[发明专利]硅棒快速解裂的激光加工装备及其方法

权利要求书

1.硅棒快速解裂的激光加工装备，其特征在于：包括用于驱使硅棒上下移动及360度旋转的X-θ二维运动机构(14)、用于扫描测量硅棒侧壁三维轮廓的三维轮廓扫描仪(21)、用于在硅棒的侧壁表面形成预切刻痕的预切激光加工系统以及用于沿着预切刻痕扫描加热并解裂分离的解裂激光加工系统，所述三维轮廓扫描仪(21)设置于X-θ二维运动机构(14)的侧部，预切激光加工系统和解裂激光加工系统布置于X-θ二维运动机构(14)的侧部；

所述预切激光加工系统包含沿光路依次设置的脉冲激光器(31)、第一3D扫描振镜(32)和第一扫描场镜(33)，第一3D扫描振镜(32)与第一扫描场镜(33)连接于一体，位于X-θ二维运动机构(14)的侧面；

所述解裂激光加工系统包含沿光路依次设置的连续激光器(41)、第二3D扫描振镜(42)和第二扫描场镜(43)，第二3D扫描振镜(42)与第二扫描场镜(43)连接于一体，位于X-θ二维运动机构(14)的侧面。

2.根据权利要求1所述的硅棒快速解裂的激光加工装备，其特征在于：所述脉冲激光器(31)是波长500nm～1100nm、激光功率大于50w、脉冲宽度300fs～1us的脉冲激光器。

3.根据权利要求1所述的硅棒快速解裂的激光加工装备，其特征在于：所述连续激光器(41)是波长500nm～10700nm、激光功率大于500W的连续激光器。

4.根据权利要求1所述的硅棒快速解裂的激光加工装备，其特征在于：所述X-θ二维运动机构(14)包含X轴运动模组(11)以及连接于其上的θ轴运动模组(12)，所述X轴运动模组(11)包含X轴大理石底架、X轴直线导轨、X轴运动板和控制X轴运动板运动的X轴直线电机，X轴直线导轨和X轴直线电机安装于X轴大理石底架上，X轴运动板置于X轴直线导轨上，X轴直线电机与X轴运动板驱动连接，从而控制X轴运动板沿X轴直线导轨运动；所述θ轴运动模组(12)包含旋转DD马达和石英载物架，石英载物架安装于旋转DD马达上，旋转DD马达固定于X轴运动板上。

5.根据权利要求4所述的硅棒快速解裂的激光加工装备，其特征在于：所述X轴直线导轨为竖立设置，X轴直线电机驱动X轴运动板上下移动。

6.根据权利要求4所述的硅棒快速解裂的激光加工装备，其特征在于：所述θ轴运动模组(12)上安装有用于夹持固定硅棒的夹紧机构(13)。

7.利用权利要求1所述的装备实现硅棒快速解裂的激光加工方法，其特征在于：硅棒固定于X-θ二维运动机构(14)上，硅棒倒置下垂，X-θ二维运动机构(14)可驱使硅棒上下移动以及360度旋转；

由X-θ二维运动机构(14)带动硅棒运动，位于X-θ二维运动机构(14)一侧的三维轮廓扫描仪(21)对硅棒侧壁的三维轮廓进行扫描测量；

预切激光加工系统的脉冲激光器(31)输出脉冲激光，入射至第一3D扫描振镜(32)及第一扫描场镜(33)，第一3D扫描振镜(32)根据三维轮廓扫描仪(21)测量的硅棒侧壁的三维轮廓，形成预设的预切轨迹；通过X-θ二维运动机构(14)的步进和第一3D扫描振镜(32)区域性扫描，在硅棒的侧壁表面沿着预切轨迹形成预切刻痕；

解裂激光加工系统的连续激光器(41)输出连续激光，入射至第二3D扫描振镜(42)及第二扫描场镜(43)，沿着激光预切刻痕进行扫描加热，利用热应力使得预切刻痕裂纹延展，使硅棒按照预先设定轨迹解裂分离。

8.根据权利要求7所述的硅棒快速解裂的激光加工方法，其特征在于：预切刻痕的深度大于0.1mm。

9.根据权利要求7所述的硅棒快速解裂的激光加工方法，其特征在于：脉冲激光器(31)输出波长500nm～1100nm、激光功率大于50w、脉冲宽度300fs～1us的脉冲激光。

10.根据权利要求7所述的硅棒快速解裂的激光加工方法，其特征在于：连续激光器(41)输出波长500nm～10700nm、激光功率大于500W的连续激光。