[发明专利]用于加工陶瓷胎片的方法和装置

说明书

本发明涉及一种对用于制造多层陶瓷电子元件的陶瓷胎片进行加工的方法和装置。更具体地说，本发明涉及一种对可形成多个馈通(feedthrough)孔(例如可作为通孔和穿孔的孔)的陶瓷胎片进行加工的方法和装置。

通过陶瓷层的层压并设置的内电极(夹层电极)一般通过在各种层压的陶瓷电子元件，如层压的线圈元件、层压的基片等中的通孔(馈通孔)形成电连接。

各通孔(馈通孔)是借助一模具和一冲销在陶瓷胎片上冲压而成的。

然而，上述的模冲法有以下问题：

1.模具和冲销在很大程度上会影响馈通孔的精度，因而它们必须具有很高的尺寸和结构精度，这样就不可避免地会提高生产成本；

2.尽管非常昂贵，但模具和冲销的使用寿命还是非常短，需要作周期性的更换，而且这种更换也需要相当长的时间；

3.每当产品或加工部分的形状发生变化时，就应该更换模具和冲销，在更换了模具和冲销之后，需要花费时间进行精确的调整；以及

4.随着馈通孔尺寸越来越细小，加工精度(制造精度)降低。

为解决上述问题，已经有人建议了一种方法(激光加工法)，该方法的一部分在如今已被采用，藉此，可以以较高的加工和定位精度在陶瓷胎片上的所需区域内形成尺寸小到大约80μm的馈通孔。

虽然可以用借助激光束的传统加工方法在陶瓷胎片的各不同位置上进行加工，即，使一安装有电流度式式扫描镜和陶瓷胎片的工作台移动，但这种加工的速率取决于激光束的振荡频率、电流计式扫描镜的扫描速度和工作台的移动速度，它们都限制了加工速率的提高。

与采用模具和冲销的方法相比，采用激光加工的方法比的加工速率比较慢，前者通常是后者的几分之一，经常是十分之一。

虽然已经有人建议采用钇铝柘榴石(YAG)激光来同时形成几个馈通孔以提高激光加工的速率，但该方法还是涉及以下问题：

1.激光的大部分能量都在一个用于分裂激光束的分激器中以及在经过分激器之后的激光束传送系统中损失掉了。由于激光振荡器所发出的能量只有30一50％被利用，所以不能充分地提高分裂激光束的数量；以及

2.当陶瓷胎片具有一种对YAG激光吸收率很低的组份时，YAG激光吸收器必须采用昂贵的材料。

虽然还有其它的方法可以用来在陶瓷胎片上同时形成多个馈通孔，如利用YAG激光和CO₂激光的方法或利用具有给定传送图案的掩模的方法，但这些方法也有下列问题：

1.不能充分地提高同时形成的孔的数量，因为激光振荡器所发出的能量只有10-30％能有效地加以利用；以及

2.图像聚焦掩模和图像传送掩模非常容易遭到激光束的损坏，因而不能确保高精度的加工。

为了适应近年来对电子元件的小型化和高度集成化的要求，形成在陶瓷胎片上的通孔的直径必须变得更加细小。

然而，如上所述，当采用冲压方法时，加工精度(制造精度)会随着孔径(孔尺寸)的变小而降低。

业已证明，在利用YAG激光和CO₂激光的激光加工法中，当孔径(孔尺寸)减小到50μm或更小时，要以较高的制造精度和尺寸精度来形成馈通孔是比较困难的。因此，可获得的最小孔径是大约30μm。这是因为：在利用YAG激光和CO₂激光进行激光加工时，当激光的波长接近最小孔径时，聚焦会变得困难。

在传统的激光加工方法中，如图6所示，由于激光振荡器的输出能量与激光束的宽度相关，因而需要将激光振荡器的输出能量调整得适于形成微细的馈通孔。当要形成直径为d的细孔时，照射到陶瓷胎片上的激光束就需要有宽度d，具有传统激光振荡器输出水平的激光束能量太大，以致使激光束的宽度大于要在陶瓷胎片上形成的馈通孔的孔径d，这样就不能形成所需的孔径d。穿孔所需能量的聚焦宽度大于馈通孔的孔径d。因此，应该通过降低激光振荡器的输出能量来减小激光束的宽度，以相应于所需的馈通孔孔径d。

然而，当降低激光振荡器的输出能量以将激光束的宽度减小到与馈通孔孔径d相对应的水平时，就不可能进行稳定的激光振荡。因此，由于加工质量的不稳定，很难获得具有较高制造精度和尺寸精度的细微馈通孔。