DE102007020704B4 - Device for processing a workpiece with a laser beam - Google Patents

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Abstract

Einrichtung für die Bearbeitung eines Werkstückes (10) mit einem Laserstrahl (L), mit einer Strahlformungseinrichtung (26) zur Formung des Intensitätsprofils des aus einer Apertur (16) austretenden und in einer Bearbeitungsebene (20) auf das Werkstück (10) auftreffenden Laserstrahls (L) an seinem Rand, die eine teleskopische Abbildungseinrichtung (18) zum Abbilden der Apertur (16) auf das in der Bearbeitungsebene (20) angeordnete Werkstück (10) sowie eine im Strahlengang zwischen Apertur (16) und Bearbeitungsebene (20) angeordnete Blende (22) mit zumindest zwei zueinander parallelen Kanten umfasst.Device for processing a workpiece (10) with a laser beam (L), with a beam shaping device (16) for forming the intensity profile of the laser beam emerging from an aperture (16) and impinging on the workpiece (10) in a machining plane (20) L) at its edge, a telescopic imaging device (18) for imaging the aperture (16) on the in the working plane (20) arranged workpiece (10) and in the beam path between the aperture (16) and processing plane (20) arranged aperture ( 22) with at least two mutually parallel edges.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung für die Bearbeitung eines Werkstückes mit einem Laserstrahl.The The invention relates to a device for machining a workpiece a laser beam.

Ein für die Bearbeitung von Werkstücken verwendeter Laserstrahl weist in der Regel eine Intensitätsverteilung auf, die rotationssymmetrisch zur Strahlachse ist, so dass der Querschnitt des Laserstrahls auf dem Werkstück, d. h. in der Bearbeitungsebene die Form eines Kreises hat. Eine solche rotationssymmetrische Intensitätsverteilung in der Bearbeitungsebene ist jedoch nicht für alle Bearbeitungszwecke die ideale Strahlform. In Anwendungsfällen, bei denen mit einem gepulsten Laserstrahl beispielsweise von einem Substrat eine dünne Schicht entlang einer sich in Längsrichtung ausgedehnten schmalen Linie abgetragen werden muss, beispielsweise bei der Herstellung von LCD-Displays oder Dünnschicht-Solarzellen, ist es wünschenswert, mit einem Laserstrahl zu arbeiten, der ein quadratisches oder rechteckiges Intensitätsprofil aufweist. Bei der Verwendung eines Laserstrahls mit rotationssymmetrischem Intensitätsprofil ist nämlich ein Überlapp der einzelnen Pulse notwendig, um einen linienförmigen Abtrag mit annähernd geradlinigen Seitenkanten erzielen zu können. Dies ist anhand von 2 näher erläutert, in der beispielhaft die Strahlform (Strahl- oder Intensitätsprofil) eines Laserstrahls L in der Bearbeitungsebene (dies ist in der Figur die Zeichenebene) für drei zeitlich aufeinanderfolgende Pulse 2a, b, c dargestellt ist, wenn sich Werkstück und Laserstrahl L relativ zueinander bewegen, so dass der Laserstrahl L auf dem Werkstück in x-Richtung fortschreitet. Der Figur ist zu entnehmen, dass es zum Erzeugen eines zusammenhängenden und eine vorgegebene Breite aufweisenden linienförmigen Abtrags 4 mit annähernd parallel zueinander orientierten geradlinigen Seitenkanten 5 erforderlich ist, dass sich die einzelnen Pulse 2a, b und 2b, c teilweise auf dem Werkstück überlagern oder überlappen. Diese Überlappzonen 6 sind in der Figur durch Schraffur hervorgehoben. Hat der Laserstrahl L, wie es in der Regel erwünscht ist, außerdem ein flaches Intensitätsprofil (I(r) = konstant für r ≤ R, wobei R der Strahlradius und r der Abstand von der Mittenachse des Laserstrahls ist), so ergibt sich im Bereich der Überlappzone 6 ein Energieeintrag in das Werkstück, der doppelt so hoch sein kann wie in den Bereichen, in denen sich benachbarte Laserpulse 2a, b bzw. 2b, c nicht überlappen.A laser beam used for the machining of workpieces generally has an intensity distribution which is rotationally symmetrical to the beam axis, so that the cross section of the laser beam on the workpiece, ie in the working plane has the shape of a circle. However, such a rotationally symmetrical intensity distribution in the working plane is not the ideal beam shape for all machining purposes. In applications where, for example, a thin film must be removed from a substrate along a longitudinally extending narrow line with a pulsed laser beam, for example in the manufacture of LCD displays or thin-film solar cells, it is desirable to operate with a laser beam which has a square or rectangular intensity profile. When using a laser beam with rotationally symmetrical intensity profile namely an overlap of the individual pulses is necessary in order to achieve a linear removal with approximately rectilinear side edges can. This is based on 2 explained in more detail, in the example, the beam shape (beam or intensity profile) of a laser beam L in the processing plane (this is the drawing plane in the figure) for three temporally successive pulses 2a , b, c, when the workpiece and the laser beam L move relative to each other, so that the laser beam L on the workpiece advances in the x direction. It can be seen from the figure that it is used to produce a contiguous and a predetermined width having linear removal 4 with approximately parallel rectilinear side edges 5 it is necessary that the individual pulses 2a , Federation 2 B , c overlap partially on the workpiece or overlap. These overlap zones 6 are highlighted in the figure by hatching. In addition, if the laser beam L has a flat intensity profile (I (r) = constant for r ≦ R, where R is the beam radius and r is the distance from the center axis of the laser beam), this results in the range the overlap zone 6 an energy input into the workpiece, which can be twice as high as in the areas where adjacent laser pulses 2a , b or 2 B , c do not overlap.

In J. R. Hayes et al., „Square core jacketed air-clad fiber”, Optics Express, 30.10.2006, Vol. 14, No. 22, Seiten 10345–10350, ist deshalb für bestimmte Anwendungsfälle vorgeschlagen worden, einen Laserstrahl zu verwenden, der eine quadratische Strahlform aufweist. Diese quadratische Strahlform wird erzeugt mit einer Lichtleitfaser, die einen im Querschnitt quadratischen Kern aufweist. Zur Erzeugung eines derartigen quadratischen oder rechteckigen Intensitätsprofiles des Laserstrahles ist es beispielsweise auch aus der US 2002/0158964 A1 , der DE 29609788 U1 , der JP 56039190 A oder der JP 63160780 A bekannt, im Strahlengang des Laserstrahls eine entsprechend geformte Blende anzuordnen.In JR Hayes et al., "Square core jacketed air-clad fiber", Optics Express, 30.10.2006, Vol. 22, pages 10345-10350, has therefore been proposed for certain applications to use a laser beam having a square beam shape. This square beam shape is generated with an optical fiber having a square in cross-section core. To generate such a square or rectangular intensity profile of the laser beam, it is for example also from the US 2002/0158964 A1 , of the DE 29609788 U1 , of the JP 56039190 A or the JP 63160780 A known to arrange a correspondingly shaped aperture in the beam path of the laser beam.

Mit einem rechteckigen oder quadratischen Strahlprofil, wie es mit den bekannten Einrichtungen erzeugt wird, lassen sich zwar dem Prinzip nach ideale linienförmige Abtragungen erreichen, dennoch muss aus fertigungstechnischen Gründen ein gewisser Überlapp vorgenommen werden, um Lücken in der Bearbeitungsspur zu vermeiden, da Toleranzen in der Werkstück- oder Strahlführung unvermeidlich sind und berücksichtigt werden müssen. Auch in diesen Überlappzonen ist somit die bei der Bearbeitung in das Werkstück eingebrachte Strahlenergie signifikant höher als außerhalb der Überlappzone.With a rectangular or square beam profile, as with the Although known devices generated, can indeed be the principle for ideal linear Abtragungen reach, but must for manufacturing reasons certain overlap be made to fill gaps in the machining track to avoid, as tolerances in the workpiece or beamline are inevitable and taken into account Need to become. Also in these overlap zones is thus the beam energy introduced into the workpiece during machining significantly higher as outside the overlap zone.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung für die Bearbeitung eines Werkstückes mit einem Laserstrahl anzugeben, mit der ein Laserstrahl erzeugt werden kann, mit dem es möglich ist, eine Schicht von einem Werkstück entlang einer Linie möglichst gleichförmig abzutragen.Of the The invention is therefore based on the object, a device for the Machining a workpiece indicate with a laser beam, with which generates a laser beam can be, with which it is possible is a layer of a workpiece along a line as possible uniform ablate.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einer Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Eine solche Einrichtung enthält eine Strahlformungseinrichtung zur Formung des Intensitätsprofils des aus einer Apertur austretenden und in einer Bearbeitungsebene auf das Werkstück auftreffenden Laserstrahls an seinem Rand, die eine teleskopische Abbildungseinrichtung zum Abbilden der Apertur auf das in der Bearbeitungsebene angeordnete Werkstück sowie eine im Strahlengang zwischen Apertur und Bearbeitungsebene angeordnete Blende mit zumindest zwei zueinander parallelen Kanten umfasst.The said object is according to the invention solved with a device having the features of claim 1. Such a device contains a beam shaping device for shaping the intensity profile of the emerging from an aperture and in a working plane on the workpiece incident laser beam at its edge, which is a telescopic Imaging means for mapping the aperture to that in the working plane arranged workpiece and one in the beam path between aperture and processing plane arranged aperture with at least two mutually parallel edges includes.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass eine im Strahlengang des Laserstrahls angeordnete Blende mit zumindest zwei zueinander parallelen Kanten einerseits einen Laserstrahl mit einem Strahlprofil erzeugt, das zumindest annähernd parallel zueinander verlaufenden Ränder aufweist, die jedoch auf grund von Beugungseffekten an den Kanten der Blende an diesen äußeren Rändern eine Übergangszone mit sanft ansteigenden Flanken aufweist. Die Blende dient somit in erster Linie nicht zur Strahlbegrenzung sondern zur Formung des Intensitäts- oder Strahlprofils des Laserstrahles in dieser Übergangszone. In dieser Übergangszone können sich die einzelnen Laserstrahlpulse innerhalb einer relativ breiten Zone überlappen, ohne dass ein zu hoher Energieeintrag in die abzutragende Schicht stattfindet. Darüber hinaus bewirkt die Blende eine Erhöhung der Tiefenschärfe des auf dem Werkstück fokussierten Laserstrahls.The invention is based on the recognition that a diaphragm arranged in the beam path of the laser beam with at least two mutually parallel edges on the one hand generates a laser beam with a beam profile having at least approximately mutually parallel edges, however, due to diffraction effects at the edges of the Aperture has at these outer edges a transition zone with gently rising flanks. The diaphragm thus serves not primarily for beam limitation but for shaping the intensity or beam profile of the laser beam in this transition zone. In this transition zone, the individual laser beam pulses can overlap within a relatively wide zone, without an excessive input of energy takes place in the ablated layer. In addition, the aperture causes an increase the depth of focus of the focused on the workpiece laser beam.

Die Erhöhung der Tiefenschärfe ist insbesondere dann ausgeprägt, wenn die Blende entweder innerhalb der teleskopischen Abbildungseinrichtung oder außerhalb der teleskopischen Abbildungseinrichtung zwischen dieser und der Apertur oder der Bearbeitungsebene angeordnet ist, wobei im letzten Fall der Abstand zwischen der Abbildungseinrichtung und der Blende sehr viel kleiner ist als ihr Abstand zur Apertur bzw. Bearbeitungsebene.The increase the depth of field is particularly pronounced when the shutter is either within the telescopic imaging device or outside the telescopic imaging device between this and the Aperture or the processing plane is arranged, in the last case the distance between the imaging device and the aperture is very high much smaller than their distance to the aperture or working plane.

Die Blende ist vorzugsweise eine Rechteckblende, so dass aus einem Laserstrahl mit rotationssymmetrischem Intensitätsprofil ein rechteckförmiger Laserstrahl erzeugt wird.The Aperture is preferably a rectangular aperture, so that from a laser beam With a rotationally symmetrical intensity profile, a rectangular laser beam is produced.

Aus der Apertur tritt vorzugsweise ein Laserstrahl mit einem Intensitätsprofil aus, das ein zumindest annähernd konstantes Plateau aufweist. Auf diese Weise ist eine homogene Bearbeitung des Werkstückes entlang einer Bearbeitungslinie oder -kontur möglich.Out The aperture is preferably a laser beam with an intensity profile from, at least approximate has constant plateau. In this way is a homogeneous processing of the workpiece along a processing line or contour possible.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Apertur durch die Austrittsfläche einer Lichtleitfaser mit rechteckigem Querschnitt gebildet. Auf diese Weise liegt bereits am Eingang der Blende ein im Wesentlichen rechteckigförmiger Laserstrahls vor, so dass die rechteckförmige Blende nur geringfügig kleiner sein muss als die Abmessungen des Laserstrahls in der Blendenebene. Auf diese Weise ist der durch die Blende eliminierte Anteil des Laserstrahls deutlich geringer als bei einer mit einer rechteckigen (quadratischen) Blende durchgeführten Strahlbegrenzung bei einem Laserstrahl mit kreisrundem Querschnitt. In diesem Fall ist es auch ausreichend, wenn die Blende nur in der Richtung den Laserstrahl begrenzt, in der die einzelnen Laserpulse zum Herstellen des linienförmigen Abtrages aneinandergereiht werden.In a particularly preferred embodiment The aperture is through the exit surface of an optical fiber with formed rectangular section. This is already the case at the entrance of the diaphragm, a substantially rectangular laser beam before, so that the rectangular Aperture only slightly must be smaller than the dimensions of the laser beam in the diaphragm plane. In this way, the portion of the laser beam eliminated by the diaphragm is significantly lower than one with a rectangular (square) Aperture performed beam limitation in a laser beam with a circular cross-section. In this case it is also sufficient if the aperture only in the direction of the Laser beam limited, in which the individual laser pulses for manufacturing of the linear Abtrages be strung together.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das Ausführungsbeispiel der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:to further explanation The invention is based on the embodiment referred to the drawing. Show it:

1 eine Einrichtung für die Bearbeitung eines Werkstückes mit einem Laserstrahl gemäß der Erfindung in einer schematischen Prinzipdarstellung, 1 a device for processing a workpiece with a laser beam according to the invention in a schematic schematic diagram,

2 zeitlich aufeinanderfolgende auf einem Werkstück in unterschiedlichen Positionen entlag einer Bearbeitungslinie fokussierte Laserstrahlpulse mit kreisrundem Querschnitt gemäß dem Stand der Technik, 2 time-sequential focused on a workpiece in different positions entlag a processing line laser pulses with circular cross-section according to the prior art,

3 ein Intensitätsprofil eines gemäß dem Stand der Technik verwendeten Laserstrahls mit kreisrundem Querschnitt, 3 an intensity profile of a laser beam with a circular cross-section used according to the prior art,

4 drei zeitlich aufeinanderfolgende Laserstrahlpulse mit rechteckigem Querschnitt in der Bearbeitungsebene gemäß dem Stand der Technik, 4 three temporally successive laser beam pulses with a rectangular cross section in the working plane according to the prior art,

5a–c jeweils Intensitätsprofile sich überlappender Laserstrahlpulse gemäß der Erfindung in Bearbeitungsrichtung, 5a C respective intensity profiles of overlapping laser beam pulses according to the invention in the machining direction,

6 ein Intensitätsprofil eines Laserstrahlpulses gemäß der Erfindung senkrecht zur Bearbeitungsrichtung. 6 an intensity profile of a laser beam pulse according to the invention perpendicular to the machining direction.

Gemäß 1 enthält eine Einrichtung für die Bearbeitung eines Werkstückes 10 eine Laserstrahlquelle 12, die einen Laserstrahl L in einen Lichtleiter 14, vorzugsweise eine Lichtleitfaser in rechteckigem oder quadratischem Querschnitt einkoppelt. Der Laserstrahl L tritt an einer Apertur 16, im Beispiel die Austrittsfläche des Lichtleiters 14, mit einem der geometrischen Form dieser Apertur 16 entsprechenden Intensitätsprofil mit einem flachen Plateau und steilen Flanken aus und wird durch eine Abbildungseinrichtung 18, im Beispiel eine aus zwei Sammellinsen 18a und b aufgebaute teleskopische Abbildungseinrichtung 18, auf eine Bearbeitungsebene 20, d. h. die Oberfläche des Werkstückes 10 abgebildet.According to 1 contains a device for machining a workpiece 10 a laser beam source 12 applying a laser beam L into a light guide 14 , preferably an optical fiber in rectangular or square cross-section coupled. The laser beam L enters at an aperture 16 , In the example, the exit surface of the light guide 14 , with one of the geometric shape of this aperture 16 corresponding intensity profile with a flat plateau and steep flanks and is by an imaging device 18 , in the example one of two converging lenses 18a and b constructed telescopic imaging device 18 , on a working plane 20 ie the surface of the workpiece 10 displayed.

Die Laserstrahlquelle 12, beispielsweise ein im Q-switch-Betrieb arbeitender Nd:YAG-Laser, erzeugt einen Laserstrahl L, der aus zeitlich aufeinanderfolgenden Laserstrahlpulsen besteht und durch Relativbewegung zwischen Werkstück 10 und Abbildungseinrichtung 18 einen linienförmigen Abtrag erzeugt.The laser beam source 12 For example, an Nd: YAG laser operating in the Q-switch mode generates a laser beam L consisting of temporally successive laser beam pulses and by relative movement between the workpiece 10 and imaging device 18 produces a linear ablation.

Zwischen der Apertur 16 und der Bearbeitungsebene 20 ist eine Blende 22 angeordnet, die zumindest zwei zueinander parallele Kanten 24 aufweist, und bei der es sich um eine Rechteckblende handeln kann. Die Blende 22 begrenzt den Laserstrahl L zumindest in einer Richtung x, in der die einzelnen Laserstrahlpulse zum Erzeugen des linienförmigen Abtrages auf dem Werkstück 10 aneinandergereiht werden. Abbildungseinrichtung 18 und Blende 22 bilden auf diese Weise eine Strahlformungseinrichtung 26, die das Intensitätsprofil des Laserstrahls L an seinen den Kanten 24 zugeordneten Rändern formt. Im Beispiel der Figur ist die Blende 22 zwischen der Apertur 16 und der ihr zugewandten Sammellinse 18a der teleskopischen Abbildungseinrichtung angeordnet. Alternativ hierzu kann die Blende 22 auch innerhalb der teleskopischen Abbildungseinrichtung, d. h. zwischen den Sammellinsen 18a und b, oder zwischen der Bearbeitungsebene 20 und der dieser zugewandten Sammellinse 18b der Abbildungseinrichtung angeordnet sein, wie dies in 1 gestrichelt eingezeichnet ist. Die Position der Blende 22 bestimmt sowohl den Tiefenschärfebereich als auch der Verlauf des Intensitätsprofils im Bereich des Randes, d. h. die Steilheit der Flanken des Intensitätsprofils. Eine hohe Tiefenschärfe und geringe Flankensteilheit wird erzielt, wenn die Blende 22 entweder innerhalb der teleskopischen Abbildungseinrichtung oder außerhalb dieser nahe an den Sammellinsen 18a oder b angeordnet wird, so dass der Abstand a bzw. c zwischen Abbildungseinrichtung 18 und Blende 22 sehr viel kleiner ist als ihr Abstand b bzw. d zur Apertur 16 bzw. zur Bearbeitungsebene 20. Dementsprechend wird ein kleiner Tiefenschärfebereich und eine steile Flanke erzielt, wenn die Blende 22 entweder nahe an der Apertur 16 oder nahe an der Bearbeitungsebene 20 platziert wird.Between the aperture 16 and the working level 20 is a blind 22 arranged, the at least two mutually parallel edges 24 and which may be a rectangular shutter. The aperture 22 limits the laser beam L at least in one direction x, in which the individual laser beam pulses for generating the linear Abtrag on the workpiece 10 strung together. imaging device 18 and aperture 22 Form in this way a beam shaping device 26 showing the intensity profile of the laser beam L at its edges 24 associated edges forms. In the example of the figure is the aperture 22 between the aperture 16 and the facing lens facing her 18a the telescopic imaging device arranged. Alternatively, the aperture 22 also within the telescopic imaging device, ie between the converging lenses 18a and b, or between the working plane 20 and the facing lens facing this 18b the imaging device may be arranged as shown in FIG 1 indicated by dashed lines. The position of the iris 22 determines both the depth of focus range and the course of the intensity profile in the region of the edge, ie the steepness of the flanks of the Intensi tätsprofils. A high depth of field and low slope is achieved when the aperture 22 either inside the telescopic imaging device or outside it near the converging lenses 18a or b is arranged so that the distance a or c between imaging device 18 and aperture 22 much smaller than their distance b or d to the aperture 16 or to the processing level 20 , Accordingly, a small depth of focus range and a steep slope are achieved when the aperture 22 either close to the aperture 16 or close to the working plane 20 is placed.

Pulsfolgefrequenz und Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl L und Werkstück 10 sind derart aufeinander abgestimmt, dass sich die einzelnen Laserstrahlpulse auf dem Werkstück 10 nur in einer schmalen Überlappzone überlappen. Die zulässige Breite dieser Überlappzone ist an den Verlauf der Flanken des Intensitätsprofils in Bewegungsrichtung x angepasst.Pulse repetition frequency and speed of the relative movement between laser beam L and workpiece 10 are matched to one another such that the individual laser beam pulses on the workpiece 10 overlap only in a narrow overlap zone. The permissible width of this overlap zone is adapted to the course of the flanks of the intensity profile in the direction of movement x.

Dies ist anhand 5a–c grob schematisch mit idealisierten trapezförmigen Intensitätsprofilen veranschaulicht. 5a zeigt eine Situation, in der die Überlappzone 6 in x-Richtung eine Breite Bmin aufweist, bei der in der Überlappzone der gesamte Energieeintrag (gestrichelt durch Überlagerung der Einzelimpulse angedeutet) gerade noch ausreicht, um einen hinreichenden Abtrag in dieser Überlappzone 6 zu erzielen. 5b entspricht einer Situation, in der die Überlappzone 6 eine ideale Breite Bs aufweist, die bei linearen Flanken einen Energieeintrag in dieser Überlappzone 6 erzeugt, der mit dem Energieeintrag im Bereich des Plateaus übereinstimmt. In 5c ist eine Situation veranschaulicht, in der die Überlappzone 6 eine maximale Breite Bmax hat, bei der der Energieeintrag zwar höher ist als im Plateau eines einzelnen Laserstrahlpulses, sich aber immer noch im zulässigen Bereich befindet.This is based 5a -C roughly schematically illustrated with idealized trapezoidal intensity profiles. 5a shows a situation where the overlap zone 6 in the x-direction has a width B min , in which in the overlap zone of the total energy input (dashed lines indicated by superimposition of the individual pulses) just sufficient to a sufficient removal in this overlap zone 6 to achieve. 5b corresponds to a situation where the overlap zone 6 has an ideal width B s , which in the case of linear flanks an energy input in this overlap zone 6 generated, which coincides with the energy input in the area of the plateau. In 5c is a situation illustrated in which the overlap zone 6 has a maximum width B max , at which the energy input is indeed higher than in the plateau of a single laser beam pulse, but is still within the allowable range.

Den 5a–c ist zu entnehmen, dass die für die Relativbewegung zur Erzielung einer gleichförmigen Abtragskontur erlaubte Toleranz – in den vereinfachten Beispielen Bmax – Bmin – signifikant größer ist als bei einem idealisierten Rechteckprofil, wie es in 6 für die zur x senkrechte Richtung y angedeutet ist.The 5a -C it can be seen that the tolerance allowed for the relative movement to achieve a uniform ablation contour - in the simplified examples B max - B min - is significantly greater than in an idealized rectangular profile, as shown in FIG 6 is indicated for the direction y perpendicular to the x.

Ein solches idealisiertes Rechteckprofil kann nämlich in der zur Bewegungsrichtung x senkrechten Richtung y nach wie vor beispielsweise dann erzielt werden, wenn der Lichtleiter 14 eine Lichtleitfaser mit rechteckigem oder quadratischen Querschnitt ist. In diesem Falle ist es ausreichend, wenn die Blende den Laserstrahl L nur in x-Richtung begrenzt. Bei Verwendung eines aus der Apertur austretenden Laserstrahls L mit kreisförmigen Querschnitt ist es nach wie vor zweckmäßig die Blende derart zu dimensionieren, dass eine Strahlbegrenzung sowohl in x- als auch in y-Richtung statt findet.Namely, such an idealized rectangular profile can still be achieved, for example, in the direction y perpendicular to the movement direction x, for example when the optical waveguide 14 an optical fiber having a rectangular or square cross section. In this case, it is sufficient if the diaphragm limits the laser beam L only in the x direction. When using an emerging from the aperture laser beam L with circular cross-section, it is still appropriate to dimension the aperture such that a beam boundary takes place in both the x and y direction.

In den 5a–c sind lediglich zum Veranschaulichen des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens idealisierte Intensitätsprofile dargestellt. In der Praxis ergibt sich durch die Blende ein annähernd s-förmiger Verlauf der Flanken, der jedoch ebenfalls eine Erhöhung der zulässigen Toleranzen beim aufeinanderfolgen Setzen der Laserstrahlpulse auf dem Werkstück ermöglicht.In the 5a -C are shown merely to illustrate the idea underlying the invention idealized intensity profiles. In practice, the aperture results in an approximately s-shaped course of the flanks, which however also makes it possible to increase the permissible tolerances when successively setting the laser beam pulses on the workpiece.

Claims (7)

Einrichtung für die Bearbeitung eines Werkstückes (10) mit einem Laserstrahl (L), mit einer Strahlformungseinrichtung (26) zur Formung des Intensitätsprofils des aus einer Apertur (16) austretenden und in einer Bearbeitungsebene (20) auf das Werkstück (10) auftreffenden Laserstrahls (L) an seinem Rand, die eine teleskopische Abbildungseinrichtung (18) zum Abbilden der Apertur (16) auf das in der Bearbeitungsebene (20) angeordnete Werkstück (10) sowie eine im Strahlengang zwischen Apertur (16) und Bearbeitungsebene (20) angeordnete Blende (22) mit zumindest zwei zueinander parallelen Kanten umfasst.Device for processing a workpiece ( 10 ) with a laser beam (L), with a beam shaping device ( 26 ) for shaping the intensity profile of the aperture ( 16 ) and in one processing level ( 20 ) on the workpiece ( 10 ) incident laser beam (L) at its edge, the a telescopic imaging device ( 18 ) for imaging the aperture ( 16 ) on the in the processing level ( 20 ) arranged workpiece ( 10 ) and one in the beam path between aperture ( 16 ) and processing level ( 20 ) arranged aperture ( 22 ) with at least two mutually parallel edges. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Blende (22) eine Rechteckblende ist.Device according to Claim 1, in which the diaphragm ( 22 ) is a rectangular aperture. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der aus der Apertur ein Laserstrahl (L) mit einem Intensitätsprofil austritt, das ein zumindest annähernd konstantes Plateau aufweist.Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the Aperture a laser beam (L) with an intensity profile emerges, the at least approximately has constant plateau. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Blende (22) außerhalb der teleskopischen Abbildungseinrichtung (18) zwischen dieser und der Apertur (16) oder der Bearbeitungsebene (20) angeordnet ist, wobei der Abstand (a, c) zwischen dieser und der Blende (22) sehr viel kleiner ist als ihr Abstand (b bzw. d) zur Apertur bzw. zur Bearbeitungsebene.Device according to Claim 1, 2 or 3, in which the diaphragm ( 22 ) outside the telescopic imaging device ( 18 ) between this and the aperture ( 16 ) or the processing level ( 20 ), wherein the distance (a, c) between this and the diaphragm ( 22 ) is much smaller than their distance (b or d) to the aperture or to the working plane. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Blende (22) innerhalb der teleskopischen Abbildungseinrichtung (18) angeordnet ist.Device according to Claim 1, 2 or 3, in which the diaphragm ( 22 ) within the telescopic imaging device ( 18 ) is arranged. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Apertur (16) durch die Austrittsfläche eines Lichtleiters (14) gebildet ist.Device according to one of the preceding claims, in which the aperture ( 16 ) through the exit surface of a light guide ( 14 ) is formed. Einrichtung nach Anspruch 6, bei der der Lichtleiter (14) eine Lichtleitfaser mit rechteckigem Querschnitt ist.Device according to Claim 6, in which the optical waveguide ( 14 ) is an optical fiber having a rectangular cross section.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012012883B4 (en) * 2012-06-28 2015-11-12 Innolas Solutions Gmbh Laser processing device for laser processing of a starting substrate for the production of solar cells
DE102021112833A1 (en) 2021-05-18 2022-11-24 Precitec Gmbh & Co. Kg Aperture for a laser processing head

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5639190A (en) * 1979-09-07 1981-04-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Laser processing machine
JPS63160780A (en) * 1986-12-23 1988-07-04 Fuji Electric Co Ltd Laser beam machining device
DE29609788U1 (en) * 1996-06-03 1996-08-14 Baasel Carl Lasertech Laser material processing device for processing, e.g. Welding, a workpiece surface
US20020158964A1 (en) * 2000-03-16 2002-10-31 Masaki Mori Laser exposure device
DE102004007178A1 (en) * 2004-02-13 2005-09-08 Precitec Kg Laser shaping tool head has housing with convex focusing mirror mounted on focusing tilt pivot

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5639190A (en) * 1979-09-07 1981-04-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Laser processing machine
JPS63160780A (en) * 1986-12-23 1988-07-04 Fuji Electric Co Ltd Laser beam machining device
DE29609788U1 (en) * 1996-06-03 1996-08-14 Baasel Carl Lasertech Laser material processing device for processing, e.g. Welding, a workpiece surface
US20020158964A1 (en) * 2000-03-16 2002-10-31 Masaki Mori Laser exposure device
DE102004007178A1 (en) * 2004-02-13 2005-09-08 Precitec Kg Laser shaping tool head has housing with convex focusing mirror mounted on focusing tilt pivot

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAYES, J.R. [u.a.]: Square core jacketed airclad fiber. Optics Express, 2006, Vol. 14, Nr. 22, S. 10345-10350 *

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