專利名稱：制造工件的方法和激光加工設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造工件的方法，例如微機(jī)電系統(tǒng)-(MEMS)。 發(fā)明內(nèi)容根據(jù)實(shí)施方式的一個(gè)方面， 一種制造工件的方法包括如下步驟用 激光照射工件以使該工件的溫度上升至使該工件的至少一部分熔融的升 高水平；以及使所述工件的至少一部分保持熔融直至所述工件的該部分 被分開。


圖l是示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的示例性激光加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是示意性地表示精細(xì)工件的結(jié)構(gòu)的局部放大平面圖。圖3是示意性地表示其中用激光束照射臨時(shí)保持器(retainer)的狀 態(tài)的局部放大透視圖。圖4是表示在根據(jù)本發(fā)明的示例性激光加工設(shè)備中，激光束照射時(shí) 間、精細(xì)工件的溫度和激光束輸出之間的關(guān)系的圖表。圖5是示意性地表示其中臨時(shí)保持器熔融并被分開的狀態(tài)的局部放 大透視圖。圖6A至6E是表示本發(fā)明實(shí)施方式中的工件的示意性剖視圖。 圖7是表示在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的激光加工設(shè)備中，激光束照射時(shí) 間、精細(xì)工件的溫度和激光束輸出之間的關(guān)系的圖表。
具體實(shí)施方式
光轉(zhuǎn)換元件是廣泛公知的。光轉(zhuǎn)換元件含有反射鏡陣列。反射鏡陣列含有多個(gè)MEMS反射鏡。MEMS反射鏡將從光纖的多個(gè)輸入端口發(fā)射的光 反射到該光纖的多個(gè)輸出端口，由此轉(zhuǎn)換光信號路徑。在各MEMS反射鏡中，固定電極的前面面對可移動(dòng)電極的后面?？梢?動(dòng)電極在其前面上具有鏡面?？梢苿?dòng)電極聯(lián)接到可移動(dòng)電極基板，使得 可以改變可移動(dòng)電極的姿勢?？梢苿?dòng)電極的姿勢，即，鏡面的姿勢由于 在固定電極和可移動(dòng)電極之間產(chǎn)生的靜電吸引而圍繞預(yù)定的XY軸改變?？梢苿?dòng)電極具有易碎且精細(xì)的結(jié)構(gòu)。在制造光轉(zhuǎn)換元件時(shí)，期望在 運(yùn)送反射鏡陣列期間防止可移動(dòng)電極的姿勢發(fā)生改變。.為防止姿勢發(fā)生 改變，可移動(dòng)電極和可移動(dòng)電極基板用臨時(shí)保持器固定，并禁止相對運(yùn) 動(dòng)。安裝到光轉(zhuǎn)換元件之前臨時(shí)保持器被立即分開。為了分開臨時(shí)保持器，例如用Q—轉(zhuǎn)換振蕩脈沖激光束間歇地照射臨 時(shí)保持器。脈沖激光束的脈沖寬度為微秒級的值。這種脈沖激光束的輸 出較大，從而快速加熱臨時(shí)保持器。結(jié)果，極小的灰塵飛散。如果灰塵 粘結(jié)到鏡面上，鏡面的反射率就會變差。此外，由于脈沖激光束的輸出較大，所以脈沖激光束可能會沖擊臨 時(shí)保持器。由于照射產(chǎn)生的沖擊使臨時(shí)保持器破裂成小碎片。小碎片飛 散。如果飛散的小碎片跨越可移動(dòng)電極和可移動(dòng)電極基板，那么在可移 動(dòng)電極和可移動(dòng)電極基板之間會發(fā)生短路。根據(jù)上述情況，本發(fā)明提供了一種制造精細(xì)工件的方法和激光加工 設(shè)備，它們既可以防止灰塵飛散，又可以防止精細(xì)工件破裂成小碎片。下面將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式。圖l示意性地表示根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的激光加工設(shè)備ll的 結(jié)構(gòu)。該激光加工設(shè)備11具有平臺12。平臺12可以沿水平面移動(dòng)。平臺12面對光學(xué)系統(tǒng)14。光學(xué)系統(tǒng)14具有照射源或激光振蕩器15。 激光振蕩器15輸出連續(xù)波綠激光束。公知的是綠激光束波長為532mn。激 光振蕩器15使用發(fā)光二極管(LED)作光源。激光振蕩器15放大LED的光。 綠激光束的輸出范圍例如在從約l. 5到約2. 4W。激光振蕩器15面對準(zhǔn)直儀16。準(zhǔn)直儀16將從激光振蕩器15輸出的綠 激光束轉(zhuǎn)換成平行光。準(zhǔn)直儀16面對反射鏡17。反射鏡17將從準(zhǔn)直儀16輸出的激光束反射到平臺12上的工件上。兩個(gè)光圈18和19設(shè)置在反射鏡17和平臺12之間。光圈18和19控制激 光束的光量。透鏡21設(shè)置在光圈19和平臺12之間。激光束發(fā)射到平臺12 上的工件上，并通過透鏡21形成預(yù)定亮點(diǎn)。將描述一種使用激光加工設(shè)備ll制造精細(xì)工件的方法。將工件22放 置在平臺12上。工件22是一組MEMS反射鏡。如圖2所示，在每個(gè)MEMS反射 鏡中，在可移動(dòng)電極基板23和可移動(dòng)電極24之間形成有臨時(shí)保持器25。 反射鏡表面形成在可移動(dòng)電極24上。臨時(shí)保持器25防止可移動(dòng)電極24的 姿勢發(fā)生改變?？梢苿?dòng)電極基板23、可移動(dòng)電極24和臨時(shí)保持器25通過 切割硅制成。 '臨時(shí)保持器25的寬度W為例如約5微米。臨時(shí)保持器25的長度L為例如 約10微米。臨時(shí)保持器25的厚度W為例如約10微米。光學(xué)系統(tǒng)14的光軸與 平臺12的水平移動(dòng)一致地定位在臨時(shí)保持器25的中心位置處。在定位后， 激光振蕩器15輸出綠激光束。綠激光束的輸出約為2.4W。如圖3所示，綠激光束28照射在臨時(shí)保持器25上，綠激光束28在臨時(shí) 保持器25上產(chǎn)生光點(diǎn)26。光點(diǎn)26的尺寸為例如約10微米。由于臨時(shí)保持 器25由硅制成，所以臨時(shí)保持器25吸收綠激光束28。由此，臨時(shí)保持器 25被加熱，從而使臨時(shí)保持器25的溫度上升。熱從光點(diǎn)26的中心位置傳 遞到臨時(shí)保持器25的整個(gè)區(qū)域。溫度上升部分27被加熱。如圖4所示，綠激光束的輸出保持恒定。繼續(xù)用綠激光束進(jìn)行照射直至臨時(shí)保持器25的溫^上升部分27的溫 度超出熔點(diǎn)，然后達(dá)到硅的沸點(diǎn)。因此，如圖5所示，臨時(shí)保持器25熔融 并蒸發(fā)。由此，臨時(shí)保持器25的一部分被熔融而分離。綠激光束28停止 照射。綠激光束28的照射時(shí)間約為570毫秒。臨時(shí)保持器25的溫度降低。圖6A至6E是表示在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中的工件的示意性剖視 圖。如圖6A所示，激光束28照射到臨時(shí)保持器25的表面63。于是，表面 63和表面63附近的溫度開始上升。于是，形成溫度高于周圍區(qū)域的溫度 上升部分27。溫度上升部分27從表面63的中心位置延伸到臨時(shí)保持器25 的整個(gè)區(qū)域，如圖6B所示。然后，當(dāng)溫度上升部分27的溫度超出熔點(diǎn)時(shí)，溫度上升部分27的一部分由于表面張力而聚集到中心，如圖6C所示。于 是，形成具有流動(dòng)性的球形部分66。球形部分66的外圍67A和67B可以分 別收縮。然后，球形部分66斷裂，形成熔融部68A和68B，如圖6D所示。 烙融部68A和68B所占體積比取決于作用在球形部分66上的表面張力、重 力以及固相與液相之間的界面張力等。此時(shí)，雖然臨時(shí)保持器25熔融、 蒸發(fā)，但并沒有沸騰。在臨時(shí)保持器25被分開后，綠激光28的照射停止。 照射后，熔融部68A和68B凝結(jié)。然后，熔融部68A與外圍67A成為一體， 從而熔融部68A和外圍67A構(gòu)成變換部分69A，如圖6E所示。類似的是，熔 融部68B與外圍67B成為一體，從而熔融部68B和外圍67B構(gòu)成變換部分 69B，如圖6E所示。在臨時(shí)保持器25被分開后，因?yàn)榉乐古R時(shí)保持器25沸騰，并防止臨 時(shí)保持器25周圍的其它元件過熱，所以優(yōu)選即時(shí)停止照射。為即時(shí)停止 照射，可預(yù)先檢查從照射開始到臨時(shí)保持器25分開的時(shí)間。該時(shí)間可以 認(rèn)為是激光照射時(shí)間。檢査時(shí)間的方法并不特別限定。例如，可以通過 制備分別用各種不同時(shí)間照射的多個(gè)工件，獲取工件的臨時(shí)保持器的圖 像，并判定臨時(shí)保持器是否分別分開來檢查直到分開之前的時(shí)間。然后，平臺12水平移動(dòng)。光學(xué)系統(tǒng)14的光軸通過平臺12的移動(dòng)而移 動(dòng)到下一個(gè)臨時(shí)保持器25。臨時(shí)保持器25以與上述相同的方式熔融并分 開。這樣，對于所有的MEMS反射鏡來說，臨時(shí)保持器25都熔融并分開。 MEMS反射鏡被組裝成反射鏡陣列。該反射鏡陣列被組裝成光轉(zhuǎn)換元件， 由此制成光轉(zhuǎn)換元件。在這種制造精細(xì)工件的方法中，在從照射開始到熔融并分開的時(shí)間 段內(nèi)，持續(xù)用連續(xù)波的綠激光束照射臨時(shí)保持器25。臨時(shí)保持器25充分 吸收綠激光束。結(jié)果，臨時(shí)保持器25的溫度逐漸增加。'可以防止臨時(shí)保 持器25的溫度快速改變。這樣，可以防止在臨時(shí)保持器25處產(chǎn)生灰塵。 可以可靠地防止灰塵飛散。此外，由于沒有向臨時(shí)保持器25施加沖擊， 因此可以防止臨時(shí)保持器25破裂成小碎片。可以可靠地防止小碎片飛散。相反，利用現(xiàn)有技術(shù)的構(gòu)造，發(fā)射出具有例如微秒級脈沖寬度的Q— 轉(zhuǎn)換振蕩脈沖激光束。脈沖激光束的振蕩頻率為kHz級。如圖7所示，激光束間歇地發(fā)射。激光束具有例如幾kW的高輸出。每當(dāng)臨時(shí)保持器被激 光束照射時(shí)其溫度都迅速上升。由于溫度改變而會在臨時(shí)保持器處產(chǎn)生 灰塵。此外，由于用激光束進(jìn)行照射，所以會向臨時(shí)保持器施加沖擊。 臨時(shí)保持器可能會破裂成小碎片。激光加工設(shè)備ll可以使用準(zhǔn)連續(xù)波激光束代替上述綠激光束。公知 的是，準(zhǔn)連續(xù)波的脈沖寬度的值小于上述脈沖波的脈沖寬度。該脈沖寬度為例如幾十ps。激光振蕩器是幾十MHz。峰值能量為幾百W。此外，與 上述脈沖波相比，準(zhǔn)連續(xù)波的輸出可以降低。也即是說，激光束形成準(zhǔn) 態(tài)連續(xù)波。另選的是，例如，可以使用脈沖寬度為l毫秒或更大的脈沖波 激光束。這種脈沖波激光束的脈沖寬度可以大于從照射開始到熔融并分 開的照射時(shí)間。上述實(shí)施方式可以提供制造精細(xì)工件的方法以及激光加工設(shè)備，它 們既能夠防止灰塵飛散，又可以防止精細(xì)工件破裂成小碎片。8
權(quán)利要求
1. 一種制造工件的方法，該方法包括如下步驟用激光照射工件以使該工件的溫度上升至使該工件的至少一部分熔融的升高水平；以及使所述工件的至少一部分保持熔融直至所述工件的該部分被分開。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光是連續(xù)波激光。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光是脈沖波激光，該 脈沖波激光的脈沖寬度等于或大于1毫秒，并且該脈沖寬度等于或大于 照射所述工件的時(shí)間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光是準(zhǔn)連續(xù)波激光。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述工件包括硅。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述工件的溫度保持持續(xù)上 升直至所述工件的所述部分被分開。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，照射所述激光使得溫度不下 降，直至所述工件的所述部分被分開。
8. —種制造工件的方法，該方法包括如下步驟 用連續(xù)波激光持續(xù)照射工件，直至該工件的一部分被分開。
9. 一種制造工件的方法，該方法包括如下步驟用準(zhǔn)連續(xù)波激光持續(xù)照射工件，直至該工件的一部分被分開。
10. —種用于制造工件的激光加工設(shè)備，該激光加工設(shè)備包括 用于放置所述工件的平臺；照射源，該照射源用激光照射所述工件以使該工件的溫度上升至使 該工件的至少一部分熔融的升高水平，并且使所述工件的至少一部分保 持熔融直至所述工件的該部分被分開。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的激光加工設(shè)備，其中，所述激光是連續(xù) 波激光。 '
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的激光加工設(shè)備，其中，所述激光是脈沖 波激光，該脈沖波激光的脈沖寬度等于或大于1毫秒，并且該脈沖寬度等于或大于照射所述工件的時(shí)間。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的激光加工設(shè)備，其中，所述激光是準(zhǔn)連 續(xù)波激光。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的激光加工設(shè)備，其中，.所述工件的溫度保持持續(xù)上升，直至所述工件的所述部分被分開。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的激光加工設(shè)備，其中，照射所述激光使得溫度不下降。
16. —種用于制造工件的激光加工設(shè)備，該激光加工設(shè)備包括 用于放置所述工件的平臺；照射源，該照射源用連續(xù)波激光持續(xù)照射所述工件，直至該工件的 一部分被分開。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制造工件的方法和激光加工設(shè)備。根據(jù)實(shí)施方式的一個(gè)方面，所述制造工件的方法包括如下步驟用激光照射工件以使該工件的溫度上升至使該工件的至少一部分熔融的升高水平；以及使所述工件的至少一部分保持熔融直至所述工件的該部分被分開。
文檔編號C03B33/08GK101259569SQ20081009206
公開日2008年9月10日 申請日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月7日
發(fā)明者十倉史彥 申請人:富士通株式會社