TWI734931B

TWI734931B - 軸調光斑方法及其系統

Info

Publication number: TWI734931B
Application number: TW107132561A
Authority: TW
Inventors: 呂鴻圖
Original assignee: 鴻超光電科技股份有限公司
Priority date: 2018-09-17
Filing date: 2018-09-17
Publication date: 2021-08-01
Also published as: KR20200031983A; CN110899964B; CN110899964A; US20200086422A1; TW202013015A

Abstract

本發明係揭露一種軸調光斑方法作用於物體，其步驟包含(a)提供一光線，以產生初始光斑；(b)設置一光學組件以導引初始光斑能在物體之一作用點形成一投射光斑；(c)提供驅動單元以驅動光學組件調整投射光斑，使得投射光斑與初始光斑相同或相差一角度；(d)提供一移動單元以選擇性改變投射光斑作用在物體之作用點的位置。本發明另提供一種軸調光斑系統。

Description

軸調光斑方法及其系統

本發明為一種基板加工的技術領域，特別是一種改變光斑之方向的軸調光斑方法及其系統。

傳統的基板(例如玻璃、藍寶石、矽、砷化鎵或陶瓷等)，可利用例如雷射的光線進行例如加熱、切割或鑽孔等加工。

加工過程中，雷射始終保持固定的一光斑，由於光斑有可能屬於非對稱的形狀，使得在基板加工過程中，因為不同的光斑形狀有不同的特性，例如在同一個光斑中，其會根據其形狀有不同的能量的分佈。

不同的能量分佈，有可能導致光斑對基板加工的品質不一致。

有鑑於此，本發明提出軸調光斑方法及其系統，用以解決前述的缺失。

本發明之第一目的係提供一種軸調光斑方法，係操作一光線之光斑以相同或近似的條件作用於一物體。

本發明之第二目的係根據上述軸調光斑方法，係藉由一光學組件引導初始光斑供在該物體之一作用點形成一投射光斑。

本發明之第三目的係根據上述軸調光斑方法，透過調整光斑作用於物體的方向、角度、尺寸、焦點、光路，以達到維持作用於物體具有一致的加工條件/參數。

本發明之第四目的係提供上述軸調光斑方法，調整光斑作用於物體的角度並且配合移動單元移動物體，讓光線作用於物體時，其光斑與前進方向都是一致的。

本發明之第五目的係提供上述軸調光斑方法，提供一降溫單元輸出一介質，用以降低光斑座用於物體時產生的熱能。

本發明之第六目的係提供上述軸調光斑方法，可用於處理多維度物體的加工，例如2維物件或是3維物件。

本發明之第七目的係提供上述軸調光斑系統，用於實現前述的軸調光斑方法。

為達到上述目的與其他目的，本發明提供一種軸調光斑方法，係作用於一物體。軸調整光源方法步驟包含(a)提供一光線，以產生一初始光斑；(b)設置一光學組件，以引導初始光斑供在該物體之一作用點形成一投射光斑，其中光學組件改變該初始光斑的方向、角度、尺寸、焦點與光路之至少一者；(c)提供一驅動單元，以驅動光學組件調整投射光斑，使得投射光斑與初始光斑相同或相差一角度；以及(d)供一移動單元，以選擇性改變投射光斑作用在物體之作用點的位置。

為達到上述目的與其他目的，本發明提供一種軸調光斑系統，係作用於一物體。軸調光斑系統包含一承載單元、一光源單元、一光學組件、一驅動單元與一處理單元。承載單元承載物體。光源單元設置在承載單元之一側。光源單元產生具有一初始光斑的一光線。光學組件設置在光源單元與承載單元的一光學路徑之間。光學組件改變初始光斑的方向、角度、尺寸、焦點與光路之至少一者，以形成一投影光斑。驅動單元連接承載單元與光學組件。驅動單元接收一驅動訊號以調整承載單元與光學組件的一位移量、一位移速度、一轉動量與一轉動速度之至少一者。處理單元連接驅動單元。處理單元輸出驅動訊號。

相較於習知的技術，本發明提供的軸調光斑方法及其系統，可以根據物體所欲進行加工的需求，任意地調整光斑例如尺寸、方向等，讓光斑實際作用在物體時能夠具有一致性或者接近的特性，例如光強度的分佈、熱能的分佈等。

S11-S14、S21:方法步驟

2:物體

12:承載單元

14:光源單元

16:光學組件

18:驅動單元

20:處理單元

22:降溫單元

ST:初始光斑

ST’:投影光斑

OP:光學路徑

DS:驅動訊號

Θ:角度差

H:熱能

圖1係本發明一第一實施例之軸調光斑方法的流程示意圖。

圖2係說明本發明圖1的光斑作用於物體的示意圖。

圖3係本發明一第二實施例之軸調光斑方法的流程示意圖。

圖4係本發明一第三實施例之軸調光斑系統的方塊示意圖。

圖5係本發明一第四實施例之軸調光斑系統的方塊示意圖。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後。

於本發明中，係使用「一」或「一個」來描述本文所述的單元、元件和組件。此舉只是為了方便說明，並且對本發明之範疇提供一般性的意義。因此，除非很明顯地另指他意，否則此種描述應理解為包括一個、至少一個，且單數也同時包括複數。

於本發明中，用語「包含」、「包括」、「具有」、「含有」或其他任何類似用語意欲涵蓋非排他性的包括物。舉例而言，含有複數要件的一元件、結構、製品或裝置不僅限於本文所列出的此等要件而已，而是可以包括未明確列出但卻是該元件、結構、製品或裝置通常固有的其他要件。除此之外，除非有相反的明確說明，用語「或」是指涵括性的「或」，而不是指排他性的「或」。

請參考圖1，係本發明一第一實施例之軸調光斑方法的流程示意圖。在圖1中，軸調光斑方法的步驟係作用於一物體，例如物體可以是基板，且其材質可為玻璃、藍寶石、矽、砷化鎵、陶瓷等。

軸調光斑方法的起始步驟S11，係提供一光線，以產生一初始光斑。其中，光線可為可見光或是非可見光及光線可為例如各種類型的雷射光線等；初始光斑的圖樣形狀可以例如是矩形、方形、圓形、星形、心型、橢圓、水滴狀等對稱形狀或是非前述對稱形狀的非對稱形狀等。於此，初始光斑指的是光線產生的圖樣。

步驟S12，係設置一光學組件，以引導初始光斑供在物體之一作用點形成一投射光斑。於此，投影光斑指的是光線投影在物體所產生的圖樣。其中，光學組件改變初始光斑的方向、角度、尺寸、焦點、光路。

步驟S13，係提供一驅動單元，以驅動光學組件調整投射光斑，使得投射光斑與初始光斑相同或相差一角度。驅動單元可以例如旋轉或移動光學組件調整投射光斑。於另一實施例，光線也可受到驅動單元驅動以執行旋轉的動作。

步驟S14，係提供一移動單元，以選擇性改變投射光斑作用在物體之作用點的位置。於此，由於物體的尺寸相較於投影光斑的尺寸大得多。因此，實際上投影光斑在物體上僅是作用於一點或是一區域，於本實施例中，不管是點或區域，於此統稱『作用點』，用以標明投影光斑與物體實際作用的位置。再者，移動單元可以提供物體在2維空間的移動，例如X-Y平面。移動單元可受驅動單元的驅動，使得移動單元朝X軸、Y軸或其分量方向移動，或移動單元旋轉一角度。於另一實施例中，移動單元可不移動，而是由例如光線的移動，以達成改變在物體上投射光斑的位置的目的。

前述作用例如可以是加熱、切割或鑽孔，分別地陳述如下：加熱指的是投影光斑照射在物體之作用點時，相較於其他非背投影光斑照射的區域溫度為高者。作用點之溫度升高的原因，在於光線之光斑釋出一高能量，並在作用點上加熱，導致作用點的溫度變化。前述作用點變化的分佈是關聯於光斑的形狀(能量分佈)。加熱的動作可以作為改變物體之結構，例如劣化、分散、破壞分子排列等。

切割指的是根據投影光斑移動的軌跡對物體執行切割，讓物體可分離為一主要基板(於此指的是後續使用的基板)與一次要基板(於此指的是廢料、邊角料等)。

鑽孔指的是根據投影光斑在物體的作用點執行鑽孔，以在作用點形成一孔洞。

不管是前述哪一種作用方式，於本實施例中，初始光斑藉由光學元件的調整，讓投影光斑在作用時可以維持相同的分佈狀態。

舉例而言，一併參考圖2。於本實施例中，利用光斑ST可在物體2上切割出一特定的形狀SP。其中，光斑ST的形狀是類橢圓形，為便於後續說明，賦予類橢圓形標號碼，其分別標記為A、B、C、D。在形狀SP之第一處FP，光斑ST，係從Y軸起始，其順時鐘方向分別標記ABCD；在形狀SP之第二處SP，光斑ST，係從Y軸起始，其順時鐘方向分別標記DABC；在形狀SP之第三處TP，光斑ST，係從Y軸起始，其順時鐘方向分別標記CDAB。因此，從前述各處的描述，可以理解到，標記B係永遠朝著光斑ST前進的方向，使得光斑ST在各軌跡上的任一作用點皆具有相同或類似例如能量分佈的光線特性。

請參考圖3，係本發明一第二實施例之軸調光斑方法的流程示意圖。在圖3中，軸調光斑方法的步驟除包含前述第一實施例之步驟S11-S14之外，更包含步驟S21。

步驟S11-S14如前所述，於此不贅述。

步驟S21，係提供一降溫單元，以在投射光斑作用於物體之作用點後，降低作用點的溫度。於另外一實施例中，降溫單元受驅動單元的驅動，使得降溫單元移動至移動單元之任一處。

請參考圖4，係本發明一第三實施例之軸調光斑系統的方塊示意圖。在圖4中，軸調光斑系統10係作用於一物體2。

軸調光斑系統10包含一承載單元12、一光源單元14、一光學組件16、一驅動單元18與一處理單元20。

承載單元12承載物體2，例如承載單元12可以包含承載台(圖未示)與移動機構(例如馬達、鏈條、齒輪等)(圖未示)。承載台可用於放置物體2和移動機構可用於改變承載台的位置。於本實施例中，移動機構可以讓承載台在做平面的運動，例如在X-Y平面上，朝X軸、Y軸或其軸分量。

光源單元14設置在承載單元之上側。於本實施例中，光源單元14係產生一雷射光線為例說明，雷射光線具有一初始光斑ST。其中，初始光斑的形狀為對稱形狀或非對稱形狀，初始光斑的形狀可為例如矩形、方形、圓形、星形、心型、橢圓、水滴狀等。

光學組件16設置在光源單元14與承載單元12的一光學路徑OP之間，光學組件16例如可為凸透鏡、凹透鏡、分光鏡、反射鏡等。光學組件16可以改變初始光斑ST的方向(利用例如反射鏡等)、角度(利用例如反射鏡等)、尺寸(利用例如凹透鏡、凸透鏡等)、焦點(利用例如凹透鏡、凸透鏡等)、光路(利用例如反射鏡等)，以在物體2形成一投影光斑ST’。

驅動單元18連接承載單元12與光學組件16。驅動單元18接收一驅動訊號DS以調整承載單元12與光學組件16的一位移量、一位移速度、一轉動量、一轉動速度。於本實施例中，光學組件16可經由驅動單元18執行旋轉作業及/或移動作業，以形成與初始光斑ST具有一角度差Θ的投影光斑ST’。於另一實施例中，光源單元14可連接驅動單元18，光源單元14受驅動單元18調整一位移量、一位移速度、一轉動量、一轉動速度。此時，驅動單元18可以決定是否調整承載單元12、光學組件16。

處理單元20連接驅動單元18和處理單元輸出驅動訊號DS。

請參考圖5，係本發明一第四實施例之軸調光斑系統的方塊示意圖。在圖5中，軸調光斑系統10’係同樣作用於物體2，軸調光斑系統10’除包含第三實施例中的承載單元12、光源單元14、光學組件16、驅動單元18與處理單元20之外，更包含降溫單元22。

承載單元12、光源單元14、光學組件16、驅動單元18與處理單元20的描述同前所述，於此不贅述。

降溫單元22設置在承載單元12的上側，例如降溫單元22可為一噴頭。降溫單元22產生一介質(例如液體、粉末或氣體等)以降低投影光斑ST’作用於物體2所產生的熱能H。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

S11-S14:方法步驟

Claims

一種軸調光斑方法，係作用於一物體，該軸調光斑方法包含：提供一光線，以產生一初始光斑；設置一光學組件，以引導該初始光斑供在該物體之一作用點形成一投射光斑，其中該光學組件改變該初始光斑的方向、角度、尺寸、焦點與光路之至少一者；提供一驅動單元，以驅動該光學組件調整該投射光斑，使得該投射光斑與初始光斑相同或相差一角度；提供一移動單元，以選擇性改變該投射光斑作用在該物體之該作用點的位置；以及提供一降溫單元，以在該投射光斑作用於該物體之該作用點後，產生一介質以降低該作用點的溫度，其中該降溫單元受該驅動單元的驅動，使得該降溫單元轉動或移動至該移動單元之任一處；其中該光線受該驅動單元驅動移動或旋轉，以選擇性改變在該物體上該投射光斑的位置。
如申請專利範圍第1項所述之軸調光斑方法，其中該移動單元受該驅動單元的驅動，使得該移動單元朝X軸、Y軸或其分量方向移動，或該移動單元旋轉一角度。
一種軸調光斑系統，係作用於一物體，該軸調光斑系統包含：一承載單元，係承載該物體；一光源單元，係設置在該承載單元之一側，該光源單元產生具有一初始光斑的一光線；一光學組件，係設置在該光源單元與該承載單元的一光學路徑之間，該光學組件改變該初始光斑的方向、角度、尺寸、焦點與光路之至少一者，以形成一投影光斑；一驅動單元，係連接該承載單元與該光學組件，該驅動單元接收一驅動訊號以調整該承載單元與該光學組件的一位移量、一位移速度、一轉動量與一轉動速度之至少一者；一降溫單元，係設置在該承載單元之一側，該降溫單元產生一介質以降低該投影光斑作用於該物體所產生的熱能，其中該降溫單元與該驅動單元連接，該降溫單元受該驅動單元的驅動而執行轉動與移動之其中一者的作業；以及一處理單元，係連接該驅動單元，該處理單元輸出該驅動訊號；其中該光源單元連接驅動單元，該光源單元受該驅動單元調整一位移量、一位移速度、一轉動量與一轉動速度之至少一者。
如申請專利範圍第3項所述之軸調光斑系統，其中該光學組件經由該驅動單元執行旋轉與移動之至少其一者的作業，以形成與該初始光斑具有一角度差的該投影光斑。