經過該波長轉換結構21時，將該第一光束L1之少部分轉換成波長較高之第二光束L2(如圖所示之雙點虛線)，且波長較短之原第一光束L1通過該波長轉換結構21後係為剩餘之第一光束L1’(如圖所示之單點虛線)，使該第一光束L1’離開該波長轉換結構21後之傳遞路徑係作為延伸路徑，且該第二光束L2離開該波長轉換結構21後之傳遞路徑係與該延伸路徑同方向(如平行或疊合)。

於本實施例中，該波長轉換結構21之光柵週期係介於4.5至33微米(μm)，且該波長轉換結構21係為鈮酸鋰晶體、週期性鈮酸鋰晶體、磷酸鈦氧鉀晶體、週期性磷酸鈦氧鉀晶體、偏硼酸鋰晶體、週期性偏硼酸鋰晶體、偏硼酸鋇晶體或週期性偏硼酸鋰晶體，但並不限於上述。具體地，該波長轉換結構21之設計係依據加工件9之構造，其方法如下：首先，該加工件9係為多層複合材料者，如第3A-1至第3A-4圖所示之加工件9a係由玻璃層91與矽層92所組成，因而需取得各層之穿透光譜，以選定各層材料之共同穿透區，如第2B圖所示之玻璃材與矽材相疊合(Silicon-on-Glass)之態樣之共同穿透區之波長係為1550奈米。接著，透過動量守恆、能量守恆條件與Sellmeier equation，如下所示之公式(1)，得出具週期性極化鈮酸鋰晶體之週期，其中，n_e(λ,T)係代表晶體折射率，F(T)係代表(T-24.5)(T+570.82),T代表溫度(℃)，λ代表入射光波長，A₁~A₆及B₁~B₃代表係數(如下表格所示)。

。因此，根據此週期設計適合之晶體，使具有1064奈米波長之雷射源20之第一光束L1於溫度25至250℃時可轉換成1400至4000奈米之另一雷射光束(即該第二光束L2)，如第2C圖所示，故將設計好之週期性極化鈮酸鋰晶體作為該波長轉換結構21，以置入雷射傳遞路徑。

再者，如第2D圖所示，該波長轉換結構21依上述所設計出之結構係包含一加熱座210、一設於該加熱座210上之金屬層211、設於該金屬層211上之兩晶體部21a,21b及一設於該兩晶體部21a,21b上之保護層212。具體地，藉由該加熱座210以將該波長轉換結構21之溫度控制於25至250℃之間，該金屬層211係為銅座，該保護層212係為鐵氟龍層，其中一晶體部21a係為極化方向向上之鈮酸鋰晶體，而另一晶體部21b係為極化方向向下之鈮酸鋰晶體。

又，該波長轉換結構21之轉換效能為8%，且該第二光束L2之能量係為0.05至20瓦，而該第二光束L2之第二波長係依據該波長轉換結構21之種類介於1300至4000奈米之間。

另外，該第一與第二光束L1,L1’,L2之脈衝寬度係小於20皮秒(ps)，且該第一與第二光束L1,L1’,L2之重複頻率係介於1000赫茲(Hz)至50百萬赫茲(MHz)之間。

所述之反射組件22係配置於該延伸路徑上，以反射該第一光束L1’及/或該第二光束L2。

於本實施例中，該反射組件22係包含第一反射鏡22a與第二反射鏡22b，該第一反射鏡22a係用以反射該第二光束L2與該第一光束L1’(如第2A圖所示)，且該第二反射鏡22b係用以反射該第二光束L2而未反射該第一光束L1’(如第2A’圖所示)。具體地，該反射組件22係配置有一用以承載該第一反射鏡22a與第二反射鏡22b之調整部220，如可位移式平台，以藉由位移該調整部220(如第2A圖所示之箭頭方向X,Z)而調整該第一與第二反射鏡22a,22b之位置，使該第一與第二反射鏡22a,22b之其中一者配置於該延伸路徑上。

再者，由於該第一光束L1’可穿透該第二反射鏡22b，如第2A’圖所示，故可於該反射組件22之穿透路徑上配置一吸收器23，以吸收穿透該第二反射鏡22b之第一光束L1’。

所述之加工裝置2更包括一聚焦鏡24，係對應該反射組件22作配置，以將該反射組件22所反射出之該第一光束L1’及/或該第二光束L2進行聚焦。

於本實施例中，該聚焦鏡24係為球面透鏡、非球面透鏡、錐狀鏡、柱狀鏡或由複數透鏡組成之透鏡組，但不限於上述。

再者，可藉由移動平台24a位移該聚焦鏡24(如第2A圖所示之箭頭方向Z)而調整該聚焦鏡24之位置，使該第一光束L1’與該第二光束L2聚焦。具體地，如第3A-1至第3A-4圖所示之加工件9a之切割作業中，該第二光束L2之第二焦點P2係可依需求調整聚焦於該加工件9a之玻璃層91或矽層92；或者，如第 3B-1至第3B-4圖所示之加工件9b之切割作業中，該第一光束L1’之第一焦點P1與該第二光束L2之第二焦點P2之間的距離t係至多5公厘(mm)。

又，該反射組件22與該聚焦鏡24之間可依需求配置有反射結構，如複數反射鏡25a,25b，以將該反射組件22所反射出之第一光束L1’及/或該第二光束L2經由該反射結構(反射鏡25a,25b)導引至該聚焦鏡24而進行聚焦。

所述之加工裝置2更包括一用以承載該加工件9之載座26，係對應該反射組件22作配置，以令該反射組件22所反射出之第一光束L1’及/或該第二光束L2打射至該加工件9。

於本實施例中，該反射組件22所反射出之第一光束L1’及/或該第二光束L2經由該聚焦鏡24聚焦至該加工件9之表面或內部。例如，該反射組件22所反射出之第一光束L1’係打射至該加工件9之表面(如第3B-1及第3B-4圖所示之加工件9b)或其下5公厘內之處(如第3B-2及第3B-3圖所示之加工件9b之深度d)。

再者，該反射組件22所反射出之第二光束L2及/或該第一光束L1’於該加工件9內之移動速度(X-Y方向之移動速度或切割速率)係為0.1至1000公厘/秒。例如，該載座26係為水平移動平台，其可於X-Y方向(Y方向係為垂直圖面之方向或垂直X-Z平面之方向)上移動，使該加工件9相對該第二光束L2及/或該第一光束L1’移動。

又，該加工件9係多層複合材料者，其進行加工之閥值可依需求設定，以矽(Si)層與玻璃(glass)層之閥值為3.5×10⁴瓦/平方公分為例，如第3A-1至3A-4圖所示之加工件9a係小於3.5×10⁴瓦/平方公分(即<3.5×10⁴W/cm²)，以令使用者可使用能量較低之第二光束L2進行加工，或如第3B-1至3B-4圖所示之加工件9b係大於或等於3.5×10⁴瓦/平方公分(即

3.5×10⁴W/cm²)，以令使用者可使用能量較高之第一光束L1’與第二光束L2加工。

另外，該反射組件22所反射出之第二光束L2與第一光束L1’進入該加工件9之入射方向係為同軸同向(如第3B-1至第3B-4圖所示)，且於該加工件9之內部係產生微裂紋或改質區，以形成切割道e，使該加工件9沿該切割道e裂開。具體地，該改質區係為非晶化型態，其材料於雷射聚焦照射後，將由單晶態轉變成非晶態，該非晶態之材質結構較為脆弱，故於施加應力時，容易由該改質區裂開。

因此，轉換所得之雷射光束利用該聚焦鏡24匯聚進入該加工件9之多層複合材料之內部，以進行改質切割作業，即藉由該反射組件22之光路切換機制選擇該第二光束L2(波長1550奈米)之低階出光模式、或該第一光束L1’與該第二光束L2相配合(波長1064+1550奈米)之高階出光模式，以對應不同厚度與種類之加工件9a,9b。例如，於改質裂片製程中，若選用高階出光模式(波長1064+1550奈米)，該第二光束L2(波長1550奈米)之雷射功率可達到2.891瓦，該第一光束L1’(波長1064奈米)之雷射功率約8瓦，該些光束之重複頻率係為1MHz，該些光束之切割速率係為100mm/s，且該些光束可從該玻璃層91之側射入(例如，相對該玻璃層91表面垂直方向直線照射)該加工件9a,9b，並於改質後，再施予外力，即可裂片。

因此，本發明之加工裝置2主要透過波長轉換的方式，將該雷射源20之第一光束L1之第一部分(原波長或第一波長)轉換成第二光束L2(轉換波長或第二波長)，並可透過光路切換機制(該反射組件22)選擇該低階出光模式(第二波長之雷射光束)出光、或該高階出光模式(第一波長配合第二波長之同步雷射光束)出光，故相較於習知技術之兩台雷射裝置(兩道雷射光束1a,1b)，本發明之加工裝置2只需單一雷射源20，即可選擇不同出光模式，不僅能簡化構造配置，且能以一道光束一次切穿該加工件9,9a,9b。

具體地，於其中一種切割情境下(如第3A-1至3A-4圖所示之加工件9a之加工閥值係小於3.5×10⁴W/cm²)，由於該第二光束L2之第二波長之雷射功率之強度可穿透該加工件9a之多層材料層之共同透明區，故該雷射源20之超快雷射之高峰值功率會造成多光子吸收，使該加工件9a之內部進行改質，以沿該改質區進行裂片，因而調整該反射組件22選用該低階出光模式(如第2A’圖所示)，即可一道光束一次切穿該加工件9a或多層材料層。

於另一種切割情境下(如第3B-1至3B-4圖所示之加工件9b之加工閥值係等於或大於3.5×10⁴W/cm²)，由於該第二光束L2之第二波長之雷射功率之強度不足，因而需提高切割能量，故將該第一光束L1’混合該第二光束L2，以產生雙波長之輸出雷射光束，而進行該加工件9b之改質，亦即調整該反射組件22選用該高階出光模式(如第2A圖所示)，即可一道光束一次切穿該加工件9b或多層材料層。

第4A圖係為本發明之加工裝置4a之第二實施例之組件配置圖。本實施例與第一實施例之差異在於新增組件，其它組件配置大致相同，故以下不再贅述相同處。

如第4A圖所示，所述之加工裝置4a係增設一波長轉換結構41，使該些波長轉換結構21,41係為複數直線排列之配置，以將該第一光束L1之第一部分經由多次(兩次)轉換而形成該第二光束L2。

於本實施例中，該些波長轉換結構21,41之構造係相同，但亦可依需求選擇不同構造之波長轉換結構21,41。

因此，相較於該加工裝置2之第一實施例之波長轉換結構21之轉換效能為8%，第二實施例之加工裝置4a藉由該些波長轉換結構21,41之配合，使整體之轉換效能為10至11%。

第4B圖係為本發明之加工裝置4b之第三實施例之組件配置圖。本實施例與第二實施例之差異在於新增組件，其它組件配置大致相同，故以下不再贅述相同處。

如第4B圖所示，所述之加工裝置4b係增設一偏振分光鏡47，其配置於該雷射源20與該波長轉換結構41之間，以將該第一光束L1分成波長相同之該第一部分f1與該第二部分f2，兩者分佔該第一光束L1之總量50%。

於本實施例中，該些波長轉換結構21,41之能量飽和值為10瓦，故於該雷射源20之25瓦能量中，該第一部分f1之能量為10瓦，且該第二部分f2之能量為15瓦。

再者，該第一光束L1之第一部分f1經由多次(兩次)轉換而形成該第二光束L2，且該第二部分f2經由複數反射鏡47a,47b,47c穿過該波長轉換結構21而導引至該反射組件22並不會轉換出該第二光束L2(因該些波長轉換結構21,41吸取之能量已飽和)，使原第一光束L1通過該波長轉換結構21後剩餘之第一光束L4可穿透該第二反射鏡22b。

又，所述之加工裝置4b亦可依需求增設一雷射機台40，如能量較弱之固體雷射，其對應該反射組件22作配置，以提供輔助光束L3，其藉由複數反射鏡40a,40b之配合經由該些波長轉換結構21,41而導引至該反射組件22。例如，該輔助光束L3之第三波長係等於該第二光束L2之第二波長，故該輔助光束L3於通過該些波長轉換結構21,41時不會轉變成其它波長。

因此，藉由該雷射機台40提供輔助光束L3，使該第一部分f1經由該波長轉換結構41之轉換效能為8%，且經由該波長轉換結構21之轉換效能為4%，故整體之轉換效能可達12%。

第5A圖係為本發明之加工裝置5a之第四實施例之組件配置圖。本實施例與第三實施例之差異在於新增組件，其它組件配置大致相同，故以下不再贅述相同處。

如第5A圖所示，所述之加工裝置5a係包括一偏振分光鏡57，其配置於該雷射源20與該些波長轉換結構21,41之間，使該雷射源20之第一光束L1產生兩道波長相同之第一光束L5,L5’，且各該第一光束L5,L5’係經由其對應之波長轉換結構21,41、波片58,59及反射鏡58a,59a之調控，再一次經由該偏振分光鏡57將各該第一光束L5,L5’之第二部分(即原第一光束L5,L5’通過該波長轉換結構21後剩餘之第一光束，其以第一光束L5”表示兩者穿透該第二反射鏡22b)及由各該第一光束L5,L5’之第一部分所轉換而成之第二光束L2導引至該反射組件22上，再經由複數反射鏡25a,25b,25c導引至該聚焦鏡24。

於本實施例中，該些波長轉換結構21,41係分別位於該偏振分光鏡57之不同側，如相互垂直方向之路徑上，使其中一第一光束L5係經由該波長轉換結構21、波片58及反射鏡58a之調控以將該第一光束L5之第二部分及該第二光束L2導引至該反射組件22上，而另一第一光束L5’係經由該波長轉換結構41、波片59及反射鏡59a之調控以將該第一光束L5’之第二部分及該第二光束L2導引至該反射組件22上。

再者，該加工裝置5a之整體轉換效能係為10至11%，故為了提高整體之轉換效能，可配置該雷射機台40與反射鏡40a,40b，如第5B圖所示，使該加工裝置5b之整體轉換效能可達12%。

綜上所述，本發明之加工裝置係藉由該波長轉換結構將該第一光束之第一部分轉換成具有第二波長之第二光束，再以該反射組件反射該第二光束及/或該第一光束之第二部分，故本發明之加工裝置只需單一雷射源，即可選擇不同出光模式，不僅能簡化構造配置，且能以一道光束一次切穿加工件，因而能提升切割面品質，且能適用於異形切割。

上述實施例係用以例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

2 加工裝置 20 雷射源 21 波長轉換結構 22 反射組件 22a 第一反射鏡 22b 第二反射鏡 220 調整部 23 吸收器 24 聚焦鏡 24a 移動平台 25a,25b 反射鏡 26 載座 9 加工件 L1,L1’ 第一光束 L2 第二光束 X,Z 箭頭方向

Claims

一種加工裝置，係包括：雷射源，係提供具有第一波長之第一光束；波長轉換結構，係配置於該雷射源之第一光束之傳遞路徑上，以將該第一光束之其中一部分轉換成具有第二波長之第二光束，使該第一光束之另一部分離開該波長轉換結構後之傳遞路徑係作為延伸路徑，且該第二光束離開該波長轉換結構後之傳遞路徑係與該延伸路徑同方向，其中，該第一光束之另一部分具有該第一波長；以及反射組件，係配置於該延伸路徑上，以反射該第二光束及/或該第一光束。
如申請專利範圍第1項所述之加工裝置，其中，該雷射源係為超快雷射型。
如申請專利範圍第1項所述之加工裝置，其中，該第一光束之第一波長係為500至1100奈米。
如申請專利範圍第1項所述之加工裝置，其中，該第二光束之第二波長係為1300至4000奈米。
如申請專利範圍第1項所述之加工裝置，其中，該第一光束之能量係為0.1至100瓦。
如申請專利範圍第1項所述之加工裝置，其中，該第二光束之能量係為0.05至20瓦。
如申請專利範圍第1項所述之加工裝置，其中，該第一光束與第二光束之脈衝寬度係小於20皮秒。
如申請專利範圍第1項所述之加工裝置，其中，該第一光束與第二光束之重複頻率係介於1000赫茲至50百萬赫茲之間。
如申請專利範圍第1項所述之加工裝置，其中，該波長轉換結構係為鈮酸鋰晶體、週期性鈮酸鋰晶體、磷酸鈦氧鉀晶體、週期性磷酸鈦氧鉀晶體、偏硼酸鋰晶體、週期性偏硼酸鋰晶體、偏硼酸鋇晶體或週期性偏硼酸鋰晶體。
如申請專利範圍第1項所述之加工裝置，其中，該波長轉換結構之光柵週期係介於4.5至33微米。
如申請專利範圍第1項所述之加工裝置，其中，該波長轉換結構係包含加熱座、設於該加熱座上之金屬層、設於該金屬層上之兩晶體部及設於該兩晶體部上之保護層。
如申請專利範圍第1項所述之加工裝置，其中，該波長轉換結構之溫度係控制於25至250℃之間。
如申請專利範圍第1項所述之加工裝置，其中，該反射組件係包含第一反射鏡與第二反射鏡，該第一反射鏡係用以反射該第二光束及該第一光束，且該第二反射鏡係用以反射該第二光束而未反射該第一光束。
如申請專利範圍第13項所述之加工裝置，其中，該第一光束之第二部分係穿透該第二反射鏡，以傳遞至一吸收器。
如申請專利範圍第13項所述之加工裝置，其中，該反射組件更包含調整部，係承載該第一與第二反射鏡，以藉由位移該調整部而調整該第一與第二反射鏡之位置，使該第一與第二反射鏡之其中一者配置於該延伸路徑上。
如申請專利範圍第1項所述之加工裝置，更包括聚焦鏡，係對應該反射組件作配置，以將該反射組件所反射出之該第二光束及/或該第一光束之另一部分進行聚焦。
如申請專利範圍第16項所述之加工裝置，其中，該聚焦鏡係為球面透鏡、非球面透鏡、錐狀鏡、柱狀鏡或由複數透鏡組成之透鏡組。
如申請專利範圍第16項所述之加工裝置，其中，該第一光束之第二部分之第一焦點與該第二光束之第二焦點之間的距離係至多5公厘。
如申請專利範圍第16項所述之加工裝置，其中，該反射組件與該聚焦鏡之間係配置有反射結構，以將該反射組件所反射出之該第二光束及/或該第一光束經由該反射結構導引至該聚焦鏡而進行聚焦。
如申請專利範圍第1項所述之加工裝置，更包括用以承載加工件之載座，係對應該反射組件作配置，以令該反射組件所反射出之該第二光束及/或該第一光束打射至該加工件。
如申請專利範圍第20項所述之加工裝置，其中，該反射組件所反射出之該第一光束係打射至該加工件之表面或其下5公厘內之處。
如申請專利範圍第20項所述之加工裝置，其中，該反射組件所反射出之該第二光束及該第一光束之第二部分於該加工件內之移動速度係為0.1至1000公厘/秒。
如申請專利範圍第20項所述之加工裝置，其中，該加工件係為多層複合材料者，其進行加工之閥值係為大於或等於3.5×10⁴瓦/平方公分。
如申請專利範圍第20項所述之加工裝置，其中，該反射組件所反射出之該第二光束及/或該第一光束進入該加工件之入射方向係為同軸同向，且於該加工件內部產生微裂紋或改質區，以形成切割道，使該加工件沿該切割道裂開。
如申請專利範圍第1項所述之加工裝置，其中，該波長轉換結構係為複數直線排列之配置，以將該第一光束之其中一部分經由多次轉換而形成該第二光束。
如申請專利範圍第1項所述之加工裝置，更包括偏振分光鏡，係配置於該雷射源與該波長轉換結構之間，以將該第一光束分成第一部分與第二部分。
如申請專利範圍第26項所述之加工裝置，其中，該第二部分經由反射鏡導引至該反射組件。
如申請專利範圍第1項所述之加工裝置，更包括雷射機台，係對應該反射組件作配置，以提供輔助光束至該反射組件。
如申請專利範圍第28項所述之加工裝置，其中，該輔助光束之第三波長係等於該第二光束之第二波長。
如申請專利範圍第1項所述之加工裝置，更包括偏振分光鏡，係配置於該雷射源與該波長轉換結構之間，使該雷射源產生兩道該第一光束，且各該第一光束係經由該波長轉換結構、波片及反射鏡之調控，以令該偏振分光鏡將各該第一光束之另一部分及由各該第一光束之其中一部分所轉換而成之第二光束導引至該反射組件上。