[發明專利]具有多重細激光束傳輸系統的激光加工系統和方法

有效

• 申請號: 200980150143.8
• 申請日: 2009-10-09
• 公開（公告）號: CN102245339A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: J·P·賽塞爾;M·門德斯;T·A·小墨菲;L·F·羅伯茨;X·宋;M·馮達德爾森
• 申請（專利權）人: JP賽席爾聯合股份有限公司
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陸勍

相關申請案交叉參考

本申請案主張基于2008年10月10日提交申請且序列號為61/104,435的美國臨時專利申請案的權利，該美國臨時專利申請案以引用方式全文并入本文中。

技術領域

本發明涉及加工，更具體而言，涉及具有多重細激光束傳輸系統的激光加工系統及方法。

背景技術

激光加工系統及方法通常用于加工各種類型的材料及結構。這些激光加工系統及方法可提供多種優點，包括制造成本較低、生產量及生產良率增大、且質量更高。例如，在太陽能面板領域中，激光加工的優點可明顯提高太陽能技術的效率及適用性。

在薄膜光電(photovoltaic；PV)太陽能面板的制造中，可利用激光加工技術來劃刻面板中的各種薄膜層，以形成電性相連的電池。在一種類型的PV太陽能面板中，沉積三個層來形成面板且在每一次新的沉積之后均進行線的劃刻。面板上包含這些線的區域被視為被浪費區域，被浪費區域不能進行太陽能轉換。因此，這些線應為直的且應精確地對齊，以使這一被浪費區域最小化并提供最佳的效率。亦期望具有高的劃刻速度，以提高生產量。對薄膜PV太陽能面板(及其他類似結構)提供精確且高速的劃刻存在諸多獨特的挑戰。

利用激光束在工件上劃刻出線涉及到線性地移動工件及/或激光束。對于大面積的工件而言，可能難以或無法高速地移動工件以達成劃刻，且常常需要在整個工件上移動激光束。然而，移動激光束傳輸系統可不利地影響激光束在工件上的位置精確度及均勻性。此外，將激光束分成多個細光束來劃刻工件會導致不良的劃刻波動，例如寬度、深度、能量密度(fluence)、熱影響區(heat-affected-zones)及穿透度的波動，這些波動可不利地影響劃刻線的精確度。

PV太陽能面板的激光加工所面臨的另一挑戰為在從激光源至工件的工作距離(working?distance)長以及面板尺寸大的條件下保持精確度的能力。長工作距離及較長的光束傳輸路徑會導致角度指向不穩定。當激光束須行進較遠的距離到達工件且利用例如遠場劃刻技術(far-field?scribing?technique)時，聚焦在工件上的激光點的位置可因激光指向的波動而發生變化，導致線的筆直度及對齊度不精確。

由于所劃刻薄膜層的性質以及由于期望降低太陽能面板的制造成本，對激光的選擇亦存在挑戰。現有激光加工系統及方法常常利用單模同調光束(single?mode?coherent?beams)。然而，利用同調光束點無法實現所期望的選擇性材料移除且無法有效地利用光束功率。

附圖說明

結合附圖閱讀以下詳細說明，可更佳地理解本發明的這些及其他特征及優點，附圖中：

圖1為根據一實施例，激光加工系統的俯視立體圖；

圖2為圖1所示激光加工系統沿X軸截取的局部剖視立體圖；

圖3為圖2所示激光加工系統沿Z軸截取的局部剖視立體圖；

圖4A及圖4B為根據另一實施例，激光加工系統的正視及后視立體圖；

圖5A至圖5F為根據一實施例，例示在薄膜光電太陽能面板的不同層中形成線的側視示意圖；

圖6A及圖6B為可移動光學頭的實施例的示意圖，這些可移動光學頭包含用以在遮罩投影之前分裂激光束的多重細激光束傳輸系統；

圖7為遮罩的一實施例的立體示意圖，此遮罩用于以矩形輪廓對激光束進行成像；

圖8為遮罩的一實施例的正視示意圖，此遮罩被過度填充以多個細光束；

圖9為根據不同的實施例，對劃刻線的不同截面形狀及用于形成這些劃刻線的相應遮罩開孔形狀的圖解說明；

圖10為具有頂帽式輪廓的激光束的示意圖；

圖11為可移動光學頭的實施例的立體示意圖，此可移動光學頭包含用以在遮罩投影之前分裂光束的多重細激光束傳輸系統；

圖12為圖11所示的光束傳輸系統的側視示意圖；

圖13為可移動光學頭的一實施例的立體示意圖，此可移動光學頭包含用以在遮罩投影之后分裂光束的多重細激光束傳輸系統；

圖14為多重細激光束傳輸系統的另一實施例的俯視示意圖，此多重細激光束傳輸系統在遮罩投影之后分裂光束；

圖15為可移動光學頭的又一實施例的側視示意圖，此可移動光學頭包含用以在遮罩投影之后分裂光束的多重細激光束傳輸系統；

圖16為多重細激光束傳輸系統的實施例中所用成像透鏡陣列的端視示意圖；以及