[发明专利]于激光操作中用于沟渠深度与宽度的实时控制点尺寸与切割速度的实时操纵

说明书

技术领域

此揭露内容是关于以激光处理材料。尤其是，此揭露内容是关于在激光微机械加工应用中透过点尺寸与切割速度的实时(on-the-fly)操纵的沟渠深度与宽度的实时(real-time)控制。

背景资讯

使用激光微机械加工系统的一种典型的选路(routing)应用是涉及当束和/或基板其本身为移动时而递送激光能量至基板。于大多数情形，能量递送率(「于工作表面的功率」)与束和/或基板移动的速率(「切割速度」)是维持为固定值以提供于整个切割的截口或「沟渠」宽度与深度的均匀性。造成的沟渠的深度与宽度是由工作表面的束点尺寸、各个激光脉冲的能量、于连续脉冲之间的空间分隔(「口(bite)尺寸」)与激光材料交互作用特性所决定。

概括而言，为了切割于相同基板上不同横截面几何形状的沟渠，调整点尺寸、脉冲能量和/或口尺寸的一或多者。于典型的激光微机械加工，改变此三个系统设定的一者致使该系统于不同「遍(pass)」处理其具有不同横截面几何形状的沟渠。举例而言，系统可处理一个型式的沟渠，改变该三个设定的一或多者，然后处理其对应于新的设定的沟渠。此处理可重复针对于各个型式的沟渠。此简单方式典型称作为一「多遍(multi-pass)」处理。

上述用于合并不同宽度的沟渠的习用的多遍处理具有若干个问题。举例而言，于不同遍以处理不同宽度的沟渠概括意指的是：一束定位器将返回至于一先前遍所完成一沟渠的相同点以开始选路具有不同宽度的一新沟渠。此是显着要求于束定位器子系统的重复性。这也典型为降低整体系统产量。

关于运用多遍处理以切割不同几何形状的沟渠的另一个问题是在于：即使满足了该系统重复性/准确度的关注，因为具有不同宽度的沟渠的壁角度间的差异，难以维持整个转变(transition)区域的固定的宽度。

图1、2与3是说明其维持一转变区域(例如：当于多遍中自一个点尺寸改变至另一个点尺寸以达成不同沟渠宽度)之内的固定尖峰累积能量分布的困难度。图1是包括二个(一个二维曲线图与一个三维曲线图)代表运用高斯(Gaussian)点于点尺寸与切割速度的一陡峭转变所造成的累积脉冲能量密度的一空间分布的曲线图。在图1所示的累积脉冲能量密度例如为对应至具有实质理想的重复性的一种二遍(two-pass)实施。于此个实例，第一遍是使用一10微米(μm)的点尺寸与一3微米的口尺寸。第二遍是使用一20微米的点尺寸与一1.5微米的口尺寸。在图1的二维的曲线图是概念式说明于一转变区域110的沟渠的加宽。在图1的三维的曲线图是说明于转变区域110之内的尖峰累积能量分布的一波动112。

图2也包括二个(一个二维曲线图与一个三维曲线图)代表一种二遍实施所造成的累积脉冲能量密度的一空间分布的曲线图，当第二(较厚)沟渠置放是归因于重复性误差而未对准为3微米。如前，二遍均运用高斯点。第一遍是使用一10微米的点尺寸与一3微米的口尺寸。第二遍是使用一20微米的点尺寸与一1.5微米的口尺寸。在图2的二维的曲线图是概念说明于一转变区域210的沟渠的加宽。在图2的三维的曲线图是说明在转变区域210之内的尖峰累积能量分布的一波动212。

图3是说明于图1与2所示的二个陡峭转变方案的尖峰累积能量密度之间的差异的曲线图。如图所示，可重复方案与具有3微米的重复性误差的方案均为造成于其个别转变区域110、210之内的实质波动112、212。于尖峰累积能量密度的二个波动112、212可能造成于转变区域110、210之内的深度的不合意变化。

揭示摘要

使用单遍的激光束以于一材料上切割多个宽度的沟渠的系统及方法。沟渠深度控制维持具有不同宽度的沟渠段之间的一转变区域。

于某一个实施例，提出一种使用单遍的激光束以于一材料上切割多个宽度的沟渠的方法。该种方法是包括：于关于该材料的一工作表面的该激光束的第一切割速度上，使用第一系列的激光脉冲以切割该工作表面。于第一系列的各个激光脉冲具有于该工作表面的第一点尺寸。于一转变区域，该种方法是包括：自该转变区域的一开端的第一切割速度至该转变区域的一末端的第二切割速度的逐渐改变。随着该切割速度逐渐改变于转变区域，该种方法是包括：该种方法是包括：使用第二系列的激光脉冲以切割该工作表面。第二系列的激光脉冲是自该转变区域的开端的第一点尺寸至该转变区域的末端的一第二点尺寸依序改变点尺寸。然后，于该激光束的第二切割速度，该种方法是使用第三系列的激光脉冲以继续切割该工作表面，第三系列的各个激光脉冲是具有第二点尺寸。