CN205684910U - 一种内部多层激光切划装置 - Google Patents

Abstract

一种内部多层激光切划装置，该装置包括激光器；激光精密切割头，激光器发出的激光光束通过光纤传输到激光精密切割头中；衍射光学镜片和聚焦镜安装在激光精密切割头中，激光光束通过衍射光学镜片和聚焦镜后，形成不同深度的几个焦点，作用在工件内部；CCD相机，与激光精密切割头同轴连接，对切划位置进行自动识别定位。

Description

一种内部多层激光切划装置

技术领域

本实用新型属于高精度激光切割技术领域，涉及一种高精度的内部多层激光切划装置，尤其适用于要求无热影响区，无崩边的激光切片或者划片工艺。

背景技术

随着科学技术的进步和发展，激光已经作为一种工具应用在各行各业。由于激光的高亮度高强度的特性，且激光光斑的尺寸可以通过聚焦镜聚焦到微米量级，因此激光加工技术在有着高精度加工要求的行业中备受青睐，各种新型的激光加工技术层出不穷。在工艺品行业，激光雕刻技术，尤其是激光内雕技术，可以将激光在玻璃、水晶等透明材料内部聚焦，产生微米级大小的汽化爆裂点，通过计算机控制爆裂点在玻璃体内的空间位置，构成绚丽多姿的立体图像，将玻璃等工件加工成惹人喜爱的工艺品，呈现出神奇、高雅、新特的艺术表现方式。在半导体行业，尤其是对于陶瓷、单晶硅和蓝宝石等高、硬、脆难以加工的切割技术中，激光加工技术尤为受欢迎。

以半导体行业为例，晶圆的切片工艺是后道装配工艺中的第一步。该工艺将晶圆分成单个的芯片，用于随后的芯片键合、引线键合和测试工艺。当芯片尺寸越来越小，集成度越来越高，传统的机械切片技术出现问题，产能下降，破片率上升。在这种情况下，激光切割技术得以显现优势。由于激光属于无接触式加工，不对晶圆产生机械应力的作用，对晶圆损伤较 小，因此激光晶圆切片技术得到大力的发展。但是激光切割技术仍然有不少难题需要克服。常规的激光切片工艺是将激光作用在晶圆材料表面，利用脉冲激光的高能量密度烧蚀晶圆材料，而达到划片或者切片目的，虽然比起机械划片来说，其效率和划片质量有较大提升，但是热影响区过大及熔渣喷溅污染的问题依然限制着激光切片的产品质量，这些缺点足以影响或破坏芯片的性能，也是提高切片成品率和减小芯片尺寸的瓶颈因素。

发明内容

为了解决常规的激光切割技术中热影响区过大及熔渣喷溅污染的问题，本实用新型提出一种内部多层激光切划装置。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种内部多层激光切划装置，该装置包括激光器；激光精密切割头，激光器发出的激光光束通过光纤传输到激光精密切割头中；衍射光学镜片和聚焦镜安装在激光精密切割头中，激光光束通过衍射光学镜片和聚焦镜后，形成不同深度的几个焦点，作用在工件内部；CCD相机，与激光精密切割头同轴连接，对切划位置进行自动识别定位。

本实用新型的内部多层激光切划装置中，激光器发出的激光光束通过衍射光学镜片和聚焦镜后，形成不同深度的几个焦点，作用在工件内部，因此工件表面无热影响区，不会破坏芯片的性能。

本实用新型的内部多层激光切划装置中，激光器的选择与工件的材料有关，要求工件对所选激光器的波长透明，能使激光能够透过工件，在工件内部不同的位置形成焦点。

本实用新型的内部多层激光切划装置中，对激光器的能量有所要求，要求焦点处的激光光束的能量密度恰好能够破坏工件材料，远离焦点处的激光能量则不足以破坏工件材料，以防止工件表面吸收部分激光能量而产 生热影响区，影响切划效果。

本实用新型的内部多层激光切划装置中，根据实际需要，工件内部的聚焦点数量和位置可以进行不同的设计。

本实用新型的内部多层激光切划装置中，所形成的3个聚焦点也可以处于不同纵向位置处，避免上一层聚焦点对工件材料的破坏影响下一层聚焦点的形成和作用。

本实用新型的内部多层激光切划装置中，不同的衍射光学镜片和聚焦镜能够产生不同的聚焦点的数量和位置。

本实用新型的内部多层激光切划装置中，工件的厚度越厚，需要的聚焦点的层数越多。

本实用新型的内部多层激光切划装置能够通过衍射光学镜片和聚焦镜的共同作用，在工件内部形成三层聚焦点，在工件相对于激光光束运动后，而由于聚焦点处的工件材料分三层被破坏，只要外界稍有应力(例如振动)，工件材料就会沿着运动M的轨迹方向裂开，即完成多层激光切划。

附图说明

图1为本实用新型的内部多层激光切划装置示意图；

图2为激光作用运动轨迹完成后，工件内部示意图；

图3为本实用新型的内部多层激光切划装置的不同焦点位置的示意图。

图中各标记的含义如下：

1：激光器；

2：光纤；

3：激光精密切割头；

4：激光光束；

5：衍射光学镜片；

6：聚焦镜；

7：工件；

8：聚焦点；

9：CCD相机；

M：运动轨迹；

D：水平距离；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做详细描述：

图1表示本实用新型所述的一种内部多层激光切划装置示意图，其组成如下：光纤2将激光器1发出的激光光束4传输到激光精密切割头3中；通过衍射光学镜片5和聚焦镜6后的激光光束在工件7的内部形成不同深度的几个聚焦点8，示意图中以三个聚焦点为例，当工件7相对于激光光束4作运动轨迹M的运动时，则在工件内部形成3层聚焦点8；CCD相机9对工件7上的切划位置进行自动识别定位。通过衍射光学镜片5和聚焦镜6的共同作用，在工件内部形成三层聚焦点，在工件相对于激光光束运动后，而由于聚焦点处的工件材料分三层被破坏，只要外界稍有应力(例如振动)，工件7材料就会沿着运动M的轨迹方向裂开，即完成多层激光切划。

图2是激光作用运动轨迹完成后，工件7内部所形成的3层聚焦点的示意图，水平方向上相邻聚焦点之间的水平距离D由相对运动的速度所决定。

图3是根据实际需要，使形成的3个聚焦点不在同一个纵向方向上，避免上一层的激光聚焦点对工件材料产生破坏作用后，影响下面一层聚焦点的形成和作用效果。

本实用新型的一种内部多层激光切划装置中，工件7放置好后，CCD相机9对工件7上的切划位置进行自动识别定位后，发出信号使激光器1出光；激光器1发出的激光光束4通过衍射光学镜片5和聚焦镜6后，在工件7内部形成不同深度的3个聚焦点8；工件7相对激光光束4的进行运动轨迹M的运动，运动轨迹M的速度决定了水平方向上，相邻聚焦点之间的水平距离D；当运动轨迹M完成后，在工件内部形成3层聚焦点阵；由于仅在聚焦点8处的激光能量才足以破坏工件材料，远离聚焦点8的位置不会受到激光的破坏作用，因此在工件的表面无热影响区和崩边等会破坏芯片性能的现象；而由于聚焦点8处的工件材料分三层被破坏，只要外界稍有应力(例如振动)，工件7材料就会沿着运动轨迹M的运动方向裂开，即完成多层激光切划，工件7材料越厚，聚焦点8的层数也越多。

本实用新型的一种内部多层激光切划装置中，激光光束4通过衍射光学镜片5和聚焦镜6后，在工件7内部形成不同深度的3个聚焦点8，因此在工件表面无热影响区或崩边现象，完整的保证了芯片性能。

本实用新型的一种内部多层激光切划装置中，激光器1的选择与工件7的材料有关，要求工件7对所选激光器1的波长透明，能使激光光束4在工件内部不同的位置形成聚焦点8，实现激光对工件的多层作用。

本实用新型的一种内部多层激光切划装置中，对激光器1的能量有所要求，要求聚焦点8处的激光能量密度恰好能够破坏工件7材料，远离聚焦点8处的激光能量则不足以破坏工件7材料，以防止工件7表面吸收部分激光能量而产生热影响区，影响切划效果。

本实用新型的一种内部多层激光切划装置中，根据实际需要，工件7 内部的聚焦点数量和位置可以进行不同的设计；同时所形成的3个聚焦点也可以处于不同纵向位置处，避免上一层聚焦点对工件材料的破坏影响下一层聚焦点的形成和作用；不同的衍射光学镜片和聚焦镜能够产生不同的聚焦点的数量和位置。

需要强调的是，这种内部多层激光切划装置并未做任何形式上的限制，本专利内容不限于焦点数量和层数，根据材料厚度，对应焦点数量，对于非常薄的半导体材料，可能一个焦点就可以实现切划。凡是依据本实用新型的技术实质进行的简单修改，等同变化和修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种内部多层激光切划装置，该装置包括激光器；激光精密切割头，激光器发出的激光光束通过光纤传输到激光精密切割头中；衍射光学镜片和聚焦镜安装在激光精密切割头中，激光光束通过衍射光学镜片和聚焦镜后，形成不同深度的几个焦点，作用在工件内部；CCD相机，与激光精密切割头同轴连接，对切划位置进行自动识别定位。

2.如权利要求1所述的内部多层激光切划装置，其特征在于：激光光束通过衍射光学镜片和聚焦镜后，在工件内部形成不同深度的三个聚焦点。

3.如权利要求1所述的内部多层激光切划装置，其特征在于：激光器的选择与工件的材料有关，使激光光束在工件内部不同的位置形成聚焦点。

4.如权利要求1所述的内部多层激光切划装置，其特征在于：工件内部的聚焦点数量和位置可以进行不同的设计。

5.如权利要求2所述的内部多层激光切划装置，其特征在于：所形成的3个聚焦点也可以处于不同纵向位置处，避免上一层聚焦点对工件材料的破坏影响下一层聚焦点的形成和作用。

6.如权利要求2所述的内部多层激光切划装置，其特征在于：不同的衍射光学镜片和聚焦镜能够产生不同的聚焦点的数量和位置。

7.如权利要求1所述的内部多层激光切划装置，其特征在于：工件的厚度越厚，需要的聚焦点的层数越多。