[发明专利]使用具有靶特征的激光射束的透过透镜校准的激光处理系统

说明书

技术领域

本揭示有关介电质或其它材料的激光处理。

背景技术

通常使用介电质与导电材料的激光处理，以去除电子组件中的细微特征。例如，可以将芯片封装基板激光处理，以便将信号从半导体晶粒传送的球格栅数组或类似封装。经激光处理特征可以包括：信号迹线、接地迹线以及微通孔(以连接封装层间的信号迹线)。最近的设计趋势为将信号与接地迹线合并于一单层上，以严密控制信号阻抗，同时减少在芯片封装中层的数目。此种方式会需要小的迹线尺寸与间隔(例如，大约10微米(μm)至大约25μm)，以及每封装长的迹线长度(例如，大约5m至大约10m)。为了经济节省地建构芯片封装，此等特征被去除的速率可能非常快(例如，从大约1米/秒(m/s)至大约10m/s)。某些封装例如可以在大约0.5秒至大约5秒中处理，以符合客户产量目标。

芯片封装另一有用的特征为：以经控制的深度变化提供相交迹线。例如，接地迹线可以在整个样式中在数个点分支。在各分支相交处，此等迹线可以少于大约±10％所想要深度变化而去除。在正常情况下，如果两个沟渠在一点被去除，则此去除射束的双曝露会产生大约100％的深度变化。

芯片封装另一有用的特征为：可以在封装的不同部份提供可变迹线宽度，以控制阻抗、或提供用于层间连接通孔的垫。迹线宽度控制应以减少或最小干扰提供给主要迹线的高速处理。

亦可以有用，使用减少或最小时间、以高速处理任何尺寸与形状的特征，以改变此特性的特征。例如，此等特征可以包括：具有各种直径及/或侧壁锥度(taper)、正方形或矩形垫、配置基准、及/或文数字符号的微通孔。在传统上为了处理特征例如微通孔而设计光学系统，以提供可变直径的成形强度轮廓(例如，平顶射束)，或纯粹高斯(Gaussian)射束。当改变激光处理点特征时，此等光学系统具有重大时间延迟(例如，大约10毫秒(ms)至大约10秒(s))。

亦有其它问题，其与建构一机器以符合以上说明处理参数有关。例如，由于路由需求，迹线可以在整个封装中改变方向。当以高速处理迹线时，此轨迹角度中的变化可以须要在非常短的时间尺度的高射束位置加速。当例如以高速(例如，大约1m/s至大约10m/s)操作而用于高产量时，激光处理可以容易地超过射束定位器的动态限制。

此种加速度及/或速度在传统激光处理机器中难以达成，其依赖射束定位技术，例如：线性平台、与镜电流计射束偏转器(在此称为“galvo”或”galvo镜”)的组合，以及静态(或缓慢改变)射束调整光学装置，其无法在使用于此种型式处理的时间尺度(例如在大约1微秒(μs)至100微秒(μs)的等级)中响应。

实际的去除过程亦为考虑因素。可以使用具有高尖峰功率的激光脉冲以去除介电材料，而同时将例如熔化、断裂以及基板损坏的热副效应最小化。例如，具有脉冲宽度在大约20微微秒(ps)至大约50ps的范围中，以大约5MHz至大约100MHz重复率的超快激光，可以高尖峰功率处理材料，同时提供重大脉冲重迭，以避免脉冲间隔效应。光纤激光现在通常以大于大约500kHz的重复率在奈秒区域中提供脉冲宽度。在正常情况下，对于给定处理条件(去除深度与宽度)，此提供给处理材料的“剂量”(功率/速度)应为固定。然而，在低速率，此所提供功率可能变得太低，以致于尖峰脉冲功率并不足以去除材料而不会导致热效应(例如：熔化以及烧焦)。

另一种会降低去除效率的处理效应为：处理射束与去除材料烟尘的交互作用。烟尘会使得射束足够地扭曲变形或偏转，而干扰到所聚焦射束，或由于其偏转而造成准确度问题。

射束定位器设计可以使用电流计将处理射束偏转。此在工件处理射束的强度轮廓可以为：高斯(用于将高斯射束简单地聚焦)；或形成强度轮廓(例如，平顶轮廓)用于由固定光学射束成形器所调整的射束。

在以上已经说明此等系统，其中声光偏转器(AOD)与电流计组合以提供高速偏转，此例如在美国专利案号5,837,962与7,133,187中说明，然而此等引证案中并未说明如何在先进射束定未设计中获得所想要的性能表现。

发明内容

在一实施例中，此用于将工件微机械加工的激光处理系统包括：以激光源，其产生一系列激光脉冲，用于处理在工件表面中特征；一电流计驱动(galvo)子系统，其沿着相对于工件表面处理轨迹给予激光射束点位置的第一相对移动；以及一声光偏转器(AOD)子系统。此AOD子系统可以包括：AOD与电光偏转器的组合。