專利名稱：激光列陣微孔成型裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光精密打孔、在聚合物介電絕緣材料上加工列陣微孔，用于集 成電路行業(yè)半導(dǎo)體芯片測試卡探針導(dǎo)向板列陣微孔的精密加工的激光列陣微孔 成型裝置與方法。
背景技術(shù)：
激光微孔成型技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料(包括金屬與 非金屬)進(jìn)行微鉆孔加工，涉及到光、機(jī)、電、材料、控制及檢測等多學(xué)科綜合 技術(shù)。激光打孔在汽車、微電子、光通訊、航天航空、生物醫(yī)學(xué)、太陽能及燃料 電池新能源等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，改進(jìn)或取代某些傳統(tǒng)加工方式。與 傳統(tǒng)的紅外激光束打孔不同熱能量加工，本發(fā)明選擇短波長、高質(zhì)量光束的紫外 固體激光，設(shè)計和制造達(dá)到或接近衍射極限的紫外激光聚焦系統(tǒng)，獲得精細(xì)的聚 焦光束，利用紫外激光高能的"冷光"特性鉆微孔加工，大大降低孔徑邊緣的熱 影響區(qū)，提高孔型精度。半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，計算機(jī)、筆記本電腦、 手機(jī)電路板、便攜式消費(fèi)電子產(chǎn)品采用高密度多層PCB、體積緊湊向小型化發(fā) 展，半導(dǎo)體芯片制作、測試和封裝要求不斷提高，芯片和電路向高腳數(shù)、高密度 和多層電路板方向發(fā)展，其結(jié)構(gòu)更加緊湊、外形體積不斷縮小。傳統(tǒng)的機(jī)械打孔 或沖孔已方式無法滿足芯片電路向高腳數(shù)、高密度、新一代多層電路板發(fā)展需求， 采用激光微孔加工。傳統(tǒng)的激光打孔為固定光束單脈沖加工單元微 L，本發(fā)明采 用光束偏轉(zhuǎn)掃描方式，激光束在計算機(jī)程序控制下，按照所需的孔徑、孔間距和 孔型等參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)文件至實物輸出加工，

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有半導(dǎo)體芯片測試探針卡機(jī)械法沖孔存在的缺點，
提供一種用于集成電路行業(yè)半導(dǎo)體芯片測試卡探針導(dǎo)向板列陣微孔的精密加工
的激光列陣微孔成型裝置與方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種激光列陣微孔的制作方法，其步驟為 1.設(shè)置探針卡列陣微孔板所需的孔徑、孔間距和孔型參數(shù)，制作計算機(jī)控制加
工文件；
2. 開機(jī)設(shè)定激光參數(shù)激光功率、激光脈沖寬度、脈沖重復(fù)頻率和脈沖數(shù)；光 束定位掃描參數(shù)的設(shè)定；
3. 放置工件定位對準(zhǔn)視覺系統(tǒng)套準(zhǔn)定位，真空負(fù)壓吸附探針導(dǎo)向板；
4. 設(shè)置、開啟加工用輔助氣體壓力、流量，開始加工；
5. 列陣微孔加工完畢，進(jìn)行孔徑、孔間距和孔型參數(shù)測定，合格品包裝。
本發(fā)明一種激光列陣微孔成型裝置，其特點是，它包括高重復(fù)頻率、超短 脈沖紫外固體激光器、激光束發(fā)生器、準(zhǔn)直擴(kuò)束器、快門、光束定位掃描裝置、 CCD視覺對位系統(tǒng)、XYZ (可升降)精密位移工作平臺、真空負(fù)壓吸附片架。
本發(fā)明的有益效果是隨著集成電路芯片密集度不斷提高，本發(fā)明采用高重 復(fù)頻率、超短脈沖紫外激光加工列陣微孔，克服現(xiàn)有機(jī)械沖孔方式加工測試卡探 針導(dǎo)向板高密度針腳數(shù)效率低、接觸式加工"沖頭"易受損、孔徑尺寸變化等缺 陷，將色彩絢麗的動感數(shù)碼全息圖直接壓鑄在貴金屬紀(jì)念幣材料表面，使紀(jì)念幣 更具觀賞性、集當(dāng)今高新技術(shù)與藝術(shù)性融為一體的特色。


圖l為具有垂直孔壁、測試探針導(dǎo)向板列陣微孔圖； 圖2為激光列陣微孔成型裝置框圖； 圖3為激光列陣微孔成型裝置實施例1結(jié)構(gòu)圖； 圖4為激光列陣微孔成型裝置實施例2結(jié)構(gòu)圖； 圖5為芯片測試探針卡制作步驟和流程圖。
具體實施例方式
具有垂直孔壁、測試探針導(dǎo)向板列陣微孔圖如圖1所示，芯片測試卡探針導(dǎo) 向板激光列陣微孔的制作方法制作由以下幾個步驟組成，如圖5所示,l.芯片 測試點坐標(biāo)及探針規(guī)格參數(shù)；2.設(shè)置列陣微孔的孔徑、孔間距和孔型參數(shù)；3. 加工文件制作；4.開機(jī)，設(shè)定激光及系統(tǒng)控制參數(shù)。
(激光功率、激光脈沖寬度、脈沖重復(fù)頻率和脈沖數(shù))設(shè)定光束定位掃描參數(shù)或 旋轉(zhuǎn)光束發(fā)生器及聚焦鏡焦點跟蹤控制參數(shù)；5.工件定位套準(zhǔn)，真空吸片；6. 開啟輔助氣體、列陣微孔加工；7.加工完畢，進(jìn)行孔徑、孔間距和孔型參數(shù)測 定，包裝。
一種激光列陣微孔成型裝置，圖2所示，它包括高重復(fù)頻率、超短脈沖紫
外固體激光器l、激光束發(fā)生器2、準(zhǔn)直擴(kuò)束器3、快門4、光束定位掃描裝置5、 CCD視覺對位系統(tǒng)6、 XYZ (可升降)精密位移工作平臺7、真空負(fù)壓吸附片架 8。
實施例h
由圖3所示， 一種激光列陣微孔成型裝置它包括高重復(fù)頻率、超短脈沖紫
外固體激光器l、激光束發(fā)生器2、準(zhǔn)直擴(kuò)束器3、快門4 (激光能量控制器)、 所述的光束定位掃描裝置5由XY光束定位掃描器10、遠(yuǎn)心f-theta掃描聚焦物 鏡11組成、CCD視覺對位系統(tǒng)6、 XYZ (可升降)精密位移工作平臺7、真空 負(fù)壓吸附片架8、列陣微孔工件9。 實施例2:
如圖4所示，激光列陣微孔成型裝置它包括 一種高重復(fù)頻率、超短脈沖紫 外固體激光器l、激光束發(fā)生器2、準(zhǔn)直擴(kuò)束器3、快門4 (激光能量控制器)、 所述的光束定位掃描裝置5由孔徑可調(diào)旋轉(zhuǎn)光束發(fā)生器12、焦平面自動跟蹤聚 焦物鏡13組成、CCD視覺對位系統(tǒng)6、 XYZ (可升降)精密位移工作平臺7、 真空負(fù)壓吸附片架8、列陣微孔工件9。
l.采用遠(yuǎn)心f-theta聚焦掃描物鏡方式
設(shè)置探針卡列陣微孔板所需的孔徑、孔間距和孔型參數(shù)，制作計算機(jī)控制加 工文件根據(jù)探針卡列陣微孔板所需的孔徑、孔間距及坐標(biāo)位置和孔型參數(shù)，形
成所需加工圖形的控制數(shù)據(jù)文件。微孔列陣探針導(dǎo)向板制作加工；激光列陣微孔
成型裝置及主要光路依次為高重復(fù)頻率、超短脈沖紫外固體激光器、激光束、準(zhǔn)
直擴(kuò)束、快門(激光能量控制器)、XY光束定位掃描器、遠(yuǎn)心f-theta掃描聚焦 物鏡、CCD視覺對位系統(tǒng)、XYZ (可升降)精密位移工作平臺、真空負(fù)壓吸附 片架、列陣微孔工件，各項參數(shù)及表面光潔度達(dá)到規(guī)定要求。
2.采用旋轉(zhuǎn)光束自動焦平面跟蹤方式 同上，設(shè)置探針卡列陣微孔板所需的孔徑、孔間距和孔型參數(shù)，制作計算機(jī)控制
加工文件根據(jù)探針卡列陣微孔板所需的孔徑、孔間距及坐標(biāo)位置和孔型參數(shù)，
形成所需加工圖形的控制數(shù)據(jù)文件。微孔列陣探針導(dǎo)向板制作加工；激光列陣微 孔成型裝置及主要光路依次為高重復(fù)頻率、超短脈沖紫外固體激光器、激光束、
準(zhǔn)直擴(kuò)束、快門(激光能量控制器)、孔徑可調(diào)旋轉(zhuǎn)光束發(fā)生器、焦平面自動跟 蹤聚焦物鏡、CCD視覺對位系統(tǒng)、XYZ (可升降)精密位移工作平臺、真空負(fù) 壓吸附片架、列陣微孔工件，各項參數(shù)及表面光潔度達(dá)到規(guī)定要求。
本發(fā)明的主要應(yīng)用特色:大規(guī)模集成電路芯片測試探針卡(Probe Card)的微 細(xì)加工、多層高密度PCB微通道打孔、高亮度LED芯片工藝中的激光精細(xì)加工、 鉆石飾品微刻、密碼防偽微加工等應(yīng)用其他手段無法加工的高硬度、高脆性、及 高熔點材料的精密尺寸的精細(xì)加工(微米及亞微米制造技術(shù))；高密集度(2英 寸芯片面積中成千上萬個微孔)的加工等。探針卡(ProbeCard)是應(yīng)用在IC集成 電路、液晶顯示面板封裝前，以探針(Probe)進(jìn)行功能測試，篩選不良品，提高最 終的成品率。而未來的探針卡測試需求，將面臨超細(xì)間距(ultrafinepitch)、面陣 領(lǐng)!)試(area array testing)、高引腳數(shù)(high pin counts)、高觀!j試次數(shù)(high touch down) 及低成本(low cost)等挑戰(zhàn)。國際上新開發(fā)的"3D立體探針卡"技術(shù)采用了 3D 懸浮微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)、高硬度微電鑄技術(shù)等微/納米精準(zhǔn)微加工技術(shù)，已突破了 傳統(tǒng)人工組裝的最小間距(min. pitch)及最大腳數(shù)(max. pin counts)極限，開發(fā)一體 化的探針卡，將促進(jìn)國內(nèi)產(chǎn)業(yè)今后開發(fā)納米IC及高分辨率顯示器測試之先機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種激光列陣微孔的制作方法，其特征在于，所述方法步驟為1)設(shè)置探針卡列陣微孔板所需的孔徑、孔間距和孔型參數(shù)，制作計算機(jī)控制加工文件；2)開機(jī)設(shè)定激光參數(shù)激光功率、激光脈沖寬度、脈沖重復(fù)頻率和脈沖數(shù)；光束定位掃描參數(shù)的設(shè)定；3)放置工件定位對準(zhǔn)視覺系統(tǒng)套準(zhǔn)定位，真空負(fù)壓吸附探針導(dǎo)向板；4)設(shè)置、開啟加工用輔助氣體壓力、流量，開始加工；5)列陣微孔加工完畢，進(jìn)行孔徑、孔間距和孔型參數(shù)測定，合格品包裝。
2. —種激光列陣微孔成型裝置，其特征在于，它包括高重復(fù)頻率、超短脈 沖紫外固體激光器、激光束發(fā)生器、準(zhǔn)直擴(kuò)束器、快門、光束定位掃描裝置、 CCD視覺對位系統(tǒng)、XYZ (可升降)精密位移工作平臺、真空負(fù)壓吸附片架。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光列陣微孔成型裝置，其特征在于，所述的光 束定位掃描裝置由光束定位掃描裝置由XY光束定位掃描器、遠(yuǎn)心f-theta 掃描聚焦物鏡組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光列陣微孔成型裝置，其特征在于，所述的光 束定位掃描裝置由孔徑可調(diào)旋轉(zhuǎn)光束發(fā)生器、焦平面自動跟蹤聚焦物鏡組 成。
全文摘要
本發(fā)明公開了激光列陣微孔成型裝置與方法，步驟為設(shè)置微孔板孔徑、孔間距和孔型參數(shù)，制作加工文件；設(shè)定激光功率、脈沖寬度、脈沖重復(fù)頻率和脈沖數(shù)；光束定位掃描參數(shù)的設(shè)定；工件定位視覺系統(tǒng)定位，真空負(fù)壓吸附探針導(dǎo)向板；設(shè)置開啟輔助氣體壓力、流量，開始加工；加工完畢后進(jìn)行孔徑、孔間距和孔型參數(shù)測定。裝置包括高重復(fù)頻率、超短脈沖紫外固體激光器、激光束發(fā)生器、準(zhǔn)直擴(kuò)束器、快門、光束定位掃描裝置、CCD視覺對位系統(tǒng)、XYZ位移工作平臺、真空負(fù)壓吸附片架。本發(fā)明的有益效果是克服現(xiàn)有機(jī)械沖孔方式效率低、“沖頭”易受損、孔徑尺寸變化等缺陷，將動感數(shù)碼全息圖直接壓鑄在貴金屬紀(jì)念幣材料表面，使紀(jì)念幣更具觀賞性。
文檔編號B23K26/00GK101168217SQ20071017152
公開日2008年4月30日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者姜兆華, 偉 張, 張宛平, 沈冠群, 涌 潘, 王又良 申請人:上海市激光技術(shù)研究所