[发明专利]一种激光精细加工设备

说明书

本发明公开了一种激光精细加工设备，可以实现石英、硅片、蓝宝石等硬脆材料的高质量加工，解决传统制造设备合格率低、可靠性差、加工质量低的问题。利用三波长超快激光，通过光路切换与光束空间整形调制，将激光束传输至不同的加工工位，加工工位具有紧聚焦、光束成丝、以及任意形状扫描的功能，可高效地实现多种材料的加工。同时，采用多硬件共用方式显著降低设备成本。

技术领域

本发明属于激光加工设备技术领域，尤其涉及一种激光精细加工设备。

背景技术

基于具有精细功能结构的高性能玻璃/硅材料的MEMS惯性器件和加速度计的制造水平决定着战略导弹的弹道控制和落点精度，航天器姿态控制和飞机导航定位，是影响战略导弹、载人航天、深空探测以及航空领域等重大型号研制成败的关键。然而，制备MEMS惯性器件的关键材料和第三代半导体材料具有硬度高、熔点高、脆性大等特点，属于典型的硬脆性材料。传统制造技术及设备在加工质量、合格率、可靠性上往往不能满足要求。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种激光精细加工设备，解决了基于硬脆材料的关键器件制造难题，满足了高性能玻璃和硅基MEMS、第三代电子3D集成封装中碳化硅等硬脆材料的高效高精度加工的需求，填补了国内空白。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种激光精细加工设备，包括：二层光学平台、连接区光学平台、一层加工平台和阶梯型加工台；其中，一层加工平台和二层光学平台分别设置在阶梯型加工台的第一级台阶面和第二级台阶面上，连接区光学平台设置在阶梯型加工台第一级台阶面与第二级台阶面的过渡面上；

二层光学平台，用于发射至少三种不同波长的激光束；

连接区光学平台，用于对二层光学平台输出的激光束进行空间整形处理后输出至层光学平台，实现对一层加工平台上承载的待加工样片的精细加工；

一层加工平台，用于承载待加工样片，调整待加工样片的加工位置；以及，在待加工样片调整至预定的加工位置后，接收连接区光学平台输出的激光束对待加工样片的加工，并在加工过程中，按照加工需求调整待加工样片的加工轨迹。

在上述激光精细加工设备中，二层光学平台，包括：超快激光器、红外激光扩束镜、光阑、红外激光缩束镜、红外激光全反镜a、红外激光全反镜b、红外激光空间光调制器、红外激光全反镜c、红外激光正透镜a、红外激光全反镜d、红外激光半波片、红外激光偏振片、红外激光分束镜、红外激光波段CCD相机、红外激光全反镜e、红外激光正透镜b、紫外激光全反镜a、紫外激光扩束镜、绿光激光全反镜a和绿光激光扩束镜；

超快激光器可发射红外激光束、紫外激光束和绿光激光束；

红外激光束的光路路径如下：超快激光器发射的红外激光束经红外激光扩束镜扩束后，通过光阑将红外激光束光斑外沿的能量剔除，获得平顶分布激光束，再经红外激光缩束镜进行缩束，通过红外激光全反镜a将红外激光束反射至红外激光全反镜b，经红外激光全反镜b反射的红外激光束入射至红外激光空间光调制器的靶面上，进行红外激光束的空间整形，经空间整形后的红外激光束由红外激光全反镜c反射至红外激光正透镜a，经红外激光正透镜a出射红外激光全反镜d，经红外激光全反镜d反射后依次经过红外激光半波片、红外激光偏振片入射至红外激光分束镜，红外激光束的一部分能量经红外激光分束镜反射至红外激光波段CCD相机，通过红外激光波段CCD相机对红外激光束光束整形后的光斑空间能量分布进行检测、观察；红外激光束的另一部分能量经红外激光分束镜透射至红外激光全反镜e，再经红外激光全反镜e反射至红外激光正透镜b，通过红外激光正透镜b出射；

紫外激光束的光路路径如下：超快激光器发射的紫外激光束，经紫外激光全反镜a反射后入射至紫外激光扩束镜，通过紫外激光扩束镜扩束后出射；

绿光激光束的光路路径如下：超快激光器发射的绿光激光束，经绿光激光全反镜a反射后入射至绿光激光扩束镜，通过绿光激光扩束镜扩束后出射。