射频 激光陶瓷基板划片机光路设计及分析
硅片激光划片切割工艺概况
硅片激光划片切割工艺概况１用激光来划片切割硅片是目前最为先进的，它使用精度高、而且重复精度也高、工作稳定、速度快、操作简单、维修方便。
２激光最大输出≧５０W（可调）、激光波长为１.０６４µm、切割厚度≦１.２mm、光源是用Nd：YAG晶体组成激光器、是单氪灯连续泵浦、声光调Q、并用计算机控制二维工作台可预先设定的图形轨迹作各种精确运动。
±部件分析：１操作可分为外控与内控。
２计算机操作系统－有专用软件设立工作台划片步骤实现划片目标。
３电源控制盒－供应激光电源、Q电源驱动、水冷系统的输入电源进行分配及自控，当循环水冷系统出现故障时，自动断开激光电源及Q电源驱动盒的供电。
４激光电源盒－点燃氪灯的自动引燃恒流电源。
５Q电源驱动盒－产生射频信号并施加到Q开关晶体对激光进行有无控制和Q调制。
６激光糸统氪灯将电能转化为光能，在聚光腔内反射到Nd：YAG晶体棒上，输出镜与全反镜组成光谐振腔，使光振荡放人形成激光，经反射镜与聚焦镜，到达加工工件表面。
当光谐振镜片偏差或腔内各光学器件端面污染或氪灯老化，均会影响激光输出。
７调Q晶体Q电源驱动盒输出射频信号至调Q晶体，对激光进行偏转或调制，控制激光输出或关断，以提高激光的峰值功率。
当调Q晶体略偏移或调Q工作电源太小，调Q效果会明显下降。
８水循环系统本机冷却用水建议使用去离子水或纯水，并应保持其纯净。
本机电光转换率≤3％，极大部分电能会以热能形式由水循环冷却带走。
－旦无水循环冷却会立即损坏激光器，水循环系统可提供本机水循环功能。
无水或水路堵塞时，会立即输出关机保护信号给电源控制盒，切断激光电源盒供电，同时报警提示灯(红灯)亮，以警示用户，同时会有蜂呜器发山蜂鸣声，以提示用户及时补充冷却水。
9 压缩机制冷系统本机采用优质变频控制压缩机制冷系统，可随时根据水循环系统中水温变化来控制压缩机自动变频工作，使水循环系统中水温能保持在一个极小范围内波动，从而保证本机能长时间稳定可靠的输出激光。
激光划片机的制作技术
本技术新型公开了一种激光划片机，解决了弱光环境中操作不方便的问题，其技术方案要点是，固定座的侧面于靠近二维工作台的位置枢接有盖板，固定座的底面于靠近盖板的一侧水平向外延伸有用于抵接盖板的支撑板，盖板上靠近二维工作台的板面设有照明灯，本技术新型的激光划片机，设置于盖板上的照明灯能够对二维工作台进行照明，省去了借助外部照明工具的麻烦，也能减少周围外部光源的布置，节省了电能；枢接于固定座上的盖板能够在固定座上进行开合，利用支撑板能够有效将盖板翻开后的角度限定在水平位置，以使照明灯能够与固定座的底面平齐，使投射到二维工作台上的光线不会受到固定座的遮挡，从而保证了二维工作台的表面不会出现阴影。
技术要求1.一种激光划片机，包括二维工作台(1)和架设于所述二维工作台(1)的上方并用于安装激光器(2)的固定座(3)，其特征是：所述固定座(3)的侧面于靠近二维工作台(1)的位置枢接有盖板(4)，所述盖板(4)的转动平面呈竖直设置，所述固定座(3)的底面于靠近盖板(4)的一侧水平向外延伸有用于抵接盖板(4)的支撑板(5)，所述盖板(4)上靠近二维工作台(1)的板面设有照明灯(6)。
2.根据权利要求1所述的激光划片机，其特征是：所述照明灯(6)设有若干，若干所述照明灯(6)等间隔排列于盖板(4)上靠近其活动端的边沿。
3.根据权利要求1所述的激光划片机，其特征是：所述固定座(3)的侧面还设有分别位于盖板(4)的两条侧边并用于扣接盖板(4)的卡扣(7)。
4.根据权利要求2所述的激光划片机，其特征是：所述盖板(4)的活动端开设有长条状的凹槽(8)，所述凹槽(8)内嵌合有转向板(9)，所述转向板(9)的两端分别枢接于凹槽(8)的两端，若干所述照明灯(6)沿着凹槽(8)的长度方向等间隔排列于转向板(9)的板面上。
5.根据权利要求4所述的激光划片机，其特征是：所述转向板(9)的两端分别向外延伸有转向轴(10)，所述凹槽(8)的两侧分别开设有供所述转向轴(10)穿设的转向孔(11)，所述转向轴(10)与转向孔(11)过盈配合。
基于DSP的激光划片机控制系统研制的开题报告
基于DSP的激光划片机控制系统研制的开题报告一、选题背景和意义激光划片机是一种利用激光技术对电池片进行切割加工的设备，其具有高效、精度高、加工质量好等优点。
然而，激光划片机系统作为一种高性能的设备，其精准的切割需要依靠高精度的运动控制系统来实现。
目前，常见的激光划片机控制系统大多采用传统的单片机、运放等电路实现，难以满足激光划片机高速、高精度、高可靠性等要求。
因此，基于DSP的激光划片机控制系统的研制成为一种发展趋势。
该系统利用DSP的高速、高精度、高可靠性等特点，可实现对激光划片机的高精度运动控制和数控加工控制，具有更高的加工效率和更好的加工质量。
二、研究内容和技术路线本项目旨在研制基于DSP的激光划片机控制系统，其主要研究内容包括：1. 激光划片机的运动控制功能研究，主要包括对切割速度、切割深度等运动参数的控制。
2. DSP控制器的软硬件设计研究，主要包括DSP控制器的核心程序设计以及外围元件的选型和设计。
3. 控制系统的稳定性设计与优化，主要包括控制系统的稳定性分析和优化设计，保证系统的高效、高精度和高可靠性。
4. 触摸屏操作界面的设计，实现人机交互控制。
技术路线如下：1. DSP控制器的硬件设计。
选用高性能的TMS320F2812 DSP芯片进行控制器设计，通过ADC模块采集反馈信号，PWM模块输出控制信号。
2. DSP控制器的软件设计。
基于CCS开发环境，采用C语言编程实现DSP硬件控制程序，实现对激光划片机的高精度运动控制和数控加工控制。
3. 控制系统的稳定性设计与优化。
通过系统控制理论分析，对控制系统进行稳定性优化设计，提高控制系统的稳定性和性能。
4. 触摸屏操作界面的设计。
采用QT图形界面工具进行界面设计，实现用户友好的人机交互控制。
三、预期成果和实施方案预期成果：完成基于DSP的激光划片机控制系统的设计和实现，实现对激光划片机的高效、高精度、高可靠性控制，达到下列要求：1. 切割速度：2m/s以上，切割精度：小于0.05mm。
半导体射频陶瓷基板
半导体射频陶瓷基板半导体射频陶瓷基板是一种用于射频电路和微波电路的关键元件，具有优异的性能和可靠性。
本文将从材料特性、制造工艺、应用领域等方面详细介绍半导体射频陶瓷基板的相关知识。
一、材料特性半导体射频陶瓷基板通常采用氧化铝（Al2O3）陶瓷材料制成，具有良好的绝缘性能、高温稳定性和低介电损耗等特点。
其介电常数通常在9-12之间，介电损耗角正切在0.0003以下，使其在射频和微波领域具有广泛应用。
二、制造工艺半导体射频陶瓷基板的制造工艺主要包括材料制备、成型、烧结和加工等环节。
首先，将氧化铝粉末与其他添加剂进行混合，然后通过压制或注塑成型的方式得到所需形状的陶瓷基板。
接下来，在高温条件下进行烧结，使陶瓷基板形成致密的结构。
最后，根据具体要求进行加工，如切割、钻孔、抛光等，以满足不同尺寸和形状的需求。
三、应用领域半导体射频陶瓷基板广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信、微波炉等领域。
在无线通信领域，射频陶瓷基板可以用于制造功率放大器、滤波器、耦合器等射频器件，帮助实现无线信号的传输和处理。
在雷达领域，射频陶瓷基板可以用于制造天线、耦合器、脉冲压缩器等组件，提高雷达系统的性能和灵敏度。
在卫星通信领域，射频陶瓷基板可以用于制造低噪声放大器、频率合成器、滤波器等器件，实现卫星通信的高速稳定传输。
此外，射频陶瓷基板还可以用于微波炉中的加热元件，具有良好的热稳定性和耐高温性能。
总结：半导体射频陶瓷基板是一种在射频和微波电路中广泛应用的关键材料，具有优异的性能和可靠性。
其材料特性包括良好的绝缘性能、高温稳定性和低介电损耗等特点，制造工艺包括材料制备、成型、烧结和加工等环节。
在应用领域上，射频陶瓷基板主要应用于无线通信、雷达、卫星通信和微波炉等领域，用于制造各种射频和微波器件，帮助实现信号的传输和处理。
随着无线通信和微波技术的不断发展，半导体射频陶瓷基板在电子行业中的重要性将日益凸显。
V500型CO2激光机及其Al2O3电子陶瓷基板加工技术
介质， 夹层为 高压 冷 却 油 ） ， 其 形 状为 “ ｚ ” 形结构 ， 共 振 腔 包含 有 ４个光 学表 面 镜 （ 反射镜 ） ， 其 中 右 上方 为 输
出镜 （ 也 叫前 镜 ） ， 左下 方 为后镜 。 光 学共振 腔 的前 后 镜 之 间注 入 了激 光 介 质 ， 输出 镜部 分 反射 ， 激光 由此输 出 ； 后镜 几 乎 全 反 射 ， 由此 输
・
３ ２ ・
陶瓷 ｃ ｅ ｒ 啪ｉ ｃ ｓ
科 技篇 （ 研究与 开发） ２ ０ １ ４ 年１ １ 月
图 １ 光 学 共 振 腔 示 意 图
等离 子体 发射 管 是 把 电子 能 转 换 为光 能 的场所 ，
及 激光 聚焦 等。 如 前所 述 ， 光 学 共振 腔 是产 生 激 光 的场 所 ， 因此 ， 等离 子体 管 内的 激 光 介 质 的成 分 比例 和 气 压 、 “ ｚ ” 形
的 因素
２ ． １ 激 光 加 工 原 理
，
模型 ， 具有较 高 的峰值 。对 于共 振腔 的调 节 ， 要 求在 最
摘 要 主要 介 绍 了 Ｖ５ ０ ０型 Ｃ Ｏ 激 光 机 的结 构 、 原 理 以 及 加 工 电 子 陶 瓷基 片 的相 关 技 术 ， 利 用 激 光 加 工 陶瓷 基 板 ， 是 满 足 厚 膜 混 合 集 成 电路 等 产 品 生 产 和 科 研 需 要 的 主 要 方 法 之 一 。 关 键 词 Ｃ ０ 激 光 机 陶瓷 基 片 加 工 技 术 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｑ１ ７ ４ ． ７ ５ ６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ２ —２ ８ ７ ２ （ ２ ０ １ ４ ） １ １ —０ ０ ３ １ —０ ３
DISCO 7020划片机操作步骤
第一面间距 第二面间距 划片速度 激光调Q频率 激光能量
2、点击 进入下一 步。
第三步、放入wafer开始划片
1、选择 进入自动 划片。
第三步、放入wafer开始划片
2、打开 仓门，放 入待划的 wafer。 注意： a、定位 边放置朝 下，与陶 瓷吸盘的 平边平行； b、wafer 的各处边 缘与陶瓷 吸盘的边 缘距离相 等； c、小破 片放置在 吸盘的中 间。
DISCO 7020划片机操作步骤
芯片工艺部 2010.04.29
第一步、选择程序
1、选择进 入划片程 序。
2、选择不同 的文件夹， PRODUCTIO N_partial为 破片程序； PRODUCTIO N_whole为整 片程序。
3、选择 与品种 相同的 程序名。
4、点击 进入下 一步。
第二步、确认程序
第三步、放入wafer开始划片
3、点击吸 附真空。注 意显示的真 空值应小于 Pa。
4、点击 开始划片。
第四步、划片
第四步、划片
第五步、下片
5、点击破 除真空
6、打开仓 门，取出 wafer。
第六步、放入新一片
射频激光对氧化铝陶瓷基片划片的研究
第27 卷第4 期2003 年8 月激光技术LA SER TECHNOLO GYVol. 27 ,No. 4August ,2003文章编号: 100123806 (2003) 0420352205射频激光对氧化铝陶瓷基片划片的研究侯廉平陈培峰陈清明(华中科技大学激光技术与工程研究院,武汉,430074)摘要: 分析了RF CO2 激光陶瓷基板划片的机理及工艺参数选择的原则。
通过数值模拟和实验,分析了脉冲频率、脉冲宽度、划片速度、辅助气压大小、离焦量等工艺参数对激光划片质量的影响。
关键词: RF CO2 激光器;划片;氧化铝陶瓷基片;数值模拟中图分类号: TN249 ; T G665 文献标识码: AStudy on laser scribing of Al2O3 ceramic substrate with RF CO2 laserHou L i anping , Chen Peif eng , Chen Qingmin g( Institute of Laser Technology & Engineering , HUST ,Wuhan ,430074)Abstract : The mechanism of scribing ceramic substrate with RF CO2 laser and fundamental choice law of technical parameters are analyzed. Through numerical sim ulation and experiment , the influences of factors such as frequency of pulse ,pulse width ,scribing speed ,pressure of assistant air on the quality of laser scribing are investigated.K ey words : RF CO2 laser ;scribing ;Al2 O3 ceramic substrate ;numerical simulation引言高性能的氧化铝陶瓷基片因其硬度、强度、绝缘性、导热性的特殊性能,在电子工业中已大量用来作为IC 基板、多层陶瓷基板等,是IT 产业的新宠。
激光划片机的工作原理
激光划片机的工作原理
激光划片机是一种高精度的切割设备，它的工作原理是利用激光束对材料进行切割。
激光划片机的主要部件包括激光器、光路系统、切割头、控制系统等。
激光器是激光划片机的核心部件，它能够产生高能量、高密度的激光束。
激光束经过光路系统的聚焦透镜，聚焦成一束高能量的光点，然后通过切割头对材料进行切割。
切割头包括一个反射镜和一个透镜，反射镜能够将激光束反射到透镜上，透镜能够将激光束聚焦成一束高能量的光点。
控制系统是激光划片机的重要组成部分，它能够控制激光器的输出功率、光路系统的聚焦透镜的位置和切割头的移动速度等参数。
控制系统还能够根据切割材料的不同特性，调整激光器的输出功率和光路系统的聚焦透镜的位置，以达到最佳的切割效果。
激光划片机的工作原理是利用激光束对材料进行切割，激光束能够将材料加热到高温，使其熔化或汽化。
在切割过程中，激光束的功率密度非常高，能够将材料瞬间加热到高温，从而实现高速、高精度的切割。
激光划片机广泛应用于电子、光电、机械、汽车、航空航天等领域，能够对各种材料进行切割，如金属、非金属、塑料、橡胶、陶瓷等。
激光划片机具有切割速度快、精度高、切割质量好、无需刀具更换
等优点，是现代制造业中不可或缺的一种切割设备。
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斑变成圆光斑 ; 空间滤波器滤去高阶模 , 提高光 直距离 , 减小聚焦光斑半径 , 提高功率密度 ; 激 束 质 量 , 使 激 光 器 出 来 的 激 光 束 为 准 基 模 光通过聚焦可以聚成能量密度很高的小光斑 , 以 ( M2 < 1. 3) 。(3) 圆偏振镜可使线偏振光变成圆 达到划片所需要的激光功率密度 。下面着重对圆 偏振光 , 消除划片方向对划片质量的影响 。 (4) 偏振镜和扩束镜进行讨论 。 3 ×扩束镜可减小光束发散角 , 增加激光束的准
为了消除偏振光对加工过程的影响 , 必须在 导光系统中加上一个圆偏振镜 , 将激光器输出的 线偏振光转换为圆偏振光 。如图 5 所示 。
图 3 偏振平面和切割方向对割缝形状的影响 Fig. 3 Influence on incision figure by polarized plane and
Design of beam delivery system for RF CO2 laser ceramic substrate scriber
HOU Lian2ping , CHEN Pei2feng , WANG Wei
(1. National Research Center for Optoelectronic Technology , Institute of Semiconductor , Beijing 100083 , China ;
(1. 中国科学院 半导体研究所 国家光电子工艺中心 , 北京 100083 ; 2. 华中科技大学 激光工程研究院 , 湖北 武汉 430074)
摘要 : 介绍了 RF CO2 激光陶瓷基板划片的特点 。分析了导光系统的设计原则 , 着重讨论了圆偏振镜和伽利略离焦望远 镜的作用和特点 。对导光系统进行了优化和模拟 , 给出了导光系统的光路图及成像质量图 。试验结果和理论相符 , 系统 划片速度可达 10 m/ min , 划缝宽度 < 0. 1 mm , 划缝深度 > 0. 3 mm。利用所设计的陶瓷划片机加工的氧化铝陶瓷基片可 与国外同类划片机相媲美 关 键 词 : 激光加工设备 ; 陶瓷基板 ; 划片机 ; 光路 ; 设计 中图分类号 : TG665 文献标识码 : A
收稿日期 : 2003209220 ; 修订日期 : 2003211229.
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
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光学 精密工程 第 12 卷
Fig. 4 Reflectance curves at different angle of incidence ( λ = 10. 6μm)
偏振方向与入射面也成 45°角 。这样 , 入射线偏 振光可以分解为两个幅度相等 、偏振方向互相垂 直的线偏振光 : 平行于入射面的线偏振光和垂直
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
2. Institute of Laser Technology & Engineering , HUS T , Wuhan 430074 , China)
Abstract : The current requirements for laser ceramic substrate scriber systems are high light beam quality , fast scrib2 ing velocity , narrow scribing groove , small heat2affected zone , smooth cross2section , and independence of scribing quality from scribing direction. The light guide system designed can satisfy all the above2mentioned requirements , and it includes anamorphic lens , space filter , circular polarizer , Galileo defocusing telescope and focusing lens , and it has a scribing velocity of up to 10 m/ min , a scribing width of less than 0. 1 mm , and a scribing depth of more than 0. 3 mm. Key words : laser processing equipment ; ceramic substrate ; scriber ; light paths ; design
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光学 精密工程 第 12 卷
于入射面的线偏振光 。圆偏振镜对这两束线偏振 光具有相同的反射率和不同的相移角 , 二者的相 移角之差为 90°。经圆偏振镜反射的这两束线偏 振光合成为圆偏振光 , 光波电矢量幅值不变 , 以 光波频率绕传播方向旋转 。在各个方向 , 光波的 性质和作用都是相同的 , 不会造成激光在 X 轴和 Y 轴方向加工的差异性 。上述原理已被实验所证 明。 3. 2 3 ×扩束镜
虽然激光器发出的激光束的光束质量较好 , M2 < 1. 3 , 但未加扩束镜之前 , 根本不能对氧化 铝陶瓷进行划片 。
采用倒置望远镜可对激光束进行光学变换 , 降低光束的发散角 , 并将激光束束腰位置变换到 加工位置中心 。对小功率的激光束 , 传统的倒置 望远镜的前后镜一般是正透镜 , 亦称开普勒倒置 望远镜系统 。但对大功率的激光束 , 倒置望远镜 的前镜不宜采用正透镜 , 因为倒置望远镜前镜的 焦距比较短 , 聚焦焦斑比较小 , 在大功率的情况 下 , 容易引起人身安全事故 , 还会引起空气击 穿 , 造成光束畸变 , 光束质量变差 。因此 , 对大 功率激光束 , 倒置望远镜的前镜采用凹透镜 , 后 镜采用凸透镜 , 其等效光路见图 6 。这种扩束 镜 , 也称伽利略望远镜 。与开普勒望远镜系统相 比 , 伽利略望远镜外形尺寸紧凑 , 扩束物镜与聚 焦镜之间的距离不受限制 , 负目镜可对正物镜的 像差进行补偿 , 系统形式简单 , 并且可避免正透 镜会聚而引起的强光效应以及对目镜的破坏 。
incision direction
图 5 圆偏振镜将线偏振光转换为圆偏振光 Fig. 5 Operating principles of circular polarizer
圆偏振镜表面有特种双折射镀膜 (氟化钍或
氟化钡) 。线偏振光以 45°入射角入射圆偏振镜 ,
图 4 氧化铝陶瓷基片的反射率随入射角的变化 ( λ = 10. 6μm)
上述切割现象是由于激光相对切割方向偏转 导致反射率不同而引起的 。通过计算可得到当波 长为 10. 6μm , 氧化铝陶瓷在不同的入射角时对 S 波和 P 波的反射率 (见图 4) 。直线偏振光的偏振 平面的方向总是不变的 , 所以切割方向一变化 , 切割方向与偏振平面或是同向或是垂直 , 切割情 况从而变化 。相反 , 圆偏振光的偏振平面总是变 化的 , 即使切割方向变化也对它没有影响 。
1 引 言
射频激励封离式 CO2 激光陶瓷划片与传统的 陶瓷划片相比具有如下优点[125] : 属非接触式加 工 , 不存在刀具磨损 , 无需更换刀具 , 而且与被 刻划材料的硬度完全无关 , 划缝细、划缝速度快、
断面光滑、不损伤基板 ; 射频波可实现高频幅度 调制 , 可高频调制激光增益和激光输出 , 调制频 率最高可达 100 kHz ; 输出高频方波脉冲 , 具有高 峰值功率 ; 光束质量好 ( M2 < 1. 3) ; 激光器采用 全封离式设计 , 性能优越 , 免维护 , 系统的集成 性好 。为陶瓷加工开辟了一个全新的领域 。
光 , 而偏振平面和切割方向对割缝形状的影响见 图 3[7] 。图 3 (a) 表示当切割方向与偏振光平面 重合时 , 切割缝窄而垂直 , 切割面整洁 。图 3 (c) 表示当切割方向与偏振光平面垂直时 , 切割 缝宽 , 切割面上的割痕凹凸不平 。图 3 ( b) 表 示切割方向与偏振光平面成 45°夹角时 , 割缝容 易倾斜 。
表 1 激光器性能 Tab. 1 Laser specification[6]
性能参数
规格
性能参数
规格
输出功率
250 W
M2
< 1. 3 ( K> 0. 07)
功率范围
10～250 W
脉冲频率
0～100 kHz
有效峰值功率
200～750 W
脉冲能量范围
10～500 mJ
脉冲上升和下降时间
< 60μs
功率稳定性 光束指向稳定性
光束椭圆度 光束直径 (1/ e2 )
光束发散角 波长
光束偏振
< ±8 % < 200μrad < 1. 2∶1 6. 8 ±0. 5 mm 2. 1 ±0. 3 mrad 10. 6 ±0. 2μm 线性 > 100∶1
3. 1 圆偏振镜 由于激光器输出光束是平行于底板的线偏振
图 1 RF CO2 激光陶瓷划片机构成框图 Fig. 1 Structure of RF CO2 ceramic substrate scriber
3 导光系统设计
导光系统负责将激光器输出的高质量激光束 传送到陶瓷加工表面 , 并尽可能地减少光束传输 过程中的光束质量的降低 。同时 , 导光系统还能
第 12 卷 第 1 期 2004 年 2 月 文章编号 10042924X (2004) 0120037206
光学 精密工程