[发明专利]具有多重细激光束传输系统的激光加工系统和方法

说明书

相关申请案交叉参考

本申请案主张基于2008年10月10日提交申请且序列号为61/104,435的美国临时专利申请案的权利，该美国临时专利申请案以引用方式全文并入本文中。

技术领域

本发明涉及加工，更具体而言，涉及具有多重细激光束传输系统的激光加工系统及方法。

背景技术

激光加工系统及方法通常用于加工各种类型的材料及结构。这些激光加工系统及方法可提供多种优点，包括制造成本较低、生产量及生产良率增大、且质量更高。例如，在太阳能面板领域中，激光加工的优点可明显提高太阳能技术的效率及适用性。

在薄膜光电(photovoltaic；PV)太阳能面板的制造中，可利用激光加工技术来划刻面板中的各种薄膜层，以形成电性相连的电池。在一种类型的PV太阳能面板中，沉积三个层来形成面板且在每一次新的沉积之后均进行线的划刻。面板上包含这些线的区域被视为被浪费区域，被浪费区域不能进行太阳能转换。因此，这些线应为直的且应精确地对齐，以使这一被浪费区域最小化并提供最佳的效率。亦期望具有高的划刻速度，以提高生产量。对薄膜PV太阳能面板(及其他类似结构)提供精确且高速的划刻存在诸多独特的挑战。

利用激光束在工件上划刻出线涉及到线性地移动工件及/或激光束。对于大面积的工件而言，可能难以或无法高速地移动工件以达成划刻，且常常需要在整个工件上移动激光束。然而，移动激光束传输系统可不利地影响激光束在工件上的位置精确度及均匀性。此外，将激光束分成多个细光束来划刻工件会导致不良的划刻波动，例如宽度、深度、能量密度(fluence)、热影响区(heat-affected-zones)及穿透度的波动，这些波动可不利地影响划刻线的精确度。

PV太阳能面板的激光加工所面临的另一挑战为在从激光源至工件的工作距离(working distance)长以及面板尺寸大的条件下保持精确度的能力。长工作距离及较长的光束传输路径会导致角度指向不稳定。当激光束须行进较远的距离到达工件且利用例如远场划刻技术(far-field scribing technique)时，聚焦在工件上的激光点的位置可因激光指向的波动而发生变化，导致线的笔直度及对齐度不精确。

由于所划刻薄膜层的性质以及由于期望降低太阳能面板的制造成本，对激光的选择亦存在挑战。现有激光加工系统及方法常常利用单模同调光束(single mode coherent beams)。然而，利用同调光束点无法实现所期望的选择性材料移除且无法有效地利用光束功率。

附图说明

结合附图阅读以下详细说明，可更佳地理解本发明的这些及其他特征及优点，附图中：

图1为根据一实施例，激光加工系统的俯视立体图；

图2为图1所示激光加工系统沿X轴截取的局部剖视立体图；

图3为图2所示激光加工系统沿Z轴截取的局部剖视立体图；

图4A及图4B为根据另一实施例，激光加工系统的正视及后视立体图；

图5A至图5F为根据一实施例，例示在薄膜光电太阳能面板的不同层中形成线的侧视示意图；

图6A及图6B为可移动光学头的实施例的示意图，这些可移动光学头包含用以在遮罩投影之前分裂激光束的多重细激光束传输系统；

图7为遮罩的一实施例的立体示意图，此遮罩用于以矩形轮廓对激光束进行成像；

图8为遮罩的一实施例的正视示意图，此遮罩被过度填充以多个细光束；

图9为根据不同的实施例，对划刻线的不同截面形状及用于形成这些划刻线的相应遮罩开孔形状的图解说明；

图10为具有顶帽式轮廓的激光束的示意图；

图11为可移动光学头的实施例的立体示意图，此可移动光学头包含用以在遮罩投影之前分裂光束的多重细激光束传输系统；

图12为图11所示的光束传输系统的侧视示意图；

图13为可移动光学头的一实施例的立体示意图，此可移动光学头包含用以在遮罩投影之后分裂光束的多重细激光束传输系统；

图14为多重细激光束传输系统的另一实施例的俯视示意图，此多重细激光束传输系统在遮罩投影之后分裂光束；

图15为可移动光学头的又一实施例的侧视示意图，此可移动光学头包含用以在遮罩投影之后分裂光束的多重细激光束传输系统；

图16为多重细激光束传输系统的实施例中所用成像透镜阵列的端视示意图；以及