用于在X-Y高速钻孔系统中采用谐振扫描仪的系统与方法技术方案

公开了一种用于在目标位置提供相对小速度的激光束、同时至少一个扫描仪以相对大速度扫描的激光处理系统。该系统包括激光源、第一扫描单元、扩束器、第二扫描单元和聚焦光学器件。激光源用于提供具有至少一个有射束尺寸的射束的脉冲激光输出。第一扫描单元用于在目标位置沿第一轴的第一方向扫描激光输出。扩束器用于接收激光输出并用于改变激光输出的射束直径并提供改变后的激光输出。第二扫描单元用于在目标位置沿第一轴的第二方向扫描来自扩束器的改变后的激光输出。该第二方向基本上与沿第一轴的第一方向相反，使得在目标位置沿第一轴的改变后的激光输出的净速度可以在激光脉冲期间有效地成为零。聚焦光学器件用于将改变后的激光输出朝目标位置聚焦。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及用于在印制电路板中提供钻孔的激光处理系 统，尤其涉及在印制电路板处理中提供改进的速度与精度的这种激光 处理系统。孔可以用于提供通过电路板的路径(或通路)。
技术介绍
已知激光钻孔常常是利用以诸如检流计光学扫描仪的光学扫描 仪定位的激光束进行的。检流计光学扫描仪通常包括耦接到有限旋转 电动机的扫描镜。这种扫描仪通常称为"检流计"或者"检流计扫描 仪，，，而且这种扫描仪的例子在转让给本专利技术受让人的美国专利No. 6，424，632中公开。为了钻圆孔，对于激光脉冲的持续时间，激光光斑关于期望的孔 位置相对稳定是很重要的。对于每个孔，旋转有限旋转电动机以便将 镜子定位到正确的坐标，而且一旦有限旋转电动机停置(settle)好就 发射激光。通常，激光脉冲的持续时间比重新将镜子定位到有限旋转 电动机上所需的时间短得多。为此，钻多个孔的速度受定位系统响应 速率的限制，而不是受激光功率的限制。有限限制电动机的停置性能 通常受谐振频率的限制，而步进速率(步进并停置)受电动机效率的 限制。但是，增加电动机的带宽受到有限旋转电动机中所耗散功率(例 如，以热量的形式)与速率的五次幂成比例的事实的约束。因此，仍然需要提高定位系统效率的更有效和经济的激光处理系统。
技术实现思路
本专利技术提供了 一种用于在目标位置提供相对小速度激光束、同时 至少 一个扫描仪以相对大速度扫描的激光处理系统。根据实施方式， 该系统包括激光源、第一扫描单元、扩束器、第二扫描单元和聚焦光 学器件。激光源用于提供具有至少一个有射束尺寸的激光束的脉沖激 光输出。第一扫描单元用于在目标位置沿第一轴的第一方向扫描激光 输出。扩束器用于接收激光输出，并且用于改变激光输出的射束直径 并提供改变后的激光输出。第二扫描单元用于在目标位置沿第一轴的 第二方向扫描来自扩束器的改变后的激光输出。该第二方向基本上与 沿第 一轴的第 一方向相反，使得在目标位置沿第 一轴的改变后的激光 输出的净速度可以在激光脉冲期间有效地成为零。聚焦光学器件用于 将改变后的激光输出朝目标位置聚焦。附图说明以下描述可以参考附图进一步理解，附图中图1示出了根据本专利技术实施方式的激光处理系统的例示性图解视图2示出了根据本专利技术实施方式的系统中不同元件的时间与位置 的例示性图形表示；图3示出了根据本专利技术实施方式的系统中元件的例示性图解功能 性视图4示出了根据本专利技术另一实施方式的激光处理系统的例示性图 解视图5示出了根据本专利技术另 一 实施方式的激光处理系统的例示性图 解视图；及图6示出了根据本专利技术实施方式的X-Y高速钻孔系统的例示性 图解视图。上述图的示出仅仅是出于例示的目的。 具体实施例方式在许多应用中，目标村底上要钻成孔的区域布置成使得将沿一行存在隔得很近的孔群，其中间隔比场(field)尺寸要小得多。在这些 情况下，有可能使用恒定速度模式的有限旋转电动机与高速扫描仪结 合来产生更快的钻孔速率。扫描仪可以是声光偏转器、电光偏转器、 旋转多边形、附加的检流计光学扫描仪或者谐振扫描仪。附加的扫描仪需要高速但小得多的角程，因此在特定应用中，放 置到需要小孔径的扩束器前面可能是最优的。总的来说，镜子可以移 动的时间与孔径的大小成比例。通过在扩束器前面放置高速扫描元件， 可以提供更小孔径、更高速的系统。这种系统的其它优点包括更低的 功耗、更少的制造费用、不严格的精度需求、更容易的校准和更容易 的封装。因此，根据一种实施方式，本专利技术提供在至少一个方向(X轴或 Y轴)上，除该相同轴中的低速扫描仪之外，还可以使用另一个快速 扫描仪。快速扫描仪可以是例如在此所讨论的谐振扫描仪，或者可以 是任何类型的振荡或线性快速扫描仪。图1示出了根据本专利技术实施方式的采用这种谐振扫描仪的系统。 图1的系统包括激光源10、射束成形器单元12、谐振扫描镜14 (快 速扫描仪)、扩束器16、 X轴镜18、 Y轴镜20、及用于将射束朝向 衬底24引导的/theta透镜22。谐振扫描仪14生成具有固定频率但可 调整振幅的正弦曲线位置。X轴位置受谐振扫描仪14和镜子18两者 的控制，其中镜子18耦接到有限旋转电动机(低速X轴扫描仪)。Y 轴位置受镜子20的控制，其中镜子20耦接到另一个有限旋转电动机 (低速Y轴扫描仪)。射束成形单元12可以包括影响激光输出的大小、几何形状或强 度分布的射束转换器。例如，单元12可以包括将圆形或矩形激光输出 束匹配到谐振扫描仪或其它光学部件的孔径以改变强度分布的球形或变形扩束器。例如，射束成形单元12可以提供高斯或其它非均匀射束 到近似均勻(例如，高帽式)射束的转换。在特定实施方式中，空间 滤波也可以用来改进激光输出的射束质量。谐振扫描仪14可以是例如在4000Hz以下至大约8000Hz下工作 的高频扫描仪，而且可以包括机械调谐为在相反相位下谐振的扭转部 件，使得它们产生彼此抵消的扭矩，由此最小化振动。在要处理的沿X轴包括一行均匀隔开的孔的衬底中，可以将Y 轴有限旋转电动机放置到该行的位置、移动X轴有限旋转电动机，然 后利用谐振扫描仪沿X轴调整激光束的位置，使得当激光的位置处于 孔的位置时，存在相对小运动的周期。这种近似零速度的状态在每个 行进方向保持，从而允许钻孔模式的灵活性。谐振频率可以对应于最 细的节距，而孔的间隔可以是该节距的整数倍。扩束器16具有改变激光输出的激光束大小的扩大率。大于一的 比率表示在扩大器输出端的激光输出的射束具有比扩大器输入端尺寸 (例如，直径或者主轴长度)大的尺寸。小于一的扩大率产生减小的 束尺寸。通常，射束扩大率将选择成提供表面上的特定光斑大小。光 斑大小与聚焦光学器件输出端处的射束的焦距和直径相关，其中聚焦 光学器件可以包括用于扫描的ftheta校正透镜。可商业获得的现有扩束器通常设计成用于轴上运行。扩束器16 的设计包括了对与入射激光束的射束大小与最大角相关联的像差的考 虑。在有些实施方式中，只有当射束在轴旁、靠近轴或者在轴上时才 接入谐振扫描仪，并由此关于现有系统减少扩束器的宽场需求。在至 少一种实施方式中，角视场可以足够小，以允许使用现有的扩束器。 在任何情况下，在利用各种扫描机制的光学扫描系统中采用 一个或多 个扩束器是已知的，例如在美国专利No. 4,251,125、 No. 5,109,149和 No. 6,307,799中所公开的。但是，由扩大率造成的扩大相反地并按正比缩减了输出角。因此， 高速扫描元件必须在最高速下具有全刻度振幅，该振幅充分大以补偿 这种角度减小。谐振扫描仪，例如由位于马萨诸塞州Billerica的GSIGroup Corporation所出售的CRS系列扫描4义，可以具有可电调节的 接近20度的振幅并通常提供在高频下宽角度扫描的组合。如果已知镜 子密度(p)、镜子半径(R)和镜子厚度(L)，就可以对每个镜子 采用扫描速率、扫描角度和射束大小的计算。特别地，可以确定镜子 质量(M)和镜子惯性(J),而且也可以确定对于镜子达到期望速度 所需的能量。图2示出了对于恒定速度有限旋转电动机结合谐振扫描仪的距离 关于时间的图形例示，并且图2还例示了只要激光占空比小于大约例 如20%，在孔的位置处激光位置如何相对恒定。特别地，要钻的孔在 30示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光处理系统，用于在目标位置提供相对小速度的激光束，同时至少一个扫描仪以相对大速度进行扫描，所述系统包括：　激光源，用于提供脉冲激光输出，该激光输出具有至少一个有射束尺寸的射束；　第一扫描单元，用于在目标位置沿第一轴的第一方 向扫描所述激光输出；　扩束器，用于接收激光输出，并且用于改变激光输出的射束直径并提供改变后的激光输出；　第二扫描单元，用于在目标位置沿第一轴的第二方向扫描来自扩束器的改变后的激光输出，所述第二方向基本上与沿第一轴的所述第一方向相 反，使得在目标位置沿第一轴的改变后的激光输出的净速度可以在激光脉冲期间有效地减小到相对小的速度；及　聚焦光学器件，用于将改变后的激光输出朝目标位置聚焦。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：AI皮纳德，K佩尔苏，F斯图卡林，
申请(专利权)人：杰斯集团公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]