CN113853063A - 介电材料去除方法、激光去除设备与电子器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种介电材料去除方法、激光去除设备与电子器件，介电材料去除方法包括以下步骤：准备待加工的工件，工件包括金属基层与覆盖于金属基层的介电材料层；通过激光对设定区域的介电材料层进行去除，激光的波长为9000nm至12000nm。本实施例中采用波长范围为9000nm至12000nm的红外激光进行去除，突破了本领域采用紫外激光的局限，既能够降低介电材料层的残留率，同时基本不会对金属基层造成损伤，与紫外激光相比，电子器件的质量得到了显著的提高。
Description
技术领域
本发明涉及电路板制备领域，尤其是涉及一种介电材料去除方法、激光去除设备与电子器件。
背景技术
某些电子器件的制备过程中，需要先在金属基层的外侧涂覆保护层，以进行基层的绝缘、防水，然而出于部分区域导电功能的需求，会将该区域再去除保护层，以露出部分基层实现导电等功能。相关技术中通常采用激光去除介电材料，然而传统工艺激光在去除过程中会损伤金属基层，影响电子器件的质量。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种介电材料去除方法，避免损伤金属基层。
本发明还公开了一种实施上述方法的激光去除设备，以及通过上述方法制得的电子器件。
根据本发明第一实施例的介电材料去除方法，包括以下步骤：
准备待加工的工件，所述工件包括金属基层与覆盖于所述金属基层的介电材料层；
通过激光对设定区域的介电材料层进行去除，所述激光的波长为9000nm至12000nm。
根据本发明实施例的介电材料去除方法，至少具有如下有益效果：
本实施例中采用波长范围为9000nm至12000nm的红外激光进行去除，突破了本领域采用紫外激光的局限，既能够降低介电材料层的残留率，同时基本不会对金属基层造成损伤，与紫外激光相比，电子器件的质量得到了显著的提高。
在其他实施例中，所述激光的波长为9000nm至11000nm。
在其他实施例中，所述激光的光斑直径为0.05mm至0.13mm。
在其他实施例中，所述介电材料层的厚度为1μm-200μm。
在其他实施例中，对设定区域的介电材料层进行去除后，所述介电材料层的厚度不大于100nm。
在其他实施例中，所述介电材料层为聚对二甲苯层。
在其他实施例中，对介电材料层进行去除的方法为：
获取工件的图像信息；
基于所述图像信息获取所述设定区域的参数，所述参数包括位置、形状与尺寸；
基于所述参数，以及所述激光的光斑的尺寸，形成去除轨迹；
基于所述去除轨迹对所述设定区域的所述介电材料层进行去除。
根据本发明第二实施例的激光去除设备，用于实施所述的介电材料去除方法，包括：
视觉定位模组，用于识别工件的图像信息；
激光模组，与所述视觉定位模组通讯连接，用于形成激光，并基于所述图像信息对工件设定区域的介电材料层进行去除。
根据本发明第三实施例的电子器件，通过所述的介电材料去除方法制得，包括金属基层与覆盖于所述金属基层的介电材料层。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明实施例中介电材料去除方法的流程图；
图2为电子器件的剖面示意图；
图3为本发明实施例中基于视觉识别技术去除介电材料的流程图；
图4为通过波长为355nm的激光去除介电材料后的电子器件的表面示意图；
图5为通过波长为10600nm的激光去除介电材料后的电子器件的表面示意图；
图6为通过波长为355nm的激光去除介电材料后的电子器件的切面示意图；
图7为通过波长为10600nm的激光去除介电材料后的电子器件的切面示意图；
图8为通过波长为10200nm的激光去除介电材料后的电子器件的切面示意图；
图9为通过波长为9300nm的激光去除介电材料后的电子器件的切面示意图。
附图标记：
金属基层100、金层110、镍层120；
介电材料层200、设定区域210。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
参照图1，示出了发明实施例的流程图，如图所示，本实施例的去除方法包括以下步骤：
一、准备待加工的工件，参照图2，待加工的工件包括有金属基层100，金属基层100可以是金属单质，可以是由多层金属复合形成的基体，以图中所示为例，金属基层100为多层结构，包括位于底层的镍层120，以及覆盖于镍层120的上表面的金层110，其中镍层120用于防止金和铜间的扩散，金层110用于保护镍层，同时使得电器器件具有更好的导电性能和焊接性能，同时能够提升传输速率。金层110的上表面覆盖有介电材料层200，介电材料层200可以实现金属基层的绝缘与防水。需要说明的是，图中为工件微观结构的示意图，图中尺寸不代表实际尺寸。
二、通过激光(图中通过箭头示意)去除金属基层100上设定区域210的介电材料层200(膜层)，去除后，该区域内的介电材料层的厚度或者覆盖面积显著降低，便于金属基层100露出以实现相应的功能。需要说明的是，本申请所称的“露出”，并非严格要求金属基层100的表面不含有任何的介电材料，其中，金属基层100的部分区域覆盖介电材料，或者全部区别均覆盖介电材料，但是介电材料的厚度低于设定值，从而不影响金属基层100实现其导电等功能时，均应当理解为露出。
相关技术中，通常采用355nm的短波长激光(紫外激光)去除介电材料层200，其原理是：介电材料对该波长范围的激光的吸收率远大于金属的吸收率，因此当被激光照射的介电材料已经发生烧蚀时，金属仍能够保持原状，从而实现区别处理。在实际的处理过程中，操作者发现通过该波长的激光去除介电材料还是存在一些缺陷，例如，介电材料的残留率高，同时，激光还会对金属层造成损坏，从而影响电子器件的质量。然而，虽然355nm波长的激光存在上述缺陷，但是其能够满足大部分的去除需求，且本领域均习惯采用355nm波长的激光进行清洗工作，基于上述原因，本领域仍然倾向于采用紫外激光实现介电材料的去除。为了改善上述缺陷，本领域也在寻求其他波长范围的激光，然而即使有通过其他波长的激光进行去除的方案，所涉及的波长范围也限于1μm左右，改善的效果不佳。
基于上述，本实施例中采用波长范围为9000nm至12000nm的红外激光进行去除，突破了本领域采用紫外激光的局限，既能够降低介电材料层200的残留率，同时基本不会对金属基层100造成损伤，与紫外激光相比，电子器件的质量得到了显著的提高。
需要说明的是，本申请所涉及的波长范围可以在上述范围的基础上进一步扩展，其下限可以低于9000nm，而上限可以高于12000nm，既整体处于红外激光的范畴内均可。
在本发明的具体实施例中，激光的波长范围可以进一步限制为9000nm至11000nm，在该波长范围内，金层对该波长激光吸收率少，对金层损伤小，且激光器成本低。
在本发明的具体实施例中，激光的光斑直径为0.05mm至0.13mm，较小的光斑能够提高激光去除的精度。
在本发明的具体实施例中，介电材料层200的厚度为11μm-200μm，该厚度范围能够适应大部分的场景，在实现较好的绝缘与防水效果的基础上，能够降低介电材料的使用量，有助于降低成本。对设定区域的介电材料层进行去除后，残留的介电材料层的厚度不大于100nm，保证金属层露出以实现相应功能。
在本发明的具体实施例中，介电材料层200为聚对二甲苯层，采用聚对二甲苯层可以形成致密的介电材料层，从而实现良好的防水性能与绝缘性能。聚对二甲苯可以通过真空沉积的方式附着于金属基层100之上，保证成膜的均匀性。
通常而言，激光的光斑面积小于待去除部位的面积，因此需要选择适合的轨迹以实现对待去除部位的全面处理，具体的参照图3，对介电材料层进行去除的方法包括以下步骤：
一、获取工件的图像信息，获取方式可以是通过CCD对工件的表面进行拍摄，拍摄后的图像信息发送至控制装置进行处理。
二、控制装置基于预先设置的规则从上述图像信息获取设定区域210的参数，参数包括以下信息：设定区域210的位置、形状与尺寸。需要说明的是，根据区域的形状，所需要的尺寸信息也存在区别，例如，当设定区域210的形状为圆形时，尺寸信息为区域的直径。
三、基于上述获得的参数，以及激光的光斑的尺寸(光斑的尺寸可以预先存储在控制装置中)，控制装置根据相应规则形成去除轨迹。
四、基于上述步骤获得的去除轨迹，通过激光对设定区域210的介电材料层200进行去除，使得该区域的介电材料的残留率符合预期。需要说明的是，为了能够充分去除区域内的介电材料，激光采用逐步移动的方式沿上述轨迹运动，且在相邻两次移动步骤之中，激光光斑的覆盖区域存在重合，如此，能够避免发生遗漏处理的问题。结合上述将光斑直径限定为0.08mm至0.1mm的方案，可以保证介电材料的去除精度。
以下结合具体实施例对本发明的去除方案进行说明。
参照图4，其为通过相关技术中的去除方式去除介电材料后的电子器件的示意图，其中，激光波长为355nm，介电材料层200为聚对二甲苯层，厚度为30um,金层110的平均厚度为47.6nm,放大倍数为600倍，如图所示，可见金属层已经被损伤(即图中心颜色相对较深的区域)。
参照图5，其为采用本发明实施例中的去除方式去除介电材料后的电子器件的示意图，其中激光波长为10600nm，其他条件与上述相同，如图所示，金属层颜色均一，表面金层无变化，说明未发生损伤。
参照图6与图7，分别为通过上述相关技术与本发明实施例中的去除方式去除介电材料后的电子器件切面的示意图，其中，图6中的数值47.6nm与63.5nm为金层110的厚度，3.92μm、3.76μm与3.84μm为镍层厚度，相应的，图7中的139nm与169nm为金层110的厚度，4.16μm、4.01μm与4.23μm为镍层的厚度，可以明显看出，经过355nm激光处理后的金层110厚度显著低于10600nm激光处理后的金层110厚度，而10600nm激光处理前后的金层110厚度无明显变化，因此可以说明红外激光相比于紫外激光能够更好的保护金属层。
此外，通过EDS能谱仪对上述两组实验产物的元素含量进行分析，结果参照表1，
表1
由表中数据可知，经355nm波长的激光处理后，工件表面C元素的含量占55.3％，AU元素的含量仅占9.53％，说明聚对二甲苯残留较多，金层未充分暴露(C元素仅存在于聚对二甲苯中，因此C元素的含量能够代表聚对二甲苯的含量)。而经过10600nm波长的激光处理后，工件表面C元素的含量仅占5.36％，AU元素的含量占比上升至34.31％，说明聚对二甲苯残留较少，金层已经充分暴露。
综上，可见红外激光既能够较好的去除介电材料，又不会损伤金属基层100，相比于紫外激光更够达到更好的加工效果。
参照图8、图9，分别示出了通过波长10200nm与波长9300nm的激光去除介电材料后的电子器件切面的示意图，如图可知，金属层颜色均一，未发生损伤。结合表1可知，工件表面的C含量分别为5.01％与5.99％，AU含量分别为34.40％与34.15％，说明二者聚对二甲苯残留较少，金层已经充分暴露。基于上述，可见在选定的9000至12000nm的波长范围内，激光均能够达到较好的加工效果。
本发明还公开了一种激光去除设备，其用于实施上述实施例中的的介电材料去除方法，包括视觉定位模组与激光模组，其中视觉定位模组用于识别工件的图像信息，其主体结构为CCD相机，本实施例中可以采用1000万至3000万像素的相机，以提高识别精度。激光模组与视觉定位模组通讯连接，用于形成处理激光，以基于上述图像信息对工件设定区域的介电材料层进行去除。
本发明还公开了一种电子器件，其通过上述实施例中的介电材料去除方法制得，参照图2，其包括金属基层100与覆盖于金属基层100的介电材料层200。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (9)
1.介电材料去除方法，其特征在于，包括以下步骤：
准备待加工的工件，所述工件包括金属基层与覆盖于所述金属基层的介电材料层；
通过激光对设定区域的介电材料层进行去除，所述激光的波长为9000nm至12000nm。
2.根据权利要求1所述的介电材料去除方法，其特征在于，所述激光的波长为9000nm至11000nm。
3.根据权利要求1所述的介电材料去除方法，其特征在于，所述激光的光斑直径为0.05mm至0.13mm。
4.根据权利要求1所述的介电材料去除方法，其特征在于，所述介电材料层的厚度为1μm-200μm。
5.根据权利要求4所述的介电材料去除方法，其特征在于，对设定区域的介电材料层进行去除后，所述介电材料层的厚度不大于100nm。
6.根据权利要求1所述的介电材料去除方法，其特征在于，所述介电材料层为聚对二甲苯层。
7.根据权利要求1所述的介电材料去除方法，其特征在于，对介电材料层进行去除的方法为：
获取工件的图像信息；
基于所述图像信息获取所述设定区域的参数，所述参数包括位置、形状与尺寸；
基于所述参数，以及所述激光的光斑的尺寸，形成去除轨迹；
基于所述去除轨迹对所述设定区域的所述介电材料层进行去除。
8.激光去除设备，其特征在于，用于实施权利要求1至8中任一项所述的介电材料去除方法，包括：
视觉定位模组，用于识别工件的图像信息；
激光模组，与所述视觉定位模组通讯连接，用于形成激光，并基于所述图像信息对工件设定区域的介电材料层进行去除。
9.电子器件，其特征在于，通过权利要求1至7中任一项所述的介电材料去除方法制得，包括金属基层与覆盖于所述金属基层的介电材料层。
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