[發明專利]太陽能硅晶片雙束激光雙線劃槽方法與裝置

無效

• 申請號: 200610028630.5
• 申請日: 2006-07-05
• 公開（公告）號: CN101100019A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發明（設計）人: 王濤;姚建銓;古桂茹;劉保利
• 申請（專利權）人: 無錫浩波光電子有限公司
• 主分類號: B23K26/06
• 分類號: B23K26/06;B23K26/04;B23K26/36;H01L21/302
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種太陽能硅晶片雙束激光雙線劃槽方法與裝置，屬于太陽能硅晶片加工技術領域。

背景技術

目前國內外流行的都是單束激光的劃片機(劃槽機)，在激光器雙束激光同時雙線加工方面，目前國內外尚無相關報道。

國內目前還沒有自行制造的“太陽能硅晶片雙束激光雙線劃槽機”，國際上也無此產品。

太陽能是當今最為光明的新興產業，該行業目前的困擾之一是太陽能硅片劃槽加工的產能已跟不上銷售的提高，急待解決。為此，本發明提出一種太陽能硅晶片雙光束激光雙線劃槽方法與裝置”，它利用Z型諧振腔的Nd：YAG激光器經直角棱鏡發射雙束激光，實現雙線加工，使生產率提高100％，節約能源30％。它主要應用于硅、鍺、砷化鎵和其他半導體襯底材料的劃槽與切割，特別適用于單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽能電池的切割。

發明內容

本發明的目的在于提供一種太陽能硅晶片雙光束激光劃槽方法與裝置”，它發射雙束激光，實現雙線加工，使生產率提高100％，節約能源30％。

本發明的主要由激光器、反射鏡、聚焦鏡與X-Y移動平臺構成，還包括激光電源、聲光Q開關驅動源，水冷系統及計算機控制系統。

本發明的技術方案是：它由利用Z型諧振腔的Nd:YAG激光器經直角棱鏡發射雙束激光，經聲光Q開關調制發射雙束波長1064nm直徑Φ6的激光光束，調制頻率范圍5～35KHz，該雙束激光經擴束后輸出到反射鏡反射到聚焦鏡，由其聚焦到太陽能多晶硅晶片表面，聚焦光斑為Φ9～19μm，它使被照射區域局部熔化、氣化后，形成溝槽、劃槽最小線寬：10μm，最大劃片速度：100mm/s，功率為20～40W，本機為雙束激光雙線劃刻，生產率提高100％，節約能源30％。

另外，在晶體棒外層設置水冷環形通道，在Nd:YAG晶體的縱向兩端垂直于軸線的位置，設置聲光Q開關，同時配置水冷通道，諧振腔一端優化的凹形全反射鏡，其曲率半徑為2m，全部支撐結構底部安裝在抗熱變形的硬鋁合金軌道上，再放置于機箱中，即構成了大功率激光發生裝置，再配置激光電源及水冷恒溫器，重復頻率1～35KHZ可調，具有效率高、光束質量好、體積小、壽命長及運轉成本低等特點。

附圖說明：

圖1太陽能硅晶片雙束激光雙線劃槽機的結構示意圖

圖1為本機的示意圖，其中，1為激光器箱體、2為平面全反鏡、3為泵浦組件、4為凹面輸出鏡I、5為平面全反鏡，6為直角棱鏡，7為平面全反鏡、8為聚焦鏡、9為硅晶片、10為X-Y移動平臺、11為X向步進電機、12為Y向步進電機、13為移動平臺基體、14為平面全反鏡、15為平面全反鏡、16為平面輸出鏡II、17為Nd：YAG激光晶體，18為聲光Q開關、19為凹面反射鏡。_另外還配置水冷恒溫器、激光電源、Q開關電源及計算機控制裝置組成全套機組。

具體實施方式：

下面結合圖1對本項目的研究內容加以說明。

如圖1所示，太陽能硅晶片雙束激光雙線劃槽機主要由激光器1、反射鏡7、聚焦鏡8、X-Y移動平臺10組成。下面分別加以說明。

激光器1由激光電源帶動泵浦件3去泵浦Nd:YAG激光晶體10，Nd:YAG激光晶體輻射1064nm光子，一端由平面鏡1反射到凹面鏡輸出鏡4，有90％的1064nm再反射回來，經平面鏡1穿過Nd:YAG激光晶體，到平面輸出鏡15，同樣有90％的1064nm再反射穿過聲光Q開關，到凹面反射鏡19反射回來，由反射鏡5、2、16與19，加之3、17與18構成Z型腔結構的諧振腔，形成1064nm激光，由輸出鏡I、II分別輸出兩束1064nm激光，分別由平面全反鏡5與14反射到直角棱鏡6上，由其反射成為平行雙束激光輸出，再由平面全反鏡7反射到聚焦鏡8上，焦距為254mm，雙束激光聚焦到硅晶片上，硅晶片置于X-Y移動平臺10上，由計算機控制實現X-Y移動，進行雙束激光雙線刻槽加工。

激光晶體17擬采用Φ4～6mm長100～150mm的Nd：YAG晶體棒，它的側面打毛，兩端磨成平面，??兩端面鍍1064nm的增透膜。

系統配置激光電源、聲光Q開關電源、水冷恒溫器與電腦控制器，即組成了太陽能硅晶片雙束激光雙線劃槽機。

在本發明的裝置中，聲光器件參數為：驅動功率為50W，工作頻率為27MHz，調制頻率為1～35kHz。其次，本發明裝置采用優化Z型諧振腔，變換腔內的振蕩光束直徑，既增大了模體積又減少了局部功率密度。