專利名稱：一種多焦點激光加工系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光領(lǐng)域，公開了一種用于LED晶圓、陶瓷、硅片、玻璃等透明材質(zhì)的多焦點激光加工系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
激光切割技術(shù)現(xiàn)已成為一種成熟的工業(yè)加工技術(shù),除開傳統(tǒng)的以金屬作為切割的主要對象外，例如LED晶圓、陶瓷、硅片以及玻璃等為切割對象的切割技術(shù)成為新興的研究方向。在研究的過程中我們發(fā)現(xiàn)，LED晶圓等透明材質(zhì)為切割對象的激光切割技術(shù)在原理上不同于傳統(tǒng)技術(shù)的激光切割，它們的激光切割是一種預(yù)切割方式，由于這些材料是通過晶粒結(jié)晶形成的，激光焦點的端點脈沖能量會打亂晶粒內(nèi)部之間的結(jié)構(gòu)，在晶粒之間形成缺陷，激光切割的本身并不分離被切割的工件，需要后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(chǎn)生的缺陷裂開，從而導(dǎo)致LED晶圓沿著激光掃描方向開裂，最終完成切割，這個切割方式也被稱之為缺陷切割。激光切割方法常規(guī)采用如二氧化碳型或者YAG型激光加工器發(fā)出的激光束，該激光束被光學(xué)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激光束集中在直徑最小的單一焦點處，而在實際的激光切割加工中，特別是LED晶圓等高吸收率材質(zhì)的切割加工中，單個焦點形成的缺陷有限，僅對小于150微米厚的LED晶圓可完成缺陷切割，當對大于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(shù)的切割，每次切割的區(qū)別是讓焦點逐次沿光軸方向變化來達到目的，這樣大大降低了激光設(shè)備的效率。在實際應(yīng)用中，因激光焦點光斑尺寸在幾微米到幾十微米之間，設(shè)備的機械精度在多次的切割中很難保證每次的缺陷位于材料相同橫切面位置，通常在后期裂片過程中，會導(dǎo)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(zhì)量，導(dǎo)致形成廢品或次品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種多焦點激光加工系統(tǒng)，具有提聞加工速度和提聞廣品質(zhì)量的技術(shù)效果。為了達到以上技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種多焦點激光加工系統(tǒng)，包括兩個或者兩個以上依次串聯(lián)在光路上的光學(xué)元件組合以及聚焦鏡；
入射光束經(jīng)過兩個或者兩個以上依次串聯(lián)在光路上的光學(xué)元件組合后再經(jīng)所述聚焦鏡聚焦于作用于待加工工件上的聚焦光束的光軸上；
所述光學(xué)元件組合包括分光鏡以及凸面鏡；
入射光束經(jīng)所述分光鏡反射得到進入下一組光學(xué)元件組合的第一入射光束；
入射光束經(jīng)所述分光鏡透射得到光束經(jīng)所述凸面鏡反射且再經(jīng)所述分光鏡透射得到進入下一組光學(xué)元件組合的第二入射光束。為了達到更好的技術(shù)效果，所述光學(xué)元件組合還包括波片；所述波片設(shè)置在所述分光鏡的入射光的光路上；所述波片與控制其旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置連接。優(yōu)選的，所述凸面鏡的曲率半徑小于等于100米。優(yōu)選的，所述聚焦鏡的焦距大于等于I毫米小于等于100毫米。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下技術(shù)效果:(1)入射光束依次經(jīng)過包括兩個或者兩個以上依次串聯(lián)在光路上的光學(xué)元件組合以及聚焦鏡后，形成具有多個焦點的聚焦系統(tǒng)，提高加工速度和提高產(chǎn)品質(zhì)量；(2)所述波片與控制其旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置連接，控制裝置控制波片的旋轉(zhuǎn)角度，從而在激光束總功率不變的情況下改變多個焦點之間的激光功率，適應(yīng)不同需求的加工；(3)所述凸面鏡可根據(jù)不同的需求選擇不同的曲率半徑，從而改變各焦點之間的距離，應(yīng)用性廣泛。


圖1本發(fā)明四焦點激光加工系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖以及具體實施例來詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案，在此本發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明的技術(shù)方案，但并不作為對本發(fā)明的限定。本發(fā)明中四焦點激光加工系統(tǒng)包括兩個依次串聯(lián)在光路上的光學(xué)元件組合21以及聚焦鏡22，所述光學(xué)元件組合21包括波片210、分光鏡211以及凸面鏡212。本發(fā)明中四焦點激光加工系統(tǒng)的詳細光路圖如圖1所示:
第一部分:入射光束5經(jīng)過光學(xué)元件組合21:
入射光束5經(jīng)過所述波片210得到第一光束11。所述第一光束11經(jīng)所述分光鏡211反射得到第二光束12，所述第二光束12作為進入下一光學(xué)元件組合21的第一入射光束。所述第一光束11經(jīng)過所述分光鏡211透射得到第三光束13，所述第三光束13經(jīng)所述凸面鏡212反射且再經(jīng)所述分光鏡211透射得到第四光束14，所述第四光束14作為進入下一光學(xué)元件組合21的第二入射光束。第二部分:第一入射光束以及第二入射光束經(jīng)過光學(xué)元件組合21，得到第五光束15、第六光束16、第七光束17以及第八光束18,光傳輸?shù)脑硗肷涔馐?經(jīng)過光學(xué)兀件組合21得到第二光束12以及第四光束14的原理。第三部分:聚焦:
所述第五光束15經(jīng)過所述聚焦鏡22聚焦得到作用于待加工工件4上聚焦光束光軸上的第一焦點31，所述第一焦點31距離所述聚焦鏡22中心的距離為DF1。所述第六光束16經(jīng)過所述聚焦鏡22聚焦得到作用于待加工工件4上聚焦光束光軸上的第二焦點32，所述第二焦點32距離所述聚焦鏡22中心的距離為DF2。所述第七光束17經(jīng)過所述聚焦鏡22聚焦得到作用于待加工工件4上聚焦光束光軸上的第三焦點33，所述第三焦點33距離所述聚焦鏡22中心的距離為DF3。所述第八光束18經(jīng)過所述聚焦鏡22聚焦得到作用于待加工工件4上聚焦光束光軸上的第四焦點34，所述第四焦點34距離所述聚焦鏡22中心的距離為DF4。所述第一焦點31、第二焦點32、第三焦點33以及第四焦點34在待加工工件4上產(chǎn)生的光斑的尺寸均大于等于I微米小于等于100微米，且各光斑之間的距離大于等于I微米小于等于100微米。所述凸面鏡212的曲率半徑小于等于100米，可以根據(jù)實際需求選擇不同曲率半徑的凸面鏡，從而達到改變所述第一焦點31、第二焦點32、第三焦點33以及第四焦點34相互間的距離。所述聚焦鏡22的焦距大于等于I毫米小于等于100毫米。所述待加工工件4的厚度大于等于50微米。所述波片210與控制其旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置(未圖示)連接，所述旋轉(zhuǎn)裝置(未圖示)通過控制波片210的旋轉(zhuǎn)角度來改變第一焦點31、第二焦點32、第三焦點33以及第四焦點34相互間激光的功率，激光束的總功率不變，適應(yīng)不同需求的激光加工中。本發(fā)明的多焦點激光加工系統(tǒng)尤其是對于厚度大于等于150微米之間的LED晶圓、陶瓷、硅片、玻璃等透明材質(zhì)切割效果好，采用本發(fā)明四焦點激光加工系統(tǒng)進行加工時，在待加工工件4的橫截面上形成第一焦點31、第二焦點32、第三焦點33以及第四焦點34，在這四個點功率密度最高，由于這些材料是通過晶粒結(jié)晶形成的，激光焦點的端點脈沖能量會打斷亂晶粒內(nèi)部之間的結(jié)構(gòu)，在晶粒之間形成缺陷，激光切割的本身并不分離被切割的待加工工件4，需要后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(chǎn)生的缺陷裂開，從而導(dǎo)致待加工工件4圓沿著激光掃描方向開裂，最終完成切割。本發(fā)明的技術(shù)方案中，采用兩個依次串聯(lián)在光路上的光學(xué)元件組合21，能得到4個焦點，采用三個依次串聯(lián)在光路上的光學(xué)元件組合21，能得到8個焦點，以此類推，可以滿足不同的需求，適用性廣泛。以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種多焦點激光加工系統(tǒng)，其特征在于:包括兩個或者兩個以上依次串聯(lián)在光路上的光學(xué)元件組合(21)以及聚焦鏡(22)； 入射光束(5)經(jīng)過兩個或者兩個以上依次串聯(lián)在光路上的光學(xué)元件組合(21)后再經(jīng)所述聚焦鏡(22)聚焦于作用于待加工工件(4)上的聚焦光束的光軸上的焦點； 所述光學(xué)元件組合(21)包括分光鏡(211)以及凸面鏡(212 )， 入射光束(5 )經(jīng)所述分光鏡(211)反射得到進入下一組光學(xué)元件組合(21)的第一入射光束(12)； 入射光束(5)經(jīng)所述分光鏡(211)透射得到光束經(jīng)所述凸面鏡(212)反射且再經(jīng)所述分光鏡(211)透射得到進入下一組光學(xué)元件組合(21)的第二入射光束(14 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多焦點激光加工系統(tǒng)，其特征在于:所述光學(xué)元件組合(21)還包括波片(210)； 所述波片(210)設(shè)置在所述分光鏡(211)的入射光的光路上； 所述波片(210)與控制其旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多焦點激光加工系統(tǒng)，其特征在于:所述凸面鏡(212)的曲率半徑小于等于100米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多焦點激光加工系統(tǒng)，其特征在于:所述聚焦鏡(22)的焦距大于等于I毫米小于等于100毫米。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多焦點激光加工系統(tǒng)，包括兩個或者兩個以上依次串聯(lián)在光路上的光學(xué)元件組合以及聚焦鏡；入射光束經(jīng)過兩個或者兩個以上依次串聯(lián)在光路上的光學(xué)元件組合后再經(jīng)所述聚焦鏡聚焦于作用于待加工工件上的聚焦光束的光軸上的焦點；所述光學(xué)元件組合包括分光鏡以及凸面鏡；入射光束經(jīng)所述分光鏡反射得到進入下一組光學(xué)元件組合的第一入射光束；入射光束經(jīng)所述分光鏡透射得到光束經(jīng)所述凸面鏡反射且再經(jīng)所述分光鏡透射得到進入下一組光學(xué)元件組合的第二入射光束。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，入射光束通過多焦點激光加工系統(tǒng)后形成多個焦點，焦點的數(shù)量為4的倍數(shù)，提高加工速度和提高產(chǎn)品質(zhì)量。
文檔編號B23K26/067GK103111757SQ20131004094
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者李志剛 申請人:武漢帝爾激光科技有限公司