[發(fā)明專利]一種激光切割裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610874609.0
• 申請(qǐng)日: 2016-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN107876971A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋春峰;徐文;孫杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海微電子裝備（集團(tuán)）股份有限公司
• 主分類號(hào): B23K26/046
• 分類號(hào): B23K26/046;B23K26/38;B23K26/08
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)31237
• 代理人: 屈蘅,李時(shí)云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體切割技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光切割裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)的不斷拓展，人們對(duì)電子產(chǎn)品性能的需求在不斷提升，生產(chǎn)過程中現(xiàn)有生產(chǎn)工藝面臨多方面挑戰(zhàn)。切割質(zhì)量和性能的需求使得生產(chǎn)商使用激光切割技術(shù)替代制程中原有機(jī)械切割方式。

隨著近年來超快激光技術(shù)的不斷成熟，多家激光器供應(yīng)商推出了工業(yè)級(jí)的超快激光光源，推動(dòng)了激光切割技術(shù)在泛半導(dǎo)體領(lǐng)域的運(yùn)用。超快激光之所以會(huì)引起人們的廣泛興趣是由于光在材料中傳播時(shí)，熱擴(kuò)散深度與脈寬的平方根成正比，因此采用超快激光可以極大地減小加工過程中的熱擴(kuò)散區(qū)域，從而避免熱對(duì)加工質(zhì)量的影響。同時(shí)，超快激光會(huì)引起材料很強(qiáng)的非線性吸收從而增加材料對(duì)激光的吸收，降低加工閾值和能量在材料中的沉積體積，提升加工質(zhì)量。

在透明材料切割中，由于切割基板的厚度不一，因此對(duì)于切割深度的控制、切割效率和切割質(zhì)量的控制顯得尤為重要，然而改變普通高斯激光焦深無法一次性改變切割現(xiàn)狀，提高加工效率以及優(yōu)化切割工藝的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種激光切割裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種激光切割裝置，包括：系統(tǒng)控制器以及沿光路依次設(shè)置的激光器、準(zhǔn)直擴(kuò)束單元、光束整形單元和工件臺(tái)；所述工件臺(tái)上設(shè)有吸盤機(jī)構(gòu)和光束輪廓測(cè)量單元，所述吸盤機(jī)構(gòu)吸附待切割對(duì)象，所述光束輪廓測(cè)量單元的探測(cè)面與所述吸盤機(jī)構(gòu)表面的垂向高度相同；所述系統(tǒng)控制器接收所述光束輪廓測(cè)量單元的信號(hào)，并控制所述激光器、準(zhǔn)直擴(kuò)束單元、工件臺(tái)以及光束輪廓測(cè)量單元工作；所述準(zhǔn)直擴(kuò)束單元包括倍率連續(xù)可調(diào)的鏡組，所述系統(tǒng)控制器接收的所述光束輪廓測(cè)量單元反饋的光束能量強(qiáng)度，同時(shí)根據(jù)所述待切割對(duì)象的厚度，調(diào)節(jié)所述鏡組的倍率。

進(jìn)一步的，還包括調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述系統(tǒng)控制器通過控制所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)來調(diào)節(jié)所述鏡組的倍率。

進(jìn)一步的，還包括工件臺(tái)控制器，所述系統(tǒng)控制器通過發(fā)送信號(hào)至所述工件臺(tái)控制器來控制所述工件臺(tái)沿垂向和水平向運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步的，還包括激光控制器，所述系統(tǒng)控制器通過發(fā)送信號(hào)至所述激光控制器來控制所述激光器工作。

進(jìn)一步的，還包括電動(dòng)機(jī)構(gòu)控制器，所述系統(tǒng)控制器通過發(fā)送信號(hào)至所述電動(dòng)機(jī)構(gòu)控制器來控制所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)所述鏡組的倍率。

進(jìn)一步的，所述光束整形單元包括錐形棱鏡。

本發(fā)明還提供一種激光切割裝置的激光切割方法，包括以下步驟：

S1：所述激光器發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束單元進(jìn)行擴(kuò)束，并通過光束整形單元形成Bessel光束，入射到所述工件臺(tái)的被切割對(duì)象和光束輪廓測(cè)量單元上；

S2：所述光束輪廓測(cè)量單元對(duì)Bessel光束在垂向上的三維能量強(qiáng)度進(jìn)行探測(cè)，并將探測(cè)到的數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)控制器；

S3：所述系統(tǒng)控制器根據(jù)光束輪廓測(cè)量單元探測(cè)到的數(shù)據(jù)和待切割對(duì)象的厚度控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)直擴(kuò)束單元中鏡組的倍率進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)光束整形單元入射光束的直徑。

進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)控制器通過電動(dòng)機(jī)構(gòu)控制器驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)直擴(kuò)束單元中鏡組的倍率進(jìn)行調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)控制器通過工件臺(tái)控制器帶動(dòng)工件臺(tái)沿垂向運(yùn)動(dòng)，從而使光束輪廓測(cè)量單元進(jìn)行垂向掃描，實(shí)現(xiàn)垂向上Bessel光束三維能量強(qiáng)度探測(cè)。

本發(fā)明提供的激光切割裝置及方法，該裝置包括系統(tǒng)控制器以及沿光路依次設(shè)置的激光器、準(zhǔn)直擴(kuò)束單元、光束整形單元和工件臺(tái)；所述工件臺(tái)上設(shè)有吸盤機(jī)構(gòu)和光束輪廓測(cè)量單元，所述吸盤機(jī)構(gòu)吸附待切割對(duì)象，所述光束輪廓測(cè)量單元的探測(cè)面與所述吸盤機(jī)構(gòu)表面的垂向高度相同；所述系統(tǒng)控制器接收所述光束輪廓測(cè)量單元的信號(hào)，并控制所述激光器、準(zhǔn)直擴(kuò)束單元、工件臺(tái)以及光束輪廓測(cè)量單元工作；所述準(zhǔn)直擴(kuò)束單元包括倍率連續(xù)可調(diào)的鏡組，所述系統(tǒng)控制器接收的所述光束輪廓測(cè)量單元反饋的光束能量強(qiáng)度，同時(shí)根據(jù)所述待切割對(duì)象的厚度，調(diào)節(jié)所述鏡組的倍率。通過在工件臺(tái)上設(shè)置光束輪廓測(cè)量單元，實(shí)現(xiàn)垂向上Bessel光束三維能量強(qiáng)度探測(cè)，并將探測(cè)到的數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)控制器，系統(tǒng)控制器根據(jù)探測(cè)到的數(shù)據(jù)和待切割對(duì)象的厚度控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)直擴(kuò)束單元中鏡組的倍率進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)光束整形單元入射光束的直徑，實(shí)現(xiàn)切割作用光束的長(zhǎng)度控制，以適應(yīng)待切割對(duì)象厚度變化，充分利用激光能量，提高加工效率，優(yōu)化切割工藝。

附圖說明

圖1是本發(fā)明激光切割裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明Bessel光束的原理；