本發(fā)明涉及激光隱形切割，具體涉及一種激光隱形切割改性層厚度與改性程度的檢測(cè)方法及設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、透明硬脆材料具有寬光譜透過率、硬度高、耐腐蝕等優(yōu)良的特性，常見的透明硬脆材料主要有：碳化硅、氮化鎵、玻璃、藍(lán)寶石、金剛石等。在加工過程中，使用機(jī)械刀具往往具有加工精度低，加工條件復(fù)雜，無(wú)法對(duì)材料內(nèi)部加工等缺點(diǎn)。激光加工由于具有精度高、非接觸、非真空條件、可作用于材料內(nèi)部等優(yōu)勢(shì)，通過對(duì)材料內(nèi)部光場(chǎng)調(diào)控，產(chǎn)生長(zhǎng)焦深光束和多焦點(diǎn)分布，從而提高加工效率、加工精度和能量利用率，對(duì)于硬脆材料的應(yīng)用具有重要意義。激光隱形切割技術(shù)作為一種新興的激光切割技術(shù)，與其他激光切割技術(shù)相比，具有無(wú)表面劃痕、無(wú)碎屑熔渣、熱影響區(qū)小、干燥切割等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)碳化硅、氮化鎵、玻璃、藍(lán)寶石等材料的零切割線寬、快速和正面無(wú)損傷切割。激光隱形切割原理是采用光學(xué)系統(tǒng)將可透過材料的脈沖（納秒、皮秒、飛秒）激光束聚焦到材料內(nèi)部，使內(nèi)部材料形成改性層，產(chǎn)生再結(jié)晶、位錯(cuò)和微裂，然后將放置在材料底部的藍(lán)膜展開后，由于內(nèi)部改性層附近存在較大的張應(yīng)力和壓應(yīng)力，因此可沿著激光路徑在材料內(nèi)部誘導(dǎo)產(chǎn)生裂縫，實(shí)現(xiàn)芯片分離。

2、透明硬脆材料具有較高的硬度和脆性，使用激光對(duì)這類材料進(jìn)行切割時(shí)，隨著厚度的增加，所需的改性層厚度也要相應(yīng)的增加，單次切割往往無(wú)法完成，因此需要沿著厚度方向多次掃描。為了提高切割效率，在設(shè)備中使用軸錐鏡、空間光調(diào)制器、衍射光學(xué)元件等，通過將入射光的波前調(diào)整為錐形分布或者多焦點(diǎn)分布，因此可以沿著光路傳輸方向在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)焦深、多焦點(diǎn)光束，從而實(shí)現(xiàn)厚材料的改性和切割。

3、由于改性層在硬脆材料內(nèi)部，而且是一個(gè)三維分布的存在，對(duì)于改性層的檢測(cè)比較困難。在現(xiàn)有激光隱形切割質(zhì)量檢測(cè)方法中，大多在切割完成后通過截面顯微法檢測(cè)改性層的形狀和位置。該方法存在滯后性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，且無(wú)法根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)激光參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

4、公開號(hào)為cn115138982a的專利中，其公開了一種晶圓激光隱形切割協(xié)同檢測(cè)方法及系統(tǒng)，將激光切割光路和干涉檢測(cè)光路進(jìn)行耦合，實(shí)現(xiàn)對(duì)改性層位置的在線檢測(cè)。但該方法需要對(duì)激光切割光路進(jìn)行改造，無(wú)法應(yīng)用于現(xiàn)有的激光隱形切割設(shè)備，另外該方法只適用于單焦點(diǎn)切割設(shè)備，不適用于多焦點(diǎn)激光隱形切割設(shè)備。

5、公開號(hào)為cn116765629a的專利中，其公開了一種用于激光隱形切割改性層的形位檢測(cè)方法，在加工光路外引入一套新的激光檢測(cè)光路，利用光電檢測(cè)器探散射光偏振狀態(tài)的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光隱形切割樣品改性層質(zhì)量的檢測(cè)。但該方法需要對(duì)加工路徑進(jìn)行三維掃描，只適用于單焦點(diǎn)切割設(shè)備，不適用于多焦點(diǎn)激光隱形切割設(shè)備，另外該方法在切割多種不同材料時(shí)，需要更換不同波長(zhǎng)的激光器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種激光隱形切割改性層厚度與改性程度的檢測(cè)方法，其操作簡(jiǎn)單，便捷快速，無(wú)需3d建模，能夠應(yīng)用于單焦點(diǎn)、多焦點(diǎn)、長(zhǎng)焦光路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)反饋改性層的厚度和改性程度，具有檢測(cè)精度高，應(yīng)用材料范圍廣的特點(diǎn)。此外，本發(fā)明還提供了一種用于上述檢測(cè)方法的設(shè)備。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的第一方面，提供一種激光隱形切割改性層厚度與改性程度的檢測(cè)方法，包括以下步驟：

4、s1、采用寬光譜的鹵素光源作為檢測(cè)光源，其發(fā)出的檢測(cè)光束通過檢測(cè)光路，再經(jīng)檢測(cè)聚焦物鏡形成焦點(diǎn)并聚焦至樣品未加工區(qū)域底部，由于物鏡聚焦在材料底部，檢測(cè)光束透過整個(gè)樣品并在樣品底部聚焦；

5、在樣品未加工區(qū)域底部焦點(diǎn)處的反射光按原光路返回至檢測(cè)聚焦物鏡，經(jīng)檢測(cè)聚焦物鏡后變?yōu)槠叫泄?，然后被分成兩部分，一部分進(jìn)入至成像組件，成像組件將成像信息傳輸至上位機(jī)中，另一部分經(jīng)檢測(cè)光纖收集至光譜儀，光譜儀獲得樣品未加工區(qū)域底部的反射光譜e0(λ)并傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中儲(chǔ)存；

6、s2、將檢測(cè)光源的焦點(diǎn)移動(dòng)至樣品改性加工區(qū)域，檢測(cè)聚焦物鏡與加工聚焦物鏡保持相對(duì)靜止，整個(gè)激光隱形切割過程，樣品運(yùn)動(dòng)而加工聚焦物鏡處于靜止?fàn)顟B(tài)，檢測(cè)聚焦物鏡能夠一直實(shí)時(shí)測(cè)量樣品的改性加工區(qū)域；

7、s3、激光器發(fā)出激光束通過反射鏡照射在加工聚焦物鏡，聚焦至樣品內(nèi)部，上位機(jī)控制激光器的輸出功率與重復(fù)頻率和用于放置樣品的移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)速度，激光束的焦點(diǎn)在樣品內(nèi)部移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)樣品的激光隱形切割，從而得到改性層；

8、s4、在激光隱形切割過程中，鹵素光源發(fā)出的檢測(cè)光束穿過樣品內(nèi)部改性層聚焦在樣品改性加工區(qū)域底部，由于檢測(cè)聚焦物鏡與加工聚焦物鏡在空間中處于相對(duì)靜止，因此，隨著移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，樣品新改性加工區(qū)域底部反射的部分檢測(cè)光束經(jīng)檢測(cè)光纖實(shí)時(shí)收集至光譜儀，光譜儀實(shí)時(shí)獲得樣品改性加工區(qū)域底部的反射光譜e1(λ)并傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中儲(chǔ)存；

9、s5、將實(shí)時(shí)獲得的樣品改性加工區(qū)域底部的反射光譜與樣品未加工區(qū)域底部的反射光譜進(jìn)行對(duì)比、計(jì)算分析，得到樣品內(nèi)部改性層的吸收光譜n(λ)，n(λ)=?1-e1(λ)/?e0(λ)，根據(jù)n(λ)大小從而確定激光隱形切割改性層厚度與改性程度。

10、進(jìn)一步地，檢測(cè)聚焦物鏡與加工聚焦物鏡同軸共線設(shè)置，在加工過程中，根據(jù)獲得的樣品內(nèi)部改性層的吸收光譜，得到樣品內(nèi)部改性層的實(shí)時(shí)分析結(jié)果，再通過上位機(jī)控制激光器的輸出功率與重復(fù)頻率和移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)速度，實(shí)時(shí)調(diào)整控制樣品內(nèi)部改性層的厚度和改性程度，實(shí)現(xiàn)了加工過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)反饋，保證切割的均勻性和一致性。

11、進(jìn)一步地，由樣品未加工區(qū)域底部的反射光按原光路返回至檢測(cè)聚焦物鏡變?yōu)槠叫泄?，該平行光?jīng)第一半透半反鏡形成反射光束和透過光束，反射光束聚焦至成像組件，成像組件為ccd相機(jī)，透鏡將反射光束聚焦在ccd相機(jī)的感光平面上，該光路稱為成像光路；透過光束通過檢測(cè)光纖收集至光譜儀。

12、進(jìn)一步地，所述檢測(cè)光纖為微區(qū)光纖，微區(qū)光纖一端為用于接收透過光束的端口，該端口通過光纖固定器固定，用于收集檢測(cè)聚焦物鏡近軸處直徑為10μm范圍內(nèi)的反射光，從而能夠精確測(cè)到比較小范圍內(nèi)的材料反射光譜。

13、進(jìn)一步地，所述微區(qū)光纖另一端設(shè)有兩個(gè)接口，一個(gè)接口用于連接光譜儀，另一個(gè)接口用于連接照明光源，照明光源發(fā)出的光束經(jīng)微區(qū)光纖導(dǎo)入至檢測(cè)聚焦物鏡。微區(qū)光纖的結(jié)構(gòu)為：測(cè)量芯周圍圍繞20根100μm芯徑的照明光纖。采用微區(qū)照明技術(shù)和檢測(cè)聚焦物鏡的調(diào)節(jié)功能能夠精確地將測(cè)量位置標(biāo)記在視野之中，而且在檢測(cè)光路的近軸處引入微區(qū)光纖，能夠收集檢測(cè)聚焦物鏡近軸處直徑僅為10μm范圍內(nèi)的反射光，從而能夠精確測(cè)到比較小范圍內(nèi)的材料反射光譜，實(shí)現(xiàn)對(duì)于光斑范圍內(nèi)改性層的檢測(cè)，提高檢測(cè)精度。

14、進(jìn)一步地，所述檢測(cè)光路包括準(zhǔn)直器、濾光片、第二半透半反鏡，鹵素光源發(fā)出的檢測(cè)光束經(jīng)光纖導(dǎo)入至準(zhǔn)直器，準(zhǔn)直器把光纖中的發(fā)射光進(jìn)行準(zhǔn)直并變?yōu)槠叫泄?，再?jīng)濾光片使得長(zhǎng)波段通過，最終經(jīng)第二半透半反鏡照射到檢測(cè)聚焦物鏡。

15、本發(fā)明的第二方面，提供一種上述檢測(cè)方法的設(shè)備，包括加工光路安裝板、檢測(cè)光路安裝板、檢測(cè)光路調(diào)節(jié)板、連接架、移動(dòng)平臺(tái)和上位機(jī)；

16、所述加工光路安裝板和所述檢測(cè)光路安裝板之間通過所述連接架相連接；

17、所述加工光路安裝板上通過支架安裝有反射鏡，所述加工光路安裝板上開設(shè)有第一透光孔，所述第一透光孔正下方設(shè)有加工聚焦物鏡，所述加工聚焦物鏡通過第一固定架安裝在所述加工光路安裝板上，激光器發(fā)出的激光束經(jīng)反射鏡照射在加工聚焦物鏡；

18、所述檢測(cè)光路安裝板上方設(shè)有檢測(cè)光路調(diào)節(jié)板，所述檢測(cè)光路調(diào)節(jié)板可相對(duì)所述檢測(cè)光路安裝板沿x軸和y軸方向移動(dòng)，所述檢測(cè)光路調(diào)節(jié)板上設(shè)有檢測(cè)光路、成像組件、透鏡和支桿，所述支桿上從上至下依次設(shè)有光纖固定器和第一半透半反鏡，所述光纖固定器上固定安裝有檢測(cè)光纖一端的端部，所述檢測(cè)光纖另一端連接有光譜儀，所述檢測(cè)光路調(diào)節(jié)板和所述檢測(cè)光路安裝板上對(duì)應(yīng)開設(shè)有第二透光孔，所述第二透光孔正下方設(shè)有檢測(cè)聚焦物鏡，所述檢測(cè)聚焦物鏡通過第二固定架安裝在所述檢測(cè)光路調(diào)節(jié)板上，所述移動(dòng)平臺(tái)位于所述加工聚焦物鏡和所述檢測(cè)聚焦物鏡的下方，鹵素光源發(fā)出的檢測(cè)光束通過檢測(cè)光路照射在檢測(cè)聚焦物鏡，再經(jīng)檢測(cè)聚焦物鏡穿過所述移動(dòng)平臺(tái)上的樣品并聚焦至樣品底部，由樣品底部反射的檢測(cè)光束按原光路返回至檢測(cè)聚焦物鏡變?yōu)槠叫泄?，該平行光?jīng)第一半透半反鏡形成反射光束和透過光束，反射光束經(jīng)透鏡聚焦至成像組件，透過光束通過檢測(cè)光纖端部收集至光譜儀；

19、所述光譜儀、所述成像組件、所述激光器分別與所述上位機(jī)連接。

20、進(jìn)一步地，所述檢測(cè)光纖另一端還連接有照明光源，照明光源發(fā)出的光束經(jīng)檢測(cè)光纖導(dǎo)入至檢測(cè)聚焦物鏡。

21、進(jìn)一步地，所述檢測(cè)光纖為微區(qū)光纖，用于收集檢測(cè)聚焦物鏡近軸處直徑為10μm范圍內(nèi)的反射光。

22、進(jìn)一步地，所述檢測(cè)光路包括準(zhǔn)直器、濾光片、第二半透半反鏡，所述鹵素光源發(fā)出的檢測(cè)光束經(jīng)光纖導(dǎo)入至準(zhǔn)直器，準(zhǔn)直器把光纖中的發(fā)射光進(jìn)行準(zhǔn)直并變?yōu)槠叫泄?，再?jīng)濾光片使得長(zhǎng)波段通過，最終經(jīng)第二半透半反鏡照射到檢測(cè)聚焦物鏡。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

24、1、本發(fā)明在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，只需另外加入一路并行檢測(cè)光路，利用改性層對(duì)于寬光譜光源的吸收從而確定改性層厚度與改性程度，在加工過程中實(shí)現(xiàn)全程可檢測(cè)切割效果，該檢測(cè)方法具有即時(shí)性，并且可實(shí)時(shí)反饋到加工設(shè)備中，實(shí)時(shí)調(diào)整加工設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，保證切割的均勻性和一致性。

25、2、本發(fā)明中檢測(cè)光路并未采用激光作為檢測(cè)光源，而是采用具有寬光譜的鹵素光源作為檢測(cè)光源，因此不會(huì)因產(chǎn)品材料變化而需要更改檢測(cè)光源。

26、3、本發(fā)明中利用改性層對(duì)于入射光的吸收特性進(jìn)行改形深度和改性程度的檢測(cè)，僅需要將檢測(cè)聚焦物鏡焦點(diǎn)聚焦在樣品材料底部，無(wú)需對(duì)于切割層進(jìn)行三維掃描，檢測(cè)聚焦物鏡隨著加工聚焦物鏡同時(shí)運(yùn)動(dòng)即可進(jìn)行檢測(cè)，具有操作簡(jiǎn)單，便捷快速的特點(diǎn)。

27、4、本發(fā)明中利用微區(qū)指示照明技術(shù)和檢測(cè)聚焦物鏡三維位置調(diào)節(jié)器（沿xyz軸對(duì)檢測(cè)聚焦物鏡進(jìn)行位置調(diào)整），能夠精確地將測(cè)量位置標(biāo)記在視野之中。

28、5、本發(fā)明中在檢測(cè)光路的近軸處引入微區(qū)光纖（測(cè)量芯周圍圍繞20根100μm芯徑的照明光纖），經(jīng)檢測(cè)聚焦物鏡聚焦能夠收集近軸處直徑僅為10μm范圍內(nèi)的反射光，從而能夠精確測(cè)到比較小范圍內(nèi)的材料反射光譜，實(shí)現(xiàn)對(duì)于光斑范圍內(nèi)改性層的檢測(cè)，提高檢測(cè)精度。

29、6、本發(fā)明中利用該測(cè)量技術(shù)先測(cè)量樣品未加工區(qū)域?qū)τ跈z測(cè)光的反射光譜并儲(chǔ)存該數(shù)據(jù)，然后經(jīng)檢測(cè)聚焦物鏡三維調(diào)節(jié)器將測(cè)量區(qū)域移動(dòng)到樣品改性加工區(qū)域，然后固定好檢測(cè)聚焦物鏡，此時(shí)檢測(cè)聚焦物鏡和加工聚焦物鏡相對(duì)靜止，由于整個(gè)隱形切割設(shè)備為樣品運(yùn)動(dòng)而物鏡鏡頭靜止?fàn)顟B(tài)，檢測(cè)聚焦物鏡能夠一直測(cè)量樣品新加工區(qū)域的反射光譜，具有實(shí)時(shí)檢測(cè)的特點(diǎn)。

30、7、本發(fā)明中經(jīng)過對(duì)于樣品已改性加工區(qū)域的實(shí)時(shí)取樣，并將數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)與樣品未加工區(qū)域的反射光譜進(jìn)行作比，能夠得到改性層的吸收光譜，該吸收光譜包含兩個(gè)信息：光譜和吸收強(qiáng)度，利用在隱形切割工藝方面的數(shù)據(jù)積累能夠確定新的已加工區(qū)域改性層的厚度（吸收強(qiáng)度）和改性程度（吸收光譜位置），因此本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)改性層的厚度和改性程度。

31、8、本發(fā)明中能夠把加工過程對(duì)于改性層分析的結(jié)果，實(shí)時(shí)地反饋到激光隱形切割系統(tǒng)中，通過改變移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)速度和激光器脈沖能量與脈沖重復(fù)頻率，最終把改性層控制到最優(yōu)的厚度和改性程度。