CN1213440A

CN1213440A - 多刀具定位系统

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Publication number: CN1213440A
Application number: CN97192996A
Authority: CN
Inventors: 多纳德·R·卡特勒; 罗伯特·M·帕尔索尔普; 马克·A·乌恩拉斯; 托马斯·W·理查德森; 阿兰·J·卡伯尔
Original assignee: Electro Scientific Industries Inc
Current assignee: Electro Scientific Industries Inc
Priority date: 1996-03-12
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 1999-04-07
Anticipated expiration: 2017-03-04
Also published as: EP0886810A1; US5847960A; DE69707653T2; CA2247404A1; CN1125384C; HK1016285A1; AU1986597A; WO1997034206A1; EP0886810B1; DE69707653D1; JPH11510740A; ATE207629T1; CA2247404C; JP3155012B2

Abstract

一个多速、多头定位器(150)接收并处理未节段化定位指令以起动低速级(56、58)和固定在低速级之一上的多个高速级(154),从而相对于多个相关工件(152)上的目标位置对多个刀具(156)同时进行定位。每个高速级连接到一高速级信号处理器(172)上,并由其向每个高速级定位器提供校正过的位置数据,以补偿高速级的非线性度和多个工件中工件的位移、偏移、旋转和尺寸变化。当在印刷电路板(ECB)中切割盲通孔时,通过使一半刀具为紫外(“UV”)激光器而使另一半刀具为红外(“IR”)激光器来实现改进的加工量和处理量,其中紫外激光器易于切割导体层和介电层,而红外激光器只易于切割介电层。控制紫外激光器切割上导体层和一部分下介电层,控制红外激光器切割剩余的介电层而不切穿或破坏第二下导体层。通过在未加工ECB中切割导体层而同时在已切割了其导体层的ECB中切割介电层来增加加工量。通过在每个引起任何ECB位移、偏移、旋转和尺寸变化的切割步骤之前执行一工件校准步骤来增加处理量。

Description

多刀具定位系统

技术领域

本发明涉及一种相对于多个相关工件上的目标位置对多个“刀具”例如激光束或其他射束进行定位的装置和方法，尤其涉及一种用一多级、多头定位器准确调整多个刀具和相关目标位置的定位系统。

发明背景

各种工艺技术将刀具用于微型机加工或将图案或材料沉积在工件上目标位置的上面。例如，微型钻头可用来制成微型电机的机架；微型冲头可用来在薄金属平板中冲孔；激光器可用来精确地加工或有选择地蚀刻金属、晶体或非晶试样；离子束可用来有选择地将带电粒子掺杂到集成电路中。上述所有的方法共有准确而迅速地将相应刀具定位到工件上目标位置上的共同要求。

在某些大批量生产应用中，相对于多个对应的工件同时对多个刀具进行定位以提高加工量并减小总的生产成本。一种这样的应用是用一多轴钻床同时在多个电路板上钻出相同组的孔。这种机床的加工量高但需要准确地用夹具固定多个工件，它们无法补偿工件中的尺寸差，并且易出现频繁更换钻头的停机时间。

在一相关应用中，以前的工作人员使用激光器加工多层电路板的上层之间的通孔。这种机床具有高准确度且无需更换钻头，但它们没有多轴钻床的加工量高。

另外，存在两个用来调整刀具与工件间的相对运动而暴露出的但却对立的要求。即，特征尺寸(feature size)在减小，使得尺寸精度需要提高，而同时工件的整体尺寸在增大。因此，强加给刀具定位器的准确度、尺寸和速度的要求正承受现有定位系统限制的重负。

现有定位器一般的特征在于低速、长距离运动或高速、短距离运动。象X-Y平移台这样的低速、长距离运动定位器的特征在于高定位准确度；而象检流计驱动光束偏转器这样的高速、短距离运动定位器的特征在于偏转角的非线性。

一种长距离运动、高速定位方法在1985年7月30日公布的题为“METHOD AND APPARATUS FOR POSITIONING A FOCUSEDBEAM ON AN INTEGRATED CIRCUIT”的美国专利4,532,402中有所描述，其中把象检流计这样的高速短距离运动定位器(“高速定位器”)和象X-Y平移台这样的长距离运动、低速、但高准确度定位器(“低速定位器”)组合在一起。这两种定位器能把短而快的运动与长而准确的运动结合起来，准确而迅速地把象激光束这样的刀具定位到一个工件例如一集成电路或一印刷电路板上的目标位置。这两种定位器的结合运动要求首先将低速定位器移到工件上一目标位置附近的一个已知位置，停止低速定位器，将高速定位器移到准确的目标位置，停止高速定位器，使刀具在目标位置上操作，然后对下一个目标位置重复该过程。

但是，这样一种定位方法有严重的缺陷。显然，所有起动与停止都要使刀具加工工件所需时间过度增加的延迟时间量。对于用计算机的机床控制文件或“数据库”还有一个严重的缺陷，即一般指令刀具移到经过该工件的一系列目标位置上。

通过工件的激光加工(例如具有一些小特征的规则图案的集成电路)要求，用一激光束微调来说明该缺陷。若低速定位器能准确地逐图案移动激光束、而且高速定位器能将激光束迅速对准要求在每个图案中微调的所有小特征，则定位器与激光束会有效地配合工作。

不过，若最大图案的尺寸超出了高速定位器的运动范围，则必须把经过工件对刀具定位的数据库“节段化(panelized)”为邻接的数据段，每段都在高速定位器的运动范围之内。上述朝向增高的尺寸精度和更大工件的趋势实际上确保了对节段化的数据库的需求。节段化把短、高速定位和长、高准确度定位这两个相矛盾的任务分配为高速和低速定位器的适当运动任务。

例如，图1表示具有晶体管和相关电互连结构的一基本规则图案的集成电路10，其适于用由一节段化的数据库定位的离子掺杂刀具进行处理。在此例中，通过将硼离子可控地掺杂到集成电路10的P沟道衬底区内来调节所选晶体管的阈值电压。待掺杂衬底区覆盖了比高速定位器的运动范围更大的区域。因此，低速定位器将离子掺杂刀具推动到相对对准集成电路10的节间(panel)14(用虚线示出的节间)的一原点12的位置上，在这个运动之后，高速定位器执行离子掺杂刀具和集成电路10之间所需的较短运动，以处理数据库控制的节间14中的衬底区。在处理完节间14之后，低速定位器将离子掺杂刀具移到相对对准集成电路10的节间18的原点16的位置上，在该运动之后，高速定位器执行离子掺杂刀具和集成电路10之间所需较短的运动，以处理数据库控制的节间18中的衬底区。

通过逐个经过各节间22、26、30、34和38的原点20、24、28、32和36重复执行上述过程，直到完全处理完集成电路10为止。注意，互连焊盘40并不完全包围在单个节间中。幸而在此例中，互连焊盘40无需离子掺杂处理，并且对节段化的目的来说可忽略。

由于是逐步增加地执行这些运动，所以数据库节段化至多是一个低效、近似最优法，它将刀具行程分成几个预定分段的固有低效小运动指令组。

节段化还取决于所用特定定位器的运动能力以及被定位刀具的类型。例如，不仅要根据集成电路10的图案规律，还要根据高速定位器的运动范围和分配给离子掺杂刀具的特定目标位置描绘数据库中分配给集成电路10的节间。若刀具类型改变，则可能需要不同定位器类型来处理不同目标位置上的不同特征。两种改变都可能需要重新对数据库进行节段化以适应新的定位器和刀具。

节段化还要求数据库内的每个节间都必须与工件内的节间紧邻而不使刀具操作跨在或重叠在一个节间边界上。在该集成电路10的例子中，若不用离子掺杂刀具而是用一激光束刀具来处理互连焊盘40的金属化层，则图1所示的节段化可能并不合适，因为互连焊盘40跨过两个节间。若工件包括不规则图案(例如用来在一印刷电路板中钻孔的目标位置)，则会产生相同的问题。有些工件与刀具类型的组合并不完全有助于节段化。当然，即使在一大于特定高速定位器运动范围的空间距离上也可重复图案的规律性。采用一种具有足够大运动范围的高速定位器，可能因为增大的质量和非线性度而变得适得其反。

因此，需要一种用来对各种刀具相对于各种工件进行定位的高加工量的装置和方法，而无需一个节段化的刀具行程数据库。

发明概述

因此，本发明的目的在于提供一种在多刀加工系统中的多个定位器中自动和优选分配数据库定位指令的改进的装置和方法。

本发明的优点在于提供用来在多个工件上同时进行刀具行程操作而无需节段化数据库的装置和方法。

本发明的另一个优点在于提供使用多速定位系统提高多个同时刀具行程操作的准确度和加工量的装置和方法。

本发明的多速定位系统从一数据库中接收未节段化的定位指令，将这些指令描绘成半正弦波定位信号，并进一步将这些半正弦波定位信号处理成低频和高频定位信号，用以起动相应的低速和高速定位器到达数据库定义的目标位置。低速和高速定位器响应一组定位指令数据移动而无需停止，同时调整它们各自的运动位置从而在数据库限定的目标位置上产生暂时静止的刀具位置。该多速定位系统降低了高速定位器运动范围的要求，同时无需一节段化数据库就能提供显著增加的刀具加工量。

将半正弦波定位信号分为加速度和位置分量。通过使位置分量经过一个四阶仿形滤波器(profiling filter)实现高刀具加工量，该四阶仿形滤波器具有固定延迟量并产生用来驱动低速定位器的低频位置和加速度分量。用同样的量(如固定延迟量)来延迟未滤波的位置和加速度分量，以产生用来驱动高速定位器的高频位置和加速度分量。通过将这些馈通相关误差作为部分高速定位指令指向高速定位器，来校正由低速定位器对馈通给仿形滤波器的高速级分量的不响应性造成的低速定位误差。通过将实际刀具位置与修改低速和高速级定位信号的反馈网络中的指令刀具位置进行比较，来校正由与定位器相关的惯性和摩擦造成的定位误差。

本发明的多速、多头定位器实施例，接收和处理如上的未节段化定位指令，起动低速定位器和固定于低速定位器上的多个高速定位器，同时相对于多个相关工件上的目标位置对多刀具进行定位。每个高速定位器连接到一高速级信号处理器上，该高速级信号处理器向每个高速级定位器提供校正过的定位数据，以补偿高速级的非线性度和多个工件中的工件位移、偏移、旋转和尺寸变化。

该多速、多头定位系统通过用单独一个系统同时加工多个工件可降低工件加工成本和改善工件加工量。另外，由于具有处理位移、偏移、旋转和尺寸变化的工件的能力，故减少加工过工件的废品。

该多速、多头定位器的一个优选实施例，在印刷电路板(“ECB”)中切割盲通孔(blind via hole)具有提高的产量和加工量。在本实施例中，一半刀具为紫外(“UV”)激光器，它们易于切割导体层和介电层，而且另一半刀具为红外(“IR”)激光器，它们仅易于切割介电层。控制紫外激光器切割上导体层和下介电层的一部分，控制红外激光器切割剩余的介电层而不切穿或破坏第二下导体层。这些组合激光加工步骤将一宽加工窗用于在ECB中切割盲通孔。另外，通过在未加工ECB中切割导体层而同时在已切割了它们的导体层的ECB中切割介电层来增加产量。通过在产生任何ECB位移、偏移、旋转和尺寸变化的每个切割步骤之前执行一个工件校准来增加加工量。

根据以下参照附图进行的对本发明优选实施例的详细描述，本发明的其他目的和优点将会显而易见。

附图简述

图1是根据已有技术定位器运动节段化方案而被节段化以用于刀具加工的一个集成电路工作区的平面图。

图2是本发明的多级激光束定位系统的框图。

图3A与3B是时间与速度关系曲线图，分别表示根据本发明的定位指令所处理的两段和三段定位器的速度曲线。

图4是表示适于本发明使用的已有技术的检流计驱动反射镜定位器的局部零件侧视图。

图5是表示响应根据本发明的定位信号的高速与低速定位级速度与位置的波形图。

图6是表示本发明的多头激光加工系统的斜视图。

图7是一数字信号处理系统的简化电气框图，该系统包括用在图6的多头激光加工系统中的多个高速级信号处理器。

图8是用在图7的数字信号处理系统中的多个高速级信号处理器中的一个的简化电气框图。

优选实施例详述

图2表示一按照本发明具有定位指令执行能力的多级刀具定位系统50。仅参照单头的激光切割孔系统举例说明本定位系统50，该系统利用数字信号处理器(“DSP”)52控制高速检流计式定位级54(“高速级54”)、低速X轴平移级56(“低速级56”)和低速Y轴平移级58(“低速级58”)，从而将激光束60射向单个工件62(例如一印刷电路板)上的目标位置。虽然定位系统50由固定在低速级56上的高速级54和固定在低速级58上的单个工件62具体化，但是刀具定位系统的其他结构，例如其中在低速级56上固定多个高速级54和在低速级58上固定多个工件62的结构，也有利于采用本发明。

系统控制计算机63对存入数据库存储子系统64中的刀具行程数据库进行处理。该数据库含有利用激光束60在工件62中切割孔和/或轮廓线所需的加工参数。该数据库便于利用一刀具行程生成程序(例如由位于Eugene,Oregon的Camex Manufacturing Technologies制作的SMARTCAM^TM)编制。系统控制计算机63将该存储数据库的分析部分传输给激光器控制器68，并且将该数据库的定位控制部分作为一数据流传输给增量处理部分70。增量处理部分70将该数据流转变为位置增量(“dx”和“dy”)、速度增量(“dv”)和时间增量(“dt”)分量，令每个分量使经过工件62的激光束60的路径变化。因此，激光束60的每一运动都由dx、dy、dv和dt分量限定，这些分量还由位置仿形器(positionprofiler)72处理成一个半正弦波仿形定位信号。

激光控制器68由增量处理部分70产生的定时数据控制，还由根据同步技术使激光器76的发射与高速级54和低速级56和58的动作同步的触发处理部分调整，该同步技术例如为1995年9月26日公布的美国专利5,453,594中所述的那种，其题目为“RADIATION BEAM POSITIONAND EMISSION COORDINATION SYSTEM”，该专利已转让给本申请的受让人。

增量处理部分70根据参照图3A与3B描述的一优选BASIC语言信号处理程序生成dx、dy、dv和dt分量。

在调入被称作“gen_move”的优选程序之前，初始化最大加速度(amax)、最大速度(vmax)和最小时间(tmin)的极值。这些极值是由特定定位器硬件(高速或低速)所施加的实际硬件极值，该特定定位器硬件需要根据一特定定位指令移动大部分距离。例如，若运动距离小于最大高速定位器运动范围的25％，则设定这些值用于高速定位器。否则设定这些值用于低速定位器。高速级54和低速级56与58的极值如下：

高速低速

vmax(米/秒) 1 0.25

amax(g) 50 1.0

tmin(毫秒) 2 20.0

程序gen_move可以计算所需用来使定位级在两个或三个运动段中从任意初始位置和初始速度移动到任意末位置和末速度的dx、dy、dv和dt值。

所有运动段包括一个半正弦波曲线加速度段(“段1”)、一个恒速段(“段2”)和一个半正弦波曲线减速度段(“段3”)的某种组合。如图3A所示，当一个定位指令大得足以使定位器速度到达+vmax或-vmax时，段2包括于段1与3之间。否则，如图3B所示，仅包括段1和3(段2等于0)来执行两段移动指令。熟练工作人员将易于理解程序gen_move通常与以下BASIC语言描述相一致。

程序gen_move(g&,h&)：

附注：“g”和“h”是指向从数据库选取的位置与速度的一个变址阵列的指针。

    xi=px(g&amp;)!x初始位置!um

    yi=py(g&amp;)!y初始位置

    xvi=vx(g&amp;)!x初始速度!um/sec

    yvi=vy(g&amp;)!y初始速度

    xf=px(h&amp;)!x末位置

    yf=py(h&amp;)!y末位置

    xvf=vx(h&amp;+1)!x末速度
				
				<dp n="d7"/>
    yvf+vy(h&amp;+1)!y末速度

    附注：根据位置、初始和末速度以及最小运动时间的总变化计算X和
Y运动的最大(或最小)绝对速度(上限为vmax)。

    dx=xf-xi
    dy=yf-yi
    xvmax=dx/tmin-(xvi+xvf)/2
    IF xvmax＞vmax
       xvmax=vmax

    ENDIF

    IF xvmax＜-vmax

       xvmax=-vmax

    ENDIF

    附注：假定dt1=dt3。若dt1与dt3=tmin,则采用最大速度。

    yvmax=dy/tmin-(yvi+yvf)/2

    IF yvmax＞vmax

       yvmax=vmax

    ENDIF

    IF yvmax＜-vmax

       yvmax=-vmax

    ENDIF

    附注：计算段1与3的dt，假设需要三段执行该特定定位指令。

    kpo2=(PI/2)/amax

    dt1=MAX(tmin,ABS((xvmax-xvi)*kpo2),ABS((yvmax-
				
				<dp n="d8"/>
yvi)*kpo2))

   dt3=MAX(tmin,ABS((xvf-xvmax)*kpo2),ABS((yvf-yvmax)
*kpo2))

    附注：计算x和y轴的dt2(xdt2和ydt2)。若两个中的一个的结果为正，则需要一恒速段2。xdt2和ydt2还确定一主轴，即，需要以恒定最大速度移动的最大时间的轴。

    IF xvmax＞0

       xdt2=(dx-((xvi+vmax)*dt1/2)-((xvf+vmax)*dt3/2))
/vmax

    ELSE

     xdt2=(dx-((xvi-vmax)*dt1/2)-((xvf-vmax)*dt3/2))
/-vmax

    ENDIF

    IF yvmax＞0

       ydt2=(dy-((yvi+vmax)*dt1/2)-((yvf+vmax)*dt3/2))
/vmax

    ELSE

     ydt2=(dy-((yvi-vmax)*dt1/2)-((yvf-vmax)*dt3/2))
/-vmax

    ENDIF

    IF xdt2＞0 OR vdt2＞0 ！三段运动

    附注：计算每个运动段的dp、dv。

     IF xdt2＞vdt2 ！X主轴

      dx1=(xvi+xvmax)*dt1/2

      xdv1=xvmax-xvi

      dx2=((-xvi-xvmax)*dt1/2)+((-xvmax-xvf)*dt3/2)+dx

      xdv2=0
				
				<dp n="d9"/>
 dx3=(xvmax+xvf)*dt3/2
 xdv3=xvf-xvmax
 ydt2=xdt2 kb=1/(2*ydt2+dt3+dt1)
 dy1=((yvi-yvf)*((dt1*dt3)/2+(dy+yvi*ydt2)*dt1)*kb
 ydv1=((-yvi-yvf)*dt3+2*dy-2*yvi*(ydt2+dt1))*kb
 dy2=(2*dy-dt1*yvi-dt2*yvf)*ydt2*kb
 ydv2=0
 dy3=((yv-yvi)*((dt3*dt1)/2+(dy+ydt2*yvf)*dt3)*kb
 ydv3=((yvi+yvf)*dt1-2*dy+2*(dt3+ydt2)*yvf)*kb
 ELSE!Y主轴
 dy1=(yvi+yvmax)*dt1/2
 ydv1=yvmax-xvi
 dy2=((-yvi-yvmax)*dt1/2)+((-yvmax-yvf)*dt3/2)+dy
 ydv2=0
 dy3=(yvmax+yvf)*dt3/2
 ydv3=yvf-yvmax
 xdt2=ydt2
 kb=1/(2*xdt2+dt3+dt1)
 dx1=((xvi-xvf)*((dt1*dt3)/2+(dx+xvi*xdt2)*dt1)*kb
 xdv1=((-xvi-xvf)*dt3+2*dx-2*xvi*(xdt2+dt1))*kb
 dx2=(2*dx-dt1*xvi-dt3*xvf)*xdt2*kb
 xdv2=0
 dx3=((xvf-xvi)*((dt3*dt1)/2+(dx+xdt2*xvf)*dt3)*kb
 xdv3=((xvi+xvf)*dt1-2*dx+2*(dt3+xdt2)*xvf)*kb
 ENDIF
ELSE!两段运动
附注：计算dtx和dty以确定段1和3的dt。
 twomovetime(xvi,xvf,xi,xf,xdt)
 twomovetime(yvi,yvf,yi,yf,ydt)
				
				<dp n="d10"/>
附注：对于两个段运动来说，dt1=dt3=dtx或dty中较大者。
 dt1=MAX(xdt,ydt)
 dt3=dt1
附注：计算段1和3的dp和dv。
 twosegmentmove
 xdt2=0
 ydt2=0
 dx2=0
 dy2=0
 xdv2=0
 ydv2=0
ENDIF
RETURN
附注：程序gen_move结束。

程序twosegmentmove
 dx1=dx/2+xvi*dt1/4-xvf*dt1/4
 xdv1=dx/dt1-3*xvi/2-xvf/2
 dy1=dy/2+yvi*dt1/4-yvf*dt1/4
 ydv1=dy/dt1-3*yvi/2-yvf/2
 dx3=dx/2-xvi*dt3/4+xvf*dt3/4
 xdv3=-dx/dt3+xvi/2+3*xvf/2
				
				<dp n="d11"/>
  dy3=dy/2-yvi*dt3/4+yvf*dt3/4

  ydv3=-dy/dt3+yvi/2+3*yvf/2
RETURN

 程序twomovetime(vi,vf,ip,fp,VARdt)

   LOCAL k1,k2,k3

   dt=tmin

   k1=3*vi+vf

   k1s=k1^2

   k2=(32/PI)*amax*(fp-ip)

   k3=PI(8*amax)

   IF k1s+k2＞0

     dt=MAX(dt,k3*(-k1+SQR(k1s-k2)))

   ENDIF

   IF k1s-k2＞0

     dt=MAX(dt,k3*(k1+SQR(k1s-k2)))

   ENDIF

   k1=vi+3*vf

   k1s=k1^2

   IF k1s+k2＞0

     dt=MAX(dt,k3*(-k1+SQR(k1s+k2)))

   ENDIF

   IF k1s-k2＞0

     dt=MAX(dt,k3*(k1+SQR(k1s-k2)))

   ENDIF

  RETURN

再参见图2，增量处理部分70产生的dx、dy、dv和dt分量，进一步由位置仿形器72处理成所需用来在数据库的指令下移动高速级54和低速级56与58的半正弦波定位信号。理论上，定位器的加速度与动力成正比，而动力与供给定位器驱动器(例如一线性或旋转的伺服电动机或一检流计线圈)的电流成正比。因此，位置仿形器72产生的定位信号是一系列“全谱(full-spectrum)”半正弦波曲线的加速度感应(acceleration-inducing)定位步骤，这些步骤导致如图3A和3B中所示的那些运动。该全谱带宽仅需约250赫兹，这么大的带宽足以将一典型的检流计驱动反射镜定位器以其最大频率驱动。

全谱定位信号的瞬时值，是由DSP52通过把增量处理70产生的dx、dy、dv和dt分量用作在DSP52中运行的一正弦值生成程序的变量以约每秒10000点的速率产生。另一方面，dx、dy、dv和dt分量可用来寻址和取出存入一正弦值查找表中的相关正弦波值，该表被并入DSP52中。

所得到的全谱定位信号含仿形滤波器78和延迟元件79所接收的加速度与位置分量，该仿形滤波器78有一恒定信号传送延迟量，而延迟元件79在DSP52中补偿仿形滤波器78的恒定信号传送延迟量。例如，延迟元件79将位置仿形器72产生的激光触发脉冲延迟到与高速级54和低速级56与58的延迟运动相一致。如下所述，仿形滤波器78与延迟元件79还共同将低速级56和58稳定移过平均位置曲线而将其加速度限制在±1g，并且共同将高速级54的定位运动限制在±10毫米。

位置分量由仿形滤波器78接收以产生用以驱动低速级56与58的滤出位置指令数据。仿形滤波器78最好是由下式1所表示的一个四阶低通滤波器。

在式1中，ω是仿形滤波器78的固有或截止频率，ζ是其阻尼比。最好ω等于38弧度每秒，而ζ等于0.707。ζ的0.707值称为临界阻尼比，因为它产生一个与仿形滤波器78截止频率ω以内的频率成线性关系的相位滞后。该线性相位滞后导致具有固有频率以内一频率分量的任意半正弦波定位信号的恒定延迟时间。对于式1的滤波器，此延迟时间等于4ζ/ω秒。

G (s) = {[\frac{1}{{(\frac{s}{ω})}^{2} + \frac{2 ζs}{ω} + 1}]}^{2} - - (1)

由于仿形滤波器78根据半正弦波定位信号位置分量产生具有一恒定延迟时间的滤出位置指令数据，所以该恒定延迟时间由延迟元件79补偿。最好在DSP52中把延迟元件79作为把半正弦波定位信号的加速度和位置分量从位置仿形器72传输给高速级54的信号处理元件的程序延迟来实现，这些信号处理元件首先是加法器80和82。因此，发送给高速级54的半正弦波定位信号，与发送给低速级56和58的滤出位置指令在时间上同步。

来自位置仿形器72的加速度分量还由仿形滤波器78滤波，从而将一滤出的加速度指令提供给加法器80和前馈处理部分94。加法器80起高通滤波器的作用，它从全谱定位信号的加速度分量中减去被滤出的加速度指令而形成一检流计式加速度前馈信号，并把该信号传输给前馈处理部分86。同样，分别把来自仿形滤波器78的滤出位置指令和半正弦波定位信号的延迟位置分量，传输给分别用于处理与分配的加法器90与82以及低速级56与58和高速级54。检流计滤波器97和伺服滤波器98是传统的回路补偿滤波器，起着保持高速级54和低速级56与58稳定的作用。

通过级联两个或两个以上具有临界阻尼比的二阶滤波器来实现仿形滤波器78。当所级联的滤波器的数目增加到两个以上时，它们的截止频率提高到约为滤波器数目的平方根倍(例如，两个滤波器的截止频率是单个滤波器截止频率的1.414倍)。最好级联两个滤波器以提供良好的平滑性同时保持整体滤波器装置简单。

式1表示的仿形滤波器响应，可通过双线性变换表达为一离散的等效信号。所得到的数字传递函数由下式2表示。

G_{z} (z) = \frac{k {(z^{2} + 2 z + 1)}^{2}}{{(z^{2} + b_{1} z + b_{2})}^{2}} - - (2)

作为给出以前的输入和输出的滤波器输出y_K和w_K时域方程，由下式3和4表示。

y_k=w_k+2w_k-1+w_k-2-b₁y_k-1-b₂y_k-2 (3)

w_K=k(V_k+2V_k-1+V_k-2)-b₁w_k-1-b₂w_k-2 (4)

公式3与4中的系数由如下式5表示的变量确定。

[\begin{matrix} k \\ b 1 \\ b 2 \end{matrix}] = [\begin{matrix} {(\frac{ω^{2} T^{2}}{4 + 4 ζTω + T^{2} ω^{2}})}^{2} \\ \frac{- 8 + 2 T^{2} ω^{2}}{4 + 4 ζTω + T^{2} ω^{2}} \\ \frac{- 4 ζTω + 4 + T^{2} ω^{2}}{4 + 4 ζTω + T^{2} ω^{2}} \end{matrix}] - - (5)

式5中，T为滤波器的采样周期，ω为其截止频率，ζ为其阻尼比。

对于仿形滤波器78来说，优选的38弧度每秒截止频率(约6赫兹)与10千赫速率相比是一极低的频率，在10千赫速率频率下DSP52更新低速级56和58的定位数据。若仿形滤波器78在10千赫低速级更新频率下工作，则离散滤波器系数对舍入误差敏感，这是因为离散滤波器的极点向单位圆靠近。因此，最好仿形滤波器78在两个如式3与4表示的二阶滤波器的情况下工作，以对滤波器方程降阶并使滤波器系数适当受控。仿形滤波器78还接收来自位置仿形器72的加速度指令并生成滤出的加速度指令，并将滤出的加速度指令传输给伺服前馈处理部分94和加法器80。

最好在10千赫的更新速率下计算出理想的运动曲线指令，在加法器80和82上从该指令中减去低速级加速度和实际(未指令的)位置，以分别产生高速级加速度和位置指令信号。

通过加法器80和前馈处理部分86处理高速级加速度指令信号，而通过加法器82和检流计式滤波器97处理高速级位置指令信号。在加法器84中把处理过的高速级信号加在一起并传输给检流计式驱动器88。

同样，通过前馈处理部分94处理低速级滤出的加速度指令，而通过加法器90和伺服滤波器98处理低速级滤出的位置指令。在加法器92中把处理过的低速级信号加在一起并传输给线性伺服电动机驱动器96。

检流计式驱动器88向高速级54中的一对镜偏转检流计提供偏转控制电流，而且伺服电动机驱动器96向控制低速级56和58定位的线性伺服电动机提供控制电流。

图4表示一种适于用作高速级54类型的已有技术的检流计驱动反射镜定位器100。检流计式驱动器88(图2)在导体102上向各个X轴和Y轴高速响应DC电动机104和106提供旋转控制电流，电动机104和106使轴承108中的轴107旋转，以便有选择地使一对反射镜110和112回转，以将激光束60通过光学透镜114偏转到工件62上的预定目标位置。

另一方面，象压电元件、音圈致动器或其他限定角度的高速定位装置这样的无支承运动定位器，也可用于定位系统50中检流计驱动反射镜定位器100的场合。

同样参照图2，准确旋转机构或线性定位机构可代替线性伺服电动机来驱动低速级56和58。但是，在定位系统50中，优选优先响应低速级位置指令的直线电动机。

把两个信号与低速和高速级位置指令结合在一起，以减小工件62上激光束60在指令位置与实际位置间的位置误差。加法器82上被延迟的高速级位置指令和加法器90上被滤出的低速级位置指令，代表对级54、56和58适当定位所需的理想信号值。但是，在未修改的位置指令中并未考虑到象重力、摩擦力、质量和位置仿形器72产生的全谱定位信号中的不准确度这样的实际因素。

通过用位置传感器120和122检测级54、56和58的实际位置引出这些实际因素，可向DSP52中的加法器82和90提供预测位置反馈数据。注意，高速级定位线路中的加法器82接收来自两个位置传感器120和122的位置反馈数据。位置传感器120和122可以是众所周知的类型，其采用旋转电容器平板、线性与旋转编码器尺度或干涉仪运动检测器与适当的模数和/或数模转换技术相结合。

当激光束60进行经过工件62的运动时，不断地把所检测到的光束位置与指令光束位置作比较，并以其位置差表示实际因素已造成定位误差所达到的程度。尤其是，通过位置传感器120和122产生的高速级54和低速级56与58的检测位置数据，在加法器82中把它们从指令位置中减去，以产生在加法器84中与来自前馈处理部分86的加速度数据结合在一起的位置差数据。同样，通过位置传感器122产生的低速级56和58的检测位置数据，在加法器90中把它们从指令位置中减去，以产生在加法器92中与来自前馈处理部分94的加速度数据结合在一起的位置差数据。

图5用图表表示高速级54和低速级56与58怎样根据一典型全谱定位信号128(以粗黑线表示)调整它们的运动，该全谱定位信号128在DSP52(图2)中分成高频位置(“HFP”)信号部分130和低频位置(“LFP”)信号部分132。HFP信号部分130代表全谱定位信号128的交流耦合、25-250赫兹高通带部分，而且LFP信号部分132代表全谱定位信号130的直流耦合、0-25赫兹低通带部分。

全谱定位信号128中每个半正弦波曲线定位步骤(专门用字母尾标标识，例如128A、128B、128C和128D)，产生HFP信号部分130中对应的标识步骤(例如，130A、130B、130C和130D)。在此例中，每个定位步骤与相邻的定位步骤分开约10毫秒，但若有时间分隔的话，该时间分隔是刀具行程数据库中定时数据的函数。

图5还表示出一合成高速级速度波形134和一合成低速级速度波形136，这两个波形分别揭示了高速级54和低速级56与58是如何响应HFP信号部分130和LFP信号部分132的。

具体地说，HFP信号部分130A、130B、130C和130D中的每个都包括使高速级54经受正弦波曲线速度变化的加速度段，该正弦波曲线速度变化由相应的高速级速度波形脉冲134A、134B、134C和134D表示。高速速度波形134有一沿速度负方向过渡并在约-100毫米每秒的值处固定的底线138。该底线偏移是通过在加法器80中把被延迟与滤出的加速度指令结合在一起而造成的。

HFP信号部分130还表示高速级54是如何在位置上响应每个高速速度脉冲134的。本例中所需尖峰高速级定位位移约为2.8毫米，它恰好在一低质量(low-mass)的检流计驱动反射镜定位器的10毫米线性范围之内。

LFP信号部分132还表示低速级56和58是如何在位置上响应低速速度波形136的。低速级速度波形136沿一速度正方向过渡并在约+100毫米每秒的值处固定。在本例中，低速级位置随时间线性变化，以使至少一个低速级56和58不停止运动。

全谱定位信号128还表示由波形132和130分别表示的高速与低速级位置结合起来产生的最后位置。平稳段140A、140B、140C和140D表示甚至级54、56和58都在运动所调整的位置也稳定10毫秒时间段。这一点清楚地表示于平稳段140C，波形130和132以基本相等和相反的斜度在平稳段140C的正下方相交。平稳段140对应于可激发激光器76以加工工件62中的孔的时间段。

上述调整定位尤其有利于例如激光束切割孔这样的应用，其要求沿与每个目标位置上用来发射激光以切割孔的停顿相结合的刀具行程在目标位置之间的高速运动，但当然上述调整定位并不限于该应用。

图6表示本发明的多头定位器150实施例，其中同时加工多个工件152A、152B、152C、……152N。(下文把多个元件总称为不带字母尾标的名称，例如“工件152”)。多头定位器150采用低速级56和58各一个，低速级56和58具体为：在Y轴低速级58上固定并承载工件152，而在X轴低速级58上承载多个高速级154A、154B、154C、……154N。当然低速级56和58的角色也可颠倒过来。

当承载于低速级58上的高速级154的数目增加时，它们的累加质量使它们变得愈加难以加速。因此，最好将承载于低速级58上高速级154的数目N限制在四个，不过N可以随定位器类型和应用变化。

每个工件152都有与其相关的加工刀具，加工刀具最好为激光器156A、156B、156C、……156N，这些激光器借助相关的反射镜158A、158B、158C、……158N将加工能量射向相关的高速级154A、154B、154C、……154N。高速级154将加工能量偏转到位于相关工件152上基本上为正方形的20毫米×20毫米加工区域162A、162B、162C、……162N中的目标位置。

视频摄像机160A、160B、160C、……160N定位在低速级56上，用以观察相关加工区域162，检测工件152的对准、偏移、旋转和尺寸变化，以及瞄准和聚焦激光器156。

在该优选实施例中，由每个激光器156和高速级154在工件152上复制同样的加工图案。但是，在某些加工应用中，加工图案变化可能需使图案与工件的几何形状、尺度因素、偏移、旋转、扭曲间的变化相匹配。还有必要校正固定在低速级58上的工件152中间的固定位置变化引起的高速级的非线性度和“阿贝误差”(指令刀具位置不与检测的目标位置相匹配的程度)。与以前的多主轴钻床不同，多头定位器150能通过在驱动每个高速级154时采用可编程校正因子补偿上述变量，参照图7与8描述可编程校准因子。

图7表示多速定位器DSP52(图2)可如何适于调整多个高速级154和低速级56与58的定位，结果形成多头DSP170。与DSP52的方式相同，多头DSP170从系统控制计算机63接收dx、dy、dv和dt分量，这些分量由位置仿形器72进一步处理成半正弦波仿形定位信号。DSP170还包括某些与DSP52同样的信号处理元件，即仿形滤波器78、延迟元件79、前馈处理部分94、伺服驱动器96、低速级56和位置传感器122。由于图7被简化，所以仅表示出X轴低速级56处理元件。熟练工作人员会理解其中含有相应的Y轴元件。

只需单独一个系统控制计算机63来驱动低速级56和58以及N个高速级154。多个高速级信号处理器172A、172B、172C、……172N中的每一个接收来自系统控制计算机63的高速级校正数据。按照这种方式，由每个高速级信号处理器172来接收高速级位置指令和当前低速级位置数据，从而将每个高速级154对准一组公共目标位置，这些位置进一步由专门的误差校正数据定位。

图8表示典型的高速级信号处理器172之一，它接收来自DSP170的高速和低速级定位数据和来自系统控制计算机63的校正数据。该校正数据包括传输给几何校正处理器180的低速级和与工件有关的校正数据，还包括传输给高速级校正处理器182的高速级线性度与比例系数校正数据。

该校正数据可以是公式形式的或查找表形式的。但是，几何校正处理器180和高速级校正处理器使用的校正数据，最好是按照题为“LIGHTBEAM POSITIONING SYSTEM”的美国专利4,941,082(“第’082号专利”)所述的公式形式，该专利已转让给本申请的受让人。

高速级线性度和比例系数误差相对恒定，并且大部分取决于高速级154的各个特性。因此，高速级校正处理器182要求校正数据变化较小且很少变化。要产生该校正数据就要求例如将每个高速级154对准相关校准目标上至少13个校准点如第’082号专利所述。反射能量检测器检测所对准的目标点位置与实际的目标点位置之间的任何差，并把差值数据提供给系统控制计算机63处理。把得到的校正数据传输给每个高速级校正处理器182并存入其中。而且，所对准的目标点位置与相关视频摄像机160所检测到的实际目标点位置之间的差被进行校准和补偿。低速级线性度和比例系数误差也相对恒定，因此无需频繁改变校正数据。

另一方面，与低速级和工件相关的误差是相对变化的，并且大部分取决于工件152中间的工件位置、偏移、旋转和尺寸变化。因此，每次改变工件152，几何校正处理器180都要较大地改变校正数据。要产生该校正数据就要求例如将低速级56与58和每个高速级154对准每个相关工件152上至少两个、最好四个预定的校准目标。这些校准目标可以是例如ECB的转角、刀具加工孔或光刻目标。每个视频摄像机160检测被对准的校准目标位置和实际的校准目标位置之间的差，并把差值数据提供给系统控制计算机63处理。把对于每个工件152得到的校正数据传输给相关的几何校正处理器180并存入其中。

对于每个高速级信号处理器172来说，把对Y轴的校正定位数据从校正处理器180和182传输给前馈处理部分86、检流计式驱动器88和高速级154。位置反馈数据由位置传感器120产生(如图2)并在加法器184和84中组合在一起用以校正。熟练工作人员会理解同样的过程用于X轴高速定位。

在把校正数据用于高速级154时，最好将每个高速级限定到其20毫米×20毫米最大线性定位范围内的18毫米×18毫米定位范围。剩下的2毫米定位范围用来做上述校正。

以上描述了对于每个高速级和低速级单轴运动的信号处理。熟练工作人员会易于理解如何重复信号处理以调整两轴、两级以及单个或多个高速定位器的运动。

实例

本发明的一个典型应用是在多层ECB中激光切割孔，例如盲通孔。一般通过对齐、叠加在一起、层压和压制多个0.05-0.08毫米厚的电路板层来制造多层ECB。每层一般包括一不同的互连焊盘和导体图案，在加工后它们组成一复杂的电气元件固定和互连组件。ECB的元件与导体密度趋势随同集成电路的趋势一起在增长。因此，ECB中定位准确度和孔的尺寸公差成比例增长。

遗憾的是，压制步骤会造成扩展和尺寸变化，这种扩展和尺寸变化可引起ECB中比例系数和正交性变化。另外，当把多个ECB(工件152)装到低速级58上时，固定工件的变化可在ECB中间造成空间旋转和偏移误差。加之，ECB厚度的变化使其难以用机械方法钻出具有一精确预定深度的孔。

本发明如下解决了上述问题。在每个ECB上，最好在每个转角的预定位置蚀刻两到四个校准目标。视频摄像机160检测指令校准目标位置与实际校准目标位置之间的差，并将差值数据提供给系统控制计算机63处理。将得到的校正数据传输给几何校正处理器180并存入其中。

两个校准目标可向系统控制计算机63提供充分的差值数据，以校正ECB中旋转和偏移变化。三个校准目标可向系统控制计算机63提供充分的差值数据，以校正ECB中旋转、偏移、比例系数和正交性变化。加入第四校准目标还允许校正每个ECB中的梯形变形。

ECB厚度变化易于在±0.13毫米(±0.005英寸)激光深度区域内调节。

由于涉及较陡的深度(tight depth)、直径和定位公差的缘故，加工盲通孔显示出对任何孔加工刀具的艰难的挑战。这是因为一般把盲通孔加工成穿过第一导体层(例如铜、铝、金、镍、银、钯、锡和铅)、穿过一或多个介电层(例如聚酰亚胺、FR-4合成树脂、苯并环丁烷、双对顺丁烯二酰抱亚胺三氮杂苯、氰酸盐酯基合成树脂、陶瓷)、直到但不穿过第二导体层。用一种导电材料镀产生的孔，使其与第一和第二导体层电连接。

再参见图6，多头定位器150具体为一ECB盲通孔切割装置，其中N等于偶数，例如2、4或6，但最好为4。激光器156A和156C为紫外激光器(波长小于约355纳米)，激光器156B和156N为红外激光器(波长在约1000纳米到约10000纳米范围内，最好为9000纳米)。由于紫外和红外激光器实质上具有不同波长，所以反射镜158和光学系统对于高速级154配置成与每个相关激光器的波长都相兼容。

紫外激光器156A和156C能以适当方式切割第一导体层和介电层这两者。但是，必须仔细控制激光器功率级和脉冲重复频率，以防破坏第二导体层。这导致了一个窄“处理窗(process window)”。因此，控制紫外激光器156A、156C使其仅切穿第一导体层和介电层的一部分，这个过程具有一宽的处理窗。

红外激光器156B和156N具有一宽的处理窗，用以切穿剩下的介电层而不切穿或破坏第二导体层。但是，必须预先处理第一导体层。

ECB盲通孔切割装置采用紫外激光器156A和156C切穿工件152A和152C的第一导体层，并用红外激光器156B和156N切穿工件152B和152N上的介电层。

根据以下优选过程使用多头定位器150切割盲通孔。假定加工例如ECB的八个工件量(ECB1、ECB2、……和ECB8)。最好导体层为铜而介电层为FR-4合成树脂。

将未加工的ECB1和ECB2固定在工件位置152A和152C中的低速级58上，通过相应的紫外激光器156A和156C进行加工。

如下执行工件校准过程：

将低速级56与58和高速级154对准ECB上的校准目标位置；

用视频摄像机160检测被对准目标位置和实际目标位置之间的差，并将差值数据提供给系统控制计算机63处理；和

把ECB的校正数据存入相关高速级信号处理器172。

将低速级56与58和高速级154定位到一预定组目标位置上，以使紫外激光器156A和156C在该组目标位置处切穿ECB1和ECB2上的第一导体层。

再将半处理过的ECB1和ECB2固定到工件位置152B和152N中的低速级58上，由相应的红外激光器156B和156N进行加工。

将未加工的ECB3和ECB4固定到工件位置152A和152C中的低速级58上，通过相应的紫外激光器156A和156C进行加工。

执行工件校准过程。

将低速级56与58和高速级154定位，以使紫外激光器156A和156C在ECB3和ECB4上目标位置处切穿第一导体层，而红外激光器156B和156D同时在ECB1和ECB2上目标位置处切穿介电层。

把加工过的ECB1和ECB2从低速级58上卸下。

再将半加工过的ECB3和ECB4固定到工件位置152B和152N中低速级58上，通过相应的红外激光器156B和156N进行加工。

将未加工的ECB5和ECB6固定到工件位置152A和152C中低速级58上，通过相应的紫外激光器156A和156C进行加工。

执行工件校准过程。

将低速级56与58和高速级154定位，以使紫外激光器156A和156C在ECB5和ECB6上目标位置处切穿第一导体层，而红外激光器156B和156D同时在ECB3和ECB4上目标位置处切穿介电层。

把加工过的ECB3和ECB4从低速级58上卸下。

再将半加工过的ECB5和ECB6固定到工件位置152B和152N中低速级58上，通过相应的红外激光器156B和156N进行加工。

将未加工的ECB7和ECB8固定到工件位置152A和152C中低速级58上，通过相应的紫外激光器156A和156C进行加工。

执行工件校准过程。

将低速级56与58和高速级154定位，以使紫外激光器156A和156C在ECB7和ECB8上目标位置处切穿第一导体层，而红外激光器156B和156D同时在ECB5和ECB6上目标位置处切穿介电层。

把加工过的ECB5和ECB6从低速级58上卸下。

再将半加工过的ECB7和ECB8固定到工件位置152B和152N中低速级58上，通过相应的红外激光器156B和156N进行加工。

执行工件校准过程。

将低速级56与58和高速级154定位，以使红外激光器156B和156D在ECB8和ECB8上目标位置处切穿介电层。

将加工过的ECB7和ECB8从低速级58上卸下。

切割八个工件中盲通孔的过程完成。当然，该过程适于同时加工各种数目的工件，加工量的大小并不限于八个，也不限于ECB。

紫外激光器156A和156C所需用来切穿导体层的时间，一般比红外激光器152B和152N切穿介电层的时间长。因此，较长加工时间限定了加工量。由于目标位置对多刀定位器150上的所有刀具来说基本上都是相同的，所以不同的加工时间是由为紫外和红外激光器设置适当的不同激光功率级和脉冲重复频率造成的。

有些应用需要切割约为200微米或小于200微米的较大孔径。由于紫外激光器154A和154C的光束直径只有约20微米，所以多刀定位器150必须使紫外光束随一螺旋形或环形路径切割导体层中这种孔。因此，切割这些较大的孔要花费相应较长的时间。但是，红外激光器154B和154N的光束直径约为400微米，是紫外激光器光束直径的大约20倍。因此，当切割这些穿过介电层的较大直径孔时，至少一部分红外激光束将要覆盖整个孔，而紫外光束随螺旋形或环形路径切割导体层中的孔。在这些情况下，红外激光器光束在目标位置上有较长一段时间，通过为紫外和红外激光器设置不同的激光功率级和脉冲重复频率造成不同的有效加工时间。

若有合适的激光功率，则通过采用适当的功率分离装置能使多个工件共享一个激光器。在本发明中也可采用可转换波长的激光器。

本发明提供了定位准确度、定位速度、最小化或消除的中止时间、未节段化刀具行程数据库和最小化高速级运动范围的改进的综合指标，这显著地提高了加工量，同时减少了空间与取向变化造成的工件废品。

熟练工作人员会认识到，可以用不同于上述激光束微加工装置来实现本发明的各部分。例如，可通过高速定位级移动各种单头或多头结构的刀具，例如微型钻头、冲头、激光器、激光束、辐射束、粒子束、光束发生装置、显微镜、透镜、光学仪器和摄像机等。而且，可以以从检流计、音圈、压电传感器、步进电机和导杆定位器中选出的不同组合采用许多不同的定位装置。DSP无需完全是数字形式，而它们可以是例如包括模拟和数字子电路的任意组合。当然，本文所述定位信号曲线、光谱带宽与幅值和滤波器特性都可以修改，以满足其他定位应用的要求。

对熟练工作人员来说，在不脱离本发明根本原则的情况下可对本发明上述实施例的细节作许多其他的变换是显而易见的，因此，本发明的范围应当仅由以下的权利要求书确定。

Claims

1．一种根据一组从数据库接收到的定位指令相对于多个相关工件上的一组目标位置同时对多个刀具进行定位的装置，包括：

一低速定位级，完成多刀具与多个相关工件之间的大范围相对运动；

多个高速定位级，完成多刀具与多个相关工件之间的小范围相对运动；

一定位信号处理器，从该组定位指令产生低速和高速运动控制信号；

一低速定位驱动器，根据该低速运动控制信号控制低速定位级的大范围相对运动；和

多个高速定位驱动器，根据该高速运动控制信号控制相关高速定位级的小范围相对运动。

2．如权利要求1的装置，其中多刀具中至少一个是具有第一波长的激光束，多刀具中至少一个是具有第二波长的激光束。

3．如权利要求1的装置，其中低速定位级包括X轴平移级和Y轴平移级，多个高速定位级固定于X轴平移级上。

4．如权利要求3的装置，其中多个工件固定于Y轴平移级上。

5．如权利要求1的装置，其中低速和高速定位级调整它们的相对运动，以使低速和高速定位级运动时多刀具相对多个工件变成暂时静止；

6．如权利要求5的装置，其中在多刀具相对多个工件变成暂时静止的时间段期间，多刀具加工多个相关工件。

7．如权利要求1的装置，其中多个相关工件中的每个都有基本相同的一组校准目标，对多个工件定位以使此多组校准目标逐组显示定位误差，而且多个高速定位级中的每个都有一相关高速级信号处理器，其与定位信号处理器相配合以校正小范围相对运动，从而补偿定位误差，以使多刀具可同时定位到多个相关工件上那组目标位置上。

8．如权利要求7的装置，其中定位误差由与高速定位级相关的线性误差和比例系数误差中至少一个造成。

9．如权利要求7的装置，其中定位误差由与至少工件之一和低速定位级相关的尺寸误差造成。

10．如权利要求7的装置，其中定位误差由任意工件中的旋转差、任意工件中的偏移差、任意工件中的比例系数差、任意工件中的正交性误差和任意工件中的梯形变形中的至少一个造成。

11．如权利要求7的装置，还包括视频摄像机，其检测多个工件上那组校准目标并提供进行处理以补偿定位误差的差值数据。

12．一种根据从数据库接收的一组定位指令相对于多个相关工件上的一组目标位置同时对多个刀具定位的方法，包括：

设置一个低速定位级，用来完成多刀具与多个相关工件间的大范围相对运动；

将多个工件固定到低速定位级上；

设置多个高速定位级，用来完成多刀具与多个相关工件之间的小范围相对运动；

处理该组定位指令以产生低速和高速运动控制信号；

根据低速运动控制信号在大范围相对运动中驱动低速定位级；

根据高速运动控制信号在小范围相对运动中驱动多个高速定位级；和

调整大范围和小范围的相对运动，以使低速和高速定位级运动的预定时间段期间，多刀具相对多个工件变成暂时静止。

13．如权利要求12的方法，其中工件为电路板，多个刀具为激光束，该方法还包括在相关的那些电路板中切割孔的预定时间段期间触发激光束。

14．如权利要求13的方法，其中电路板具有厚度变化，该厚度变化由每个激光束的一个深度区域补偿。

15．如权利要求12的方法，其中低速定位级包括一X轴平移级和一Y轴平移级，而且多个高速定位级固定于X轴平移级上。

16．如权利要求15的方法，其中多个工件固定于Y轴平移级上。

17．如权利要求12的方法，还包括：

为多个工件中的每个确定基本相同的一组校准目标；

检测这些组校准目标的定位以逐组确定定位误差；

处理所检测的定位误差；和

校正小范围相对运动以补偿定位误差，以使多个刀具可同时定位到多个相关工件上那组目标位置上。

18．如权利要求17的方法，其中检测步骤采用了至少一个视频摄像机。

19．如权利要求17的方法，其中确定至少两个校准目标，而且定位误差包括多个工件中的旋转和偏移变化。

20．如权利要求17的方法，其中确定至少三个校准目标，而且定位误差包括多个工件中的旋转、比例系数和正交性变化。

21．如权利要求17的方法，其中确定至少四个校准目标，而且定位误差包括多个工件中的旋转、偏移、比例系数、正交性和梯形变形变化。

22．一种用来在至少第一和第二大致相同电路板中切割一预定孔图案的方法，每个电路板具有至少一第一导体层、一介电层和一第二导体层，该方法包括：

产生分别具有第一和第二波长的至少第一和第二激光束；

将电路板固定到完成激光束与电路板之间大范围相对运动的一低速定位级上；

设置完成激光束与相关一些电路板之间小范围相对运动的至少第一和第二高速定位级；和

调整大范围和小范围相对运动，以使第一激光束在第一电路板的第一导体层中切割预定孔图案，而第二激光束在第二电路板的介电层中切割预定孔图案。

23．如权利要求22的方法，还包括：

产生用来根据预定孔图案相对于电路板对激光器定位的低速和高速运动控制信号；

根据低速运动控制信号在大范围相对运动中驱动低速定位级；和

根据高速运动控制信号在小范围相对运动中驱动多个高速定位级。

24．如权利要求22的方法，其中低速定位级包括一X轴平移级和一Y轴平移级，而且多个高速定位级固定于X轴平移级上。

25．如权利要求24的方法，其中电路板固定于Y轴平移级上。

26．如权利要求22的方法，其中第一激光束由紫外激光器产生，而且第二激光束由红外激光器产生。

27．如权利要求22的方法，其中第一波长小于约355纳米，第二波长在约1000纳米到10000纳米范围内。

28．如权利要求22的方法，其中执行调整步骤以使第一和第二激光束同时切割第一电路板的第一导体层和第二电路板的介电层。

29．如权利要求22的方法，还包括：

为每个电路板确定基本相同的一组校准目标；

检测这些组校准目标的定位以确定与每个电路板相关的定位误差；

处理所检测的定位误差；和

校正小范围相对运动以补偿定位误差，以使每个激光束可准确定位于相关电路板上的预定孔图案上。

30．一种用来在一组基本相同的电路板中切割预定孔图案的方法，每个电路板具有至少一第一导体层、一介电层和一第二导体层，该方法包括：

产生适于切割第一导体层的第一组激光束和适于切割介电层的第二组激光束；

将第一和第二分组电路板固定在一低速定位级上，该低速定位级完成激光束和电路板之间的大范围相对运动；

设置至少第一和第二高速定位级，其完成激光束和相关一些电路板之间的小范围相对运动；和

调整大范围和小范围相对运动以使第一组激光束在第一分组电路板的第一导体层中切割预定孔图案，而第二组激光束同时在第二分组电路板的介电层中切割预定孔图案。

31．如权利要求30的方法，还包括执行一工件校准过程，该过程包括检测固定在低速定位级上每个电路板上的校正目标；和校正相关的那些高速定位级的小范围相对运动，以便在每个电路板中准确切割预定孔图案。

32．如权利要求30的方法，还包括：

从低速定位级上去除第二分组电路板；

将第一分组电路板重新固定在低速定位级上，以用第二组激光束切割；

将第三分组电路板固定在低速定位级上，以用第一组激光束切割；和

重复调整步骤。

33．如权利要求32的方法，还包括在重复步骤之前执行一工件校准过程。

34．如权利要求33的方法，还包括重复去除、重新固定、固定第三分组和调整步骤，直到加工完整组电路板为止。