CN1711150A - 用于在衬底中、尤其是在电路衬底中借助激光束钻孔的方法 - Google Patents

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Abstract

在借助激光束在衬底(1)中、优选地在印刷电路板中钻孔(14、15)时，在创建新的钻孔时光束轴分别首先在孔中心点(M)中，然后从那运动到圆形轨道(K)上，以便沿圆形运动来钻该孔。为了避免在孔中心点中的跳跃方向和沿圆形轨道上的固定的预先编程的移位运动之间在孔中心点无突发的方向变化，预定具有相应的钻孔程序的预定数量的移位方向(V1至V8)，从该移位方向中按照到达的光束的跳跃方向选出那些具有最小的方向变化的移位方向。由此，较高的处理速度(在圆形轨道上的跳跃速度和钻孔速度)可在保持或提高孔的钻孔质量时达到并达到致偏单元(2)中的电流计的更长的使用寿命。

Description

用于在衬底中、尤其是在电路衬底中 借助激光束钻孔的方法
本发明涉及一种用于在衬底中、尤其是在电路衬底中借助激光束钻孔的方法，其中光束斑点直径小于待钻的孔径的激光束分别在待钻的孔的范围内在至少一条圆形轨道上运动。
从US 5 593 606中公知一种这样的方法，其中具有大于激光的光束直径的直径的孔由此被产生，即激光束或者沿螺旋轨道或者沿同心圆在孔的范围内由内向外或由外向内运动。
在钻孔印刷电路板或者可比较的电路衬底时，钻孔的位置在优化之后依次利用分别应用的致偏单元开始。在此，钻孔的形状和处理或完成通过一个程序(一个所谓的钻孔工具)适当地预先定义。利用该程序，每个孔以相同的方式和方法来完成。以适当的行为方式，在此针对一个特别准确和快速的钻孔方法确定，激光束从输出位置、例如先前的钻孔跳到新的待钻的孔的中心并从那沿一直相同的、所定义的角度方向移位到第一圆形轨道中。在经过第一圆形轨道之后，如果必要，激光可接着移位到其它圆形轨道中。当现在从中心点以一个预定的角度到第一圆形轨道的移位方向(Verfahrrichtung)被确定时，在此期间分别不同的输出点(钻孔)的之前的跳跃方向采取完全不同的角度，针对所有孔的大部分这意味着，在向孔中心点的跳跃和向圆形轨道的移位运动(Verfahrbewegung)之间方向变化是必要的，该方向变化可总计直至180°。跳跃方向与移位方向之间的方向变化越大，致偏单元、通常也就是镜式电流计(Galvospiegel)的必要的突发的位置变化也越大。在此，角度的方向变化总是意味着由于运动后镜子必需的阻尼时间以及电流计的应力系数引起的时间损失，因为较高的峰值电流流过，这对其使用寿命有负面的影响。当放弃镜子的阻尼时间时，孔质量恶化，也就是说得到不圆的孔。此外，特别是在大约180°的方向转换的情况下，静止状态首先是必要的，在该静止状态之后重新加速，其中出现一个新的电流计的滞后误差。
本发明的目的在于，这样改进在衬底中钻孔的上述方法，使得在同时好的孔质量、也就是好的孔的圆度时得到更高的处理速度。同时，应更少地要求致偏单元，也就是特别是电流计达到更长的使用寿命。
根据本发明，这个目的由此来实现，即分别在激光束对准新的钻孔时，光束轴首先沿由光束位置所预定的跳跃方向转入待钻的孔的中心点中并且接着在所定义的径向移位运动中从该中心点出发转向所定义的圆形轨道；以及移位运动的角度方向依赖于跳跃方向这样来定义，使得中心点中的光束轴的方向变化不超过预定的最大角度范围或者理想情况下保持该方向。
因此在根据本发明的方法中，依赖于分别最近的孔的跳跃方向，从孔中心出发的运动如此被选择，以致突发的方向变化、例如超过225°的方向变化被避免。
在根据本发明的方法的第一改进方案中，这可以由此发生，即针对一个孔在每种特殊情况下如下改变预定的钻孔程序，即移位运动的角度方向与到达的激光束的跳跃方向相匹配。在这种情况下，在钻孔中心点不存在方向变化或者如不存在方向变化一样好，但是这样的解决方案是很费时的。
因此，对于大多数应用情况，根据本发明的方法的改进方案是有利的，其中根据预定的最大角度范围针对移位运动预定大量角度方向，给该角度方向分别分配针对到达的跳跃方向的一个角度范围，其中按照跳跃方向位于哪个角度范围中，具有所属移位方向的所属钻孔程序是可以选出的。例如，如果针对中心点中的方向变化的最大允许的角度范围总计为45°，则针对到达的跳跃方向确定分别为45°的八个角度范围，向外的移位方向随着所属的钻孔程序分别被分配给该八个角度范围。按照激光束沿哪个跳跃方向到达，所属的钻孔程序被选出和转换。
随后在实施例上根据附图进一步说明本发明。其中
图1示出用于在多层衬底中钻孔的示意性示出的激光装置，
图2示出中心点中没有角度变化的在待钻的孔的范围中到达的激光束的光束轴的路径，
图3示出中心点中最大角度变化的情况下在待钻的孔的范围中到达的激光束的路径，
图4至11示出在到达的光束的不同的跳跃方向的情况下，根据本发明的方法在待钻的孔的范围中激光束的轴的路径。
在图1中示意性的和决不按正确比例示出的装置示出一个具有致偏单元2和光学成像单元3的激光器1，通过这两个单元激光束4集中在衬底10、优选地印刷电路板上。该衬底10在所示出的例子中具有上面的第一金属层(例如铜层)11以及下面的第二金属层12，在这两层金属层之间布置绝缘层13。该绝缘层例如由诸如RCC的聚合物材料或诸如FR4的玻璃纤维加强的聚合物材料组成。公知的是，金属层通常由铜组成，用于处理或传输的其他的能源量要求作为绝缘材料。相应地，不同的激光器调节、诸如激光束的不同的脉冲重复率和不同的聚焦也可被选择。
如在图1中所示，在该衬底1中分别钻直径为D1的盲孔和通孔15。为了这个目的，例如随着激光器的第一次调节通过铜层11钻出孔14，并且接着可随着激光器的其他的调节在绝缘层13中引进盲孔15。与哪些材料被钻无关，此处由此出发，即激光束4分别以其焦点F1沿待钻的孔范围中的同心圆运动，直至该材料完全从所涉及的孔14或15中去除。单个孔依次被处理，以至于跳跃期间断开的或者以很小能量(在例如CW模式中35nm UV的情况下)驱动的激光束或光学轴分别从一个孔范围跳跃到下一个孔。
在图1中，从一个孔到另一个孔的跳跃方向分别利用箭头S示出。因此该跳跃分别经历从输出点到之前的孔、例如在边缘点或孔中心点上的钻孔过程完全结束之后以近似直线到达下一个待钻的孔的中心点。从该中心点M出发，开始一个固定的预定的钻孔程序，其中激光束的轴首先沿固定的预定的移位方向V或者可替换地已经从圆的中心点出发达到圆形轨道上。在到达圆形轨道时，该激光器被接通，并且按照所给出的前提、诸如衬底材料、钻孔深度、类型和激光器的能量密度等，该激光束一次或多次循环地经过该圆形轨道。如果钻孔的大小要求激光器的多次集中循环，则激光束在一次或多次经过第一圆形轨道之后移位到其它的圆形轨道上。实际上，该断开的激光器的激光束或者光束轴从中心点M出发只在开始时沿移位方向V运动，此后如此适当地控制该激光束，以致该激光束以弧B(图2)的形式接近所期望的轨道K。
如所提及的，进入中心点M的跳跃方向S的角度与各自的输出点A相关，该输出点A通常是前面的钻孔。按照待处理的孔的布置和顺序，因此跳跃方向S可采取每个角度。但是由于移位方向V的角度被固定地预先编程，所以在中心点M中产生或多或少的大的角度变化。在图2中示出理想情况。在此，输出点A如此存在，以致跳跃方向S近似地与移位方向V相同，该移位方向V在x轴上假设为0°。因此，激光束的轴可通过中心点M离开而不中断地继续运动，以致该致偏单元可实施连续运动。因此，该激光束沿移位方向V在圆形轨道上运动，其中该激光束接着根据虚线示出的弧B或可替换地沿移位方向V进入圆形轨道K并沿着虚线示出的圆形轨道K执行钻孔过程。
针对激光束的引导最不利的情况在图3中示出。在这种情况下，激光束的轴沿跳跃方向到达，该跳跃方向与预定的移位方向相反了180°。因此，该光束轴必须在中心点M中完成180°的方向转换。对此，致偏单元必须首先停下来然后沿新的方向加速。
为了避免通过在待钻的孔的中心点中的强烈的方向变化引起的这种延迟，根据本发明移位方向在角度上尽可能地与跳跃方向S相匹配。由于钻孔程序的各自的匹配为了达到针对每个方向的理想情况(按照图2)是非常费时的，所以一定数量的钻孔程序被固定地预定，并按照跳跃方向，在跳跃方向和移位方向之间分别选出具有最小偏差的程序。在此处说明的例子中，预定具有分别相差45°的移位方向V1至V8的八个程序，其中给每个移位方向分配一个针对到达的跳跃方向的角度范围。这八个预定的跳跃方向和移位方向的组合在图4至11中示出。这八个预先编程的移位方向V1至V8分别与角度范围W1至W8耦合，以至于按照跳跃方向S1至S8落入哪个角度范围W1至W8中，所属的钻孔程序自动以移位方向S1至S8来触发。由此在跳跃方向和移位方向之间得到在中心点中的最大的角度变化22.5°。从孔中心点出发的方向通过分别相对的入射角范围的角度平分给出。当角度范围为45°时，每个范围的角度变化最大为22.5°(参见图4)。
由于通常公知在衬底或印刷电路板上的针对待钻的孔的完成的位置和顺序，所以已经事先针对每个待钻的孔确定所涉及的钻孔程序，以致没有时间损耗通过可能不足够的处理器效率可形成。此外，所确定的移位方向的数量决不限制在所说明的例子上，而是按照需求规定每个预定的移位方向和所属的钻孔程序的其他数量或在理想情况下在线考虑该方向。

Claims (5)

1.用于在衬底中、特别是在电路衬底(1)中借助激光束钻孔的方法，其中具有小于待钻的孔径的光束斑点直径(F1)的激光束在至少一条圆形轨道(K)上运动，
其特征在于，
分别在激光束(4)对准新的钻孔(14，15)时，光束轴首先沿通过其开始位置(A)预定的跳跃方向(S)转入待钻的孔的中心点(M)中并接着沿所定义的径向移位运动(V)从该中心点出发转向所定义的圆形轨道(K)，以及
依赖于跳跃方向(S)这样定义移位运动(V)的角度方向，使得中心点(M)中的光束轴的方向变化不超过预定的最大角度或保持该方向。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
根据预定的最大角度范围，针对移位运动预定大量固定的角度方向(V1至V8)并且依赖于跳跃方向(S1至S8)选出角度方向(V1至V8)之一。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，
给针对移位运动的每个角度方向(V1至V8)分配一个针对跳跃方向(S1至S8)的扇区，其中当n是该扇区的数量时，最大角度变化为360°/2n。
4.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于，
分别具有45°的八个角度范围(W1至W8)被预定，并且根据该八个角度范围(W1至W8)利用相应的钻孔程序来预定针对所述移位运动的八个角度方向(V1至V8)。
5.根据权利要求3或4所述的方法，
其特征在于，
在衬底上待钻的孔的数量和顺序被预先编程并且根据同时出现的跳跃方向针对每个钻孔固定地预定具有相应移位方向(V1至V8)的钻孔程序。
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