CN100448594C - 利用激光加工电路基片的方法 - Google Patents

Abstract

为了加工电路基片使用了一个带有二极管触发的、易于控制的、脉冲式固体激光器的激光源(1)，该激光器可以发射一种波长在266nm和1064nm之间的、脉冲重复率在1kHz和1MHz之间的和在一个约0.1W到5W之间的平均激光功率时脉冲长度在30ns和200ns之间的激光束。其中通过一个控制器可以按应用情况调整到具有相应不同的激光功率和重复频率的组合的、预定的工作方式，从而有选择地利用同一个激光器执行一个钻孔工作方式、一个剥蚀工作方式或一个照射工作方式。借助一个同样通过控制单元调节的电流计镜偏转单元将激光束按照各自相应的工作方式引导到基片上。

Description

利用激光加工电路基片的方法

技术领域

本发明涉及一种用于加工电路基片的装置和方法，它带有

-一个用于基片固定和定位的工件支座，

-一个二极管触发(diodengepumpten)的、易于控制的、脉冲式固体激光器，

-一个偏转单元，

-一个投影单元，以及

-一个用于调节激光的工作参数的控制器。

背景技术

原理上上已知，在加工电路板和类似的电路基片时使用激光束的能量。由US 5 593 606公开了带有连续触发的、良好接通的钇铝石榴石激光器的紫外线激光系统在一个多层基片上钻微孔的应用。在那里通常应用直到5kHz的重复频率。

由US 5 841 099公开了一种用于自动钻深度受到限制的盲孔的方法，在此同样使用了一个带有一个易于控制的钇铝石榴石激光器的激光系统，它的脉冲的激光束在紫外线光谱范围。一个多层基片的不同的层使用不同的激光参数钻孔并以这种方式分别对一种确定的材料剥蚀产生合适的能量密度。通过脉冲重复率的变化可以这样调整能量密度，使得一个绝缘层完全剥蚀而一个位于它下面的金属层未被剥蚀。

由EP 931 439 B1公开了一种在电绝缘基体上形成至少两个布线层的方法，其中一个激光器，优选一个钇铝石榴石激光器不仅被用于钻盲孔，而且被用于构造印制导线。在形成印制导线时，可以通过激光直接部分地剥蚀金属层来构造，或者也可以利用激光部分地剥蚀在金属层上附着的防腐层并腐蚀掉由此而暴露出来的金属层的区域。

此外原理上还已知，应用激光束照射光敏层。在EP 1 115 031 A2为此建议，例如使用一个重复率高于80MHz的钛-蓝宝石激光器，它可以产生一个近似连续的紫外线激光束。

如果在一个线路板加工中要并列地应用不同的加工方法，按应用情况要使用不同的、造成巨大的投资费用的激光系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光加工方法，其无需昂贵的附加投资和更换工装就可以用不同的激光方法加工基片。

在根据本发明用于加工电路基片的方法中应用了一个波长在约266nm和约1064nm之间、脉冲重复率在1kHz和1MHz之间、脉冲长度在30ns和200ns之间、平均激光功率在约0.1W和约5W之间的激光器。根据本发明的方法具有下面的步骤：

-基片被固定和定位在一个工件支座上，

-激光束通过一个控制单元调整到一个下面的工作方式：

a)以一个3W到5W的平均激光功率、一个约10kHz到30kHz的重复频率和一个约30ns到50ns的脉冲长度钻孔，

b)以一个1到2W的平均激光功率、一个约50kHz到90kHz，优选60kHz到80kHz的重复频率和一个约50ns到60ns的脉冲长度构造金属或绝缘层，

c)以一个接近0.1W的平均激光功率、一个约200kHz到1MHz的重复频率和一个100ns到200ns，优选120ns的脉冲长度照射一个光敏层，

-利用激光束以调整好的工作方式加工基片，其中激光束借助一个电流计镜偏转单元以一个300mm/s到600mm/s的速度运动。

在一种优选的设计方案中，在工作方式c)中被照射的光敏层在一个紧接在后面的显影步骤中显影，然后该层未被照射的面积被除去。

本发明的实施特别通过使用一种用于加工电路基片的装置实现，该装置具有，

-一个用于基片固定和定位的工件支座，

-一个带有二极管触发的、易于控制的、波长在26nm和1064nm之间的脉冲式固体激光器的激光源，它可以发射在下面值域内的激光束：

-一个在1kHz和1MHz之间的脉冲重复频率，

-一个从30ns到200ns的脉冲长度以及，

-一个从约0.1W到约5W的平均激光功率，

-此外一个偏转单元，其偏转速度可以到600mm/s，

-一个投影单元以及，

-一个控制器，它能够按应用情况使激光器以不同的平均激光功率和重复频率的组合方式工作。

通过对带有一个特征值的光谱和一个控制器的激光器的预定的选择可以使所有对线路板加工存在的激光加工步骤，例如钻孔、剥蚀金属层或剥蚀防腐层直到光敏漆被裸露照射使用一个唯一的激光源进行，其中所述控制器可以针对分别设置的基片加工方式调节一个预定的特征数据的组合。相应地简化了准备加工装置的费用和不同加工步骤之间更换工装的费用。

优选使用一个波长在350nm和550nm之间的激光器，特别是一个波长为355nm的紫外线激光器。

如上所述，可以对确定的，在考虑之列的加工步骤设置预先确定的激光特征值的组合。这样激光器具有一个用于剥蚀层的第一工作方式，此时它以一个约1W到2W的平均激光功率和一个约60kHz到80kHz的重复频率工作。其中能看出，对例如金属层的构造组合稍高的激光功率和稍低的重复频率，并且对非金属层，例如抗焊接漆的剥蚀组合大约1W的稍低激光功率和大约80kHz的稍高重复频率。在一个用于在电路基片的金属层和绝缘层中钻孔的第二工作方式中，激光器例如被调整到一个从3W到4W的平均激光功率和一个从10kHz到30kHz的重复频率。在一个用于照射光敏层的第三工作方式中，激光器被调整到一个非常小的，约100mW等级的激光功率和一个从200kHz到1MHz的重复频率。

一个电流计镜单元适当地作为偏转单元，它使典型的300mm/s到600mm/s的高偏转速度成为可能。利用一个合适的激光功率和光斑直径的组合也可以使用非常高的偏转速度。激光束以这个速度在构造层时基本上直线运动，而钻孔时以已知的方式进行圆周运动。

附图说明

接下来通过实施例借助于附图对本发明进行详细说明：

图中示出：

图1一个根据本发明设计的激光加工装置，其带有一个用于钻孔的基片的示意结构，

图2一个示意示出的基片，在此利用激光束构造一个防腐层并且已暴露的图案接着被腐蚀，

图3一个示意示出的基片，在此直接利用激光束构造一个金属表层，

图4一个示意示出的基片，在此利用激光照射一个涂在金属层上的光敏层，以及

图5一个基片的俯视图，在此按照图4利用激光照射一个通道(Spur)然后洗去。

具体实施方式

在图1中示意示出了一个激光加工装置的结构。核心构件是一个激光器1，它是为本发明的目的而设计的二极管触发的、易于控制的、脉冲式固体激光器。由此激光源发出的激光束2通过一个带有两个电流计镜31和32的偏转单元3以及一个优选由一个透镜形成的投影单元4引导向一个基片10，该基片设置在一个支承装置5上，特别是一个所有方向都可调节的定位台上。一个控制单元6用来控制该支承装置，它不仅控制激光器1，而且也按所希望的加工相应地控制偏转单元3和支承机构5。

通常工件、即基片利用支承装置5，也就是定位台在水平方向带到一个这样的位置，即一个确定的，为加工设定的基片区域达到激光束2的作用范围(X-Y-定位)。此外可以通过定位台5的垂直调节，按希望的激光束对焦将基片带到投影单元4的焦点上或一个设定的离开焦点的距离上。在激光加工期间基片保持在调整好的位置上，因为到要加工区域的运动通过经过偏转单元3对激光束的导向完成。通过电流计镜的导向可以实现比通过调整具有相对大的质量的定位台5高很多的速度。激光束2到基片10的要加工区域的导向由控制单元6通过电流计镜31和32完成。此外在控制装置中储存有程序，利用该程序对于相应的应用目标将激光器1调整到确定的特性数据的组合。

在图1的例子中假设，在基片10上以通孔或盲孔的形式钻孔，所谓的通孔。基片有一个中间绝缘层11以及在上面和下面分别有一个金属层12或13。假设要穿过金属层12和绝缘层11钻一个盲孔14，这样调整激光器，使它在一个10kHz到30kHz的重复频率和一个30ns到50ns的脉冲长度下发射出一个例如3.5W到4W的中等的激光功率。激光本身在这种情况下优选一个波长355nm的紫外线激光。不过也可以应用一个波长532nm的激光。如果激光器现在已经调整到用于孔运行方式的设定的功率，然后所需要的孔14在基片10上被钻出，其中例如激光束必须进行一定数量的圆周运动，用于一方面将金属层12，另一方面将绝缘层11在希望的钻孔中剥蚀。

如果现在要在基片10上在另外一个工作过程中通过腐蚀印制导线构造一个结构，可以按照图2在金属层12上首先涂装一个防腐层15，该防腐层利用激光按照一个给定的图案在区域15a剥蚀，由此在这个区域中金属层12暴露出来并可以被然后腐蚀掉。在这个图中被标记为2-2的激光束通过控制单元这样调整，它在一个80kHz的重复频率和60ns的脉冲长度下为了剥蚀防腐层而具有例如一个约1W的平均激光功率。这些值只是举例给出，因为对单个的准确调整取决于要剥蚀的层、其质地、其厚度及同类的东西。

在图3中举例示出，怎样利用一个激光束2-3直接按照一个设定的印制导线图案构造金属层12，也就是说，部分地剥蚀。金属层12只存在于印制导线希望存在的地方，而在区域12a中暴露出绝缘层11。为此目的将激光束2-3通过控制装置这样调整，它在一个60kHz的重复频率和约为50ns的脉冲长度下具有例如一个约1.5W的平均激光功率。在这种情况下准确的调整也要取决于要剥蚀的金属层12的质地和厚度。

在图4中最终示出，怎样可以在基片上借助光刻法构造一种结构。在这种情况下在金属层12上首先涂装一个光敏层16，它借助一个激光束2-4在设定的区域16a内照射。被照射的层然后显影并洗去，这样位于其下的金属层区域12a暴露出来并可以被腐蚀掉。

图5在俯视图中作为图片示出了一个带有一个光敏层16的基片10，该光敏层在区域16a被激光束照射并随后洗去。在这个例子中使用了一种已知商标为Probelec的光致抗蚀剂，它在激光波长为355nm时敏感度为1200mJ/cm²。它被一个三倍频的、二极管触发的、具有355nm的波长、200kHz的重复频率和脉冲长度约100-200ns的半导体激光以一个约100mW的平均激光功率照射。一个约30μm的线宽被用约100到600nm/s的偏转速度照射。在图5中可看出，尽管利用激光脉冲式加载，仍可以得到一条基本上直的被照射带16a的边缘线。人们可辨认出一个宽为b1的内部带，其中铜层12(图4)在洗去后显得特别干净；还可辨认出宽度为b2的整个照射带，它的边缘区域对应于激光束的能量分配被略弱地照射，不过总是以足够的量照射并然后被腐蚀，这样金属层可以在整个b2宽度被腐蚀掉。

通过这些利用本发明给出的方案也可以使用和所述构造或者钻孔同样的激光装置进行照射。在这种情况下所追求结构的可获得的线和中间空间通过对好焦的激光光斑的直径设定，此外还通过光致抗蚀剂的敏感性和激光脉冲的重复率设定。从数学上考虑，可以获得的线宽是一个在焦点内的空间光束分配与光致抗蚀剂的光谱敏感性的卷积。尽管它是一个脉冲的激光束，人们通过连续脉冲的叠加获得一个直的、贯通的线。通过相应地调整激光重复频率和电流计镜的偏转速度可以实现光致抗蚀剂不被剥蚀而被照射，这样获得如同常用的cw-Ar⁺激光同样的效果。利用上面所述的值人们可以产生例如约30μm的线宽。

Claims (4)

1.一种用于加工电路基片的方法，其中应用了一个波长在266nm和1064nm之间、脉冲重复率在1kHz和1MHz之间、脉冲长度在30ns和200ns之间、平均激光功率在0.1W到5W之间的激光器(1)，该方法具有下面的步骤：

-基片(10)被固定和定位在一个工件支座(5)上，

-激光束(2)通过一个控制单元(6)调整到一个下面的工作方式：

a)以一个3W到5W的平均激光功率、一个10kHz到30kHz的重复频率和一个30ns到50ns的脉冲长度钻孔(14)，

b)以一个1W到2W的平均激光功率、一个50kHz到90kHz的重复频率和一个50ns到60ns的脉冲长度构造或剥蚀金属层或绝缘层(15，12)，

c)以一个0.1W的平均激光功率、一个200kHz到1MHz的重复频率和一个100ns到200ns的脉冲长度照射一个光敏层(16)，以及

-利用激光束(2)以调整好的工作方式加工基片，其中激光束借助一个电流计镜偏转单元(3)以一个300mm/s到600mm/s的速度运动。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，

在工作方式c)中被照射的光敏层(16)在一个紧接在后面的显影步骤中显影，然后这个光敏层(16)未被照射的区域被除去。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重复频率在60kHz到80kHz之间。

4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲长度是120ns。

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