本實(shí)用新型涉及激光加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光薄膜刻蝕裝置。

背景技術(shù)：

納米級(jí)的功能性薄膜已廣泛應(yīng)用于日常的消費(fèi)電子之中，根據(jù)應(yīng)用需求具有導(dǎo)電、增透、防腐等功能，如手機(jī)顯示屏表面的ITO導(dǎo)電膜，以及各種光學(xué)鏡頭表面的增透和增反膜，通常采用濺射的方式沉積于硅或玻璃等基底，在實(shí)際應(yīng)用中很多情況下都需要對(duì)薄膜進(jìn)行刻蝕，同時(shí)要求對(duì)基底材料的損傷越低越好，常用的機(jī)械加工難以完成厚度數(shù)百納秒的薄膜的刻蝕，而化學(xué)腐蝕所采用的溶液會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。而常規(guī)的激光加工采用激光直接對(duì)薄膜進(jìn)行燒蝕，存在以下問題：(1)工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)于大幅面加工，要求激光高速單次掃描便可完成加工，這就需要較高的激光能量密度，而較高的激光能量密度會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的熔融物飛濺，這些熔渣堆積在刻槽兩側(cè)和底部，會(huì)嚴(yán)重影響薄膜器件后續(xù)的性能；(2)激光束高斯分布的特征難以獲得陡峭的刻蝕邊緣；(3)加工過程中伴隨的熱效應(yīng)容易對(duì)基底材料產(chǎn)生損傷，同時(shí)激光刻蝕區(qū)域兩側(cè)的薄膜容易出現(xiàn)裂紋。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種激光薄膜刻蝕裝置，用于解決現(xiàn)有激光加工裝置對(duì)薄膜刻蝕邊緣質(zhì)量差且易損傷工件基底的技術(shù)問題。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所提出的技術(shù)方案為：

本實(shí)用新型的一種激光薄膜刻蝕裝置，其包括：用于發(fā)射超快激光的激光器；對(duì)激光進(jìn)行擴(kuò)束的擴(kuò)束裝置；用于控制光束透過的光闌；驅(qū)動(dòng)激光掃描的振鏡，場鏡以及工控機(jī)；其中，在所述工控機(jī)的控制下，所述激光器發(fā)射激光，激光依次經(jīng)過所述擴(kuò)束裝置，振鏡以及場鏡作用位于加工平臺(tái)上的表面設(shè)有薄膜的工件上，進(jìn)行薄膜刻蝕。

其中，所述的加工平臺(tái)上還設(shè)有一真空裝置，待加工的工件位于所述真空裝置內(nèi)以使工件形成真空刻蝕環(huán)境。

其中，所述激光器根據(jù)待加工的工件基底與表面薄膜的特性，波長為：對(duì)表面薄膜吸收率小于20％，對(duì)基底的吸收率大于50％。

其中，所述的激光器發(fā)射激光的模式為脈沖串。

其中，所述的脈沖串模式為：將單個(gè)高能量激光脈沖分解為三個(gè)及以上的連續(xù)脈沖串。

其中，所述的振鏡為3D振鏡。

一種激光薄膜刻蝕方法，其包括以下步驟：

第一步，將待加工的工件放置位于加工平臺(tái)上的真空裝置內(nèi)；

第二步，開啟真空裝置，使工件處于真空環(huán)境中；

第三步，開啟激光器，并將激光器調(diào)整至脈沖串模式，對(duì)工件進(jìn)行掃描刻蝕。

其中，所述激光器發(fā)射的激光為超快激光，激光波長根據(jù)工件的基底及表面薄膜特性選擇為：對(duì)表面薄膜吸收率低于20％，對(duì)基底的吸收率大于50％。

其中，所述激光器發(fā)射的激光經(jīng)過一光路系統(tǒng)調(diào)節(jié)后作用于工件，所述光路系統(tǒng)包括：對(duì)激光進(jìn)行擴(kuò)束的擴(kuò)束裝置；用于控制光束透過的光闌；驅(qū)動(dòng)激光掃描的振鏡，場鏡以及工控機(jī)；其中，在所述工控機(jī)的控制下，所述激光器發(fā)射激光，激光依次經(jīng)過所述擴(kuò)束裝置，振鏡以及場鏡作用位于加工平臺(tái)上的表面設(shè)有薄膜的工件上，進(jìn)行薄膜刻蝕。

其中，所述的脈沖串模式為：將單個(gè)高能量激光脈沖分解為三個(gè)及以上的連續(xù)脈沖串。

本實(shí)用新型公開的激光薄膜刻蝕裝置，其相比現(xiàn)有技術(shù)而言的有益效果在于，采用真空裝置將工件在真空下加工，防止沉渣對(duì)后續(xù)性能的影響，同時(shí)將激光輸出為脈沖串模式，防止普通激光高斯分布導(dǎo)致邊緣質(zhì)量差的問題，并且選擇合適波長的激光，在實(shí)現(xiàn)快速刻蝕的要求下，保護(hù)基底不受損傷。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型激光薄膜刻蝕裝置的功能模塊框圖。

圖2為本實(shí)用新型激光薄膜刻蝕裝置的普通激光脈沖示意圖。

圖3為本實(shí)用新型激光薄膜刻蝕裝置的脈沖串模式脈沖示意圖。

圖4為本實(shí)用新型激光薄膜刻蝕方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下參考附圖，對(duì)本實(shí)用新型予以進(jìn)一步地詳盡闡述。

請(qǐng)參閱附圖1至圖3，在本實(shí)施例中，該激光薄膜刻蝕裝置，其包括：用于發(fā)射超快激光的激光器1；對(duì)激光進(jìn)行擴(kuò)束的擴(kuò)束裝置2；用于控制光束透過的光闌3；驅(qū)動(dòng)激光掃描的振鏡4，場鏡5以及工控機(jī)8；其中，在所述工控機(jī)8的控制下，所述激光器1發(fā)射激光，激光依次經(jīng)過所述擴(kuò)束裝置2，振鏡3以及場鏡4作用位于加工平臺(tái)7上的表面設(shè)有薄膜的工件上，進(jìn)行薄膜刻蝕。

其中，對(duì)于大幅面加工，要求激光高速單次掃描便可完成加工需要較高的激光能量密度，而較高的激光能量密度會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的熔融物飛濺，這些熔渣堆積在刻槽兩側(cè)和底部，會(huì)嚴(yán)重影響薄膜器件后續(xù)的性能，因此，所述的加工平臺(tái)7上還設(shè)有一真空裝置6，待加工的工件位于所述真空裝置6內(nèi)以使工件形成真空刻蝕環(huán)境。

加工過程中伴隨的熱效應(yīng)容易對(duì)基底材料產(chǎn)生損傷，同時(shí)激光刻蝕區(qū)域兩側(cè)的薄膜容易出現(xiàn)裂紋。因此，所述激光器1根據(jù)待加工的工件基底與表面薄膜的特性，波長為：對(duì)表面薄膜吸收率小于20％，對(duì)基底的吸收率大于50％。通常情況下數(shù)百納米厚的功能性薄膜對(duì)于特定波長的激光具有較強(qiáng)的透過性，因此，在采用激光進(jìn)行加工時(shí)，通過選擇薄膜吸收率較低而基板具有較高吸收率的激光波長，可使激光透過薄膜聚焦于薄膜與基板的交界處，當(dāng)超快激光直接作用于基板時(shí)，瞬間使微量基板材料氣化，在狹小的空間內(nèi)氣體迅速膨脹，可使功能性薄膜脫離材料表面，達(dá)到加工去除的目的。

由于激光束高斯分布的特征難以獲得陡峭的刻蝕邊緣，所述的激光器1發(fā)射激光的模式為脈沖串。

其中，請(qǐng)?jiān)俅螀㈤喐綀D2和附圖3，所述的脈沖串模式為：將單個(gè)高能量激光脈沖分解為三個(gè)及以上的連續(xù)脈沖串。更具體的，所謂脈沖串即Burst mode，當(dāng)激光以普通方式輸出時(shí)其脈沖分布如圖2所示，相鄰脈沖間的時(shí)間間隔由脈沖頻率來決定。而采用脈沖串模式輸出時(shí)，如圖3，激光器總的功率輸出不變，單個(gè)高能量脈沖分解為連續(xù)的多個(gè)低能量脈沖，低能量脈沖的脈寬與高能量脈沖相同，能量總和也與高能量脈沖相同，在脈沖串內(nèi)，相鄰脈沖間的間隔為10-100ns。

在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)激光在普通模式下對(duì)薄膜進(jìn)行刻蝕時(shí)，存在以下問題：工業(yè)生產(chǎn)中要求單個(gè)脈沖便可完成薄膜的完全出去，但由于激光脈沖高斯光束的特性，光斑邊緣處仍然存在薄膜的殘留；而光斑中心處由于激光能量較高，不僅使薄膜完全出去，基板也受到一定程度地?fù)p傷；由于激光單個(gè)脈沖能量較高，多個(gè)光斑耦合刻蝕直線時(shí)容易產(chǎn)生熱積累，導(dǎo)致熱效應(yīng)邊緣的產(chǎn)生；能量密度較高時(shí)產(chǎn)生的等離子也較強(qiáng)，加工過程中會(huì)對(duì)激光能量產(chǎn)生屏蔽，降低刻蝕效率。

而采用脈沖串的方式輸出時(shí)，當(dāng)保持激光輸出功率、頻率和其他參數(shù)不變的情況下，隨著脈沖串中脈沖個(gè)數(shù)的增加，可解決以上問題：隨著脈沖能量的減小，單個(gè)光斑內(nèi)能量密度的梯度差減小，能量分布的均勻性增強(qiáng)，可減小高斯分布刻蝕不均勻的缺陷，因此，隨著脈沖串中脈沖個(gè)數(shù)的增加，刻蝕均勻性不斷增加，當(dāng)脈沖數(shù)大于4時(shí)，多個(gè)低能量的脈沖在數(shù)百納秒的時(shí)間內(nèi)對(duì)同一位置處的材料進(jìn)行去除，激光作用區(qū)域內(nèi)的薄膜被完全去除；當(dāng)采用脈沖串的方式輸出時(shí)，光斑中心處的激光能量密度減小，減小了基底的損傷程度，同時(shí)減小了加工過程中的熱效應(yīng)，避免熱效應(yīng)邊緣的產(chǎn)生；但采用脈沖串模式輸出時(shí)，減小了激光等離子體的強(qiáng)度，提高了激光能量的利用效率。

在本實(shí)施例中，所述的振鏡5為3D振鏡。

請(qǐng)參閱附圖4，本實(shí)施例還公開了一種激光薄膜刻蝕方法，其包括以下步驟：

第一步S1，將待加工的工件放置位于加工平臺(tái)上的真空裝置內(nèi)；

第二步S2，開啟真空裝置，使工件處于真空環(huán)境中；

第三步S3，開啟激光器，并將激光器調(diào)整至脈沖串模式，對(duì)工件進(jìn)行掃描刻蝕。

其中，所述激光器發(fā)射的激光為超快激光，激光波長根據(jù)工件的基底及表面薄膜特性選擇為：對(duì)表面薄膜吸收率低于20％，對(duì)基底的吸收率大于50％。

其中，所述激光器發(fā)射的激光經(jīng)過一光路系統(tǒng)調(diào)節(jié)后作用于工件，所述光路系統(tǒng)包括：對(duì)激光進(jìn)行擴(kuò)束的擴(kuò)束裝置；用于控制光束透過的光闌；驅(qū)動(dòng)激光掃描的振鏡，場鏡以及工控機(jī)；其中，在所述工控機(jī)的控制下，所述激光器發(fā)射激光，激光依次經(jīng)過所述擴(kuò)束裝置，振鏡以及場鏡作用位于加工平臺(tái)上的表面設(shè)有薄膜的工件上，進(jìn)行薄膜刻蝕。

其中，所述的脈沖串模式為：將單個(gè)高能量激光脈沖分解為三個(gè)及以上的連續(xù)脈沖串。

上述內(nèi)容，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非用于限制本實(shí)用新型的實(shí)施方案，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的主要構(gòu)思和精神，可以十分方便地進(jìn)行相應(yīng)的變通或修改，故本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。