JP2010528865A - 複数のレーザ波長及びパルス幅による穴あけ加工 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (44)
- レーザ出力を使用して、被加工物のターゲット材料位置からターゲット材料の一部を除去し、前記ターゲット材料位置の基底にある金属層に接着しているターゲット材料の残り屑を速やかにクリーニングする方法であって、前記金属層は、ある温度を有し、前記レーザ出力は、ある材料除去速度で前記金属層から前記ターゲット材料の残り屑をクリーニングする方法であって、
前記ターゲット材料位置において、それぞれ第1及び第2の波長によって特徴付けられる第1及び第2の成分を有する加工レーザ出力を、前記ターゲット材料の一部に入射するよう方向付ける工程を有し、
前記第1の波長は、前記ターゲット材料の一部の除去を行い、及び前記ターゲット材料の残り屑を前記基底にある金属層からクリーニングするために適しており、
前記第2の波長は、
前記ターゲット材料を透過するのに十分な透過性を前記ターゲット材料に対して有し、
前記ターゲット材料の一部を除去している間に、前記基底にある金属層の温度を、前記第2の波長における前記第2の成分が存在しない間に前記第1の波長における前記第1の成分によって達成可能な材料除去速度よりも速い材料除去速度で、前記金属層から前記残り屑をクリーニングすることができる程度のレベルに上昇させるのに十分な吸収性を前記金属層が有する、
方法。 - 前記ターゲット材料は、粒子充填樹脂(particle-filled resin)を含む、請求項1記載の方法。
- 前記第1の波長における前記第1の成分は、紫外線(UV)レーザ、CO2レーザ、固体レーザ及びファイバレーザのうちの少なくとも1つを含む加工レーザによって発生される、請求項1記載の方法。
- 前記第2の波長における前記第2の成分は、赤外線(IR)レーザ、グリーンレーザ、固体レーザ及びファイバレーザの少なくとも1つを含む加工レーザによって発生される、請求項3記載の方法。
- 前記加工レーザ出力は、パルス状である、請求項1記載の方法。
- 前記ターゲット材料の一部の除去は、前記ターゲット材料位置において、前記被加工物内にブラインドビアを形成し、前記金属層は、前記ブラインドビアの金属パッドを含む、請求項5記載の方法。
- 前記第1の波長における前記第1の成分によって前記金属パッドから前記残り屑をクリーニングするために必要なパルスの数δNは、前記金属パッドの温度を高めた結果として削減され、これによって、ブラインドビアを形成するために必要な時間を短縮する、請求項6記載の方法。
- 前記第2の波長における前記第2の成分は、前記第1の波長における前記第1の成分のパルスが開始された後にパルスが開始される、請求項6記載の方法。
- 前記第1の成分のパルスが前記金属パッドから前記残り屑のクリーニングを開始する前に、前記金属パッドを十分に加熱するように、所定数の前記第2の成分のパルスがパルスされる、請求項8記載の方法。
- 前記第2の波長における前記第2の成分は、前記第2の成分が前記ターゲット材料を通過する際に、前記ターゲット材料の温度を維持する特徴を有する、請求項1記載の方法。
- 前記第1及び第2の成分は、共線的に結合され、二重波長加工レーザ出力を生成する、請求項1記載の方法。
- 前記第1及び第2の成分は、空間的に部分的に重なり合って、前記加工レーザ出力を生成する、請求項1記載の方法。
- 前記加工レーザ出力の前記第1及び第2の成分は、非共線ビームパスから前記ターゲット材料位置にフォーカスされる、請求項1記載の方法。
- 単一のレーザビームから、それぞれ前記第1及び第2の波長における前記第1及び第2の成分を発生させる工程と、
前記第1及び第2の成分を共線ビームパスに結合し、二重波長レーザ加工出力を形成する工程と、
を更に有する請求項1記載の方法。 - レーザ出力を使用して、被加工物のターゲット材料位置からターゲット材料の一部を除去し、前記ターゲット材料位置の基底にある金属層に接着しているターゲット材料の残り屑を速やかにクリーニングする方法であって、前記金属層は、ある温度を有し、前記レーザ出力は、ある材料除去速度で前記金属層から前記ターゲット材料の残り屑をクリーニングする方法であって、
前記ターゲット材料の一部の除去を行うために適した波長よって特徴付けられ、及び第1のパルス幅によって特徴付けられる第1の加工レーザ出力を、前記ターゲット材料位置において、前記ターゲット材料の一部に入射するよう、ビーム軸に沿って方向付ける工程と、
前記第1のパルス幅より短い第2のパルス幅によって特徴付けられ、及び前記第1の加工レーザ出力によって達成可能な速度より速い速度で前記基底にある金属層の温度を高めるために十分高いピークパワーによって特徴付けられる第2の加工レーザ出力を、前記ターゲット材料位置において、前記ターゲット材料の一部に入射するよう、前記ビーム軸に沿って方向付ける工程と、
を有し、
前記第2の加工レーザ出力が存在しない間に前記第1の加工レーザ出力によって達成可能な材料除去速度より速い材料除去速度で、前記金属層から前記残り屑をクリーニングする、
方法。 - 前記ターゲット材料は、粒子強化樹脂を含む、請求項15記載の方法。
- 前記波長は、赤外線(IR)レーザ、グリーンレーザ、紫外線(UV)レーザ、CO2レーザ、固体レーザ及びファイバレーザのうちの少なくとも1つを含む加工レーザによって発生される、請求項15記載の方法。
- 前記波長は、355nmである、請求項17記載の方法。
- 前記第2の加工レーザ出力は、1064nmより短い波長によって特徴付けられる、請求項15記載の方法。
- 前記加工レーザ出力は、前記被加工物においてパルスされ、前記材料除去速度は、前記金属層から前記残り屑をクリーニングするために必要なパルスの数δNによって表される、請求項15記載の方法。
- 前記方法は、前記ターゲット材料位置において、前記被加工物にブラインドビアを形成することを伴い、前記金属は、前記ブラインドビアの金属パッドを含む、請求項20記載の方法。
- 前記第2の加工レーザ出力は、50nsより短いパルス幅によって特徴付けられ、前記短いパルス幅は、前記高いピークパワーと共に、前記金属から前記残り屑をクリーニングするために必要なパルスの数δNを削減し、これによって、前記ブラインドビアの加工時間を短縮する、請求項21記載の方法。
- 前記第1の加工レーザ出力は、所定数N0のパルスでパルスされ、前記第2の加工レーザ出力は、所定数δNのパルスでパルスされる、請求項21記載の方法。
- 前記第1及び第2の加工レーザ出力を共線的に結合し、二重波長レーザビームを生成する工程を更に有する、請求項15記載の方法。
- レーザ出力を用いて、ターゲット材料位置において、第1の金属層の一部を除去し、及び前記ターゲット材料位置において、繊維強化樹脂の基底にある誘電体層の一部を除去し、前記誘電体層内に形成される側壁の加工品質を向上させる方法であって、
前記第1の金属層の一部を除去するために適した第1の波長によって特徴付けられる第1の加工レーザ出力を、前記ターゲット材料位置において、前記第1の金属層の一部に入射するよう、ビーム軸に沿って方向付ける工程と、
前記繊維強化樹脂を除去するために適した第2の波長によって特徴付けられる第2の加工レーザ出力を、前記ターゲット材料位置において、前記誘電体層の一部に入射するように、前記ビーム軸に沿って方向付ける工程と、
を有し、
前記繊維強化樹脂の繊維は、前記第2の波長において、前記第1の波長より実質的に多くの光を吸収し、前記第1の波長における前記第1の加工レーザ出力によって前記誘電体層の一部を除去した場合に残存する、前記ターゲット材料位置における前記誘電体層の側壁内に残る繊維突起を減少させる、
方法。 - 前記加工されるターゲット材料はプリント基板(PCB)を含み、前記樹脂を強化する繊維はガラスを含み、前記第1の金属層は銅を含む、請求項25記載の方法。
- 前記第2の波長における前記第2の加工レーザ出力は、前記第1の波長における前記第1の加工レーザ出力に比べて、必要とするパワーが小さく、これによって、前記誘電体層の一部を除去する間、前記ターゲット材料位置における前記繊維強化樹脂の基底にある第2の金属層へのダメージを軽減する、請求項25記載の方法。
- 前記第1及び第2の加工レーザ出力を共線的に結合し、二重波長レーザビームを形成する工程を更に有する、請求項25記載の方法。
- 前記第1及び第2の加工レーザ出力を、前記ターゲット材料位置において前記ターゲット材料に入射する前に、それぞれ第1及び第2のビーム軸に沿って伝搬させる、請求項25記載の方法。
- 前記第1の波長は、ダイオード励起固体レーザの第3高調波発生(THG)によって発生される、請求項25記載の方法。
- 前記第2の波長は、ダイオード励起固体レーザの第4高調波発生(4HG)によって発生される、請求項25記載の方法。
- 前記第1及び第2の波長は、加工レーザ出力を、前記第1の波長における前記第1の加工レーザ出力と、前記第2の波長における前記第2の加工レーザ出力とに分離する光処理要素の組を使用することによって、単一の固体レーザによって発生される、請求項25記載の方法。
- 前記第1及び第2の加工レーザ出力は、光処理要素の第2の組を使用して、共線的に結合され、二重波長レーザビームが形成される、請求項32記載の方法。
- 単一のレーザ光源から、異なる波長の2つのパルス出力ビームを生成するように構成され、ブラインドビア加工のスループットを向上させ、多層ターゲット材料内に加工されるブラインドビアの側壁品質を向上させるシステムにおいて、
Q値によって特徴付けられるレーザ共振器内にあるレーザ媒質に光学的に接続され、基本波長において、前記レーザ媒質のレーザ利得を誘導するポンピング光を提供するポンピング源と、
前記レーザ共振器内に配設され、Qスイッチドライブ信号に応じて前記レーザ共振器のQ値を変更するように動作し、偏光状態によって特徴付けられる多重に時間変位された発光パルスのビームを生成する前記レーザ共振器のハイ及びローのQ状態を選択的に生成するQスイッチと、
前記レーザ共振器内に配設され、光学リターダドライブ信号に応じて、前記発光パルスのビームに、選択された量の光学的遅延を生じさせ、前記発光パルスの偏光状態を選択的に変更して、偏光状態変調された発光パルスを生成する可変光学リターダと、
連携して、前記偏光状態変調された発光パルスを受け取り、それぞれ第1及び第2の出力カプラを介して、前記可変光学リターダによって前記発光パルスに生じた選択された量の遅延に基づいて、前記発光パルスを方向付け、第1及び第2の波長変換器によって変換されることによって前記基本波長に対して高調波の関係にある、それぞれ第1及び第2の波長における第1及び第2の出力ビームを生成する偏光感知ビームスプリッタ(polarization sensitive beam splitter)並びに前記第1及び第2の波長変換器と、
を備えるシステム。 - 前記第1及び第2の出力カプラは、それぞれ前記第1及び第2の波長における前記第1及び第2の出力ビームの一方を反射し、一方を透過する第1及び第2の共振器内ダイクロイックミラー表面を有する、請求項34記載のシステム。
- 前記ドライブ信号は、前記可変光学リターダに、前記選択された量の光学的遅延のために半波長の差を生じさせる、請求項34記載のシステム。
- 前記選択された量の光学的遅延の1つは、1/4波長の倍数を表し、前記偏光状態変調された発光パルスは、前記第1及び第2の出力カプラを介して同時に伝搬される、請求項36記載のシステム。
- 前記選択された量の光学的遅延の1つは、1/2波長の倍数を表し、前記偏光状態変調された発光パルスは、前記第1及び第2の出力カプラの一方又は他方を介して、所与の時点で伝搬される、請求項36記載のシステム。
- 前記第1の波長変換器は、第1のビームパスに沿って配置され、
第1の第2高調波発生器(SHG)と、
前記SHGから出力を受け取り、前記第1の出力ビーム内に第3高調波波長を発生させる第3高調波発生器(THG)と、
を備える請求項34記載のシステム。 - 前記第2の波長変換器は、第2のビームパスに沿って配置され、
第2のSHGと、
前記SHGから出力を受け取り、前記第2の出力ビーム内に第4高調波波長を発生させる第4高調波発生器(4HG)と、
を備える請求項39記載のシステム。 - 前記4HGは、前記第2のビームパスに沿って前記レーザ共振器外に配設され、前記第2の出力カプラから出力を受け取り、前記出力を、第4高調波波長における第2の出力ビームに変換し、
前記第2のSHGは、前記第2のビームパスに沿って前記レーザ共振器外に配設され、前記第2の出力カプラから出力を受け取り、前記出力を4HGに通過させ、
前記第1のSHG及び前記THGは、前記第1のビームパスに沿って前記レーザ共振器外に直列に配設され、前記第1のSHGは、前記第1の出力カプラと前記THGとの間に配設される請求項40記載のシステム。 - 互いに直交して進む、それぞれ前記第1及び第2の波長における前記第1及び第2の出力ビームを二重波長レーザビームに結合する光処理要素の組を更に備え、
前記光処理要素の組は、
前記第1及び第2の波長における前記第1及び第2の出力ビームの一方を透過し、前記第1及び第2の波長における前記第1及び第2の出力ビームの他方を反射し、前記第1及び第2の出力ビームを共線パスに方向付け、これによって、二重波長レーザビームを形成するダイクロイックミラーと、
ビア加工のために、前記二重波長レーザビームを、前記ターゲット材料の指定された位置に方向付けるビームスキャナと、
前記二重波長レーザビームが、前記ターゲット材料位置に到達する前に通過するFθレンズと、
を備える請求項34記載のシステム。 - 単一のレーザ光源から、異なる波長の2つのパルス出力ビームを生成するように構成され、ブラインドビア加工のスループットを向上させ、多層ターゲット材料内に加工されるブラインドビアの側壁品質を向上させるシステムであって、
Q値によって特徴付けられるレーザ共振器内にあるレーザ媒質に光学的に接続され、基本波長において、前記レーザ媒質のレーザ利得を誘導するポンピング光を提供するポンピング源と、
前記レーザ共振器内に配設され、Qスイッチドライブ信号に応じて、前記レーザ共振器のQ値を変更するように動作し、後部ミラーから反射する多重に時間変位された発光パルスのビームを生成する前記レーザ共振器のハイ及びローのQ状態を選択的に生成するQスイッチと、
前記共振器内に配設され、前記後部ミラーと、第3高調波発光パルスを選択的に透過する第2のダイクロイックミラー表面を有する出力カプラとの間で前記発光パルスを反射し、前記レーザ共振器を出る第2高調波発光パルスを選択的に透過するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーと前記出力カプラとの間に配設され、第2高調波発光パルスを発生させる第2高調波発生(SHG)変換器と、
前記SHG変換器の出力側に配設され、前記出力カプラを通過する第3高調波発光パルスを発生させ、変換されていない第2高調波発光パルスは、前記第2のダイクロイックミラー表面から反射して前記ダイクロイックミラーを通過する、第3高調波発生(THG)変換器と、
前記レーザ共振器の出力側に配設され、出射される第2高調波発光パルスを受け取り、第4高調波発光パルスに変換する第4高調波発生(4HG)変換器と、
を備え、
前記出射される第3高調波発光パルスは、第1の波長における第1の出力ビームを含み、前記出射される第4高調光発光パルスは、第2の波長における第2の出力ビームを含む、
システム。 - 互いに直交して進む、前記第1及び第2の波長における前記第1及び第2の出力ビームを二重波長レーザビームに結合する光処理要素の組を更に備え、
前記光処理要素の組は、
前記第1及び第2の波長における前記第1及び第2の出力ビームの一方を透過し、前記第1及び第2の波長における前記第1及び第2の出力ビームの他方を反射し、前記第1及び第2の出力ビームを共線パスに方向付け、これによって、二重波長レーザビームを形成するダイクロイックミラーと、
ビア加工のために、前記二重波長レーザビームを、前記ターゲット材料の指定された位置に方向付けるビームスキャナと、
前記二重波長レーザビームが、前記ターゲット材料位置に到達する前に通過するFθレンズと、
を備える請求項43記載のシステム。
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