用于加工材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种借助于脉冲激光器(1)加工材料(2)的方法，其中，为了加工将激光脉冲(10)的序列(S)引入材料(2)中，其中激光脉冲(10)的序列(S)由至少两个序列元素(SE)构成，其中一个序列元素(SE)包括单个激光脉冲(10)、单个激光脉冲(10)的特定系列或激光脉冲(10)群、优选GHz激光脉冲群，并且对每个序列元素(SE)赋予特定的序列元素特性，这些序列元素特性包括序列元素的激光焦点的位置，并且序列(S)的每个序列元素(SE)的激光焦点的位置在垂直于激光脉冲的传播方向的平面中以序列元素精确的方式调整，和/或序列(S)的每个序列元素(SE)的激光焦点的位置沿着激光脉冲的传播方向以序列元素精确的方式调整。元素精确的方式调整。元素精确的方式调整。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于加工材料的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于借助于脉冲激光器的激光脉冲加工材料的方法，特别是用于借助于超短脉冲激光器的激光脉冲进行加工的方法，其中，可以使用高激光功率来进行加工。

技术介绍

[0002]在基于引入超短激光脉冲的消融和分离方法中，通常对切口或沟槽的几何形状以及切割边缘的质量提出高要求。同时应实现高的工艺吞吐量。
[0003]为了满足这些要求，在常规的消融和分离方法中，聚焦激光束沿着加工轨迹被引导到工件上。在此，典型地，能量以恒定的时间间隔(例如与激光器的重复率同步)在由进给确定的不同位置沉积在材料中。为了优化这些常规消融和分离方法，可以通过光束整形来更改聚焦激光束的加工特性，并因此例如获得特定形状的切割边缘(具有例如大的切割边缘陡度)。
[0004]提出了将声光偏转器用于能量沉积的空间优化，例如在US 9036247 B2、US 9776277B2、US 10391585 B2中所披露。

技术实现思路

[0005]基于已知的现有技术，本专利技术的目的是提供一种用于加工材料的改进的方法以及对应的装置。
[0006]该目的通过具有权利要求1的特征的用于加工材料的方法来实现。由从属权利要求、说明书和附图中可以得出有利的发展。
[0007]相应地，提出了一种用于借助于脉冲激光器加工材料的方法，其中激光脉冲序列被引入材料中用于加工，其中每个序列的开始与激光器的基频同步，其中激光脉冲序列由在空间和时间上彼此偏移的至少两个不同序列元素构成，其中序列元素包括单个激光脉冲、、或激光脉冲群、优选GHz激光脉冲群，并且其中对每个序列元素赋予特定的序列元素特性。在这种情况下，序列元素特性包括序列元素的激光焦点的位置，并且所述序列的每个序列元素的激光焦点的位置以序列元素精确的方式调整。
[0008]这里，待加工的材料可以是比如金属箔、聚合物或塑料等材料。待加工的材料还可以是半导体，例如，比如硅或锗等单质半导体，或比如砷化镓等III
‑
V族半导体，或有机半导体，或任何其他类型的半导体。例如，材料可以是硅晶圆。特别地，材料可以是层系统，其中每个层能够选自金属、聚合物、塑料或半导体的组。
[0009]在这种情况下，激光器提供激光束的激光脉冲，其中各单个激光脉冲在光束传播方向上形成激光束。特别地，激光器可以是超短脉冲激光器，其中各单个激光脉冲的脉冲长度优选地短于10ns，优选地短于500ps。
[0010]代替单个激光脉冲，激光器还可以提供激光脉冲群，其中每个脉冲群包括多个激光脉冲的发射。在这种情况下，激光脉冲可以在特定时间间隔上前后非常密集地发射，间隔
几皮秒到几纳秒。特别地，激光脉冲群可以是GHz脉冲群，其中相应脉冲群的相继激光脉冲的系列在GHz范围内发生。
[0011]激光脉冲被引入材料中，结果是可以对材料进行加工。在这种情况下，引入可以意味着激光束的能量至少部分地被吸收在材料内。在此，激光束的焦点可以在光束传播方向上位于待加工材料的表面上方或表面下方在待加工材料的体积中。焦点位置也可以精确定位在待加工材料的表面上。
[0012]特别地，术语“聚焦”通常可以理解为有针对性的强度提升，其中激光能量会聚在“聚焦区域”中。特别地，在下文中，表述“聚焦”因此独立于实际使用的光束形状和用于引起强度提升的方法而使用。沿光束传播方向的强度提升位置也可能受到“聚焦”的影响。例如，强度提升可以是几乎点状的并且聚焦区域可以具有高斯强度截面，如高斯激光束所提供的那样。强度提升也可以线状地构成，其中在焦点位置周围出现贝塞尔型聚焦区域，如可以由非衍射光束提供的那样。此外，其他更复杂的光束形状也是可能的，这些形状的焦点位置在三个维度上延伸，例如由高斯激光束和/或非高斯强度分布构成的多点轮廓。
[0013]由于从激光束吸收能量，材料根据激光的强度分布而变热和/或由于激光与材料之间的电磁相互作用而转变为临时等离子体状态。特别地，因此不仅可以使用线性吸收过程而且可以使用非线性吸收过程，这通过使用高激光能量或激光强度来实现。相应地，特别在激光的焦点处对材料改性，因为激光束的强度在那里最大。这特别可以实现的是，材料的一部分可以从材料化合物中分离出来，例如熔化或蒸发。因此，关于激光与待加工材料之间的相互作用，可以使用本身已知的加工工艺，这些工艺例如被作为激光钻孔、冲击钻孔或激光烧蚀公知。
[0014]由于激光与待加工材料的相互作用，也可能在材料中或材料上施加或引入材料改性。
[0015]材料改性应理解为在接着被加工的材料的热平衡方面永久性的材料改变，例如该材料的网状结构或该材料的(局部)密度，这种改性在原因上来自于入射的直接激光辐射产生的局部加热、以及后续冷却和/或电子弛豫过程。
[0016]在此，材料中的或材料上的材料改性可以例如是该材料的结构(特别是晶体结构、和/或无定形结构、和/或化学结构、和/或机械结构)的改性。
[0017]如果主要被引入材料的体积中，则材料改性位于材料内。相比之下，如果材料改性主要对材料的表面进行改性，则材料改性位于材料上。然而，特别地，材料改性可以取决于激光束的焦点位置和光束轮廓而引入材料中或施加到材料上。
[0018]材料改性也可以是物理性质(例如，强度、和/或抗挠强度、和/或材料对弯曲力和剪切力以及剪切应力和拉伸应力的耐受性)的直接改变。特别地，材料改性也可以是密度的局部改变，这可以取决于所选择的材料。例如，材料中的密度变化可以引起应力区和压缩区，应力区和压缩区的材料硬度比未经处理的材料高。此外，两种相邻的材料可以通过材料改性而相互连接，特别是焊接。
[0019]根据这里提出的方法，激光脉冲序列被引入材料中以用于加工材料，其中，一个序列由至少两个不同的序列元素构成。序列元素可以包括单个激光脉冲、单个激光脉冲的特定系列、或激光脉冲群，其中该脉冲群也能够是GHz激光脉冲群。也可以将单个激光脉冲和/或单脉冲系列和/或脉冲群组合在序列元素中。个别序列元素的激光脉冲首先由脉冲激光
器提供。
[0020]对每个序列元素赋予特定序列元素特性。在这种情况下，序列元素特性例如包括由脉冲激光器确定的特性，例如波长或脉冲持续时间。然而，序列元素特性还可以包括不是由脉冲激光器本身确定的、而是由其他方法或装置赋予的特性。
[0021]在这种情况下，序列元素特性包括每个序列元素的激光焦点的位置，其中每个序列元素的激光焦点的位置以序列元素精确的方式调整。特别地，这可以意味着激光焦点的位置在垂直于激光脉冲的传播方向的平面中以序列元素精确的方式调整，和/或激光焦点的位置沿着传播方向以序列元素精确的方式调整，从而使得激光焦点可以在可触及的定位体积内自由定位。
[0022]通过相应的光学元件可以使激光束沿传播方向聚焦。在聚焦过程中，激光束的强度朝向激光焦点的位置最大化。相应地，在光束传播方向上在激光焦点位置上游或下游的激光束强度低于激光焦点位置本身处的激光束强度。这尤其适用于允许实现限定的聚焦的高斯光束。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于借助于脉冲激光器(1)加工材料(2)的方法，其中为了加工待加工的材料(2)将激光脉冲(10)的序列(S)引入到该材料(2)中，其中，每个序列(S)的开始与所述激光器(1)的基频(16)同步，其中，所述激光脉冲(10)的序列(S)由在空间和时间上彼此偏移的至少两个不同的序列元素(SE)构成，其中，序列元素(SE)包括单个激光脉冲(10)、单个激光脉冲(10)的特定系列、或激光脉冲(10)群、优选GHz激光脉冲群，其中，对每个序列元素(SE)赋予特定的序列元素特性，并且所述序列元素特性包括序列元素的激光焦点的位置，并且所述序列(S)的每个序列元素(SE)的激光焦点的位置以序列元素精确的方式调整。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述序列元素特性包括脉冲能量和/或强度，并且所述序列(S)的每个序列元素(SE)的脉冲能量和/或强度以序列元素精确的方式调整。3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，所述序列元素特性包括在引入序列元素期间该序列元素的时间上的发展。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述序列元素特性包括序列元素(SE)与前一和/或后一序列元素(SE)之间的时间间隔，并且该时间间隔对于所述序列(S)的每个序列元素(SE)调整，其中优选地，通过所述激光器(1)的基频(16)给出最小时间间隔和/或时间间隔变化。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述序列元素特性包括光束几何形状，并且该光束几何形状对于每个序列元素(SE)以序列元素精确的方式调整，其中优选地，通过序列元素(SE)的激光脉冲(10)形成的激光束(12)被分成至少两个子激光束(120，122)，其中这些子激光束(120，122)特别优选被彼此同步地引入到所述材料(2)中，和/或这些子激光束(120，122)特别优选彼此并排并且彼此间隔开地沿着一条线成像。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述序列元素特性对于每个序列元素(SE)以脉冲精确的方式调整，其中所述序列元素特性的调整优选地与所述激光器(1)的基频(16)同步。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了加工该材料(2)将激光脉冲(10)的至少两个序列(S)引入到所述材料(2)中，其中优选地，每个序列(S)的相同序列元素(SE)在相同位置引入到所述材料(2)中。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
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所述激光脉冲的波长在200nm至2500nm之间，和/或
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脉冲持续时间小于激光脉冲的重复持续时间，特别是...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：通快激光与系统工程有限公司，
类型：发明
国别省市：