一種雙焦點雷射加工系統的製作方法

2023-06-10 23:30:01

專利名稱：一種雙焦點雷射加工系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及雷射領域，公開了一種用於LED晶圓、陶瓷、矽片、玻璃等透明材質的雙焦點雷射加工系統。
背景技術：
雷射切割技術現已成為一種成熟的工業加工技術,除開傳統的以金屬作為切割的主要對象外，例如LED晶圓、陶瓷、矽片以及玻璃等為切割對象的切割技術成為新興的研究方向。在研究的過程中我們發現，LED晶圓等透明材質為切割對象的雷射切割技術在原理上不同於傳統技術的雷射切割。如LED晶圓，它的雷射切割方式是一種預切割方式，由於這些材料是通過晶粒結晶形成的，雷射焦點的端點脈衝能量會打亂晶粒內部之間的結構，在晶粒之間形成缺陷，雷射切割的本身並不分離被切割的工件，需要後期通過振動的方式進行裂片，使被切割的工件沿著切割時產生的缺陷裂開，從而導致LED晶圓沿著雷射掃描方向開裂，最終完成切割，這個切割方式也被稱之為缺陷切割。雷射切割方法常規採用如二氧化碳型或者YAG型雷射加工器發出的雷射束，該雷射束被光學元件——通常是具有給定焦距的透鏡或反射鏡——聚焦到待切割工件上。這些透鏡都是為了將雷射束集中在直徑最小的單一焦點處，而在實際的雷射切割加工中，特別是LED晶圓等高吸收率材質的切割加工中，單個焦點形成的缺陷有限，僅對小於150微米厚的LED晶圓可完成缺陷切割，當對大於150微米的LED晶圓進行切割時，通常使用的方式是對同一位置進行2次或更多次數的切割，每次切割的區別是讓焦點逐次沿光軸方向變化來達到目的，這樣大大降低了雷射設備的效率。在實際應用中，因雷射焦點光斑尺寸在幾微米到幾十微米之間，設備的機械精度在多次的切割中很難保證每次的缺陷位於材料相同橫切面位置，通常在後期裂片過程中，會導致橫向裂紋甚至整個工件損壞。這就很難保證成品率及好的切割工藝質量，導致形成廢品或次品。傳統的雙焦點產生使用雙焦點透鏡方法，圖1為傳統雙焦點產生原理圖。入射光束中位於直徑等於2H之外的部分聚焦在位於雙焦點透鏡I的主焦距DF1』處的第一焦點PF1』上；入射雷射束中位於直徑等於2H之內的部分則聚焦在位於雙焦點透鏡I主焦距DF2』的第二焦點PF2』上，這種雙焦點的產生由於光斑尺寸大於幾百微米且兩個焦點之前距離超過I毫米，所以目前僅在C02雷射對金屬切割應用上有使用。採用雙焦點透鏡得到的第二焦點的焦距是不可以改變的，兩個焦點的雷射功率比也是不可改變的，不能應用於雷射微加工。
發明內容本實用新型提供一種焦點間距離可以改變的雙焦點雷射加工系統，具有提高加工速度和提高產品質量的技術效果。為了達到以上技術效果，本實用新型的技術方案如下:[0009]一種雙焦點雷射加工系統，包括分光鏡、凸面鏡以及聚焦鏡；入射光束經所述分光鏡透射後的第三光束的光路上設有所述凸面鏡；入射光束經所述分光鏡反射後的第二光束以及經所述凸面鏡反射且經所述分光鏡透射後的第四光束均經過所述聚焦鏡。為了達到更好的技術效果，所述入射光束的光路上設有波片；所述波片與控制其旋轉的旋轉裝置連接。優選的，所述凸面鏡的曲率半徑小於等於100米。優選的，所述聚焦鏡的焦距大於等於I毫米小於等於100毫米。應用本實用新型的技術方案，具有以下技術效果:(I)雷射束依次經過分光鏡、聚焦鏡後聚焦於第一焦點，雷射束依次經過分光鏡、凸面鏡以及聚焦鏡後聚焦於第二焦點，形成具有兩個焦點的聚焦系統；(2)所述波片與控制其旋轉的旋轉裝置連接，控制裝置控制波片的旋轉角度，從而在雷射束總功率不變的情況下改變第一焦點與第二焦點之間的雷射功率，適應不同需求的加工，提高加工速度和提高產品質量，應用性廣泛；(3)還可以根據實際需要選擇不同曲率半徑的凸面鏡，從而改變第一焦點與第二焦點之間距離。

圖1為現有技術中雙焦點產生的原理圖；圖2本實用新型雙焦點雷射加工系統的整體結構示意圖；圖3為現有技術中單焦點雷射加工系統的切割示意圖；圖4為本發明雙焦點雷射加工系統的切割示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖以及具體實施例來詳細說明本實用新型的技術方案，在此本實用新型的示意性實施例以及說明用來解釋本實用新型的技術方案，但並不作為對本實用新型的限定。本實用新型的雙焦點雷射加工系統包括波片21、分光鏡22、凸面鏡23以及聚焦鏡24，如圖2所示。入射光5經所述波片21後得到的第一光束11的光路上設有所述分光鏡22。所述波片21與控制其旋轉的旋轉裝置(未圖示)連接。經所述分光鏡22透射後的第三光束13的光路上設有所述凸面鏡23。經所述分光鏡22反射後的第二光束12以及經所述凸面鏡23反射且經所述分光鏡22透射後的第四光束14均經過所述聚焦鏡24。本實用新型雙焦點雷射加工系統的光路描述如下:雷射束5經過所述波片21得到第一束光11。所述第一束光11經所述分光鏡22反射得到第二束光12，所述第二束光12經過所述聚焦鏡24聚焦為作用在待加工工件4上的雷射束的光軸上的第一焦點31，所述第一焦點31距離所述聚焦鏡24中心的距離為DFl。所述第一束光11經過所述分光鏡22透射，再經所述凸面鏡23反射得到第三束光13，所述第三束光13經過所述聚焦鏡24聚焦為作用在待加工工件4上的雷射束的光軸上的第二焦點32，所述第二焦點32距離所述聚焦鏡24中心的距離為DF2。所述凸面鏡23的曲率半徑小於等於100米，所述凸面鏡23可以根據需求更換不同曲率半徑的的凸面鏡，凸面鏡的曲率半徑的改變可改變第一焦點31與第二焦點32之間的距離L。所述聚焦鏡24的焦距大於等於I毫米小於等於100毫米。所述第一焦點31在所述待加工工件4上形成的光斑與所述第二焦點32在所述待加工工件4上形成的光斑之間的距離大於等於I微米小於等於100微米，所述光斑的尺寸大於等於I微米小於等於100微米。所述待加工工件4的厚度大於等於50微米。所述波片21與控制其旋轉的旋轉裝置(未圖示)連接，所述旋轉裝置(未圖示)通過控制波片21的旋轉角度來改變第一焦點31和第二焦點32之間雷射的功率，雷射束的總功率不變，適應不同需求的雷射加工中。本實用新型的雙焦點雷射加工系統尤其是對於厚度大於150微米的LED晶圓等透明材質切割效果好，當雷射光束軸通過待加工工件4時，在待加工工件4的橫截面上形成第一焦點31和第二焦點32，在這兩個點功率密度最高，由於這些材料是通過晶粒結晶形成的，雷射焦點的端點脈衝能量會打斷亂晶粒內部之間的結構，在晶粒之間形成缺陷，雷射切割的本身並不分離被切割的待加工工件4，需要後期通過振動的方式進行裂片，使被切割的待加工工件4沿著切割時產生的缺陷裂開，從而導致待加工工件4圓沿著雷射掃描方向開裂，最終完成切割。當所述凸面鏡23的曲率半徑的變化來改變第一焦點31與第二焦點32之間的距離L時，相對於單焦點雷射加工系統的切割示意圖(如圖3所示，4為待加工工件)拉長了震源深度和增加了長寬比，可改善了切割的質量及提高了可加工材料的厚度，如圖4所示。應用本實用新型的雙焦點雷射加工系統，可以根據實際需要改變第一焦點與第二焦點之間的距離，也可以改變聚焦於第一焦點與聚焦於第二焦點的光束的功率，提高加工速度和提高產品質量，實用性廣。以上所述是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種雙焦點雷射加工系統，其特徵在於:包括分光鏡(22)、凸面鏡(23)以及聚焦鏡(24)； 入射光束(5)經所述分光鏡(22)透射後的第三光束(13)的光路上設有所述凸面鏡(23)； 入射光束(5 )經所述分光鏡(22 )反射後的第二光束(12)以及經所述凸面鏡(23 )反射且經所述分光鏡(22 )透射後的第四光束(14 )均經過所述聚焦鏡(24 )。
2.根據權利要求1所述的雙焦點雷射加工系統，其特徵在於:所述入射光束(5)的光路上設有波片(21)； 所述波片(21)與控制其旋轉的旋轉裝置連接。
3.根據權利要求1或2所述的雙焦點雷射加工系統，其特徵在於:所述凸面鏡(23)的曲率半徑小於等於100米。
4.根據權利要求1或2所述的雙焦點雷射加工系統，其特徵在於:所述聚焦鏡(24)的焦距大於等於I毫米小於等於100毫米。
專利摘要本實用新型提供一種雙焦點雷射加工系統，包括分光鏡、凸面鏡以及聚焦鏡；入射光束經所述分光鏡透射後的第三光束的光路上設有所述凸面鏡；入射光束經所述分光鏡反射後的第二光束以及經所述凸面鏡反射且經所述分光鏡透射後的第四光束均經過所述聚焦鏡。應用本實用新型的技術方案，入射光束產生第一焦點以及第二焦點，形成具有兩個焦點的聚焦系統；還可以通過改變凸面鏡的曲率半徑來改變第一焦點與第二焦點之間的距離，通過調整波片的旋轉角度可改變第一焦點與第二焦點之間的能量比，提高加工速度和提高產品質量。
文檔編號B23K26/38GK203076784SQ20132005931
公開日2013年7月24日 申請日期2013年2月1日 優先權日2013年2月1日
發明者李志剛 申請人:武漢帝爾雷射科技有限公司