DE3913785A1

DE3913785A1 - Verfahren und vorrichtung zum thermischen abtragen durch laserstrahlen

Info

Publication number: DE3913785A1
Application number: DE3913785A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dipl Ing Hamann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-04-26
Filing date: 1989-04-26
Publication date: 1990-10-31

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Abtragen durch Laserstrahlen, bei dem ein auf einem ersten Material be findliches zweites Material entfernt wird und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Beim thermischen Abtragen durch Laserstrahlen wird der Werk stoff im Bereich der Wirkstelle örtlich durch den Laserstrahl so stark erhitzt, daß er schmilzt, verdampft oder spontan ver brennt. Neben dem Schneiden von Materialien und der Herstellung kleinster Bohrungen ist als weiterer Einsatzbereich für das thermische Abtragen mit Laserstrahlen die Entfernung uner wünschter Materialschichten oder Materialablagerungen zu nennen.

Beim Umspritzen elektrischer oder elektronischer Bauelemente mit thermoplastischen Kunststoffen wie Polyphenylensulfid kommt es immer wieder zu Kontaktschwierigkeiten an den elektrischen Anschlüssen, da die Spritzgießformen nicht vollständig schlie ßen und sich der Kunststoff auch auf den Anschlüssen ablagert. Diese Ablagerungen können durch das vorstehend bereits erwähnte Abtragen mit Laserstrahlen entfernt werden. Obwohl die Abla gerungen unterschiedlich stark sind, muß der einzelne Bear beitungsschritt für die maximale Stärke der Ablagerungen aus gelegt werden. Erst dadurch ist gewährleistet, daß der uner wünschte Kunststoff vollständig abgetragen wird. Auf der anderen Seite bedeutet es aber auch, daß die Anschlüsse mit geringen Ablagerungen mehr als nötig thermisch belastet werden. Mittels einer Regelung oder Kontrolle des Abtragsprozesses könnte die unnötige Aufheizung der empfindlichen Bauelemente verhindert und die Bearbeitungszeit durch den Laser auf ein Minimum reduziert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim thermischen Abtragen von Ablagerungen oder Schichten durch Laserstrahlen eine Kontrolle des Materialabtrags zu schaffen, die eine Be endigung des Bearbeitungsvorganges ermöglicht, sobald das ge wünschte Bearbeitungsziel erreicht ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zur Kontrolle des Materialabtrags die Anwesenheit des ersten Materials und/oder des zweiten Materials im Plasma oder der Flamme über der Bearbeitungsstelle mit min destens einem Strahlungsdetektor überwacht wird, welcher die Intensität der vom Plasma oder der Flamme emittierten Strahlung in für das erste Material und/oder das zweite Material charak teristischen Wellenlängenbereichen ist.

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfolgt die Lösung der Aufgabe durch mindestens einen Strahlungsdetektor zur Messung der von einem Plasma oder einer Flamme über der Bearbeitungsstelle emittierten Strahlung in für das erste Material und/oder das zweite Material charakteristischen Wel lenlängenbereichen.

Beim thermischen Abtragen mit Laserstrahlen bildet sich über der Bearbeitungsstelle in der Regel ein Plasma, das sich aus dem verdampften Material und Bearbeitungsgasen bzw. der Umgebungsatmosphäre zusammensetzt. Das vom Plasma emittierte Licht ist dabei charakteristisch für die einzelnen Atome, Mole küle, Ionen oder Radikale im Plasma, wobei dieser Sachverhalt auch für eine gegebenenfalls über der Bearbeitungsstelle ent stehende Flamme zutrifft. Wird nun die Intensität der vom Plasma oder der Flamme emittierten Strahlung in für das erste Material und/oder das zweite Material charakteristischen Wel lenlängenbereichen gemessen, so kann hierdurch zur Kontrolle des Materialabtrags auf die Anwesenheit des ersten Materials und/oder des zweiten Materials im Plasma oder der Flamme ge schlossen werden. Wird dabei beispielsweise festgestellt, daß kein zweites Material mehr verdampft wird oder das nur noch das erste Material verdampft wird, so kann hierdurch auf den voll ständigen Abtrag des zweiten Materials geschlossen werden und die Bearbeitung dementsprechend abgebrochen werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, daß mit einem ersten Strahlungsdetektor die Intensität der Strahlung in einem für das erste Material charakteristi schen Wellenlängenbereich gemessen wird und das mit einem zweiten Strahlungsdetektor die Intensität der Strahlung in einem für das zweite Material charakteristischen Wellenlängen bereich gemessen wird. Hierdurch wird eine quantitative Aus sage über den Abtrag des zweiten Materials und über den Abtrag des ersten Materials ermöglicht, was insbesondere bei unter schiedlich starken Ablagerungen des zweiten Materials eine her vorragende Kontrolle des Materialabtrags ermöglicht. Gegebenen falls kann dann die Bearbeitung auch dann abgebrochen werden, wenn nur geringe Mengen des zweiten Materials abgetragen werden und die verbliebenen Ablagerungen nicht mehr als störend ange sehen werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht der Strahlungsdetektor aus einer Fotozelle und einem vorgeschalteten Filter, welches für die Strahlung im betreffenden Wellenlängenbereich durchlässig ist. Mit derartigen Strahlungsdetektoren kann der bauliche Aufwand für die Kontrolle des Materialabtrags auf ein Minimum reduziert werden. Als weiterer Vorteil ist die geringe Baugröße derartiger Strahlungsdetektoren zu nennen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor richtung können vorteilhaft zur Entfernung von Ablagerungen aus Kunststoff von den elektrischen Anschlüssen mit Kunststoff um spritzter elektrischer oder elektronischer Bauelemente verwen det werden. Die Bearbeitung kann dabei im Band oder an einzelnen Bauelementen erfolgen, wobei insbesondere die scho nende Behandlung der Bauelemente bei einem Minimum an thermi scher Belastung hervorzuheben ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar gestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 in stark vereinfachter schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum Abtragen von Kunststoffablagerungen auf den elektrischen Anschlüssen eines mit Kunststoff umspritzten elektronischen Bauelements mit Laser strahlen und

Fig. 2 in stark vergrößerter Darstellung einen elektrischen Anschluß eines elektronischen Bauelements mit den zu entfernenden Kunststoffablagerungen.

Fig. 1 zeigt ein elektronisches Bauelement B, dessen aus einem Material M 1 bestehenden elektrischen Anschlüsse A gemäß Fig. 2 mit einer dünnen, unterschiedlich starken Schicht eines zweiten Materials M 2 überzogen sind. Bei dem Material M 1 handelt es sich um ein Metall wie z.B. Kupfer, während es sich bei dem Material M 2 um einen thermoplastischen Kunststoff wie z.B. Polyphenylensulfid handelt. Derartige Ablagerungen aus thermo plastischen Kunststoff gelangen beim Umspritzen eines Bauele ments B durch nicht vermeidbare Undichtigkeiten der verwendeten Spritzgießform auf die Anschlüsse A. Um spätere Kontaktschwie rigkeiten an den Anschlüssen A zu vermeiden wird das Material M 2 mit einem Laserstrahl Ls vollständig oder nahezu vollständig abgetragen.

Zur Kontrolle des Materialabtrags sind Strahlungsdetektoren Sd 1 und Sd 2 vorgesehen, welche die Intensität einer vom Plasma über der Bearbeitungsstelle emittierten Strahlung S in noch zu er läuternden bestimmten Wellenlängenbereichen messen und als elektrische Intensitätssignale über Verstärker V 1 bzw. V 2 einer Auswerteschaltung AS zuführen.

Der erste Strahlungsdetektor Sd 1 besteht aus einer Fotozelle Fz 1 und einem vorgeschalteten Filter F 1. Dieses Filter F 1 hat die Eigenschaft nur in einem bestimmten, für das Material M 1 charakteristischen Wellenlängenbereich für die Strahlung S durchlässig zu sein. Auf diese Weise kann mit dem ersten Strah lungsdetektor Sd 1 eine Aussage über die qualitative und quanti tative Anwesenheit des ersten Materials M 1 im Plasma gemacht werden, d.h. es kann festgestellt werden ob und in welchem Umfang das erste Material M 1 momentan abgetragen wird.

Der zweite Strahlungsdetektor Sd 2 besteht aus einer Fotozelle Fz 2 und einem vorgeschalteten Filter F 2. Dieses Filter F 2 hat die Eigenschaft nur in einem bestimmten, für das zweite Ma terial M 2 charakteristischen Wellenlängenbereich für die Strah lung S durchlässig zu sein. Auf diese Weise kann mit dem zweiten Strahlungsdetektor Sd 2 eine Aussage über die qualita tive und quantitative Anwesenheit des zweiten Materials M 2 im Plasma gemacht werden, d.h. es kann festgestellt werden, ob und in welchem Umfang das zweite Material M 2 momentan abgetragen wird.

In der Auswerteschaltung AS wird aus den verstärkten Intensi tätssignalen der Strahlungsdetektoren Sd 1 und Sd 2 direkt oder durch Differenzbildung festgestellt, ob das Material M 2 in dem gewünschten Umfang von den Anschlüssen A abgetragen worden ist und ob die Bearbeitung durch ein Signal Si beendet werden kann.

Die Bearbeitung ist auf jeden Fall dann beendet, wenn der Strahlungsdetektor Sd 2 anzeigt, daß kein zweites Material M 2 mehr abgetragen wird und der Strahlungsdetektor Sd 1 durch einen Maximalwert der gemessenen Intensität anzeigt, daß nur noch das erste Material M 1 abgetragen wird. Um die thermische Belastung des Bauelements B möglichst gering zu halten, wird der Bearbei tungsvorgang in der Praxis jedoch bereits vorher abgebrochen, beispielsweise beim Erreichen einer vorgebenenen Differenz der von den Strahlungsdetektoren Sd 1 und Sd 2 gemessenen Intentsi täten.

Claims

1. Verfahren zum thermischen Abtragen durch Laserstrahlen, bei dem ein auf einem ersten Material (M 1) befindliches zweites Ma terial (M 2) entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontrolle des Materialabtrags die Anwesenheit des ersten Materials (M 1) und/oder des zweiten Materials (M 2) im Plasma oder der Flamme über der Bearbeitungsquelle mit min destens einem Strahlungsdetektor (Sd 1, Sd 2) überwacht wird, wel cher die Intensität der vom Plasma oder der Flamme emittierten Strahlung (S) in für das erste Material (M 1) und/oder das zweite Material (M 2) charakteristischen Wellenlängenbereichen mißt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem ersten Strahlungsdetektor (Sd 1) die Intensität der Strahlung (S) in einem für das erste Material (M 1) charak teristischen Wellenlängenbereich gemessen wird und daß mit einem zweiten Strahlungsdetektor (Sd 2) die lntensität der Strahlung (S) in einem für das zweite Material charakteristi schen Wellenlängenbereich gemessen wird.

3. Vorrichtung zum thermischen Abtragen durch Laserstrahlen, mit welcher ein auf einem ersten Material (M 1) befindliches zweites Material (M 2) entfernt wird, gekennzeichnet durch mindestens einen Strahlungsdetektor (Sd 1, Sd 2) zur Messung der von einem Plasma oder einer Flamme über der Bearbeitungsstelle emittierten Strahlung (S) in für das erste Material (M 1) und/oder das zweite Material (M 2) charakteristischen Wellen längenbereichen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen ersten Strahlungsdetektor (Sd 1) zur Messung der Intensi tät der Strahlung (S) in einem für das erste Material (M 1) cha rakteristischen Wellenlängenbereich und durch einen zweiten Strahlungsdetektor (Sd 2) zur Messung der Intensität der Strah lung (S) in einem für das zweite Material (M 2) charakteristi schen Wellenlängenbereich.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsdetektor (Sd 1, Sd 2) aus einer Fotozelle (Fz 1, Fz 2) und einem vorgeschalteten Filter (F 1, F 2) besteht, welches nur für Strahlung (S) im betreffenden Wellenlängenbe reich durchlässig ist.

6. Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 oder einer Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5 zur Entfernung von Ablagerungen aus Kunststoff von den elektrischen Anschlüssen (A) mit Kunststoff umspritzter elektrischer oder elektronischer Bauelemente (B).