專利名稱：于激光操作中用于溝渠深度與寬度的實時控制點(diǎn)尺寸與切割速度的實時操縱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
此揭露內(nèi)容是關(guān)于以激光處理材料。尤其是，此揭露內(nèi)容是關(guān)于在激光微機(jī)械 加工應(yīng)用中透過點(diǎn)尺寸與切割速度的實時(on-the-fly)操縱的溝渠深度與寬度的實時 (real-time)控制。背景資訊使用激光微機(jī)械加工系統(tǒng)的一種典型的選路(routing)應(yīng)用是涉及當(dāng)束和/或基 板其本身為移動時而遞送激光能量至基板。于大多數(shù)情形，能量遞送率(「于工作表面的功 率」)與束和/或基板移動的速率(「切割速度」)是維持為固定值以提供于整個切割的截 口或「溝渠」寬度與深度的均勻性。造成的溝渠的深度與寬度是由工作表面的束點(diǎn)尺寸、各 個激光脈沖的能量、于連續(xù)脈沖之間的空間分隔(「口(bite)尺寸」)與激光材料交互作用 特性所決定。概括而言，為了切割于相同基板上不同橫截面幾何形狀的溝渠，調(diào)整點(diǎn)尺寸、脈沖 能量和/或口尺寸的一或多者。于典型的激光微機(jī)械加工，改變此三個系統(tǒng)設(shè)定的一者致 使該系統(tǒng)于不同「遍(pass)」處理其具有不同橫截面幾何形狀的溝渠。舉例而言，系統(tǒng)可處 理一個型式的溝渠，改變該三個設(shè)定的一或多者，然后處理其對應(yīng)于新的設(shè)定的溝渠。此處 理可重復(fù)針對于各個型式的溝渠。此簡單方式典型稱作為一「多遍(multi-pass)」處理。上述用于合并不同寬度的溝渠的習(xí)用的多遍處理具有若干個問題。舉例而言，于 不同遍以處理不同寬度的溝渠概括意指的是一束定位器將返回至于一先前遍所完成一溝 渠的相同點(diǎn)以開始選路具有不同寬度的一新溝渠。此是顯著要求于束定位器子系統(tǒng)的重復(fù) 性。這也典型為降低整體系統(tǒng)產(chǎn)量。關(guān)于運(yùn)用多遍處理以切割不同幾何形狀的溝渠的另一個問題是在于即使?jié)M足了 該系統(tǒng)重復(fù)性/準(zhǔn)確度的關(guān)注，因為具有不同寬度的溝渠的壁角度間的差異，難以維持整 個轉(zhuǎn)變(transition)區(qū)域的固定的寬度。
圖1、2與3是說明其維持一轉(zhuǎn)變區(qū)域(例如當(dāng)于多遍中自一個點(diǎn)尺寸改變至另 一個點(diǎn)尺寸以達(dá)成不同溝渠寬度)之內(nèi)的固定尖峰累積能量分布的困難度。圖1是包括二 個(一個二維曲線圖與一個三維曲線圖)代表運(yùn)用高斯(Gaussian)點(diǎn)于點(diǎn)尺寸與切割速 度的一陡峭轉(zhuǎn)變所造成的累積脈沖能量密度的一空間分布的曲線圖。在圖1所示的累積脈 沖能量密度例如為對應(yīng)至具有實質(zhì)理想的重復(fù)性的一種二遍(two-pass)實施。于此個實 例，第一遍是使用一 10微米(μ m)的點(diǎn)尺寸與一 3微米的口尺寸。第二遍是使用一 20微米 的點(diǎn)尺寸與一 1. 5微米的口尺寸。在圖1的二維的曲線圖是概念式說明于一轉(zhuǎn)變區(qū)域110 的溝渠的加寬。在圖1的三維的曲線圖是說明于轉(zhuǎn)變區(qū)域110之內(nèi)的尖峰累積能量分布的 一波動112。圖2也包括二個(一個二維曲線圖與一個三維曲線圖)代表一種二遍實施所造成 的累積脈沖能量密度的一空間分布的曲線圖，當(dāng)?shù)诙?較厚)溝渠置放是歸因于重復(fù)性誤 差而未對準(zhǔn)為3微米。如前，二遍均運(yùn)用高斯點(diǎn)。第一遍是使用一 10微米的點(diǎn)尺寸與一 3微米的口尺寸。第二遍是使用一 20微米的點(diǎn)尺寸與一 1.5微米的口尺寸。在圖2的二維 的曲線圖是概念說明于一轉(zhuǎn)變區(qū)域210的溝渠的加寬。在圖2的三維的曲線圖是說明在轉(zhuǎn) 變區(qū)域210之內(nèi)的尖峰累積能量分布的一波動212。圖3是說明于圖1與2所示的二個陡峭轉(zhuǎn)變方案的尖峰累積能量密度之間的差異 的曲線圖。如圖所示，可重復(fù)方案與具有3微米的重復(fù)性誤差的方案均為造成于其個別轉(zhuǎn) 變區(qū)域110、210之內(nèi)的實質(zhì)波動112、212。于尖峰累積能量密度的二個波動112、212可能 造成于轉(zhuǎn)變區(qū)域110、210之內(nèi)的深度的不合意變化。揭示摘要使用單遍的激光束以于一材料上切割多個寬度的溝渠的系統(tǒng)及方法。溝渠深度控 制維持具有不同寬度的溝渠段之間的一轉(zhuǎn)變區(qū)域。于某一個實施例，提出一種使用單遍的激光束以于一材料上切割多個寬度的溝渠 的方法。該種方法是包括于關(guān)于該材料的一工作表面的該激光束的第一切割速度上，使用 第一系列的激光脈沖以切割該工作表面。于第一系列的各個激光脈沖具有于該工作表面的 第一點(diǎn)尺寸。于一轉(zhuǎn)變區(qū)域，該種方法是包括自該轉(zhuǎn)變區(qū)域的一開端的第一切割速度至該 轉(zhuǎn)變區(qū)域的一末端的第二切割速度的逐漸改變。隨著該切割速度逐漸改變于轉(zhuǎn)變區(qū)域，該 種方法是包括該種方法是包括使用第二系列的激光脈沖以切割該工作表面。第二系列 的激光脈沖是自該轉(zhuǎn)變區(qū)域的開端的第一點(diǎn)尺寸至該轉(zhuǎn)變區(qū)域的末端的一第二點(diǎn)尺寸依 序改變點(diǎn)尺寸。然后，于該激光束的第二切割速度，該種方法是使用第三系列的激光脈沖以 繼續(xù)切割該工作表面，第三系列的各個激光脈沖是具有第二點(diǎn)尺寸。于另一個實施例，一種用于使用單遍的激光束以于一材料上切割多個寬度的溝渠 的系統(tǒng)是包括一激光源以產(chǎn)生該激光束；及第一光學(xué)構(gòu)件以接收該激光束。第一光學(xué)構(gòu) 件可選擇性調(diào)整以改變關(guān)于該材料的一工作表面的一聚焦平面的一位置。該種系統(tǒng)也包 括第二光學(xué)構(gòu)件以指引該激光束至該材料的工作表面。于該激光束所切割至該工作表面 的第一溝渠寬度與第二溝渠寬度之間的一轉(zhuǎn)變期間，于該激光束與工作表面之間的一切割 速度是逐漸改變且該第一光學(xué)構(gòu)件遭受一系列的變化以依序改變于該工作表面的點(diǎn)尺寸。另外的觀點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)將由參照伴隨圖式所進(jìn)行的較佳實施例的下述詳細(xì)說明而顯 明。圖式的簡單說明圖1與2是，代表當(dāng)自一個溝渠寬度陡峭轉(zhuǎn)變至另一個溝渠寬度時，對應(yīng)于個別習(xí) 用激光處理系統(tǒng)的累積脈沖能量密度的空間分布的曲線圖。圖3是說明于圖1與2所示的二個陡峭轉(zhuǎn)變方案的尖峰累積能量密度之間的差異 的曲線圖。圖4是針對于根據(jù)一個實例的實施例的一種「快速」轉(zhuǎn)變方案的脈沖位置與點(diǎn)尺 寸的曲線圖。圖5是針對于根據(jù)圖4的實例的實施例的「快速」與「慢速」轉(zhuǎn)變，代表對應(yīng)于線 性增大的中間點(diǎn)尺寸的切割速度的時間輪廓的曲線圖。圖6是代表根據(jù)圖4與5的實例的實施例的快速轉(zhuǎn)變所造成的能量密度分布的曲 線圖。圖7是代表根據(jù)圖4與5的實例的實施例的慢速轉(zhuǎn)變所造成的能量密度分布的曲線圖。圖8是針對于根據(jù)圖4與5的實例的實施例的三個不同方案，代表其通過轉(zhuǎn)變區(qū) 域的尖峰能量密度變化的比較的曲線圖。圖9是一種用于工作表面的點(diǎn)尺寸的快速操縱的設(shè)備的方塊圖，其通過移動位在 束轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)與掃描透鏡之前的一弱透鏡。圖10是一種用于工作表面的點(diǎn)尺寸的快速操縱的設(shè)備的方塊圖，其通過操縱位 在束轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)與掃描透鏡之前的一「適應(yīng)」鏡的表面曲度。最佳實施例的詳細(xì)說明本文所揭示的激光處理系統(tǒng)與方法允許不同寬度的溝渠為「合并(merged)」而且 維持整個轉(zhuǎn)變區(qū)域的實質(zhì)相同深度。于某一個實施例，避免上述的多遍處理的問題的一種 方法是包括「實時」操縱點(diǎn)尺寸與切割速度以達(dá)成于不同寬度的合并溝渠之間的一轉(zhuǎn)變 而且維持整個轉(zhuǎn)變區(qū)域的深度控制。點(diǎn)尺寸與切割速度的實時操縱使于不同寬度的溝渠之間能連續(xù)轉(zhuǎn)變。接著使得于 單遍的不同型式的溝渠的處理。因此，關(guān)于束定位器子系統(tǒng)的系統(tǒng)準(zhǔn)確度與重復(fù)性的關(guān)注 降低或免除。再者，于點(diǎn)尺寸的變化期間的切割速度的連續(xù)操縱提供第二個自由度，接著使 激光系統(tǒng)能維持整個轉(zhuǎn)變區(qū)域的固定溝渠深度。對于一階的近似，當(dāng)形成溝渠，預(yù)期溝渠幾何形狀為遞送至一工作表面的激光脈 沖的累積能量分布(于空間)的一比例形式。結(jié)果，當(dāng)自一個溝渠深度轉(zhuǎn)變至另一個溝渠 深度而維持一固定的累積尖峰能量密度提供于整個轉(zhuǎn)變區(qū)域的良好的深度控制。因此，于 本文所揭示的某些實施例，點(diǎn)尺寸與切割速度的同時操縱允許溝渠寬度的變化而且維持良 好的深度控制。此外，本文所揭示一種用于計算針對于該種轉(zhuǎn)變期間的點(diǎn)尺寸與切割速度 的時間輪廓(temporal profile)的方法。論述于下文的針對于此問題的解決方式是特定 于高斯點(diǎn)。然而，熟悉此技術(shù)者將由本文揭露內(nèi)容所認(rèn)知的是類似的解決技術(shù)可同樣應(yīng)用 于其它的點(diǎn)幾何形狀。令關(guān)聯(lián)于具有高斯點(diǎn)的一激光脈沖的空間能量分布E(r)描述為E (r) = A*exp (-r2/2*sigma2)，其中，A是能量振幅，r是自高斯點(diǎn)的中心的距離，且sigma是強(qiáng)度為于中心強(qiáng)度與 背景強(qiáng)度之間的一半者的自高斯點(diǎn)的中心的距離?？勺C明的是由其為均勻間隔一口尺寸 「delta」的一無限序列的該等脈沖所造成的累積尖峰能量密度E_peak可近似為E_peak = A氺sigma氺sqrt(2氺pi)/delta。應(yīng)為注意的是此「近似式」是針對于delta <= 2*sigma為極準(zhǔn)確(例如于系 列值與分析式之間的最壞情況的不匹配約為)。各個脈WE_pulSe的總能量可透過于圓柱坐標(biāo)的E (r)的體積積分所計算(其中， r是積分自0至無限大，且r的角度偏移西它(theta)是積分為0至2*pi)以產(chǎn)生E_pulse = A*2*pi*sigma2。當(dāng)點(diǎn)尺寸自一點(diǎn)尺寸SSl改變至一點(diǎn)尺寸SS2，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)的Ι/e2直徑作為點(diǎn)尺寸， 則SSl = 4氺sigmal 且 SS2 = 4氺sigma2。因為于二個脈沖型式下的總能量應(yīng)維持相同，存在于振幅之間的下列關(guān)系式
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Al^sigmal2 = A2*sigma22 => A1*SS12 = A2*SS22。欲維持針對于E_peak的相同值A(chǔ)l*sigmal*sqrt(2*pi)/deltal = A2*sigma2*sqrt(2*pi)/delta2 = > Al^SSl/ deltal = A2*SS2/delta2，其中，口尺寸是自deltal改變至delta2。此等等式可組合以得到于口尺寸deltal 與delta2之間的下列關(guān)系式SSl^deltal = SS2*delta2。于一轉(zhuǎn)變期間的點(diǎn)尺寸的時間變化假定為SS(t)，其中，SS(O) = SSl且SS⑴= SS2。于此表示式，t = 0是指示一轉(zhuǎn)變的開始且t = T是指示轉(zhuǎn)變的結(jié)束。假設(shè)在轉(zhuǎn)變 開始前的口尺寸是「deltal」，于轉(zhuǎn)變期間的口尺寸的時間輪廓「delta(t)」是可計算自SSl^deltal = SS (t) *delta (t) => delta (t) = SSl*deltal/SS (t)。注意，于轉(zhuǎn)變的結(jié)束的delta(T)是成為delta (T) = SSl*deltal/SS(T) = SSl*deltal/SS2 = delta2。因此，delta(T)是滿足邊界條件 delta (T) = delta2。一個比例關(guān)系存在于口尺寸「delta」與切割速度「Vc」之間。假定一脈沖重復(fù)頻 率(PRF，pulse repetition frequency)，此關(guān)系式假定為Vc = delta*PRF。因此，針對于切割速度的時間輪廓可得自Vc (t) = delta (t)*PRF(t) = PRF (t) *SSl*deltal/SS (t)。若脈沖重復(fù)頻率始終維持于一固定率，此關(guān)系式可進(jìn)而簡化于下列方式Vcl = deltal*PRF => deltal = Vcl/PRF ；Vc2 = delta2*PRF => Vc (t) = PRF*SSl*deltal/SS (t)=PRF*SSl*Vcl/(PRF*SS(t)) = Vcl*SSl/SS(t)。作為一明智(sanity)檢查Vc (T) = Vcl*SSl/SS(T) = Vcl*SSl/SS2 =PRF*(deltal*SSl/SS2) = PRF*delta2 = Vc2,其再次滿足于此轉(zhuǎn)變的末端的邊界條件Vc (t) = Vc2。應(yīng)注意的是于以上的分析所發(fā)展的算法是根據(jù)其特有性質(zhì)而為「近似」，由于一 轉(zhuǎn)變期間的「中間」脈沖將不會具有環(huán)繞于其的無限多個「同輩份(sibling)」者。結(jié)果，由 上列諸式所導(dǎo)出的尖峰能量分布計算將僅于轉(zhuǎn)變期間「近似」?jié)M足。不過，預(yù)期的是建立 于點(diǎn)尺寸與切割速度輪廓之間的關(guān)系將充分于大多數(shù)情形且若必要時而也可作為用于進(jìn) 一步改進(jìn)的起點(diǎn)。作為一個實例，上述的算法應(yīng)用至以下的問題SS1 = 10微米；deltal = 3微米； SS2 = 20 微米；且 delta2 = SSl*deltal/SS2 = 10*3/20 = 1. 5 微米。換言之，一高斯激 光束是于單遍而自一 10微米的點(diǎn)尺寸與一 3微米的口尺寸改變至一 20微米的點(diǎn)尺寸與 一 1. 5微米的口尺寸。于此實例，假設(shè)的是點(diǎn)尺寸是改變成于轉(zhuǎn)變期間的時間的一線性函數(shù)。于此例的第一方案是包括一「快速」轉(zhuǎn)變，其中，點(diǎn)尺寸是每個脈沖改變1微米。于 此例的第二方案是包括一「慢速」轉(zhuǎn)變，其中，點(diǎn)尺寸是每個脈沖改變0. 5微米。注意于二個情形的脈沖重復(fù)率假設(shè)于整個轉(zhuǎn)變維持固定。因此，主張將點(diǎn)尺寸改變?yōu)闀r間的線性函 數(shù)是轉(zhuǎn)化為基于每個脈沖的于點(diǎn)尺寸的固定改變率。圖4是針對于「快速」轉(zhuǎn)變方案的脈沖位置(沿著χ軸)與點(diǎn)尺寸的曲線圖。于 一轉(zhuǎn)變區(qū)域410，十個激光脈沖412于點(diǎn)尺寸自10微米至20微米而均勻增大。針對于第二 「慢速」方案的分布是類似于圖4所示，但包括于轉(zhuǎn)變期間的多二倍的中間脈沖。圖5是代表針對于此實例實施例的「快速」(輪廓510)與「慢速」(輪廓512)轉(zhuǎn) 變的對應(yīng)于線性增大中間點(diǎn)尺寸的切割速度的時間輪廓的曲線圖。切割速度輪廓510、512 由上述發(fā)展的公式所計算。圖6、7、與8是說明維持于一轉(zhuǎn)變區(qū)域內(nèi)的一固定尖峰累積能量分布的改良(相較 于圖1、2與3所示的習(xí)用的多遍處理者)。圖6是包括二個(一個二維曲線圖與一個三維 曲線圖)代表由快速轉(zhuǎn)變所造成的一能量密度分布的曲線圖。于此實例的快速轉(zhuǎn)變，均勻 增大點(diǎn)尺寸的十個中間脈沖是存在于一轉(zhuǎn)變區(qū)域610。于圖6的二維的曲線圖是概念式說 明于轉(zhuǎn)變區(qū)域610的溝渠的加寬。于圖6的三維的曲線圖是說明于轉(zhuǎn)變區(qū)域610之內(nèi)的尖 峰累積能量分布的波動612相較于圖1與2的波動為實質(zhì)降低。圖7是也包括二個(一個二維曲線圖與一個三維曲線圖)代表由慢速轉(zhuǎn)變所造成 的一能量密度分布的曲線圖。于此實例的慢速轉(zhuǎn)變，均勻增大點(diǎn)尺寸的二十個中間脈沖是 存在于一轉(zhuǎn)變區(qū)域710。于圖7的二維的曲線圖是概念式說明于轉(zhuǎn)變區(qū)域710的溝渠的加 寬。于圖7的三維的曲線圖是說明于轉(zhuǎn)變區(qū)域710之內(nèi)的尖峰累積能量分布的波動712相 較于圖1、2與6的波動為實質(zhì)降低。圖8是代表針對于圖1、6與7所示的轉(zhuǎn)變方案的尖峰累積能量密度之間的差異的 曲線圖。如于圖8所示，圖1的陡峭轉(zhuǎn)變方案(當(dāng)假設(shè)為二遍實施時而不具有重復(fù)性誤差) 相較于圖6的快速轉(zhuǎn)變方案(運(yùn)用十個中間脈沖)的波動612與圖7的慢速轉(zhuǎn)變方案(運(yùn) 用二十個中間脈沖)的波動712之二者而具有實質(zhì)較大的波動112。因此，如本文所述的點(diǎn) 尺寸以及切割速度的逐漸操縱相較于一種「陡峭」轉(zhuǎn)變產(chǎn)生于尖峰累積能量密度的較小許 多的變動。再者，如本文所述的算法的近似性質(zhì)所注意到，較慢速的轉(zhuǎn)變的波動712是小于 較快速的轉(zhuǎn)變的波動612。于一工件的一工作表面的點(diǎn)尺寸是可改變，例如通過改變于一聚焦(掃描)透鏡 與工作表面之間的相對距離。此可通過移動該聚焦透鏡或支持該工件的一夾頭而達(dá)成。于 另一個實施例，于工作表面的點(diǎn)尺寸可通過操縱于束路徑的一光學(xué)構(gòu)件以改變有效聚焦平 面而改變。于此二個方式之中，改變于聚焦透鏡與工作表面之間的相對距離是可能并非為針 對于溝渠寬度的「實時」改變的一實際解決方式。如同名稱「實時」點(diǎn)尺寸調(diào)整所暗示，于 作成點(diǎn)尺寸的變化的時間量是極小(例如于約為0.1毫秒的規(guī)模)。于此時間量可能為 困難或是不可能移動諸如掃描透鏡或夾頭的大且重的物件。因此，于某一個實施例，于光學(xué) 路徑的其它「較小/較容易移動」的構(gòu)件是調(diào)整以通過改變激光束的有效焦距而改變點(diǎn)尺 寸。圖9是根據(jù)某一個實施例的一種系統(tǒng)900的方塊圖，系統(tǒng)900是用于快速操縱一 激光束906于一工作表面908的一點(diǎn)尺寸904。于輸入激光束906的一光學(xué)路徑，系統(tǒng)900 是包括一弱移動透鏡910、束轉(zhuǎn)向光學(xué)器件912與一掃描透鏡914。該弱移動透鏡910與該
9掃描透鏡914是作用為一「復(fù)合」透鏡以改變該系統(tǒng)的有效焦距。因此，一聚焦平面916的 位置改變?yōu)樵撊跻苿油哥R910與該掃描透鏡914之間的距離的一函數(shù)。結(jié)果，該聚焦平面 916是可通過移動該弱透鏡910而未移動該掃描透鏡914所「移動」。于某一個實施例，該 透鏡910是一種多透鏡式元件，其中，一或多個透鏡元件是構(gòu)成以相對于該掃描透鏡914移 動而改變該聚焦平面916的位置。改變該聚焦平面916的位置以改變于該工作表面908的點(diǎn)尺寸904。舉例而言，圖 9是顯示該弱移動透鏡910于第一位置(以實線所示)與于第二位置(以虛線所示)。當(dāng) 該弱移動透鏡910為于第一位置，該聚焦平面916是于相對于該工作表面908的第一位置 (以實線所示)。因此，該激光束906形成于該工作表面908的第一點(diǎn)尺寸904(以實線所 示)。在該弱移動透鏡910移動至第二位置之后，該聚焦平面916是于相對于該工作表面 908的第二位置(以虛線所示)。因此，該激光束906形成于該工作表面908的第二點(diǎn)尺寸 904 (以虛線所示)。該掃描透鏡914可包括多個光學(xué)元件且相較于該弱移動透鏡910而可為大且重。 因此，該掃描透鏡914可能難以于高速移動。另一方面，該弱移動透鏡910可小為約如同輸 入該激光束906的直徑且可包括僅有一或二個光學(xué)元件。因此，該弱移動透鏡910相較于 該掃描透鏡914實質(zhì)較輕且于高速更加容易移動。圖10是根據(jù)另一個實施例的一種系統(tǒng)1000的方塊圖，該系統(tǒng)1000是用于一工作 表面908上快速操縱一激光束906的一點(diǎn)尺寸904。于該輸入激光束906的一光學(xué)路徑，該 系統(tǒng)1000是包括一適應(yīng)透鏡或鏡1010、束轉(zhuǎn)向光學(xué)器件912與一掃描透鏡914。該適應(yīng)透 鏡或鏡1010的表面曲度可為外部操縱(例如運(yùn)用壓力致動器)以改變該系統(tǒng)的焦距。舉例而言，圖10是顯示該適應(yīng)透鏡或鏡1010為于第一位置(以實線所示)與于 第二位置(以虛線所示)。當(dāng)該適應(yīng)透鏡或鏡1010的表面為于第一位置，該聚焦平面916 是于相對于工作表面908之第一位置(以實線所示)。因此，該激光束906是形成于該工 作表面908的第一點(diǎn)尺寸904 (以實線所示)。在該適應(yīng)透鏡或鏡1010移動至第二位置之 后，該聚焦平面916是于相對于該工作表面908的第二位置(以虛線所示)。因此，該激光 束906形成于該工作表面908的第二點(diǎn)尺寸904 (以虛線所示)。因為該適應(yīng)透鏡或鏡1010 的表面可迅速改變，所以于該工作表面908的點(diǎn)尺寸904可迅速調(diào)整。本文揭示的實施例是通過運(yùn)用較少遍以完成不同寬度的溝渠的演算而改良處理 產(chǎn)量。該等實施例也允許于系統(tǒng)準(zhǔn)確度與重復(fù)性的較多彈性以成功合并不同寬度的溝渠。 再者，該等實施例顯著改良各個不同溝渠寬度的于轉(zhuǎn)變區(qū)域內(nèi)的深度控制。熟悉此技術(shù)人士將了解的是諸多變化是可作成于上述實施例的細(xì)節(jié)中而未脫離 本發(fā)明的根本的原理。因此，本發(fā)明的范疇?wèi)?yīng)僅由隨附申請專利范圍所決定。
權(quán)利要求
一種使用單遍的激光束以于一材料上切割多個寬度的溝渠的方法，該種方法包含于關(guān)于該材料的一工作表面之該激光束的第一切割速度上，使用第一系列的激光脈沖以切割該工作表面，于第一系列的各個激光脈沖具有于該工作表面的第一點(diǎn)尺寸；于一轉(zhuǎn)變區(qū)域自該轉(zhuǎn)變區(qū)域的一開端的第一切割速度至該轉(zhuǎn)變區(qū)域的一末端的第二切割速度的逐漸改變；及隨著該切割速度逐漸改變，使用第二系列的激光脈沖以切割該工作表面，其中，第二系列的激光脈沖自該轉(zhuǎn)變區(qū)域的開端的第一點(diǎn)尺寸至該轉(zhuǎn)變區(qū)域的末端的第二點(diǎn)尺寸依序改變點(diǎn)尺寸；且于該激光束的第二切割速度，使用第三系列的激光脈沖以繼續(xù)切割該工作表面，于第三系列的各個激光脈沖具有第二點(diǎn)尺寸。
2.如權(quán)利要求1的方法，更包含依序改變對應(yīng)于第二系列的激光脈沖的連續(xù)脈沖間的 空間距離的一 口尺寸，該口尺寸自該轉(zhuǎn)變區(qū)域的開端的第一口尺寸至該轉(zhuǎn)變區(qū)域的末端的 第二口尺寸。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中，自該轉(zhuǎn)變區(qū)域的開端的第一點(diǎn)尺寸至該轉(zhuǎn)變區(qū)域的末 端的第二點(diǎn)尺寸依序改變點(diǎn)尺寸包含移動關(guān)于第二透鏡的第一透鏡以依序改變關(guān)于該工 作表面的該激光束的一聚焦平面。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中，自該轉(zhuǎn)變區(qū)域的開端的第一點(diǎn)尺寸至該轉(zhuǎn)變區(qū)域的末 端的第二點(diǎn)尺寸依序改變點(diǎn)尺寸包含改變一適應(yīng)透鏡的一表面曲度以依序改變關(guān)于該工 作表面的該激光束的一聚焦平面。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中，自該轉(zhuǎn)變區(qū)域的開端的第一點(diǎn)尺寸至該轉(zhuǎn)變區(qū)域的末 端的第二點(diǎn)尺寸依序改變點(diǎn)尺寸包含改變一適應(yīng)鏡的一表面曲度以依序改變關(guān)于該工作 表面的該激光束的一聚焦平面。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中，于第一系列、第二系列與第三系列的激光脈沖產(chǎn)生高斯點(diǎn)ο
7.如權(quán)利要求6的方法，其中于該轉(zhuǎn)變區(qū)域的一脈沖重復(fù)頻率(PulseRepetition Frequency, PRF)具有一時間輪廓PRF(t)，其中該第一點(diǎn)尺寸標(biāo)示為SS1，其中于該第二系 列的激光脈沖的點(diǎn)尺寸具有一時間輪廓SS(t)，其中于該轉(zhuǎn)變區(qū)域的開端的一口尺寸標(biāo)示 為deltal，且其中于該轉(zhuǎn)變區(qū)域的切割速度的一時間輪廓是Vc (t) = PRF (t) *SSl*deltal/ SS (t)。
8.如權(quán)利要求6的方法，其中一脈沖重復(fù)頻率實質(zhì)固定于第一系列、第二系列與第三 系列之中，其中該第一點(diǎn)尺寸標(biāo)示為SS1，其中于該第二系列的激光脈沖的點(diǎn)尺寸具有一時 間輪廓SS (t)，其中該第一切割速度標(biāo)示為Vcl，且其中于該轉(zhuǎn)變區(qū)域的切割速度的一時間 輪廓是 Vc (t) = Vcl*SSl/SS(t)。
9.如權(quán)利要求6的方法，其中該第一點(diǎn)尺寸標(biāo)示為SS1，其中于該轉(zhuǎn)變區(qū)域的開端的一 口尺寸標(biāo)示為deltal，其中于該轉(zhuǎn)變區(qū)域的口尺寸的一時間輪廓標(biāo)示為deltal (t)，且其 中于該轉(zhuǎn)變區(qū)域的點(diǎn)尺寸的一時間輪廓是SS(t) = SSl*deltal/delta(t)0
10.一種使用單遍的激光束以于一材料上切割多個寬度的溝渠的系統(tǒng)，該種系統(tǒng)包含一激光源以產(chǎn)生該激光束；第一光學(xué)構(gòu)件以接收該激光束，其中該第一光學(xué)構(gòu)件可選擇性調(diào)整以改變關(guān)于該材料 的一工作表面的一聚焦平面的一位置；及第二光學(xué)構(gòu)件以指引該激光束至該材料工作表面；其中于該激光束所切割至該工作表面的第一溝渠寬度與第二溝渠寬度之間的一轉(zhuǎn)變 期間，逐漸改變于該激光束與該工作表面之間的一切割速度且該第一光學(xué)構(gòu)件遭受一系列 的變化以依序改變于該工作表面的點(diǎn)尺寸。
11.如權(quán)利要求10的系統(tǒng)，更包含一夾頭以于該激光束的處理期間支持該材料，其中 于該夾頭與入射于該工作表面的激光束之間的相對移動決定該切割速度。
12.如權(quán)利要求10的系統(tǒng)，更包含束轉(zhuǎn)向光學(xué)器件以接收自第一光學(xué)構(gòu)件的該激光束 且選擇性重新指引該激光束至第二光學(xué)構(gòu)件。
13.如權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中該第一光學(xué)構(gòu)件包含一弱透鏡，構(gòu)成該弱透鏡以于該 激光源與第二光學(xué)構(gòu)件之間移動，且其中該系列的變化包含該弱透鏡的一系列的位置移 動。
14.如權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中該第一光學(xué)構(gòu)件包含一多元件式透鏡，在該多元件透 鏡內(nèi)構(gòu)成一或多個透鏡元件以于該激光源與第二光學(xué)構(gòu)件之間移動，且其中該系列的變化 包含該一或多個透鏡元件的一系列的位置移動。
15.如權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中該第一光學(xué)構(gòu)件包含一適應(yīng)透鏡，且其中該系列的變 化包含依序改變該適應(yīng)透鏡的曲度。
16.如權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中該第一光學(xué)構(gòu)件包含一適應(yīng)鏡，且其中該系列的變化 包含依序改變該適應(yīng)鏡的曲度。
17.如權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中該激光束包含具有高斯點(diǎn)的復(fù)數(shù)個激光脈沖。
18.如權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中于該轉(zhuǎn)變區(qū)域的一脈沖重復(fù)頻率具有一時間輪廓 PRF(t)，其中于該轉(zhuǎn)變區(qū)域的開端的一點(diǎn)尺寸標(biāo)示為SS1，其中于該轉(zhuǎn)變區(qū)域的點(diǎn)尺寸具有 一時間輪廓SS(t)，其中于該轉(zhuǎn)變區(qū)域的開端的一 口尺寸標(biāo)示為deltal，且其中于該轉(zhuǎn)變 區(qū)域的切割速度的一時間輪廓是Vc (t) = PRF (t) *SSl*deltal/SS (t)。
19.如權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中一脈沖重復(fù)頻率是實質(zhì)，其中于該轉(zhuǎn)變區(qū)域的開端 的一點(diǎn)尺寸標(biāo)示為SS1，其中于該轉(zhuǎn)變區(qū)域的點(diǎn)尺寸具有一時間輪廓SS(t)，其中于該轉(zhuǎn) 變區(qū)域的開端的一切割速度標(biāo)示為Vcl，且其中于該轉(zhuǎn)變區(qū)域的切割速度的一時間輪廓是 Vc (t) = Vcl*SSl/SS(t)。
20.如權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中于該轉(zhuǎn)變區(qū)域的開端的一點(diǎn)尺寸標(biāo)示為SS1，其中 于該轉(zhuǎn)變區(qū)域的開端的一 口尺寸標(biāo)示為deltal，其中于該轉(zhuǎn)變區(qū)域的口尺寸的一時間 輪廓deltal (t)，且其中于該轉(zhuǎn)變區(qū)域的點(diǎn)尺寸的一時間輪廓是SS(t) = SSl^deltal/ delta (t)0
21.—種使用單遍的激光束以于一材料上切割多個寬度的溝渠的系統(tǒng)，該種系統(tǒng)包含使用具有于該材料的一工作表面的第一點(diǎn)尺寸的激光脈沖以切割該溝渠的第一部分 的裝置；使用具有于該材料的該工作表面的第二點(diǎn)尺寸的激光脈沖以切割該溝渠的第二部分的裝置；及用于在該溝渠的第一部分與第二部分之間的一轉(zhuǎn)變區(qū)域上，同時轉(zhuǎn)變自該第一切割速 度至該第二切割速度且自該第一點(diǎn)尺寸至該第二點(diǎn)尺寸的裝置。
全文摘要
使用單遍的激光束以于材料上切割多個寬度的溝渠的系統(tǒng)及方法。第一系列的激光脈沖是使用第一點(diǎn)尺寸按第一切割速度切割該材料的一工作表面。于自第一溝渠寬度至第二溝渠寬度的一轉(zhuǎn)變區(qū)域，第二系列的激光脈沖是隨自第一切割速度至第二切割速度的逐漸改變而依序改變點(diǎn)尺寸。然后，第三系列的激光脈沖是使用第二點(diǎn)尺寸按第二切割速度繼續(xù)切割該工作表面。該種方法提供于轉(zhuǎn)變區(qū)域的提高的深度控制。一種系統(tǒng)于激光束路徑使用一可選擇性調(diào)整的光學(xué)構(gòu)件，通過調(diào)整關(guān)于工作表面的一聚焦平面的位置以快速改變點(diǎn)尺寸。
文檔編號B23K26/04GK101980818SQ200980111742
公開日2011年2月23日 申請日期2009年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日
發(fā)明者大衛(wèi)·雀爾德, 布萊恩·強(qiáng)漢森, 瑪密特·E.·愛爾帕 申請人:伊雷克托科學(xué)工業(yè)股份有限公司