一种双光束单头激光加工系统的制作方法

本技术一种双光束单头激光加工系统。

背景技术：

1、激光加工系统已广泛应用于工业各领域，例如近年来，随着半导体产业的发展而出现的在半导体芯片的表面上用文字标记生产批次的激光打标器，以及为在多层基板的电子设备上实现各层间的连接而利用激光打小孔及特殊通孔（via hole）的激光钻孔系统等等。

2、如图1所示为现有技术中一种常规双头激光钻孔系统的概略构成图，由图上我们可以看到从激光振荡器1振荡产生的激光束依次通过准直器2和光圈3入射到作为光束分离器的半反射镜4上。入射到半反射镜4上的激光束约50%被反射进入主激光头6，而其余透射的激光束则进一步被反射镜5反射，经过机械快门进入副激光头7。进入主激光头6和副激光头7的激光束又分别通过主振镜扫描仪61和副振镜扫描仪71控制光线的偏转方向，然后通过对应的主f-theta透镜8和副f-theta透镜8分别聚焦照射至第一作业对象10和第二作业对象11上形成通孔。主振镜扫描仪61由主x轴振镜61a和主y轴振镜61b组成，而副振镜扫描仪71由副x轴振镜71a和第二y轴振镜71b组成，每个镜子通过对应的控制装置（未图示）驱动控制以调节其角度。

3、但是，上述常规双头激光钻孔系统其缺点是每个激光头都使用一个f-theta透镜，因此系统的制造成本会比较高。为此美国专利第6,462,306号公开了一种激光加工系统，其配置有两个振镜扫描仪的同时，仅具备一个f-theta透镜，两路激光束分别由两个振镜扫描仪控制扫描方向后均由单一的一个f-theta透镜聚焦并形成两路照射光束，能够在加工物的不同点位实施加工作业，这种系统结构精简，且成本降低。然而上述美国专利第6,462,306号中公开的激光加工系统依旧存在缺陷，两个振镜扫描仪控制扫描方向后的两路激光束的光轴均未以f-theta透镜的中心轴作为基准轴入射（也即由振镜扫描仪的中心点射出的激光束均不与f-theta透镜的中心轴重合），其造成的结果就是导致激光束在物件上的加工路径反馈后的客观视场与理论视场之间产生更大的视差，加剧客观视场的扭曲，即造成激光视场失真现象。

4、图2展示的是如上述美国专利公开的激光加工系统或类似激光加工系统中，振镜扫描仪（y轴振镜）出射的激光束以不同扫描角度入射至f-theta透镜的光路传播路径模拟图（该振镜扫描仪激光束扫描的基准轴相对f-theta透镜的中心轴偏移10mm）。如图2所示，由于振镜扫描仪激光束扫描的基准轴相对f-theta透镜的中心轴偏移10mm，因此分别以扫描角度5°、7.5°、15°入射的激光束路径均发生了严重歪曲。

5、图3是镜头记录下的图2中f-theta透镜射出的激光束在加工物件上照射扫描形成的网格的客观视场与理论视场的模拟比较图，由于入射的激光束光轴相对f-theta透镜的中心轴偏移而使得最终由f-theta透镜射出至物件上的激光束的视差增大，由图3可知，偏移后的激光束在物件上照射扫描的网格的客观视场发生了扭曲加剧的显著失真现象。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种双光束单头激光加工系统，其仅用一个f-theta透镜来聚焦形成两路加工用的激光束，不仅具有结构简单，制造成本低的特点，而且该激光加工系统还能够确保两个振镜扫描仪控制方向射出的两路激光束均以f-theta透镜的中心轴为基准轴入射至f-theta透镜，以此减少激光视场失真现象。

2、本实用新型的技术方案为：一种双光束单头激光加工系统，包括用于振荡产生第一偏振激光束的激光振荡器、用于将第一偏振激光束分成两路的半反射镜、用于将其中一路的第一偏振激光束的偏转方向旋转90度以转换为第二偏振激光束的相位板、用于控制另一路的第一偏振激光束方向的第一振镜扫描仪、用于控制第二偏振激光束方向的第二振镜扫描仪以及单激光头，该单激光头包括用于将经过第一振镜扫描仪射出的第一偏振激光束和经过第二振镜扫描仪射出的第二偏振激光束一同聚焦至置于工作台的加工物件上的f-theta透镜；其特征在于单激光头还包括置于f-theta透镜前部的偏振光束分离器，其用于透射第一偏振激光束和反射第二偏振激光束，并使得第一偏振激光束和第二偏振激光束均能以f-theta透镜的中心轴为基准轴入射至f-theta透镜。

3、众所周知，在振镜扫描仪的控制下，出射的偏振激光束将在加工物件所在平面上沿x-y方向偏转角度进行扫描，而扫描的基准轴也即由振镜扫描仪的中心点射出的激光束所在轴线，沿着基准轴射出的激光束在x、y方向上的扫描角度，或者偏转角度均为0。而以f-theta透镜的中心轴为上述基准轴也就意味着，从振镜扫描仪的中心点射出的激光束无论是经过偏振光束分离器的透射还是反射，最终的入射光轴均与f-theta透镜的中心轴重合，或者沿f-theta透镜的中心轴照射。

4、因此，在本实用新型中由第一振镜扫描仪的中心点射出的第一偏振激光束经偏振光束分离器透射后沿着f-theta透镜的中心轴入射至f-theta透镜上，而由第二振镜扫描仪的中心点射出的第二偏振激光束经偏振光束分离器反射后也沿着f-theta透镜的中心轴入射至f-theta透镜上，这两束入射光束在加工物件所在平面的x方向和y方向上的扫描角度均为0。

5、进一步的，本实用新型中还包括依次设于激光振荡器和半反射镜的所述第一偏振激光束光路上的准直器12和光圈14。

6、进一步的，本实用新型中所述第一偏振激光束为p偏振激光束，第二偏振激光束为s偏振激光束；或者所述第一偏振激光束为s偏振激光束，而第二偏振激光束为p偏振激光束。

7、进一步的，本实用新型中还包括设于所述第一偏振激光束和所述第二偏振激光束中至少一个的光路上用于将两者的路径长度调节至相等的反射镜组。

8、更进一步的，本实用新型中所述半反射镜和所述第一振镜扫描仪之间的第一偏振激光束的光路上设有第一反射镜组，而所述相位板和第二振镜扫描仪之间的第二偏振激光束的光路上设有第二反射镜组；第一反射镜组和第二反射镜组用于分别调节第一偏振激光束和第二偏振激光束的路径长度，以使得两者相等。

9、进一步的，本实用新型中所述第一振镜扫描仪包括第一x轴振镜21和第一y轴振镜，而第二振镜扫描仪包括第二x轴振镜和第二y轴振镜。所述第一、第二振镜扫描仪均用于控制相应的激光束的方向，以使其在工作台上的加工物件所在平面沿x-y方向扫描。

10、进一步的，本实用新型中还包括对应第一振镜扫描仪设置的第一波束阻尼器和对应第二振镜扫描仪设置的第二波束阻尼器。第一波束阻尼器的作用是：当第一振镜扫描仪不工作时，由其接收从第一振镜扫描仪控制偏转方向而射向它的第一偏振激光束。同理，第二波束阻尼器的作用是：当第二振镜扫描仪不工作时，由其接收从第二振镜扫描仪控制偏转方向而射向它的第二偏振激光束。

11、采用本实用新型技术方案的优点如下：

12、本实用新型一方面由于同样是配置两个振镜扫描仪而仅设置一个f-theta透镜（单激光头），其产生的两路激光束分别由两个振镜扫描仪控制方向后由单一的一个f-theta透镜聚焦并形成两路照射光束，能够在加工物件的不同点位实施加工作业，这种系统结构精简，且制造成本降低。

13、而同时，本实用新型中由于进一步为单激光图增加了偏振光束分离器，其用于透射第一偏振激光束和反射第二偏振激光束，以便确保第一偏振激光束和第二偏振激光束均能以f-theta透镜的中心轴为基准轴入射至f-theta透镜，进而减小经f-theta透镜射出的激光束在加工物件上照射扫描的加工路径视差，减少激光视场失真现象，进一步提高了这种激光加工系统的加工质量。

14、本实用新型的目的、优点和特点，将通过下面优先实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例是参照附图仅作为例子给出的。