[發明專利]多光束整形激光加工系統

無效

• 申請號: 201410048914.5
• 申請日: 2014-02-12
• 公開（公告）號: CN103846547A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 王杰;潘傳鵬
• 申請（專利權）人: 蘇州蘭葉光電科技有限公司
• 主分類號: B23K26/073
• 分類號: B23K26/073;B23K26/067;G02B27/09
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴

技術領域

本發明涉及一種多光束整形激光加工系統，主要用于對芯片的開槽或切割加工。

背景技術

市場對激光切割芯片質量的要求越來越高，主要體現在需要更小的熱影響區，更快的切割速度等等，為了實現這些要求，出現了脈寬更短的皮秒、飛秒甚至阿秒激光器，主要是從改變脈寬的方面著手改善切割效果，但是這些激光器大多價格昂貴，目前市面上用于精細加工的激光設備大多使用納秒紫外激光器，價格遠遠低于上面提及的高端激光器，但由于光學結構的限制，越來越難滿足高精細的加工需要，要想實現精細加工，要么更換激光器，要么改進光學結構，而改進光學結構的成本相對小得多；

利用激光對樣品進行各類處理是激光加工領域最常見的工藝，傳統的激光加工系統在需要加大激光切寬或者加深切深時往往通過增加激光功率、離焦加工或者多次劃線等工藝方式來實現，這些方式雖然可以增加切寬或者切深，但分別會帶來增加熱影響區、切割道形貌不佳和效率低等問題；

利用衍射光學元件來提升加工效率的設備或文章已經出現，但這種方法只是將一束激光分成多束，降低單光束的能量，通過多光束尾隨切割的方式改善切割效果，實質上沒有改變單個聚焦激光光斑的能量分布，而激光的能量分布在一定程度上會影響切割效果；

現有的另一種光束整形工藝是通過柱透鏡組來實現光束整形，通過獲得較大長寬比的條狀聚焦光斑的設備和文章亦已經出現，這種方法的出發點主要是通過降低聚焦光斑在長軸方向上的功率密度來降低熱影響區，但由于只有一束激光光斑，考慮到功率密度和材料損傷閾值的關系，在激光光斑長軸方向上的兩端能量主要是在對材料進行加熱，沒有去除效果；

常見一維衍射光學元件整形光路結構如圖1左圖所示，激光器1發出的激光束1A，經過擴束鏡2后得到經過擴束的新激光束2A，再經過一維衍射光學元件5后獲得多束子激光束5A，一維衍射光學元件5的激光束分束數目根據設計值不同而不同，本發明中所有的示意圖均以分成三束為例，但實際數量按照權利要求書里面的界定，多束子激光束5A經過激光聚焦鏡6聚焦獲得多束聚焦光束，最終在聚焦鏡的焦平面上獲得多個圓形激光光斑，將這些聚焦光斑聚焦到待加工樣品7的表面，進而實現一個方向上的切割，示意圖的初始狀態以在x方向上切割直線為例。

將圖1左圖中的部分光學元件做調整，例如將一維衍射光學元件在圖1左圖所示的初始狀態下旋轉90°，便可獲得在y方向排列的一維聚焦光斑，從而實現y方向上的直線切割，圖1中的附圖標記5A`和6A`分別表示此情形下一維衍射光學元件分光后的子激光束和激光聚焦鏡聚焦前的聚焦光束。

圖2右圖所示是常見一維衍射光學元件整形光路實現一定切寬的光路示意圖，其中圖2左圖依舊是光路初始狀態示意圖，當在小于90°的范圍內旋轉一維衍射光學元件時，便可獲得在x方向或y方向上具有一定投影切寬的光斑分布，實現類似激光開槽的工藝，圖2中的附圖標記5A``和6A``分別表示此情形下一維衍射光學元件分光后的子激光束和激光聚焦鏡聚焦前的聚焦光束。

發明內容

本發明目的是：針對上述問題，提供一種多光束整形激光加工系統，以改善常見紫外納秒激光加工設備的加工效果，提高加工效率。

本發明的技術方案是：一種多光束整形激光加工系統，包括沿激光光路方向依次布置的激光器、柱面凹透鏡、柱面凸透鏡、一維衍射光學元件和聚焦透鏡。

作為優選，所述柱面凹透鏡的像方虛焦點與所述柱面凸透鏡的物方實焦點重合。

作為優選，所述激光器和柱面凹透鏡之間布置有擴束鏡。

作為優選，所述擴束鏡的擴束倍率在1～4倍之間。

作為優選，所述激光器為紫外納秒激光器。

作為優選，所述柱面凸透鏡的焦距絕對值為所述柱面凹凸鏡的焦距絕對值的1.1～1.3倍。

作為優選，所述一維衍射光學元件的分光數目在4～14個之間。

作為另一種優選方式，所述一維衍射光學元件的分光數目在2～6個之間。

作為優選，所述一維衍射光學元件的光束分離角在0.005°～0.1°之間。

本發明的優點是：