CN101086910A - 边沿推进式电阻修刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了边沿推进式电阻修刻方法，采用目前通用的激光修调系统完成激光产生、定位、移动及阻值监测等过程，其特征在于进刀时控制激光束交替进行下述两个步骤的刻蚀运动：1)以待刻电阻任一原始外边沿曲线的两端为起点和终点，激光束自宽为宽度沿该外边沿曲线轨迹移动刻蚀，轨迹经过处电阻材料被全部刻蚀并产生新的外边沿曲线后，激光束终点滞留或返回起点滞留；2)激光束从前述滞留点开始，推进至新的外边沿曲线，代替步骤1)中的原始外边沿曲线刻蚀。本发明修刻后的电阻稳定性高、抗电磁干扰能力强，直接对传感器等功能电路模块的贴片电阻二次修刻，来实现增益或零位的自动调节，有效避免阻值突变和人工匹配电阻效率低、精度低的缺点。

Description

边沿推进式电阻修刻方法

技术领域

本发明涉及一种激光调阻方法，具体是片式电阻激光修刻中单纯通过调整激光进刀轨迹来改变工艺效果，提高工艺精度的方法。

背景技术

目前激光微调技术在以混合电路制造业为主的很多领域得到广泛应用，主要用于调整厚、薄膜电路中的电阻、电容；进行功能微调，即调整某些元件参数，使电路达到总的技术指标。其中最基本的则是对电阻的微调。电阻微调分为薄漠电阻微调和厚膜电阻微调两种。在很多电路中要求这些电阻的阻值十分精确，相对误差要求达到千分之几甚至万分之几。现在制造工艺只能达到5％，甚至更低，所以必须进行电阻微调，使之达到高精度要求。以目前普遍使用的厚膜基片阻值的激光修调为例，由于厚膜丝网印刷操作固有的不准确性，基板表面的不均匀及烧结条件的不重复性，厚膜电阻常出现正负误差，如果阻值超过标称值将无法修正，但是，一般情况下印刷烧成后阻值低于目标值的大约30％，所以只能通过激光调整达到目标值。激光微调还可用于电路或电子器件的功能微调，如对有源滤波器的带宽、增益和中心频率的微调，对放大器的失调电压微调等。

激光微调是把由激光器产生的一束聚焦的相干光在微机的控制下定位到工件上，使工件待调部分的膜层气化切除以达到规定参数或阻值。调阻时局部温升使玻璃熔化，气化部分阻值槽边缘受到玻璃覆盖，可填平基体表面被切割的介质。而片式电阻微调的主要机理也就是利用激光束按一定轨迹照射在电阻膜片上，使膜层汽化来改变膜面积，在膜片上刻出一定轨迹的槽，从而达到微调电阻的目的。同时，对电阻进行动态测量，将测量结果与设定阻值进行比较，并反馈控制激光的扫射运动，达到预定的要求。目前人们熟知的对片式电阻的微调方法就是用脉冲激光沿电阻基片的横截面积进行刻蚀(激光修刻)，使相应的半导体材料气化，从而使电阻阻值增大，达到要求的电阻精度。

在实际的电阻微调过程中不仅需要根据具体的工艺要求(主要涉及阻值材料及刻蚀效率等)对激光器的功率、波长、脉宽和重复频率等参数进行调整，还要对激光修刻时的进刀轨迹进行选择预定。在现有的激光调阻过程中，以激光修刻时的不同进刀轨迹为划分基准，主要分以下几种：单刀切割电阻法、双刀切割电阻法、L型刀口切割电阻法、交叉对切电阻法、曲线型L刀口的切法、曲线型U型刀口的切法；在实际工作中，应用较多的是前4种，又以双切和L型刀口最为常用，对于不同的电阻应根据其方数的不同选择不同的进刀轨迹。但对于特殊精度要求的电阻，比如象修刻圆形电阻、圆弧形电阻，或者象对贴片电阻进行二次修刻，它们均无法达到必须的精度或工艺的要求。原因在于上述目前这些激光修刻方法中，激光的进刀轨迹均是沿电阻横截面方向单点切入电阻，割出缺口，使得电阻上出现间隔断续的“沟槽”，显然在“沟槽”这些阻值突变处传播电流发生变化而产生电磁脉冲，这样的电阻基片极易在工作时受到电磁干扰信号，稳定性差。尤其是要对传感器为主的一些功能电路模块上的贴片电阻进行二次修刻以实现增益和零位自动调节的过程中，上述的激光修刻方法如果控制不好极易造成电阻阻值突变，因此无法通过现有的激光修刻调阻方法来调节，只能通过人工匹配电阻的方式。然而人工匹配电阻存在效率和精度均较低的缺点依然无法保证传感器有效的实现增益和零位的自动调节。

发明内容

本发明的目的是针对采用目前激光调阻方法中激光刻蚀的进刀轨迹造成修刻后的电阻阻值易突变、抗电磁干扰能力差，不稳定等缺点，通过改变传统片式电阻激光修刻进刀轨迹，提供一种能克服上述缺点的边沿推进式电阻修刻方法。

本发明的技术方案是：一种边沿推进式电阻修刻方法，采用目前通用的激光修调系统，包括由激光器产生激光束，经光束定位系统扩束聚焦在工作台中处于焦平面位置的待刻电阻固定盘上，通过阻值动态测量系统实时监测输出反馈控制信号给激光修调设定器程序改变Q频率、刻蚀尺寸和改变切割的修调方向，并自动校正；其特征在于进刀时控制激光束交替进行下述两个步骤的刻蚀运动直至达到电阻设定值而停止：1)以待刻电阻任一原始外边沿曲线的两端为起点和终点，激光束自宽为宽度沿该外边沿曲线轨迹移动刻蚀，轨迹经过处电阻材料被全部刻蚀并产生新的外边沿曲线后，激光束终点滞留或返回起点滞留；2)激光束从前述滞留点开始，推进至新的外边沿曲线，代替步骤1)中的原始外边沿曲线刻蚀。

本发明的技术方案中，由于步骤1)中激光束移动轨迹经过处电阻材料被完全刻蚀，待刻电阻便产生了新的外边沿曲线；因此在步骤2)中激光束向新的外边沿曲线推进后，应保证激光束自宽能覆盖新的外边沿曲线为准。这也是为了确保按步骤1)运动的激光束的相邻两次激光刻蚀轨迹间没有电阻材料予以保留。

本发明技术方案的步骤2)中激光束从滞留点开始，由于新产生的外边沿曲线替代了步骤1)中的原始外边沿曲线，可以向新外边沿曲线的任意一侧端点推进来确定刻蚀起始点，但考虑激光束的控制便利性和精度，主要还是向与滞留点同侧的新外边沿曲线的端点推进。

因此步骤1)中若激光束若始终以原始外边沿曲线的起点为滞留点，则对新外边沿曲线的刻蚀轨迹方向与原刻蚀轨迹相同，这样整个刻蚀过程中相邻两次激光轨迹的刻蚀方向始终相同，即单向刻蚀。步骤1)中若激光束始终以原始外边沿曲线的终点为滞留点，则对新外边沿曲线的刻蚀轨迹方向与原刻蚀轨迹相反，这样整个刻蚀过程中相邻两次激光轨迹的刻蚀方向始终相反，即交替反复刻蚀。

本发明边沿式推进电阻修刻方法可以也可以运用于目前各类片式电阻。当然针对圆形电阻、圆弧形电阻或者对传感器贴片电阻的二次修刻拥有更好的效果。

一般来说针对传统的形状规则为矩形的贴片电阻、非弧形边沿为弧形边沿内法线的弧形电阻以及圆形电阻等，本发明的技术方案步骤2)中可详细为从前述激光束的滞留点开始，沿该点所在原始外边沿曲线朝向电阻内侧的法线方向向新的外边沿曲线推进。

本发明的待刻电阻具体针对圆形电阻时情况稍有特殊，其特征在于步骤1)中原始外边沿曲线的起点和终点重合，激光束沿外圆周曲线轨迹刻蚀一周恰好回到起点；步骤2)中沿前述起点同圆心连线的轨迹向新的外边沿曲线推进，并沿该新的外边沿曲线轨迹刻蚀。且由于激光刻蚀轨迹为圆周旋向，固相邻两次激光刻蚀轨迹圆周旋向可始终为顺时针或者逆时针，也可以始终相反。

本发明的优点是：

1.采用本发明方法对传统片式电阻进行修刻，同样是通过减小横截面积的方法来增大电阻，但与传统的激光切割方法相比它不会在薄膜电阻上留下横截面向的间隔“沟槽”，即不会造成阻值突变而始终保持片式电阻整体的连贯性，有效降低了电阻基片工作时的脉冲频率波动，提高了电阻基片的抗电磁干扰性能，使其工作状态稳定。

2.本发明能直接对传感器等一些功能电路模块上的贴片电阻进行二次修刻，不会造成其阻值突变，与传统电阻切割方法在同精度条件下相比，显然更易于传感器增益和零位自动调节的实现；当然更可以免除传统低精度、低效率的通过人工匹配电阻来实现传感器增益和零位自动调节的方法。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明在修刻贴片电阻时的一种具体应用。

图2为本发明在修刻贴片电阻时的另一具体应用。

图3为本发明在修刻弧形电阻时的一种具体应用。

图4为本发明在修刻弧形电阻时的另一具体应用。

图5为本发明在修刻圆形电阻时的一种具体应用。

图6为本发明在修刻圆形电阻时的另一具体应用。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

实施例1：图1、图2为本发明在修刻贴片电阻时的具体应用。如图1所示，采用目前通用的激光修调系统，包括由Nd:YAG激光器产生激光束，经光束定位系统扩束聚焦在工作台中处于焦平面位置的待刻电阻固定盘上，通过阻值动态测量系统实时监测输出反馈控制信号给激光修调设定器程序改变Q频率、刻蚀尺寸和改变切割的修调方向，并自动校正；进刀时控制激光束交替进行下述两个步骤：1)以该贴片电阻上边沿曲线与左边沿曲线的交汇点为起点、激光束自宽为宽度；沿上边沿曲线轨迹刻蚀，其刻蚀移动轨迹如图1中1所示为直线。刻蚀至上边沿终点后返回起点。刻蚀轨迹经过处的电阻材料必须保证被刻调，以使该贴片电阻的上端完全产生新的上边沿曲线，这个过程可以通过阻值动态测量系统来实时监测，并将所得信号传递给激光修调设定器进行调整(图中阴影线部分表示该贴片电阻未经刻蚀的电阻材料)。2)返回起点的激光束再沿左边沿曲线轨迹(如图1中2所示轨迹)向新的上边沿曲线推进，然后再以新的上边沿曲线左侧端点为起点继续从左到右刻蚀(如图1中3所示轨迹)。重复前述两个步骤的刻蚀过程，直至达到电阻设定值，阻值动态测量系统实时监测输出停止信号结束修刻。因此如图1中的轨迹线1和轨迹线3所示，相邻两次激光刻蚀轨迹的方向始终相同，为单向刻蚀。

当然如图2所示，本实施例1的步骤1)中刻蚀完上边沿曲线后，激光束可以留在终点，然后在步骤2)中沿该贴片电阻的右边沿曲线(如图2中的2所示轨迹)向新的上边沿曲线推进，并以新的上边沿曲线的右侧端点为起点，从右向左刻蚀(如图2中3所示轨迹)。然后重复前述两个步骤的刻蚀过程，直至达到电阻设定值，阻值动态测量系统实时监测输出停止信号结束修刻。因此如图2中的轨迹线1和轨迹线3所示，相邻两次激光刻蚀轨迹的方向始终相反，为交替反复刻蚀。

实施例2：图3、图4为本发明在修刻弧形电阻时的具体应用。如图2所示，采用目前通用的激光修调系统，包括由Nd:YAG激光器产生激光束，经光束定位系统扩束聚焦在工作台中处于焦平面位置的待刻电阻固定盘上，通过阻值动态测量系统实时监测输出反馈控制信号给激光修调设定器程序改变Q频率、刻蚀尺寸和改变切割的修调方向，并自动校正；进刀时控制激光束交替进行下述两个步骤：1)以该弧形电阻上弧边沿曲线与左边沿曲线的交汇点为起点、激光束自宽为宽度；沿上边沿曲线刻蚀，其刻蚀移动轨迹如图3中1所示为弧线，刻蚀至上边沿曲线终点后返回起点。刻蚀轨迹经过处的电阻材料必须保证被刻调，以使该贴片电阻的上端完全产生新的上边沿曲线，这可以通过阻值动态测量系统来实时监测，并将所得信号传递给激光修调设定器进行调整(图中阴影线部分表示该弧形电阻未经刻蚀的电阻材料)。2)返回起点的激光束再以左边沿曲线轨迹(如图3中2所示为直线轨迹)向新的上边沿曲线推进，然后以新的上边沿曲线的左侧端点为起点继续从左到右刻蚀(如图3中3所示轨迹)。重复前述两个步骤的刻蚀过程，直至达到电阻设定值，阻值动态测量系统实时监测输出停止信号结束修刻。因此如图3中的轨迹线1和轨迹线3所示，相邻两次激光刻蚀轨迹的方向始终相同，为单向刻蚀。

当然如图4所示，本实施例2的步骤1)中刻蚀完上边沿曲线后，激光束可以留在终点，然后在步骤2)中沿该弧形电阻的右边沿曲线(如图4中的2所示轨迹)向新的上边沿曲线推进，并以新的上边沿曲线的右侧端点为起点，从右向左刻蚀(如图4中3所示轨迹)。然后重复前述两个步骤的刻蚀过程，直至达到电阻设定值，阻值动态测量系统实时监测输出停止信号结束修刻。因此如图4中的轨迹线1和轨迹线3所示，相邻两次激光刻蚀轨迹的方向始终相反，为交替反复刻蚀。

实施例3：图5、图6为本发明在修刻圆形电阻时的具体应用。如图5所示，采用目前通用的激光修调系统，包括由Nd:YAG激光器产生激光束，经光束定位系统扩束聚焦在工作台中处于焦平面位置的待刻电阻固定盘上，通过阻值动态测量系统实时监测输出反馈控制信号给激光修调设定器程序改变Q频率、刻蚀尺寸和改变切割的修调方向，并自动校正；进刀时控制激光束交替进行下述两个步骤：1)以圆形电阻外圆周上任意点为起点、激光束自宽为宽度，沿外圆周曲线轨迹顺时针刻蚀一周恰好回到起点(见图5中1所示圆形轨迹)，刻蚀轨迹经过处的电阻材料必须保证被刻调，以完全产生新的外边沿曲线，这可以通过阻值动态测量系统来实时监测，并将所得信号传递给激光修调设定器进行调整(图中阴影线部分表示待刻电阻未经刻蚀的电阻材料)。2)返回起点的激光束然后沿该点同圆心连线轨迹(见图5中2所示轨迹)推进至新的外边沿曲线，并以连线同新的外边沿曲线的交点为起点继续顺时针刻蚀(见图5中的3所示)。重复前述两个步骤的刻蚀过程一直至达到电阻设定值，阻值动态测量系统实时监测输出停止信号结束修刻。因此如图5中轨迹线1和轨迹线3所示，相邻两次激光刻蚀轨迹方向均为顺时针方向，为单向刻蚀。

由于对于圆形电阻而言，其边沿曲线的刻蚀起点即为终点，步骤1)中刻蚀完外边沿曲线的激光束其最后的滞留点位置不存在转换，但沿新的外边沿曲线刻蚀时可以转换刻蚀方向为逆时针方向(见图6中3所示轨迹)，因此如图6中轨迹线1和轨迹线3所示，相邻两次激光刻蚀轨迹方向相反，为交替回转刻蚀。

本发明通过改变传统片式电阻激光修刻进刀轨迹，以边沿推进式电阻修刻方法，可以避免现有技术中修刻后的电阻阻值易突变、抗电磁干扰能力差，部稳定等缺点。并可以直接对传感器等功能电路模块上的贴片电阻二次修刻，来实现增益或零位的自动调节，有效避免阻值突变和人工匹配电阻效率低、精度低的缺点。

Claims (8)

1.一种边沿推进式电阻修刻方法，采用目前通用的激光修调系统，包括由激光器产生激光束，经光束定位系统扩束聚焦在工作台中处于焦平面位置的待刻电阻固定盘上，通过阻值动态测量系统实时监测输出反馈控制信号给激光修调设定器程序改变Q频率、刻蚀尺寸和改变切割的修调方向，并自动校正；其特征在于进刀时控制激光束交替进行下述两个步骤的刻蚀运动直至达到电阻设定值而停止：1)以待刻电阻任一原始外边沿曲线的两端为起点和终点，激光束自宽为宽度沿该外边沿曲线轨迹移动刻蚀，轨迹经过处电阻材料被全部刻蚀并产生新的外边沿曲线后，激光束终点滞留或返回起点滞留；2)激光束从前述滞留点开始，推进至新的外边沿曲线，代替步骤1)中的原始外边沿曲线刻蚀。

2.根据权利要求1所述的一种边沿推进式电阻修刻方法，其特征在于步骤2)中从前述激光束的滞留点开始，沿该点所在原始外边沿曲线朝向电阻内侧的法线方向向新的外边沿曲线推进。

3.根据权利要求1或2所述的一种边沿推进式电阻修刻方法，其特征在于所述待刻电阻为贴片电阻或弧形电阻。

4.根据权利要求3所述的一种边沿推进式电阻修刻方法，其特征在于在对步骤2)中新的外边沿曲线进行刻蚀时，刻蚀起点始终与滞留点在同一侧，使得相邻两次激光轨迹刻蚀方向始终相同。

5.根据权利要求3所述的一种边沿推进式电阻修刻方法，其特征在于步骤2)中对新的外边沿曲线进行刻蚀时，刻蚀起点始终不与滞留点在同侧，使得相邻两次激光轨迹刻蚀方向始终相反。

6.根据权利要求1或2所述的一种边沿推进式电阻修刻方法，其特征在于所述待刻电阻为圆形电阻。

7.根据权利要求6所述的一种边沿推进式电阻修刻方法，其特征在于步骤1)中原始外边沿曲线的起点和终点重合，激光束沿外圆周曲线轨迹刻蚀一周恰好回到起点；步骤2)中沿前述起点同圆心连线的轨迹向新的外边沿曲线推进，并沿该新的外边沿曲线轨迹刻蚀。

8.根据权利要求7所述的一种边沿推进式电阻修刻方法，其特征在于相邻两次激光刻蚀的圆周轨迹旋向始终相同或者始终相反。

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