使用非球面多焦點透鏡加工脆性基底的設備的製作方法

2023-10-08 17:33:14

使用非球面多焦點透鏡加工脆性基底的設備的製作方法
【專利摘要】在此公開了一種使用能夠提高加工速度的雷射器加工脆性基底的設備。所述脆性基底加工設備包括雷射產生單元，其發射雷射束；反射鏡，其反射從雷射產生單元發射的雷射束並且改變雷射束行進的方向；擴束器，其改變被所述反射鏡反射的雷射束的光通量；以及多焦點透鏡單元，其傳輸已經穿過擴束器到達多個焦點上的雷射束。
【專利說明】使用非球面多焦點透鏡加工脆性基底的設備

【技術領域】
[0001] 本發明通常涉及使用非球面多焦點透鏡加工脆性基底的設備，更具體地，涉及形 成多個焦點從而能夠同時加工脆基底的兩個或者多個部分的用於加工脆性基底的設備，， 從而提1?加工速度。

【背景技術】
[0002] 最近，隨著用於展現各種內容和信息的顯示器的重要性的增加，已經進行了大量 的關於平板顯示器的研究，使得生產具有高解析度的可攜式顯示器成為可能。
[0003] 前述的平板顯示器是典型地以如下方式製造：半導體晶片（例如，大規模集成電 路）以矩陣形式形成在脆性基底上，然後該脆性基底被切割成單元裝置或者模塊。
[0004] 各種方法，例如劃線、刀片切割、雷射切割、隱形切割、TLST(熱雷射分離）等，被用 作切割由玻璃、矽樹脂、陶瓷等製成的脆性基底的方法。
[0005] 劃線和刀片切割方法是機械切割方法，並且隱形切割和TSL方法是使用雷射器的 非接觸切割方法。當傳統的機械切割方法用於加工脆性基底時，從工件產生許多切屑，並且 殘餘應力保留在工件中。特別地，當加工具有100微米或者更薄的薄脆性基底時，基底有可 能會被嚴重損害。
[0006] 使用雷射器的傳統的非接觸切割方法是基於熱傳遞的切割方法。使用雷射器的切 割方法甚至能夠在不損害基底的情況下加工薄基底，但是其具有加工時間較長的缺點。


【發明內容】

[0007] 因此，本發明已經考慮現有技術中發生的上述問題，並且本發明的目的是提供一 種使用能夠相對於垂直方向同時切割脆性基底的至少兩個部分的雷射器來加工脆性基底 的設備。
[0008] 本發明的另一個目的是提供一種使用能夠提高加工速度的雷射器來加工脆性基 底的設備。
[0009] 本發明的再一個目的是提供一種使用雷射器加工脆性基底的設備，其中脆性基底 的切割表面的質量是優越的並且能夠提升生產率。
[0010] 為了實現上述目的，本發明提供了一種用於加工脆性基底的設備，其包括雷射產 生單元，其發射雷射束；反射鏡，其反射從雷射產生單元發射的雷射束並且改變雷射束行進 的方向；擴束器，其改變被反射鏡反射的雷射束的光通量；以及多焦點透鏡單元，其傳輸已 經穿過擴束器到達多個焦點上的雷射束。
[0011] 在實施例中，焦點可以設置在相同的垂直線上。
[0012] 在實施例中，焦點設置於其上的垂直線可以是穿過擴束器的雷射束的光軸。
[0013] 在實施例中，焦點之間的距離可以根據有焦點設置於其上的加工目標的厚度而被 調節。
[0014] 在實施例中，焦點可以包括兩個不同的焦點。
[0015] 在實施例中，雷射束可以包括脈衝波雷射束。
[0016] 在實施例中，雷射束可以包括連續波（CW)雷射束。
[0017] 在實施例中，多焦點透鏡單元可以包括：第一透鏡；以及第二透鏡，其具有與第一 透鏡的反射指數不同的反射指數；第二透鏡具有通過具有不同直徑的多個共軸圓限定的多 個球面部分，該球面部分具有不同的曲率。
[0018] 在實施例中，第二透鏡的大小或者球面部分的大小可以根據第二透鏡的放大率或 者球面部分的放大率被調節。
[0019] 在實施例中，球面部分可以具有相同的水平截面面積。
[0020] 根據本發明的一種用於加工脆性基底的設備能夠相對於垂直方向同時切割脆性 基底的至少兩個部分。
[0021] 另外，脆性基底加工設備能夠顯著地提高加工速度。
[0022] 另外，脆性基底加工設備能夠提高了脆性基底的切割表面的質量，並提高生產率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 由下面的詳細描述結合附圖，將更詳細地理解本發明的以上和其它目的、特徵和 優點，其中：
[0024] 圖1是示出了根據本發明的實施例的用於加工脆性基底的設備的框圖；
[0025] 圖2是詳細示出了圖1中的多焦點透鏡單元的框圖；
[0026] 圖3A和3B是示出了根據本發明的使用透鏡形成多個焦點的基本原理的示圖；
[0027] 圖4A和4B分別是示出了根據本發明的實施例的圖2的多焦點透鏡單元的多焦點 透鏡的截面圖和平面圖；和
[0028] 圖5是示出了形成圖4中所示的多焦點透鏡的方法的平面圖。

【具體實施方式】
[0029] 本發明的詳細描述示出了具體實施例，其中本發明可以參考附圖體現。對這些實 施例進行充分詳細的描述從而使得本領域技術人員能夠實踐本發明。應當理解的是，本發 明的各個實施例儘管不同，但是不一定互相排斥。例如，在不背離本發明的精神和範圍的情 況下，在此關於一個實施例所描述的某一形狀、結構或者特性可以在其它實施例中實施。另 夕卜，應當理解的是，在不背離本發明的精神和範圍的情況下，可以改進在每個公開的實施例 內的每個元件的位置或者布置。因此，下面的詳細描述並不是限制的含義，並且本發明的範 圍僅由所附上的權利要求書限定，恰當地解釋為由權利要求書連同權利要求書所要求的等 同物的全部範圍限定。在附圖中，相同的附圖標記貫穿多個圖中指代相同或者相似的功能。
[0030] 圖1是示出了根據本發明實施例的用於加工脆性基底的設備的框圖。如圖1所示， 脆性基底加工設備100包括雷射產生單元110、反射鏡120、擴束器130和多焦點透鏡單元 140。
[0031] 雷射產生單元110用作產生並且發射雷射束的雷射源。從雷射產生單元110發射 的雷射束行進至反射鏡120。雷射產生單元110的通用結構和原理在本領域中是公知的，並 且省去詳細的描述。
[0032] 在實施例中，從雷射產生單元110發射的雷射束可以是脈衝波雷射束或者連續波 (CW)雷射束。
[0033] 反射鏡120反射從雷射產生單元110發射的雷射束，從而改變雷射束的方向。盡 管反射鏡120在此說明書中表達為術語"鏡"，但是反射鏡120並不限制於此。任何物體或 者材料都能夠用作反射鏡120,只要其能夠反射雷射束並且改變雷射束的方向。
[0034] 在實施例中，反射鏡120調節雷射束的入射角和反射角以使得能夠易於控制被反 射的雷射束的行進方向。
[0035] 在實施例中，反射鏡120能夠平行於雷射產生單元110設置。
[0036] 在實施例中，反射鏡120的反射表面可以具有平面形式。
[0037] 在實施例中，反射鏡120被配置為使得入射雷射束的入射角和雷射束的反射角是 45度。
[0038] 擴束器130增加從反射鏡120反射的雷射束的大小並且使得雷射束的射線平行。 擴束器130將例如從雷射器發射的光的低光通量轉換成平行的高光通量。擴束器130設置 在從反射鏡120反射的雷射束行進所沿的路徑上。
[0039] 在實施例中，擴束器130包括具有相同焦點的兩組透鏡以為了改變雷射束的寬度 (或者雷射束的直徑）。
[0040] 多焦點透鏡單元140造成已經穿過擴束器130的雷射束被照射在兩個或者多個焦 點上。多焦點透鏡單元140使用形成多個焦點的多焦點透鏡以使得雷射束照射至設置在相 同垂直線上的兩個或者多個焦點上。脆性基底加工設備100將有雷射束被照射於其上的焦 點和工件的目標部分匹配，從而切割工件的目標部分或者給工件的目標部分穿孔。
[0041] 在實施例中，通過多焦點透鏡單元140形成的多個焦點設置在穿過擴束器130的 雷射束的光軸上。
[0042] 在實施例中，多焦點透鏡140包括焦距調節單元,其調節由多焦點透鏡單元140形 成的焦點之間的距離。調節兩個或者多個焦點之間距離的焦距調節單元對於本領域技術人 員來說是公知的，因此將省略對其的進一步的解釋。
[0043] 在實施例中，多焦點透鏡單元140包括具有多個焦點的多焦點透鏡（未示出）。多 焦點透鏡的大小能夠根據多焦點透鏡的放大率而改變。
[0044] 在實施例中，多焦點透鏡單元140造成已經穿過擴束器130的雷射束被分開並且 被照射在兩個焦點10和20上，該兩個焦點10和20通過多焦點透鏡單元140形成在雷射 束的光軸上。
[0045] 參考圖2和圖2之後的圖，稍後將在此更詳細地解釋多焦點透鏡單元140的構造 和操作。
[0046] 根據上述構造，根據本發明的脆性基底加工設備100可以朝向至少兩個焦點垂直 發射雷射束。因此，脆性基底加工設備100能夠同時加工工件的兩個或者多個部分，從而顯 著增加了加工速度。
[0047] 另外，根據本發明的脆性基底加工設備100使用雷射束以非接觸的方式切割脆性 基底。因此，能夠提高被加工基底的切割表面的質量，並且提高生產率。
[0048] 圖2是詳細示出了圖1中的多焦點透鏡單元的框圖。參考圖2,多焦點透鏡單元 140造成入射雷射束被分開並且被照射在兩個焦點10和20上。此處，分別進入焦點10和 20的雷射束的能量總和與進入多焦點透鏡單元140的雷射束的能量相同。換句話說，多焦 點透鏡單元140將入射雷射束的能量分開並且將該能量應用至兩個焦點部分。
[0049] 通過多焦點透鏡單元140形成的兩個焦點10和20設置在相同的垂直線上。例如， 兩個焦點10和20能夠被設置在入射雷射束的光軸上。
[0050] 通過多焦點透鏡單元140形成的兩個焦點10和20能夠被設置在目標工件的第一 目標加工點和第二目標加工點處。多焦點透鏡單元140造成入射雷射束被分開並且被應用 在兩個焦點10和20上，也就是說，第一目標加工點和第二目標加工點，以使得目標工件的 第一目標加工點和第二目標加工點能夠被切割或者穿孔。
[0051] 通過多焦點透鏡單元140形成的兩個焦點10和20能夠根據目標工件的目標加工 點的情況被調節。例如，如果目標工件比較厚，那麼調節兩個焦點10和20之間的距離以使 得兩個焦點10和20更加遠離彼此。另一方面，如果目標工件比較薄，那麼調節兩個焦點10 和20的距離以使得兩個焦點10和20彼此更近。
[0052] 圖3A和3B是示出了根據本發明的使用透鏡形成多個焦點的基本原理的視圖。圖 3A示出了傳統聚焦鏡310。圖3B示出了根據本發明的多焦點透鏡320。
[0053] 傳統聚焦鏡310將入射光（或者雷射束）聚集至單個焦點上。傳統聚焦鏡310的 DOF(焦深）比較淺，並且已經穿過傳統聚焦鏡310的光的能量被集中在小區域上。
[0054] 另一方面，根據本發明的多焦點透鏡320將入射光（或者雷射束）聚集至多個焦 點（例如，兩個焦點）。因此，根據本發明的多焦點透鏡320的DOF較深，並且已經穿過多焦 點透鏡320的光的能量被分開並且被集中在至少兩個區域上。
[0055] 圖4A和4B分別是示出了根據本發明實施例的圖2的多焦點透鏡單元的多焦點透 鏡的截面圖和平面圖。參考圖4A和4B，多焦點透鏡包括主體部件410和球形部件420。
[0056] 參考圖4A，主體部件410將入射雷射束傳輸至球形部件420。主體部件410包括 具有不同折射指數的兩個透鏡。兩個透鏡中的第一透鏡（白框）將入射雷射束直線地傳輸 至兩個透鏡中的第二透鏡（陰影框）。被傳輸的雷射束在第一透鏡和第二透鏡之間的界限 上被折射以使得雷射束的行進方向被改變。行進方向被改變的雷射束朝向球形部件420的 中心前進以使得雷射束的能量可以被集中在球形部件420的較小區域上。
[0057] 球形部件420具有被配置為形成多個焦點的球面。球形部件420的球面包括具有 第一曲率的周邊部分和具有第二曲率的中心部分。儘管在此實施例中，球形部件420的球 面被示出為具有不同曲率的兩個部分，但是本發明並不限制於此。例如，球形部件420的球 面可以包括具有不同曲率的三個或者更多部分以使得球形部件420可以形成三個或更多 的焦點。
[0058] 在被傳輸至球形部件420的雷射束中，到達具有第一曲率的部分（下文中被稱為 第一球面部分）的雷射束部分朝向第一焦點10被折射並且聚焦，第一焦點10通過在取決 於第一球面部分的曲率的預定位置處的第一球形部分形成。同時，到達具有第二曲率的部 分（下文中被稱為第二球面部分）的雷射束部分朝向第二焦點20被折射並且聚焦，第二焦 點20通過在取決於第二球面部分的曲率的預定位置處的第二球形部分形成。
[0059] 根據多焦點透鏡的上述配置，進入多焦點透鏡單元（140,參考圖1)的雷射束被分 開成兩個部分並且被折射且聚焦在兩個焦點10和20上。
[0060] 圖4B示出了多焦點透鏡的另一個實施例。儘管在圖4A的多焦點透鏡中，球形部 件通過具有非球面的單透鏡而形成，但是圖4B的多焦點透鏡被配置為使得包括具有不同 大小的球面的兩個透鏡彼此連接並且形成球面部件（必然地，形成非球面）。此處，形成球 面部件的兩個透鏡分別對應於圖4A的第一球面部分和第二球面部分。
[0061] 在圖4B的實施例中，形成多焦點透鏡的兩個透鏡被配置並且布置為具有不同直 徑的共軸圓形狀。
[0062] 圖5是示出了形成圖4中示出的多焦點透鏡的方法的平面圖。
[0063] 參考圖5,多焦點透鏡的球形部件形成通過具有不同直徑的兩個同心圓而限定的 兩個球面部分。
[0064] 在此實施例中，多焦點透鏡的兩個球面部分可以配置為使得它們具有相同的水平 截面面積，如平面圖中所示。換句話說，第一球面部分的水平截面510的面積可以和第二球 面郃分的水平截面520的面積（也就是說，從外圓的面積減去內圓的面積得到的面積）相 同。
[0065] 因此，如果第一球面部分和第二球面部分具有相同的水平截面面積，聚焦在第一 焦點（10,參考圖1)上的雷射束的能量可以與聚焦在第二焦點（20,參考圖2)的雷射束的 能量相同。
[0066] 例如，形成第一球面部分的內圓的半徑可以是5. 3025釐米，並且形成第二球面部 分的外圓的半徑可以是7. 5釐米。在此情況下，第一球面部分的水平截面510的面積和第 二球面部分的水平截面520的面積可以分別通過公式1和2得到。
[0067] 公式 1
[0068] Ji Xr2 = π X5. 30252 ^ 88. 331
[0069] 公式 2
[0070] πχ(^ ?γ；)=^χ{7.52 -5.30252)? 88.384
[0071] 根據公式1和2,可以理解的是，第一球面部分的水平截面510的面積和第二球面 部分的水平截面520的面積相同。
[0072] 在實施例中，第一球面部分和第二球面部分的面積可以根據透鏡的大小等被改 變。
[0073] 在實施例中，第一球面部分和第二球面部分的水平截面比可以被改變以使得雷射 束能量能夠以不同的比率被應用至第一焦點10和第二焦點20。例如，為了在第二焦點20 應用比在第一焦點10更多的雷射束能量，多個透鏡可以被配置為使得第一球面部分的水 平截面510的面積和第二球面部分的水平截面520的面積之間的比率變成1 : 2。
[0074] 如以上所述，根據本發明的用於加工脆性基底的設備100被配置為使得雷射束相 對於垂直方向朝向至少兩個焦點被發射。因此，脆性基底加工設備100能夠同時加工目標 的至少兩個部分，從而顯著地增加了加工速度。
[0075] 另外，根據本發明的脆性基底加工設備100使用雷射束以非接觸的方式切割脆性 基底。因此，提升了被加工基底的切割表面的質量，並且提高了生產率。
[0076] 儘管已經為了說明的目的公開了本發明的優選實施例，但是在不偏離隨附的權利 要求中所公開的本發明的範圍和精神的情況下，本領域技術人員可以理解的是各種改進、 增加和替換都是可能的。
【權利要求】
1. 一種用於加工脆性基底的設備，其包括： 雷射產生單元，其發射雷射束； 反射鏡，其反射從所述雷射產生單元發射的所述雷射束並且改變所述雷射束行進的方 向； 擴束器，其改變被所述反射鏡反射的所述雷射束的光通量；以及 多焦點透鏡單元，其傳輸已經穿過所述擴束器到達多個焦點上的所述雷射束。
2. 如權利要求1所述的設備，其中，所述焦點設置在相同的垂直線上。
3. 如權利要求2所述的設備，其中，所述焦點設置於其上的所述垂直線是穿過所述擴 束器的所述雷射束的光軸。
4. 如權利要求3所述的設備，其中，所述焦點之間的距離能夠根據有所述焦點設置於 其上的加工目標的厚度而被調節。
5. 如權利要求4所述的設備，其中，所述焦點包括兩個不同的焦點。
6. 如權利要求1所述的設備，其中，所述雷射束包括脈衝波雷射束。
7. 如權利要求1所述的設備，其中，所述雷射束包括連續波（CW)雷射束。
8. 如權利要求1所述的設備，其中，所述多焦點透鏡單元包括： 第一透鏡；以及 第二透鏡，其具有與所述第一透鏡的反射指數不同的反射指數； 所述第二透鏡具有通過具有不同直徑的多個共軸圓限定的多個球面部分，所述球面部 分具有不同的曲率。
9. 如權利要求8所述的設備，其中，所述第二透鏡的大小或者所述球面部分的大小能 夠根據所述第二透鏡的放大率或者所述球面部分的放大率被調節。
10. 如權利要求8所述的設備，其中，所述球面部分具有相同的水平截面面積。
【文檔編號】B23K26/067GK104339084SQ201410284205
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年6月23日 優先權日:2013年7月29日
【發明者】申興鉉, 金長賢 申請人:Ap系統股份有限公司