CN103111755A - 一种双焦点激光加工*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双焦点激光加工***，包括分光镜、凸面镜以及聚焦镜，入射光束经分光镜反射得到第二光束，第二光束经聚焦镜聚焦形成第一焦点；入射光束经所述分光镜透射得到第三光束，所述第三光束经所述凸面镜反射且再经所述分光镜透射得到第四光束，第四光束经聚焦镜聚焦形成第二焦点。应用本发明的技术方案，入射光束产生第一焦点以及第二焦点，形成具有两个焦点的聚焦***；还可以通过改变凸面镜的曲率半径来改变第一焦点与第二焦点之间的距离，通过调整波片的旋转角度可改变第一焦点与第二焦点之间的能量比，提高加工速度和提高产品质量。

Description

一种双焦点激光加工***

技术领域

本发明涉及激光领域，公开了一种用于LED晶圆、陶瓷、硅片、玻璃等透明材质的双焦点激光加工***。

背景技术

激光切割技术现已成为一种成熟的工业加工技术，除开传统的以金属作为切割的主要对象外，例如LED晶圆、陶瓷、硅片以及玻璃等为切割对象的切割技术成为新兴的研究方向。

在研究的过程中我们发现，LED晶圆等透明材质为切割对象的激光切割技术在原理上不同于传统技术的激光切割。如LED晶圆，它的激光切割方式是一种预切割方式，由于这些材料是通过晶粒结晶形成的，激光焦点的端点脉冲能量会打乱晶粒内部之间的结构，在晶粒之间形成缺陷，激光切割的本身并不分离被切割的工件，需要后期通过振动的方式进行裂片，使被切割的工件沿着切割时产生的缺陷裂开，从而导致LED晶圆沿着激光扫描方向开裂，最终完成切割，这个切割方式也被称之为缺陷切割。

激光切割方法常规采用如二氧化碳型或者YAG型激光加工器发出的激光束，该激光束被光学元件——通常是具有给定焦距的透镜或反射镜——聚焦到待切割工件上。

这些透镜都是为了将激光束集中在直径最小的单一焦点处，而在实际的激光切割加工中，特别是LED晶圆等高吸收率材质的切割加工中，单个焦点形成的缺陷有限，仅对小于150微米厚的LED晶圆可完成缺陷切割，当对大于150微米的LED晶圆进行切割时，通常使用的方式是对同一位置进行2次或更多次数的切割，每次切割的区别是让焦点逐次沿光轴方向变化来达到目的，这样大大降低了激光设备的效率。在实际应用中，因激光焦点光斑尺寸在几微米到几十微米之间，设备的机械精度在多次的切割中很难保证每次的缺陷位于材料相同横切面位置，通常在后期裂片过程中，会导致横向裂纹甚至整个工件损坏。这就很难保证成品率及好的切割工艺质量，导致形成废品或次品。

传统的双焦点产生使用双焦点透镜方法，图1为传统双焦点产生原理图。入射光束中位于直径等于2H之外的部分聚焦在位于双焦点透镜1的主焦距DF1’处的第一焦点PF1’上；入射激光束中位于直径等于2H之内的部分则聚焦在位于双焦点透镜1主焦距DF2’的第二焦点PF2’上，这种双焦点的产生由于光斑尺寸大于几百微米且两个焦点之前距离超过1毫米，所以目前仅在CO₂激光对金属切割应用上有使用。采用双焦点透镜得到的第二焦点的焦距是不可以改变的，两个焦点的激光功率比也是不可改变的，不能应用于激光微加工。

发明内容

本发明提供一种焦点间距离可以改变的双焦点激光加工***，具有提高加工速度和提高产品质量的技术效果。

为了达到以上技术效果，本发明的技术方案如下：

一种双焦点激光加工***，包括波片、分光镜、凸面镜以及聚焦镜；

激光束经过所述波片得到第一光束； 

所述第一光束经所述分光镜反射得到第二光束，所述第二光束经过所述聚焦镜聚焦为作用在待加工工件上的激光束的光轴上的第一焦点；

所述第一光束经过所述分光镜透射得到第三光束，所述第三光束经所述凸面镜反射且再经所述分光镜透射得到第四光束，所述第四光束经过所述聚焦镜聚焦为作用在待加工工件上的激光束的光轴上的第二焦点。

为了达到更好地技术效果，还包括波片，所述波片设置在所述分光镜的入射光的光路上；所述波片与控制其旋转的旋转装置连接。

优选的，所述凸面镜的曲率半径小于等于100米。

优选的，所述聚焦镜的焦距大于等于1毫米小于等于100毫米。

应用本发明的技术方案，具有以下技术效果：（1）激光束依次经过分光镜、聚焦镜后聚焦于第一焦点，激光束依次经过分光镜、凸面镜以及聚焦镜后聚焦于第二焦点，形成具有两个焦点的聚焦***；（2）所述波片与控制其旋转的旋转装置连接，控制装置控制波片的旋转角度，从而在激光束总功率不变的情况下改变第一焦点与第二焦点之间的激光功率，适应不同需求的加工，提高加工速度和提高产品质量，应用性广泛；（3）还可以根据实际需要选择不同曲率半径的凸面镜，从而改变第一焦点与第二焦点之间距离。

附图说明

图1为现有技术中双焦点产生的原理图；

图2本发明双焦点激光加工***的整体结构示意图；

图3为现有技术中单焦点激光加工***的切割示意图；

图4为本发明双焦点激光加工***的切割示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明的技术方案，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明的技术方案，但并不作为对本发明的限定。

本发明的双焦点激光加工***包括波片21、分光镜22、凸面镜23以及聚焦镜24，如图2所示。

激光束5经过所述波片21得到第一光束11。

所述第一光束11经所述分光镜22反射得到第二光束12，所述第二光束12经过所述聚焦镜24聚焦为作用在待加工工件4上的激光束的光轴上的第一焦点31，所述第一焦点31距离所述聚焦镜24中心的距离为DF1。

所述第一光束11经过所述分光镜22透射得到第三光束13，所述第三光束13经所述凸面镜23反射且再经所述分光镜22透射得到第四光束14，所述第四光束14经过所述聚焦镜24聚焦为作用在待加工工件4上的激光束的光轴上的第二焦点32，所述第二焦点32距离所述聚焦镜24中心的距离为DF2。

所述待加工工件4的厚度大于等于50微米。

所述凸面镜23的曲率半径小于等于100米，所述凸面镜23可以根据需求更换不同曲率半径的的凸面镜，凸面镜的曲率半径的改变可改变第一焦点31与第二焦点32之间的距离L。

所述聚焦镜24的焦距大于等于1毫米小于等于100毫米。

所述第一焦点31在所述待加工工件4上形成的第一光斑，所述第二焦点32在所述待加工工件4上形成的第二光斑，所述第一光斑与所述第二光斑之间的距离大于等于1微米小于等于100微米，所述第一光斑与所述第二光斑的尺寸均大于等于1微米小于等于100微米。

所述波片21与控制其旋转的旋转装置（未图示）连接，所述旋转装置（未图示）通过控制波片21的旋转角度来改变第一焦点31和第二焦点32之间激光的功率，激光束的总功率不变，适应不同需求的激光加工中。

本发明的双焦点激光加工***尤其是对于厚度大于150微米的LED晶圆等透明材质切割效果好，当激光光束轴通过待加工工件4时，在待加工工件4的横截面上形成第一焦点31和第二焦点32，在这两个点功率密度最高，由于这些材料是通过晶粒结晶形成的，激光焦点的端点脉冲能量会打断乱晶粒内部之间的结构，在晶粒之间形成缺陷，激光切割的本身并不分离被切割的待加工工件4，需要后期通过振动的方式进行裂片，使被切割的待加工工件4沿着切割时产生的缺陷裂开，从而导致待加工工件4圆沿着激光扫描方向开裂，最终完成切割。

当所述凸面镜23的曲率半径的变化来改变第一焦点31与第二焦点32之间的距离L时，相对于单焦点激光加工***的切割示意图（如图3所示，4为待加工工件）拉长了震源深度和增加了长宽比，可改善了切割的质量及提高了可加工材料的厚度，如图4所示。

应用本发明的双焦点激光加工***，可以根据实际需要改变第一焦点与第二焦点之间的距离，也可以改变聚焦于第一焦点与聚焦于第二焦点的光束的功率，提高加工速度和提高产品质量，实用性广。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种双焦点激光加工***，其特征在于：包括分光镜（22）、凸面镜（23）以及聚焦镜（24）；

入射光束（5）经所述分光镜（22）反射得到第二光束（12），所述第二光束（12）经过所述聚焦镜（24）聚焦为作用在待加工工件（4）上的光束的光轴上的第一焦点（31）；

入射光束（5）经所述分光镜（22）透射得到第三光束（13），所述第三光束（13）经所述凸面镜（23）反射且再经所述分光镜（22）透射得到第四光束（14），所述第四光束（14）经过所述聚焦镜（24）聚焦为作用在待加工工件（4）上的光束的光轴上的第二焦点（32）。

2.根据权利要求1所述的双焦点激光加工***，其特征在于：还包括波片（21）；

    所述波片（21）设置在所述分光镜（22）的入射光的光路上；

    所述波片（21）与控制其旋转的旋转装置连接。

3.根据权利要求1或2所述的双焦点激光加工***，其特征在于：所述凸面镜（23）的曲率半径小于等于100米。

4.根据权利要求1或2所述的双焦点激光加工***，其特征在于：所述聚焦镜（24）的焦距大于等于1毫米小于等于100毫米。

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