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1、(10)申请公布号 CN 102623879 A (43)申请公布日 2012.08.01 C N 1 0 2 6 2 3 8 7 9 A *CN102623879A* (21)申请号 201210090471.7 (22)申请日 2012.03.31 H01S 3/0941(2006.01) H01S 3/131(2006.01) (71)申请人刘世文 地址 518000 广东省深圳市宝安区福永镇万 福人家天安阁302室 (72)发明人刘世文 (54) 发明名称 LD阵列多侧面泵浦激光器 (57) 摘要 本发明提供了一种用于材料微细加工的改进 型激光器，包括直流源、半导体激光二极管阵列 (下。
2、称LDA)、YAG晶体和控制器，其中，所述直流源 用于驱动所述LDA，所述控制器用于控制所述直 流源的输出电流，工作时，通过所述控制器控制所 述直流源的输出电流值以控制所述LDA的发光的 强度，最终控制激光器的输出能量大小。所述控制 器采用大功率的MOSFET管，所述LDA作为负载串 联在MOSFET漏极上，通过控制栅源电压来控制输 出电流。采用本发明所述激光器可以满足半导体 线路微加工、失效分析、LCD液晶屏维修等多方面 的应用，并且效率高、性能可靠、寿命长等优点。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利。
3、要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/1页 2 1.一种用于材料微细加工的激光器，包括直流源、半导体激光二极管阵列和Nd:YAG晶 体，其中，直流源用于驱动所述半导体激光二极管阵列，其特征在于：还包括控制器，用于控 制所述直流源的输出电流值，工作时，通过所述控制器控制所述直流源的输出电流值以控 制所述半导体激光二极管阵列的发光的强度，最终控制激光器的输出能量大小。 2.如权利要求1所述的激光器，其特征在于：所述控制器采用MOSFET控制管，所述半 导体激光二极管阵列作为负载串联在MOSFET控制管的漏极上，通过控制所述MOSFET控制 管的栅源电压来控制输出电流。 3.如权利要求2。
4、所述的激光器，其特征在于：所述激光器还包括继电器保护电路，用于 保护半导体激光二极管阵列。 4.如权利要求3所述的激光器，其特征在于：所述继电器保护电路还包括预置负载，所 述输出电流在所述预置负载与半导体激光二极管阵列之间相互切换。 5.如权利要求4所述的激光器，其特征在于：所述控制器能控制所述直流源，使其输出 0A至73A的电流。 6.如权利要求5所述的激光器，其特征在于：所述直流源还接有时钟单元，用于输送外 部时钟信号触发所述直流源。 权 利 要 求 书CN 102623879 A 1/4页 3 LD 阵列多侧面泵浦激光器 技术领域 0001 本发明涉及一种用于材料微细加工的LD阵列多侧面。
5、泵浦激光器，可以独立或者 配合探针台系统使用。 背景技术 0002 探针台是半导体器件测试中使用非常普遍的设备。当芯片设计工程师或者失效分 析工程师调试电路时，通常都会用到分析探针台。探针台通常包括一个基台，基台上有探针 座平台，平台上放置可三维调节的探针座，一个载物台，载物台可以放置被测芯片，一个显 微镜支架，一个显微镜。探针座可以调节探针座接触芯片的电极，进行芯片信号的测试。 0003 探针台通常用于芯片或者LCD液晶屏分析。该类器件通常是具有多层材料的结 构。比如，集成电路通常是制造在半导体硅片上，由一层或多层多晶硅和一层或者多层钝化 层以及一层或者多层金属构成。 0004 当用探针点测。
6、芯片金属电极时，需要先把最上层的保护钝化层去掉露出金属层。 去掉钝化层可以用超声波，探针刮，等离子或者化学刻蚀，FIB聚焦离子束，或者激光方法实 现。激光方法是通过显微镜聚焦脉冲激光实现钝化层的去除。激光也可以用于切断金属线 来修改芯片内部线路。 0005 类似的，在大尺寸LCD液晶屏制造过程中，线路短路是制造过程中可能出现的现 象。而大尺寸LCD价格昂贵，较经济的方法是对这些短路位置进行切断修复。激光可以通 过聚焦后以高能量气化短路位置材质。LCD液晶屏上的线路材质通常是ITO(一种透明的 导电薄膜)，电极通常是Cr(铬)。液晶屏的CF滤光片在制造过程中也通常有瑕疵。因此， ITO、Cr电极。
7、和CF滤光片的缺陷也是需要激光来修复的。 0006 以前的一些探针台包含的激光器比较典型的是Xenon氙激光器，例如：型号SUSS XLC的激光器。该系统采用脉冲xenon氙激光源，通过显微镜后直接作用于器件。该激光器 输出532可见光波段激光，所以可以穿过一般的显微镜的光学镜组。该单波段激光器非常 复杂，而xenon氙激光器必须同显微镜一起安装。这将使本来庞大的探针台系统更加复杂， 并且非常昂贵。 0007 并且，该激光只有绿光单波段输出，只能切除部分材质，限制了其应用范围。半导 体通常材质有几层金属层，金属层之间是绝缘层，制造完毕后再长一层钝化层保护。钝化层 通常是氧化硅、氮化硅和多晶硅。。
8、大部分的钝化层对于绿光是穿透的。因此绿光激光去钝 化层只能是加热钝化层下面的金属层使上层的钝化层受热气化。但这种方式只有在下面的 金属层足够多，不至于金属层本身被气化时才可行。对于下层为微细的金属线路此法则不 可行。另外，在对半导体进行分析时，硅会吸收绿光使得硅发热，从而可能导致硅损伤。 0008 还有一种可以提供多波段激光输出的激光器，例如：型号New wave ezlaze3激光 器。其激光器为被动气冷、可调Q的灯泵浦Nd:YAG激光器，可输出1064、532、355和266nm 波段激光。另外，在倍频后的光路上设置光学衰减器，用于对所有输出波段激光的能量进行 调节。如图1所示，光学衰减器。
9、1由一个位于光路的偏光片2和多波长半玻片3组成。半 说 明 书CN 102623879 A 2/4页 4 波片3与多波段的激光发生调谐，偏光片2位于可以旋转的机构4来调节输出能量。 0009 但是，激光器采用灯泵浦Nd:YAG激光器，会产生以下问题：灯泵浦是利用氪灯或 者氙灯发出的光来泵浦，氪灯发出的光的光谱较广，只是在808nm处有一个稍大的峰值，其 它波长的光最后都变成无用的热量散发掉了，因此其灯泵浦激光器的转换效率相对于半导 体泵浦要低得多，大约只有3左右，泵浦灯的发出的能量大部分转换成了热能，造成了极 大的能源浪费。氙灯作为泵浦源有同样的低效问题。 0010 另外，采用光学衰减器来调节。
10、激光器输出的能量，会产生以下问题：研究表明，当 多波长半玻片光学厚度为接近基波、二倍频、三倍频、四倍频激光这四个激光半波长的奇数 倍时，该多波长半玻片能够调节所有这四个激光。但是，光学衰减器不能够对基波、二倍频、 三倍频和四倍频激光均保证高的透过率，对于某些波长的激光，其衰减作用太大，会造成很 大的能量损失。例如，当衰减器导通时，0.77901mm厚度的光学级别透明石英镜片能通过 100四倍频，99.4三倍频，98.6二倍频，89.3基频；0.0865mm，100四倍频，89三 倍频，100二倍频，62基频。0.3091mm，100四倍频，98三倍频，77二倍频，99基 频。0.5564mm，。
11、100四倍频，85三倍频，87二倍频，96基频。0.9274mm，100四倍频， 85三倍频，100二倍频，88基频。 0011 因此，需要一种更加经济、使用方便、高效、节能的激光器。 发明内容 0012 我们通过实验发现，半导体二极管泵浦源Nd:YAG激光器工作时其通过半导体二 极管的电流大小与激光器输出能量的大小存在如表1所示的正向关系，因此，可以通过控 制半导体二极管的电流大小达到调节激光器输出能量的大小的目的。 0013 据此，本发明提供了一种用于材料微细加工的改进型激光器，包括直流源、半导体 激光二极管阵列(下称LDA)和Nd:YAG晶体，其中，直流源用于驱动所述LDA，其特征在于：。
12、 还包括控制器，用于控制所述直流源的输出电流，工作时， 0014 表1：电流与能量对应关系： 0015 电流(A) 激光能量(mJ) 50 0.9 52 1.2 54 1.9 56 2.4 58 2.9 60 3.2 62 3.5 说 明 书CN 102623879 A 3/4页 5 64 3.8 66 4.0 68 4.3 70 4.6 72 4.8 0016 通过所述控制器控制所述直流源的输出电流值以控制所述LDA的发光的强度，最 终控制激光器的输出能量大小。 0017 所述控制器采用大功率的MOSFET管，所述LDA作为负载串联在MOSFET漏极D上， 通过控制栅源电压来控制输出电流。 。
13、0018 所述激光器还包括继电器保护电路，用于保护LDA。所述继电器保护电路还可以包 括预置负载。 0019 根据本发明所述的激光器，所述控制器能控制所述直流源，使其输出0至73A的电 流。 0020 根据本发明所述的激光器，所述直流源还可以接有时钟单元，用于输送外部时钟 信号触发所述直流源。直流源接收时钟单元发送的时钟信号后触发直流源，使激光器按时 钟频率输出激光。这样可以调节激光脉冲输出次数与频率，有效控制激光切割精度和工作 速度。并且有利于减少直接接触激光器的次数，有利于延长激光器的使用寿命。 0021 工作时，直流源驱动所述激光二极管阵列(LDA)发出具有一定波长的连续光源或 脉冲光源。
14、，以激励Nd:YAG晶体。所述控制器可以控制驱动所述激光二极管阵列(LDA)的电 流值，从而控制其发光的强度，最终达到控制激光器的输出能量大小的目的。 0022 采用本发明所述激光器可以满足半导体线路微加工、失效分析、LCD液晶屏维修等 多方面的应用，并且具有以下优点：1、效率高：半导体二极管发出固定的、被激光晶体吸收 的808nm波长的激光，光光转换效率可高达40以上，大大减少了运行成本和灯泵激光灯 泵所产生的热量，由此带来激光器输出能量上限值和激光器工作频率上限的提升2、性能可 靠、寿命长：半导体发光二极管的寿命大大长于闪光灯，达15000小时以上，闪光灯的寿命 只有300-1000小时，。
15、并且半导体发光二极管的泵浦能量稳定性好，比闪光灯泵浦优一个能 量级，性能可靠，可制成全固化器件，运行寿命长，无需维护，尤其适宜用于大规模生产线。 3、输出光束质量好：由半导体发光二极管泵浦，激励光与激光的转换效率高，减少了激光工 作物质的热透镜效应，大大改善了激光器的输出光束质量。4、能量损耗较小：采用对半导体 发光二极管电流的调节实现输出激光能量衰减，避免了光学衰减器对基波、二倍频、三倍频 和四倍频激光所产生的能量损耗，节约了成本。5、具有外触发功能：由于可以通过电流控制 半导体发光二极管，因此，可以实现激光器的外触发功能。 附图说明 0023 附图1是现有技术中激光器采用的光学衰减器的结构。
16、图； 0024 附图2是本发明所述的激光器结构图； 说 明 书CN 102623879 A 4/4页 6 0025 附图3是本发明所述激光器的实施例框图 具体实施方式 0026 下面结合附图对本发明进行进一步的详细描述。 0027 如图2所示，本发明所述的激光器100包括LD阵列触发的Nd:YAG晶体101，半导 体激光二极管阵列(下称LDA)102，直流源103，用于向LDA102提供电源。LDA102发出具有 一定波长和强度的连续光源或脉冲光源，以激励激光工作物质Nd:YAG晶体101，产生具有 一定能量的激光。控制器104用于控制直流源的输出电流大小，进而控制激光器输出激光 的能量。激光。
17、器的其他组件未示出。 0028 如图3所示，本发明电路系统的具体实施例框图可以包括以下几个组成部分： 0029 (1)控制器104 0030 控制器104由电流检测电阻309、MOSFET控制管308、放大器306、比较器307和负 载电流设定电路305组成。负载电流设定电路305产生一个稳定的基准电压，并输入比较 器307。直流源103的输出电流在检测电阻309产生取样电压，并经放大器306放大后输入 比较器307与基准电压进行比较。然后根据比较结果对直流源103的输出电流进行调整， 使整个闭环反馈系统处于动态平衡中，以达到稳定输出电流的目的。 0031 所述控制器104采用大功率的MOSF。
18、ET控制管308。通过控制MOSFET控制管308 栅源电压来控制流过其漏极的负载电流。所述LDA作为负载串联在MOSFET漏极D上。我们 在MOSFET控制管308的源极串联一个检测电阻309，用于采样反馈控制。将检测电阻309 的电压经过放大器306放大，与输入电压匹配。这样输入控制电压与流经LDA的电流就建 立起了对应关系，可以适应LDA的运行需要。 0032 (2)开关电路302 0033 开关电路302由时钟信号、MOSFET开关管及其驱动电路组成，在时钟信号的作用 下作为上述直流源103的总开关。如果激光器在运行过程中出现故障，或者执行停止运行 操作，就立即要求系统能够自动切断注入。
19、LDA阵列的电流。我们采用一个MOSFET开关管作 为开关，通过控制MOSFET开关管的栅源电压使其工作在饱和导通状态或者截止状态来闭 合或者断开电流源回路。而MOSFET开关管的栅源电压的有无由时钟输入控制信号决定。 0034 (3)继电器保护电路303 0035 继电器保护电路303由继电器保护电路和继电器驱动电路组成。在系统启动和停 止工作时能够使输出电流在LDA负载和预置负载之间进行切换，以免LDA阵列受到浪涌冲 击而损坏。静电浪涌电流以及电网冲击等都会对半导体激光器阵列造成永久性损坏或缩短 其使用寿命。在直流源103的工作状态稳定波形满足要求之前，LDA脱离电流源回路而接 入预置负载。只有在直流源的工作状态稳定波形满足要求后才能允许接入LDA，启动激光器 工作。 0036 本发明所述的激光器，结构更加紧凑，功率/能量稳定3，使用寿命长，电光转 换效率高达20以上，可以提供连续或脉冲激光，具有广泛的应用前景。 说 明 书CN 102623879 A 1/1页 7 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102623879 A 。