專利名稱：利用激光加工電路基片的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于加工電路基片的裝置和方法，它帶有-一個用于基片固定和定位的工件支座，-一個二極管觸發(fā)(diodengepumpten)的、易于控制的、脈沖式固體激光器，-一個偏轉(zhuǎn)單元，-一個投影單元，以及-一個用于調(diào)節(jié)激光的工作參數(shù)的控制器。
原理上上已知，在加工電路板和類似的電路基片時使用激光束的能量。由US 5 593 606公開了帶有連續(xù)觸發(fā)的、良好接通的釔鋁石榴石激光器的紫外線激光系統(tǒng)在一個多層基片上鉆微孔的應(yīng)用。在那里通常應(yīng)用直到5kHz的重復(fù)頻率。
由EP 931 439 B1公開了一種在電絕緣基體上形成至少兩個布線層的方法，其中一個激光器，優(yōu)選一個釔鋁石榴石激光器不僅被用于鉆盲孔，而且被用于構(gòu)造印制導(dǎo)線。在形成印制導(dǎo)線時，可以通過激光直接部分地剝蝕金屬層來構(gòu)造，或者也可以利用激光部分地剝蝕在金屬層上附著的防腐層并腐蝕掉由此而暴露出來的金屬層的區(qū)域。
此外原理上還已知，應(yīng)用激光束照射光敏層。在EP 1 115 031 A2為此建議，例如使用一個重復(fù)率高于80MHz的鈦-藍(lán)寶石激光器，它可以產(chǎn)生一個近似連續(xù)的紫外線激光束。
如果在一個線路板加工中要并列地應(yīng)用不同的加工方法，按應(yīng)用情況要使用不同的、造成巨大的投資費用的激光系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的在于提供一種激光系統(tǒng)及相應(yīng)的激光加工方法，其無需昂貴的附加投資和更換工裝就可以用不同的激光方法加工基片。
根據(jù)本發(fā)明使用一種用于加工電路基片的裝置達(dá)到此目的，該裝置具有，-一個用于基片固定和定位的工件支座，-一個帶有二極管觸發(fā)的、易于控制的、波長在26nm和1064nm之間的脈沖式固體激光器的激光源，它可以發(fā)射在下面值域內(nèi)的激光束-一個在1kHz和1MHz之間的脈沖重復(fù)頻率，-一個從30ns到200ns的脈沖長度以及，-一個從約0.1W到約5W的平均激光功率，-此外一個偏轉(zhuǎn)單元，其偏轉(zhuǎn)速度可以到600mm/s，-一個投影單元以及，-一個控制器，它能夠按應(yīng)用情況使激光器以不同的平均激光功率和重復(fù)頻率的組合方式工作。
通過根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的激光器的選擇可以使所有對線路板加工存在的激光加工步驟，例如鉆孔、剝蝕金屬層或剝蝕防腐層直到光敏漆被裸露照射使用一個唯一的激光源進(jìn)行，其中所述激光器帶有一個至今未知的特征值的光譜和一個控制器，該控制器可以針對分別設(shè)置的基片加工方式調(diào)節(jié)一個預(yù)定的特征數(shù)據(jù)的組合。相應(yīng)地簡化了準(zhǔn)備加工裝置的費用和不同加工步驟之間更換工裝的費用。
根據(jù)本發(fā)明的裝置優(yōu)選使用一個波長在350和550nm之間的激光器，特別是一個波長為355nm的紫外線激光器工作。
如上所述，可以對確定的，在考慮之列的加工步驟設(shè)置預(yù)先確定的激光特征值的組合。這樣激光器具有一個用于剝蝕層的第一工作方式，此時它以一個約1到2W的平均激光功率和一個約60到80kHz的重復(fù)頻率工作。其中能看出，對例如金屬層的構(gòu)造組合稍高的激光功率和稍低的重復(fù)頻率，并且對非金屬層，例如抗焊漆(Ltstoplack)的剝蝕組合大約1W的稍低激光功率和大約80kHz的稍高重復(fù)頻率。在一個用于在電路基片的金屬層和絕緣層中鉆孔的第二工作方式中，激光器例如被調(diào)整到一個從3到4W的平均激光功率和一個從10到30kHz的重復(fù)頻率。在一個用于照射光敏層的第三工作方式中，激光器被調(diào)整到一個非常小的，約100mW數(shù)量級的激光功率和一個從200kHz到1MHz的重復(fù)頻率。
一個電流計鏡單元適當(dāng)?shù)刈鳛槠D(zhuǎn)單元，它使通常300到600mm/s的高偏轉(zhuǎn)速度成為可能。利用一個合適的激光功率和光斑直徑的組合也可以使用非常高的偏轉(zhuǎn)速度。激光束以這個速度在構(gòu)造層時基本上直線運(yùn)動，而鉆孔時以已知的方式進(jìn)行圓周運(yùn)動。
一種根據(jù)本發(fā)明用于加工電路基片的方法，其中應(yīng)用了一個波長在約266和約1064nm之間、脈沖重復(fù)率在1kHz和1MHz之間、脈沖長度在30ns和200ns之間和平均激光功率在約0.1W和約5W之間的激光器，所述方法具有下面的步驟-基片被固定和定位在一個工件支座上，-激光束通過一個控制單元調(diào)整到一個下面的工作方式a)以一個3到5W的平均激光功率、一個約10到30kHz的重復(fù)頻率和一個約30到50ns的脈沖長度鉆孔，b)以一個1到2W的平均激光功率、一個約50到90kHz，優(yōu)選60到80kHz的重復(fù)頻率和一個約50到60ns的脈沖長度構(gòu)造金屬或絕緣層，c)以一個接近0.1W的平均激光功率、一個約200kHz到1MHz的重復(fù)頻率和一個100到200ns，優(yōu)選120ns的脈沖長度照射一個光敏層，-利用激光束以調(diào)整好的工作方式加工基片，其中激光束借助一個電流計鏡偏轉(zhuǎn)單元以一個300到600mm/s的速度運(yùn)動。
在一種優(yōu)選的設(shè)計方案中，在工作方式c)中被照射的光敏層在另一個步驟中顯影，然后該層未被照射的面積被除去。
接下來通過實施例借助于附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明圖中示出

圖1一個根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的激光加工裝置，其帶有一個用于鉆孔的基片的示意結(jié)構(gòu)，圖2一個示意示出的基片，在此利用激光束構(gòu)造一個防腐層并且已暴露的圖案接著被腐蝕，圖3一個示意示出的基片，在此直接利用激光束構(gòu)造一個金屬表層，圖4一個示意示出的基片，在此利用激光照射一個涂在金屬層上的光敏層，以及圖5一個基片的俯視圖，在此按照圖4利用激光照射一個通道(Spur)然后洗去。
在圖1中示意示出了一個激光加工裝置的結(jié)構(gòu)。核心構(gòu)件是一個激光器1，它是為本發(fā)明的目的而設(shè)計的二極管觸發(fā)的、易于控制的、脈沖式固體激光器。由此激光源發(fā)出的激光束2通過一個帶有兩個電流計鏡31和32的偏轉(zhuǎn)單元3以及一個優(yōu)選由一個透鏡形成的投影單元4引導(dǎo)向一個基片10，該基片設(shè)置在一個支承裝置5上，特別是一個所有方向都可調(diào)節(jié)的定位臺上。一個控制單元6用來控制該支承裝置，它不僅控制激光器1，而且也按所希望的加工相應(yīng)地控制偏轉(zhuǎn)單元3和支承機(jī)構(gòu)5。
通常工件、即基片利用支承裝置5，也就是定位臺在水平方向帶到一個這樣的位置，即一個確定的，為加工設(shè)定的基片區(qū)域達(dá)到激光束2的作用范圍(X-Y-定位)。此外可以通過定位臺5的垂直調(diào)節(jié)，按希望的激光束對焦將基片帶到投影單元4的焦點上或一個設(shè)定的離開焦點的距離上。在激光加工期間基片保持在調(diào)整好的位置上，因為到要加工區(qū)域的運(yùn)動通過經(jīng)過偏轉(zhuǎn)單元3對激光束的導(dǎo)向完成。通過電流計鏡的導(dǎo)向可以實現(xiàn)比通過調(diào)整具有相對大的質(zhì)量的定位臺5高很多的速度。激光束2到基片10的要加工區(qū)域的導(dǎo)向由控制單元6通過電流計鏡31和32完成。此外在控制裝置中儲存有程序，利用該程序?qū)τ谙鄳?yīng)的應(yīng)用目標(biāo)將激光器1調(diào)整到確定的特性數(shù)據(jù)的組合。
在圖1的例子中假設(shè)，在基片10上以通孔或盲孔的形式鉆孔，所謂的通孔。基片有一個中間絕緣層11以及在上面和下面分別有一個金屬層12或13。假設(shè)要穿過金屬層12和絕緣層11鉆一個盲孔14，這樣調(diào)整激光器，使它在一個10kHz到30kHz的重復(fù)頻率和一個30ns到50ns的脈沖長度下發(fā)射出一個例如3.5W到4W的中等的激光功率。激光本身在這種情況下優(yōu)選一個波長355nm的紫外線激光。不過也可以應(yīng)用一個波長532nm的激光。如果激光器現(xiàn)在已經(jīng)調(diào)整到用于孔運(yùn)行方式的設(shè)定的功率，然后所需要的孔14在基片10上被鉆出，其中例如激光束必須進(jìn)行一定數(shù)量的圓周運(yùn)動，用于一方面將金屬層12，另一方面將絕緣層11在希望的鉆孔中剝蝕。
如果現(xiàn)在要在基片10上在另外一個工作過程中通過腐蝕印制導(dǎo)線構(gòu)造一個結(jié)構(gòu)，可以按照圖2在金屬層12上首先涂裝一個防腐層15，該防腐層利用激光按照一個給定的圖案在區(qū)域15a剝蝕，由此在這個區(qū)域中金屬層12暴露出來并可以被然后腐蝕掉。在這個圖中被標(biāo)記為2-2的激光束通過控制單元這樣調(diào)整，它在一個80kHz的重復(fù)頻率和60ns的脈沖長度下為了剝蝕防腐層而具有例如一個約1W的平均激光功率。這些值只是舉例給出，因為對單個的準(zhǔn)確調(diào)整取決于要剝蝕的層、其質(zhì)地、其厚度及同類的東西。
在圖3中舉例示出，怎樣利用一個激光束2-3直接按照一個設(shè)定的印制導(dǎo)線圖案構(gòu)造金屬層12，也就是說，部分地剝蝕。金屬層12只存在于印制導(dǎo)線希望存在的地方，而在區(qū)域12a中暴露出絕緣層11。為此目的將激光束2-3通過控制裝置這樣調(diào)整，它在一個60kHz的重復(fù)頻率和約為50ns的脈沖長度下具有例如一個約1.5W的平均激光功率。在這種情況下準(zhǔn)確的調(diào)整也要取決于要剝蝕的金屬層12的質(zhì)地和厚度。
在圖4中最終示出，怎樣可以在基片上借助光刻法構(gòu)造一種結(jié)構(gòu)。在這種情況下在金屬層12上首先涂裝一個光敏層16，它借助一個激光束2-4在設(shè)定的區(qū)域16a內(nèi)照射。被照射的層然后顯影并洗去，這樣位于其下的金屬層區(qū)域12a暴露出來并可以被腐蝕掉。
圖5在俯視圖中作為圖片示出了一個帶有一個光敏層16的基片10，該光敏層在區(qū)域16a被激光束照射并隨后洗去。在這個例子中使用了一種已知商標(biāo)為Probelec的光致抗蝕劑，它在激光波長為355nm時敏感度為1200mJ/cm2。它被一個三倍頻的、二極管觸發(fā)的、具有355nm的波長、200kHz的重復(fù)頻率和脈沖長度約100-200ns的半導(dǎo)體激光以一個約100mW的平均激光功率照射。一個約30μm的線寬被用約100到600nm/s的偏轉(zhuǎn)速度照射。在圖5中可看出，盡管利用激光脈沖式加載，仍可以得到一條基本上直的被照射帶16a的邊緣線。人們可辨認(rèn)出一個寬為b1的內(nèi)部帶，其中銅層12(圖4)在洗去后顯得特別干凈；還可辨認(rèn)出寬度為b2的整個照射帶，它的邊緣區(qū)域?qū)?yīng)于激光束的能量分配被略弱地照射，不過總是以足夠的量照射并然后被腐蝕，這樣金屬層可以在整個b2寬度被腐蝕掉。
通過這些利用本發(fā)明給出的方案也可以使用和所述構(gòu)造或者鉆孔同樣的激光裝置進(jìn)行照射。在這種情況下所追求結(jié)構(gòu)的可獲得的線和中間空間通過對好焦的激光光斑的直徑設(shè)定，此外還通過光致抗蝕劑的敏感性和激光脈沖的重復(fù)率設(shè)定。從數(shù)學(xué)上考慮，可以獲得的線寬是一個在焦點內(nèi)的空間光束分配與光致抗蝕劑的光譜敏感性的卷積。盡管它是一個脈沖的激光束，人們通過連續(xù)脈沖的疊加獲得一個直的、貫通的線。通過相應(yīng)地調(diào)整激光重復(fù)頻率和電流計鏡的偏轉(zhuǎn)速度可以實現(xiàn)光致抗蝕劑不被剝蝕而被照射，這樣獲得如同常用的cw-Ar+激光同樣的效果。利用上面所述的值人們可以產(chǎn)生例如約30μm的線寬。
權(quán)利要求
1.用于加工電路基片的裝置，該裝置具有，一個用于基片(10)固定和定位的工件支座(5)、一個具有二極管觸發(fā)的、易于控制的、波長在266nm和1064nm之間的脈沖式固體激光器的激光源(1)，它可以發(fā)射在下面值域內(nèi)的激光束(2)一個在1kHz和1MHz之間的脈沖重復(fù)頻率，一個從30ns到200ns的脈沖長度以及，一個從約0.1W到約5W的平均激光功率，此外在激光的光束路線上設(shè)置一個偏轉(zhuǎn)單元(3)，其偏轉(zhuǎn)速度可以到600mm/s，一個投影單元(4)以及，一個控制器，它能夠按應(yīng)用情況使激光器以不同的平均激光功率和重復(fù)頻率的組合工作。
2.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，使用一個波長在350和550nm之間的激光器，優(yōu)選一個波長為355nm的紫外線激光器。
3.按權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述激光器具有一個用于剝蝕層的第一工作方式，此時它以一個約1到2W的平均激光功率和一個約60到80kHz的重復(fù)頻率工作。
4.按權(quán)利要求1至3中任意一項所述的裝置，其特征在于，所述激光器具有一個用于在電路基片(10)的金屬層(12)和絕緣層(11)中鉆孔(14)的第二工作方式，此時它以3到4W的平均激光功率和一個10到30kHz的重復(fù)頻率工作。
5.按權(quán)利要求1至4中任意一項所述的裝置，其特征在于，所述激光器具有一個用于照射光敏層(16)的第三工作方式，此時它以一個100mW數(shù)量級的平均激光功率和一個從200kHz到1MHz的重復(fù)頻率工作。
6.按權(quán)利要求1至5中任意一項所述的裝置，其特征在于，應(yīng)用一個偏轉(zhuǎn)速度從100到600mm/s的電流計鏡單元(3)作為偏轉(zhuǎn)單元。
7.用于加工電路基片的方法，其中應(yīng)用了一個波長在約266nm和約1064nm之間、脈沖重復(fù)率在1kHz和1MHz之間、脈沖長度在30ns和200ns之間、平均激光功率在約0.1W到約5W之間的激光器(1)，該方法具有下面的步驟-基片(10)被固定和定位在一個工件支座(5)上，-激光束(2)通過一個控制單元(6)調(diào)整到一個下面的工作方式a)以一個3到5W的平均激光功率、一個約10到30kHz的重復(fù)頻率和一個約30到50ns的脈沖長度鉆孔(14)，b)以一個1到2W的平均激光功率、一個約50到90，優(yōu)選60到80kHz的重復(fù)頻率和一個約50到60ns的脈沖長度構(gòu)造或剝蝕金屬層或絕緣層(15，12)，c)以一個接近0.1W的平均激光功率、一個200kHz到1MHz的重復(fù)頻率和一個約100到200ns，優(yōu)選約120ns的脈沖長度照射一個光敏層(16)，以及-利用激光束(2)以調(diào)整好的工作方式加工基片，其中激光束借助一個電流計鏡偏轉(zhuǎn)單元(3)以一個300到600mm/s的速度運(yùn)動。
8.按權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在工作方式c)中被照射的光敏層(16)在另一個步驟中顯影，然后這個層(16)未被照射的區(qū)域被除去。
全文摘要
為了加工電路基片使用了一個帶有二極管觸發(fā)的、易于控制的、脈沖式固體激光器的激光源(1)，該激光器可以發(fā)射一種波長在266nm和1064nm之間的、脈沖重復(fù)率在1kHz和1MHz之間的和在一個約0.1W到5W之間的平均激光功率時脈沖長度在30ns和200ns之間的激光束。其中通過一個控制器可以按應(yīng)用情況調(diào)整到具有相應(yīng)不同的激光功率和重復(fù)頻率的組合的、預(yù)定的工作方式，從而有選擇地利用同一個激光器執(zhí)行一個鉆孔工作方式、一個剝蝕工作方式或一個照射工作方式。借助一個同樣通過控制單元調(diào)節(jié)的電流計鏡偏轉(zhuǎn)單元將激光束按照各自相應(yīng)的工作方式引導(dǎo)到基片上。
文檔編號H05K3/00GK1753755SQ200380109879
公開日2006年3月29日 申請日期2003年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月20日
發(fā)明者E·勒蘭茨, S·萊斯亞克, S·埃德姆 申請人:西門子公司