[发明专利]一种激光加工钻孔系统

说明书

本发明专利提供一种激光加工钻孔系统，包括高功率激光器、扩束器、光束整形器、衍射光学元件、二维振镜、F‑theta扫描镜和工件台；所述高功率激光器出射的激光束经所述扩束器后，激光束照射到所述光束整形器和所述衍射光学元件，经所述二维振镜折转到所述F‑theta扫描镜上，最终在其焦面形成10倍微米量级大小的环形聚焦光斑；其中所述光束整形器和所述衍射光学元件改变激光束的空间分布，所述二维振镜和所述F‑theta扫描镜根据使用要求设定运动轨迹并驱动环形聚焦光斑完成预定轨迹的路径扫描。本发明的激光加工钻孔系统，结构简单，光路装调容易，方便系统集成，孔的纵深方向锥度小，孔的深径比值较大，且孔周围无破边，孔形良好，加工效率高。

技术领域

本发明涉及激光加工领域，尤其涉及用于激光精细微加工的激光钻孔系统(精细微：钻孔的孔直径最小可达到10um量级)。

背景技术

激光精细微加工技术作为一门涉及光、机、电、算以及材料等多学科技术，被广泛应用于半导体行业，尤其以集成电路为重。目前激光钻孔的主流技术是采用旋转电机驱动双光楔旋转，并在聚焦系统焦面上获取环形光斑，该环形光斑并非一次成型，而是由旋转电机转速决定，同时使用振镜实现使用路径的扫描，故环形光斑的生成存在时间上和空间上的延迟，该技术的主要问题是旋转电机转速不高，存在动平衡误差，使用寿命不长，旋转电机使用中需要配有水冷、气路和控制箱等配套设施，使得整个钻孔系统变得复杂，体积庞大，装调麻烦，同时加工效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述技术缺陷，提供一种激光加工钻孔系统，解决现有激光钻孔系统存在的加工效率低、系统复杂、体积大等问题。

为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种激光加工钻孔系统，包括激光器、扩束镜、光束整形器、衍射光学元件、二维振镜、F-theta扫描镜和工件台；

所述激光器为后续光路提供脉冲激光束；

所述扩束镜将所述激光器出射的激光束光斑进行扩展，同时降低激光束的发散角；

所述光束整形器将高斯光强分布的激光束重新整合成平顶均匀分布的激光束，激光束通过所述光束整形器只改变激光束光能量的分布态势，不改变激光束的光斑形状，故整形后的激光束仍为圆形光斑，且为边缘轮廓清晰的圆光斑，另外，激光束的传播方向仍为与系统的光轴保持水平；

所述衍射光学元件改变激光束的空间分布，将平顶均匀分布的激光束转化成与其光轴成特定角度的激光束，即通过所述衍射光学元件的激光束以光轴为旋转轴，并偏折光轴方向射出，该偏折角度值为所述F-theta扫描镜的视场角；

所述二维振镜根据使用要求预先设定运动轨迹，同时将沿特定角度方向射出的激光束导入到所述F-theta扫描镜上；

所述F-theta扫描镜将沿特定角度方向射入的激光束聚焦成环形光斑，所述二维振镜和所述F-theta扫描镜共同作用使所述F-theta扫描镜下聚焦的环形光斑按照预定轨迹完成路径扫描；

所述工件台用于将被加工件放置其上，且所述工件台为所述激光精细微加工钻孔系统的基准面；

所述衍射光学元件和所述F-theta扫描镜的性能参数满足如下关系：

D＝2f tan(θ) (1)

式中D为环形聚焦光斑的直径；f为所述F-theta扫描镜焦距；θ为所述衍射光学元件使激光束偏折光轴方向出射，并与光轴形成的角度值。

作为本发明的进一步改进，所述激光器为纳秒激光器，或皮秒激光器。

作为本发明的进一步改进，所述扩束镜为变倍系统。

作为本发明的进一步改进，所述F-theta扫描镜为像方远心光学系统。