本發(fā)明屬于高精度激光切割技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高精度的激光切劃裝置，尤其適用于對所應(yīng)用激光波長透明的材料，工件較厚，且要求無熱影響區(qū)，無崩邊的激光切劃。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，激光已經(jīng)作為一種工具應(yīng)用在各行各業(yè)。由于激光的高亮度高強(qiáng)度的特性，且激光光斑的尺寸可以通過聚焦鏡聚焦到微米量級，因此激光加工技術(shù)在有著高精度加工要求的行業(yè)中備受青睞，尤其是對于陶瓷、單晶硅和藍(lán)寶石等高、硬、脆難以加工的切割技術(shù)中，激光加工技術(shù)尤為受歡迎。

以半導(dǎo)體行業(yè)為例，晶圓的切片工藝是后道裝配工藝中的第一步。該工藝將晶圓分成單個的芯片，用于隨后的芯片鍵合、引線鍵合和測試工藝。當(dāng)芯片尺寸越來越小，集成度越來越高，傳統(tǒng)的機(jī)械切片技術(shù)產(chǎn)能下降，破片率上升，產(chǎn)生的廢品率增加。在這種情況下，激光切割技術(shù)得以顯現(xiàn)優(yōu)勢。由于激光屬于無接觸式加工，不對晶圓產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力的作用，對晶圓損傷較小。因此激光晶圓切片技術(shù)得到大力的發(fā)展。

雖然，激光切割技術(shù)在很大程度上緩解了上述缺陷，然而在激光技術(shù)使用時，其熱影響區(qū)過大及熔渣噴濺污染的問題仍未妥善解決，這些缺點足以影響或破壞芯片的性能，特別是透明材料，對熔渣污染問題尤為明顯。特別是對高硬高脆材料進(jìn)行傳統(tǒng)激光加工后，裂片崩邊問題尤為明顯。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決對于激光波長透明的基底材料，在常規(guī)的激光切割劃片技術(shù)中出現(xiàn)的熱影響區(qū)過大及熔渣噴濺污染的問題，裂片時崩邊問題，背面鍍層剝落燒蝕問題，本發(fā)明提出一種激光雙面切劃裝置。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種激光雙面切劃裝置，該裝置包括一激光器；一激光精密切割頭，激光器發(fā)出的激光光束通過光路傳輸?shù)郊す饩芮懈铑^中；一衍射光學(xué)鏡片和一聚焦鏡安裝在激光精密切割頭中，激光光束通過衍射光學(xué)鏡片和聚焦鏡后，在工件上、下表面各形成一焦點，同時對上、下表面進(jìn)行切劃工作。

本發(fā)明的激光雙層切劃裝置中，激光器發(fā)出的激光光束通過衍射光學(xué)鏡片和聚焦鏡后，在工件上、下表面各形成一焦點，同時對上、下表面進(jìn)行切劃工作，調(diào)整激光光束的能量，使其在工件上表面和下表面同時形成整齊平滑的劃痕，避免熱影響區(qū)和熔渣的出現(xiàn)。

本發(fā)明的激光雙層切劃裝置中，激光器的選擇與工件的材料有關(guān)，要求工件對所選激光器的波長透明，能使該波長的激光光束能在工件上表面形成焦點的同時，也能透過工件，在工件下表面形成焦點。

本發(fā)明的激光雙層切劃裝置中，對激光器的能量有所要求，要求在上、下表面形成的焦點處，激光光束的能量密度恰好能夠破壞工件材料，要考慮透過工件后，在下表面聚焦的光束，避免在工件內(nèi)部傳輸過程中出現(xiàn)熱吸收，破壞工件特性，影響切割效果。

本發(fā)明的激光雙層切劃裝置中，根據(jù)實際工件的厚度，使兩個焦點位于工件上表面和下表面。聚焦點的位置和能量對應(yīng)于不同的衍射光學(xué)鏡片和聚焦鏡。

本發(fā)明的激光雙層切劃裝置中，根據(jù)所述激光器的頻率，調(diào)整所述工件水平方向運(yùn)動的速度，以便使同一面上相鄰光斑具有一定的重疊率，由此在工件的上、下表面同時形成劃槽。

本發(fā)明的激光雙層切劃裝置中，還包括一CCD相機(jī)，與激光精密切割頭同軸連接，對切割位置進(jìn)行自動識別定位。以便實時調(diào)整激光精密切割頭。

本發(fā)明的激光雙層切劃裝置中，衍射光學(xué)鏡片可以是微陣列透鏡或自適應(yīng)鏡片。

本發(fā)明的激光雙層切劃裝置中，所述的聚焦點的光斑為橢圓形，橢圓形光斑的長軸在所述工件厚度方向上。

本發(fā)明的激光雙層切劃裝置中，在所述工件的工件厚度方向上的中間位置，還形成一個聚焦點。

本發(fā)明的激光雙層切劃裝置中，所述的工件為多層結(jié)構(gòu)，所述的激光器能夠發(fā)出多波長激光，對所述工件進(jìn)行多層切劃。

本發(fā)明的激光雙層切劃裝置中，所述的多層結(jié)構(gòu)包括鍍層。

本發(fā)明提供一種影響區(qū)域小，熔渣噴濺污染低的激光雙層切劃裝置，成品率高，生產(chǎn)效率相對現(xiàn)有技術(shù)大幅提高。在工件上、下表面形成劃槽，或在工件的上、下表面其厚度方向的中間位置進(jìn)行切劃，切割效果好，裂片時崩邊缺陷小，背面鍍層剝落燒蝕問題得到很好的解決。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的激光雙層切劃裝置示意圖；

圖2為激光作用運(yùn)動軌跡完成后，工件內(nèi)部示意圖；

圖3為聚焦光斑有一定重疊率后，工件上、下表面形成的劃槽示意圖；

圖4為橢圓形聚焦光斑作用在工件上時的應(yīng)力方向的示意圖；

圖5為工件較厚時增加聚焦點的示意圖；

圖6為聚焦光斑在鍍層上作用后產(chǎn)生劃痕的示意圖；

圖7為多層工件的示意圖；

圖8為多波長激光切劃裝置的示意圖。

圖中各標(biāo)記的含義如下：

1：激光器；

1a：第一激光機(jī)

1b：第二激光器

1c：第三激光器

2：光路；

3：激光精密切割頭；

4：激光光束；

5：衍射光學(xué)鏡片；

6：聚焦鏡；

7：工件；

8：聚焦點；

9：CCD；

10：劃槽；

11：鍍層；

12：鍍層劃槽；

13：工件第一層；

14：工件第二層；

S1：合束鏡；

S2：合束鏡；

S3：反射鏡；

M：工件的運(yùn)動；

D：聚焦點之間的水平距離；

Y：應(yīng)力方向；

H：工件厚度。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)描述：

圖1表示本發(fā)明所述的激光雙面切劃裝置示意圖，其組成如下：通過光路2將激光器1發(fā)出的激光光束4傳輸?shù)郊す饩芮懈铑^3中；通過衍射光學(xué)鏡片5和聚焦鏡6后的激光光束在工件7的上表面和下表面分別形成一個聚焦點8；當(dāng)工件7相對于激光光束4運(yùn)動M時，激光在工件上、下表面同時作用；當(dāng)調(diào)整工件的運(yùn)動M的速度使聚焦點有一定的光斑重疊率時，在工件7上、下表面形成劃槽10；CCD9對工件7上的切割劃片位置進(jìn)行自動識別定位。

圖2所示為激光作用在工件上、下表面所形成的聚焦點的示意圖，水平方向上相鄰聚焦點之間的距離D由相對運(yùn)動的速度所決定。

圖3所示為調(diào)整運(yùn)動M的速度后，當(dāng)激光聚焦點光斑有一定的重疊率時，在工件7的上、下表面分別形成一層劃槽。

本發(fā)明的激光雙面切劃裝置中，工件7放置好后，CCD9對工件7上的切割位置進(jìn)行自動識別定位后，發(fā)出信號使激光器1出光；激光器1發(fā)出的激光光束4經(jīng)光路2引導(dǎo)通過衍射光學(xué)鏡片5和聚焦鏡6后，在工件7上、下表面各自形成聚焦焦點8；工件7相對激光光束4進(jìn)行水平方向運(yùn)動M，相鄰聚焦點之間的水平距離D由水平方向運(yùn)動M的速度確定，根據(jù)激光器1的頻率，調(diào)整水平方向運(yùn)動M的速度，使激光聚焦光斑在同一面上有一定的重疊率后，當(dāng)運(yùn)動M完成后，在工件7上、下表面形成劃槽10；由于僅在聚焦點8處的激光能量才足以破壞工件材料，遠(yuǎn)離聚焦點8的位置不會受到激光的破壞作用；由于工件上、下表面形成劃槽10，只要外界稍有應(yīng)力(例如振動)，工件材料就會沿著上、下表面劃槽10裂開，即完成激光雙面劃片。常規(guī)的激光劃片只在工件上表面形成劃槽，工件厚度稍大，后續(xù)的裂片難度也會增加。而本發(fā)明的激光雙面切劃裝置能在工件上、下表面都形成劃槽，方便裂片，提高生產(chǎn)效率和成品率。

本發(fā)明的激光雙面切劃裝置中，激光光束4通過衍射光學(xué)鏡片5和聚焦鏡6后在工件7上、下表面分別形成劃槽10，使得裂片效率更高，保證切劃質(zhì)量。

如圖4所示，本發(fā)明的聚焦點8可以為橢圓形聚焦點8，橢圓形聚焦點8作用在工件7上時，橢圓形聚焦點8的光斑長軸形成在工件厚度方向上，應(yīng)力方向Y也在工件厚度方向上，由此導(dǎo)致工件更容易裂片。提高產(chǎn)品的裂片效果。

本發(fā)明的激光雙面切劃裝置中，激光器1的選擇與工件7的材料有關(guān)，要求所選激光器1的波長對工件7能夠透射，能使激光光束4透過工件7，在工件7的下表面也形成聚焦點。激光器1的波長范圍在200nm到2000nm，脈寬范圍在80fs到30ns。

本發(fā)明的激光雙面切劃裝置中，聚焦點8的位置和能量對應(yīng)于不同的衍射光學(xué)鏡片5和聚焦鏡6。可以根據(jù)實際工件的厚度，選擇不同的衍射光學(xué)鏡片5和聚焦鏡6，使兩個焦點位于工件7上表面和下表面。

如圖5所示，在工件7較厚時，比如對于SiC基片的工件，工件厚度H超過350um時，為了使裂片更加容易，提高切劃質(zhì)量和效率，可以配合設(shè)計衍射光學(xué)鏡片和聚焦鏡，除了在工件上、下表面形成聚焦點進(jìn)行切劃以外，還在工件7的工件厚度方向的中間位置也形成一個聚焦點8。該實施例中的聚焦點8也可以采用橢圓形聚焦點的形式。

作為本發(fā)明的另一實施方式，如圖6所示，本發(fā)明的工件7也可以是在工件7的表面有鍍層11的情形，在對工件7進(jìn)行切割裂片時，表面鍍層11容易出現(xiàn)崩邊現(xiàn)象，對于此類情形，可將工件上表面的聚焦光斑8形成在工件7的上表面的鍍層11上，并在鍍層11上作用后形成鍍層劃槽12，避免在鍍層表面發(fā)生崩邊現(xiàn)象。

本發(fā)明的激光雙面切劃裝置中，對激光器1的能量有所要求，要求聚焦點8處的激光能量密度恰好能夠破壞工件7材料，遠(yuǎn)離聚焦點8處的激光能量則不足以破壞工件7材料，要考慮上、下表面激光聚焦點的能量分配，作用在工件下表面的激光光束在透過工件時，要避免工件熱吸收，而破壞材料性能，同時要足以在表面形成整齊平滑的劃痕，提高后續(xù)的裂片質(zhì)量和效率，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)工件7的材料確定合適能量的激光器1。

作為本發(fā)明的又一實施方式，如圖7、8所示，本發(fā)明的工件7也可以為多層材料，由于不同材料層與不同激光波長之間的相互作用不同，因此單一波長的激光切劃設(shè)備難以完成，針對這一問題，本發(fā)明提供如圖8所示的多波長激光切劃裝置。圖8中的三種激光器1a、1b和1c，分別發(fā)出不同波長的激光，同時適用于工件7不同材料層的切劃。在工件7具有鍍層11的情形下，該三種激光器1a、1b和1c發(fā)出的激光分別經(jīng)合束鏡s3、s2和反射鏡s1轉(zhuǎn)換被引導(dǎo)至工件7上，切劃工件7的鍍層11、工件第一層13和工件第二層14。

以上實施方式僅是為說明本發(fā)明的技術(shù)方案而做的具體說明，并不用于限定本發(fā)明的具體保護(hù)范圍，本發(fā)明上述實施例中的衍射光學(xué)鏡片也可以是微陣列透鏡，或者也可以是自適應(yīng)鏡片，或其他本領(lǐng)域所知的實現(xiàn)相同作用的結(jié)構(gòu)。

需要強(qiáng)調(diào)的是，這種激光雙面切劃裝置并未做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)進(jìn)行的簡單修改，等同變化和修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。