CN102869474A - 激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种向印刷配线基板(9)照射激光(L)而在印刷配线基板(9)上的预定的多个位置分别加工孔(22)的激光加工装置，在激光(L)的光路上，从该光路的上游侧依次具备：第二复眼透镜(6)，该第二复眼透镜(6)使激光(L)的强度分布均匀化；第二聚光透镜(7)，第二聚光透镜(7)使从第二复眼透镜(6)射出的激光(L)形成为平行光；微透镜阵列(8)，该微透镜阵列(8)与印刷配线基板(9)对置配置，并与印刷配线基板(9)上的上述多个位置对应地形成多个微透镜(19)。由此，提高多个开孔加工的位置精度，并且缩短开孔加工的生产节拍。

Description

激光加工装置
技术领域
本发明涉及一种激光加工装置，该激光加工装置向被加工物照射激光并在该被加工物上的预定的多个位置分别加工孔，详细地说，该激光加工装置意欲提高多个开孔加工的位置精度，并且缩短开孔加工的生产节拍。
背景技术
现有的激光加工装置利用电扫描器(galvano scanner)而将激光导向被加工物上的照射位置，向成为加工孔的激光的照射位置照射脉冲型的激光并进行脉冲串发射(burst shot)加工，使在正交二轴之下摆动的两个电扫描器分别高速摆动而移动激光的照射位置，在定位于被加工物上的目标位置而停止之后，向该目标位置照射脉冲型的激光并进行脉冲串发射加工(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-154198号公报
发明要解决的问题
然而，在此类现有的激光加工装置中，基于电扫描器的激光的照射位置的定位精度为±15μm左右，例如在意欲在与BGA(Ball Grid Array：球栅阵列封装)、CSP(Chip Size Package：芯片尺寸封装)等半导体芯片的电极端子对应地形成于印刷配线基板的多个电极焊盘上的拼版(imposer)上分别形成例如直径为30μm～50μm的孔的情况下，上述电极焊盘为了吸收缘于上述电扫描器的定位精度而产生的位置偏移，需要形成为100μm见方左右的大小。在该情况下，由于上述半导体芯片的电极端子的排列间距通常为300μm左右，因此当意欲在印刷配线基板的上述电极焊盘之间形成100μm～150μm的配线时，配线的充裕空间为25μm～50μm左右，可能产生配线短路等不良情况。
另外，在现有的激光加工装置中，由于因上述开孔加工的位置精度的问题而难以将印刷配线基板的电极焊盘的大小形成为比100μm小，因此在半导体芯片的电极端子的排列间距形成为比300μm小的情况下，难以进行对应。
另外，由于利用电扫描器一边重复进行激光的照射位置的移动、停止一边激光加工多个孔，因此存在多个开孔加工的生产节拍长的问题。
发明内容
因此，本发明是为了应对上述问题点而形成的，其目的在于提供一种激光加工装置，该激光加工装置意欲提高多个开孔加工的位置精度，并且缩短开孔加工的生产节拍。
用于解决问题的方法
为了实现上述目的，本发明的激光加工装置向被加工物照射激光而在该被加工物上的预定的多个位置分别加工孔，在激光的光路上，从该光路的上游侧依次具备：光均匀化机构，该光均匀化机构使激光的强度分布均匀化；聚光元件，该聚光元件使从所述光均匀化机构射出的激光形成为平行光；微透镜阵列，该微透镜阵列与所述被加工物对置配置，并与该被加工物上的所述多个位置对应地形成有多个微透镜。
根据上述结构，利用光均匀化机构而使激光的强度分布均匀化，利用聚光元件而使从光均匀化机构射出的激光形成为平行光，利用与被加工物对置配置且与该被加工物上的预定的多个位置对应地形成有多个微透镜的微透镜阵列，向被加工物上的上述多个位置照射激光而分别进行开孔加工。
另外，所述光均匀化机构是纵横排列地配置有多个透镜的复眼透镜。由此，利用复眼透镜而使激光的强度分布均匀化并向微透镜阵列照射。
另外，所述光均匀化机构是均化器。由此，利用均化器而使激光的强度分布均匀化并向微透镜阵列照射。
另外，所述光均匀化机构以所述激光的光轴为中心而进行旋转。由此，使光均匀化机构以激光的光轴为中心而进行旋转。
而且，在利用激光的n次发射来形成预定深度的所述孔时，所述光均匀化机构以在所述激光的n次发射过程中旋转一圈以上的方式被控制旋转，其中，n为2以上的整数。由此，以在激光的n次发射过程中旋转一圈以上的方式控制光均匀化机构的旋转，从而将正圆的孔加工成预定的深度。
发明效果
根据第一技术方案所涉及的发明，能够使用可利用照相平板印刷技术形成的微透镜阵列来向被加工物上的预定的多个位置照射激光，从而能够提高上述多个开孔加工的位置精度。并且，能够同时向被加工物上的多个位置照射激光，从而能够缩短开孔加工的生产节拍。
另外，根据第二或第三技术方案所涉及的发明，能够使激光的强度分布均匀化，从而能够进行深度均匀的开孔加工。
另外，根据第四及第五技术方案所涉及的发明，能够加工正圆的孔。由此，能够防止激光的照射所导致的热应力局部集中而在被加工物产生龟裂。
附图说明
图1是示出本发明的激光加工装置的实施方式的主视图。
图2是示出本发明使用的印刷配线基板的一个结构例的俯视图。
图3是示出上述印刷配线基板的芯片搭载区域的说明图。
图4是示出上述激光加工装置的微透镜阵列的一个结构例的俯视图。
图5是示出使用了上述激光加工装置的开孔加工的说明图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是示出本发明的激光加工装置的实施方式的主视图。该激光加工装置向被加工物照射激光并在该被加工物上的预定的多个位置分别加工孔，构成为具备：XY工作台1、激光光源2、第一复眼透镜3、第一聚光透镜4、扩散板5、第二复眼透镜6、第二聚光透镜7、以及微透镜阵列8。
上述XY工作台1在上表面定位载置作为被加工物的例如印刷配线基板9，并使印刷配线基板9在XY的二维平面内移动，并具备省略图示的X轴以及Y轴的位置传感器。并且，能够以XY工作台1的中心为轴旋转规定角度的量。
在此，如图2所示，上述印刷配线基板9在表面预先设定有搭载BGA、CSP的半导体芯片的矩形状的多个芯片搭载区域10，如图3所示，在该各芯片搭载区域10中，在作为其最上层的拼版的下侧的层上，与上述半导体芯片的多个电极端子对应地形成有多个电极焊盘11。此外，图3例示出多个电极焊盘11形成于包围芯片搭载区域10的矩形状中央区域12的周边区域13上的情况。并且，如图2所示，在矩形状的芯片搭载区域10的外侧，在芯片搭载区域10的至少一个对角线上，以从芯片搭载区域10的中心朝相互相反的方向分离预定的距离的方式设置有例如一对十字状的基板侧对准标记14。
在上述XY工作台1的上方设置有激光光源2。该激光光源2是对激光L进行脉冲振荡的YAG激光或CO2激光等，在本实施方式中，对使用波长为355nm的CO2激光的情况进行说明。由此，能够实现直径约为30μm的开孔加工。
在上述激光L的光路上，在上述激光光源2的下游侧设置有第一复眼透镜3。该第一复眼透镜3使激光L的强度分布均匀化，并且起到扩张光束直径的光束扩展器的功能，在激光L的光束直径内以纵横配置的方式具备多个聚光透镜。而且，在受到从激光光源2放射的激光L并将其暂时聚光于各聚光透镜的后焦点位置之后，使其呈放射状扩散，从而扩张激光L的光束直径。
在上述激光L的光路上，在上述第一复眼透镜3的下游侧设置有第一聚光透镜4。该第一聚光透镜4用于使从第一复眼透镜3射出的激光L形成为平行光，且以使其前焦点位置与第一复眼透镜3的后焦点位置(包括各聚光透镜的后焦点位置的面与激光L的光轴OA的交点位置)大致一致的方式配置。
在上述激光L的光路上，在上述第一聚光透镜4的下游侧设置有扩散板5。该扩散板5用于防止在上述第一复眼透镜3的各聚光透镜射出的多个激光束在后述的第二复眼透镜6的入射侧面上发生干涉，是在表面上随机形成有微小的凹凸图案的毛玻璃状的板。
在上述激光L的光路上，在上述扩散板5的下游侧设置有第二复眼透镜6。该第二复眼透镜6用于使入射的激光L的强度分布均匀化而成为光均匀化机构，并具有将在激光L的被扩张的光束直径内纵横配置多个聚光透镜而具备的两个透镜列阵15a、15b以相互对应的聚光透镜的中心轴一致的方式对置配置的结构。而且，通过省略图示的旋转驱动机构，上述第二复眼透镜6以激光L的光轴OA(光路的中心轴)为中心而进行旋转。在该情况下，当利用激光L的n次发射(n为2以上的整数)形成预定的规定深度的孔(通孔)时，第二复眼透镜6以在激光L的n次发射过程中旋转一圈以上的方式被控制旋转。在本实施方式中，能够实现利用激光L的40次发射进行约40μm的开孔加工而形成规定深度的孔。由此，第二复眼透镜6以在激光L的40次发射过程中旋转一圈以上的方式被控制旋转。
在上述激光L的光路上，在上述第二复眼透镜6的下游侧设置有第二聚光透镜7。该第二聚光透镜7将从第二复眼透镜6射出的激光L形成为平行光而成为聚光元件，以使其前焦点位置与上述第二复眼透镜6的后焦点位置(包含一对透镜列阵15a、15b中的下游侧的透镜列阵15b的各聚光透镜的后焦点位置的面与激光L的光轴OA的交点位置)大致一致的方式配置。此外，在图1中，附图标记23是将光路折弯成直角的全反射镜。
在上述激光L的光路上，在上述第二聚光透镜7的下游侧，以与印刷配线基板9对置的方式配置有微透镜阵列8。该微透镜阵列8以与预先形成于印刷配线基板9上的多个电极焊盘11的位置对应的方式形成多个微透镜19。具体地说，例如如图4所示，在包围矩形状的透明基材16的矩形状中央区域17的周边区域18形成有多个微透镜19。在该情况下，纵横配置的多个微透镜19的中心线间隔w与印刷配线基板9的电极焊盘11的排列间距w(参照图3)相等。并且，在矩形状的透明基材16的至少一个对角线上，以与印刷配线基板9的基板侧对准标记14对应的方式形成有例如一对框状的透镜侧对准标记20。这样的微透镜阵列8能够利用例如照相平板印刷的技术进行制造，能够以亚微米～数微米的精度形成各微透镜19的排列间距。
而且，利用配设于上述微透镜阵列8的上方的省略图示的对准用相机，将上述透镜侧对准标记20与位于其下方的基板侧对准标记14捕捉在同一视野内，并计算测量例如各对准标记20、14的中心位置的偏移量，移动XY工作台1，以使得该偏移量为零，从而进行微透镜阵列8与印刷配线基板9的芯片搭载区域10的对位。
此外，微透镜阵列8可以在微透镜19的外侧区域形成有遮光膜，也可以不形成遮光膜。在不形成遮光膜的情况下，由于透过微透镜19外的激光L不被聚光于印刷配线基板9上，因此激光L的能量不集中在印刷配线基板9上，不利用上述激光L加工印刷配线基板9。
接着，对以上述方式构成的激光加工装置的动作进行说明。
首先，在XY工作台1上定位并载置印刷配线基板9。接着，当接入起动开关时，XY工作台1在XY平面内移动并将印刷配线基板9的最初的芯片搭载区域10(例如，在图2中位于左上端部的芯片搭载区域10)定位于微透镜阵列8的正下方的位置。
接着，利用省略图示的对准用相机，将微透镜阵列8的透镜侧对准标记20与基板侧对准标记14捕捉在同一视野内并拍摄，利用省略图示的控制机构对该图像进行图像处理，例如计算测量透镜侧对准标记20以及基板侧对准标记14的中心间距离。然后，细微移动XY工作台1，以使得两者的中心间距离形成为预定的值、例如零，从而进行微透镜阵列8与印刷配线基板9的最初的芯片搭载区域10之间的对位。并且，根据需要使XY工作台1以其中心为轴进行旋转而对位。
当上述对位结束时，点亮激光光源2并放射以恒定频率振荡的脉冲激光L。该激光L利用第一复眼透镜3而使强度分布均匀化，并且光束直径被放大而入射于第一聚光透镜4。
入射于第一聚光透镜4的激光L，利用该第一聚光透镜4而使在上述第一复眼透镜3的各聚光透镜射出的激光束的主光线形成为与光轴OA平行的平行光，并入射于扩散板5。
在上述扩散板5中，激光L在恒定的角度范围内朝随机的方向扩散。由此，在第二复眼透镜6的入射侧面上，在上述第一复眼透镜3的各聚光透镜射出的激光束不发生干涉而不会产生干涉条纹。
在扩散板5射出的激光L利用第二复眼透镜6而使强度分布均匀化，进而利用第二聚光透镜7而使在第二复眼透镜6的各聚光透镜射出的激光束的主光线形成为与光轴OA平行的平行光，并入射于微透镜阵列8。
微透镜阵列8的各微透镜19将激光L聚光于与印刷配线基板9的各电极焊盘11对应的位置，在印刷配线基板9上形成与第二复眼透镜6的射出侧端面形状相似的例如四边形的光束点(beam spot)。由此，如图5所示，能够在印刷配线基板9的电极焊盘11上的拼版上加工例如四边形的孔21。
在上述实施方式中，在恒定深度(例如40μm)的开孔加工利用激光L的n次发射(n为2以上的整数，例如40次发射)而形成的情况下，利用省略图示的旋转驱动机构而使第二复眼透镜6以光轴OA(光路的中心轴)为中心在激光L的n次发射(40次发射)过程中旋转一圈以上。由此，照射到印刷配线基板9上的上述四边形的多个光束点在多个电极焊盘11上的拼版上进行开孔加工，并且朝图5的例如箭头方向旋转。由此，在各电极焊盘11上同时地加工以微透镜阵列8的各微透镜19的中心轴为中心的横截面圆形状的多个孔22。在该情况下，由于各孔22的排列间距由微透镜阵列8的各微透镜19的形成精度决定，因此其位置精度为亚微米～数微米左右。
接着，将XY工作台1在例如图2中向左移动与芯片搭载区域10的排列间距相等的距离量，将第二个芯片搭载区域10定位于微透镜阵列8的正下方。而且，与上述相同地，在进行微透镜阵列8与第二个芯片搭载区域10的对位后，一边旋转第二复眼透镜6一边照射激光L而与第二个芯片搭载区域10的多个电极焊盘11对应地加工多个孔22。以下，通过反复执行上述操作，能够在印刷配线基板9上的全部的芯片搭载区域10上进行开孔加工。
根据本发明，利用与印刷配线基板9的多个电极焊盘11对应而形成多个微透镜19的微透镜阵列8，将激光L分别聚光于上述多个电极焊盘11上并进行开孔加工，因此与利用现有的检流计反射镜(galvanometer mirror)一边使激光L逐步移动一边进行开孔加工的情况相比，远远提高了开孔加工的位置精度。由此，在以相同的排列间距形成与以往相同的直径的孔22的情况下，能够将电极焊盘11的大小形成为比以往小。因此，即使在邻接的电极焊盘11之间形成配线的情况下，也能够确保足够的充裕空间，并能够减少配线的短路等不良状况的产生。
另外，即使在半导体芯片的电极端子间隔狭窄的情况下，与之对应地减小各微透镜19的直径并且准备缩小了其间隔的微透镜阵列8，从而能够容易地对应。
另外，由于能够与一个芯片搭载区域10的多个电极焊盘11对应而同时进行多个开孔加工，因此能够缩短开孔加工的生产节拍。
此外，在上述实施方式中，虽然对光均匀化机构为复眼透镜(第二复眼透镜6)的情况进行了说明，但本发明并不局限于此，光均匀化机构也可以是均化器(homogenizer)。
另外，在上述实施方式中，虽然对聚光元件为聚光透镜的情况进行了说明，但本发明并不局限于此，聚光元件也可以是凹面镜。
另外，在上述实施方式中，虽然对使XY工作台1细微移动而进行微透镜阵列8与印刷配线基板9的对位的情况进行了说明，但本发明并不局限于此，也可以使微透镜8侧细微移动，或者使微透镜8以及XY工作台1两者细微移动。
而且，在以上的说明中，虽然对被加工物为印刷配线基板9的情况进行了说明，但本发明并不局限于此，只要被加工物是意欲激光加工多个孔22的构件，则可以是任意的构件。
符号说明
6…第二复眼透镜(均匀化机构)
7…第二聚光透镜(聚光元件)
8…微透镜阵列
9…印刷配线基板(被加工物)
19…微透镜
22…孔
L…激光
OA…激光的光轴

Claims (5)

1.一种激光加工装置，向被加工物照射激光而在该被加工物上的预定的多个位置分别加工孔，所述激光加工装置的特征在于，
在激光的光路上，从该光路的上游侧依次具备：
光均匀化机构，该光均匀化机构使激光的强度分布均匀化；
聚光元件，该聚光元件使从所述光均匀化机构射出的激光形成为平行光；
微透镜阵列，该微透镜阵列与所述被加工物对置配置，并与该被加工物上的所述多个位置对应地形成有多个微透镜。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，
所述光均匀化机构是纵横排列地配置有多个透镜的复眼透镜。
3.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，
所述光均匀化机构是均化器。
4.根据权利要求2或3所述的激光加工装置，其特征在于，
所述光均匀化机构以所述激光的光轴为中心而进行旋转。
5.根据权利要求4所述的激光加工装置，其特征在于，
在利用激光的n次发射来形成预定深度的所述孔时，所述光均匀化机构以在所述激光的n次发射过程中旋转一圈以上的方式被控制旋转，其中，n为2以上的整数。
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