WO2020239846A1 - Laser machining apparatus and method for simultaneously and selectively machining a plurality of machining points of a workpiece - Google Patents

Laser machining apparatus and method for simultaneously and selectively machining a plurality of machining points of a workpiece Download PDF

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WO2020239846A1
WO2020239846A1 PCT/EP2020/064722 EP2020064722W WO2020239846A1 WO 2020239846 A1 WO2020239846 A1 WO 2020239846A1 EP 2020064722 W EP2020064722 W EP 2020064722W WO 2020239846 A1 WO2020239846 A1 WO 2020239846A1
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laser
workpiece
partial beams
unit
processing
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PCT/EP2020/064722
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Stephan Eifel
Jens Holtkamp
Joachim Ryll
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Pulsar Photonics Gmbh
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    • B23K26/362Laser etching

Definitions

  • the present invention relates to a laser processing device and a method for processing processing points on a workpiece.
  • the processing points can, for example, be defects in a workpiece that are subjected to a repair or correction carried out by means of laser processing.
  • the workpieces mentioned can be displays or display surfaces, for example.
  • the laser processing device proposed by the invention or the method proposed by the invention for processing a workpiece by way of a "Laser Induced Forward Transfer" (LIFT for short) processes can be used, ie for processing predetermined processing points on a workpiece.
  • LIFT Laser Induced Forward Transfer
  • OLED organic light emitting diode
  • mini LED displays for example, production-related defects can occur.
  • OLED organic light emitting diode
  • Such flaws are to be understood in the context of the terminology used here as "processing points". These flaws can occur at certain pixels of the display, for example in the electrical contacting
  • An organic light-emitting diode (OLED) is a luminous thin-film component made of organic semiconducting materials, which differs from so-called inorganic light-emitting diodes (LED) in that the electrical current and luminance is lower and there are no single crystals Materials are required.
  • Displays based on OLEDs are installed in smartphones, tablet computers, televisions or computer monitors, among other things.
  • the present invention can be used both for processing OLED displays and for processing LED displays (eg ni LED displays) can be used.
  • the present invention is not only suitable for processing or repairing defects in a display; in principle, any workpieces or materials with defects can be processed with the laser processing device according to the invention or with the associated method Allow ablative processing.
  • the processed material must therefore be ablatable by laser radiation.
  • the present invention is suitable for use in the LIFT method already mentioned above. Pulsed laser beams (eg in point-and-shoot mode) are directed onto a coated substrate in order to transfer material to a second substrate in the direction of the laser radiation. LIFT processes can be used for the production of thermoelectric transfer materials, polymers and for printing substrates.
  • processing points can also be understood as those points on a first substrate (a workpiece in the sense of the invention) at which a material transfer by way of the LIFT method to a second (for example co-planar to the first Substrate) arranged substrate is to take place, in particular around those points of a first substrate (workpiece) that are to be irradiated with laser beams.
  • a predetermined processing point or pixels of a workpiece can be defined using the LIFT method
  • Processing patterns transfer pattern
  • Partial beams of a split laser beam can be directed in point-and-shoot mode to given processing points on a workpiece.
  • laser radiation with a Gaussian intensity distribution is currently mostly used.
  • laser radiation with a Gaussian intensity distribution is currently mostly used.
  • beam shaping offers considerable optimization potential for laser process development. The resulting advantages of beam shaping are, for example, higher process speeds or better processing results.
  • the laser radiation generated by a laser radiation source typically has a Gaussian intensity distribution or a Gaussian beam profile in relation to its beam cross section.
  • laser beams can be shaped while changing the intensity distribution.
  • Phase modulators, amplitude modulators or phase and amplitude modulators are used accordingly, for example in the form of diffractive beam shapers.
  • Diffractive beam formers Diffractive Optical Elements, DOE for short
  • the form of an intensity distribution can take place by refraction and reflection on optical elements.
  • Correspondingly shaped refractive or reflective elements such as, for example, deformed or deformable mirrors or transmissive elements with a geometrical deformation of the surface or shape are used.
  • the individual partial beams of a laser beam incident on the refractive or reflective optical element fall on differently curved surfaces and are reflected or refracted on them.
  • the totality of the partial beams forms a new intensity distribution after being formed by the element.
  • An example of such a beam shaping is the reshaping of a Gaussian laser beam into a top hat-shaped laser beam, also called a Gauss-to-top hat beam shaper.
  • Such a beam shaper can also be used in the laser processing device according to the invention.
  • the geometrical deformation of the surface necessary for beam shaping can be calculated with analytical, numerical or iterative methods (eg superposition of Zernike polynomials).
  • Diffractive beam-shaping elements can, however, also be designed as beam splitters (within the scope of the present invention, the function of the DOE as a beam splitter is decisive).
  • Binary grids or blazed gratings may be mentioned as examples in this context. Due to the geometry of the diffractive structure, constructive interference occurs on a rectangular grid in the spatial frequency space (k-space).
  • k-space spatial frequency space
  • a wide variety of arrangements of active diffraction orders (constructive interference) can be implemented using numerical algorithms. The angular separation of the diffraction orders must be large enough in relation to the far field divergence of the incident laser radiation, since otherwise interference disturbs the arrangement of the active diffraction orders.
  • Such unchangeable DOEs are increasingly being replaced by programmable modulation units for dynamic shaping of the laser radiation.
  • programmable modulation units the local and temporal intensity distribution of the laser radiation emitted by a laser radiation source can be adjusted.
  • Such programmable modulation units are also referred to as “spatial light modulators (SLM)”.
  • Spatial light modulators can also basically be used for beam splitting.
  • a wide variety of laser radiation sources can be used in laser processing. For precise material removal, the aim should be as small a focus as possible with a laser with as short a wave as possible.
  • CO2 lasers are only used relatively rarely.
  • Excimer lasers are also rarely used these days.
  • UV nanosecond lasers are used as standard.
  • laser radiation must be used with a wavelength that is absorbed by the material to be removed from the workpiece to be processed.
  • Laser radiation with wavelengths in the near infrared and VIS range are less suitable for this unless short pulse durations in the picosecond and femtosecond range are used.
  • Solid-state lasers especially Nd: YAG lasers, are often used for laser processing. These lasers can be tailored precisely to the respective application with regard to the achievable pulse duration, pulse energy and wavelength.
  • the device on which the invention is based is provided for machining predetermined machining locations on a workpiece.
  • the device comprises a. a laser radiation source which is set up to generate a laser beam and to emit it along an optical path in the direction of the workpiece;
  • a beam splitting unit which is arranged downstream of the laser radiation source in the beam direction and which is set up to split the laser beam into a plurality of partial beams which are distributed in a predetermined spatial pattern;
  • a beam selection unit arranged downstream of the beam splitting unit in the beam direction, which is set up to
  • the beam selection unit also being set up to select partial beams from the spatial pattern of the partial beams in any spatial combination and assign them to the first number and the second number;
  • a beam positioning unit downstream of the beam selection unit in the beam direction which is set up to map laser spots corresponding to the first number of partial beams on the workpiece, and is also set up to move the laser spots simultaneously and synchronously over the workpiece for positioning and / or machining, if necessary to move;
  • control unit which is set up to process a number of processing steps, a relative position of the workpiece required to carry out the respective processing steps, on the basis of an input data set with regard to the processing points present on the workpiece or their spatial distribution Laser processing device, a processing path comprising the relative positions of the respective processing steps, as well as the number and position of partial beams required for the respective processing steps for processing the processing points, the control unit being set up for the individual processing steps
  • the beam selection unit comprises a mirror arrangement which comprises an array of MEMS mirrors or a micromirror array, with each partial beam impinging on the beam selection unit being assigned exactly one mirror of the array of MEMS mirrors or of the micromirror array, and each mirror being assigned to it is set up to assume an on position and an off position, a mirror being in the on position being set up to deflect a partial beam out of the optical path, and a mirror being in the off position being set up for this purpose is to forward a partial beam in the direction of the workpiece.
  • the laser processing device can easily be used for parallel point-and-shoot processing of several processing points. A positioning or processing movement of the laser spots on the workpiece is therefore not absolutely necessary; a one-time alignment can also be sufficient (depending on the processing task).
  • workpieces can be processed with a defined or predetermined pattern of imperfections or of points to be processed (eg in the LIFT method).
  • processing points can mean both flaws and other processing points (eg the points to be processed in the LIFT method).
  • the workpiece to be processed can be built up periodically in relation to the workpiece surface, ie the surface is made up of pixels distributed in a two-dimensional manner in relation to a two-dimensional plan view.
  • the large number of partial beams provided by the beam splitting unit of the laser processing device initially also provide a periodic arrangement of partial beams. Only with the beam selection unit can the most varied of partial beams be deflected from the optical path, so that any combinations and patterns of partial beams can be passed on along the optical path in the direction of the workpiece.
  • the present invention not only individual rows or columns of an array of the partial beams can be selected for projection onto the workpiece, but also any geometrical combination.
  • any partial beams belonging to the periodic arrangement of the partial beams can be selected via the beam selection unit and passed on in the direction of the workpiece.
  • a single positioning of the workpiece relative to the laser processing device may be sufficient, for example in the case in which the area comprising the processing points is smaller than the scan field accessible with the laser processing device, i.e. the area that the laser spots can achieve via positioning by means of the beam positioning unit (without relative displacement between the workpiece and the laser processing device).
  • the area of the workpiece to be processed is larger than the scan field, it is necessary to calculate a processing path or displacement path related to a relative displacement between the workpiece and the laser processing device.
  • the displacement path can contain a plurality of different machining positions (that is to say relative positions between the workpiece and the laser machining device). The required number of machining positions corresponds to the number required Processing steps.
  • the number and spatial position of the laser spots or partial beams imaged on the workpiece are determined based on the number and arrangement (i.e. the pattern) of the defects present in this processing area.
  • the partial beams directed at the workpiece can be adapted to the period on which the partial beams are based (this means the distance between the partial beams) exactly to the period of the pixels of the workpiece (this means the distance between the pixels) will.
  • the distance between the partial beams can be set to a multiple of the pixel period, for example to ten times the period of the pixels. More precise specifications for the zoom unit will be explained in more detail at a later point.
  • a positioning movement carried out via the beam positioning unit can initially result in further positioning of the partial beams or laser spots on the workpiece.
  • the laser spots can then be processed on the workpiece.
  • the positioning movement and processing movement carried out by the beam positioning unit takes place simultaneously and synchronously for all spots.
  • those defects can be processed with the device according to the invention which have a similar or identical defect or material deformation. With the processing movement, it is possible to process individual sections of the workpiece across pixel boundaries.
  • the necessary processing path, the number of processing steps, as well as the number and position required for the individual processing steps for processing the processing points present there can be determined from Laser spots or partial beams formed on the workpiece can be determined.
  • the aforementioned determination can take place, for example, under the premise of the fastest or most efficient process management or processing possible.
  • a first process step a a number of processing steps, a relative position of the workpiece to the laser processing device required to carry out the respective processing steps, a processing path comprising the relative positions of the respective processing steps is based on an input data record relating to the processing points on the workpiece or their spatial distribution as well as the number and position of partial beams required for the respective processing steps for processing the processing points.
  • the workpiece is arranged in a workpiece recording.
  • the workpiece holder can be a component of the laser processing device as such, and the workpiece holder can also be designed as a separate component.
  • the workpiece holder can be designed in the form of a support plate or a table on which the workpiece can be positioned based on weight force.
  • Other designs of the workpiece holder are also conceivable, as well as the provision of suitable fastening or positioning means for fastening or positioning the workpiece in the workpiece holder.
  • the workpiece holder can also be an xy table which can be moved in a horizontal plane. Accordingly, the workpiece can be moved on the xy table in a horizontal plane or working plane.
  • a laser beam is generated by the laser radiation source and emitted along the optical path in the direction of the workpiece;
  • the laser beam is split by the beam splitting unit into a multiplicity of partial beams which are distributed in a predetermined spatial pattern
  • Path is forwarded in the direction of the workpiece
  • partial beams are selected from the spatial pattern of the partial beams in any spatial combination and assigned to the first number and the second number, and where the first number of partial beams corresponds to the number (A) of partial beams required in the respective processing step for processing the processing points ;
  • step d. the in process step c. be described steps according to the number of specified processing steps, taking into account the in step a. specified conditions repeatedly.
  • the design features described in connection with the laser processing device according to the invention can also be used as possible advantageous designs of the method according to the invention.
  • the device according to the invention comprises a laser beam source which is set up to generate a laser beam and to emit it along an optical path in the direction of the workpiece. Between the Laser radiation source and the workpiece, the emitted laser beam can pass through optical functional elements, reflected, refracted, divided and deflected. Under the generated and emitted laser beam, a continuous laser beam, but in particular a laser pulse, can be present.
  • the device further comprises a beam splitting unit arranged downstream of the laser radiation source in the beam direction. This is set up to split the laser beam into a number of partial beams that are distributed in a predetermined spatial pattern.
  • a beam shaping element can be provided between the laser beam source and the beam splitting unit, with which a large number of parallel partial beams with a predetermined intensity distribution can be generated from a laser beam with Gaussian intensity distribution in combination with the beam splitting unit on the workpiece, for example a top hat Intensity distribution or an annular intensity distribution.
  • beam direction refers in this context to the course of the laser beam.
  • the indication of the beam splitting unit "downstream" in relation to the laser beam source means that the beam splitting unit is arranged along the optical path behind the laser radiation source. The laser beam is thus initially generated and only then enters the beam splitting unit or strikes it.
  • the beam splitting unit can, for example, be a diffractive optical element (DOE).
  • DOE diffractive optical element
  • a spatial light modulator is to be understood as an optical component which the phase and / or the amplitude of a laser beam varies locally depending on the location. By virtue of the spatial light modulator, an incoming laser beam is phase and / or amplitude modulated.
  • Spatial light modulators for transmission are known from the prior art, which locally cause a phase delay in a through the Spatial light modulator generate a laser beam passing through Known modulators which locally generate an amplitude weakening in a laser beam passing through the spatial light modulator.
  • Both types of spatial light modulators act as diffractive elements behind which there are diffraction patterns that depend on the exact spatial arrangement of the delaying or attenuating areas.
  • the diffraction image generated ie the beams of different orders on which the diffraction image is based, can also be viewed as partial beams in the context of the present invention. It should be emphasized that it is preferred according to the invention to use a beam splitting unit based on a DOE.
  • variable spatial light modulators are known from the prior art, in which the intensity distribution of the modulated laser beam on the workpiece can be adjusted electronically.
  • Such variable spa tial light modulators can also be based on a locally varying phase delay and / or amplitude attenuation.
  • Such spatial light modulators are not irradiated, but rather used in a reflection configuration.
  • Spatial light modulators which are based on a reflection of laser radiation on a semiconductor surface, in front of which a liquid crystal layer is arranged, may be mentioned as an example at this point.
  • the birefringent properties of the liquid crystal layer can be set locally in a targeted manner, for example by applying an electric field via microstructured electrodes.
  • variable spatial light modulators are sold by the Hamamatsu company under the name LCOS ("Liquid Crystal on Silicon") - Spatial Light Modulator.
  • Transmitting variable spatial light modulators are also known; these are, for example, sold by the Jenoptik company under the name " Liquid crystal light modulators Spatial Light Modulator-S "sold.
  • the diffraction images generated with such variable spatial light modulators can also be viewed as partial beams within the meaning of the invention, but the variant of the design of the beam splitting unit in the form of a diffractive beam splitter described above is to be preferred.
  • Amplitude-modulated, variable spatial light modulators based on micromechanical micromirror arrays may also be mentioned.
  • the individually controllable micromirrors make it possible to specifically "mask out” spatial areas from the cross-section of a laser beam.
  • a diffraction image then results by diffraction of the incident laser radiation on a "grating" in one Reflection arrangement. Diffraction images generated in this way can in principle also be viewed as partial beams within the meaning of the present invention.
  • the laser processing device proposed by the present invention comprises a beam selection unit.
  • a first number of the partial beams can be passed on or deflected along the optical path in the direction of the workpiece.
  • a second number of partial beams can be deflected from the optical path, which means that the second number of partial beams do not impinge on the workpiece.
  • the amount of that of the first and second number depends on the number of processing points in the workpiece area, which in a certain processing step lies in the area of the scan field.
  • the beam splitting unit makes it possible in principle to split the laser beam into a 16 by 16 partial beam array and align it with a workpiece, and if there are only four flaws in the area of the workpiece accessible to the scan field, only four partial beams have to be made available for processing . The excess partial beams can then be deflected out of the optical path with the beam selection unit.
  • a further component of the laser processing device is a beam positioning unit, which is arranged downstream of the beam selection unit in the beam direction and which is set up to image laser spots corresponding to the first number of partial beams on the workpiece. Furthermore, the beam positioning unit is set up to move the laser spots simultaneously and synchronously over the workpiece for positioning and processing. The positioning can be upstream of the machining. Both steps can be repeated for the individual processing steps after positioning the workpiece relative to the Laserbear processing device. However, it is easily possible to machine a workpiece at a predetermined number of locations without performing a machining movement, e.g. B. in point-and-shoot mode.
  • the beam positioning unit can be a galvanometer scanner, for example.
  • a galvanometer scanner can have one or more mirrors, each of which is rotated about an axis of rotation by a defined angle can be.
  • the laser beam reflected by the mirrors can be directed as a laser spot within the accessible scan field to a desired location on the workpiece.
  • the subclaims relate to advantageous configurations and developments of the present invention.
  • the features mentioned in the subclaims can be used in any combination to develop the Vorrich device according to the invention and the method according to the invention, insofar as this is technically possible. This also applies if such combinations are not expressly made clear by corresponding references in the claims. In particular, this also applies beyond the category boundaries of the patent claims.
  • a first relay unit can be arranged between the beam splitting unit and the beam selection unit, which relay unit is set up to focus the partial beams and align them in parallel.
  • the first relay unit can for example be designed as a single lens, e.g. as an achromat. In practice, however, the use of complex lens systems has proven advantageous.
  • a mask can be arranged between the beam splitting unit and the first relay unit, which mask is set up to filter out partial beams of a higher or undesired order.
  • the mask can also be provided and set up to filter out non-diffracted portions of the laser radiation.
  • the beam splitting unit can be a diffractive optical element (DOE).
  • DOE diffractive optical element
  • the DOE can be designed as a rotating plate, for example, which can be controlled via a control unit.
  • the beam splitting unit i.e. the DOE, splits the laser beam into a two-dimensional array of partial beams as a spatial pattern, the two-dimensional array being an equidistant array.
  • the beam splitting unit can split an incident laser beam into an array of 18 by 18 or 16 by 16 partial beams.
  • the distance achieved on the workpiece between the associated laser spots of the partial beams can be preset via the beam splitting unit.
  • the partial beams divided by means of the beam splitting unit are all in a fixed angular relationship to one another.
  • the beam splitting unit can also split the laser beam into a one-dimensional array of partial beams, for example 1 ⁇ 50).
  • a beam-shaping element to be arranged between the laser radiation source and the beam splitting unit, which is set up to convert a Gaussian intensity distribution of the laser beam into a different intensity distribution, in particular into a top-hat intensity distribution or a ring-shaped intensity distribution.
  • a top hat intensity distribution or an annular intensity distribution of the partial beams or laser spots projected onto the workpiece is generated in a workpiece plane.
  • a second relay unit is arranged between the beam selection unit and the beam positioning unit, which is set up to collimate the first number of partial beams so that the collimated partial beams are arranged downstream the second relay unit arranged point converge.
  • the second relay unit can also be designed as a single lens or as a complex lens system.
  • the partial beams can be converged with the second relay unit, which means that they can be deflected by the second relay unit in such a way that they converge on one another.
  • the beam directions are changed in such a way that the distance between the partial beams in the direction perpendicular to an axis belonging to the optical path is reduced to a point of the smallest distance.
  • a mask is arranged between the first relay unit and the second relay unit, which mask is set up to capture partial beams from the zeroth and / or to filter out a higher order, wherein the mask can in particular be a static mask.
  • a zoom unit is arranged between the beam selection unit and the second relay unit, which is set up to set the alignment or the distance of the first number of partial beams to one another.
  • the alignment or the setting of the spacing of the partial beams can take place simultaneously.
  • An alignment is in particular the adaptation of the period of the laser spots present on the workpiece to the period of the workpiece, for example a period of the pixels to be processed.
  • the first relay unit aligns the partial beams parallel to one another.
  • the second relay unit converts the beam offset of the partial beams thus generated into an angle change, this angle change is then converted back into a distance in a focusing unit, which effectively results in the change in the mentioned spot period.
  • the partial beams derived from the optical path by the beam selection unit are deflected in the direction of a beam blocking unit, for example along an optical secondary path in which the beam blocking unit is arranged as an immovable unit.
  • the number of partial beams incident on the workpiece can be flexibly adjusted via the interaction of the beam selection unit and the beam blocking unit. This relates not only to the number of partial beams, but also to their spatial selection based on a two-dimensional partial beam array provided by the beam splitting unit. From the latter, the partial beams can be selected in any combination with regard to their position and assigned to the first or the second number of partial beams.
  • the invention can provide that on the basis of an input data set with regard to the processing points present on the workpiece or their spatial distribution, a number of processing steps, a relative position of the workpiece required to carry out the (respective) processing steps to the laser processing device, a processing path comprising the relative positions of the respective processing steps, as well as the number and position of partial beams required for the respective processing steps for processing the processing points.
  • This can be done via a control unit that is either integrated into the laser processing device or is external to it. In the case of external training, a signal and data connection between the control unit and the laser processing device must be guaranteed.
  • the determination of the above-mentioned operating parameters depends on the specific pattern of the processing points or the distribution of the processing points on the workpiece to be processed and can vary from workpiece to workpiece. For each individual case, new optimal machining parameters must be calculated.
  • the workpiece is arranged on an xy table that can be moved in a horizontal plane, and that the control unit is set up to move the xy table to perform a relative movement of the To control the workpiece in relation to the laser processing device.
  • the xy table can have a suitable mechanical movement unit (this can for example include an axis system) with which the table can move.
  • control unit can be set up for the individual processing steps
  • control unit can be set up to control the beam selection unit and the beam positioning unit. Only in this way can the laser processing device according to the under a. to c. are operated.
  • a focusing unit can be arranged downstream of the beam positioning unit. This can be designed to focus the first number of partial beams onto the workpiece while forming the laser spots.
  • the focusing unit can be designed as a lens, preferably as an F-theta lens, which is also referred to as a plane field lens.
  • a lens is also to be understood as a complex lens system composed of several lenses.
  • a pulsed laser beam can be generated with the laser radiation source.
  • Typical pulse repetition rates are in the range between a few Hertz and a few Megahertz.
  • the pulse duration is less than 100 ns, preferably less than 10 ns, in particular less than 1 ns. In this pulse duration range, thermally induced effects predominate in material processing.
  • the pulses can be applied with powers of more than 10 W, even more than 40 W. A power of a few 50 - 500 mW can be present per telebeam.
  • pulsed laser radiation with a shorter pulse duration effects that are associated with the deposition of comparable very high amounts of energy in a very short time, ie with high peak powers, gain influence. These effects can in particular be sublimation effects in which the material of the workpiece suddenly evaporates locally, ie effects in which material is removed instead of material redistribution.
  • the use of pulsed laser radiation with a pulse duration of less than 100 ps, particularly preferably less than 10 ps and very particularly preferably less than 1 ps has proven advantageous here.
  • pulse durations in the range of a few hundred femtoseconds up to about 10 ps allow targeted material ablation by sublimation. Typical pulse repetition rates are between 50 and 2000 Hz.
  • Pulse energies can be in the range from 5 to 1000 pJ for the laser beam before beam splitting.
  • Laser radiation sources with even shorter pulse durations which will be available in the future can also be used advantageously in connection with the device according to the invention or the method according to the invention.
  • pulsed laser radiation with pulse durations even longer than the above-mentioned 100 ns can also be useful, for example if certain wavelengths are required for the machining task, or if a slower energy deposition is advantageous, for example for targeted local heating to initiate a local one Processing reaction, which can also be of a chemical nature, such as triggering a polymerization reaction, to be achieved and at the same time to avoid premature material removal.
  • the present invention is not limited to the use of a laser with a specific wavelength, but the use of a UV laser as a laser radiation source is advantageous, the laser radiation source preferably being a laser beam with a wavelength of 355 nm, 343 nm, 266 nm or 257 nm generated.
  • the wavelength can be selected to the effect that laser radiation is absorbed by the material to be ablated.
  • Laser radiation with wavelengths in the near-infrared and VIS range is less suitable for this unless short pulse durations in the picosecond and femtosecond range are used.
  • the laser radiation source is preferably set up to generate monochromatic laser radiation. Depending on the processing task, broadband laser radiation sources can also be advantageous.
  • the device can have a half-wave delay element. This delay element allows the polarization direction of the generated laser radiation to be adjusted.
  • the Strahlpo sitioning unit can be designed as a mirror scanner, in particular as a Galvanometer scanner.
  • the beam positioning unit can have one or have several rotary drive (s) which are set up to move mirrors provided in the beam positioning unit for the targeted deflection and positioning of the partial beams.
  • Galvanometer scanners for use in laser processing devices are well known.
  • the beam selection unit comprises a mirror arrangement, for example an array of MEMS mirrors or a micromirror array (DMD arrangement).
  • MEMS stands for micro-electro-mechanical systems.
  • DMD denotes a "digital micromirror device". Both components are known from the prior art, which is why reference is made at this point to the general technical knowledge.
  • a significant advantage of the invention is associated with the fact that everyone can access the beam selection unit
  • the incident partial beam is assigned to exactly one mirror of the array of MEMS mirrors or of the micromirror array.
  • the beam selection unit can be designed to be reflective.
  • MEMS mirrors can be operated either resonantly or quasi-statically. Such mirrors are two-dimensional elements for deflecting radiation, possible scan frequencies ranging from 0.1 kHz to 50 kHz.
  • the mirrors arranged in the beam selection unit can be individually controlled and tilted or moved via a control unit in order to be able to deflect each partial beam individually.
  • a first number of partial beams can be guided or deflected along the optical path in the direction of the workpiece, or removed or deflected from the optical path (the partial beams deflected from the optical path do not hit the workpiece on).
  • the individual mirrors can assume two positions, in particular an ON position and an OFF position.
  • the mirrors are switched off, for example, in the OFF position, on the other hand, the mirrors are deflected by a predetermined angle, for example 10 °, in relation to the ON position.
  • a partial beam impinging on such a mirror is passed on (deflected) along the optical path or a corresponding beam path, or along an optical secondary path (this deviates from the optical path).
  • a beam blocking unit can for example be arranged in the optical secondary path. The partial beams impinging there are therefore not deflected in the direction of the workpiece.
  • each mirror is set up to assume an on position and an off position, with a mirror in the on position being set up to deflect a partial beam from the optical path, and one in the Off-position mirror is set up to forward a partial beam in the direction of the workpiece.
  • the beam selection known from the prior art see in particular US Pat. No. 9,592,570 B2 - based on a two-dimensional spot or partial beam pattern present after the beam splitting - any partial beams or spots for forwarding in the direction of the workpiece be selected. From US Pat. No. 9,592,570 B2 it is only known to select individual spot rows or columns. It should also be emphasized that the selection carried out with the beam selection unit proposed here is preferably carried out reflective. Each individual partial beam can be individually switched dynamically and selectively.
  • a preconfigured pattern of laser spots or processing spots results on the workpiece. If all mirrors are switched to their ON position, a predefined spot array results (e.g. a 10 by 10 array), with all grid positions being occupied by a laser spot. The laser spots each have an approximately constant distance. If not all mirrors are in their ON position, a certain number of the grid positions remain spot-free. With such a method, a large number of different configurations of laser spots imaged on the workpiece can consequently be provided.
  • the mirrors are at least partially provided with a dielectric coating.
  • an electrical coating prevents the mirror from heating up due to residual absorption of the laser radiation striking the mirror.
  • each mirror is coated completely dielectrically or only partially.
  • the beam selection unit can also be designed transmissive or absorptive, in particular as at least one blocking element arranged on a chip. Such chips are freely available on the market (see, for example, https://www.preciseley.com/mems-optical-shutter.html). Said blocking element can be moved within a chip plane at least from a first to a second position.
  • a transmission ie a passage
  • a partial beam striking the blocking element cannot pass through (absorption).
  • the switching of the blocking element can be controlled via a control unit; accordingly, such a chip (or an array of such chips) is also suitable for use with the present invention.
  • the beam selection unit is provided with a cooling unit.
  • the cooling unit can be based on water cooling, a Peltier element, or air cooling, for example. A combination of the cooling methods mentioned above is also possible.
  • the cooling unit prevents the mirrors arranged in the beam selection unit from heating up due to the impact of the laser radiation. The resulting waste heat and the waste heat produced by electronic components of the jet selection unit can be dissipated by means of the cooling unit.
  • La shows the basic principle of the present invention, namely a schematic view of a workpiece surface provided by a plurality of pixels, with a certain number of the pixels processing points (for example imperfections in the display);
  • Fig. Lb the basic principle of the present invention, namely a schematic view of a two-dimensional laser spot arrangement, which is provided via a beam division;
  • Fig. 1c shows the basic principle of the present invention, namely the processing of the processing points with laser spots selected via a selection unit;
  • FIG. 2 shows the schematic structure of a laser machining device according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic view of the functional principle of that of the Laserbear processing device associated beam selection unit.
  • Fig. 4 is a schematic view of the functional principle of that of the Laserbear processing device associated beam selection unit in a second embodiment.
  • the present invention relates to the repair of displays or display components, for example OLED displays or miniLED displays.
  • predetermined processing points of a workpiece 2 can be processed with the laser processing device according to the invention, for example by way of a LIFT processing.
  • processing points will be mentioned in general terms, including both imperfections and other processing points.
  • a laser processing device is used to carry out the method, the technical features and specifications of which are described in more detail below.
  • the laser machining device according to the invention is particularly suitable for machining machining points 1 of a workpiece 2, for example the imperfections of a display.
  • the basic principle will be explained quite generally with reference to FIGS. La to lc.
  • a workpiece 2 to be machined can comprise a grid of a plurality of pixels 30 (FIG. 1).
  • the pixels 30 can in turn have sub-structures (not shown).
  • Individual or several of the pixels 30 can be defined as processing points 1 (e.g. as defects, for example due to local material inhomogeneities, layer thickness deviations, etc.).
  • the processing points 1 can also be desired processing positions that are to be subjected to LIFT processing.
  • the processing points (to be processed) are identified by a diagonal line which runs through the rectangles illustrating the pixels 30.
  • FIG. 1b shows a configuration of laser spots 18, or a two-dimensional array of three times three laser spots 18, which results from a beam splitting of a laser beam 10 with a beam splitting unit 5 (see FIG. 2).
  • the core idea of the invention is to select only those laser spots 18 from the array of laser spots 18 with a beam selection unit 6 via a corresponding partial beam selection and to map them on the workpiece 2, which are necessary for processing the present processing points 1, i.e. three laser spots in the present example 18.
  • the three laser spots 18 can be directed onto the processing points and subjected to a processing movement. This runs - as illustrated by the arrows - synchronously and simultaneously.
  • Any pattern of laser spots or machining spots can be mapped onto the workpiece 2 (in adaptation to a pattern of machining locations or defects).
  • a predefined spot array is obtained (for example a 3 by 3 array), all of the grid locations of the workpiece 2 shown in FIG. 1 being occupied by a laser spot.
  • the laser spots each have an approximately constant distance.
  • a certain number of the grid positions remains spot-free. Just those grid places or processing points that must also be processed are thus processed.
  • the method according to the invention or the laser processing device according to the invention is characterized in that such processing points 1 can be processed simultaneously in a parallelized processing process, specifically in any spatial combination. Based on the example of the repair of defects, the method described with the present invention is cheaper and faster compared to repair techniques based on single-beam laser machining.
  • the laser processing device proposed by the present invention can project a plurality of partial beams T formed from a laser beam 10 onto the workpiece 2 to be processed, i.e. an array of partial beams T can be imaged on the workpiece 2.
  • the number and the position of the partial beams T imaged on the workpiece 2 can be set flexibly.
  • the partial beams T can be switched flexibly, i.e. only individual ones of the partial beams T belonging to the array can easily be directed onto the workpiece 2.
  • the laser machining device according to the invention it is thus possible to selectively apply laser radiation (or the laser spots formed by the partial beams T) to the workpiece 2 at those pixels at which the machining points 1 are formed.
  • processing points 1 of workpiece 2 can be processed both within a specified scan area (this means a processing area spanned by the partial beams T projected onto workpiece 2) and across this scan area. The latter is possible in particular through a relative displacement of the workpiece 2 in relation to the fixed-position laser processing device.
  • workpieces 2 of different types can be processed with the method according to the invention or the device according to the invention, so the invention is not limited to use in the repair of display defects.
  • the invention can be used to repair defects in a wide variety of flat products, as long as the surface can be ablated by means of the laser radiation used.
  • the method according to the invention can be used or the laser processing device according to the invention can be used.
  • the method according to the invention or the device according to the invention can also be used for machining a workpiece 2 by way of a LIFT method.
  • the distance D2 between the laser spots imaged on the workpiece 2 can be set flexibly.
  • the order of magnitude of the distance D2 can be measured according to the distance between the flaws 1 on the workpiece. This will be explained below.
  • the schematic structure of the Laserbearbei processing device according to the invention is shown.
  • the individual components of the laser processing device can be designed to be both transmissive and reflective.
  • the laser processing device can initially comprise a workpiece holder 40 for receiving or positioning a workpiece 2.
  • the workpiece holder 40 can be designed in the form of an xy table that can be moved in a horizontal plane.
  • the positioning of the workpiece 2 in or on the workpiece holder 40 can be based on the force of weight or using suitable fastening or positioning means (not shown).
  • the workpiece holder 40 can also be arranged externally to the laser processing device.
  • the laser processing device initially comprises a laser radiation source 3 with which a laser beam 10 is generated and emitted along an optical path 4 in the direction of the workpiece 2, in particular in the form of laser pulses.
  • the Laser radiation source 3 is a beam splitting unit 5 nachge in the beam direction.
  • the beam splitting unit 5 is set up to split the laser beam 10 into a plurality of partial beams T.
  • the beam splitting unit 5 can be a diffractive optical element (DOE) which is known per se.
  • DOE diffractive optical element
  • the number of partial beams T can be preset. A rough adjustment of the distances between the laser spots of the partial beams T lying in a plane of the workpiece 2 can already be adjusted with the beam splitting unit 5.
  • a laser beam 10 can be split into partial beams which provide a two-dimensional spatial pattern of laser spots 18.
  • a mask 8 is provided downstream of the beam splitting unit 5, with which mask undesired partial beams T of higher order can be filtered out.
  • the mask is an optical mask.
  • a first relay unit 7 can be provided downstream of the mask 8.
  • the relay unit 7 is set up to focus the partial beams T impinging on the relay unit 7 (these are the partial beams T not filtered out with the mask 8) and align them in parallel.
  • the relay unit 7 can be an individual lens (i.e. the relay unit 7 can be designed, for example, as an achromatic lens), or it can be a complex lens system.
  • a beam selection unit 6 Downstream of the relay unit 7, a beam selection unit 6 is provided which is set up to forward or deflect a first number A1 of the partial beams T along the optical path 4 in the direction of the workpiece 2 to be processed. Furthermore, the beam selection unit 6 is set up to deflect a second number A2 of the partial beams T out of the optical path 4. The deflection can take place in the direction of an optical secondary path (not shown), for example in the direction of a beam blocking unit 13 (FIG. 3).
  • the beam selection unit 6 can comprise a mirror arrangement 15 which is composed of an array of individual mirrors 16.
  • the mirrors 16 can be MEMS mirrors or micromirrors. According to the invention, it is provided that each partial beam T impinging on the Strahlse lection unit 6 strikes a maximum or exactly one mirror 16.
  • the mirrors 16 can be controlled individually via a control unit and are tilted or moved in order to be able to deflect each partial beam T individually. As already mentioned, a certain number A1 of the partial beams T can be passed on or deflected along the optical path 4 in the direction of the workpiece 2, or else can be removed from the optical path 4.
  • the mirrors 16 can, for example, assume two positions, in particular an ON position 100 and an OFF position 200.
  • the ON position 100 the mirrors 16 are switched off, for example, in the OFF position 200 however, the mirrors 16 are deflected by a predetermined angle, for example 10 °, with respect to the ON position 100.
  • a partial beam T impinging on such a mirror 16 is guided (deflected) along the optical path 4 or a corresponding beam path or along an optical secondary path (this deviates from the optical path 4).
  • a static beam blocking unit 13 can, for example, be arranged in the secondary optical path.
  • the partial beams T impinging there are therefore not deflected in the direction of the workpiece 2 (in FIG. 3 the beams derived in the direction of the beam blocking unit 13 are shown in dashed lines).
  • the ON position 100 therefore leads to a deflection of the partial beams T in the direction of the beam blocking unit 13, while the OFF position 200 leads to the relaying of the partial beams T along the optical path 4 in the direction of the workpiece 2.
  • a preconfigured pattern of laser spots or machining spots results on the workpiece 2. If all mirrors 16 are switched to their ON position 100, a predefined spot array results (e.g. a 10 by 10 array), with all grid positions being occupied by a laser spot. The laser spots each have an approximately constant distance. If all of the mirrors 16 are not in their ON position 100, a certain number of the grid positions remain spot-free. With such a method, a large number of different configurations of laser spots imaged on the workpiece 2 can consequently be provided.
  • the beam selection unit 6 can also be transmissive or absorptive (FIGS. 4a, 4b), in particular as at least one blocking element 13 arranged on a chip 19.
  • FIGS. 4a, 4b transmissive or absorptive
  • the mentioned blocking element 13 is movable within a chip plane at least from a first to a second position. In the first position (FIG. 4a), transmission (that is, passage through) of a partial beam T impinging on the blocking element 13 is enabled. In the second position (cf. FIG.
  • a partial beam T impinging on the blocking element 13 is prevented from passing through (absorption).
  • the switching of the blocking element 13 can be controlled via a control unit; accordingly, such a chip 19 (or an array of such chips) is also suitable for use with the present invention.
  • a further mask 17 can be provided between the first relay unit 7 and the second relay unit 11.
  • the mask 17 can in particular be arranged in front of the beam selection unit 6 and provided for filtering out higher orders and the zero order, cf. the illustration according to FIG. 2.
  • a zoom unit 12 can be provided downstream of the beam selection unit 6.
  • the zoom unit can be set up to simultaneously adapt the partial beams T in their alignment or inclination and their spacing relative to one another.
  • the adjustment of the partial beams T carried out via the zoom unit 12 also has an indirect effect on the alignment and the spacing of the laser spots projected onto the workpiece 2.
  • a distance D1 present between the partial beams and a distance D2 between the laser spots present on the workpiece 2 can be adjusted via the zoom unit 12.
  • a second relay unit 11 is arranged downstream of the zoom unit 12.
  • the second relay unit 11 is set up to collimate the first number A1 of partial beams T so that the collimated partial beams T converge in a point 50 (a focal point) arranged downstream of the second relay unit 11. In fact, a bundle of partial beams is brought together in the focal point.
  • the second relay unit 11 can - like the first relay unit 7 - also be an individual lens or a complex lens system.
  • the laser processing device comprises a beam positioning unit 9, which can be a galvanometer scanner, for example, which is set up to image laser spots corresponding to the first number A1 of partial beams T on the workpiece 2.
  • a defined spot pattern - or an arrangement of partial beams T - is projected onto the workpiece 2.
  • both a simultaneous and synchronous positioning movement of the laser spots projected onto the workpiece 2 and a simultaneous and synchronous machining movement can be carried out by means of the beam positioning unit 9.
  • the positioning movement can be carried out within a scan area accessible via the beam positioning unit 9.
  • Sub-structures of individual pixels can also be processed using the processing movement described.
  • a specific machining point of the workpiece 2 can be controlled via a relative displacement between workpiece 2 and laser machining device, i.e. the scan field is positioned in a specific sub-area of the workpiece surface.
  • processing is carried out which is adapted to this processing point distribution.
  • the number of partial beams T impinging on workpiece 2 or of the associated laser spots is adapted to the number of processing points 1 present in the section to be processed.
  • the spatial arrangement of the laser spots 18 is also adapted to the spatial distribution of processing points in the respective section of the workpiece 2.
  • the number and spatial arrangement of the partial beams T or the associated laser spots 18 can be set via a control unit which can be in a signal and data connection with the beam selection unit 6, the zoom unit 12 and the beam positioning unit 9. Furthermore, the control unit can also have a signal and data connection with the beam splitting unit 5.
  • a component of the beam positioning unit 9 can also be a focusing unit 14 that directs those partial beams T deflected by the galvanometer scanner onto the Workpiece 2 focused.
  • the laser spots 18 of the partial beams T are imaged on the workpiece 2.

Abstract

The present invention relates to a laser machining apparatus and a method for the machining of machining points of a workpiece. The laser machining apparatus comprises: a. a laser radiation source (3), which is configured to generate a laser beam (10) and emit same along an optical path (4) in the direction of the workpiece (2); b. a beam splitting unit (5), which is arranged downstream of the laser radiation source (3) in the beam direction and which is configured to split the laser beam (10) into a plurality of partial beams (T) which are distributed in a predefined spatial pattern; c. a beam selection unit (6), which is arranged downstream of the beam splitting unit (5) in the beam direction and which is configured ° to forward a first number (A1) of the partial beams (T) along the optical path (4) in the direction of the workpiece (2), ° to deflect a second number (A2) of the partial beams (T) out of the optical path (4), the beam selection unit (6) further being configured to select partial beams (T) in any spatial combination from the spatial pattern of the partial beams (T) and allocate them to the first number (A1) and to the second number (A2); d. a beam positioning unit (9), which is arranged downstream of the beam selection unit (6) in the beam direction and which is configured to map, on the workpiece (2), laser spots (18) corresponding to the first number (A1) of partial beams (T), and is further configured to simultaneously and synchronously move the laser spots (18) over the workpiece optionally for positioning and/or machining. Said laser machining apparatus and the method described in the invention for machining a workpiece enable several machining points to be machined quickly and in parallel.

Description

Laserbearbeitungsvorrichtung und Verfahren zur gleichzeitigen und selektiven Bearbeitung einer Mehrzahl von Bearbeitungsstellen eines Laser processing device and method for the simultaneous and selective processing of a plurality of processing points of a
Werkstücks Workpiece
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Bearbeitung von Bearbeitungsstellen eines Werkstücks. Bei den Be arbeitungsstellen kann es sich beispielsweise um Fehlstellen eines Werkstücks handeln, die einer im Wege einer Laserbearbeitung ausgeführten Reparatur oder Korrektur unterzogen werden. In diesem Zusammenhang kann es sich bei den genannten Werkstücken beispielsweise um Displays bzw. Displayoberflächen han deln. Ferner kann die mit der Erfindung vorgeschlagene Laserbearbeitungsvorrich tung bzw. das mit der Erfindung vorgeschlagene Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks im Wege eines„Laser Induced Forward Transfer" (kurz: LIFT) Prozes ses eingesetzt werden, also zur Bearbeitung vorgegebener Bearbeitungsstellen ei nes Werkstücks. The present invention relates to a laser processing device and a method for processing processing points on a workpiece. The processing points can, for example, be defects in a workpiece that are subjected to a repair or correction carried out by means of laser processing. In this context, the workpieces mentioned can be displays or display surfaces, for example. Furthermore, the laser processing device proposed by the invention or the method proposed by the invention for processing a workpiece by way of a "Laser Induced Forward Transfer" (LIFT for short) processes can be used, ie for processing predetermined processing points on a workpiece.
Bei der Fertigung von graphischen Anzeigen wie Displays, beispielhaft seien an dieser Stelle OLED (organic light emitting diode) Displays oder mini LED Displays genannt, kann es zur fertigungsbedingten Ausbildung von Fehlstellen kommen. Derartige Fehlstellen sind im Rahmen der vorliegend verwendeten Terminologie als„Bearbeitungsstellen" zu verstehen. Diese Fehlstellen können an bestimmten Pixeln des Displays, zum Beispiel in der elektrischen Kontaktierung, auftreten. In jenen Fehlstellenbereichen können ungewünschte Abweichungen hinsichtlich der Oberflächenstruktur (beispielsweise Homogenität, Schichtdicke, Planarität etc.) vorliegen. Eine organische Leuchtdiode (OLED) ist ein leuchtendes Dünnschicht bauelement aus organischen halbleitenden Materialien, welches sich von den so genannten anorganischen Leuchtdioden (LED) insbesondere dadurch unterschei det, dass die elektrische Strom- und Leuchtdichte geringer ist und keine einkris tallinen Materialien erforderlich sind. Auf OLEDs basierende Displays werden unter anderem in Smartphones, Tablet-Computern, Fernsehern oder Computer Monito ren verbaut. Die vorliegende Erfindung kann sowohl zur Bearbeitung von OLED Displays, als auch zur Bearbeitung von LED Displays (z.B. mini LED Displays) ein gesetzt werden. During the production of graphic displays such as displays, OLED (organic light emitting diode) displays or mini LED displays, for example, production-related defects can occur. Such flaws are to be understood in the context of the terminology used here as "processing points". These flaws can occur at certain pixels of the display, for example in the electrical contacting An organic light-emitting diode (OLED) is a luminous thin-film component made of organic semiconducting materials, which differs from so-called inorganic light-emitting diodes (LED) in that the electrical current and luminance is lower and there are no single crystals Materials are required. Displays based on OLEDs are installed in smartphones, tablet computers, televisions or computer monitors, among other things. The present invention can be used both for processing OLED displays and for processing LED displays (eg ni LED displays) can be used.
Da solche Fehlstellen in der Regel nicht homogen auf der Displayoberfläche verteilt sind und häufig an einer Vielzahl von Display-Pixeln auftreten, ist es wünschenswert, die Fehlstellen einem Reparatur- oder Korrekturprozess zu unter ziehen, der einerseits eine gleichzeitige Bearbeitung mehrerer Fehlstellen ermög licht, und andererseits flexibel auf eine auf einem bestimmten Display vorliegende Fehlstellenverteilung anpassbar ist. Für eine solche Fehlstellenkorrektur eignen sich insbesondere Laserbearbeitungstechniken, denn mit ebensolchen ist eine pi xelweise, hochauflösende und gleichsam schnelle (abtragende) Bearbeitung ge währleistet. Derartige Fehlstellen mit einzelnen Laserstrahlen zu bearbeiten ist aus dem Stand der Technik allgemein bekannt, jedoch mit Nachteilen bei der Verfah rensführung und Verfahrensdauer verbunden. Entsprechend sind Verfahren, die ein paralleles Bearbeiten gleich mehrerer Fehlstellen erlauben, von besonderem Interesse. Aus der US 9,592,570 B2 ist eine über eine Strahlselektion bereitge stellte Parallelbearbeitung zwar bekannt, dabei jedoch lediglich, dass einzelne Spot-Reihen oder Spalten selektiert werden können. Since such defects are usually not distributed homogeneously on the display surface and often occur on a large number of display pixels, it is It is desirable to subject the defects to a repair or correction process which, on the one hand, enables several defects to be processed simultaneously and, on the other hand, can be flexibly adapted to a distribution of defects on a specific display. Laser processing techniques are particularly suitable for such correction of defects, because with such a pixel-by-pixel, high-resolution and, at the same time, fast (erosive) processing is guaranteed. To process such defects with individual laser beams is generally known from the prior art, but associated with disadvantages in procedural management and process duration. Correspondingly, methods that allow several defects to be processed in parallel are of particular interest. From US Pat. No. 9,592,570 B2, parallel processing provided via beam selection is known, but only that individual spot rows or columns can be selected.
Ausdrücklich sei an dieser Stelle betont, dass sich die vorliegende Erfindung nicht nur zur Bearbeitung bzw. Reparatur von Fehlstellen eines Displays eignet, grund sätzlich können jegliche mit Fehlstellen behaftete Werkstücke bzw. Werkstoffe mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung bzw. mit dem zugehörigen Verfahren bearbeitet werden, die eine abtragende (ablatierende) Bearbeitung er lauben. Das bearbeitete Material muss also durch Laserstrahlung ablatierbar sein. Ferner eignet sich die vorliegende Erfindung zum Einsatz in dem bereits vorange hend erwähnten LIFT Verfahren. Dabei werden gepulste Laserstrahlen (z.B. im Point-and-Shoot Modus) auf ein beschichtetes Substrat gerichtet, um Material in Richtung der Laserstrahlung auf ein zweites Substrat zu übertragen. LIFT Verfah ren können eingesetzt werden zur Herstellung von thermoelektrischen Transfer materialien, Polymeren und zum Bedrucken von Substraten. Entsprechend können im Rahmen der Erfindung unter den„Bearbeitungsstellen" auch solche Stellen ei nes ersten Substrats (eines Werkstück im Sinne der Erfindung) zu verstehen sein, an welchen eine Materialübertragung im Wege des LIFT Verfahrens auf ein zweites (beispielsweise co-planar zu dem ersten Substrat) angeordnetes Substrat erfolgen soll, insbesondere also um jene Stellen eines ersten Substrats (Werkstücks) die mit Laserstrahlen bestrahlt werden sollen. Je nach Anforderung an das zu bearbei tende Werkstück kann im Wege des LIFT Verfahrens an definierten Bearbeitungs stellen oder Pixeln eines Werkstücks ein vorgegebenes Bearbeitungsmuster (Über tragungsmuster) ausgebildet werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können Teilstrahlen eines geteilten Laserstahls im Point-and-Shoot Modus auf vor gegebene Bearbeitungsstellen eines Werkstücks gerichtet werden. It should be expressly emphasized at this point that the present invention is not only suitable for processing or repairing defects in a display; in principle, any workpieces or materials with defects can be processed with the laser processing device according to the invention or with the associated method Allow ablative processing. The processed material must therefore be ablatable by laser radiation. Furthermore, the present invention is suitable for use in the LIFT method already mentioned above. Pulsed laser beams (eg in point-and-shoot mode) are directed onto a coated substrate in order to transfer material to a second substrate in the direction of the laser radiation. LIFT processes can be used for the production of thermoelectric transfer materials, polymers and for printing substrates. Correspondingly, in the context of the invention, the "processing points" can also be understood as those points on a first substrate (a workpiece in the sense of the invention) at which a material transfer by way of the LIFT method to a second (for example co-planar to the first Substrate) arranged substrate is to take place, in particular around those points of a first substrate (workpiece) that are to be irradiated with laser beams.Depending on the requirements of the workpiece to be processed, a predetermined processing point or pixels of a workpiece can be defined using the LIFT method Processing patterns (transfer pattern) are formed in the context of the present invention Partial beams of a split laser beam can be directed in point-and-shoot mode to given processing points on a workpiece.
Im Wege der kontinuierlich fortschreitenden Entwicklung der Lasertechnologie ist es seit vielen Jahren bekannt, Laser zur Bearbeitung verschiedenster Materialien einzusetzen, beispielsweise im Bereich der Fertigung elektronischer Bauelemente oder von Displayelementen. Due to the continuously advancing development of laser technology, it has been known for many years to use lasers for processing a wide variety of materials, for example in the field of manufacturing electronic components or display elements.
Bei der Materialbearbeitung mit Laserstrahlung (beispielsweise der Laser-Ablation, dem Laser-Schweißen, dem Laser-Löten, Laser-Reinigen, Laser-Bohren, Laser- Sintern oder dem Laser-Schmelzen) wird aktuell meist Laserstrahlung mit einer gaußförmigen Intensitätsverteilung eingesetzt. Für viele dieser Prozesse ist es aber von Vorteil, die Intensitätsverteilung im Bearbeitungsbereich des Werkstücks an den konkret vorliegenden Bearbeitungsprozess bzw. das zu bearbeitende Material anzupassen. Daher werden zunehmend Optimierungen der Laserverfahren durch Änderung der Intensitätsverteilung in der Bearbeitungsebene untersucht. Zur An passung der Intensitätsverteilung ist es dabei bekannt, die von einer Laserstrah lungsquelle erzeugte Laserstrahlung einer Strahlformung zu unterziehen, was ein erhebliches Optimierungspotenzial für die Laserprozessentwicklung bietet. Die sich daraus ergebenden Vorteile einer Strahlformung liegen beispielsweise in höheren Prozessgeschwindigkeiten oder in besseren Bearbeitungsergebnissen. When processing materials with laser radiation (for example laser ablation, laser welding, laser soldering, laser cleaning, laser drilling, laser sintering or laser melting), laser radiation with a Gaussian intensity distribution is currently mostly used. For many of these processes, however, it is advantageous to adapt the intensity distribution in the machining area of the workpiece to the specific machining process or the material to be machined. Therefore, optimizations of the laser process by changing the intensity distribution in the processing plane are increasingly being investigated. To adapt the intensity distribution, it is known to subject the laser radiation generated by a laser radiation source to beam shaping, which offers considerable optimization potential for laser process development. The resulting advantages of beam shaping are, for example, higher process speeds or better processing results.
Wie bereits erwähnt, weist die von einer Laserstrahlungsquelle erzeugte Laser strahlung in Bezug auf ihren Strahlenquerschnitt typischerweise eine gaußförmige Intensitätsverteilung bzw. ein gaußförmiges Strahlprofil auf. Über geeignete Strahlformungstechniken können Laserstrahlen jedoch unter Abänderung der In tensitätsverteilung geformt werden. Zur Formung einer Intensitätsverteilung eines Laserstrahls können entweder seine Phase, seine Amplitude oder beide Größen zusammen moduliert werden. Entsprechend kommen Phasenmodulatoren, Amplitudenmodulatoren oder Phasen- und Amplitudenmodulatoren zum Einsatz, beispielsweise in Form von diffraktiven Strahlformern. Diffraktive Strahlformer (Diffractive Optical Elements, kurz DOE) zur Einstellung von Fernfeldintensitäten können als Phasenelemente in Glas oder anderen transparenten Materialien her gestellt werden. Weiterhin kann die Form einer Intensitätsverteilung durch Brechung und Reflektion an optischen Elementen erfolgen. Entsprechend kommen geformte refraktive oder reflektive Elemente wie beispielsweise deformierte oder deformierbare Spiegel o- der transmissive Elemente mit einer geometrischen Verformung der Oberfläche oder Form zum Einsatz. Die einzelnen Teilstrahlen eines auf das refraktive oder reflektive optische Element einfallenden Laserstrahls, fallen dabei auf jeweils un terschiedlich gewölbte Oberflächen und werden an diesen reflektiert oder gebro chen. Die Gesamtheit der Teilstrahlen bildet nach der Formung durch das Element eine neue Intensitätsverteilung. Ein Beispiel für ein solche Strahlformung ist die Umformung eines gaußförmigen Laserstrahls in einen Top-Hat förmigen Laser strahl, auch Gauß-zu-Top-Hat Strahlformer genannt. Ein solcher Strahlformer kann auch bei der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung zum Einsatz kommen. Die für die Strahlformung notwendige geometrische Verformung der Oberfläche kann mit analytischen, numerischen oder iterativen Verfahren (z.B. Überlagerung von Zernikepolynomen) berechnet werden. As already mentioned, the laser radiation generated by a laser radiation source typically has a Gaussian intensity distribution or a Gaussian beam profile in relation to its beam cross section. Using suitable beam shaping techniques, however, laser beams can be shaped while changing the intensity distribution. In order to form an intensity distribution of a laser beam, either its phase, its amplitude or both quantities can be modulated together. Phase modulators, amplitude modulators or phase and amplitude modulators are used accordingly, for example in the form of diffractive beam shapers. Diffractive beam formers (Diffractive Optical Elements, DOE for short) for setting far-field intensities can be produced as phase elements in glass or other transparent materials. Furthermore, the form of an intensity distribution can take place by refraction and reflection on optical elements. Correspondingly shaped refractive or reflective elements such as, for example, deformed or deformable mirrors or transmissive elements with a geometrical deformation of the surface or shape are used. The individual partial beams of a laser beam incident on the refractive or reflective optical element fall on differently curved surfaces and are reflected or refracted on them. The totality of the partial beams forms a new intensity distribution after being formed by the element. An example of such a beam shaping is the reshaping of a Gaussian laser beam into a top hat-shaped laser beam, also called a Gauss-to-top hat beam shaper. Such a beam shaper can also be used in the laser processing device according to the invention. The geometrical deformation of the surface necessary for beam shaping can be calculated with analytical, numerical or iterative methods (eg superposition of Zernike polynomials).
Diffraktive strahlformende Elemente können jedoch auch als Strahlteiler ausgebil det sein (im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Funktion der DOE als Strahlteiler maßgebend). Beispielhaft seien in diesem Zusammenhang binäre Git ter oder Blazed Grätings genannt. Aufgrund der Geometrie der diffraktiven Struk tur kommt es auf einem rechteckigen Gitter im Ortsfrequenzraum (k-Raum) zu konstruktiver Interferenz. Durch numerische Algorithmen können unterschied lichste Anordnungen von aktiven Beugungsordnungen (konstruktive Interferenz) verwirklicht werden. Hierbei muss die Winkeltrennung der Beugungsordnungen groß genug gegenüber der Fernfelddivergenz der einfallenden Laserstrahlung sein, da andernfalls Interferenz die Anordnung der aktiven Beugungsordnungen stört. Diffractive beam-shaping elements can, however, also be designed as beam splitters (within the scope of the present invention, the function of the DOE as a beam splitter is decisive). Binary grids or blazed gratings may be mentioned as examples in this context. Due to the geometry of the diffractive structure, constructive interference occurs on a rectangular grid in the spatial frequency space (k-space). A wide variety of arrangements of active diffraction orders (constructive interference) can be implemented using numerical algorithms. The angular separation of the diffraction orders must be large enough in relation to the far field divergence of the incident laser radiation, since otherwise interference disturbs the arrangement of the active diffraction orders.
Solche unveränderbaren DOEs werden jedoch zunehmend durch programmierbare Modulationseinheiten zur dynamischen Formung der Laserstrahlung ersetzt. Mit programmierbaren Modulationseinheiten kann die örtliche und zeitliche Intensi tätsverteilung von seitens einer Laserstrahlungsquelle ausgesendeten Laserstrah lung eingestellt werden. Derart programmierbare Modulationseinheiten werden auch als„Spatial Light Modulator (SLM)" bezeichnet. Auch Spatial Light Modulato ren können grundsätzlich zur Strahlteilung eingesetzt werden. Beim der Laserbearbeitung können verschiedenste Laserstrahlungsquellen zum Einsatz kommen. Für einen präzisen Materialabtrag sollte eine möglichst kleine Fokussierung mit einem möglichst kurzwelligen Laser angestrebt werden. Im Zuge der Entwicklung leistungsfähigerer und langlebiger Laserstrahlungsquellen für den UV-Bereich, werden CO2-Laser nur noch relativ selten eingesetzt. Auch Excimer- Laser kommen heutzutage nur noch selten zum Einsatz. Standardmäßig werden jedoch UV-Nanosekundenlaser eingesetzt. Für eine effiziente Materialbearbeitung muss Laserstrahlung mit einer Wellenlänge verwendet werden, die von dem abzu tragenden Material des zu bearbeitenden Werkstücks absorbiert wird. Laserstrah lung mit Wellenlängen im Nahinfrarot und VIS Bereich sind dazu weniger geeignet, es sei denn man verwendet kurze Pulsdauern im piko- und femtosekunden-Be- reich. Such unchangeable DOEs are increasingly being replaced by programmable modulation units for dynamic shaping of the laser radiation. With programmable modulation units, the local and temporal intensity distribution of the laser radiation emitted by a laser radiation source can be adjusted. Such programmable modulation units are also referred to as “spatial light modulators (SLM)”. Spatial light modulators can also basically be used for beam splitting. A wide variety of laser radiation sources can be used in laser processing. For precise material removal, the aim should be as small a focus as possible with a laser with as short a wave as possible. In the course of the development of more powerful and long-lasting laser radiation sources for the UV range, CO2 lasers are only used relatively rarely. Excimer lasers are also rarely used these days. However, UV nanosecond lasers are used as standard. For efficient material processing, laser radiation must be used with a wavelength that is absorbed by the material to be removed from the workpiece to be processed. Laser radiation with wavelengths in the near infrared and VIS range are less suitable for this unless short pulse durations in the picosecond and femtosecond range are used.
Häufig werden beispielsweise zur Laserbearbeitung die sogenannten Festkörperla ser eingesetzt, insbesondere Nd :YAG-Laser. Diese Laser können in Bezug auf die erzielbare Pulsdauer, Pulsenergie und Wellenlänge passgenau auf die jeweilige An wendung zugeschnitten sein. So-called solid-state lasers, especially Nd: YAG lasers, are often used for laser processing. These lasers can be tailored precisely to the respective application with regard to the achievable pulse duration, pulse energy and wavelength.
Um die Bearbeitungsgeschwindigkeit bei der Laserbearbeitung zu erhöhen, ist es bekannt, Laserstrahlung an Spiegeln zu reflektieren und auf bestimmte Stellen einer zu bearbeitenden Werkstückoberfläche auszulenken. Eine Anordnung meh rerer derartiger Spiegel können in einer Baueinheit zusammengefasst sein und einen Spiegelscanner ausbilden. Bekannt sind beispielsweise galvanometrisch an getriebene Spiegelscanner (Galvanometerscanner), deren zugehörige Spiegel über einen Drehantrieb um einen definierten Winkel verdreht werden können. Auf diese Weise kann ein auf einen solchen Spiegel einfallender Laserstrahl auf unterschied liche Stellen des Werkstücks gerichtet werden. In order to increase the processing speed during laser processing, it is known to reflect laser radiation on mirrors and to deflect it onto certain points on a workpiece surface to be processed. An arrangement of several such mirrors can be combined in one structural unit and form a mirror scanner. For example, there are known galvanometrically driven mirror scanners (galvanometer scanners) whose associated mirrors can be rotated through a defined angle by means of a rotary drive. In this way, a laser beam incident on such a mirror can be directed onto different parts of the workpiece.
Basierend auf den vorangehenden Ausführungen ist es die Aufgabe der vorliegen den Erfindung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung und ein Verfahren zur Bearbei tung eines Werkstücks (z.B. im LIFT Verfahren) bzw. zur Korrektur von Fehlstellen eines Werkstücks bereitzustellen, womit eine schnelle und parallele Bearbeitung mehrerer Bearbeitungsstellen des Werkstücks ermöglicht ist. Gelöst wird die genannte Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 24. Based on the foregoing, it is the object of the present invention to provide a laser processing device and a method for processing a workpiece (e.g. in the LIFT method) or for correcting imperfections in a workpiece, thus enabling fast and parallel processing of multiple processing points on the workpiece is made possible. The stated object is achieved with a device with the features of patent claim 1 and a method with the features of patent claim 24.
Die der Erfindung zugrunde liegende Vorrichtung ist zur Bearbeitung vorgegebener Bearbeitungsstellen eines Werkstücks vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst a. eine Laserstrahlungsquelle, die dazu eingerichtet ist, einen Laser strahl zu erzeugen und entlang eines optischen Pfades in Richtung des Werkstücks auszusenden; The device on which the invention is based is provided for machining predetermined machining locations on a workpiece. The device comprises a. a laser radiation source which is set up to generate a laser beam and to emit it along an optical path in the direction of the workpiece;
b. eine der Laserstrahlungsquelle in Strahlrichtung nachgeordnete Strahlteilungseinheit, die dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl in eine Vielzahl von Teilstrahlen aufzuteilen, die in einem vorgegebenen räumlichen Pattern verteilt sind; b. a beam splitting unit which is arranged downstream of the laser radiation source in the beam direction and which is set up to split the laser beam into a plurality of partial beams which are distributed in a predetermined spatial pattern;
c. eine der Strahlteilungseinheit in Strahlrichtung nachgeordnete Strahl selektionseinheit, die dazu eingerichtet ist, c. a beam selection unit arranged downstream of the beam splitting unit in the beam direction, which is set up to
• eine erste Anzahl der Teilstrahlen entlang des optischen Pfades in Richtung des Werkstücks weiterzuleiten, • forward a first number of partial beams along the optical path in the direction of the workpiece,
• eine zweite Anzahl der Teilstrahlen aus dem optischen Pfad ab zulenken, wobei die Strahlselektionseinheit ferner dazu eingerichtet ist, aus dem räumlichen Pattern der Teilstrahlen in beliebiger räumlicher Kombination Teilstrahlen zu selektieren und der ersten Anzahl und der zweiten Anzahl zuzuordnen; • deflect a second number of partial beams from the optical path, the beam selection unit also being set up to select partial beams from the spatial pattern of the partial beams in any spatial combination and assign them to the first number and the second number;
d. eine der Strahlselektionseinheit in Strahlrichtung nachgeordnete Strahlpositionierungseinheit, die dazu eingerichtet ist, zu der ersten Anzahl der Teilstrahlen korrespondierende Laserspots auf dem Werk stück abzubilden, und ferner dazu eingerichtet ist, die Laserspots ge gebenenfalls zur Positionierung und/oder zur Bearbeitung simultan und synchron über das Werkstück zu bewegen; d. a beam positioning unit downstream of the beam selection unit in the beam direction, which is set up to map laser spots corresponding to the first number of partial beams on the workpiece, and is also set up to move the laser spots simultaneously and synchronously over the workpiece for positioning and / or machining, if necessary to move;
e. eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, auf Basis eines Input- Datensatzes bezüglich der auf dem Werkstück vorliegenden Bearbei tungsstellen bzw. deren räumlicher Verteilung, eine Anzahl von Bear beitungsschritten, eine zur Ausführung der jeweiligen Bearbeitungs schritte benötigte Relativposition des Werkstücks zur Laserbearbeitungsvorrichtung, einen die Relativpositionen der jewei ligen Bearbeitungsschritte umfassenden Bearbeitungsweg, sowie die zu den jeweiligen Bearbeitungsschritten zur Bearbeitung der Bearbei tungsstellen benötigte Anzahl und Position von Teilstrahlen festzule gen, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, für die einzelnen Bearbeitungsschritte jeweils e. a control unit which is set up to process a number of processing steps, a relative position of the workpiece required to carry out the respective processing steps, on the basis of an input data set with regard to the processing points present on the workpiece or their spatial distribution Laser processing device, a processing path comprising the relative positions of the respective processing steps, as well as the number and position of partial beams required for the respective processing steps for processing the processing points, the control unit being set up for the individual processing steps
- die erste Anzahl und räumliche Anordnung der von der Strahlse lektionseinheit in Richtung des Werkstücks weitergeleiteten Teil strahlen zu ermitteln, - to determine the first number and spatial arrangement of the partial beams forwarded by the beam selection unit in the direction of the workpiece,
- die zweite Anzahl und räumliche Anordnung der von der Strahlse lektionseinheit aus dem optischen Pfad abgeleiteten Teilstrahlen zu ermitteln, und - To determine the second number and spatial arrangement of the sub-beams derived from the beam section from the optical path, and
- einen Positionierungs- und Bearbeitungsweg für eine von der Strahlpositionierungseinheit ausgeführte Positionier- und Bearbei tungsbewegung der ersten Anzahl der Teilstrahlen bzw. den zuge hörigen Laserspots auf dem Werkstück zu ermitteln; wobei die Strahlselektionseinheit eine Spiegelanordnung umfasst, die einen Array aus MEMS-Spiegeln oder einen Mikrospiegelarray umfasst, wobei ei nem jeden auf die Strahlselektionseinheit auftreffenden Teilstrahl genau ein Spiegel des Arrays aus MEMS-Spiegeln oder des Mikrospiegelarrays zuge ordnet ist, und wobei ein jeder Spiegel dazu eingerichtet ist, eine On-Stel- lung und eine Off-Stellung einzunehmen, wobei ein in der On-Stellung be findlicher Spiegel dazu eingerichtet ist, einen Teilstrahl aus dem optischen Pfad abzulenken, und wobei ein in der Off-Stellung befindlicher Spiegel dazu eingerichtet ist, einen Teilstrahl in Richtung des Werkstücks weiterzuleiten. - To determine a positioning and processing path for a positioning and processing movement executed by the beam positioning unit of the first number of partial beams or the associated laser spots on the workpiece; wherein the beam selection unit comprises a mirror arrangement which comprises an array of MEMS mirrors or a micromirror array, with each partial beam impinging on the beam selection unit being assigned exactly one mirror of the array of MEMS mirrors or of the micromirror array, and each mirror being assigned to it is set up to assume an on position and an off position, a mirror being in the on position being set up to deflect a partial beam out of the optical path, and a mirror being in the off position being set up for this purpose is to forward a partial beam in the direction of the workpiece.
Wie in dem Merkmal d. zum Ausdruck kommend, kann zwar vorgesehen sein, die Laserspots zur Positionierung und zur Bearbeitung simultan und synchron über das Werkstück zu bewegen. Jedoch ist die Laserbearbeitungsvorrichtung ohne Weite res auch zur parallelen Point-and-Shoot Bearbeitung mehrerer Bearbeitungsstellen einsetzbar. Eine Positionierungs- oder Bearbeitungsbewegung der Laserspots auf dem Werkstück ist also nicht zwingend erforderlich, auch eine einmalige Ausrich tung kann (je nach Bearbeitungsaufgabe) ausreichen. Mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung können Werkstücke mit einem definierten bzw. vorgegebenen Muster von Fehlstellen oder von zu bearbei tenden Stellen (z.B. im LIFT Verfahren) bearbeitet werden. Entsprechend sei nach folgend allgemein von„Bearbeitungsstellen" die Rede, wobei mit„Bearbeitungs stellen" sowohl Fehlstellen als auch anderweitige Bearbeitungsstellen (z.B. der im LIFT Verfahren zu bearbeitenden Stellen) gemeint sein können. In beiden Fällen kann das zu bearbeitende Werkstück bezogen auf die Werkstückoberfläche perio disch aufgebaut sein, d.h. die Oberfläche ist bezogen auf eine zweidimensionale Aufsicht aus flächenartig verteilten Pixeln aufgebaut. Die Vielzahl der von der Strahlteilungseinheit der Laserbearbeitungsvorrichtung bereitgestellten Teilstrah len stellen zunächst ebenfalls eine periodische Anordnung von Teilstrahlen bereit. Erst mit der Strahlselektionseinheit können verschiedenste Teilstrahlen aus dem optischen Pfad abgelenkt werden, sodass beliebige Kombinationen und Muster von Teilstrahlen entlang des optischen Pfades in Richtung des Werkstücks weitergelei tet werden. Im Gegensatz zu dem eingangs beschriebenen Stand der Technik kön nen mit der vorliegenden Erfindung nicht nur einzelne Reihen oder Spalten eines Arrays der Teilstrahlen zur Projektion auf das Werkstück ausgewählt werden, son dern geometrisch beliebige Kombinationen. Eine Festlegung auf ein bestimmtes räumliches Pattern oder eine Anzahl der Teilstrahlen ist nicht notwendig, vielmehr können über die Strahlselektionseinheit beliebige der periodischen Anordnung der Teilstrahlen (bereitgestellt über die Strahlteilungseinheit) zugehörigen Teilstrahlen selektiert und in Richtung des Werkstücks weitergeleitet werden. As in feature d. Coming to the expression, it can be provided to move the laser spots for positioning and for processing simultaneously and synchronously over the workpiece. However, the laser processing device can easily be used for parallel point-and-shoot processing of several processing points. A positioning or processing movement of the laser spots on the workpiece is therefore not absolutely necessary; a one-time alignment can also be sufficient (depending on the processing task). With the laser processing device according to the invention, workpieces can be processed with a defined or predetermined pattern of imperfections or of points to be processed (eg in the LIFT method). Correspondingly, the following generally refers to “processing points”, where “processing points” can mean both flaws and other processing points (eg the points to be processed in the LIFT method). In both cases, the workpiece to be processed can be built up periodically in relation to the workpiece surface, ie the surface is made up of pixels distributed in a two-dimensional manner in relation to a two-dimensional plan view. The large number of partial beams provided by the beam splitting unit of the laser processing device initially also provide a periodic arrangement of partial beams. Only with the beam selection unit can the most varied of partial beams be deflected from the optical path, so that any combinations and patterns of partial beams can be passed on along the optical path in the direction of the workpiece. In contrast to the prior art described at the beginning, with the present invention not only individual rows or columns of an array of the partial beams can be selected for projection onto the workpiece, but also any geometrical combination. It is not necessary to specify a specific spatial pattern or a number of partial beams; rather, any partial beams belonging to the periodic arrangement of the partial beams (provided via the beam splitting unit) can be selected via the beam selection unit and passed on in the direction of the workpiece.
Je nach Größe des zu bearbeitenden Bereichs kann eine einmalige Positionierung des Werkstücks relativ zu der Laserbearbeitungsvorrichtung ausreichen, beispiels weise in jenem Fall, bei dem der die Bearbeitungsstellen umfassende Bereich klei ner als das mit der Laserbearbeitungsvorrichtung zugängliche Scanfeld ist, also jener Bereich, den die Laserspots über eine Positionierung mittels der Strahlposi tionierungseinheit erreichen können (ohne Relativverschiebung zwischen Werk stück und Laserbearbeitungsvorrichtung). Ist der zu bearbeitende Bereich des Werkstücks hingegen größer als das Scanfeld, so ist erforderlich, einen auf eine Relativverschiebung zwischen Werkstück und Laserbearbeitungsvorrichtung bezo genen Bearbeitungsweg bzw. Verschiebeweg zu berechnen. Der Verschiebeweg kann eine Mehrzahl verschiedener Bearbeitungspositionen (also Relativpositionen zwischen Werkstück und Laserbearbeitungsvorrichtung) beinhalten. Die erforder liche Anzahl von Bearbeitungspositionen entspricht der Anzahl der benötigten Bearbeitungsschritte. Nach dem Positionieren des Werkstücks relativ zur Laserbe arbeitungsvorrichtung (gemäß einer der Bearbeitungspositionen) wird die Anzahl und räumliche Lage der auf das Werkstück abgebildeten Laserspots bzw. Teilstrah len anhand der Anzahl und Anordnung (also dem Muster) der in diesem Bearbei tungsbereich vorliegenden Fehlstellen ermittelt. Die dementsprechend auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen können nach einer ersten Positionierung einer Anpassung der den Teilstrahlen zugrunde liegenden Periode (damit ist der Abstand der Teilstrahlen zueinander gemeint) exakt auf die Periode der Pixel des Werk stücks (damit ist der Abstand der Pixel zueinander gemeint) unterzogen werden. Dabei kann der Abstand der Teilstrahlen zueinander auf ein Vielfaches der Pixel periode eingestellt werden, z.B. auf ein Zehnfaches der Periode der Pixel. Genau ere Spezifikationen zur Zoom-Einheit seien an späterer Stelle noch genauer erläu tert. Danach kann eine über die Strahlpositionierungseinheit ausgeführte Positio nierungsbewegung zunächst eine weitere Positionierung der Teilstrahlen bzw. La serspots auf dem Werkstück erfolgen. Im Anschluss kann eine Bearbeitungsbewe gung der Laserspots auf dem Werkstück erfolgen. Die über die Strahlpositionie rungseinheit ausgeführte Positionierungsbewegung und Bearbeitungsbewegung erfolgt für sämtliche Spots simultan und synchron. Insbesondere können also jene Fehlstellen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bearbeitet werden, die eine ähnlichen oder gleichen Fehler bzw. Materialdeformation aufweisen. Mit der Bear beitungsbewegung ist es möglich auch über Pixelgrenzen hinweg einzelne Ab schnitte des Werkstücks zu bearbeiten. Depending on the size of the area to be processed, a single positioning of the workpiece relative to the laser processing device may be sufficient, for example in the case in which the area comprising the processing points is smaller than the scan field accessible with the laser processing device, i.e. the area that the laser spots can achieve via positioning by means of the beam positioning unit (without relative displacement between the workpiece and the laser processing device). If, on the other hand, the area of the workpiece to be processed is larger than the scan field, it is necessary to calculate a processing path or displacement path related to a relative displacement between the workpiece and the laser processing device. The displacement path can contain a plurality of different machining positions (that is to say relative positions between the workpiece and the laser machining device). The required number of machining positions corresponds to the number required Processing steps. After positioning the workpiece relative to the laser processing device (according to one of the processing positions), the number and spatial position of the laser spots or partial beams imaged on the workpiece are determined based on the number and arrangement (i.e. the pattern) of the defects present in this processing area. After a first positioning, the partial beams directed at the workpiece can be adapted to the period on which the partial beams are based (this means the distance between the partial beams) exactly to the period of the pixels of the workpiece (this means the distance between the pixels) will. The distance between the partial beams can be set to a multiple of the pixel period, for example to ten times the period of the pixels. More precise specifications for the zoom unit will be explained in more detail at a later point. Thereafter, a positioning movement carried out via the beam positioning unit can initially result in further positioning of the partial beams or laser spots on the workpiece. The laser spots can then be processed on the workpiece. The positioning movement and processing movement carried out by the beam positioning unit takes place simultaneously and synchronously for all spots. In particular, those defects can be processed with the device according to the invention which have a similar or identical defect or material deformation. With the processing movement, it is possible to process individual sections of the workpiece across pixel boundaries.
Auf Basis eines Input-Datensatzes, der die auf dem Werkstück vorliegenden oder vorgegebenen Bearbeitungsstellen bzw. deren räumliche Verteilung wiedergibt, kann der notwendige Bearbeitungsweg, die Anzahl der Bearbeitungsschritte, sowie die zu den einzelnen Bearbeitungsschritten zur Bearbeitung der dort vorliegenden Bearbeitungsstellen benötigte Anzahl und Position von auf dem Werkstück abge bildeten Laserspots bzw. Teilstrahlen ermittelt werden. Die vorgenannte Ermitt lung kann beispielsweise unter der Prämisse einer möglichst schnellen oder effi zienten Verfahrensführung bzw. Bearbeitung erfolgen. On the basis of an input data record that reproduces the processing points present or specified on the workpiece or their spatial distribution, the necessary processing path, the number of processing steps, as well as the number and position required for the individual processing steps for processing the processing points present there can be determined from Laser spots or partial beams formed on the workpiece can be determined. The aforementioned determination can take place, for example, under the premise of the fastest or most efficient process management or processing possible.
Wie schon eingangs erwähnt, ist die Erfindung nicht nur auf die Laserbearbeitungs vorrichtung gerichtet, sondern auch auf ein Verfahren zur Bearbeitung vorgegebe ner Bearbeitungsstellen eines Werkstücks, jedoch unter Einsatz der erfindungsge mäßen Laserbearbeitungsvorrichtung. In einem ersten Verfahrensschritt a. wird - wie erwähnt - auf Basis eines Input- Datensatzes bezüglich der auf dem Werkstück vorliegenden Bearbeitungsstellen bzw. deren räumlicher Verteilung eine Anzahl von Bearbeitungsschritten, eine zur Ausführung der jeweiligen Bearbeitungsschritte benötigte Relativposition des Werkstücks zur Laserbearbeitungsvorrichtung, ein die Relativpositionen der jewei ligen Bearbeitungsschritte umfassender Bearbeitungsweg sowie die zu den jewei ligen Bearbeitungsschritten zur Bearbeitung der Bearbeitungsstellen benötigte An zahl und Position von Teilstrahlen festgelegt. As mentioned at the beginning, the invention is not only directed to the laser processing device, but also to a method for processing pre-given ner processing points of a workpiece, but using the laser processing device according to the invention. In a first process step a. As mentioned, a number of processing steps, a relative position of the workpiece to the laser processing device required to carry out the respective processing steps, a processing path comprising the relative positions of the respective processing steps is based on an input data record relating to the processing points on the workpiece or their spatial distribution as well as the number and position of partial beams required for the respective processing steps for processing the processing points.
In einem weiteren Verfahrensschritt b. wird das Werkstück in einer Werkstückauf nahme angeordnet. Bei der Werkstückaufnahme kann es sich um einen Bestandteil der Laserbearbeitungsvorrichtung als solcher handeln, ferner kann die Werkstück aufnahme als separates Bauteil ausgebildet sein. Die Werkstückaufnahme kann im einfachsten Fall in Form einer Auflageplatte bzw. eines Tischs ausgebildet sein, auf welchem das Werkstück gewichtskraftbasiert positioniert werden kann. Auch an derweitige Ausbildungen der Werkstückaufnahme sind denkbar, ebenso das Vor sehen geeigneter Befestigungs- oder Positioniermittel zur Befestigung oder Positi onierung des Werkstücks in der Werkstückaufnahme. Bei der Werkstückaufnahme kann es sich zudem um einen xy-Tisch handeln, welcher in einer Horizontalebene verfahrbar ist. Entsprechend kann das Werkstück über den xy-Tisch in einer Hori zontalebene oder Arbeitsebene bewegt werden. In a further process step b. the workpiece is arranged in a workpiece recording. The workpiece holder can be a component of the laser processing device as such, and the workpiece holder can also be designed as a separate component. In the simplest case, the workpiece holder can be designed in the form of a support plate or a table on which the workpiece can be positioned based on weight force. Other designs of the workpiece holder are also conceivable, as well as the provision of suitable fastening or positioning means for fastening or positioning the workpiece in the workpiece holder. The workpiece holder can also be an xy table which can be moved in a horizontal plane. Accordingly, the workpiece can be moved on the xy table in a horizontal plane or working plane.
In einem weiteren Verfahrensschritt c. wird sodann ein erster Bearbeitungsschritt ausgeführt, wobei In a further process step c. a first processing step is then carried out, wherein
• das Werkstück relativ zu der Laserbearbeitungsvorrichtung positio niert wird; • the workpiece is positioned relative to the laser processing device;
• ein Laserstrahl von der Laserstrahlungsquelle erzeugt und entlang des optischen Pfades in Richtung des Werkstücks ausgesendet wird; • a laser beam is generated by the laser radiation source and emitted along the optical path in the direction of the workpiece;
• der Laserstrahl von der Strahlteilungseinheit in eine Vielzahl von Teilstrahlen aufgeteilt wird, die in einem vorgegebenen räumlichen Pattern verteilt sind; • the laser beam is split by the beam splitting unit into a multiplicity of partial beams which are distributed in a predetermined spatial pattern;
• unter Einsatz der Strahlselektionseinheit i. eine erste Anzahl der Teilstrahlen entlang des optischen • using the beam selection unit i. a first number of the sub-beams along the optical
Pfades in Richtung des Werkstücks weitergeleitet wird, und Path is forwarded in the direction of the workpiece, and
ii. eine zweite Anzahl der Teilstrahlen von dem optischen Pfad abgelenkt wird, ii. a second number of the partial beams are deflected from the optical path,
wobei aus dem räumlichen Pattern der Teilstrahlen in beliebiger räumlicher Kombination Teilstrahlen selektiert und der ersten Anzahl und der zweiten Anzahl zugeordnet werden, und wobei die erste Anzahl der Teilstrahlen zu der Anzahl (A) der in dem jeweiligen Bearbeitungsschritt zur Bearbeitung der Bearbei tungsstellen benötigten Teilstrahlen korrespondiert; where partial beams are selected from the spatial pattern of the partial beams in any spatial combination and assigned to the first number and the second number, and where the first number of partial beams corresponds to the number (A) of partial beams required in the respective processing step for processing the processing points ;
• unter Einsatz der Strahlpositionierungseinheit eine Anordnung von zu der ersten Anzahl der Teilstrahlen korrespondierenden Laserspots auf dem Werkstück abgebildet und entsprechend der Position der in dem ersten Bearbeitungsschritt zu bearbeitenden Bearbeitungsstel len positioniert wird; • using the beam positioning unit, an arrangement of laser spots corresponding to the first number of partial beams is imaged on the workpiece and positioned in accordance with the position of the processing points to be processed in the first processing step;
• gegebenenfalls unter Einsatz der Strahlpositionierungseinheit eine simultan und synchron ausgeführte Bearbeitungsbewegung der La serspots auf dem Werkstück ausgeführt wird. • If necessary, a simultaneous and synchronous machining movement of the laser spots is carried out on the workpiece using the beam positioning unit.
Im Falle einer Bearbeitung im Point-and-Shoot Modus muss keine Bearbeitungs bewegung der Laserspots auf dem Werkstück erfolgen. Dies findet Ausdruck durch die vorgenannte Verwendung des Terminus„gegebenenfalls. In the case of processing in point-and-shoot mode, no processing movement of the laser spots has to take place on the workpiece. This is expressed through the aforementioned use of the term “if applicable.
In einem weiteren Verfahrensschritt d. werden die in dem Verfahrensschritt c. be schriebenen Schritte entsprechend der Anzahl der festgelegten Bearbeitungs schritte unter Berücksichtigung der im Schritt a. festgelegten Bedingungen wie derholt. Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungs vorrichtung beschriebenen Ausgestaltungsmerkmale sind gleichermaßen auch als mögliche vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens heran zuziehen. In a further process step d. the in process step c. be described steps according to the number of specified processing steps, taking into account the in step a. specified conditions repeatedly. The design features described in connection with the laser processing device according to the invention can also be used as possible advantageous designs of the method according to the invention.
Wie bereits erwähnt, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Laserstrah lungsquelle, die dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl zu erzeugen und entlang eines optischen Pfades in Richtung des Werkstücks auszusenden. Zwischen der Laserstrahlungsquelle und dem Werkstück kann der ausgesendete Laserstrahl op tische Funktionselemente durchlaufen, an diesen reflektiert, gebrochen, geteilt der abgelenkt werden. Unter dem erzeugten und ausgesendeten Laserstrahl kann vor liegend ein kontinuierlicher Laserstrahl, insbesondere aber ein Laserpuls zu ver stehen sein. As already mentioned, the device according to the invention comprises a laser beam source which is set up to generate a laser beam and to emit it along an optical path in the direction of the workpiece. Between the Laser radiation source and the workpiece, the emitted laser beam can pass through optical functional elements, reflected, refracted, divided and deflected. Under the generated and emitted laser beam, a continuous laser beam, but in particular a laser pulse, can be present.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung ferner eine der Laserstrahlungsquelle in Strahlrichtung nachgeordnete Strahlteilungseinheit. Diese ist dazu eingerichtet, den Laserstrahl in eine Vielzahl von Teilstrahlen aufzuteilen, die in einem vorge gebenen räumlichen Pattern verteilt sind. Zudem kann zwischen der Laserstrah lungsquelle und der Strahlteilungseinheit ein Strahlformungselement vorgesehen sein, mit welchem aus einem Laserstrahl mit gaußförmiger Intensitätsverteilung, in Kombination mit der Strahlteilungseinheit auf dem Werkstück eine Vielzahl von parallelen Teilstrahlen mit einer vorgegebenen Intensitätsverteilung erzeugt wer den kann, beispielsweise einer Top-Hat Intensitätsverteilung oder einer ringförmi gen Intensitätsverteilung. According to the invention, the device further comprises a beam splitting unit arranged downstream of the laser radiation source in the beam direction. This is set up to split the laser beam into a number of partial beams that are distributed in a predetermined spatial pattern. In addition, a beam shaping element can be provided between the laser beam source and the beam splitting unit, with which a large number of parallel partial beams with a predetermined intensity distribution can be generated from a laser beam with Gaussian intensity distribution in combination with the beam splitting unit on the workpiece, for example a top hat Intensity distribution or an annular intensity distribution.
Der Begriff der„Strahlrichtung" nimmt in diesem Zusammenhang auf den Verlauf des Laserstrahls Bezug. Die Angabe der in Strahlrichtung in Bezug zur Laserstrah lungsquelle„nachgeordneten" Strahlteilungseinheit meint, dass die Strahlteilungs einheit entlang des optischen Pfades hinter der Laserstrahlungsquelle angeordnet ist. Der Laserstrahl wird also zunächst erzeugt und tritt erst dann in die Strahltei lungseinheit ein bzw. trifft auf diese auf. The term "beam direction" refers in this context to the course of the laser beam. The indication of the beam splitting unit "downstream" in relation to the laser beam source means that the beam splitting unit is arranged along the optical path behind the laser radiation source. The laser beam is thus initially generated and only then enters the beam splitting unit or strikes it.
Bei der Strahlteilungseinheit kann es sich beispielsweise um ein diffraktives opti sches Element (DOE) handeln. Zu den diesbezüglichen Einzelheiten sei auf den einleitenden Teil der Beschreibung verwiesen. Grundsätzlich kommt aber auch eine Verwendung eines grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannten„Spatial Light Modulators" als Strahlteilungseinheit in Betracht, solange mit letzterem eine Strahlteilung gewährleistet ist. Unter einem Spatial Light Modulator ist ein opti sches Bauelement zu verstehen, welches die Phase und/oder die Amplitude eines Laserstrahls lokal in Abhängigkeit vom Ort variiert. Vermöge des Spatial Light Mo dulators wird ein eingehender Laserstrahl phasen- und/oder amplitudenmoduliert. Aus dem Stand der Technik sind Spatial Light Modulatoren zur Durchstrahlung bekannt, die lokal eine Phasenverzögerung in einem durch den Spatial Light Mo dulator hindurchtretenden Laserstrahl erzeugen. Weiterhin sind Spatial Light Modulatoren bekannt, die lokal eine Amplitudenschwächung in einem durch den Spatial Light Modulator hindurchtretenden Laserstrahl erzeugen. Beide Arten von Spatial Light Modulatoren wirken als diffraktive Elemente, hinter denen sich Beu gungsbilder ergeben, die von der genauen räumlichen Anordnung der verzögern den bzw. abschwächenden Bereiche abhängen. Das erzeugte Beugungsbild, d.h. die dem Beugungsbild zugrundeliegenden Strahlen verschiedener Ordnung, kön nen auch als Teilstrahlen im Sinne der vorliegenden Erfindung angesehen werden. Betont sei doch, dass es erfindungsgemäß bevorzugt ist, eine auf einem DOE ba sierte Strahlteilungseinheit zu verwenden. The beam splitting unit can, for example, be a diffractive optical element (DOE). For the relevant details, reference is made to the introductory part of the description. In principle, however, it is also possible to use a "spatial light modulator" known from the prior art as a beam splitting unit, as long as the latter ensures beam splitting. A spatial light modulator is to be understood as an optical component which the phase and / or the amplitude of a laser beam varies locally depending on the location. By virtue of the spatial light modulator, an incoming laser beam is phase and / or amplitude modulated. Spatial light modulators for transmission are known from the prior art, which locally cause a phase delay in a through the Spatial light modulator generate a laser beam passing through Known modulators which locally generate an amplitude weakening in a laser beam passing through the spatial light modulator. Both types of spatial light modulators act as diffractive elements behind which there are diffraction patterns that depend on the exact spatial arrangement of the delaying or attenuating areas. The diffraction image generated, ie the beams of different orders on which the diffraction image is based, can also be viewed as partial beams in the context of the present invention. It should be emphasized that it is preferred according to the invention to use a beam splitting unit based on a DOE.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik variable Spatial Light Modulatoren be kannt, bei denen sich die auf dem Werkstück ergebende Intensitätsverteilung des modulierten Laserstrahls elektronisch einstellen lässt. Auch solche variablen Spa tial Light Modulatoren können auf einer lokal variierenden Phasenverzögerung und/oder Amplitudenabschwächung basieren. In der Regel werden solche Spatial Light Modulatoren nicht durchstrahlt, sondern in einer Reflexionskonfiguration ver wendet. Beispielhaft seien an dieser Stelle Spatial Light Modulatoren genannt, die auf einer Reflexion von Laserstrahlung an einer Halbleiteroberfläche basieren, vor welcher eine Flüssigkristallschicht angeordnet ist. Dabei können die doppelbre chenden Eigenschaften der Flüssigkristallschicht gezielt lokal eingestellt werden, beispielsweise durch Anlegen eines elektrischen Feldes über mikrostrukturierte Elektroden. Entsprechende Spatial Light Modulatoren werden von der Firma Ha- mamatsu unter der Bezeichnung LCOS („Liquid Crystal on Silicon")-Spatial Light Modulator vertrieben. Weiterhin sind auch transmittierende variable Spatial Light Modulatoren bekannt, diese werden beispielsweise von der Firma Jenoptik unter der Bezeichnung„Flüssigkristall-Lichtmodulatoren Spatial Light Modulator-S" ver trieben. Die mit derartigen variablen Spatial Light Modulatoren erzeugten Beu gungsbilder können ebenfalls als Teilstrahlen im Sinne der Erfindung angesehen werden, jedoch ist die vorangehend beschriebene Variante der Ausbildung der Strahlteilungseinheit in Form eines diffraktiven Strahlteilers zu bevorzugen. Furthermore, variable spatial light modulators are known from the prior art, in which the intensity distribution of the modulated laser beam on the workpiece can be adjusted electronically. Such variable spa tial light modulators can also be based on a locally varying phase delay and / or amplitude attenuation. As a rule, such spatial light modulators are not irradiated, but rather used in a reflection configuration. Spatial light modulators which are based on a reflection of laser radiation on a semiconductor surface, in front of which a liquid crystal layer is arranged, may be mentioned as an example at this point. The birefringent properties of the liquid crystal layer can be set locally in a targeted manner, for example by applying an electric field via microstructured electrodes. Corresponding spatial light modulators are sold by the Hamamatsu company under the name LCOS ("Liquid Crystal on Silicon") - Spatial Light Modulator. Transmitting variable spatial light modulators are also known; these are, for example, sold by the Jenoptik company under the name " Liquid crystal light modulators Spatial Light Modulator-S "sold. The diffraction images generated with such variable spatial light modulators can also be viewed as partial beams within the meaning of the invention, but the variant of the design of the beam splitting unit in the form of a diffractive beam splitter described above is to be preferred.
Weiterhin seien amplitudenmodulierte variable Spatial Light Modulatoren genannt, die auf mikromechanischen Mikrospiegelarrays basieren. Die einzeln ansteuerba ren Mikrospiegel erlauben es, gezielt räumliche Bereiche aus dem Querschnitt ei nes Laserstrahls„auszublenden". Sodann ergibt sich ein Beugungsbild durch Beu gung der einfallenden Laserstrahlung an einem „Gitter" in einer Reflexionsanordnung. Auch derart erzeugte Beugungsbilder können grundsätzlich als Teilstrahlen im Sinne der vorliegenden Erfindung anzusehen sein. Amplitude-modulated, variable spatial light modulators based on micromechanical micromirror arrays may also be mentioned. The individually controllable micromirrors make it possible to specifically "mask out" spatial areas from the cross-section of a laser beam. A diffraction image then results by diffraction of the incident laser radiation on a "grating" in one Reflection arrangement. Diffraction images generated in this way can in principle also be viewed as partial beams within the meaning of the present invention.
Wie schon erwähnt, umfasst die mit der hiesigen Erfindung vorgeschlagene Laser bearbeitungsvorrichtung eine Strahlselektionseinheit. Mit dieser kann eine erste Anzahl der Teilstrahlen entlang des optischen Pfades in Richtung des Werkstücks weitergeleitet bzw. abgelenkt werden. Ferner kann eine zweite Anzahl der Teil strahlen aus dem optischen Pfad abgelenkt werden, was bedeutet, dass die zweite Anzahl der Teilstrahlen nicht auf das Werkstück auftreffen. Die Menge jener der ersten und zweiten Anzahl (d.h. der in Richtung des Werkstücks abgeleiteten Teil strahlen und der aus dem optischen Pfad weggeleiteten Teilstrahlen) hängt von der Anzahl der Bearbeitungsstellen des Werkstückbereichs ab, der in einem be stimmten Bearbeitungsschritt im Bereich des Scanfelds liegt. Ist es aufgrund der Strahlteilungseinheit beispielsweise grundsätzlich möglich den Laserstrahl in einen 16 mal 16 Teilstrahlarray aufzuteilen und auf ein Werkstück auszurichten, und sind jedoch nur vier Fehlstellen im für das Scanfeld zugänglichen Bereich des Werk stücks vorhanden, so müssen lediglich vier Teilstrahlen zur Bearbeitung bereitge stellt werden. Die überschüssigen Teilstrahlen können sodann mit der Strahlselek tionseinheit aus dem optischen Pfad abgelenkt werden. As already mentioned, the laser processing device proposed by the present invention comprises a beam selection unit. With this, a first number of the partial beams can be passed on or deflected along the optical path in the direction of the workpiece. Furthermore, a second number of partial beams can be deflected from the optical path, which means that the second number of partial beams do not impinge on the workpiece. The amount of that of the first and second number (i.e. the part that is diverted in the direction of the workpiece and the part of the rays that is diverted from the optical path) depends on the number of processing points in the workpiece area, which in a certain processing step lies in the area of the scan field. If, for example, the beam splitting unit makes it possible in principle to split the laser beam into a 16 by 16 partial beam array and align it with a workpiece, and if there are only four flaws in the area of the workpiece accessible to the scan field, only four partial beams have to be made available for processing . The excess partial beams can then be deflected out of the optical path with the beam selection unit.
Wie schon erwähnt ist ein weiterer Bestandteil der erfindungsgemäßen Laserbear beitungsvorrichtung eine der Strahlselektionseinheit in Strahlrichtung nachgeord- nete Strahlpositionierungseinheit, die dazu eingerichtet ist, zu der ersten Anzahl der Teilstrahlen korrespondierende Laserspots auf dem Werkstück abzubilden. Weiterhin ist die Strahlpositionierungseinheit dazu eingerichtet, die Laserspots zur Positionierung und zur Bearbeitung simultan und synchron über das Werkstück zu bewegen. Dabei kann die Positionierung der Bearbeitung vorgelagert sein. Beide Schritte können nach der Positionierung des Werkstücks relativ zu der Laserbear beitungsvorrichtung für die einzelnen Bearbeitungsschritte wiederholt werden. Es ist jedoch ohne Weiteres möglich ein Werkstück an einer vorgegebenen Anzahl von Stellen ohne die Ausführung einer Bearbeitungsbewegung zu bearbeiten, z. B. im Point-and-Shoot Modus. As already mentioned, a further component of the laser processing device according to the invention is a beam positioning unit, which is arranged downstream of the beam selection unit in the beam direction and which is set up to image laser spots corresponding to the first number of partial beams on the workpiece. Furthermore, the beam positioning unit is set up to move the laser spots simultaneously and synchronously over the workpiece for positioning and processing. The positioning can be upstream of the machining. Both steps can be repeated for the individual processing steps after positioning the workpiece relative to the Laserbear processing device. However, it is easily possible to machine a workpiece at a predetermined number of locations without performing a machining movement, e.g. B. in point-and-shoot mode.
Bei der Strahlpositionierungseinheit kann es sich beispielsweise um einen Galva nometerscanner handeln. Ein solcher Scanner kann einen oder mehrere Spiegel aufweisen, die jeweils um eine Drehachse um einen definierten Winkel gedreht werden können. Dadurch kann der von den Spiegeln reflektierte Laserstrahl als Laserspot innerhalb des zugänglichen Scanfeldes auf eine gewünschte Stelle des Werkstücks gelenkt werden. The beam positioning unit can be a galvanometer scanner, for example. Such a scanner can have one or more mirrors, each of which is rotated about an axis of rotation by a defined angle can be. As a result, the laser beam reflected by the mirrors can be directed as a laser spot within the accessible scan field to a desired location on the workpiece.
Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung. Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale kön nen in beliebiger Kombination zur Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrich tung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden, soweit dies technisch möglich ist. Dies gilt auch dann, wenn derartige Kombinationen nicht ausdrücklich durch entsprechende Rückbezüge in den Ansprüchen verdeutlicht sind. Insbesondere gilt dies auch über die Kategorie-Grenzen der Patentansprüche hinweg. The subclaims relate to advantageous configurations and developments of the present invention. The features mentioned in the subclaims can be used in any combination to develop the Vorrich device according to the invention and the method according to the invention, insofar as this is technically possible. This also applies if such combinations are not expressly made clear by corresponding references in the claims. In particular, this also applies beyond the category boundaries of the patent claims.
Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung kann zwischen der Strahlteilungs einheit und der Strahlselektionseinheit eine erste Relay-Einheit angeordnet sein, die dazu eingerichtet ist, die Teilstrahlen zu fokussieren und parallel auszurichten. Die erste Relay-Einheit kann beispielsweise als Einzellinse ausgebildet sein, z.B. als Achromat. In der Praxis hat sich jedoch die Verwendung komplexer Linsensys teme als vorteilhaft erwiesen. According to a first embodiment of the invention, a first relay unit can be arranged between the beam splitting unit and the beam selection unit, which relay unit is set up to focus the partial beams and align them in parallel. The first relay unit can for example be designed as a single lens, e.g. as an achromat. In practice, however, the use of complex lens systems has proven advantageous.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann zwischen der Strahlteilungseinheit und der ersten Relay-Einheit eine Maske angeordnet sein, die dazu eingerichtet ist, Teilstrahlen von höherer oder unerwünschter Ordnung her auszufiltern. Auch kann die Maske dazu vorgesehen und eingerichtet sein, unge beugte Anteile der Laserstrahlung herauszufiltern. According to a further embodiment of the present invention, a mask can be arranged between the beam splitting unit and the first relay unit, which mask is set up to filter out partial beams of a higher or undesired order. The mask can also be provided and set up to filter out non-diffracted portions of the laser radiation.
Wie bereits vorangehend erwähnt, kann es sich bei der Strahlteilungseinheit um ein diffraktives optisches Element (DOE) handeln. Dabei kann das DOE beispiels weise als rotierende Platte ausgebildet sein, welche über eine Steuereinheit ange steuert werden kann. As already mentioned above, the beam splitting unit can be a diffractive optical element (DOE). The DOE can be designed as a rotating plate, for example, which can be controlled via a control unit.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Laserbearbeitungsvorrichtung kann vorge sehen sein, dass die Strahlteilungseinheit, also das DOE, den Laserstrahl in einen zweidimensionalen Array von Teilstrahlen als räumliches Pattern aufteilt, wobei es sich bei dem zweidimensionalen Array um einen äquidistanten Array handelt. Um nur zwei Beispiele zu nennen (diese sind jedoch nicht einschränkend zu verstehen), kann die Strahlteilungseinheit einen auftreffenden Laserstrahl in einen Array aus 18 mal 18 oder 16 mal 16 Teilstrahlen aufteilen. Über die Strahlteilungs einheit kann der auf dem Werkstück erzielte Abstand zwischen den zugehörigen Laserspots der Teilstrahlen voreingestellt werden. Die mittels der Strahlteilungs einheit aufgeteilten Teilstrahlen stehen alle in einer festen Winkelbeziehung zuei nander. Alternativ kann die Strahlteilungseinheit den Laserstrahl auch in einen eindimensionalen Array von Teilstrahlen, zum Beispiel 1 x 50) aufteilen. According to a further embodiment of the laser processing device, it can be provided that the beam splitting unit, i.e. the DOE, splits the laser beam into a two-dimensional array of partial beams as a spatial pattern, the two-dimensional array being an equidistant array. To name just two examples (these are not, however, limiting understand), the beam splitting unit can split an incident laser beam into an array of 18 by 18 or 16 by 16 partial beams. The distance achieved on the workpiece between the associated laser spots of the partial beams can be preset via the beam splitting unit. The partial beams divided by means of the beam splitting unit are all in a fixed angular relationship to one another. Alternatively, the beam splitting unit can also split the laser beam into a one-dimensional array of partial beams, for example 1 × 50).
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass zwi schen der Laserstrahlungsquelle und der Strahlteilungseinheit ein Strahlformungs element angeordnet ist, das dazu eingerichtet ist, eine gaußförmige Intensitäts verteilung des Laserstrahls in eine davon abweichende Intensitätsverteilung um zuwandeln, insbesondere in eine Top-Hat Intensitätsverteilung oder eine ringför mige Intensitätsverteilung. Insbesondere kann damit erzielt werden, dass in einer Werkstückebene eine Top-Hat Intensitätsverteilung bzw. eine ringförmige Inten sitätsverteilung der auf das Werkstück projizierten Teilstrahlen bzw. Laserspots erzeugt wird. According to a further advantageous embodiment, provision can be made for a beam-shaping element to be arranged between the laser radiation source and the beam splitting unit, which is set up to convert a Gaussian intensity distribution of the laser beam into a different intensity distribution, in particular into a top-hat intensity distribution or a ring-shaped intensity distribution. In particular, it can thereby be achieved that a top hat intensity distribution or an annular intensity distribution of the partial beams or laser spots projected onto the workpiece is generated in a workpiece plane.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvor richtung kann vorgesehen sein, dass zwischen der Strahlselektionseinheit und der Strahlpositionierungseinheit eine zweite Relay-Einheit angeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, die erste Anzahl der Teilstrahlen zu kollimieren, sodass die kolli- mierten Teilstrahlen in einem nachgeordnet zu der zweiten Relay-Einheit angeord neten Punkt zusammenlaufen. Dadurch kreuzen sich die optischen Achsen der je weiligen Teilstrahlen in dem genannten Punkt, wobei der Punkt einen Fokalpunkt bereitstellt. Auch die zweite Relay-Einheit kann als Einzellinse oder als komplexes Linsensystem ausgebildet sein. Mit der zweiten Relay-Einheit sind die Teilstrahlen konvergierbar, was bedeutet, dass sie durch die zweite Relay-Einheit so ablenkbar sind, dass sie aufeinander zulaufen. Die Strahlrichtungen werden dabei so verän dert, dass sich der Abstand zwischen den Teilstrahlen in Richtung senkrecht zu einer dem optischen Pfad zugehörigen Achse bis zu einem Punkt geringsten Ab stands verkleinern. According to a further embodiment of the laser processing device according to the invention it can be provided that a second relay unit is arranged between the beam selection unit and the beam positioning unit, which is set up to collimate the first number of partial beams so that the collimated partial beams are arranged downstream the second relay unit arranged point converge. As a result, the optical axes of the respective partial beams intersect at the point mentioned, the point providing a focal point. The second relay unit can also be designed as a single lens or as a complex lens system. The partial beams can be converged with the second relay unit, which means that they can be deflected by the second relay unit in such a way that they converge on one another. The beam directions are changed in such a way that the distance between the partial beams in the direction perpendicular to an axis belonging to the optical path is reduced to a point of the smallest distance.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen der ersten Relay-Einheit und der zweiten Relay-Einheit eine Maske angeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, Teilstrahlen von nullter und/oder höherer Ordnung herauszufiltern, wobei es sich bei der Maske insbesondere um eine statische Maske handeln kann. According to a further advantageous embodiment of the invention it can be provided that a mask is arranged between the first relay unit and the second relay unit, which mask is set up to capture partial beams from the zeroth and / or to filter out a higher order, wherein the mask can in particular be a static mask.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvor richtung kann vorgesehen sein, dass zwischen der Strahlselektionseinheit und der zweiten Relay-Einheit eine Zoom-Einheit angeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, die Ausrichtung bzw. den Abstand der ersten Anzahl der Teilstrahlen zueinander einzustellen. Die Ausrichtung bzw. die Einstellung des Abstands der Teilstrahlen können simultan erfolgen. Unter einer Ausrichtung ist insbesondere die Anpassung der auf dem Werkstück vorliegenden Periode der Laserspots an die Periode des Werkstücks, beispielsweise eine Periode der zu bearbeitenden Pixel. Zusammen fassend ist festzuhalten, dass die erste Relay-Einheit die Teilstrahlen parallel zuei nander ausrichtet. Die zweite Relay-Einheit überführt den so erzeugten Strahlver satz der Teilstrahlen in eine Winkeländerung, diese Winkeländerung wird sodann in einer Fokussiereinheit wieder in einen Abstand überführt, womit sich effektiv die Änderung der genannten Spotperiode ergibt. According to a further embodiment of the laser processing device according to the invention it can be provided that a zoom unit is arranged between the beam selection unit and the second relay unit, which is set up to set the alignment or the distance of the first number of partial beams to one another. The alignment or the setting of the spacing of the partial beams can take place simultaneously. An alignment is in particular the adaptation of the period of the laser spots present on the workpiece to the period of the workpiece, for example a period of the pixels to be processed. In summary, it should be noted that the first relay unit aligns the partial beams parallel to one another. The second relay unit converts the beam offset of the partial beams thus generated into an angle change, this angle change is then converted back into a distance in a focusing unit, which effectively results in the change in the mentioned spot period.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvor richtung kann vorgesehen sein, dass die von der Strahlselektionseinheit von dem optischen Pfad abgeleiteten Teilstrahlen in Richtung einer Strahlblockiereinheit ab gelenkt werden, beispielsweise entlang eines optischen Nebenpfads, in welchem die Strahlblockiereinheit als unbewegliche Einheit angeordnet ist. Über das Zusam menwirken der Strahlselektionseinheit und der Strahlblockiereinheit kann die An zahl der auf das Werkstück auftreffenden Teilstrahlen flexibel eingestellt werden. Dies bezieht sich nicht nur auf die Anzahl der Teilstrahlen, sondern auch auf deren räumliche Auswahl bezogen auf einen von der Strahlteilungseinheit bereitgestell ten zweidimensionalen Teilstrahlarray. Aus letzterem können die Teilstrahlen in beliebiger Kombination bzgl. ihrer Position ausgewählt und der ersten oder der zweiten Anzahl der Teilstrahlen zugeordnet werden. According to a further embodiment of the laser processing device according to the invention it can be provided that the partial beams derived from the optical path by the beam selection unit are deflected in the direction of a beam blocking unit, for example along an optical secondary path in which the beam blocking unit is arranged as an immovable unit. The number of partial beams incident on the workpiece can be flexibly adjusted via the interaction of the beam selection unit and the beam blocking unit. This relates not only to the number of partial beams, but also to their spatial selection based on a two-dimensional partial beam array provided by the beam splitting unit. From the latter, the partial beams can be selected in any combination with regard to their position and assigned to the first or the second number of partial beams.
Wie schon eingangs erwähnt, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass auf Basis eines Input-Datensatzes bezüglich der auf dem Werkstück vorliegenden Be arbeitungsstellen bzw. deren räumlicher Verteilung, eine Anzahl von Bearbeitungs schritten, eine zur Ausführung der (jeweiligen) Bearbeitungsschritte benötigte Re lativposition des Werkstücks zur Laserbearbeitungsvorrichtung, einen die Relativ positionen der jeweiligen Bearbeitungsschritte umfassenden Bearbeitungsweg, sowie die zu den jeweiligen Bearbeitungsschritten zur Bearbeitung der Bearbei tungsstellen benötigte Anzahl und Position von Teilstrahlen festgelegt wird. Dies kann über eine Steuereinheit vollzogen werden, die entweder in die Laserbearbei tungsvorrichtung integriert oder extern zu dieser ausgebildet ist. Bei externer Aus bildung muss eine Signal- und Datenverbindung zwischen der Steuereinheit und der Laserbearbeitungsvorrichtung gewährleistet sein. Die Bestimmung der vorge nannten Betriebsparameter hängt von dem konkret vorliegenden Muster der Be arbeitungsstellen bzw. der Verteilung der Bearbeitungsstellen auf dem zu bearbei tenden Werkstück ab und kann von Werkstück zu Werkstück variieren. Für jeden Einzelfall müssen also neue optimale Bearbeitungsparameter berechnet werden. As already mentioned at the beginning, the invention can provide that on the basis of an input data set with regard to the processing points present on the workpiece or their spatial distribution, a number of processing steps, a relative position of the workpiece required to carry out the (respective) processing steps to the laser processing device, a processing path comprising the relative positions of the respective processing steps, as well as the number and position of partial beams required for the respective processing steps for processing the processing points. This can be done via a control unit that is either integrated into the laser processing device or is external to it. In the case of external training, a signal and data connection between the control unit and the laser processing device must be guaranteed. The determination of the above-mentioned operating parameters depends on the specific pattern of the processing points or the distribution of the processing points on the workpiece to be processed and can vary from workpiece to workpiece. For each individual case, new optimal machining parameters must be calculated.
Wie schon vorangehend angedeutet, kann es in einer weiteren vorteilhaften Aus gestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Werkstück auf einem in einer Horizontalebene verfahrbaren xy-Tisch angeordnet ist, und dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, den xy-Tisch zur Ausführung einer Relativbewegung des Werkstücks in Bezug zu der Laserbearbeitungsvorrichtung anzusteuern. Der xy- Tisch kann eine geeignete mechanische Bewegungseinheit aufweisen (diese kann beispielsweise ein Achssystem umfassen), mit welchem der Tisch verfahren wer den kann. As already indicated above, it can be provided in a further advantageous embodiment of the invention that the workpiece is arranged on an xy table that can be moved in a horizontal plane, and that the control unit is set up to move the xy table to perform a relative movement of the To control the workpiece in relation to the laser processing device. The xy table can have a suitable mechanical movement unit (this can for example include an axis system) with which the table can move.
Wie bereits erwähnt, kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, für die einzel nen Bearbeitungsschritte jeweils As already mentioned, the control unit can be set up for the individual processing steps
- die erste Anzahl und räumliche Anordnung der von der Strahlselektionsein heit in Richtung des Werkstücks weitergeleiteten Teilstrahlen zu ermitteln,- to determine the first number and spatial arrangement of the partial beams forwarded by the beam selection unit in the direction of the workpiece,
- die zweite Anzahl und räumliche Anordnung der von der Strahlselektions einheit aus dem optischen Pfad abgeleiteten Teilstrahlen zu ermitteln, und- To determine the second number and spatial arrangement of the partial beams derived from the optical path by the beam selection unit, and
- einen Positionierungs- und Bearbeitungsweg für eine von der Strahlpositio nierungseinheit ausgeführte Positionier- und Bearbeitungsbewegung der ersten Anzahl der Teilstrahlen bzw. den zugehörigen Laserspots auf dem Werkstück zu ermitteln. - To determine a positioning and processing path for a positioning and processing movement performed by the beam positioning unit for the first number of partial beams or the associated laser spots on the workpiece.
Die vorangehend beschriebenen Bedingungen definieren die Gestalt eines zur Be arbeitung an einer bestimmten Position benötigten zweidimensionalen Spotarrays. Die Zahl der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen bzw. der darauf abgebil deten Laserspots, sowie ein Pattern (bzw. die räumliche Anordnung oder Verteilung) der Spots hängt von der Anzahl der Bearbeitungsstellen auf dem Werk stück bzw. deren zweidimensionaler räumlicher Verteilung ab. Die Steuereinheit kann erfindungsgemäß dazu eingerichtet sein, die Strahlselektionseinheit und die Strahlpositionierungseinheit anzusteuern. Nur so kann die Laserbearbeitungsvor richtung gemäß den unter a. bis c. beschriebenen Bedingungen betrieben werden. The conditions described above define the shape of a two-dimensional spot array required for processing at a specific position. The number of partial beams directed onto the workpiece or the laser spots imaged thereon, as well as a pattern (or the spatial arrangement or Distribution) of the spots depends on the number of processing points on the workpiece or their two-dimensional spatial distribution. According to the invention, the control unit can be set up to control the beam selection unit and the beam positioning unit. Only in this way can the laser processing device according to the under a. to c. are operated.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann nachgelagert zu der Strahl positionierungseinheit eine Fokussiereinheit angeordnet sein. Diese kann dazu ein gerichtet sein, die erste Anzahl der Teilstrahlen auf das Werkstück unter Ausbil dung der Laserspots zu fokussieren. Beispielsweise kann die Fokussiereinheit als Linse ausgebildet sein, bevorzugt als F-Theta-Linse, die auch als Planfeldlinse be zeichnet wird. Dabei ist unter einer Linse in diesem Zusammenhang auch ein aus mehreren Linsen zusammengesetztes komplexes Linsensystem zu verstehen. According to a further embodiment of the invention, a focusing unit can be arranged downstream of the beam positioning unit. This can be designed to focus the first number of partial beams onto the workpiece while forming the laser spots. For example, the focusing unit can be designed as a lens, preferably as an F-theta lens, which is also referred to as a plane field lens. In this context, a lens is also to be understood as a complex lens system composed of several lenses.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann mit der La serstrahlungsquelle ein gepulster Laserstrahl erzeugt werden. Typische Pulswie derholraten liegen dabei im Bereich zwischen einigen Hertz bis einigen Megahertz. Für eine effektive Materialbearbeitung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Pulsdauer weniger als 100 ns beträgt, bevorzugt weniger als 10 ns, insbeson dere weniger als 1 ns. In diesem Pulsdauerbereich überwiegen bei der Materialbe arbeitung thermisch bedingte Effekte. Die Pulse können dabei mit Leistungen von mehr als 10 W, sogar mehr als 40 W appliziert werden. Pro Telstrahl können Leis tungen von wenigen 50 - 500 mW vorliegen. According to a further advantageous embodiment of the invention, a pulsed laser beam can be generated with the laser radiation source. Typical pulse repetition rates are in the range between a few Hertz and a few Megahertz. For effective material processing, it has proven to be advantageous if the pulse duration is less than 100 ns, preferably less than 10 ns, in particular less than 1 ns. In this pulse duration range, thermally induced effects predominate in material processing. The pulses can be applied with powers of more than 10 W, even more than 40 W. A power of a few 50 - 500 mW can be present per telebeam.
Wird gepulste Laserstrahlung mit einer kürzeren Pulsdauer eingesetzt, so gewin nen Effekte an Einfluss, die mit der Deposition vergleichbar sehr hoher Energie mengen in sehr kurzer Zeit einhergehen, d.h. mit hohen Peakleistungen. Bei die sen Effekten kann es sich insbesondere um Sublimationseffekte handeln, bei de nen das Material des Werkstücks schlagartig lokal verdampft, d.h. solche Effekte, bei denen anstelle einer Materialumlagerung ein Materialabtrag erfolgt. Hier hat sich der Einsatz von gepulster Laserstrahlung mit einer Pulsdauer von weniger als 100 ps, insbesondere bevorzugt weniger als 10 ps und ganz besonders bevorzugt weniger als 1 ps als vorteilhaft erwiesen. Insbesondere Pulsdauern im Bereich von einigen Hundert Femtosekunden bis zu etwa 10 ps lassen einen gezielten Materi alabtrag durch Sublimation zu. Typische Pulswiederholraten liegen zwischen 50 und 2000 Hz. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Pulsenergien können im Bereich von 5 bis 1000 pJ für den Laserstrahl vor der Strahlteilung betragen. If pulsed laser radiation with a shorter pulse duration is used, effects that are associated with the deposition of comparable very high amounts of energy in a very short time, ie with high peak powers, gain influence. These effects can in particular be sublimation effects in which the material of the workpiece suddenly evaporates locally, ie effects in which material is removed instead of material redistribution. The use of pulsed laser radiation with a pulse duration of less than 100 ps, particularly preferably less than 10 ps and very particularly preferably less than 1 ps has proven advantageous here. In particular, pulse durations in the range of a few hundred femtoseconds up to about 10 ps allow targeted material ablation by sublimation. Typical pulse repetition rates are between 50 and 2000 Hz. Those used in the context of the present invention Pulse energies can be in the range from 5 to 1000 pJ for the laser beam before beam splitting.
Zukünftig zur Verfügung stehende Laserstrahlungsquellen mit noch kürzeren Puls dauern sind ebenfalls vorteilhaft im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar. Laser radiation sources with even shorter pulse durations which will be available in the future can also be used advantageously in connection with the device according to the invention or the method according to the invention.
Allerdings kann auch die Verwendung von gepulster Laserstrahlung mit noch län geren Pulsdauern als den vorstehend genannten 100 ns sinnvoll sein, beispiels weise wenn bestimmte Wellenlängen für die Bearbeitungsaufgabe erforderlich sind, oder eine langsamere Energiedeposition vorteilhaft ist, beispielsweise um eine gezielte lokale Erwärmung zur Initiation einer lokalen Bearbeitungsreaktion, die auch chemischer Natur sein kann, wie das Auslösen einer Polymerisationsre aktion, zu erzielen und gleichzeitig einen vorzeitigen Materialabtrag zu vermeiden. However, the use of pulsed laser radiation with pulse durations even longer than the above-mentioned 100 ns can also be useful, for example if certain wavelengths are required for the machining task, or if a slower energy deposition is advantageous, for example for targeted local heating to initiate a local one Processing reaction, which can also be of a chemical nature, such as triggering a polymerization reaction, to be achieved and at the same time to avoid premature material removal.
Die vorliegende Erfindung ist zwar nicht auf die Verwendung eines Lasers mit einer bestimmten Wellenlänge beschränkt, vorteilhaft ist allerdings die Verwendung ei nes UV-Lasers als Laserstrahlungsquelle, wobei die Laserstrahlungsquelle vorzugs weise einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 355 nm, 343 nm, 266 nm oder 257 nm erzeugt. Bei der ablatierenden Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Laserbearbeitungsvorrichtung kann die Wellenlänge dahingehend ausgewählt wer den, dass Laserstrahlung von dem zu ablatierenden Material absorbiert wird. La serstrahlung mit Wellenlängen im Nahinfrarot und VIS Bereich ist dazu weniger geeignet, es sei denn man verwendet kurze Pulsdauern im piko- und femtosekun- den-Bereich. Bevorzugt ist die Laserstrahlungsquelle dazu eingerichtet, monochro matische Laserstrahlung zu erzeugen. Je nach Bearbeitungsaufgabe können aber auch breitbandige Laserstrahlungsquellen vorteilhaft sein. The present invention is not limited to the use of a laser with a specific wavelength, but the use of a UV laser as a laser radiation source is advantageous, the laser radiation source preferably being a laser beam with a wavelength of 355 nm, 343 nm, 266 nm or 257 nm generated. In the ablative machining of a workpiece with a laser machining device, the wavelength can be selected to the effect that laser radiation is absorbed by the material to be ablated. Laser radiation with wavelengths in the near-infrared and VIS range is less suitable for this unless short pulse durations in the picosecond and femtosecond range are used. The laser radiation source is preferably set up to generate monochromatic laser radiation. Depending on the processing task, broadband laser radiation sources can also be advantageous.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Laserbe arbeitungsvorrichtung kann die Vorrichtung ein Lambda-Halbe-Verzögerungsele- ment aufweisen sein. Dieses Verzögerungselement erlaubt die Anpassung der Po larisationsrichtung der erzeugten Laserstrahlung. According to a further advantageous embodiment of the laser processing device according to the invention, the device can have a half-wave delay element. This delay element allows the polarization direction of the generated laser radiation to be adjusted.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Strahlpo sitionierungseinheit als Spiegelscanner ausgebildet sein, insbesondere als Galva nometerscanner. Entsprechend kann die Strahlpositionierungseinheit einen oder mehrere Drehantrieb(e) aufweisen, der bzw. die dazu eingerichtet sind, in der Strahlpositionierungseinheit vorgesehene Spiegel zur gezielten Auslenkung und Positionierung der Teilstrahlen zu bewegen. Galvanometerscanner zur Verwen dung in Laserbearbeitungsvorrichtungen sind allgemein bekannt. According to a further advantageous embodiment of the invention, the Strahlpo sitioning unit can be designed as a mirror scanner, in particular as a Galvanometer scanner. Accordingly, the beam positioning unit can have one or have several rotary drive (s) which are set up to move mirrors provided in the beam positioning unit for the targeted deflection and positioning of the partial beams. Galvanometer scanners for use in laser processing devices are well known.
Erfindungsgemäß umfasst die Strahlselektionseinheit eine Spiegelanordnung um fassen, beispielsweise einen Array aus MEMS Spiegeln oder einen Mikrospie- gelarray (DMD Anordnung). Das Akronym MEMS steht dabei bekanntlich für mikro- elektro-mechanische-Systeme. Das Akronym DMD bezeichnet einen„digital micro- mirror device". Beide Bauteile sind aus dem Stand der Technik bekannt, weshalb an dieser Stelle auf das allgemeine Fachwissen verwiesen sei. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung geht damit einher, dass einem jeden auf die Strahlselekti onseinheit auftreffenden Teilstrahl genau ein Spiegel des Arrays aus MEMS Spie geln oder des Mikrospiegelarrays zugeordnet ist. Entsprechend den beschriebenen Ausgestaltungen kann also vorgesehen sein, die Strahlselektionseinheit reflektiv auszubilden. MEMS Spiegel können entweder resonant oder quasi-statisch betrie ben werden. Bei derartigen Spiegeln handelt es sich um zweidimensionale Ele mente zur Strahlungsablenkung. Mögliche Scan-Frequenzen reichen von 0.1 kHz bis 50 kHz. According to the invention, the beam selection unit comprises a mirror arrangement, for example an array of MEMS mirrors or a micromirror array (DMD arrangement). The acronym MEMS stands for micro-electro-mechanical systems. The acronym DMD denotes a "digital micromirror device". Both components are known from the prior art, which is why reference is made at this point to the general technical knowledge. A significant advantage of the invention is associated with the fact that everyone can access the beam selection unit The incident partial beam is assigned to exactly one mirror of the array of MEMS mirrors or of the micromirror array. According to the configurations described, the beam selection unit can be designed to be reflective. MEMS mirrors can be operated either resonantly or quasi-statically. Such mirrors are two-dimensional elements for deflecting radiation, possible scan frequencies ranging from 0.1 kHz to 50 kHz.
Die in der Strahlselektionseinheit angeordneten Spiegel können über eine Steuer einheit einzeln angesteuert und verkippt bzw. bewegt werden, um somit jeden Teilstrahl individuell ablenken zu können. Wie schon erwähnt, kann eine erste An zahl der Teilstrahlen entlang des optisches Pfads in Richtung des Werkstücks wei tergeleitet bzw. abgelenkt werden, oder aber aus dem optischen Pfad entfernt bzw. abgelenkt werden (die aus dem optischen Pfad abgelenkten Teilstrahlen treffen nicht auf das Werkstück auf). The mirrors arranged in the beam selection unit can be individually controlled and tilted or moved via a control unit in order to be able to deflect each partial beam individually. As already mentioned, a first number of partial beams can be guided or deflected along the optical path in the direction of the workpiece, or removed or deflected from the optical path (the partial beams deflected from the optical path do not hit the workpiece on).
Vorgesehen sein kann beispielsweise, dass die einzelnen Spiegel zwei Stellungen einnehmen können, insbesondere eine ON-Stellung und eine OFF-Stellung. In der ON-Position sind die Spiegel beispielsweise ausgeschaltet, in der OFF-Position hin gegen sind die Spiegel um einen vorgegebenen Winkel, beispielsweise 10°, in Be zug zu der ON-Position ausgelenkt. Je nach Stellung der Spiegel, wird ein auf einen solchen Spiegel auftreffender Teilstrahl entlang des optischen Pfades bzw. einem entsprechendem Strahlengang weitergeleitet (abgelenkt) oder aber entlang eines optischen Nebenpfades (dieser weicht von dem optischen Pfad ab). In dem optischen Nebenpfad kann beispielsweise eine Strahlblockiereinheit angeordnet sein. Die dort auftreffenden Teilstrahlen werden also nicht in Richtung des Werk stücks abgelenkt. Zusammenfassend ist zu subsumieren, dass ein jeder Spiegel dazu eingerichtet ist, eine On-Stellung und eine Off-Stellung einzunehmen, wobei ein in der On-Stellung befindlicher Spiegel dazu eingerichtet ist, einen Teilstrahl aus dem optischen Pfad abzulenken, und wobei ein in der Off-Stellung befindlicher Spiegel dazu eingerichtet ist, einen Teilstrahl in Richtung des Werkstücks weiter zuleiten. Mit der vorgenannten Spiegelanordnung können im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik vorbekannten Strahlselektion, siehe hierzu insbesondere die US 9,592,570 B2, - bezogen auf ein nach der Strahlteilung vorliegendes zwei dimensionales Spot- oder Teilstrahlmuster - beliebige Teilstrahlen oder Spots zur Weiterleitung in Richtung des Werkstücks selektiert werden. Aus der US 9,592,570 B2 ist lediglich bekannt, einzelne Spot-Reihen oder Spalten zu selektieren. Ferner ist zu betonen, dass die mit der hier vorgeschlagenen Strahlselektionseinheit aus geführte Selektion vorzugsweise reflektiv erfolgt. Jeder einzelne Teilstrahl kann einzeln dynamisch und selektiv geschaltet werden. It can be provided, for example, that the individual mirrors can assume two positions, in particular an ON position and an OFF position. In the ON position, the mirrors are switched off, for example, in the OFF position, on the other hand, the mirrors are deflected by a predetermined angle, for example 10 °, in relation to the ON position. Depending on the position of the mirrors, a partial beam impinging on such a mirror is passed on (deflected) along the optical path or a corresponding beam path, or along an optical secondary path (this deviates from the optical path). By doing A beam blocking unit can for example be arranged in the optical secondary path. The partial beams impinging there are therefore not deflected in the direction of the workpiece. In summary, it should be subsumed that each mirror is set up to assume an on position and an off position, with a mirror in the on position being set up to deflect a partial beam from the optical path, and one in the Off-position mirror is set up to forward a partial beam in the direction of the workpiece. With the aforementioned mirror arrangement, in contrast to the beam selection known from the prior art, see in particular US Pat. No. 9,592,570 B2 - based on a two-dimensional spot or partial beam pattern present after the beam splitting - any partial beams or spots for forwarding in the direction of the workpiece be selected. From US Pat. No. 9,592,570 B2 it is only known to select individual spot rows or columns. It should also be emphasized that the selection carried out with the beam selection unit proposed here is preferably carried out reflective. Each individual partial beam can be individually switched dynamically and selectively.
Je nach Stellung der Spiegel ergibt sich auf dem Werkstück ein vorkonfiguriertes Pattern an Laserspots bzw. Bearbeitungsspots. Sind alle Spiegel in ihrer ON- Stellung geschaltet, ergibt sich ein vordefinierter Spotarray (z.B. ein 10 mal 10 Array), wobei alle Gitterplätze mit einem Laserpot besetzt sind. Die Laserspots haben dabei einen jeweils einen annähernd konstanten Abstand. Befinden sich nicht alle Spiegel in ihrer ON-Stellung, so verbleibt eine gewisse Anzahl der Git terplätze spotfrei. Mit einem solchen Verfahren können folglich eine Vielzahl ver schiedener Konfigurationen von auf dem Werkstück abgebildeten Laserspots be reitgestellt werden. Depending on the position of the mirrors, a preconfigured pattern of laser spots or processing spots results on the workpiece. If all mirrors are switched to their ON position, a predefined spot array results (e.g. a 10 by 10 array), with all grid positions being occupied by a laser spot. The laser spots each have an approximately constant distance. If not all mirrors are in their ON position, a certain number of the grid positions remain spot-free. With such a method, a large number of different configurations of laser spots imaged on the workpiece can consequently be provided.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Spiegel zumindest teilweise mit einer dielektrischen Beschichtung versehen sind. Im vergleich zu einer metallischen Oberfläche eines Spiegels wird mit einer die lektrischen Beschichtung vermieden, dass sich der Spiegel im Wege einer Restabsorption der auf den Spiegel auftreffenden Laserstrahlung aufheizt. Es kann vorgesehen sein, jeden Spiegel vollständig dielektrisch zu beschichten, oder nur partiell. Wie bereits vorangehend beschrieben, kann die Strahlselektionseinheit in einer alternativen Ausführung auch transmittiv bzw. absorptiv ausgebildet sein, insbe sondere als zumindest ein auf einem Chip angeordnetes Blockierelement. Derar tige Chips sind jedoch auf dem Markt frei erhältlich (siehe beispielsweise https://www.preciseley.com/mems-optical-shutter.html). Das genannte Blockie relement ist dabei innerhalb einer Chipebene zumindest von einer ersten in eine zweite Stellung bewegbar. In der ersten Stellung ist dabei eine Transmission (also ein Hindurchtreten) eines auf das Blockierelement auftreffenden Teilstrahls ermög licht. In der zweiten Stellung hingegen ist ein Hindurchtreten eines auf das Blo ckierelement auftreffenden Teilstrahls verwehrt (Absorption). Das Umschalten des Blockierelements kann über eine Steuereinheit kontrolliert werden, entsprechend eignet sich auch ein derartiger Chip (oder ein Array derartiger Chips) zur Verwen dung mit der vorliegenden Erfindung. According to a further advantageous embodiment, it can be provided that the mirrors are at least partially provided with a dielectric coating. Compared to a metallic surface of a mirror, an electrical coating prevents the mirror from heating up due to residual absorption of the laser radiation striking the mirror. It can be provided that each mirror is coated completely dielectrically or only partially. As already described above, in an alternative embodiment the beam selection unit can also be designed transmissive or absorptive, in particular as at least one blocking element arranged on a chip. Such chips are freely available on the market (see, for example, https://www.preciseley.com/mems-optical-shutter.html). Said blocking element can be moved within a chip plane at least from a first to a second position. In the first position, a transmission (ie a passage) of a partial beam impinging on the blocking element is made possible. In the second position, however, a partial beam striking the blocking element cannot pass through (absorption). The switching of the blocking element can be controlled via a control unit; accordingly, such a chip (or an array of such chips) is also suitable for use with the present invention.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Strahlselektionseinheit mit einer Kühleinheit versehen ist. Die Küh leinheit kann beispielsweise auf einer Wasserkühlung, einem Peltier-Element, oder einer Luftkühlung beruhen. Auch eine Kombination der voranstehend genannten Kühlmethoden ist möglich. Mit der Kühleinheit wird ein Aufheizen der in der Strahl selektionseinheit angeordneten Spiegel durch das Auftreffen der Laserstrahlung vermieden. Die dabei entstehende Abwärme sowie die durch elektronische Kom ponenten der Strahlselektionseinheit entstehende Abwärme kann mittels der Küh leinheit abgeführt werden. According to a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the beam selection unit is provided with a cooling unit. The cooling unit can be based on water cooling, a Peltier element, or air cooling, for example. A combination of the cooling methods mentioned above is also possible. The cooling unit prevents the mirrors arranged in the beam selection unit from heating up due to the impact of the laser radiation. The resulting waste heat and the waste heat produced by electronic components of the jet selection unit can be dissipated by means of the cooling unit.
Weitere Vorteile, Ausgestaltungen und Weiterbildungen, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung bzw. dem erfindungs gemäßen Verfahren stehen, sind anhand eines nachfolgend beschriebenen Aus führungsbeispiels genauer erläutert. Dieses soll dem Fachmann die Erfindung ver deutlichen und ihn die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen, ohne jedoch die Erfindung zu beschränken. Die anhand des Ausführungsbeispiels beschriebenen Merkmale können ebenfalls zur Weiterbildung der erfindungsgemäßen Laserbear beitungsvorrichtung wie auch des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen werden. Das Ausführungsbeispiel wird anhand der Figuren näher erläutert. Dort zeigt: Fig. la das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung, nämlich eine schemati sche Ansicht einer von einer Vielzahl von Pixeln bereitgestellten Werk stückoberfläche, wobei eine bestimmte Anzahl der Pixel Bearbei tungsstellen (z.B. Fehlstellen des Displays) sind; Further advantages, refinements and developments that are related to the laser processing device according to the invention or the method according to the invention are explained in more detail using an exemplary embodiment described below. This is intended to make the invention clear to the person skilled in the art and to enable him to carry out the invention without, however, limiting the invention. The features described with reference to the exemplary embodiment can also be used to develop the laser machining device according to the invention and the method according to the invention. The embodiment is explained in more detail with reference to the figures. There shows: La shows the basic principle of the present invention, namely a schematic view of a workpiece surface provided by a plurality of pixels, with a certain number of the pixels processing points (for example imperfections in the display);
Fig. lb das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung, nämlich eine schemati sche Ansicht einer zweidimensionalen Laserspotanordnung, die über eine Strahlteilung bereitgestellt wird; Fig. Lb the basic principle of the present invention, namely a schematic view of a two-dimensional laser spot arrangement, which is provided via a beam division;
Fig. lc das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung, nämlich die Bearbei tung der Bearbeitungsstellen mit über eine Selektionseinheit selek tierten Laserspots; Fig. 1c shows the basic principle of the present invention, namely the processing of the processing points with laser spots selected via a selection unit;
Fig. 2 den schematischen Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung ge mäß der Erfindung; 2 shows the schematic structure of a laser machining device according to the invention;
Fig. 3 eine schematische Ansicht zum Funktionsprinzip jener der Laserbear beitungsvorrichtung zugehörigen Strahlselektionseinheit. Fig. 3 is a schematic view of the functional principle of that of the Laserbear processing device associated beam selection unit.
Fig. 4 eine schematische Ansicht zum Funktionsprinzip jener der Laserbear beitungsvorrichtung zugehörigen Strahlselektionseinheit in einer zweiten Ausführungsform. Fig. 4 is a schematic view of the functional principle of that of the Laserbear processing device associated beam selection unit in a second embodiment.
Mit dem der Erfindung zugrunde liegenden Verfahren können in einem Werkstück 2 bzw. an einer zugehörigen Oberfläche vorliegende Fehlstellen bearbeitet und/o der repariert werden. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Reparatur von Displays bzw. Displaykomponenten, beispielsweise OLED Displays oder miniLED Displays. Gleichsam können vorgegebene Bearbeitungsstellen eines Werkstücks 2 (z.B. ein bestimmtes Muster von Bearbeitungsstellen) mit der erfin dungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung bearbeitet werden, beispielsweise im Wege einer LIFT Bearbeitung. Nachfolgend sei ganz allgemein von„Bearbei tungsstellen" die Rede, dabei umfassend sowohl Fehlstellen als auch anderweitige Bearbeitungsstellen. Zur Ausführung des Verfahrens kommt eine Laserbearbei tungsvorrichtung zum Einsatz, deren technische Merkmale und Spezifikationen nachfolgend genauer beschrieben seien. Wie schon eingangs beschrieben, eignet sich die erfindungsgemäße Laserbearbei tungsvorrichtung insbesondere zur Bearbeitung von Bearbeitungsstellen 1 eines Werkstücks 2, z.B. der Fehlstellen eines Displays. Bevor im Einzelnen auf Details der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung eingegangen wird, sei das Grundprinzip ganz allgemein anhand der Figuren la bis lc erläutert. With the method on which the invention is based, defects present in a workpiece 2 or on an associated surface can be machined and / or repaired. In particular, the present invention relates to the repair of displays or display components, for example OLED displays or miniLED displays. At the same time, predetermined processing points of a workpiece 2 (for example a specific pattern of processing points) can be processed with the laser processing device according to the invention, for example by way of a LIFT processing. In the following, “processing points” will be mentioned in general terms, including both imperfections and other processing points. A laser processing device is used to carry out the method, the technical features and specifications of which are described in more detail below. As already described at the outset, the laser machining device according to the invention is particularly suitable for machining machining points 1 of a workpiece 2, for example the imperfections of a display. Before going into details of the laser processing device according to the invention in detail, the basic principle will be explained quite generally with reference to FIGS. La to lc.
Wie die Figur la wiedergibt, kann ein zu bearbeitendes Werkstück 2 ein Gitter aus einer Vielzahl von Pixeln 30 umfassen (Figur 1). Die Pixel 30 können wiederrum Sub-Strukturen aufweisen (nicht dargestellt). Einzelne oder mehrere der Pixel 30 können als Bearbeitungsstellen 1 definiert werden (z.B. als Fehlstellen, beispiels weise aufgrund lokaler Material-Inhomogenitäten, Schichtdickenabweichungen etc.). Auch kann es sich bei den Bearbeitungsstellen 1 um gewünschte Bearbei tungspositionen handeln, die einer LIFT Bearbeitung unterzogen werden sollen. Im vorliegenden Beispiel der Fig. la sind die (zu bearbeitenden) Bearbeitungsstellen mit einer diagonalen Linie kenntlich gemacht, die durch jene die Pixel 30 illustrie renden Vierecke verläuft. Die Fig. lb zeigt eine Konfiguration von Laserspots 18, bzw. einen zweidimensionalen Array von drei mal drei Laserspots 18, welcher aus einer Strahlteilung eines Laserstrahls 10 mit einer Strahlteilungseinheit 5 (vgl. Fig. 2) hervorgeht. Kernidee der Erfindung ist es, aus dem Array der Laserspots 18 mit einer Strahlselektionseinheit 6 nur diejenigen Laserspots 18 über eine entspre chende Teilstrahlselektion auszuwählen und auf dem Werkstück 2 abzubilden, wel che zur Bearbeitung der vorliegenden Bearbeitungsstellen 1 notwendig sind, im vorliegenden Beispiel also drei Laserspots 18. Wie in der Fig lc wiedergegeben, können die drei Laserspots 18 auf die Bearbeitungsstellen gerichtet werden und einer Bearbeitungsbewegung unterzogen werden. Diese verläuft - wie anhand der Pfeile illustriert - synchron und simultan. As FIG. 1 a shows, a workpiece 2 to be machined can comprise a grid of a plurality of pixels 30 (FIG. 1). The pixels 30 can in turn have sub-structures (not shown). Individual or several of the pixels 30 can be defined as processing points 1 (e.g. as defects, for example due to local material inhomogeneities, layer thickness deviations, etc.). The processing points 1 can also be desired processing positions that are to be subjected to LIFT processing. In the present example of FIG. 1 a, the processing points (to be processed) are identified by a diagonal line which runs through the rectangles illustrating the pixels 30. FIG. 1b shows a configuration of laser spots 18, or a two-dimensional array of three times three laser spots 18, which results from a beam splitting of a laser beam 10 with a beam splitting unit 5 (see FIG. 2). The core idea of the invention is to select only those laser spots 18 from the array of laser spots 18 with a beam selection unit 6 via a corresponding partial beam selection and to map them on the workpiece 2, which are necessary for processing the present processing points 1, i.e. three laser spots in the present example 18. As shown in FIG. 1c, the three laser spots 18 can be directed onto the processing points and subjected to a processing movement. This runs - as illustrated by the arrows - synchronously and simultaneously.
Auf das Werkstück 2 kann also ein beliebiges Pattern an Laserspots bzw. Bearbei tungsspots abgebildet werden (in Anpassung an ein Pattern von Bearbeitungsstel len oder Fehlstellen). Ohne Selektion mit der Strahlselektionseinheit ergibt sich ein vordefinierter Spotarray (z.B. ein 3 mal 3 Array), wobei alle der in Figur la ge zeigten Gitterplätze des Werkstücks 2 mit einem Laserspot besetzt wären. Die La serspots haben dabei einen jeweils einen annähernd konstanten Abstand. Durch eine adäquate Selektion der in Richtung des Werkstücks weitergeleiteten Teilstrah len T, verbleibt eine gewisse Anzahl der Gitterplätze spotfrei. Nur jene Gitterplätze bzw. Bearbeitungsstellen, die auch einer Bearbeitung unterzogen werden müssen, werden somit bearbeitet. Any pattern of laser spots or machining spots can be mapped onto the workpiece 2 (in adaptation to a pattern of machining locations or defects). Without selection with the beam selection unit, a predefined spot array is obtained (for example a 3 by 3 array), all of the grid locations of the workpiece 2 shown in FIG. 1 being occupied by a laser spot. The laser spots each have an approximately constant distance. Through an adequate selection of the partial beams T transmitted in the direction of the workpiece, a certain number of the grid positions remains spot-free. Just those grid places or processing points that must also be processed are thus processed.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Laserbearbeitungs vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass solche Bearbeitungsstellen 1 in einem parallelisierten Bearbeitungsprozess-Prozess simultan bearbeitet werden können, und zwar in einer beliebigen räumlichen Kombination. Bezogen auf das Beispiel der Fehlstellen-Reparatur ist das mit der vorliegenden Erfindung beschriebene Ver fahren im Vergleich zu Reparaturtechniken, die auf einer Einzelstrahl-Laserbear beitung basieren, kostengünstiger und schneller. The method according to the invention or the laser processing device according to the invention is characterized in that such processing points 1 can be processed simultaneously in a parallelized processing process, specifically in any spatial combination. Based on the example of the repair of defects, the method described with the present invention is cheaper and faster compared to repair techniques based on single-beam laser machining.
Wie in der Figur 2 wiedergegeben, kann die mit der vorliegenden Erfindung vorge schlagene Laserbearbeitungsvorrichtung eine Mehrzahl von aus einem Laserstrahl 10 gebildeten Teilstrahlen T auf das zu bearbeitende Werkstück 2 projizieren, auf dem Werkstück 2 kann also ein Array aus Teilstrahlen T abgebildet werden. Die Anzahl und die Position, der auf das Werkstück 2 abgebildeten Teilstrahlen T, kann flexibel eingestellt werden. Ferner sind die Teilstrahlen T flexibel schaltbar, d.h. es können ohne Weiteres auch nur einzelne der dem Array zugehörigen Teilstrahlen T auf das Werkstück 2 gerichtet werden. Mit der erfindungsgemäßen Laserbear beitungsvorrichtung ist es also möglich, das Werkstück 2 selektiv an jenen Pixeln mit Laserstrahlung (bzw. den von den Teilstrahlen T ausgebildeten Laserspots) zu beaufschlagen, an welchen die Bearbeitungsstellen 1 ausgebildet sind. Bei einer Fehlstellenreparatur kann beispielsweise an diesen Bearbeitungsstellen 1 vorlie gendes, überschüssiges Displaymaterial im Wege der Laserbearbeitung ablatiert werden. Es können also sowohl innerhalb eines vorgegebenen Scanbereichs (damit ist ein von den auf das Werkstück 2 projizierten Teilstrahlen T aufgespannter Be arbeitungsbereich gemeint), als auch über diesen Scanbereich hinweg Bearbei tungsstellen 1 des Werkstücks 2 bearbeitet werden. Letzteres ist insbesondere durch eine Relativverschiebung des Werkstücks 2 in Bezug zu der positionsfesten Laserbearbeitungsvorrichtung möglich. As shown in FIG. 2, the laser processing device proposed by the present invention can project a plurality of partial beams T formed from a laser beam 10 onto the workpiece 2 to be processed, i.e. an array of partial beams T can be imaged on the workpiece 2. The number and the position of the partial beams T imaged on the workpiece 2 can be set flexibly. Furthermore, the partial beams T can be switched flexibly, i.e. only individual ones of the partial beams T belonging to the array can easily be directed onto the workpiece 2. With the laser machining device according to the invention, it is thus possible to selectively apply laser radiation (or the laser spots formed by the partial beams T) to the workpiece 2 at those pixels at which the machining points 1 are formed. In the case of a defect repair, for example, excess display material present at these processing points 1 can be ablated by laser processing. This means that processing points 1 of workpiece 2 can be processed both within a specified scan area (this means a processing area spanned by the partial beams T projected onto workpiece 2) and across this scan area. The latter is possible in particular through a relative displacement of the workpiece 2 in relation to the fixed-position laser processing device.
An dieser Stelle sei betont, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung Werkstücke 2 unterschiedlicher Art bearbeitet werden können, die Erfindung ist also nicht auf eine Verwendung bei der Reparatur von Display-Fehlstellen beschränkt. Grundsätzlich kann die Erfindung zur Repara tur von Fehlstellen unterschiedlichster Flachprodukte zum Einsatz kommen, solange die Oberfläche mittels der verwendeten Laserstrahlung ablatierbar ist. Ins besondere bei Werkstücken 2 auf Basis von organischen Materialien oder Kunst stoffen kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommen bzw. die er findungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung eingesetzt werden. Gleichsam kann das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäßen Vorrichtung auch zur Bearbeitung eines Werkstücks 2 im Wege eines LIFT Verfahrens heran gezogen werden. At this point it should be emphasized that workpieces 2 of different types can be processed with the method according to the invention or the device according to the invention, so the invention is not limited to use in the repair of display defects. In principle, the invention can be used to repair defects in a wide variety of flat products, as long as the surface can be ablated by means of the laser radiation used. In particular for workpieces 2 based on organic materials or synthetic materials, the method according to the invention can be used or the laser processing device according to the invention can be used. At the same time, the method according to the invention or the device according to the invention can also be used for machining a workpiece 2 by way of a LIFT method.
Der Abstand D2 der auf das Werkstück 2 abgebildeten Laserspots kann flexibel eingestellt werden. Dabei kann sich die Größenordnung des Abstands D2 nach dem Abstand der Fehlstellen 1 auf dem Werkstück bemessen. Dies sei nachfolgend er läutert. The distance D2 between the laser spots imaged on the workpiece 2 can be set flexibly. The order of magnitude of the distance D2 can be measured according to the distance between the flaws 1 on the workpiece. This will be explained below.
In der Figur 2 ist der schematische Aufbau der erfindungsgemäßen Laserbearbei tungsvorrichtung wiedergegeben. Bei der dortigen Darstellung handelt es sich um eine schematische Abbildung, was bedeutet, dass auch wenn die Darstellung zu vermitteln vermag, dass z.B. die Teilstrahlen T durch die Strahlselektionseinheit 6 hindurchtreten, die Strahlselektionseinheit 6 ohne Weiteres - und sogar bevorzugt - reflektiv ausgebildet ist. Aus der figürlichen Darstellung der Fig. 2 lassen sich also keine Hinweise über die konkret funktionale Ausbildung der Bauelemente ab leiten. Die einzelnen Komponenten der Laserbearbeitungsvorrichtung können so wohl transmittiv als auch reflektiv ausgebildet sein. In the figure 2, the schematic structure of the Laserbearbei processing device according to the invention is shown. The representation there is a schematic illustration, which means that even if the representation is able to convey that e.g. the partial beams T pass through the beam selection unit 6, the beam selection unit 6 is readily - and even preferably - reflective. From the figurative representation of FIG. 2, therefore, no information about the specific functional design of the components can be derived. The individual components of the laser processing device can be designed to be both transmissive and reflective.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung kann zunächst eine Werkstückaufnahme 40 zur Aufnahme beziehungsweise Positionierung eines Werkstücks 2 umfassen. Die Werkstückaufnahme 40 kann in Form eines in einer Horizontalebene verfahrbaren xy-Tischs ausgebildet sein. Die Positionierung des Werkstücks 2 in oder auf der Werkstückaufnahme 40 kann gewichtskraftbasiert erfolgen oder unter Einsatz ge eigneter Befestigungs- oder Positionierungsmittel (nicht dargestellt). Die Werk stückaufnahme 40 kann auch extern zu der Laserbearbeitungsvorrichtung ange ordnet sein. The laser processing device can initially comprise a workpiece holder 40 for receiving or positioning a workpiece 2. The workpiece holder 40 can be designed in the form of an xy table that can be moved in a horizontal plane. The positioning of the workpiece 2 in or on the workpiece holder 40 can be based on the force of weight or using suitable fastening or positioning means (not shown). The workpiece holder 40 can also be arranged externally to the laser processing device.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst zunächst eine Laserstrahlungsquelle 3 mit der ein Laserstrahl 10 erzeugt und entlang eines optischen Pfades 4 in Richtung des Werkstücks 2 ausgesendet wird, insbesondere in Form von Laserpulsen. Der Laserstrahlungsquelle 3 ist in Strahlrichtung eine Strahlteilungseinheit 5 nachge ordnet. Die Strahlteilungseinheit 5 ist dazu eingerichtet, den Laserstrahl 10 in eine Vielzahl von Teilstrahlen T aufzuteilen. Bei der Strahlteilungseinheit 5 kann es sich um ein - an sich bekanntes - diffraktives optisches Element (DOE) handeln. Be reits mit der Strahlteilungseinheit 5 kann die Anzahl der Teilstrahlen T voreinge stellt werden. Auch eine Grobeinstellung der in einer Ebene des Werkstücks 2 vor liegenden Abstände zwischen den Laserspots der Teilstrahlen T, lässt sich bereits mit der Strahlteilungseinheit 5 einstellen. Mit der Strahlteilungseinheit 6 lässt sich ein Laserstrahl 10 in Teilstrahlen aufteilen, die ein zweidimensionales räumliches Muster von Laserspots 18 bereitstellen. The laser processing device initially comprises a laser radiation source 3 with which a laser beam 10 is generated and emitted along an optical path 4 in the direction of the workpiece 2, in particular in the form of laser pulses. The Laser radiation source 3 is a beam splitting unit 5 nachge in the beam direction. The beam splitting unit 5 is set up to split the laser beam 10 into a plurality of partial beams T. The beam splitting unit 5 can be a diffractive optical element (DOE) which is known per se. Already with the beam splitting unit 5, the number of partial beams T can be preset. A rough adjustment of the distances between the laser spots of the partial beams T lying in a plane of the workpiece 2 can already be adjusted with the beam splitting unit 5. With the beam splitting unit 6, a laser beam 10 can be split into partial beams which provide a two-dimensional spatial pattern of laser spots 18.
Bezogen auf den Strahlengang ist nachgeordnet zu der Strahlteilungseinheit 5 eine Maske 8 vorgesehen, mit welcher ungewünschte Teilstrahlen T von höherer Ord nung herausgefiltert werden können. Bei der Maske handelt es sich um eine opti sche Maske. Nachgeordnet zu der Maske 8 kann - wie in der Fig. 2 wiedergegeben - eine erste Relay-Einheit 7 vorgesehen sein. Die Relay-Einheit 7 ist dazu einge richtet, die auf die Relay-Einheit 7 auftreffenden Teilstrahlen T (es handelt sich dabei um die nicht mit der Maske 8 herausgefilterten Teilstrahlen T) zu fokussieren und parallel auszurichten. Bei der Relay-Einheit 7 kann es sich um eine Einzellinse handeln (d.h. die Relay-Einheit 7 kann z.B. als Achromat ausgebildet sein), oder aber um ein komplexes Linsensystem. In relation to the beam path, a mask 8 is provided downstream of the beam splitting unit 5, with which mask undesired partial beams T of higher order can be filtered out. The mask is an optical mask. As shown in FIG. 2, a first relay unit 7 can be provided downstream of the mask 8. The relay unit 7 is set up to focus the partial beams T impinging on the relay unit 7 (these are the partial beams T not filtered out with the mask 8) and align them in parallel. The relay unit 7 can be an individual lens (i.e. the relay unit 7 can be designed, for example, as an achromatic lens), or it can be a complex lens system.
Nachgeordnet zu der Relay-Einheit 7 ist eine Strahlselektionseinheit 6 vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, eine erste Anzahl Al der Teilstrahlen T entlang des opti schen Pfades 4 in Richtung des zu bearbeitenden Werkstücks 2 weiterzuleiten bzw. auszulenken. Weiterhin ist die Strahlselektionseinheit 6 dazu eingerichtet, eine zweite Anzahl A2 der Teilstrahlen T aus dem optischen Pfad 4 abzulenken. Die Ablenkung kann dabei in Richtung eines optisches Nebenpfads erfolgen (nicht dar gestellt), beispielsweise in Richtung einer Strahlblockiereinheit 13 (Fig. 3). Downstream of the relay unit 7, a beam selection unit 6 is provided which is set up to forward or deflect a first number A1 of the partial beams T along the optical path 4 in the direction of the workpiece 2 to be processed. Furthermore, the beam selection unit 6 is set up to deflect a second number A2 of the partial beams T out of the optical path 4. The deflection can take place in the direction of an optical secondary path (not shown), for example in the direction of a beam blocking unit 13 (FIG. 3).
Nach einer ersten Ausführungsform kann die Strahlselektionseinheit 6 eine Spie gelanordnung 15 umfassen, die aus einem Array einzelner Spiegel 16 zusammen gesetzt ist. Bei den Spiegeln 16 kann es sich um MEMS-Spiegel oder Mikrospiegel handeln. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass ein jeder auf die Strahlse lektionseinheit 6 auftreffender Teilstrahl T auf maximal bzw. genau einen Spiegel 16 auftrifft. Die Spiegel 16 können über eine Steuereinheit einzeln angesteuert und verkippt bzw. bewegt werden, um somit jeden Teilstrahl T individuell ablenken zu können. Wie schon erwähnt, kann eine bestimmte Anzahl Al der Teilstrahlen T entlang des optisches Pfads 4 in Richtung des Werkstücks 2 weitergeleitet bzw. abgelenkt werden, oder aber aus dem optischen Pfad 4 entfernt werden. According to a first embodiment, the beam selection unit 6 can comprise a mirror arrangement 15 which is composed of an array of individual mirrors 16. The mirrors 16 can be MEMS mirrors or micromirrors. According to the invention, it is provided that each partial beam T impinging on the Strahlse lection unit 6 strikes a maximum or exactly one mirror 16. The mirrors 16 can be controlled individually via a control unit and are tilted or moved in order to be able to deflect each partial beam T individually. As already mentioned, a certain number A1 of the partial beams T can be passed on or deflected along the optical path 4 in the direction of the workpiece 2, or else can be removed from the optical path 4.
Wie in der Fig. 3 schemenhaft illustriert, können die Spiegel 16 beispielsweise zwei Stellungen einnehmen, insbesondere eine ON-Stellung 100 und eine OFF-Stellung 200. In der ON-Stellung 100 sind die Spiegel 16 beispielsweise ausgeschaltet, in der OFF-Stellung 200 hingegen sind die Spiegel 16 um einen vorgegebenen Win kel, beispielsweise 10°, in Bezug zu der ON-Position 100 ausgelenkt. Je nach Stel lung der Spiegel 16 wird ein auf einen solchen Spiegel 16 auftreffender Teilstrahl T entlang des optischen Pfades 4 bzw. einem entsprechendem Strahlengang wei tergeleitet (abgelenkt) oder aber entlang eines optischen Nebenpfades (dieser weicht von dem optischen Pfad 4 ab). In dem optischen Nebenpfad kann beispiels weise eine statische Strahlblockiereinheit 13 angeordnet sein. Die dort auftreffen den Teilstrahlen T werden also nicht in Richtung des Werkstücks 2 abgelenkt (in der Figur 3 sind die in Richtung der Strahlblockiereinheit 13 abgeleiteten Strahlen gestrichelt dargestellt). Die ON-Stellung 100 führt also zu einer Auslenkung der Teilstrahlen T in Richtung der Strahlblockiereinheit 13, während die OFF-Stellung 200 zu einer Weiterleitung der Teilstrahlen T entlang des optischen Pfades 4 in Richtung des Werkstücks 2 führt. As schematically illustrated in FIG. 3, the mirrors 16 can, for example, assume two positions, in particular an ON position 100 and an OFF position 200. In the ON position 100, the mirrors 16 are switched off, for example, in the OFF position 200 however, the mirrors 16 are deflected by a predetermined angle, for example 10 °, with respect to the ON position 100. Depending on the position of the mirror 16, a partial beam T impinging on such a mirror 16 is guided (deflected) along the optical path 4 or a corresponding beam path or along an optical secondary path (this deviates from the optical path 4). A static beam blocking unit 13 can, for example, be arranged in the secondary optical path. The partial beams T impinging there are therefore not deflected in the direction of the workpiece 2 (in FIG. 3 the beams derived in the direction of the beam blocking unit 13 are shown in dashed lines). The ON position 100 therefore leads to a deflection of the partial beams T in the direction of the beam blocking unit 13, while the OFF position 200 leads to the relaying of the partial beams T along the optical path 4 in the direction of the workpiece 2.
Je nach Stellung der Spiegel 16 ergibt sich auf dem Werkstück 2 ein vorkonfigu riertes Pattern an Laserspots bzw. Bearbeitungsspots. Sind alle Spiegel 16 in ihrer ON-Stellung 100 geschaltet, ergibt sich ein vordefinierter Spotarray (z.B. ein 10 mal 10 Array), wobei alle Gitterplätze mit einem Laserpot besetzt sind. Die Laser spots haben dabei einen jeweils einen annähernd konstanten Abstand. Befinden sich nicht alle Spiegel 16 in ihrer ON-Stellung 100, so verbleibt eine gewisse Anzahl der Gitterplätze spotfrei. Mit einem solchen Verfahren können folglich eine Vielzahl verschiedener Konfigurationen von auf dem Werkstück 2 abgebildeten Laserspots bereitgestellt werden. Depending on the position of the mirror 16, a preconfigured pattern of laser spots or machining spots results on the workpiece 2. If all mirrors 16 are switched to their ON position 100, a predefined spot array results (e.g. a 10 by 10 array), with all grid positions being occupied by a laser spot. The laser spots each have an approximately constant distance. If all of the mirrors 16 are not in their ON position 100, a certain number of the grid positions remain spot-free. With such a method, a large number of different configurations of laser spots imaged on the workpiece 2 can consequently be provided.
Wie bereits vorangehend beschrieben, kann die Strahlselektionseinheit 6 in einer alternativen Ausführung auch transmittiv bzw. absorptiv ausgebildet sein (Fig. 4a, 4b), insbesondere als zumindest ein auf einem Chip 19 angeordnetes Blockierele ment 13. Derartige Chips sind jedoch auf dem Markt frei erhältlich (siehe beispielsweise https://www.preciseley.com/mems-optical-shutter.html). Das ge nannte Blockierelement 13 ist dabei innerhalb einer Chipebene zumindest von ei ner ersten in eine zweite Stellung bewegbar. In der ersten Stellung (Fig. 4a) ist dabei eine Transmission (also ein Hindurchtreten) eines auf das Blockierelement 13 auftreffenden Teilstrahls T ermöglicht. In der zweiten Stellung (vgl. Fig. 4b) hingegen ist ein Hindurchtreten eines auf das Blockierelement 13 auftreffenden Teilstrahls T verwehrt (Absorption). Das Umschalten des Blockierelements 13 kann über eine Steuereinheit kontrolliert werden, entsprechend eignet sich auch ein derartiger Chip 19 (oder ein Array derartiger Chips) zur Verwendung mit der vor liegenden Erfindung. As already described above, in an alternative embodiment the beam selection unit 6 can also be transmissive or absorptive (FIGS. 4a, 4b), in particular as at least one blocking element 13 arranged on a chip 19. However, such chips are freely available on the market (please refer e.g. https://www.preciseley.com/mems-optical-shutter.html). The mentioned blocking element 13 is movable within a chip plane at least from a first to a second position. In the first position (FIG. 4a), transmission (that is, passage through) of a partial beam T impinging on the blocking element 13 is enabled. In the second position (cf. FIG. 4b), on the other hand, a partial beam T impinging on the blocking element 13 is prevented from passing through (absorption). The switching of the blocking element 13 can be controlled via a control unit; accordingly, such a chip 19 (or an array of such chips) is also suitable for use with the present invention.
Eine weitere Maske 17 kann zwischen der ersten Relay-Einheit 7 und der zweiten Relay-Einheit 11 vorgesehen sein. Die Maske 17 kann insbesondere vor der Strahl selektionseinheit 6 angeordnet und zum Herausfiltern höherer Ordnungen und der nullten Ordnung vorgesehen sein, vgl. die Darstellung nach Figur 2. A further mask 17 can be provided between the first relay unit 7 and the second relay unit 11. The mask 17 can in particular be arranged in front of the beam selection unit 6 and provided for filtering out higher orders and the zero order, cf. the illustration according to FIG. 2.
Wie der Figur 2 weiterhin zu entnehmen ist, kann nachgeordnet zu der Strahlse lektionseinheit 6 eine Zoom-Einheit 12 vorgesehen sein. Die Zoom-Einheit kann dazu eingerichtet sein die Teilstrahlen T simultan in ihrer Ausrichtung bzw. Nei gung und ihrem Abstand relativ zueinander anzupassen. Entsprechend wirkt sich die über die Zoom-Einheit 12 ausgeführte Justierung der Teilstrahlen T mittelbar auch auf die Ausrichtung und den Abstand der auf das Werkstück 2 projizierten Laserspots aus. Wie in der Figur 2 dargestellt lässt sich ein zwischen den Teilstrah len vorliegender Abstand Dl sowie ein auf dem Werkstück 2 vorliegender Abstand D2 der Laserspots über die Zoom-Einheit 12 anpassen. As can also be seen from FIG. 2, a zoom unit 12 can be provided downstream of the beam selection unit 6. The zoom unit can be set up to simultaneously adapt the partial beams T in their alignment or inclination and their spacing relative to one another. Correspondingly, the adjustment of the partial beams T carried out via the zoom unit 12 also has an indirect effect on the alignment and the spacing of the laser spots projected onto the workpiece 2. As shown in FIG. 2, a distance D1 present between the partial beams and a distance D2 between the laser spots present on the workpiece 2 can be adjusted via the zoom unit 12.
Nachgelagert zu der Zoom-Einheit 12 ist eine zweite Relay-Einheit 11 angeordnet. Die zweite Relay-Einheit 11 ist dazu eingerichtet, die erste Anzahl Al der Teilstrah len T zu kollimieren, sodass die kollimierten Teilstrahlen T in einem nachgeordnet zu der zweiten Relay-Einheit 11 angeordneten Punkt 50 (einem Fokalpunkt) zu sammenlaufen. Faktisch wird also ein Bündel von Teilstrahlen im Fokalpunkt zu sammengeführt. Auch bei der zweiten Relay-Einheit 11 kann es sich - wie bei der ersten Relay-Einheit 7 - um eine Einzellinse oder um ein komplexes Linsensystem handeln. Weiterhin umfasst die Laserbearbeitungsvorrichtung eine Strahlpositionierungs einheit 9, bei welcher es sich beispielsweise um einen Galvanometerscanner han deln kann, der dazu eingerichtet ist, zu der ersten Anzahl Al der Teilstrahlen T korrespondierende Laserspots auf dem Werkstück 2 abzubilden. Je nach über die Strahlselektionseinheit 6 eingestelltem Pattern, wird also ein definiertes Spotmus ter - bzw. eine Anordnung von Teilstrahlen T auf das Werkstück 2 projiziert. Ent sprechend dem vorliegenden Spotmuster kann mittels der Strahlpositionierungs einheit 9 sowohl eine simultan und synchron ausgeführte Positionierbewegung der auf das Werkstück 2 projizierten Laserspots ausgeführt werden, als auch eine si multan und synchron ausgeführte Bearbeitungsbewegung. Die Positionierbewe gung kann innerhalb eines über die Strahlpositioniereinheit 9 zugänglichen Scan bereichs ausgeführt werden. Im Wege der beschriebenen Bearbeitungsbewegung können auch Sub-Strukturen einzelner Pixel bearbeitet werden. A second relay unit 11 is arranged downstream of the zoom unit 12. The second relay unit 11 is set up to collimate the first number A1 of partial beams T so that the collimated partial beams T converge in a point 50 (a focal point) arranged downstream of the second relay unit 11. In fact, a bundle of partial beams is brought together in the focal point. The second relay unit 11 can - like the first relay unit 7 - also be an individual lens or a complex lens system. Furthermore, the laser processing device comprises a beam positioning unit 9, which can be a galvanometer scanner, for example, which is set up to image laser spots corresponding to the first number A1 of partial beams T on the workpiece 2. Depending on the pattern set via the beam selection unit 6, a defined spot pattern - or an arrangement of partial beams T - is projected onto the workpiece 2. According to the present spot pattern, both a simultaneous and synchronous positioning movement of the laser spots projected onto the workpiece 2 and a simultaneous and synchronous machining movement can be carried out by means of the beam positioning unit 9. The positioning movement can be carried out within a scan area accessible via the beam positioning unit 9. Sub-structures of individual pixels can also be processed using the processing movement described.
In Bezug auf das ebenfalls mit der Erfindung vorgeschlagene Bearbeitungsverfah ren ist festzustellen, dass über eine Relativverschiebung zwischen Werkstück 2 und Laserbearbeitungsvorrichtung eine bestimmte Bearbeitungsstelle des Werk stücks 2 angesteuert werden kann, das Scanfeld wird also in einem bestimmten Teilbereich der Werkstückoberfläche positioniert. Entsprechend der in diesem Teil bereich des Werkstücks 2 vorliegenden Verteilung der Bearbeitungsstellen 1 bzw. dem Bearbeitungsstellenmuster, wird eine auf diese Bearbeitungsstellenverteilung angepasste Bearbeitung vorgenommen. Dies meint, dass die Anzahl der auf das Werkstück 2 auftreffenden Teilstrahlen T bzw. der zugehörigen Laserspots an die Anzahl der in dem zu bearbeitenden Ausschnitt vorliegenden Bearbeitungsstellen 1 angepasst wird. Ebenso wird die räumliche Anordnung der Laserspots 18 an die räumliche Bearbeitungsstellenverteilung in dem jeweiligen Ausschnitt des Werk stücks 2 angepasst. Die Einstellung der Anzahl und räumlichen Anordnung der Teilstrahlen T bzw. der zugehörigen Laserspots 18 kann über eine Steuereinheit vorgenommen werden, die mit der Strahlselektionseinheit 6, der Zoom-Einheit 12 und der Strahlpositionierungseinheit 9 in einer Signal- und Datenverbindung ste hen kann. Des Weiteren kann die Steuereinheit auch mit der Strahlteilungseinheit 5 in einer Signal- und Datenverbindung stehen. With regard to the machining method also proposed by the invention, it should be noted that a specific machining point of the workpiece 2 can be controlled via a relative displacement between workpiece 2 and laser machining device, i.e. the scan field is positioned in a specific sub-area of the workpiece surface. According to the distribution of the processing points 1 or the processing point pattern present in this partial area of the workpiece 2, processing is carried out which is adapted to this processing point distribution. This means that the number of partial beams T impinging on workpiece 2 or of the associated laser spots is adapted to the number of processing points 1 present in the section to be processed. The spatial arrangement of the laser spots 18 is also adapted to the spatial distribution of processing points in the respective section of the workpiece 2. The number and spatial arrangement of the partial beams T or the associated laser spots 18 can be set via a control unit which can be in a signal and data connection with the beam selection unit 6, the zoom unit 12 and the beam positioning unit 9. Furthermore, the control unit can also have a signal and data connection with the beam splitting unit 5.
Bestandteil der Strahlpositioniereinheit 9 kann zudem eine Fokussiereinheit 14 sein, die jene von dem Galvanometerscanner ausgelenkten Teilstrahlen T auf das Werkstück 2 fokussiert. Dabei werden die Laserspots 18 der Teilstrahlen T (ent sprechend dem eingestellten Spotmuster) auf dem Werkstück 2 abgebildet. A component of the beam positioning unit 9 can also be a focusing unit 14 that directs those partial beams T deflected by the galvanometer scanner onto the Workpiece 2 focused. The laser spots 18 of the partial beams T (corresponding to the set spot pattern) are imaged on the workpiece 2.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 Bearbeitungsstelle 1 processing point
2 Werkstück 2 workpiece
3 Laserstrahlungsquelle 3 laser radiation source
4 optischer Pfad 4 optical path
5 Strahlteilungseinheit 5 beam splitting unit
6 Strahlselektionseinheit 6 beam selection unit
7 erste Relay-Einheit 7 first relay unit
8 Maske 8 mask
9 Strahlpositionierungseinheit 9 Beam positioning unit
10 Laserstrahl 10 laser beam
11 zweite Relay-Einheit 11 second relay unit
12 Zoom-Einheit 12 zoom unit
13 Strahlblockiereinheit 13 beam blocking unit
14 Fokussiereinheit, F-theta Linse 14 Focusing unit, F-theta lens
15 Spiegelanordnung 15 Mirror arrangement
16 Spiegel 16 mirrors
17 Maske 17 mask
18 Laserspot 18 laser spot
19 Chip 19 chip
30 Pixel 30 pixels
40 Werkstückaufnahme 40 workpiece holder
100 ON-Stellung 100 ON position
200 OFF-Stellung 200 OFF position
T Teilstrahl T partial beam
Al erste Anzahl Al first number
A2 zweite Anzahl A2 second number
Dl Abstand Dl distance
D2 Abstand D2 distance

Claims

Patentansprüche Claims
1. Laserbearbeitungsvorrichtung, insbesondere zur Bearbeitung vorgegebener Bearbeitungsstellen (1) eines Werkstücks (2), umfassend a. eine Laserstrahlungsquelle (3), die dazu eingerichtet ist, einen Laser strahl (10) zu erzeugen und entlang eines optischen Pfades (4) in Richtung des Werkstücks (2) auszusenden; 1. Laser processing device, in particular for processing predetermined processing points (1) of a workpiece (2), comprising a. a laser radiation source (3) which is set up to generate a laser beam (10) and to emit it along an optical path (4) in the direction of the workpiece (2);
b. eine der Laserstrahlungsquelle (3) in Strahlrichtung nachgeordnete Strahlteilungseinheit (5), die dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl (10) in eine Vielzahl von Teilstrahlen (T) aufzuteilen, die in einem vorgegebenen räumlichen Pattern verteilt sind; b. a beam splitting unit (5) arranged downstream of the laser radiation source (3) in the beam direction, which is set up to split the laser beam (10) into a plurality of partial beams (T) which are distributed in a predetermined spatial pattern;
c. eine der Strahlteilungseinheit (5) in Strahlrichtung nachgeordnete Strahlselektionseinheit (6), die dazu eingerichtet ist, c. a beam selection unit (6) arranged downstream of the beam splitting unit (5) in the beam direction, which is set up to
• eine erste Anzahl (Al) der Teilstrahlen (T) entlang des opti schen Pfades (4) in Richtung des Werkstücks (2) weiterzulei ten, • to forward a first number (Al) of the partial beams (T) along the optical path (4) in the direction of the workpiece (2),
• eine zweite Anzahl (A2) der Teilstrahlen (T) aus dem optischen Pfad (4) abzulenken, wobei die Strahlselektionseinheit (6) ferner dazu eingerichtet ist, aus dem räumlichen Pattern der Teilstrahlen (T) in beliebiger räumlicher Kombination Teilstrahlen (T) zu selektieren und der ersten Anzahl (Al) und der zweiten Anzahl (A2) zuzuordnen; • deflect a second number (A2) of the partial beams (T) from the optical path (4), the beam selection unit (6) also being set up to add partial beams (T) from the spatial pattern of the partial beams (T) in any spatial combination select and assign to the first number (A1) and the second number (A2);
d. eine der Strahlselektionseinheit (6) in Strahlrichtung nachgeordnete Strahlpositionierungseinheit (9), die dazu eingerichtet ist, zu der ers ten Anzahl (Al) der Teilstrahlen (T) korrespondierende Laserspots (18) auf dem Werkstück (2) abzubilden, und ferner dazu eingerichtet ist, die Laserspots (18) gegebenenfalls zur Positionierung und/oder zur Bearbeitung simultan und synchron über das Werkstück (2) zu bewegen; d. a beam positioning unit (9) which is arranged downstream of the beam selection unit (6) and is configured to image laser spots (18) corresponding to the first number (A1) of partial beams (T) on the workpiece (2) and is also configured to do so to move the laser spots (18) simultaneously and synchronously over the workpiece (2) for positioning and / or processing, if necessary;
e. eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, auf Basis eines Input- Datensatzes bezüglich der auf dem Werkstück (2) vorliegenden Be arbeitungsstellen (1) bzw. deren räumlicher Verteilung, eine Anzahl von Bearbeitungsschritten, eine zur Ausführung der jeweiligen Bearbeitungsschritte benötigte Relativposition des Werkstücks (2) zur Laserbearbeitungsvorrichtung, einen die Relativpositionen der jewei ligen Bearbeitungsschritte umfassenden Bearbeitungsweg, sowie die zu den jeweiligen Bearbeitungsschritten zur Bearbeitung der Bearbei tungsstellen (1) benötigte Anzahl (A) und Position von Teilstrahlen (T) festzulegen, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, für die einzelnen Bearbeitungsschritte jeweils e. a control unit which is set up to, on the basis of an input data record with regard to the processing points (1) present on the workpiece (2) or their spatial distribution, a number of processing steps, one for executing the respective Processing steps required relative position of the workpiece (2) to the laser processing device, a processing path comprising the relative positions of the respective processing steps, as well as the number (A) and position of partial beams (T) required for the respective processing steps for processing the processing points (1), whereby the control unit is set up for each of the individual processing steps
- die erste Anzahl (Al) und räumliche Anordnung der von der Strahl selektionseinheit (6) in Richtung des Werkstücks (2) weitergeleite ten Teilstrahlen (T) zu ermitteln, - to determine the first number (Al) and spatial arrangement of the partial beams (T) forwarded by the beam selection unit (6) in the direction of the workpiece (2),
- die zweite Anzahl (A2) und räumliche Anordnung der von der Strahlselektionseinheit (6) aus dem optischen Pfad (4) abgeleiteten Teilstrahlen (T) zu ermitteln, und - to determine the second number (A2) and spatial arrangement of the partial beams (T) derived from the optical path (4) by the beam selection unit (6), and
- einen Positionierungs- und Bearbeitungsweg für eine von der Strahlpositionierungseinheit (9) ausgeführte Positionier- und Bear beitungsbewegung der ersten Anzahl (Al) der Teilstrahlen (T) bzw. den zugehörigen Laserspots auf dem Werkstück (2) zu ermitteln; wobei die Strahlselektionseinheit (6) eine Spiegelanordnung (15) umfasst, die einen Array aus MEMS-Spiegeln oder einen Mikrospiegelarray umfasst, wobei einem jeden auf die Strahlselektionseinheit (6) auftreffenden Teil strahl (T) genau ein Spiegel (16) des Arrays aus MEMS-Spiegeln oder des Mikrospiegelarrays zugeordnet ist, und wobei ein jeder Spiegel (16) dazu eingerichtet ist, eine On-Stellung (100) und eine Off-Stellung (200) einzu nehmen, wobei ein in der On-Stellung (100) befindlicher Spiegel (16) dazu eingerichtet ist, einen Teilstrahl (T) aus dem optischen Pfad (4) abzulenken, und wobei ein in der Off-Stellung (200) befindlicher Spiegel (16) dazu ein gerichtet ist, einen Teilstrahl (T) in Richtung des Werkstücks (2) weiterzu leiten. - To determine a positioning and processing path for a positioning and processing movement carried out by the beam positioning unit (9) of the first number (Al) of the partial beams (T) or the associated laser spots on the workpiece (2); wherein the beam selection unit (6) comprises a mirror arrangement (15) which comprises an array of MEMS mirrors or a micromirror array, with exactly one mirror (16) of the array of MEMS for each part beam (T) impinging on the beam selection unit (6) Mirrors or the micromirror array is assigned, and each mirror (16) is set up to take an on position (100) and an off position (200), with a mirror in the on position (100) (16) is set up to deflect a partial beam (T) out of the optical path (4), and a mirror (16) in the off position (200) is directed to direct a partial beam (T) in the direction of the Forward workpiece (2).
2. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen der Strahlteilungseinheit (5) und der Strahlselektionseinheit (6) angeordnete erste Relay-Einheit (7), die dazu eingerichtet ist, die Teilstrah len (T) zu fokussieren und parallel auszurichten. 2. Laser processing device according to claim 1, characterized by a first relay unit (7) arranged between the beam splitting unit (5) and the beam selection unit (6) which is set up to focus the partial beams (T) and align them in parallel.
3. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekenn zeichnet durch eine zwischen der Strahlteilungseinheit (5) und der ersten Relay-Einheit (7) angeordnete Maske (8), die dazu eingerichtet ist, Teil strahlen (T) von höherer Ordnung herauszufiltern. 3. Laser processing device according to one of claims 1 or 2, characterized by a marked between the beam splitting unit (5) and the first relay unit (7) arranged mask (8) which is set up to filter out partial beams (T) of higher order .
4. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteilungseinheit (5) ein diffraktives optisches Element ist. 4. Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the beam splitting unit (5) is a diffractive optical element.
5. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Laserstrahlungsquelle (3) und der Strahlteilungseinheit (5) ein Strahlformungselement angeordnet ist, das dazu eingerichtet ist, eine gaußförmige Intensitätsverteilung des Laser strahls (10) in eine davon abweichende Intensitätsverteilung umzuwandeln, insbesondere in eine Top-Hat Intensitätsverteilung oder eine ringförmige Intensitätsverteilung. 5. Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that a beam shaping element is arranged between the laser radiation source (3) and the beam splitting unit (5), which is set up to convert a Gaussian intensity distribution of the laser beam (10) into a different intensity distribution , especially in a top-hat intensity distribution or a ring-shaped intensity distribution.
6. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteilungseinheit (5) dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl (10) in einen zweidimensionalen Array von Teilstrahlen (T) als räumliches Pattern aufzuteilen, wobei es sich bei dem zweidimensionalen Array um einen äqui distanten Array handelt. 6. Laser processing device according to claim 4, characterized in that the beam splitting unit (5) is set up to split the laser beam (10) into a two-dimensional array of partial beams (T) as a spatial pattern, the two-dimensional array being an equi-distant one Array is.
7. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Strahlselektionseinheit (6) und der Strahlpositionierungseinheit (9) eine zweite Relay-Einheit (11) angeord net ist, die dazu eingerichtet ist, die erste Anzahl (Al) der Teilstrahlen (T) zu kollimieren, sodass die kollimierten Teilstrahlen (T) in einem nachgeord net zu der zweiten Relay-Einheit angeordneten Punkt (50) zusammenlaufen. 7. Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that between the beam selection unit (6) and the beam positioning unit (9) a second relay unit (11) is angeord net, which is set up to the first number (Al) of the partial beams (T) to collimate so that the collimated partial beams (T) converge in a point (50) arranged downstream of the second relay unit.
8. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zwischen der ersten Relay-Einheit (7) und der zweiten Relay-Einheit (11) angeordnete Maske (17), die dazu eingerichtet ist, Teilstrahlen (T) von nullter und/oder höherer Ordnung herauszufiltern, wobei es sich bei der Maske (17) insbesondere um eine statische Maske handelt. 8. Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized by a mask (17) which is arranged between the first relay unit (7) and the second relay unit (11) and is set up for partial beams (T) from zero and / or to filter out a higher order, the mask (17) being in particular a static mask.
9. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü che, gekennzeichnet durch eine zwischen der Strahlselektionseinheit (6) und der zweiten Relay-Einheit (11) angeordnete Zoom-Einheit (12), die dazu eingerichtet ist, die Ausrichtung bzw. den Abstand (Dl) der ersten Anzahl (Al) der Teilstrahlen (T) einzustellen. 9. Laser processing device according to one of the preceding and workman che, characterized by a between the beam selection unit (6) and the second relay unit (11) arranged zoom unit (12), which is set up to the alignment or the distance (Dl) the first number (Al) of the partial beams (T).
10. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass über die Zoom-Einheit (12) mittelbar die Ausrichtung bzw. der Ab stand (D2) der auf dem Werkstück (2) abgebildeten Teilstrahlen (T) bzw. der den Teilstrahlen (T) zugehörigen Laserspots (18) zueinander einstell bar ist. 10. Laser processing device according to claim 9, characterized in that via the zoom unit (12) indirectly the alignment or the stand (D2) of the partial beams (T) or the partial beams (T) imaged on the workpiece (2) associated laser spots (18) can be adjusted to one another.
11. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Strahlselektionseinheit (6) von dem optischen Pfad (4) abgeleiteten Teilstrahlen (T) in Richtung einer Strahlblockiereinheit (13) abgelenkt werden. 11. Laser processing device according to one of the preceding workman, characterized in that the partial beams (T) derived from the beam selection unit (6) from the optical path (4) are deflected in the direction of a beam blocking unit (13).
12. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Strahlselektionseinheit (6) von dem optischen Pfad (4) abgeleiteten Teilstrahlen (T) entlang eines optischen Nebenpfads abgeleitet werden. 12. Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the partial beams (T) derived from the optical path (4) by the beam selection unit (6) are derived along a secondary optical path.
13. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) auf einem in einer Horizontalebene verfahrbaren xy-Tisch angeordnet ist, und dass die Steu ereinheit dazu eingerichtet ist, den xy-Tisch zur Ausführung einer Rela tivbewegung des Werkstücks (2) in Bezug zu der Laserbearbeitungsvor richtung anzusteuern. 13. Laser processing device according to one of the preceding and workman surface, characterized in that the workpiece (2) is arranged on an xy table movable in a horizontal plane, and that the control unit is set up to perform a relative movement of the xy table Controlling the workpiece (2) in relation to the laser processing device.
14. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Strahlselektionseinheit (6) und die Strahlpositionierungseinheit (9) anzu steuern. 14. Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit is set up to control the beam selection unit (6) and the beam positioning unit (9).
15. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine nachgelagert zu der Strahlpositionierungseinheit (9) angeordnete Fokussiereinheit (14), die dazu eingerichtet ist, die erste Anzahl (Al) der Teilstrahlen (T) auf das Werkstück (2) unter Ausbildung der Laserspots (18) zu fokussieren. 15. Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized by a downstream of the beam positioning unit (9) arranged focusing unit (14), which is set up to focus the first number (A1) of partial beams (T) on the workpiece (2) with the formation of the laser spots (18).
16. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinheit (14) eine F-Theta Linse ist. 16. Laser processing device according to claim 15, characterized in that the focusing unit (14) is an F-theta lens.
17. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlungsquelle (3) dazu eingerich tet ist, einen gepulsten Laserstrahl (10) zu erzeugen. 17. Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the laser radiation source (3) is set up to generate a pulsed laser beam (10).
18. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlungsquelle (3) ein UV-Laser ist, wobei der UV-Laser insbesondere einen Laserstrahl (10) mit einer Wel lenlänge von 355 nm, 343 nm, 266 nm oder 257 nm erzeugt. 18. Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the laser radiation source (3) is a UV laser, the UV laser in particular a laser beam (10) with a wavelength of 355 nm, 343 nm, 266 nm or 257 nm generated.
19. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlpositionierungseinheit (9) als Spie gelscanner ausgebildet ist, insbesondere als Galvanometerscanner. 19. Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the beam positioning unit (9) is designed as a mirror scanner, in particular as a galvanometer scanner.
20. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegel (16) zumindest teilweise mit einer dielektrischen Beschichtung versehen sind. 20. Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the mirrors (16) are at least partially provided with a dielectric coating.
21. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlselektionseinheit (6) re- flektiv ausgebildet ist. 21. Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the beam selection unit (6) is reflective.
22. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlselektionseinheit (6) transmittiv bzw. absorptiv ausgebildet ist. 22. Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the beam selection unit (6) is designed to be transmissive or absorptive.
23. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlselektionseinheit (6) ausgebildet ist als zumindest ein auf einem Chip angeordnetes Blockierelement, wobei das zumindest eine Blo ckierelement innerhalb einer Chipebene zumindest von einer ersten in eine zweite Stellung bewegbar ist, wobei in der ersten Stellung eine Transmission eines auf das Blockierelement auftreffenden Teilstrahls (T) ermöglicht ist und wobei in der zweiten Stellung ein Hindurchtreten eines auf das Blockie relement auftreffenden Teilstrahls (T) verwehrt ist. 23. Laser processing device according to claim 22, characterized in that the beam selection unit (6) is designed as at least one blocking element arranged on a chip, the at least one blocking element being movable within a chip plane at least from a first to a second position, in which first position a transmission a partial beam (T) impinging on the blocking element is enabled, and in the second position a passage of a partial beam (T) impinging on the blocking element is prevented.
24. Verfahren zur Bearbeitung vorgegebener Bearbeitungsstellen (1) eines Werkstücks (2) unter Einsatz einer Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1, umfassend zumindest die folgenden Schritte: a. auf Basis eines Input-Datensatzes bezüglich der auf dem Werkstück (2) vorliegenden Bearbeitungsstellen (1) bzw. deren räumlicher Ver teilung wird eine Anzahl von Bearbeitungsschritten, eine zur Ausfüh rung der jeweiligen Bearbeitungsschritte benötigte Relativposition des Werkstücks (2) zur Laserbearbeitungsvorrichtung, ein die Rela tivpositionen der jeweiligen Bearbeitungsschritte umfassender Bear beitungsweg sowie die zu den jeweiligen Bearbeitungsschritten zur Bearbeitung der Bearbeitungsstellen (1) benötigte Anzahl (A) und Position von Teilstrahlen (T) festgelegt; 24. A method for processing predetermined processing points (1) of a workpiece (2) using a device according to claim 1, comprising at least the following steps: a. On the basis of an input data record with regard to the processing points (1) present on the workpiece (2) or their spatial distribution, a number of processing steps, a relative position of the workpiece (2) to the laser processing device required for executing the respective processing steps, is Rela tive positions of the respective processing steps comprehensive processing path as well as the number (A) and position of partial beams (T) required for the respective processing steps for processing the processing points (1) specified;
b. das Werkstück (2) wird in einer Werkstückaufnahme angeordnet; c. ein erster Bearbeitungsschritt wird ausgeführt, wobei b. the workpiece (2) is arranged in a workpiece holder; c. a first processing step is carried out, wherein
• das Werkstück (2) relativ zu der Laserbearbeitungsvorrich tung positioniert wird; • the workpiece (2) is positioned relative to the laser machining device;
• ein Laserstrahl (10) von der Laserstrahlungsquelle (3) er • a laser beam (10) from the laser radiation source (3)
zeugt und entlang des optischen Pfades (4) in Richtung des Werkstücks (2) ausgesendet wird; generates and is emitted along the optical path (4) in the direction of the workpiece (2);
• der Laserstrahl (10) von der Strahlteilungseinheit (5) in eine Vielzahl von Teilstrahlen (T) aufgeteilt wird, die in einem vor gegebenen räumlichen Pattern verteilt sind; • the laser beam (10) from the beam splitting unit (5) is divided into a plurality of partial beams (T), which are distributed in a given spatial pattern before;
• unter Einsatz der Strahlselektionseinheit (6) • using the beam selection unit (6)
i. eine erste Anzahl (Al) der Teilstrahlen (T) entlang des optischen Pfades (4) in Richtung des Werkstücks (2) weitergeleitet wird, und i. a first number (A1) of the partial beams (T) is passed along the optical path (4) in the direction of the workpiece (2), and
ii. eine zweite Anzahl (A2) der Teilstrahlen (T) von dem optischen Pfad (4) abgelenkt wird, ii. a second number (A2) of the partial beams (T) is deflected from the optical path (4),
wobei aus dem räumlichen Pattern der Teilstrahlen (T) in be liebiger räumlicher Kombination Teilstrahlen (T) selektiert und der ersten Anzahl (Al) und der zweiten Anzahl (A2) zugeord net werden, und wobei die erste Anzahl (Al) der Teilstrahlen zu der Anzahl (A) der in dem jeweiligen Bearbeitungsschritt zur Bearbeitung der Bearbeitungsstellen (1) benötigten Teil strahlen (T) korrespondiert; where partial beams (T) are selected from the spatial pattern of the partial beams (T) in any spatial combination and the first number (Al) and the second number (A2) are assigned, and the first number (Al) of the partial beams to the number (A) of the parts required in the respective processing step for processing the processing points (1) beam (T. ) corresponds;
• unter Einsatz der Strahlpositionierungseinheit (9) eine Anord nung von zu der ersten Anzahl (Al) der Teilstrahlen (T) kor respondierenden Laserspots auf dem Werkstück (2) abgebildet und entsprechend der Position der in dem ersten Bearbeitungs schritt zu bearbeitenden Bearbeitungsstellen positioniert wird; • using the beam positioning unit (9), an arrangement of laser spots corresponding to the first number (A1) of partial beams (T) is mapped onto the workpiece (2) and is positioned according to the position of the processing points to be processed in the first processing step;
• gegebenenfalls unter Einsatz der Strahlpositionierungseinheit (9) eine simultan und synchron ausgeführte Bearbeitungsbe wegung der Laserspots auf dem Werkstück (2) ausgeführt wird; • if necessary using the beam positioning unit (9), a simultaneous and synchronous machining movement of the laser spots on the workpiece (2) is carried out;
d. die in dem Verfahrensschritt c. beschriebenen Schritte werden ent sprechend der Anzahl der festgelegten Bearbeitungsschritte unter Be rücksichtigung der im Schritt a. festgelegten Bedingungen wieder holt. d. in the process step c. The steps described are based on the number of specified processing steps, taking into account the steps in step a. specified conditions.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unter Einsatz einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 23 ausge führt wird. 25. The method according to claim 24, characterized in that the method is carried out using a device according to one of claims 2 to 23.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) zur Ausführung eines jeweiligen Bearbeitungsschritts über eine durch den xy-Tisch vermittelten Bewegung einer Positionierung relativ zu der Laserbearbeitungsvorrichtung unterzogen wird. 26. The method according to claim 24 or 25, characterized in that the workpiece (2) is subjected to a positioning relative to the laser processing device for the execution of a respective processing step via a movement mediated by the xy table.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserspots über die Zoom-Einheit (12) und/oder die Strahlpositio nierungseinheit (9) einer Positionierung unterzogen werden. 27. The method according to any one of claims 24 to 26, characterized in that the laser spots are subjected to positioning via the zoom unit (12) and / or the beam positioning unit (9).
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