专利名称：雷射制程参数调校方法及自动参数调校的雷射加工机的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种参数调校方法，特别是一种雷射制程参数调校方法。
背景技术：
雷射划线制程广泛地应用于太阳能电池片(Solar cell)、硅晶圆(Wafer)、半导体材料及陶瓷材料的划线切割。以雷射划线制程取代传统刀轮切割的优势在于仅需切割表面，省略刀轮切割后需再经过磨边与清洗的动作，并改善以刀轮切割易产生碎片的缺点。但其可能造成切割表面焦黑或表面因压力碎裂而将融熔材料挤压成山脊状的突圆现象 (Hillock)。因此，雷射参数的选择是提供良好切割表面质量的重要关键。雷射设备的机构复杂，因此其制程的参数繁多，诸如雷射功率、雷射焦距、雷射移动速率、雷射触发频率、Q开关频率等。为了迎合不同产品需求，需对各参数进行调整，以找出最佳的参数组合。然而，参数种类众多，且参数间通常会相互影响将产生多种组合与实验测试。再者，亦有分析不易的困难。因此，通常需有具雷射调校经验的专家于生产线上直接针对制程结果进行调整，反复测试，影响制程效率且耗费人力。因此，需要一种可针对不同的雷射制程及不同产品质量要求，进行有效率的分析方法，以利快速找出最佳参数组合，而生产出最佳质量的产品。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提出关于雷射制程参数调校方法，用以快速找出适宜的参数以满足雷射加工质量需求。本发明提出一种雷射制程参数调校方法，用以调校Q开关雷射的复数个雷射参数，包含下列步骤以实验取得雷射参数的候选数值范围，雷射参数包含焦距深度、Q开关频率及雷射功率；自雷射参数的候选数值范围的上下限数值及中间值的组合中，以实验取得符合制程质量需求的最佳参数数值组合；根据最佳参数数值组合，以二分法更新雷射参数的候选数值范围；及重复前一步骤直至雷射参数的候选数值范围的中间值至上下限数值的间距符合雷射参数的最小可设定分辨率。据此，可得到雷射参数的最佳设定数值。较佳地，以实验取得雷射参数的候选数值范围的步骤，包含固定雷射功率及Q开关频率为适当数值范围的中间值，以实验取得焦距深度符合制程质量的候选数值范围，若均不符制程质量，则降低雷射功率再进行实验；固定焦距深度为候选数值范围的中间值，固定雷射功率为适当数值范围的中间值，实验出Q开关频率符合制程质量的候选数值范围， 若均不符制程质量，则降低雷射功率再进行实验；及固定焦距深度及Q开关频率为候选数值范围的中间值，实验出雷射功率符合制程质量的候选数值范围，若均不符制程质量，则降低Q开关频率再进行实验。较佳地，自雷射参数的候选数值范围的上下限数值及中间值的组合中，以实验取得符合制程质量需求的最佳参数数值组合的步骤可采用灰关联法进行。较佳地，最佳参数数值组合是否符合制程质量是以复数个特征参数进行判断，特征参数包含切割线宽、热影响区大小、切割边缘的突圆大小、切割线切断与否及切割线均勻与否。本发明亦提出一种雷射制程参数调校方法，用以调校脉冲式雷射的复数个雷射参数，包含下列步骤以实验取得雷射参数的候选数值范围，雷射参数包含焦距深度及雷射功率；自雷射参数的候选数值范围的上下限数值及中间值的组合中，以实验取得符合制程质量需求的最佳参数数值组合；根据最佳参数数值组合，以二分法更新雷射参数的候选数值范围；及重复前一步骤直至雷射参数的候选数值范围的中间值至上下限数值的间距符合雷射参数的最小可设定分辨率。据此，可得到雷射参数的最佳设定数值。较佳地，以实验取得雷射参数的候选数值范围的步骤，包含固定触发频率及雷射运动速度；固定雷射功率，以实验取得焦距深度符合制程质量的候选数值范围；及固定焦距深度为候选数值范围的中间值，调整雷射功率至可达最低去除能力，并设定为雷射功率的候选数值范围的中间值，以雷射功率的最小可设定分辨率扩大为雷射功率的候选数值范围的上下限数值。较佳地，自雷射参数的候选数值范围的上下限数值及中间值的组合中，以实验取得符合制程质量需求的最佳参数数值组合的步骤可采用灰关联法进行。较佳地，最佳参数数值组合是否符合制程质量是以复数个特征参数进行判断，特征参数包含切割线宽、热影响区大小、切割边缘的突圆大小、切割线切断与否及切割线均勻与否。较佳地，于重复前一步骤直至雷射参数的候选数值范围的中间值至上下限数值的间距符合雷射参数的最小可设定分辨率的步骤后，更包含于雷射制程实时回授雷射加工坐标及雷射触发时间，以补偿雷射触发至发射的延迟时间。本发明的次要目的在于应用前述的雷射制程参数调校方法，使得雷射加工机台自动进行参数最佳化。本发明提出一种自动参数调校的雷射加工机台，包含加工平台，承载一加工件； 雷射装置，发出雷射光而加工加工件；复数个感测装置，感测加工件经加工后的复数个特征参数；及中央控制装置，控制加工平台、雷射装置及复数个感测装置，并接收外部设定的制程质量需求，中央控制装置包含运动控制模块，用以控制雷射装置与加工平台间相对运动；雷射控制模块，用以控制雷射装置的触发时间及复数个雷射参数；及自动调校模块，根据特征参数，以前述的雷射制程参数调校方法校正雷射参数。有关本发明的较佳实施例及其功效，兹配合图式说明如后。
图1为本发明第一实施例的雷射制程参数调校方法流程图。图2为本发明第二实施例的雷射制程参数调校方法流程图。图3为本发明第三实施例的雷射加工机台方块示意图。主要组件符号说明Sll S14、S21 S25 步骤3 雷射加工机台31 加工平台
32 雷射装置321 雷射光331 同轴视觉模块332 表面轮廓仪333 高度量测仪334:四点探针量测仪335:相位显微仪34:中央控制装置341 运动控制模块342 雷射控制模块343:自动调校模块4 加工件
具体实施例方式以下举出具体实施例以详细说明本发明的内容，并以图式作为辅助说明。说明中提及的符号参照图式符号。雷射的种类依功率变化可分为连续波雷射(Continuous Wave laser, Cff laser) 及脉冲雷射(Pulsed laser)两种。而脉冲雷射又可细分为一般脉冲式雷射、Q开关雷射及锁模雷射(Mode-lock laser)，其脉冲时间分别约为10_3至10_6秒、数个至数百个10_9秒及 10_12至10_15秒。于此，本发明第一实施例是用于向量模式制程，尤指以Q开关雷射进行向量移动加工；本发明第二实施例是用于离散点运动模式制程，尤指以一般脉冲式雷射进行点阵运动加工。以下实施例是以对面板进行切割为例进行说明。请参照图1所示，为本发明第一实施例的雷射制程参数调校方法流程图。一种雷射制程参数调校方法，用以调校Q开关雷射的复数个雷射参数，包含下列步骤步骤Sll 以实验取得雷射参数的候选数值范围，雷射参数包含焦距深度、Q开关频率及雷射功率。于此，凡熟习本领域者应可理解，本发明所述的方法进行之前，应预先进行雷射加工机台校正，以确认雷射加工的可行性。例如确认加工平台为水平、了解雷射焦距深度 (Depth of focus, D0F)范围。步骤Sll更包含下列步骤步骤Slll 固定雷射功率及Q开关频率为适当数值范围的中间值，并以实验取得焦距深度符合制程质量的候选数值范围，若均不符制程质量，则降低雷射功率再进行实验。于此，以雷射功率及Q开关频率为固定因子，变换焦距深度进行实验。若加工结果不符合制程质量，则再调整焦距深度，进而取得有效的焦距深度范围。然而，因雷射功率较Q 开关频率对于加工质量的影响小。故若未能找到符合制程质量的焦距深度范围，则降低雷射功率再进行实验，直至找到符合制程质量的焦距深度范围。步骤S112 固定焦距深度为候选数值范围的中间值，固定雷射功率为适当数值范围的中间值，实验出Q开关频率符合制程质量的候选数值范围，若均不符制程质量，则降低雷射功率再进行实验。于此，如同步骤S111，但改以焦距深度及雷射功率为固定因子，变换Q开关频率进
6行实验。因步骤Slll已找到适当的焦距深度范围，因此将此步骤的焦距深度设定为候选数值范围的中间值。若加工结果不符合制程质量，则再调整Q开关频率，进而取得有效的Q开关频率范围。然而，因雷射功率较焦距深度对于加工质量的影响小。故若未能找到符合制程质量的 Q开关频率范围，则降低雷射功率再进行实验，直至找到符合制程质量的Q开关频率范围。步骤S113 固定焦距深度及Q开关频率为候选数值范围的中间值，实验出雷射功率符合制程质量的候选数值范围，若均不符制程质量，则降低Q开关频率再进行实验。于此，如同步骤S112，但改以焦距深度及Q开关频率为固定因子，变换雷射功率进行实验。因步骤Slll及步骤S112已找到适当的焦距深度范围及Q开关频率范围，因此将此步骤的焦距深度范围及Q开关频率设定为候选数值范围的中间值。若加工结果不符合制程质量，则再调整雷射功率，进而取得有效的雷射功率范围。 然而，因Q开关频率较焦距深度对于加工质量的影响小。故若未能找到符合制程质量的雷射功率范围，则降低Q开关频率再进行实验，直至找到符合制程质量的雷射功率范围。步骤S12 :自雷射参数的候选数值范围的上下限数值及中间值的组合中，以实验取得符合制程质量需求的一最佳参数数值组合。于此，由步骤Slll至步骤S113实验出雷射参数的候选数值范围，可得候选数值范围的上下限数值及中间值。续而，找出加工质量最好的组合，特别是可采用灰关联法(Grey Relational Analysis, GRA)进行。例如焦距深度的上限、Q开关频率的中间值及雷射功率的下限为最佳参数数值组合。步骤S13 根据最佳参数数值组合，以二分法更新雷射参数的候选数值范围。于此，根据最佳参数数值组合位于候选数值范围的趋势，以二分法将候选数值范围缩小一半。例如焦距深度的最佳参数为其候选数值范围的上限，则将候选数值范围缩小为候选数值范围的上半部。步骤S14 重复前一步骤直至雷射参数的候选数值范围的中间值至上下限数值的间距符合雷射参数的最小可设定分辨率。于此，根据雷射机台的雷射参数可设定的最小分辨率，作为重复进行二分法的停止点。据此，可得到焦距深度、Q开关频率及雷射功率的最佳设定数值。上述有关判断最佳参数数值组合是否符合制程质量的依据，是以复数个特征参数进行判断。特征参数包含切割线宽、热影响区(Heat-affectedzone，HAZ)大小、切割边缘的突圆大小、切割线切断与否及切割线均勻与否。实质上，可视实际制程质量需求而定。于此，所述加工可为切割、消融蚀刻、钻孔或退火(Annealing)。因此熟习本领域者应能理解， 上述判断制程质量的特征参数并非以此为限。请参照图2所示，为本发明第二实施例的雷射制程参数调校方法流程图。一种雷射制程参数调校方法，用以调校脉冲式雷射的复数个雷射参数，包含下列步骤步骤S21 :以实验取得雷射参数的候选数值范围，雷射参数包含焦距深度及雷射功率。于此，步骤S21更包含下列步骤步骤S211 固定触发频率及雷射运动速度。于此，雷射运动速度所指为雷射光与加工平台的相对运动速度，可为加工平台的运动速度或雷射装置的运动速度，而对加工平台承载的加工件进行加工。依据光斑重叠率(overlap ratio)及雷射线宽，可决定雷射触发频率及雷射运动速度。例如以20μπι的线宽、重叠率为50%，若运动速度为500mm/s，约需50kHz的触发频率。步骤S212 固定雷射功率，以实验取得焦距深度符合制程质量的候选数值范围。于此，因焦距深度较雷射功率对于加工质量的影响大，故优先找出焦距深度的候选数值范围。于此，以雷射功率为固定因子，变换焦距深度进行实验。若加工结果不符合制程质量，则再调整焦距深度，进而取得有效的焦距深度范围。步骤S213 固定焦距深度为候选数值范围的中间值，调整该雷射功率至可达最低去除能力，并设定为雷射功率的候选数值范围的中间值，以雷射功率的最小可设定分辨率扩大为雷射功率的候选数值范围的上下限数值。于此，以焦距深度为固定因子，并设定为候选数值范围的中间值，变换雷射功率进行实验。当雷射达到去除材料的最低去除能力时，将此雷射功率设定为候选数值范围的中间值。续而以雷射功率可设定的最小分辨率自候选数值范围的中间值扩大为候选数值范围的上下限数值，以利后续步骤进行。步骤S22 自雷射参数的候选数值范围的上下限数值及中间值的组合中，以实验取得符合制程质量需求的一最佳参数数值组合。于此，由步骤S211至步骤S213实验出雷射参数的候选数值范围，可得候选数值范围的上下限数值及中间值。续而，找出加工质量最好的组合，特别是可采用灰关联法进行。 例如焦距深度的上限及雷射功率的中间值为最佳参数数值组合。步骤S23 根据最佳参数数值组合，以二分法更新雷射参数的候选数值范围。于此，根据最佳参数数值组合位于候选数值范围的趋势，以二分法将候选数值范围缩小一半。例如焦距深度的最佳参数为其候选数值范围的上限，则将候选数值范围缩小为候选数值范围的上半部。步骤S24 重复前一步骤直至雷射参数的候选数值范围的中间值至上下限数值的间距符合雷射参数的最小可设定分辨率。于此，根据雷射机台的雷射参数可设定的最小分辨率，作为重复进行二分法的停止点。据此，可得到焦距深度及雷射功率的最佳设定数值。为使雷射触发与雷射运动同步，步骤SM后更包含步骤S25 于雷射制程实时回授一雷射加工坐标及一雷射触发时间，以补偿雷射触发至发射的延迟时间。于此，回授雷射对应加工平台的X坐标及Y坐标，并回授雷射触发的时间，作为实时校正之用。据以使雷射与加工平台相对运动时，雷射光斑位置符合预期，避免因雷射触发延迟而使实际加工位置与预期加工位置不符，而造成雷射光斑的重叠率不均勻。于此，可透过校正雷射触发时间或调整雷射与加工平台的相对运动达成。上述有关判断最佳参数数值组合是否符合制程质量的依据，是以复数个特征参数进行判断。特征参数包含切割线宽、热影响区大小、切割边缘的突圆大小、切割线切断与否及切割线均勻与否。实质上，可视实际制程质量需求而定。于此，本发明第一级第二实施例虽以面板切割进行说明，但本发明并非以此为限，所述加工可为切割、消融蚀刻、钻孔或退火(Annealing)。因此熟习本领域者应能理解，上述判断制程质量的特征参数并非以此为限。
请参阅图3所示，为本发明第三实施例的雷射加工机台方块示意图。一种自动参数调校的雷射加工机台3包含加工平台31、雷射装置32、复数个感测装置及中央控制装置 34。其中，复数个感测装置选自同轴视觉模块(Coaxial vision sensor) 331、表面轮廓仪 (Laser profiling sensor) 332、高度量测仪 333、四点探针量测仪(Four-pointprobe) 334、 相位显微仪335及其组成的群组。加工平台31用以承载一加工件4。雷射装置32用以发出雷射光321而加工加工件4。感测装置用以感测加工件4经加工后的复数个特征参数。举例而言，同轴视觉模块 331用以判别切割线宽及热影响区大小；表面轮廓仪332用以量测切割边缘的突圆大小；高度量测仪333量测加工件4表面平坦度及划线(Film scribing)厚度，而可得知切割线均勻与否；四点探针量测仪334量测加工件4阻抗，用以检测切割线切断与否；相位显微仪335 用以快速量测加工件4表面平坦度，以供加工时实时修正。中央控制装置34控制加工平台31、雷射装置32及复数个感测装置，并具有操控接口以供接收外部设定的制程质量需求。其中，中央控制装置34包含运动控制模块341、 雷射控制模块342及自动调校模块343。运动控制模块341用以控制雷射装置32与加工平台31间相对运动。雷射控制模块342用以控制雷射装置32的触发时间及复数个雷射参数。自动调校模块343根据特征参数，以前述第一及第二实施例的雷射制程参数调校方法校正雷射参数。于此，前述第一及第二实施例中判断符合制程质量的步骤，实质上可透过复数个感测装置取得复数个特征参数而输入至自动调校模块343。自动调校模块343进一步根据外部输入的制程质量需求，比对各特征参数，而判断加工是否符合制程质量；续而，通知雷射控制模块342进行雷射参数的调整。并且，自动调校模块343接收加工平台31的X、Y坐标及雷射装置32的触发时间， 以获得雷射何时触发及对应的加工位置的信息。进而可进行如前述步骤S25，由雷射控制模块342补偿雷射触发至发射的延迟时间，而调整雷射触发时间，以使雷射加工可同步于加工平台31运动；或者，调整加工平台31的运动控制参数进行同步。特别是，加工平台31除具有供加工件4进行加工的加工区外，更具有一测试区，以供利用前述第一及第二实施例的雷射制程参数调校方法先行进行雷射参数选择。待选定雷射参数的最佳设定数值后，于加工区进行加工。加工时，可透过高度量测仪333及相位显微仪335快速检测加工件4表面，藉以微调雷射参数以符合制程质量。综上所述，透过本发明提出的雷射制程参数调校方法可有条理地进行雷射制程参数调校，并使加工产品符合预期。并且，由本发明提出的雷射加工机台配合前述雷射制程参数调校方法，可达到雷射机台自动参数校正的功效。虽然本发明的技术内容已经以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明， 任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神所作些许的更动与润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种雷射制程参数调校方法，用以调校Q开关雷射的复数个雷射参数，该调校方法包含下列步骤以实验取得该些雷射参数的候选数值范围，该些雷射参数包含一焦距深度、一 Q开关频率及一雷射功率；自该些雷射参数的候选数值范围的上下限数值及中间值的组合中，以实验取得符合制程质量需求的一最佳参数数值组合；根据该最佳参数数值组合，以二分法更新该些雷射参数的候选数值范围；及重复前一步骤直至该些雷射参数的候选数值范围的中间值至上下限数值的间距符合该些雷射参数的最小可设定分辨率。
2.如权利要求1所述的雷射制程参数调校方法，其特征在于以实验取得该些雷射参数的候选数值范围的步骤，包含固定该雷射功率及该Q开关频率为适当数值范围的中间值，以实验取得该焦距深度符合制程质量的候选数值范围，若均不符制程质量，则降低该雷射功率再进行实验；固定该焦距深度为候选数值范围的中间值，固定该雷射功率为适当数值范围的中间值，实验出该Q开关频率符合制程质量的候选数值范围，若均不符制程质量，则降低该雷射功率再进行实验；及固定该焦距深度及该Q开关频率为候选数值范围的中间值，实验出该雷射功率符合制程质量的候选数值范围，若均不符制程质量，则降低该Q开关频率再进行实验。
3.如权利要求1所述的雷射制程参数调校方法，其特征在于自该些雷射参数的候选数值范围的上下限数值及中间值的组合中，以实验取得符合制程质量需求的一最佳参数数值组合的步骤可采用灰关联法进行。
4.如权利要求1所述的雷射制程参数调校方法，其特征在于该最佳参数数值组合是否符合制程质量是以复数个特征参数进行判断，该些特征参数包含切割线宽、热影响区大小、切割边缘的突圆大小、切割线切断与否及切割线均勻与否。
5.一种雷射制程参数调校方法，用以调校脉冲式雷射的复数个雷射参数，该调校方法包含下列步骤以实验取得该些雷射参数的候选数值范围，该些雷射参数包含一焦距深度及一雷射功率；自该些雷射参数的候选数值范围的上下限数值及中间值的组合中，以实验取得符合制程质量需求的一最佳参数数值组合；根据该最佳参数数值组合，以二分法更新该些雷射参数的候选数值范围；及重复前一步骤直至该些雷射参数的候选数值范围的中间值至上下限数值的间距符合该些雷射参数的最小可设定分辨率。
6.如权利要求5所述的雷射制程参数调校方法，其特征在于以实验取得该些雷射参数的候选数值范围的步骤，包含固定一触发频率及一雷射运动速度；固定该雷射功率，以实验取得该焦距深度符合制程质量的候选数值范围；及固定该焦距深度为候选数值范围的中间值，调整该雷射功率至可达最低去除能力，并设定为该雷射功率的候选数值范围的中间值，以该雷射功率的最小可设定分辨率扩大为该雷射功率的候选数值范围的上下限数值。
7.如权利要求5所述的雷射制程参数调校方法，其特征在于自该些雷射参数的候选数值范围的上下限数值及中间值的组合中，以实验取得符合制程质量需求的一最佳参数数值组合的步骤可采用灰关联法进行。
8.如权利要求5所述的雷射制程参数调校方法，其特征在于该最佳参数数值组合是否符合制程质量是以复数个特征参数进行判断，该些特征参数包含切割线宽、热影响区大小、切割边缘的突圆大小、切割线切断与否及切割线均勻与否。
9.如权利要求5所述的雷射制程参数调校方法，其特征在于于重复前一步骤直至该些雷射参数的候选数值范围的中间值至上下限数值的间距符合该些雷射参数的最小可设定分辨率的步骤后更包含于雷射制程实时回授一雷射加工坐标及一雷射触发时间，以补偿雷射触发至发射的延迟时间。
10.一种自动参数调校的雷射加工机台，包含 一加工平台，承载一加工件；一雷射装置，发出一雷射光而加工该加工件； 复数个感测装置，感测该加工件经加工后的复数个特征参数；及一中央控制装置，控制该加工平台、该雷射装置及该些感测装置，并接收外部设定的制程质量需求，该中央控制装置包含一运动控制模块，用以控制该雷射装置与该加工平台间相对运动； 一雷射控制模块，用以控制该雷射装置的触发时间及复数个雷射参数；及一自动调校模块，根据该些特征参数，以如权利要求1至9中任一项所述的雷射制程参数调校方法校正该些雷射参数。
全文摘要
一种雷射制程参数调校方法，用以调校Q开关雷射的复数个雷射参数，包含下列步骤以实验取得雷射参数的候选数值范围，雷射参数包含焦距深度、Q开关频率及雷射功率。自雷射参数的候选数值范围的上下限数值及中间值的组合中，以实验取得符合制程质量需求的最佳参数数值组合。根据最佳参数数值组合，以二分法更新雷射参数的候选数值范围。重复前一步骤直至雷射参数的候选数值范围的中间值至上下限数值的间距符合雷射参数的最小可设定分辨率。一种调校脉冲式雷射的复数个雷射参数的调校方法及一种自动参数调校的雷射加工机亦在此提出。
文档编号B23K26/42GK102463412SQ201010551098
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者李俊豪 申请人:李俊豪