用于光束抖动和刮削的镭射加工系统和方法技术方案

一种镭射加工系统包括用于赋予沿着相对于工件的光束轨迹的光束路径的第一相对运动的第一定位系统，用于确定沿着多个抖动行的光束路径的第二相对运动的处理器，用于赋予该第二相对运动的第二定位系统，和发出镭射光束脉冲的镭射源。该系统可补偿在加工速度中的变化从而以预定角度保留抖动行。例如，该抖动行可不顾加工速度而保持垂直于该光束轨迹。可将该加工速度调整以对整数抖动行加工来完成沟槽。可基于该沟槽宽度来选择每一行中的抖动点的数量。可通过对加工速度和沟槽宽度的变化的调整来归一化注量。

Laser Processing System and System for Beam Jitter and Scraping

【技术实现步骤摘要】
用于光束抖动和刮削的镭射加工系统和方法本申请为申请日2011年10月24日、申请号201610090031.X、专利技术创造名称“用于光束抖动和刮削的锚射加工系统和方法”的分案申请。
本专利技术涉及介电或其他材料的镭射加工。
技术介绍
介电和导电材料的镭射加工普遍用来烧蚀电子组件中的细微特征。例如，可以镭射加工芯片封装基座以将信号从该半导体模具路由到球栅阵列或类似封装。镭射加工特征可包括信号轨迹，地线和微孔(用来连接在封装层之间的信号轨迹)。镭射直接烧蚀(LDA)在单个层上将信号和地线合并以在芯片封装内层的数量减少时严格控制信号阻抗。这样的方式可能需要较小的特征尺寸和空间(如，大约10微米(μm)到大约25μm)，和每个封装的长轨迹长度(如，大约5米(m)到大约10米)。为了经济地构建芯片封装，烧蚀这样特征所处的速度可能相当高(如，从大约1米/秒(m/s)到大约10m/s)。可加工某些封装，例如，采用大约0.5秒(s)到大约5s来满足顾客产出量目标。芯片封装的另一个有用特性可能是使用被控制的深度变化来提供交叉轨迹。例如，地线可在贯穿该图案的数个点处出现分支。在每一个分支交叉处，可使用所需的小于大约+/-10％的深度变化来烧蚀这些轨迹。一般地，如果在一个点处将烧蚀两个沟槽，该烧蚀光束的双重曝光将创建大约100％的深度变化。芯片封装的另一个有用特性可能是在该封装的不同部分处提供可变轨迹宽度以控制阻抗或提供用于层间连接过孔的焊盘。将具有减少的或最小破裂的轨迹宽度控制提供给该主轨迹的高速加工。同样可能有用的是，以使用用来改变该特征特性的减少或最小时间的高速来加工任意大小和形状的特征。例如，特征可包括具有多种直径和/或侧壁锥形的微孔，正方形或矩形焊盘，对齐基准，和/或字母数位记号。传统地，为了加工如微孔的特征，已经设计光学系统用来提供可变直径的成形光强分布(如，平顶光束)，或纯粹的高斯光束。当改变镭射加工点特性时，这些光系统可能具有显着的时间延迟(如，大约10毫秒(ms)到大约10s)。其他问题与建立一种满足上述加工参数的机器相关。例如，轨迹在该封装过程中由于路由需要可能改变方向。当以高速加工轨迹时，该弹道角的变化可能需要在非常短的时标处的高光束位置加速。镭射加工能够轻易地超过该光束定位器的动态限制，例如，当以用于高产出量的高速度(如，大约1m/s到大约10m/s)运行时。在传统的镭射加工机器中可能难于达到这样的加速度和/或速度，其已经依赖于光束定位技术，如合并镜式检流计光束偏转器(此处称作为“检流计”或“检流计镜”)的线性阶段，与无法在用于该类型加工(如，基于从大约1微秒(μsec)到大约100μsec的顺序)的时标中回应的静态(或缓慢变化中)光束预处理光学一起。该实际烧蚀加工可能也是要考虑的因素。具有高峰值功率的镭射脉冲可用于烧蚀该介电材料而最小化如融化，开裂和基座损伤的热副作用。例如，具有以大约5兆赫兹(MHz)到大约100MHz的重复率在大约20皮秒(ps)到大约50ps之间范围内的脉冲宽度的超快镭射能够加工具有高峰值功率的材料而提高显着的脉冲重迭以避免脉冲间隔效果。现在，光纤镭射普遍提供了超过大约500千赫兹(kHz)重复率在该纳秒区域中的脉冲宽度。一般地，对于给定的加工情况(烧蚀深度和宽度)，用于该加工材料的“剂量”(功率/速度)应为常数。然而，在低速度处，该应用的功率可能变得如此低使得该峰值脉冲功率可能不足以烧蚀该材料而不引起热副作用(如，融化和炭化)。光束定位器设计可能使用检流计来偏转该加工光束。在工件处的该加工光束的光强分布可能是高斯的(对于高斯光束的简单聚焦)，或用于由固定光学光束整形器预处理的光束的成形光强分布(如，平顶分布)。
技术实现思路
在一实例中，用于抖动镭射光束的方法形成了沿着光束轨迹与变化的加工速度无关的在工件中的具有一个或多个所需沟槽宽度的沟槽。该方法包括赋予沿着相对于该工件表面的光束轨迹的镭射光束路径的第一相对运动，和确定沿着多个抖动行的该镭射光束路径的第二相对运动。将该第二相对运动以相对于该光束轨迹的预定角度迭加在该第一相对运动之上。该第二相对运动的确定包括用于为该多个抖动行每一个保留该预定角度的加工速度中变化的补偿。该方法进一步包括赋予该镭射光束路径的第二相对运动，并在沿着该多个抖动行的多个点位置处将多个镭射光束脉冲发到该工件用来以该预定角度所定义方向拓宽沟槽。在某些实例中，该预定角度垂直于该光束轨迹。另外，或在另一实例中，发出该多个镭射光束脉冲包括以恒定速度发出，该方法进一步包括选择性地调整该加工速度为了加工整数抖动行以完成该沟槽。在另一实例中，镭射加工系统包括第一定位系统，用于赋予沿着相对于该工件表面的光束轨迹的镭射光束路径的第一相对运动，和一个或多个处理器，用于确定沿着多个抖动行的该镭射光束路径的第二相对运动。将该第二相对运动以相对于该光束轨迹的预定角度迭加在该第一相对运动之上。该第二相对运动的确定包括用于为该多个抖动行每一个保留该预定角度的沿着该光束轨迹的加工速度中变化的补偿。该系统也包括第二定位系统，用于赋予该镭射光束路径的第二相对运动，和镭射源，用于在沿着该多个抖动行的多个点位置处将多个镭射光束脉冲发到该工件用来以该预定角度所定义方向拓宽沟槽。在另一实例中，用于抖动镭射光束的方法在工件中创建了沟槽。该方法包括赋予沿着定义了相对于该工件表面的沟槽长度的光束轨迹的镭射光束路径的第一相对运动，和赋予沿着多个抖动行的该镭射光束路径的第二相对运动。将该第二相对运动迭加在该第一相对运动之上以拓宽该沟槽。该沟槽的宽度可变。该方法进一步包括选择抖动点的数量以包括在该多个抖动行的每一个中。该选择减少了用来加工每一个抖动行的时间量，在每一个抖动行中的抖动点的数量基于对应于该各个抖动行的沟槽宽度。该方法进一步包括在对应于在该多个抖动行每一个中的抖动点的多个点位置处将多个镭射光束脉冲发到该工件。在另一实例中，用于镭射加工在工件上的二维刮削区域的方法使用了镭射直接烧蚀系统。该方法包括在该刮削区域内生成镭射点位置网格。该网格内的镭射点位置之间的间隔至少部分基于镭射点大小和相邻镭射点的所需重迭。该方法进一步包括对应于沿着光束轨迹的镭射光束路径的各个通路将该网格划分成多个带。每一个带包括相对于该光束轨迹沿着抖动方向的多个抖动行。该方法也包括连续地通过沿着该光束轨迹的多个带赋予该镭射光束路径的第一相对运动，赋予沿着该每一个抖动行的抖动方向的该镭射光束路径的第二相对运动，和沿着到该刮削区域内的镭射点位置的该镭射光束路径将多个镭射光束脉冲发送到该工件。在某些实例中，该方法进一步包括对该抖动行每一个的资料滤波以倾斜沿着该网格的相邻带的侧壁的镭射点光强分布来对该镭射光束的通路之间的重迭成形使得在该刮削区域内控制深度变化。基于该滤波资料选择该多个镭射光束脉冲的每一个的镭射点强度。另外，或在另一实例中，该方法包括当该光光束路径从该网格的第一带移到该网格的第二带时翻转该抖动方向。该抖动方向可基于该光束轨迹的方向。从与对该附图的标记一起继续进行的优选实例的下列具体说明处来看，附加的方面和优点将是显而易见的。附图说明图1是描述了加工点的网格的原理图，其可通过抖动运动光束或固定光栅图案来生成；图2用图表示了根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镭射加工系统，所述镭射加工系统包括：第一定位系统，用于赋予沿着相对于工件的表面的镭射光束轨迹的光束路径的第一相对运动的第一定位系统；一个或多个处理器，用于确定沿着多个抖动行的所述镭射光束路径的第二相对运动，所述第二相对运动以相对于所述光束轨迹的预定角度迭加在所述第一相对运动之上，所述第二相对运动的确定包括用于为所述多个抖动行每一个保留所述预定角度的沿着所述光束轨迹的加工速度中变化的补偿；第二定位系统，用于赋予所述镭射光束路径的所述第二相对运动；以及镭射源，用于在沿着所述多个抖动行的多个点位置处将多个镭射光束脉冲发射到所述工件用来以所述预定角度所定义方向拓宽沟槽。

【技术特征摘要】
2010.10.22 US 61/406,0381.一种镭射加工系统，所述镭射加工系统包括：第一定位系统，用于赋予沿着相对于工件的表面的镭射光束轨迹的光束路径的第一相对运动的第一定位系统；一个或多个处理器，用于确定沿着多个抖动行的所述镭射光束路径的第二相对运动，所述第二相对运动以相对于所述光束轨迹的预定角度迭加在所述第一相对运动之上，所述第二相对运动的确定包括用于为所述多个抖动行每一个保留所述预定角度的沿着所述光束轨迹的加工速度中变化的补偿；第二定位系统，用于赋予所述镭射光束路径的所述第二相对运动；以及镭射源，用于在沿着所述多个抖动行的多个点位置处将多个镭射光束脉冲发射到所述工件用来以所述预定角度所定义方向拓宽沟槽。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预定角度是实质上垂直于所述光束轨迹。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一定位系统包括从包括检流计驱动镜和快速操纵镜的组处所选择的一个或多个光束定位器。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述二定位系统包括从包括声学-光学偏转器和电学-光学偏转器的组处所选择的一个或多个光束定位器。5.一种用于对工件进行微加工的镭射加工系统，所述系统包括:镭射源，用以产生镭射光束以用于在所述工件中加工特征；声学-光学偏转器子系统，经配置以在偏转角度范围内偏转所述镭射光束；定位器，经配置以进一步偏转透过所述声学-光学偏转器子系统所偏转的所述镭射光束以赋予沿着相对于所述工件的加工轨迹的镭射光束点位置的运动；扫描透镜，用以将所述镭射光束聚焦在所述工件处；和中继透镜，经定位以在相对于所述扫描透镜所选定的位置处接收来自所述声学-光学偏转器子系统的镭射光束并且中继所述镭射光束的光束支点到所述定位器，其中在所述工件的表面处的镭射光束的入射角对应于所述镭射光束被所述声学-光学偏转器子系统所偏转的角度。6.如权利要求5所述的镭射加工系统，其特征在于，所述定位器是从包括检流计驱动子系统和快速操纵镜子系统的组中选出。7.如权利要求5所述的镭射加工系统，其特征在于，在所述工件的表面处的所述镭射光束的入射角对应于所述镭射光束被所述声学-光学偏转器子系统所偏转的角度是独立于所述定位器所赋予的所述镭射光束点位置的运动。8.一种用于对含有介电层和重迭所述介电层的金属层的工件进行微加工的方法，所述方法包含:产生镭射光束；以及导引所述镭射光束到所述工件上以加工所述工件，其中所述导引包含:在第一加工步骤中，导引所述镭射光束到所述工件上以切割穿透所述金属层；以及在第二加工步骤中，导引所述镭射光束到所述工件上以加工所述介电层，其中，在所述第二加工步骤中，所述镭射光束是依序地透过第一声学-光学偏转器和第二声学-光学偏转器传递，其中在所述第二加工步骤期间当所述镭射光束是透过所述第一声学-光学偏转器传递时，足以将所述镭射光束在第一方向上衍射的第一线性调频声学波被产生于所述第一声学-光学偏转器中，并且其中在所述第二加工步骤期间当所述镭射光束是透过所述第二声学-光学偏转器传递时，足以将所述镭射光束在第二方向上衍射的第二线性调频声学波被产生于所述第二声学-光学偏转器中，其中所述第二方向不与所述第一方向平行或反向。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一加工步骤和所述第二加工步骤在沿着相对于所述工件的光束轨迹的所述镭射光束的单个通路中被执行。10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述第一加工步骤期间，所述镭射光束是依序地透过所述第一声学-光学...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·A·昂瑞斯，安德鲁·柏威克，亚历山大·A·麦亚钦，
申请(专利权)人：伊雷克托科学工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US