CN100404192C - 用于电阻器的激光微调的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供用于对衬底层上印刷的电阻器进行激光微调的改进系统和方法。示例性实施例测量各环形电阻器的电阻值，并且基于与各电阻器关联的测量电阻值和目标电阻值，把环形电阻器分类成一个或多个箱。然后可以基于预报微调公式对各箱分配激光微调文件，其中各激光微调文件限定用于激光钻的配置参数集，以使各电阻器符合它们的各自目标值。激光钻按照分配给各箱的激光微调文件，使用激光微调文件微调那个箱之内的电阻器。

Description

用于电阻器的激光微调的方法和系统

技术领域

本发明一般涉及电子电路元件的制造，并且更特别地涉及用于对衬底层上制造的无源元件进行激光微调的系统和方法。

背景技术

在衬底层上制造的电阻器比表面安装电阻器提供重要的电性能优点。然而，问题是在制造衬底层的时候，印刷电路板和其他电路衬底制造者必须在期望标称值和容限值下在衬底层上制造这些电阻器。因为印刷电阻器典型地埋入一个或多个叠层下方的印刷电路板或其他电路平台之内，所以平台制造者一般不能够在以后时间较正缺陷。首先需要关于标称值和容限值两者适当地制造电阻器，一直是高产量和高容量埋入电阻器工序的一个抑制因素。这些问题对于在多层上印刷有电阻器的印刷电路板变得特别明显。如果在一层的电阻器没有满足要求的规范，则整个电路板可能是次品。结果，多层印刷电路板和其他电路平台，例如多芯片组件、混合电路和芯片包装，典型地遭受异常低产量。

常规方法试图通过执行电阻器的激光微调，以使电阻器符合要求的标称值和容限值来减轻这些问题。一般地，有两种基本方法以在厚聚合物电阻器中产生改变(较高欧姆)：(a)根据大小和方向减小或改变通过电阻器的电流路径；和(b)减小或改变与电流方向垂直的截面积。第一方法典型地使得通过电阻器一部分的微调薄片在相对于电流方向的截面积中创建局部化减小而执行。然而，这种方法使薄片切割周围的电场畸变，并且能以较高频率在电阻器的阻抗中产生不期望变化。第二方法执行平面切割，以减小沿电流方向的电阻器的截面积。因为仅电流的大小受到影响，而方向不受到影响，所以高频阻抗将不会受到重大影响。

虽然有些形式的微调对于更传统的方形电阻器可能良好地执行，但是最近引入的环形电阻器呈现了独特的问题。由于环形电阻器的不同物理几何学，常规激光微调设备和工序可能不适合对环形电阻器激光微调。另外，印刷电路板制造者可能不愿意招致购买专用激光微调设备的费用，这项费用会超过每台激光微调工具一百万美元，或更改现有激光微调设备，以执行环形电阻器的激光微调。对于具有大量埋入电阻器或印刷在多层上的电阻器的电路衬底层，由于需要对各电阻器选择激光微调设置，也会使常规激光微调工序较困难和耗时。而且，因为常规激光微调方法典型地不收集且不以有意义方式显示统计信息，所以电路板制造者可能不具有足够的信息来调整激光微调工序或下面印刷过网工序。

因此，考虑到与现有方法关联的问题，需要用于对元件进行激光微调的改进系统和方法。

发明内容

本发明的实施例通过提供用于对无源元件进行激光微调的改进系统和方法，减轻上述问题中的许多问题。在本发明的一个实施例中，测量在衬底层上印刷的各电阻器的电阻值。然后基于与各环形电阻器关联的测量电阻值和目标电阻值，把电阻器分类成一个或多个箱。使用预报微调公式对各箱分配激光微调文件，其中各激光微调文件限定激光钻的配置参数集，以使各电阻器符合它们的各自目标值。然后使用激光钻，以按照分配给各箱的激光微调文件，微调那个箱之内的电阻器。

本发明的其他实施例可以配置激光微调文件，以在电阻器上限定钻图形，以在电阻器之内形成平面通道。例如，激光钻文件可能包括在电阻器上的激光束步长、重叠因子和进给步数，使激光钻形成期望形状和深度的平面通道。还可以用微调应用来显示受微调电阻值的分布和其他统计信息，以确定与特别箱关联的激光钻文件的性能。这个统计信息可以由电路衬底制造者用来调整激光钻文件的参数。代替专用激光微调设备，通过使用可容易得到的激光钻，电路板制造者通过对可能为其他目的已经由制造者使用的通用激光钻补充费用支持，能减小设备费用。而且，基于预报微调公式通过对电阻器箱自动地分配激光钻文件，能避免对各电阻器选择激光微调设置的耗时任务。在其他实施例中，由激光微调应用提供的统计信息还可以提高激光微调的性能，并且通过提供关于激光微调工序或下面印刷过网工序的足够信息，以使制造者能够采取适当措施，增加电路板产量。

附图说明

对本领域技术人员来说，从以下结合附图的详细描述，本发明的这些和其他特征及优点将变得显而易见，其中：

图1A说明一个示例性系统的方块图，其中可以有利地实践本发明的原理；

图1B说明按照本发明的一个实施例的示例性系统的流程图；

图1C说明按照本发明的一个实施例的包括微调应用细节的示例性系统的方块图；

图2A说明按照本发明的一个实施例的示例性微调工具分配界面；

图2B说明按照本发明的一个实施例在执行激光微调之后的微调工具分配界面的示例性输出；

图3说明按照本发明的一个实施例用于执行环形电阻器的平面微调的示例性激光微调图形；

图4A和图4B说明按照本发明的实施例执行的工序所达到的示例性产量；和

图5说明按照本发明的实施例执行的工序所达到的分层电路板的示例性产量。

具体实施方式

本发明的实施例提供用于对在电路衬底层上的无源元件，例如在印刷电路板上的环形无源元件进行激光微调的系统和方法。提出以下描述，以使本领域技术人员能够实现并且利用本发明。特定应用的描述仅作为例子提供。对本领域技术人员来说，优选实施例的各种变更、代替和变化将容易显而易见，并且在不脱离本发明的精神和范围下，可以将这里限定的一般原理应用于其他实施例和应用。因而，本发明并不意图限于所描述或说明的实施例，并且应该符合与这里公开的原理和特征相一致的最广范围。

参考图1A，以标号100总地说明一个示例性系统的方块图，其中可以有利地实践本发明的原理。如图所示，示例性系统包括丝网印刷机110，电阻测试仪112，微调应用114和激光钻116。在操作中，把使用丝网印刷机110制造有电阻器的印刷电路板或其他衬底层提供给电阻测试仪112，电阻测试仪112探测印刷电路板上的各电阻器，并且测量关联电阻。电阻测试仪112输出一个文件，该文件提供各电阻器的位置(x，y坐标)和关联电阻值。然后微调应用114使用电阻测试仪112的输出，以产生丝网印刷报告。如结合图2将要更详细地论述，这个报告可以配置为显示测量电阻值的分布和其他统计信息，然后可以使用这个统计信息来调整丝网印刷机110所使用的工序。

按照某些实施例，电路衬底层包括复合平面层，该复合平面层由层叠或键合到电介质层上的一个或多个导电层(例如铜)组成。对于多层电路板应用，电路衬底层典型地由键合到电介质层的两面的两个导电层组成。多层印刷电路板包括多电路衬底层。按照一个实施例，例如能用FR-406玻璃树脂系统使电介质层加强。可选择地，例如在capton、聚四氟乙烯或聚酰胺的情况下，电介质层可以不加强。电路衬底层的一个实施例由0.002″厚FR-406电介质层组成，在该电介质的各面键合有1/2盎斯(0.0008″厚)铜箔。

微调应用114也可以配置为基于测量电阻值和目标电阻值，把电阻器分类成一个或多个箱。例如，微调应用114可以配置为把电阻值的范围分成具有预定步长(例如0.5欧姆)的多个箱。对于具有相同目标值的电阻器，微调应用114使用这些电阻器的测量电阻值把电阻器放置在适当箱中。然后微调应用114基于预报微调公式，对各箱分配激光钻文件，以便使各箱之内的电阻器符合那个箱的目标电阻值。各钻文件使用电阻器材料和几何学的知识，来限定用于激光钻116的控制参数集，例如激光束点尺寸、脉冲持续时间、能量级、孔径、角度等，它们将用来控制激光钻116，以调整各箱之内的电阻器。激光钻文件使用一种预报微调方法学，来确定微调的材料量和微调图形，这种方法将预报改变实际电阻器值，以符合目标电阻器值。

一旦激光钻116按照对应的激光钻文件微调各箱之内的各电阻器，那么就可以向电阻测试仪112提供受微调的电路衬底层，以执行电路衬底层的第二电阻器测试。然后电阻测试仪112产生一个产量报告，它提供关于特别电路板是否通过预定的通过/失败标准的信息。受微调电阻器的测量电阻值也可以提供给微调应用114，以便显示与选择箱关联的激光钻文件的性能有关的测量电阻值的分布和其他统计信息。如以下将要更详细地论述，这个信息可以用于调整与特别箱关联的微调工具文件，以便精调特别激光钻文件的性能。

图1B说明按照本发明的一个实施例的示例性系统的流程图。工序流程表示为在制造工序中处理印刷电路板或衬底层的较大工序流程的一部分。工序的前面步骤总地以块120表示。其次，执行丝网印刷操作(块122)。使用丝网印刷机在印刷电路板或其他衬底层上印刷电阻器。在第一测试操作中(块124)对电阻器进行测试。运行微调应用(块126)。按照一个实施例，微调操作包括装载和分析带有电阻值的测试数据，配置成套工具，把电阻器映射到钻工具，并且使文件格式化，以提供给一个激光钻。将微调文件映射到电阻器的各自集，并且将一个实施激光钻的各自命令的文件格式化。为了改进工序，在后面的丝网印刷操作中能使用关于电阻值的信息，如块126至122的连接所示。激光钻基于微调应用提供的信息操作(块128)。例如，按照已经映射到各自电阻器的钻工具微调电阻器。在这样激光钻操作之后，在电阻器上执行一个附加的第二测试(块130)。基于第二测试的信息再运行微调应用(块132)。在这样操作中，微调应用装载和分析在第二测试中收集的电阻数据。基于这样测量可以执行附加的激光微调。其次，提供结果材料以作进一步处理(块134)。如块132至128的连接所示，为了改进工序，在后面的激光钻操作中能使用从第一或第二测试接收的关于电阻值的信息。

图1C说明按照本发明的一个实施例的包括微调应用细节的示例性系统的方块图。图1C中一般所示的系统包括测试仪150、微调应用152、微调文件154和激光钻156。微调应用152包括电阻值158、分类模块160、分配模块162和分配文件164。分配文件164包括箱166，例如箱168、170、172、174，和微调文件指示176，例如微调文件指示178、180、182和184。微调文件154包括例如186、188和190这些文件。各文件包含参数，例如参数192，它包括示例性参数194、196、198。

微调应用152配置为从测试仪150接收输入，并且对激光钻156提供分配信息。激光钻156还接收微调文件154。微调应用152从测试仪154接收所测试的各自电阻器的电阻值158。在微调应用152中把电阻器值158提供给分类模块160，分类模块160的结果提供给分配模块162。分配模块162输出分配文件164。基于电阻值把电阻器分类成各种箱。然后，通过分配模块162对各自箱分配不同的微调文件，这样创建一个包含箱166与各自微调文件指示176之间的分配165的文件。将分配文件164和微调文件154上载到激光钻156，激光钻156基于分配文件和分配微调文件在各自电阻器上执行钻操作。

参考图2A，以标号200总地说明按照本发明的一个实施例的用于微调应用的示例性微调工具分配界面。示例性界面意图提供图形和统计信息，允许用户快速浏览丝网印刷和激光微调工序控制两者。图2A的示例性界面表示在丝网印刷之后显示电路图像的1200个电阻器测试衬底层的示例性数据。通过图像210并且通过电阻箱220用数字显示分类电阻数据。在本例中，箱分辨率是0.05欧姆，并且具有0.15欧姆的开始通道和1.15欧姆的结束通道。如以230总地说明，在显示的左上角，通过图像对平均值(A)和分布(D)两者显示通过/失败结果，计算每个芯的总通过并且以240显示。电阻器芯的上容限值和下容限值也由290总体表示的上直线和下直线说明。

用户使用在显示的底部处的命令按钮和数字输入控制应用。首先在显示的底部处如以250总地说明，对微调应用输入每个芯的图像数和每个图像的电阻器数。然后用户能使用装载按钮251、252把数据装入微调应用。通过按第一测试按钮255，用户能分类并且显示在第一装载按钮251之上指示的文件中存储的数据(这些数据可能与丝网印刷之后收集的数据相对应)。相反，通过按第二测试按钮260，用户能分类并且显示在第二装载按钮252之上指示的文件中存储的数据(这些数据可能与激光微调之后收集的数据相对应)。这样，用户能在检查丝网印刷工序控制与激光微调工序控制之间快速地转换。

除执行第一和第二测试按钮251、252的功能外，Sort B按钮270还将电阻器分类成它们的分配箱，并且对各箱分配一个激光钻文件。如以285总地说明，在界面顶部的灰色字段中显示电阻箱分配的激光钻文件数。如先前所述，为了符合目标电阻规范，基于分配箱之内的电阻器必须改变的量，微调应用分配激光钻文件。例如，如图2A所说明，激光钻文件#35将配置为相对于0.70的目标值，使箱0.30之内的电阻器产生相对大的电阻值变化。相反，激光钻文件#10将相对于0.70的目标值，使箱0.65之内的电阻器产生相对小的电阻值增量变化。

各激光钻文件包括用于控制激光钻，例如HitachiNLC-1B21E-10C CO₂激光钻的参数，以按照预报微调公式执行分配箱之内的电阻器的平面微调。例如，对于环形电阻器，根据环孔内径(d₁)和外径(d₂)、电阻体厚度(T)和体电阻率(ρ)，用方程式(1)表示电阻值(R)。

$R(\mathrm{\ρ},T,K,d_1,d_2)=\frac{\mathrm{K\ρ}}{2\mathrm{\πT}}\mathrm{In}\left(\frac{d_2}{d_1}\right)\left(\mathrm{ohms}\right)---\left(1\right)$

系数K考虑由于制造(例如，印刷、叠层和热循环)引起的电阻的减小。方程式(2)表示相对于方程式(1)的参数，环形电阻器的电阻容限的一阶变化。

$\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}=\frac{\mathrm{\Δ}{d}_2}{d_2}-\frac{\mathrm{\Δ}{d}_1}{d_1}+\mathrm{In}\left(\frac{d_2}{d_1}\right)[\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\mathrm{\ρ}}-\frac{\mathrm{\ΔT}}{T}]---\left(2\right)$

方程式(2)表示对于环形设计，环形电阻器的厚度或平面设计的变化由小于一的自然对数因子倍增。通过使用方程式(2)表示的公式，电路衬底制造者能研制按平面方式预报微调环形电阻器的激光钻文件，以对电阻器厚度提供受控递增变化。这样，能同时达到较小递增和较大电阻值变化。然后微调应用能使用与各激光钻文件关联的电阻值的预报变化，对适当电阻箱之内的电阻器分配适当激光钻文件。

本发明不限于任何特定无源元件形状或制造这样无源元件的方法。说明的环形电阻器的激光微调技术是一种元件类型的例子。本发明的精神可以应用于其他无源元件形状，和除丝网印刷电阻材料外的材料。

按照本发明的某些示例性实施例，各激光钻文件控制激光钻，以在环形电阻器之内形成平面微调通道。如图3所说明，示例性激光钻文件可以包括各种参数，例如激光束点尺寸、脉冲持续时间、孔径、能量、角度、步长、重叠因子和绕环形电阻器的旋转数，以使激光钻在环形电阻器上执行一个钻图形，以形成平面微调通道。例如，有些实施例可以使激光钻在环形电阻器的一部分上产生一个具有预定孔径(d_a)的脉冲，然后移动激光钻，以在环形电阻器的另一部分上产生另一个脉冲。可以重复这个工序，直到激光钻在环形电阻器之内切开一个平面微调通道。如图3所说明，如在本例的情况下，平面通道的宽度等于d₃。

在本发明的其他实施例中，一旦激光钻完成绕环形电阻器的一次旋转，激光钻文件可以使激光钻偏移预定量，并且重复图形，以便形成一个具有更均匀侧壁的平面通道。另一个实施例可以在相对高功率级下执行一次或多次旋转，以便产生相对大的电阻值变化，然后减小功率级，并且在较低功率设置下执行一次或多次旋转，以便产生更精细的电阻值变化。又有其他实施例可以对一次或多次旋转使用相对大步长，并且在随后旋转使用较小步长。当然，其他实施例可以使用前述工序的组合或控制参数的另外配置，以使激光钻在环形电阻器之内形成平面微调通道。

返回参照图2A，在执行Sort B以使激光钻文件分配给各自电阻箱之后，可以使用钻格式按钮280产生一个能上载到激光钻的格式化程序。这个格式化程序主要将各电阻器的位置(x，y坐标)结合到与那个电阻器关联的激光钻文件中，然后将所有电阻器的激光钻文件连接到一个单文件。这样，能创建一个单文件以执行激光微调。基于与各电阻箱关联的激光钻文件，通过自动产生一个用于激光钻的格式化程序，按照本发明的实施例的激光微调能避免对电路衬底层上的各个别电阻器分配激光微调设置的困难和通常耗时工序。而且，如以下将要论述，通过基于测量性能更改与个别箱关联的激光微调文件，能容易地调整激光微调工序，以便精调激光微调工序。

参照图2B，说明按照本发明的实施例在执行激光微调之后微调工具分配界面的示例性输出。如以上相对于图2A所论述，用户通过按第二装载按钮251并且输入存储数据的文件名，能装载激光微调后数据。然后通过按第二测试按钮260，能浏览激光微调后数据。比较图2A和图2B，激光微调之后的所有图像的电阻值比激光微调之前的电阻值更接近目标容限。而且，如通过参数240所示，在本例中所有六幅图像在激光微调之后通过可应用验收标准。

为了进一步精制激光微调工序，图2B的示例性界面还包括用于监视和调整个别激光钻文件的性能的工具。通过在框292中输入激光钻文件号，并且按工具分散按钮293，用户能使用框295中的特别激光钻文件号，浏览受微调的电阻器的电阻值的分布。例如通过调整功率级、步长、旋转数或其他配置参数，可以使用这个信息调整激光钻文件。

参考图4A和图4B，说明按照本发明的实施例执行的工序所达到的示例性产量。在两个表中，第一测试给出在丝网印刷之后的电阻结果，以及第二测试给出在按照本发明的实施例的激光微调之后的电阻结果。产量列给出对列之上所列出的标称平均值的通过/失败结果。从开始两个测试的0.70欧姆到最后测试的0.60欧姆的标称变化的原因与通过叠层工序的电阻材料行为有关。如图4A和图4B所说明，单独使用丝网印刷工序，芯经历非常低的产量。然而，在执行按照本发明的实施例的激光微调之后，产量分别增加到96％和87％。

图5说明按照本发明的实施例执行的工序所达到的分层电路板的示例性产量。图5说明的表表示在组合图4A和图4B所说明的电阻器芯层的结果之后的结果。因为图5的多层印刷电路板包括两个埋入芯层，所以必须使两个层的个别产量最优化，以达到最好总产量。如图5中说明，叠层之后有非常小的产量损失，如个别图像的最后测试之后的85％产量所示。这些结果说明在克服多层印刷电路板和其他电路平台，例如多芯片组件、混合电路和芯片封装的嵌入无源元件所典型经历的异常低产量方面，使用本发明的实施例的优点。

虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是对本领域技术人员将容易理解，本发明不限于所公开或说明的实施例，相反，意在覆盖以下权利要求的精神和范围之内所包括的许多其它变更、代替、变化和广泛等同布置。

Claims (17)

1.一种用于对电阻器激光微调的方法，所述方法包括：

测量在电路衬底层上的电阻器集的各电阻器的电阻值；

基于与各电阻器关联的所述测量电阻值和目标电阻值，把所述电阻器分类成一个或多个箱；

基于预报微调公式对各箱分配激光微调文件，各激光微调文件限定激光钻的配置参数集，以使各电阻器符合它们的各自目标值；以及

按照分配给各箱的所述激光微调文件，使用所述激光钻微调那个箱之内的所述电阻器；

其中所述激光微调文件还在所述电阻器上限定钻图形，以在所述电阻器之内形成平面通道。

2.根据权利要求1的方法，其中由所述激光微调文件限定的所述配置参数至少包括用于所述激光钻的点尺寸和功率级。

3.根据权利要求1的方法，其中所述电阻器包括环形电阻器。

4.根据权利要求3的方法，其中所述激光微调文件至少包括在所述电阻器之上的步长、重叠因子和进给步数，以形成所述平面通道。

5.根据权利要求1的方法，还包括：

测量与特别箱关联的各受微调电阻器的电阻值；以及

基于所述特别箱之内的所述受微调电阻器的所述测量电阻值的分布，调整与所述特别箱关联的所述激光微调文件。

6.根据权利要求1的方法，还包括：

测量与特别箱关联的各受微调电阻器的电阻值；以及

显示所述受微调电阻值的分布，以评估与所述特别箱关联的所述激光钻文件的性能。

7.根据权利要求1的方法，还包括显示与各箱关联的所述测量电阻值的分布，以评估下面无源元件形成工序的性能。

8.根据权利要求1的方法，其中所述电路衬底层包括印刷电路板。

9.一种用于对电路衬底层上形成的电阻器激光微调的系统，所述系统包括：

测试仪，配置为测量在电路衬底层上形成的电阻器集的各电阻器的电阻值；

微调应用，配置为：

基于与各电阻器关联的所述测量电阻值和目标电阻值，把所述电阻器分类成一个或多个箱；以及

基于预报微调公式对各箱分配激光微调文件，以使各电阻器符合它们的各自目标值；和

激光钻，配置为按照分配给各箱的所述激光微调文件，对那个箱之内的所述电阻器微调，各激光微调文件限定所述激光钻的配置参数集；

其中所述激光微调文件还在所述电阻器上限定微调图形，以在所述电阻器之内形成平面通道。

10.根据权利要求9的系统，其中由所述激光微调文件限定的所述配置参数至少包括用于所述激光钻的点尺寸和功率级。

11.根据权利要求9的系统，其中所述电阻器包括环形电阻器。

12.根据权利要求11的系统，其中所述激光微调文件至少包括在所述电阻器之上的步长、重叠因子和进给步数，以形成所述平面通道。

13.根据权利要求9的系统，其中所述电路衬底层包括印刷电路板。

14.根据权利要求9的系统，其中所述测试仪还配置为测量与特别箱关联的各受微调环形电阻器的电阻值。

15.根据权利要求14的系统，其中所述激光微调应用还配置为基于所述特别箱之内的所述受微调电阻器的所述测量电阻值的分布，调整与所述特别箱关联的所述激光微调文件。

16.根据权利要求14的系统，其中所述激光微调应用还配置为显示所述受微调电阻值的分布，以评估与所述特别箱关联的所述激光钻文件的性能。

17.根据权利要求9的系统，其中所述激光微调应用还配置为显示与各箱关联的所述测量电阻值的分布，以评估下面无源元件形成工序的性能。

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