CN113382550B - 一种基于激光诱导的电路缺陷修复系统和方法 - Google Patents

一种基于激光诱导的电路缺陷修复系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于激光诱导的电路缺陷修复系统及方法，涉及材料沉积技术领域。所述系统包括控制器以及与控制器连接的视觉模组、激光模组、治具和位移平台；视觉模组用于对待修复工件进行检测，提取待修复工件的缺口信息，并将缺口信息发送给控制器；其中，缺口信息包括缺口三维模型；治具包括底座和若干凹槽，凹槽用于放置镀有不同厚度金属薄膜的基片；控制器还用于根据缺口信息控制治具旋转并控制位移平台移动，使得与缺口信息匹配的基片切换至激光模组的正下方；控制器还用于控制激光模组利用与缺口信息匹配的基片，对待修复工件进行转移沉积修复。本发明能够减少修复时单点的转移次数，大幅提升缺陷修复的效率。

Description

一种基于激光诱导的电路缺陷修复系统和方法
技术领域
本发明涉及材料沉积技术领域，尤其涉及一种基于激光诱导的电路缺陷修复系统和方法。
背景技术
激光诱导正向转移(Laser induced forward transfer，LIFT)作为一种材料沉积技术，其工作原理为：引导激光从基片入射，透过基片，作用在预先均匀溅射在基片另一面的薄膜材料上，薄膜材料吸收激光融化转移到基体的指定位置上，实现沉积成形。激光诱导正向转移既可以通过对指定金属薄膜进行转移沉积实现精密布线，也可以结合检测技术实现金属线路的断开缺陷进行修复。
目前在印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)行业已有利用激光诱导正向转移技术对线路板开路缺陷进行修复的应用，如奥宝科技的的自动光学塑形系统，可利用激光对基板上的铜薄膜进行烧蚀沉积，转移至金属线路的缺口处，将断口补齐，修复金属电路桥接短路和少铜开路的缺陷，但是利用现有技术进行修复时，使用单一纳米铜作为薄膜材料，需要在同一个部位进行多次转移沉积才可填满缺口，这会导致修复效率低下。因此需要一种新技术，以提高修复效率。
发明内容
本发明目的在于，提供一种精密金属线路断开缺陷的高效修复系统及方法，针对待修复工件的缺口的不同尺寸选择不同厚度的薄膜金属，并调用与之对应的激光工艺参数进行转移沉积修复，减少修复时单点的转移次数，大幅提升缺陷修复的效率。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种基于激光诱导的电路缺陷修复系统，包括控制器以及与所述控制器连接的视觉模组、激光模组、治具和位移平台；
所述视觉模组用于对待修复工件进行检测，提取所述待修复工件的缺口信息，并将所述缺口信息发送给所述控制器；其中，所述缺口信息包括缺口三维模型；
所述治具包括底座和若干凹槽，所述凹槽用于放置镀有不同厚度金属薄膜的基片；
所述控制器还用于根据所述缺口信息控制所述治具旋转并控制所述位移平台移动，使得与所述缺口信息匹配的基片切换至激光模组的正下方；
所述控制器还用于控制所述激光模组利用与所述缺口信息匹配的基片，对所述待修复工件进行转移沉积修复。
优选地，所述控制器还用于根据所述缺口信息，调整所述激光模组的激光工艺参数，对所述待修复工件进行转移沉积修复。
优选地，所述治具的凹槽为磁性凹槽。
优选地，所述基片，以石英玻璃为基础材料，外覆金属薄膜镀层，还包括夹持端板和定位凸台；
所述夹持端板用于与所述治具的凹槽相配合，使得所述基片能够被固定；
所述定位凸台的尺寸用于体现所述金属薄膜镀层的厚度。
优选地，所述金属薄膜镀层为铜薄膜镀层。
优选地，所述定位凸台的宽度为50um-250um。
优选地，所述金属薄膜镀层的厚度为50nm-500nm。
优选地，所述金属薄膜镀层的厚度为50nm时，所述定位凸台的宽度为60um-160um；所述金属薄膜镀层的厚度为100nm时，所述定位凸台的宽度为80-200nm；所述金属薄膜镀层的厚度为200nm时，所述定位凸台的宽度为100-250nm；所述金属薄膜镀层的厚度为300nm时，所述定位凸台的宽度为70-100nm；所述金属薄膜镀层的厚度为400nm时，所述定位凸台的宽度为60-90nm；所述金属薄膜镀层的厚度为500nm时，所述定位凸台的宽度为50-80nm。
本发明实施例还提供一种基于激光诱导的电路缺陷修复方法，应用于任一实施例提供的基于激光诱导的电路缺陷修复系统，包括：
控制视觉模组对待修复工件进行检测，提取所述待修复工件的缺口信息；其中，所述缺口信息包括缺口三维模型；
根据所述缺口信息选择规格匹配的基片，对所述待修复工件进行转移沉积修复。
优选地，所述根据所述缺口信息选择规格匹配的基片，对所述待修复工件进行转移沉积修复包括：
根据所述缺口信息，控制治具旋转并控制所述位移平台移动，使得与所述缺口信息匹配的基片切换至激光模组的正下方；
根据所述缺口信息，调整所述激光模组的激光工艺参数，并控制所述激光模组利用与所述缺口信息匹配的基片，对所述待修复工件进行转移沉积修复。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开的一种基于激光诱导的电路缺陷修复系统，包括控制器以及与所述控制器连接的视觉模组、激光模组、治具和位移平台；所述视觉模组用于对待修复工件进行检测，提取所述待修复工件的缺口信息，并将所述缺口信息发送给所述控制器；其中，所述缺口信息包括缺口三维模型；所述治具包括底座和若干凹槽，所述凹槽用于放置镀有不同厚度金属薄膜的基片；所述控制器还用于根据所述缺口信息控制所述治具旋转并控制所述位移平台移动，使得与所述缺口信息匹配的基片切换至激光模组的正下方；所述控制器还用于控制所述激光模组利用与所述缺口信息匹配的基片，对所述待修复工件进行转移沉积修复。本发明便于快速匹配与待修复工件适应的基片，减少修复时单点的转移次数，大幅提升缺陷修复的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明某一实施例提供的基于激光诱导的电路缺陷修复系统的结构示意图；
图2为本发明某一实施例提供的基于激光诱导的电路缺陷修复系统中基片的结构示意图；
图3为本发明某一实施例提供的基于激光诱导的电路缺陷修复系统中治具和基片的结构示意图；
图4为本发明某一实施例提供的基于激光诱导的电路缺陷修复系统中待修复工件的结构示意图；
图5为本发明某一实施例提供的金属薄膜镀层厚度与沉积点直径关系图；
图6为本发明某一实施例提供的金属薄膜镀层厚度与沉积点最大高度关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，图1为本发明某一实施例提供的基于激光诱导的电路缺陷修复系统的结构示意图。在本发明某一实施例中，基于激光诱导的电路缺陷修复系统，包括控制器以及与所述控制器连接的视觉模组110、激光模组120、治具130和位移平台140；
所述视觉模组110用于对待修复工件210进行检测，提取所述待修复工件210的缺口信息，并将所述缺口信息发送给所述控制器；其中，所述缺口信息包括缺口三维模型(如图4所示)；
所述治具130包括底座131和若干凹槽132(如图3所示)，所述凹槽132用于放置镀有不同厚度金属薄膜的基片220；
所述控制器还用于根据所述缺口信息控制所述治具130旋转并控制所述位移平台140移动，使得与所述缺口信息匹配的基片220切换至激光模组120的正下方；
所述控制器还用于控制所述激光模组120利用与所述缺口信息匹配的基片220，对所述待修复工件210进行转移沉积修复。
在本发明实施例中，所述控制器还用于根据所述缺口信息，调整所述激光模组120的激光工艺参数，对所述待修复工件210进行转移沉积修复。
在本发明某一实施例中，所述治具130的凹槽为磁性凹槽。磁性设置更便于基片220固定于治具130的凹槽中。
请参阅图2，图2为本发明某一实施例提供的基于激光诱导的电路缺陷修复系统中基片的结构示意图。在本实施例中，基片220，以石英玻璃221为基础材料，外覆金属薄膜镀层222，还包括夹持端板223和定位凸台224；所述夹持端板223用于与所述治具130的凹槽相配合，使得所述基片220能够被固定；所述定位凸台224的尺寸用于体现所述金属薄膜镀层222的厚度。
在本发明实施例中，所述金属薄膜镀层222为铜薄膜镀层。
在本发明实施例中，所述定位凸台224的宽度为50um-250um。
在本发明实施例中，所述金属薄膜镀层222的厚度为50nm-500nm。
在本发明实施例中，所述金属薄膜镀层222的厚度为50nm时，所述定位凸台224的宽度为60um-160um；所述金属薄膜镀层222的厚度为100nm时，所述定位凸台224的宽度为80-200nm；所述金属薄膜镀层222的厚度为200nm时，所述定位凸台224的宽度为100-250nm；所述金属薄膜镀层222的厚度为300nm时，所述定位凸台224的宽度为70-100nm；所述金属薄膜镀层222的厚度为400nm时，所述定位凸台224的宽度为60-90nm；所述金属薄膜镀层222的厚度为500nm时，所述定位凸台224的宽度为50-80nm。
请参阅图3，图3为本发明某一实施例提供的基于激光诱导的电路缺陷修复系统中治具和基片的结构示意图。在本实施例中，治具130包括底座131和若干凹槽132，所述凹槽132用于放置镀有不同厚度金属薄膜的基片220。
结合图1，在本发明实施例中，根据实际需要的基片，控制器控制旋转轴340的转动，带动治具130转动，能够使得需要的基片旋转至激光模组的正下方。
由于基片220的定位凸台224的宽度与金属薄膜镀层222的厚度相关联，在实际应用中，视觉模组110能够检测到位于激光模组120正下方的基片220的定位凸台224的尺寸信息(包括宽度)，并将所述尺寸信息发送给控制器，控制器将判断是否继续控制治具130转动，当视觉模组110检测到的尺寸信息与所述缺口信息所匹配的需金属薄膜镀层222的厚度相适应，则不再控制治具130转动。
在本发明实施例中，视觉模组110还用于检测待修复工件210与基片220的位置是否处于最优位置，为了使得待修复工件210与基片220的位置是否处于最优位置，控制器控制位移平台140沿着x、y或z轴进行调整移动。需要注意的是，在加工过程中，待修复工件210与基片220之间的间距，随着金属薄膜层的厚度的不同，有所改变。间距随膜厚的增加呈先增大后减小的规律，且当铜薄膜厚度较厚时，会对间距要求变高，允许的间距变化范围较窄。因此需要控制位移平台140沿着x、y或z轴进行调整移动使得待修复工件210与基片220的相对位置发生改变。这样加工时，可引导基片压紧在基板上，确保加工间距的一致性，同时可有效防止线路基板卷曲变形影响加工结果。
结合图1，在本发明实施例中，基于激光诱导的电路缺陷修复系统还包括合束镜310和聚焦物镜320。合束镜的作用是把两束光合为一束。在激光工业中的应用，主要是使得激光红光可见，一般性是将10.6um的红外激光和500-700nm的红光合为一束。聚焦物镜用于将最初的电子束成型，穿过样品的电子束聚焦，使其穿过样品(在扫描透射电子显微镜的扫描模式中，样品上方也有物镜，使得射入的电子束聚焦)。聚焦物镜能够提高边缘光束入射到探测器的能力；在相同的主光学系统中，附加场镜将减少探测器的面积；如果使用同样的探测器面积，可扩大视场，增加入射的通量；使探测器光敏面上的非均匀光照得以均匀化。
本发明实施例还提供一种基于激光诱导的电路缺陷修复方法，应用于上述任一实施例提供的基于激光诱导的电路缺陷修复系统，在本实施例中与上述实施例相同的部分，在此不再赘述。包括：
控制视觉模组110对待修复工件210进行检测，提取所述待修复工件210的缺口信息；其中，所述缺口信息包括缺口三维模型；
根据所述缺口信息选择规格匹配的基片220，对所述待修复工件210进行转移沉积修复。
在本实施例中，所述根据所述缺口信息选择规格匹配的基片220，对所述待修复工件210进行转移沉积修复包括：根据所述缺口信息，控制治具130旋转并控制所述位移平台140移动，使得与所述缺口信息匹配的基片220切换至激光模组120的正下方；根据所述缺口信息，调整所述激光模组120的激光工艺参数，并控制所述激光模组120利用与所述缺口信息匹配的基片220，对所述待修复工件210进行转移沉积修复。
请参阅图5-6，图5是本发明某一实施例提供的金属薄膜镀层厚度与沉积点直径关系图，图6是本发明某一实施例提供的金属薄膜镀层厚度与沉积点最大高度关系图。待修复工件210与基片220之间熔融点直径随着金属薄膜镀层222的厚度的增加先减小后逐渐稳定，所以当金属薄膜层的厚度增大到一定值时，单次转移的金属总量会随着膜层厚度的增加呈线性相关的增加。所以当金属线路断开缺口尺寸大，选用膜厚越大的基片进行修复的效率也会成倍提升。金属薄膜镀层222的厚度在一定范围内，转移沉积点尺寸变化较小，当膜层厚度超出一定范围后，沉积点尺寸会大幅增加。所以在选取合适的膜层厚度时，首先需要考虑缺口面积的大小，缺口面积小，只能选取厚度较薄的铜薄膜来修复，否则单个沉积点就会溢出缺口，影响修复效果。沉积点的最大高度与铜薄膜厚度达到变化关系不大，均在2-3um之间。所以该方法可用来修复线路厚度超过3um以上的金属线路，可满足目前业内大部分线路板的要求。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于激光诱导的电路缺陷修复系统，其特征在于，包括控制器以及与所述控制器连接的视觉模组、激光模组、治具和位移平台；
所述视觉模组用于对待修复工件进行检测，提取所述待修复工件的缺口信息，并将所述缺口信息发送给所述控制器；其中，所述缺口信息包括缺口三维模型；
所述治具包括底座和若干凹槽，所述凹槽用于放置镀有不同厚度金属薄膜的基片；
所述控制器还用于根据所述缺口信息控制所述治具旋转并控制所述位移平台移动，使得与所述缺口信息匹配的基片切换至激光模组的正下方；
所述控制器还用于控制所述激光模组利用与所述缺口信息匹配的基片，对所述待修复工件进行转移沉积修复。
2.根据权利要求1所述的基于激光诱导的电路缺陷修复系统，其特征在于，所述控制器还用于根据所述缺口信息，调整所述激光模组的激光工艺参数，对所述待修复工件进行转移沉积修复。
3.根据权利要求1所述的基于激光诱导的电路缺陷修复系统，其特征在于，所述治具的凹槽为磁性凹槽。
4.根据权利要求1所述的基于激光诱导的电路缺陷修复系统，其特征在于，所述基片，以石英玻璃为基础材料，外覆金属薄膜镀层，还包括夹持端板和定位凸台；
所述夹持端板用于与所述治具的凹槽相配合，使得所述基片能够被固定；
所述定位凸台的尺寸用于体现所述金属薄膜镀层的厚度。
5.根据权利要求4所述的基于激光诱导的电路缺陷修复系统，其特征在于，所述金属薄膜镀层为铜薄膜镀层。
6.根据权利要求4所述的基于激光诱导的电路缺陷修复系统，其特征在于，所述定位凸台的宽度为50um-250um。
7.根据权利要求4所述的基于激光诱导的电路缺陷修复系统，其特征在于，所述金属薄膜镀层的厚度为50nm-500nm。
8.根据权利要求4所述的基于激光诱导的电路缺陷修复系统，其特征在于，所述金属薄膜镀层的厚度为50nm时，所述定位凸台的宽度为60um-160um；所述金属薄膜镀层的厚度为100nm时，所述定位凸台的宽度为80-200nm；所述金属薄膜镀层的厚度为200nm时，所述定位凸台的宽度为100-250nm；所述金属薄膜镀层的厚度为300nm时，所述定位凸台的宽度为70-100nm；所述金属薄膜镀层的厚度为400nm时，所述定位凸台的宽度为60-90nm；所述金属薄膜镀层的厚度为500nm时，所述定位凸台的宽度为50-80nm。
9.一种基于激光诱导的电路缺陷修复方法，应用于权利要求1-8任一项权利要求所述的基于激光诱导的电路缺陷修复系统，其特征在于，包括：
控制视觉模组对待修复工件进行检测，提取所述待修复工件的缺口信息；其中，所述缺口信息包括缺口三维模型；
根据所述缺口信息选择规格匹配的基片，对所述待修复工件进行转移沉积修复。
10.根据权利要求9所述的基于激光诱导的电路缺陷修复方法，其特征在于，所述根据所述缺口信息选择规格匹配的基片，对所述待修复工件进行转移沉积修复包括：
根据所述缺口信息，控制治具旋转并控制所述位移平台移动，使得与所述缺口信息匹配的基片切换至激光模组的正下方；
根据所述缺口信息，调整所述激光模组的激光工艺参数，并控制所述激光模组利用与所述缺口信息匹配的基片，对所述待修复工件进行转移沉积修复。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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