CN212094854U - 激光开槽装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种激光开槽装置，包括激光器、分光组件、第一反射镜组、多光点衍射光学元件、聚焦镜；其中，第一反射镜组包括第一反射镜、第二反射镜和楔形镜片，楔形镜片可旋转地设置于第一反射镜和第二反射镜之间。本实用新型的激光开槽装置，利用分光组件将激光束分为第一光束和第二光束，以适应扩大开槽宽度的需要，由于设置在第一光束的路径上的第一反射镜组中可转动地设置了楔形镜片，从而通过转动楔形镜片对第一光束和第二光束所对应的光斑之间的间距进行调整，以适应不同开槽宽度的需要，且楔形镜片调节第一光束和第二光束所对应的光斑之间的间距时，第一光束和第二光束所对应的起点位置一致，从而维持良好的开槽效果。
Description
技术领域
本实用新型属于激光加工技术领域，尤其涉及激光开槽装置。
背景技术
现有激光开槽方法通常是先用外侧双细线划切隔断表层材料后，再在双细线中间用宽光斑开槽，一般宽光斑开槽次数为1～10次左右，开槽次数与开槽深度以及开槽质量要求相关。其中，主要的技术难点在于光斑的宽度以及能量均匀性控制方面，具体表现为：一方面，光斑的宽度受限，影响开槽宽度，不能适应各种规格开槽宽度的需要；另一方面，开槽过程中，光斑能量不均匀会导致开槽宽度不均匀，影响开槽效果。
实用新型内容
基于此，有必要提供一种激光开槽装置，能够扩大开槽宽度，且改善开槽效果。
本实用新型提供一种激光开槽装置，包括：
激光器，用于发射激光束；
分光组件，设置在激光器发出的激光束的路径上，用于将激光器发出的激光束分成第一光束及第二光束；
聚焦镜，设置在第一光束的路径及第二光束的路径上，用于对第一光束及第二光束进行聚焦；
第一反射镜组，位于所述第一光束的路径上且位于所述分光组件与所述聚焦镜之间，所述第一反射镜组用于控制第一光束进入所述聚焦镜的角度，以使经过所述聚焦镜的第一光束与经过所述聚焦镜的第二光束能够沿同一直线聚焦于待加工工件；以及
多光点衍射光学元件，设置于所述分光组件与所述聚焦镜之间，并用于将所述第一光束及第二光束分别整形为多个光斑；
其中，所述第一反射镜组包括第一反射镜、第二反射镜和楔形镜片，所述楔形镜片可旋转地设置于所述第一反射镜和所述第二反射镜之间。
在其中一个实施例中，所述分光组件包括1/2波片、第一分光晶体和第二分光晶体，所述第一分光晶体设于所述1/2波片和所述第二分光晶体之间，所述激光器所出射的激光束从所述1/2波片入射所述第一分光晶体时，激光束分成第一光束和第二光束，所述第一光束和所述第二光束均通过所述第二分光晶体传输至所述多光点衍射光学元件。
在其中一个实施例中，所述第一反射镜和所述第二反射镜均为45°反射镜，且所述第一反射镜的镜面与所述第二反射镜的镜面垂直且相向设置。
在其中一个实施例中，第二分光晶体包括反射面及透射面，所述透射面朝向所述第一分光晶体出射第二光束的出光端，所述第一反射镜设于所述第一分光晶体出射第一光束的出光端，所述第一光束经所述第一反射镜反射至所述楔形镜片，并经所述第二反射镜反射至所述第二分光晶体的反射面，以使得第二光束经所述第二分光晶体的反射面反射至所述多光点衍射光学元件，所述第二光束透过所述第二分光晶体的透射面传输至所述多光点衍射光学元件。
在其中一个实施例中，还包括光阑和光束整形组件，所述光阑和所述光束整形组件依次设置于所述激光器和所述分光组件之间，当所述激光器所出射的激光束依次穿过所述光阑和所述光束整形组件时，激光束被整形为椭圆形光斑并传输至所述分光组件。
在其中一个实施例中，所述光束整形组件包括凸面柱透镜和凹面柱透镜，所述凸面柱透镜的光轴和所述凹面柱透镜的光轴位于同一直线上。
在其中一个实施例中，所述激光器与所述光阑之间设有扩束镜，所述扩束镜用于对所述激光器所出射的激光束进行准直和扩束。
在其中一个实施例中，所述光阑连接有旋转电机，所述旋转电机用于驱使所述光阑转动，以调整所述光阑的缝宽。
在其中一个实施例中，还包括第二反射镜组，所述第二反射镜组设于所述激光器和所述分光组件之间，并用于将所述激光器所出射的激光束传输至所述分光组件。
在其中一个实施例中，所述激光器为固体激光器，输出波长为355nm ～532nm，脉冲宽度200fs～300ns，重复频率为10KHz～5000KHz，输出功率为0w ～50w。
本实用新型的激光开槽装置，利用分光组件将激光束分为第一光束和第二光束，以适应扩大开槽宽度的需要，由于设置在第一光束的路径上的第一反射镜组中可转动地设置了楔形镜片，从而通过转动楔形镜片对第一光束和第二光束所对应的光斑之间的间距进行调整，以适应不同开槽宽度的需要，且楔形镜片调节第一光束和第二光束所对应的光斑之间的间距时，第一光束和第二光束所对应的起点位置一致，从而维持良好的开槽效果。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1为一实施例的激光开槽装置的光路示意图；
图2为一实施例的激光开槽装置的光束整形组件的原理图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“内”、“外”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
如图1所示，本实用新型一实施例的一种激光开槽装置，可以用于对晶圆材料、金属材料、玻璃材料以及陶瓷材料等待加工工件116进行开槽加工。
下面将以待加工工件116为晶圆材料为例进行说明。
具体地，激光对晶圆材料进行开槽加工时，激光开槽装置的激光将沿晶圆材料的切割道进行切割，以实现对晶圆材料进行划片分粒。
继续参阅图1所示，激光开槽装置包括激光器101、分光组件、第一反射镜组、多光点衍射光学元件113、聚焦镜115以及加工平台117。
其中，激光器101用于发射激光束，分光组件设置在激光器101发出的激光束的路径上，用于将激光器101发出的激光束分成第一光束A及第二光束B。聚焦镜115设置在第一光束A的路径及第二光束B的路径上，用于对第一光束 A及第二光束B进行聚焦。第一反射镜组位于第一光束A的路径上且位于分光组件与聚焦镜115之间，第一反射镜组用于控制第一光束A进入聚焦镜115的角度，以使经过聚焦镜115的第一光束A与经过聚焦镜115的第二光束B能够沿同一直线聚焦于放置在加工平台117上的待加工工件116。
多光点衍射光学元件113设置于分光组件与聚焦镜115之间，并用于将第一光束A及第二光束B分别整形为多个光斑，这样便实现多个光斑在晶圆材料的同一切割道进行加工作业，保证单光斑能量达到加工材料的损伤阈值，这种以低能量多次切割的方式对材料进行加工，可以降低激光对材料的高能量热损伤，提升激光开槽质量。
在一些实施例中，激光开槽装置还包括光阑103和光束整形组件104，光阑 103和光束整形组件104依次设置于激光器101和分光组件之间，当激光器101 所出射的激光束依次穿过光阑103和光束整形组件104时，激光束被整形为椭圆形光斑并传输至分光组件。普通的高斯光斑经光阑103作用后，在水平方形上边缘的部分能量被遮挡，经光束整形组件104作用后形成在垂直方向边缘能量被虚化的椭圆形光斑，长轴位于垂直方向上。
具体地，结合图2所示，光束整形组件104包括凸面柱透镜1041和凹面柱透镜1042，凸面柱透镜1041位于光阑103与凹面柱透镜1042之间，光阑103 位于凸面柱透镜1041与激光器101之间。普通的高斯光斑经光斑整形器作用后形成长轴在水平方向上的椭圆形光斑。椭圆形光斑的长宽比可通过控制凸面柱透镜和凹面柱透镜之间的间距来调整。
在一些实施例中，光阑103连接有旋转电机，旋转电机用于驱使光阑103 转动，以调整光阑103的缝宽。凸面柱透镜1041和凹面柱透镜1042之间的间距被固定时，椭圆形光斑的长宽比固定不变，其中，椭圆形光斑的长度至沿竖直方向的长轴，宽度为沿水平方向的短轴，椭圆形光斑在垂直方向上的高度可随光阑103可调缝宽的变化而改变在0um-70um之间。
在一些实施例中，第一反射镜组包括第一反射镜109、第二反射镜111和楔形镜片110，楔形镜片110可旋转地设置于第一反射镜109和第二反射镜111之间。这种设置下，可以通过转动楔形镜片110对第一光束A和第二光束B所对应的光斑之间的间距进行调整，以适应不同开槽宽度的需要，且楔形镜片110 调节第一光束A和第二光束B所对应的光斑之间的间距时，第一光束A和第二光束B所对应的起点位置一致，从而维持良好的开槽效果。
第一反射镜109和第二反射镜111均为45°反射镜，且第一反射镜109的镜面与第二反射镜111的镜面垂直且相向设置。第一光束A经过第一反射镜109、第二反射镜111及第二分光晶体112之后的出光线路与第二光束B直接经过第二分光晶体112的出光线路一致。
在激光开槽装置包括光束整形组件104的实施例中，第一反射镜组位于第一光束A的路径上且位于光束整形组件104与聚焦镜115之间，且用于控制第一光束A进入聚焦镜115的角度，以使经过聚焦镜115的第一光束A及经过第二光束B能够沿同一直线聚焦在待加工工件116上。
在一些实施例中，分光组件包括1/2波片107、第一分光晶体108和第二分光晶体112，第一分光晶体108设于1/2波片107和第二分光晶体112之间，激光器101所出射的激光束从1/2波片107入射第一分光晶体108时，激光束分成第一光束A和第二光束B，第一光束A和第二光束B均通过第二分光晶体112 传输至多光点衍射光学元件113。旋转1/2波片107使得进入第一分光晶体108 的光束被分成两束光，这两束光的能量保持一致。
具体地，第二分光晶体112包括反射面及透射面。透射面朝向第一分光晶体108出射第二光束B的出光端，第一反射镜109设于第一分光晶体108出射第一光束A的出光端。第一光束A经第一反射镜109反射至楔形镜片110，并经第二反射镜111反射至第二分光晶体112的反射面，以使得第二光束B经第二分光晶体112的反射面反射至多光点衍射光学元件113，第二光束B透过第二分光晶体112的透射面传输至多光点衍射光学元件113。通过这种设置，第一光束A及第二光束B进入聚焦镜115时的方向一致。
激光开槽装置还包括扩束镜102，扩束镜102位于激光器101与光阑103之间，扩束镜102用于将激光束发出的激光束进行准直和扩束。
在一些实施例中，激光开槽装置还包括第二反射镜组，第二反射镜组设于激光器101和分光组件之间，并用于将激光器101所出射的激光束传输至分光组件。
在分光组件包括1/2波片107的实施例中，第二反射镜组位于光束整形组件 104与1/2波片107之间，第二反射镜组使得经过光束整形组件104的椭圆形光斑能够与1/2波片107位于同一直线上，同时还能够减短整个激光开槽装置的长度。
第二反射镜组包括第三反射镜105及第四反射镜106，第三反射镜105及第四反射镜106均为45°反射镜，第三反射镜105的镜面朝向光束整形组件104的出光处，第三反射镜105的镜面与第四反射镜106的镜面平行相向设置，第四反射镜106的镜面朝向1/2波片107的入光处。
多光点衍射光学元件113与聚焦镜115之间可以通过第五反光镜114进行光路调节，第五反光镜114可以是45°反光镜，使得激光器101水平出射的激光束最终能够经第五反光镜114反射至竖直，以大致垂直入射放置于加工平台117 上的待加工工件116。
在一些实施例中，激光器101为固体激光器，输出波长为355nm～532nm，脉冲宽度200fs～300ns，重复频率为10KHz～5000KHz，输出功率为0w～50w。该实施例中，固体激光器所出射的激光束具有较高的单脉冲能量、调节范围较大的重复频率及较小的脉冲宽度。在对待加工工件116进行聚焦时，采用较小的脉冲宽度、较高的峰值功率将待加工工件116的表面材料直接气化，从而能够减小热影响的区域，避免对不需要加工的区域造成影响。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种激光开槽装置，其特征在于，包括：
激光器，用于发射激光束；
分光组件，设置在激光器发出的激光束的路径上，用于将激光器发出的激光束分成第一光束及第二光束；
聚焦镜，设置在第一光束的路径及第二光束的路径上，用于对第一光束及第二光束进行聚焦；
第一反射镜组，位于所述第一光束的路径上且位于所述分光组件与所述聚焦镜之间，所述第一反射镜组用于控制第一光束进入所述聚焦镜的角度，以使经过所述聚焦镜的第一光束与经过所述聚焦镜的第二光束能够沿同一直线聚焦于待加工工件；以及
多光点衍射光学元件，设置于所述分光组件与所述聚焦镜之间，并用于将所述第一光束及第二光束分别整形为多个光斑；
其中，所述第一反射镜组包括第一反射镜、第二反射镜和楔形镜片，所述楔形镜片可旋转地设置于所述第一反射镜和所述第二反射镜之间。
2.根据权利要求1所述的激光开槽装置，其特征在于，所述分光组件包括1/2波片、第一分光晶体和第二分光晶体，所述第一分光晶体设于所述1/2波片和所述第二分光晶体之间，所述激光器所出射的激光束从所述1/2波片入射所述第一分光晶体时，激光束分成第一光束和第二光束，所述第一光束和所述第二光束均通过所述第二分光晶体传输至所述多光点衍射光学元件。
3.根据权利要求2所述的激光开槽装置，其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜均为45°反射镜，且所述第一反射镜的镜面与所述第二反射镜的镜面垂直且相向设置。
4.根据权利要求3所述的激光开槽装置，其特征在于，第二分光晶体包括反射面及透射面，所述透射面朝向所述第一分光晶体出射第二光束的出光端，所述第一反射镜设于所述第一分光晶体出射第一光束的出光端，所述第一光束经所述第一反射镜反射至所述楔形镜片，并经所述第二反射镜反射至所述第二分光晶体的反射面，以使得第二光束经所述第二分光晶体的反射面反射至所述多光点衍射光学元件，所述第二光束透过所述第二分光晶体的透射面传输至所述多光点衍射光学元件。
5.根据权利要求1所述的激光开槽装置，其特征在于，还包括光阑和光束整形组件，所述光阑和所述光束整形组件依次设置于所述激光器和所述分光组件之间，当所述激光器所出射的激光束依次穿过所述光阑和所述光束整形组件时，激光束被整形为椭圆形光斑并传输至所述分光组件。
6.根据权利要求5所述的激光开槽装置，其特征在于，所述光束整形组件包括凸面柱透镜和凹面柱透镜，所述凸面柱透镜的光轴和所述凹面柱透镜的光轴位于同一直线上。
7.根据权利要求5所述的激光开槽装置，其特征在于，所述激光器与所述光阑之间设有扩束镜，所述扩束镜用于对所述激光器所出射的激光束进行准直和扩束。
8.根据权利要求5所述的激光开槽装置，其特征在于，所述光阑连接有旋转电机，所述旋转电机用于驱使所述光阑转动，以调整所述光阑的缝宽。
9.根据权利要求1所述的激光开槽装置，其特征在于，还包括第二反射镜组，所述第二反射镜组设于所述激光器和所述分光组件之间，并用于将所述激光器所出射的激光束传输至所述分光组件。
10.根据权利要求1-9任一项所述的激光开槽装置，其特征在于，所述激光器为固体激光器，输出波长为355nm～532nm，脉冲宽度200fs～300ns，重复频率为10KHz～5000KHz，输出功率为0w～50w。
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Cited By (2)
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| CN114799494A (zh) * | 2022-03-17 | 2022-07-29 | 武汉华工激光工程有限责任公司 | 一种激光分光装置及激光加工设备 |
| CN119347141A (zh) * | 2024-12-20 | 2025-01-24 | 迈为技术(珠海)有限公司 | 一种晶圆的激光开槽装置、方法 |
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