專利名稱：一種雙焦點激光加工系統(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)的雙焦點激光加工系統(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。如LED晶圓，它的激光切割方式是一種預(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(dāng)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。傳統(tǒng)的雙焦點產(chǎn)生使用雙焦點透鏡方法，圖1為傳統(tǒng)雙焦點產(chǎn)生原理圖。入射光束中位于直徑等于2H之外的部分聚焦在位于雙焦點透鏡I的主焦距DF1’處的第一焦點PF1’上；入射激光束中位于直徑等于2H之內(nèi)的部分則聚焦在位于雙焦點透鏡I主焦距DF2’的第二焦點PF2’上，這種雙焦點的產(chǎn)生由于光斑尺寸大于幾百微米且兩個焦點之前距離超過I毫米，所以目前僅在CO2激光對金屬切割應(yīng)用上有使用。采用雙焦點透鏡得到的第二焦點的焦距是不可以改變的，兩個焦點的激光功率比也是不可改變的，不能應(yīng)用于激光微加工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種焦點間距離可以改變的雙焦點激光加工系統(tǒng)，具有提高加工速度和提高產(chǎn)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: 一種雙焦點激光加工系統(tǒng)，包括波片、分光鏡、凸面鏡以及聚焦鏡；
激光束經(jīng)過所述波片得到第一光束；
所述第一光束經(jīng)所述分光鏡反射得到第二光束，所述第二光束經(jīng)過所述聚焦鏡聚焦為作用在待加工工件上的激光束的光軸上的第一焦點；
所述第一光束經(jīng)過所述分光鏡透射得到第三光束，所述第三光束經(jīng)所述凸面鏡反射且再經(jīng)所述分光鏡透射得到第四光束，所述第四光束經(jīng)過所述聚焦鏡聚焦為作用在待加工工件上的激光束的光軸上的第二焦點。為了達到更好地技術(shù)效果，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:(I)激光束依次經(jīng)過分光鏡、聚焦鏡后聚焦于第一焦點，激光束依次經(jīng)過分光鏡、凸面鏡以及聚焦鏡后聚焦于第二焦點，形成具有兩個焦點的聚焦系統(tǒng)；(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第一焦點與第二焦點之間的激光功率，適應(yīng)不同需求的加工，提高加工速度和提高產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)用性廣泛；(3)還可以根據(jù)實際需要選擇不同曲率半徑的凸面鏡，從而改變第一焦點與第二焦點之間距離。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中雙焦點產(chǎn)生的原理 圖2本發(fā)明雙焦點激光加工系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中單焦點激光加工系統(tǒng)的切割示意 圖4為本發(fā)明雙焦點激光加工系統(tǒng)的切割示意圖。
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)明的雙焦點激光加工系統(tǒng)包括波片21、分光鏡22、凸面鏡23以及聚焦鏡24，如圖2所示。激光束5經(jīng)過所述波片21得到第一光束11。所述第一光束11經(jīng)所述分光鏡22反射得到第二光束12，所述第二光束12經(jīng)過所述聚焦鏡24聚焦為作用在待加工工件4上的激光束的光軸上的第一焦點31，所述第一焦點31距離所述聚焦鏡24中心的距離為DFl。所述第一光束11經(jīng)過所述分光鏡22透射得到第三光束13，所述第三光束13經(jīng)所述凸面鏡23反射且再經(jīng)所述分光鏡22透射得到第四光束14，所述第四光束14經(jīng)過所述聚焦鏡24聚焦為作用在待加工工件4上的激光束的光軸上的第二焦點32，所述第二焦點32距離所述聚焦鏡24中心的距離為DF2。所述待加工工件4的厚度大于等于50微米。所述凸面鏡23的曲率半徑小于等于100米，所述凸面鏡23可以根據(jù)需求更換不同曲率半徑的的凸面鏡，凸面鏡的曲率半徑的改變可改變第一焦點31與第二焦點32之間的距離L。所述聚焦鏡24的焦距大于等于I毫米小于等于100毫米。所述第一焦點31在所述待加工工件4上形成的第一光斑，所述第二焦點32在所述待加工工件4上形成的第二光斑，所述第一光斑與所述第二光斑之間的距離大于等于I微米小于等于100微米，所述第一光斑與所述第二光斑的尺寸均大于等于I微米小于等于100微米。所述波片21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21的旋轉(zhuǎn)角度來改變第一焦點31和第二焦點32之間激光的功率，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)明的雙焦點激光加工系統(tǒng)尤其是對于厚度大于150微米的LED晶圓等透明材質(zhì)切割效果好，當(dāng)激光光束軸通過待加工工件4時，在待加工工件4的橫截面上形成第一焦點31和第二焦點32，在這兩個點功率密度最高，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。當(dāng)所述凸面鏡23的曲率半徑的變化來改變第一焦點31與第二焦點32之間的距離L時，相對于單焦點激光加工系統(tǒng)的切割示意圖(如圖3所示，4為待加工工件)拉長了震源深度和增加了長寬比，可改善了切割的質(zhì)量及提高了可加工材料的厚度，如圖4所示。應(yīng)用本發(fā)明的雙焦點激光加工系統(tǒng)，可以根據(jù)實際需要改變第一焦點與第二焦點之間的距離，也可以改變聚焦于第一焦點與聚焦于第二焦點的光束的功率，提高加工速度和提高產(chǎn)品質(zhì)量，實用性廣。以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)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
1.一種雙焦點激光加工系統(tǒng)，其特征在于:包括分光鏡(22)、凸面鏡(23)以及聚焦鏡(24)； 入射光束(5)經(jīng)所述分光鏡(22)反射得到第二光束(12)，所述第二光束(12)經(jīng)過所述聚焦鏡(24)聚焦為作用在待加工工件(4)上的光束的光軸上的第一焦點(31)； 入射光束(5)經(jīng)所述分光鏡(22)透射得到第三光束(13)，所述第三光束(13)經(jīng)所述凸面鏡(23)反射且再經(jīng)所述分光鏡(22)透射得到第四光束(14)，所述第四光束(14)經(jīng)過所述聚焦鏡(24)聚焦為作用在待加工工件(4)上的光束的光軸上的第二焦點(32)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙焦點激光加工系統(tǒng)，其特征在于:還包括波片(21)；所述波片(21)設(shè)置在所述分光鏡(22)的入射光的光路上；所述波片(21)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所述的雙焦點激光加工系統(tǒng)，其特征在于:所述凸面鏡(23)的曲率半徑小于等于100米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙焦點激光加工系統(tǒng)，其特征在于:所述聚焦鏡(24)的焦距大于等于I毫米小于 等于100毫米。
全文摘要
本發(fā)明提供一種雙焦點激光加工系統(tǒng)，包括分光鏡、凸面鏡以及聚焦鏡，入射光束經(jīng)分光鏡反射得到第二光束，第二光束經(jīng)聚焦鏡聚焦形成第一焦點；入射光束經(jīng)所述分光鏡透射得到第三光束，所述第三光束經(jīng)所述凸面鏡反射且再經(jīng)所述分光鏡透射得到第四光束，第四光束經(jīng)聚焦鏡聚焦形成第二焦點。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，入射光束產(chǎn)生第一焦點以及第二焦點，形成具有兩個焦點的聚焦系統(tǒng)；還可以通過改變凸面鏡的曲率半徑來改變第一焦點與第二焦點之間的距離，通過調(diào)整波片的旋轉(zhuǎn)角度可改變第一焦點與第二焦點之間的能量比，提高加工速度和提高產(chǎn)品質(zhì)量。
文檔編號B23K26/38GK103111755SQ201310040769
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