KR101414867B1 - 인쇄 회로 기판 타깃의 정렬 - Google Patents

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KR101414867B1
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Abstract

물질을 미세기계가공하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은
광학 시스템의 주어진 소자를 통해, 조명 파장(illumination wavelength)의 조명을 물질의 사이트(site)로 제공하는 단계를 수행하도록, 광학 시스템(optical system)을 구성하는 단계로서, 이때 상기 조명은 상기 사이트로부터 복귀하는 복사(returning radiation, 이하 복귀 복사)를 생성하는 단계,
상기 주어진 소자를 통해 복귀 복사를 수신하는 단계를 수행하도록, 그리고 이에 따라 사이트의 이미지를 형성하는 단계를 수행하도록 광학 시스템을 구성하는 단계,
상기 이미지로부터 사이트에서의 위치(location)의 실제 포지션을 계산하고, 상기 위치의 실제 포지션을 나타내는 신호를 출력하는 단계,
상기 조명 파장(illumination wavelength)과는 구별되는 미세기계가공 파장을 갖는 미세기계가공 복사의 빔을 생성하는 단계,
상기 신호에 응답하여 위치에 관련하여 정렬된 빔을 형성하도록, 상기 빔을 위치시키는 단계, 그리고
상기 위치에서의 미세기계가공 작업을 수행하기 위해, 상기 광학 시스템의 주어진 소자를 통해 상기 정렬된 빔을 위치로 전달하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

인쇄 회로 기판 타깃의 정렬{ALIGNMENT OF PRINTED CIRCUIT BOARD TARGETS}
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는 빔 정렬 장치의 다이어그램이다.
도 2는 Ajinomoto 빌드-업 필름(ABF) 수지의 서로 다른 타입에 대한 퍼센트율로 나타낸 전송율의 그래프이다.
도 3은 ABF 수지와 FR4 수지의 서로 다른 타입의 평균화된 형광의 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 빔 정렬 장치를 동작하기 위해 수행되는 단계를 도시하는 흐름도이다.
도 5A는 본 발명의 실시예에 따르는 광학 센서의 표면의 개념도이다.
도 5B 및 5C는 본 발명의 실시예에 따르는 도 5A의 센서 상에서 이미지의 개념적 다이어그램을 도시한다.
도 6은 본 발명의 대안적 실시예에 따르는, 빔 정렬 장치의 개념적 다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 추가적인 대안적 실시예에 따르는 빔 정렬 장치의 개념적 다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 도 1, 도 6, 도 7의 장치에서 소스에 의해 제공되는 이미징 조명 구성을 도시한다.
본 출원은 U.S. 가출원 특허 출원 60/816,332(2006년 6월 26일)로부터 우선권을 주장하며, 이는 본원에서 참조로서 인용된다.
본 발명은 일반적으로 광학 정렬(optical alignment)에 관한 것이며, 세부적으로는 인쇄 회로 기판에서 처리될 타깃(target)의 광학 정렬에 관한 것이다.
특히 인쇄 회로 기판(PCB)에서 홀(hole)을 형성하기 위해 레이저 미세기계가공이 이용된다. PCB의 소자의 크기가 축소됨에 따라, 레이저 기계가공의 위치파악도 및 정확도가 증가한다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 미세기계가공 장치는 사이트에서의 위치(location)를 미세기계가공하며, 상기 사이트는 일반적으로 대상(object), 가령 인쇄 회로 기판(PCB)의 전기 회로 유전 기판에 내장되어 있는 전도성 패드를 포함한다. 상기 장치는 복사 소스(radiation system)를 이용하여 상기 사이트를 조명하고, 상기 조명에 응답하여 사이트로부터 복귀하는 복사(returning radiation)를 수신하며, 상기 빔 소스로부터 위치로 미세기계가공 빔을 전달하는 광학 시스템(optical system)을 포함한다. 광학 시스템에서는 하나 이상의 공통 소자, 가령 세가지 모든 기능을 위해 사용되는 조향 가능한 거울이 존재한다. 복사 소스 및 빔 소스는 서로 다른 파장에서 동작한다. 상기 빔 소스는 일반적으로 레이저이다. 상 기 복사 소스는 일반적으로 레이저 다이오드이며, 일부 실시예에서, 상기 복사 소스는 LED(light emitting diode)일 수 있다.
상기 복귀 복사를 이용하여 이미지 센서가 사이트를 이미징하고, 상기 이미지로부터 프로세서가 미세기계가공될 위치의 실제 포지션, 가령 전도성 패드의 중앙을 계산한다. 상기 프로세서는 상기 실제 포지션을 나타내는 신호를 생성하고, 일반적으로 상기 조향 가능한 거울을 조정함으로써, 상기 위치에 대하여 미세기계가공 빔을 정렬하기 위해 상기 신호를 사용한다. 그 후 상기 프로세서는 상기 정렬된 빔을 이용하여 위치를 미세기계가공하기 위해 빔 소스를 동작시킨다. 상기 빔은 상기 위치에서 임의의 형태의 홀을 미세기계가공할 수 있다. 사이트 조명, 사이트 이미징 및 빔 전달의 기능을 위해 하나 이상의 공통 소자를 이용함으로써, 상기 장치는 상기 사이트로 국부적인 높은 강도의 조명을 제공할 수 있으며, 이에 따라서, 사이트의 바람직한 이미지가 형성되고, 따라서 신속하고 정확하게 상기 미세기계가공 빔을 상기 위치와 정렬할 수 있다.
통상적으로 상기 장치는 PCB내에서 서로 다른 포지션을 갖는 다수의 사이트에서의 미세기계가공을 위해 사용된다. 각각의 사이트에 대하여, 회로의 CAM(computer aided manufacturing) 파일을 분석함으로써, 상기 프로세서는 미세기계가공될 위치의 공칭 좌표를 계산할 수 있고, 기판의 위치를 파악하기 위해 공칭 좌표를 사용하여, 상기 사이트가 상기 빔 및 조명과 명목상 정렬될 수 있다. 각각의 사이트에서, 상기 빔에 대한 실제 포지션이 앞서 언급된 바와 같이 결정된다. 다수의 사이트 중 일부에 대하여, 사이트로부터 사이트로의 빔의 재-정렬은, 단지 상기 조향가능한 거울을 동작시킴으로써 수행되고, 따라서 상기 모든 사이트에 대한 정교한 빔 정렬을 유지하면서 PCB의 미세기계가공의 속도가 향상된다.
제안되는 실시예에서, 상기 이미지 센서는 빔이 사이트를 타격하는 위치에 대한 이미지를 획득하며, 이는 프로세서가 사이트에 대한 절삭 임계치(ablation threshold) 이하의 낮은 파워로 빔 소스를 동작시킴으로써, 이뤄진다. 상기 사이트의 이미지와 위치의 이미지로부터 상기 프로세서는 빔으로 적용될 오프셋을 결정하여, 앞서 언급된 빔 정렬을 수행할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 복사 소스는 복귀 복사로서 형광 복사를 생성하며, 이미지 센서는 사이트의 이미지, 또는 교정 타깃의 이미지를 상기 형광 복사로부터 형성할 수 있다. 상기 프로세서는 일반적으로 사이트의 형광 특성에 따라서 복사 소스의 파장, 또는 파워를 조정할 수 있다. 복사 소스로부터의 복사가 사이트, 또는 상기 사이트 둘레의 구역을 침투하여, 상기 형광 복사로부터의 사이트의 이미지가 최적이 되도록 상기 조정이 이뤄질 수 있다. 형광 복사를 이용함으로써, 복사 소스가 레이저일 경우의 스페클 문제가 해결된다.
본 발명의 대안적 실시예에서, 상기 복사 소스로부터의 복사는 선형으로 편광되며, 상기 복귀 복사는 편광될 수 있게 분석된다. 내장된 전도성 대상을 포함하는 사이트에 대하여, 상기 대상의 표면 거침(roughness) 때문에, 상기 대상으로부터의 복귀 복사는 부분적으로 역-편광되는 것이 일반적이다. 따라서 이미지 센서가 배경에 대한 대상의 뛰어난 콘트라스트를 갖는 이미지를 형성할 수 있으며, 이를 위해, 복귀 복사는 역-편광되지 않는 것이 일반적이다.
본 발명의 추가적인 대안적 실시예에서, 스페클의 영향을 충분히 제거하기 위해, 상기 복사 소스는 짧은 간섭 길이(coherent length)를 갖는 간섭 빔(coherent beam)을 생성하는 레이저를 포함한다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 상기 복사 소스는 그 밖의 다른 스페클 감소, 또는 제거 구성요소, 가령, 서로 다른 광학 길이를 갖는 다수의 광섬유를 포함한다.
그 밖의 다른 실시예에서, 상기 복사 소스는 구조된 조명(structured illumination)을 이용하여, 가령 사이트에서 대상에 대한 환형 링을 형성함으로써, 사이트를 조명하도록 구성되고, 기판은 확산 기판이다. 환형 발광 및 확산 기판은 상기 대상에 효과적으로 역광을 취할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따라서, 물질을 미세기계가공하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은
광학 시스템의 주어진 소자를 통해, 조명 파장(illumination wavelength)의 조명을 물질의 사이트(site)로 제공하는 단계를 수행하도록, 광학 시스템(optical system)을 구성하는 단계로서, 이때 상기 조명은 상기 사이트로부터 복귀하는 복사(returning radiation, 이하 복귀 복사)를 생성하는 단계,
상기 주어진 소자를 통해 복귀 복사를 수신하는 단계를 수행하도록, 그리고 이에 따라 사이트의 이미지를 형성하는 단계를 수행하도록 광학 시스템을 구성하는 단계,
상기 이미지로부터 사이트에서의 위치(location)의 실제 포지션을 계산하고, 상기 위치의 실제 포지션을 나타내는 신호를 출력하는 단계,
상기 조명 파장(illumination wavelength)과는 구별되는 미세기계가공 파장을 갖는 미세기계가공 복사의 빔을 생성하는 단계,
상기 신호에 응답하여 위치에 관련하여 정렬된 빔을 형성하도록, 상기 빔을 위치시키는 단계, 그리고
상기 위치에서의 미세기계가공 작업을 수행하기 위해, 상기 광학 시스템의 주어진 소자를 통해 상기 정렬된 빔을 위치로 전달하는 단계
를 포함한다.
통상적으로, 상기 사이트는 하나 이상의 유전체 기판(dielectric substrate)에 내장되는 대상(object)을 포함한다. 상기 사이트로 조명을 제공하는 단계는, 상기 대상을 둘러싸는 구역만 조명하는 구조된 조명(structured illumination)을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 구조된 조명을 제공하는 단계는, 회절 소자(diffractive element)를 이용하여 구조된 조명을 형성하는 단계를 포함한다.
하나의 실시예에서, 사이트로 조명을 제공하는 단계는, 사이트가 형광(fluoresces)을 내는 파장이도록, 조명 파장을 선택하는 단계를 포함하며, 이때 상기 복귀 복사는 제공된 조명에 응답하여 사이트에서 생성된 형광 복사를 포함한다. 상기 방법은 상기 사이트의 이미지를 최적화하기 위해, 형광 복사를 필터링(filtering)하는 단계를 포함한다.
대안적 실시예에서, 상기 사이트로 조명을 제공하는 단계는 상기 사이트로 편광된 조명(polarized illumination)을 제공하는 단계를 포함하며, 이때, 상기 사이트의 이미지를 형성하는 단계는 상기 사이트로부터의 복귀 복사를 편광가능하도 록 분석하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 주어진 소자는 조향가능한 거울(steerable mirror)을 포함한다. 사이트는 미세기계가공이 수행될 다수의 서로 다른 서브-사이트를 포함하며, 빔을 위치하게 하는 단계는 상기 거울을 조향하기만 함으로써, 다수의 서로 다른 서브-사이트로 빔을 발사하는 단계를 포함한다.
추가적인 실시예에서, 상기 주어진 소자는, 상기 빔과 상기 조명을 사이트로 포커싱하도록 구성되는 광학 소자 트레인(optical element train)을 포함한다.
상기 사이트는 사이트 영역을 포함하며, 상기 사이트로 조명을 제공하는 단계는, 상기 사이트 영역과, 상기 사이트 영역보다 크지 않고 연속인 추가적인 영역으로 조명을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 이미지를 형성하는 단계는, 이미지 센서 상의 이미지를 형성하는 단계를 포함하며, 이때 조명은 3밀리초(millisecond) 이하 내에 상기 이미지 센서 상에서 이미지를 생성하는 강도(intensity)를 갖는다.상기 이미지를 형성하는 단계는, 픽셀의 어레이를 포함하는 이미지 센서 상의 이미지를 형성하는 단계와, 상기 이미지의 분석을 위해, 상기 영역 및 상기 추가적인 영역에 응답하여 상기 어레이로부터 픽셀을 선택하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 또한, 상기 사이트로 조명을 제공하는 단계 이전에 이뤄지는, 위치(location)의 공칭 포지션(nominal position)을 결정하는 단계와, 상기 공칭 포지션에 응답하여 조명을 제공하는 단계를 포함한다.
또 다른 대안적 실시예에서, 미세기계가공 복사의 빔을 생성하는 단계는,
사이트에 대한 절삭 임계치(ablation threshold) 이하인 빔 파워로, 저-파워 빔을 생성하는 단계,
상기 저-파워 빔을 사이트로 전달하는 단계, 그리고
상기 사이트에서 저-파워 빔의 이미지에 응답하여 빔에 대한 오프셋(offset)을 결정하는 단계
를 포함한다.
일반적으로, 상기 빔을 위치시키는 단계는, 상기 오프셋에 응답하여 빔을 위치시키는 단계를 포함한다. 위치(location)로 위치된 빔을 전달하는 단계는, 빔이 상기 절삭 임계치 이상의 파워를 갖도록 설정하는 단계포함한다.
상기 방법은 조명 파장이 상기 사이트가 비-흡수성이 되는 값을 갖도록 구성하는 단계를 포함한다.
대안적 실시예에서, 상기 사이트는 외부 표면을 포함하며, 상기 사이트로 조명을 제공하는 단계는, 외부 표면에 수직인 이미징 복사(imaging radiation)를 이용하여 사이트로 조명을 제공하는 단계를 포함한다.
상기 사이트로 조명을 제공하는 단계는, 상기 사이트에서 간섭 이미징 복사(coherent imaging radiation)를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 간섭 이미징 복사는 상기 사이트의 크기의 두배 이하인 간섭 길이(coherence length)를 갖는다.
또 다른 대안적 실시예에서, 실제 포지션을 계산하는 단계는
상기 사이트의 기대되는 이미지에 따르는 이론적 관계(theoretical relationship)을 제공하는 단계,
상기 이미지로부터 실제 관계(actual relationship)을 결정하는 단계, 그리 고
상기 실제 관계를 상기 이론적 관계에 맞추는 단계
를 포함한다.
상기 사이트의 이미지를 형성하는 단계는, 상기 사이트에서의 조명의 투과 깊이를 변화시키기 위해 조명 파장과, 조명의 파워 중 하나 이상을 조절하는 단계를 포함한다.
하나의 실시예에서, 상기 사이트는 확산 층(diffusive layer)에 내장된 대상을 포함하며, 이때, 상기 확산 층에 내장된 대상으로 형성된 이미지로부터 도출된 변이(deviation)에 대하여 보상을 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르는, 물질을 미세기계가공하기 위한 방법이 추가로 제공되며, 상기 방법은
상기 물질이 형광(fluoresces)을 내는 동작 파장의, 그리고 미세기계가공하기에 불충분한 빔 파워로의 복사의 빔을, 위치(location)를 포함하는 물질의 사이트(site)로 제공하여, 상기 사이트로부터 형광 복사(fluorescent radiation)를 생성하기 위해, 소스를 동작시키는 단계,
상기 형광 복사에 응답하여 사이트의 이미지를 형성하는 단계,
상기 이미지에 응답하여, 위치(location)에 대하여 빔을 위치시키는 단계, 그리고
상기 동작 파장의, 그리고 상기 위치의 미세기계가공을 야기하기에 충분한 미세기계가공 파워의 복사의 빔을 위치로 제공하기 위해, 상기 소스를 동작시키는 단계
를 포함한다.
일반적으로, 상기 빔 파워로 소스를 동작시키는 단계는 복사의 빔을 빔 발사 광학 시스템(beam directing optical system)을 통해 상기 사이트로 제공하는 단계를 포함하며, 이미지를 형성하는 단계는 상기 형광 복사를 상기 빔 발사 광학 시스템의 하나 이상의 소자를 통해 이미지 센서로 전달하는 단계를 포함한다. 상기 사이트의 이미지를 최적화하기 위해, 형광 복사를 필터링하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르는, 물질을 미세기계가공하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는
광학 시스템(optical system)의 주어진 소자를 통해, 조명 파장(illumination wavelength)의 조명(illumination)을 물질의 사이트(site)로 제공하는 동작을 수행하도록 구성되는 복사 소스(radiation source)로서, 상기 조명이 상기 사이트로부터 복귀하는 복사(returning radiation, 이하 복귀 복사)를 생성하는 상기 복사 소스(radiation source),
상기 주어진 소자를 통해 복귀 복사를 수신하며, 이에 따라서 상기 사이트의 이미지를 형성하는 동작을 수행하도록 구성되는 이미지 센서,
상기 조명 파장과는 구별되는 미세기계가공 파장을 갖는 미세기계가공 복사의 빔을 생성하는 동작을 수행하도록 구성되는 빔 소스(beam source), 그리고
상기 사이트에서의 위치(location)의 실제 포지션을 계산하여, 상기 위치의 실제 포지션을 나타내는 신호를 출력하는 동작을 수행하도록 구성되며, 상기 신호 에 응답하여 위치에 대하여 정렬된 빔을 형성하도록 상기 빔을 위치시키고, 광학 시스템의 주어진 소자를 통해 상기 정렬된 빔이 위치로 전달되어, 상기 위치에서의 미세기계가공 작업이 수행되도록 상기 빔 소스를 동작시키는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서
를 포함한다.
상기 장치는 상기 형광 복사를 필터링하도록 구성되는 필터의 세트를 포함하며, 상기 프로세서는 상기 사이트의 이미지를 최적화하기 위해 상기 세트 중 하나를 선택하도록 구성된다.
상기 조명은 편광된 조명(polarized illumination)을 포함하며, 이때 이미지 센서가 상기 사이트로부터의 복귀 복사를 편광가능하게 분석할 수 있게 하는 편광 소자(polarizaation element)를 포함한다.
상기 주어진 소자는 조향가능한 거울(steerable mirror)을 포함한다.
대안적으로, 상기 주어진 소자는 상기 빔과 상기 조명을 사이트로 포커싱하도록 구성되는 광학 소자 트레인(optical element train)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르는, 물질을 미세기계가공하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는
미세기계가공하기에 불충분한 빔 파워로, 그리고 물질이 형광(fluoresces)을 내는 동작 파장으로, 복사(radiation)의 빔(beam)을 위치(location)를 포함하는 물질의 사이트로 제공하여, 상기 위치로부터의 형광 복사(fluorescent radiation)를 생성는 동작을 수행하도록 구성되는 빔 소스(beam source),
상기 형광 복사에 응답하여, 사이트의 이미지를 형성하는 동작을 수행하도록 구성되는 이미지 센서(image sensor), 그리고
상기 이미지에 응답하여, 상기 위치에 대하여 상기 빔을 위치시키도록 구성되며, 상기 위치의 미세기계가공이 발생시키기에 충분한 미세기계가공 파워로, 그리고 동작 파장으로 상기 위치로 복사의 빔을 제공하도록 상기 빔 소스를 동작시키는 동작을 수행하도록 구성되는 프로세서(processor)
를 포함한다.
상기 장치는, 빔 발사 광학 시스템(beam directing optical system)을 포함하며, 상기 빔 파워로 상기 빔 소스를 동작시키는 동작은 빔 발사 광학 시스템을 통해 상기 사이트로 복사의 빔을 제공하는 동작을 포함하며, 상기 이미지를 형성하는 동작은 상기 빔 발사 광학 시스템의 하나 이상의 소자를 통해 형광 복사를 상기 이미지 센서로 전달하는 동작을 포함한다.
상기 장치는, 상기 형광 복사를 필터링하도록 구성되는 필터의 하나의 세트를 포함하며, 이때 상기 프로세서는 상기 사이트의 이미지를 최적화하기 위해 상기 세트 중 하나를 선택하도록 구성된다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르는 빔 정렬 장치(20)의 개략도인 도 1을 참조한다. 상기 장치(20)는 인쇄 회로 기판(PCB, 24)에 포함될 사이트(43)를 미세기계가공하기 위해 사용된다. 상기 사이트(43)는 통상적으로 가령 유리구슬, 또는 유리섬유를 포함하는 에폭시 수지 등의 유전 기판 물질, 또는 구리 패드, 또는 트레이스 등의 전도성 물질을 포함한다. 일반적으로, 필수적이지는 않지만, 사이트(43)는 유전 기판 물질에 내장되는 전도성 물질을 포함한다. 장치(20)는 콜리메이터(collimator, 27)를 통해 복사 빔(26)을 투사하는 빔 소스(22)를 사용한다. 빔(26)은 사이트(43)의 위치에서 홀을 미세기계가공하기 위해 사용된다. 하나의 실시예에서, 소스(22)는 약 350nm의 빔 파장에서 동작하는 자외선(UV) 레이저를 포함한다. 상기 UV 레이저는 단-펄스 레이저(short pulse laser)로서 동작할 수 있고, 상기 펄스는 펨토초(femtosecond) 수준의 길이이고, 이때 상기 단 펄스의 비선형 상호작용을 이용하여 절삭(ablation)이 이뤄진다. 대안적 실시예에서, 소스(22)는 약 10㎛의 빔 파장에서 동작하는 카본 다이옥사이드 레이저를 포함한다. 그러나 장치(20)는 사이트(43)가 흡수할 수 있는 복사 에너지를 미세기계가공을 위해 사용될 수 있는 형태, 또는 수준으로 공급하도록 구성될 수 있는 임의의 적합한 복사 소스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 본원에서는, 빔(26)이 레이저 복사 빔이도록, 소스(22)는 레이저를 포함한다고 가정된다.
빔스플리터(beamsplitter, 28)와, 광학 소자 트레인(optic element train, 30)과, 거울(34)을 포함하는 광학 구성요소의 세트(31)는 빔을 PCB로 전달시키는 빔 발사 시스템으로서 기능한다. 일반적으로, 거울(34)은 정면 거울(front surface mirror)이며, 빔스플리터(28)는 빔 파장은 전달하고 나머지 파장은 반사시키는 협대역 다이크로익 큐브 빔스플리터이다. 광학 트레인(30) 및 PCB(24)는 각각 병진운동 스테이지(translation stage, 33, 45) 상에 장착된다. 거울(34)은 빔 조향 스테이지(35) 상에 장착되며, 통상적으로 상기 빔 조향 스테이지(35)는 검류계 기반의 조향 스테이지, 또는 U.S. 특허 출원 11/472,325에서 기재된 2축 빠른 빔 조향 스테이지일 수 있다. 상기 U.S. 특허 출원 11/472,325은 본 발명의 양수인에게 양도되었으며, 본원에서 참조로서 인용된다. 레이저 빔(26)은 빔 스플리터를 통해 광학 소자 트레인으로 전달되어, 상기 광학 소자 트레인이 상기 빔을 발사하고 포커싱한다.
장치(20)는 거울(34)과 PCB(24) 사이에 어떠한 광학 소자도 존재하지 않는 “post-scan” 시스템으로서 구성된다. 이러한 구성에서, 상기 거울은 약 ±3°의 시계(FOV: Field Of View)를 갖는 것이 일반적이다.
다음의 기재는, 별다른 언급이 없다면, 하나의 레이저 빔을 이용하는 PCB(24) 미세기계가공에 관한 것이다. 그러나 본 발명의 실시예는 충분히 동시에 동작하는 둘 이상의 레이저 빔을 사용할 수 있음이 자명하다.
동작자(23)는 메모리(25)와, 프로세싱 유닛(PU, 32)을 포함하는 워크스테이션(21)을 이용하여 장치(20)를 작동시킨다. 장치(20)의 개별 소자, 가령 레이저(22)와 병진운동 스테이지와 빔 조향 스테이지를 제어하기 위해, PU(32)는 메모리(25)에 저장된 인스트럭션을 사용한다. 스테이지(33, 35, 45)를 동작시키는 것에 덧붙여, PU(32)는 광학 트레인(30)의 초점을 미세기계가공되는 사이트(43)의 특정 구멍으로서 변화시킬 수 있다. 상기 구멍은 PCB(24)의 상단 표면(36) 상의 선택된 구역(42)에서 미세기계가공된다. 삽입된 그림(44)이 구역(42)과 상기 영역 둘레의 영역을 포함하는 사이트(43)를 더 상세하게 보여준다.
본 발명의 일부 실시예에서, 대상(46)은 구역(42) 아래에 위치하며, 상기 대 상이 PCB(24)에 내장(embed)되어 상기 대상 위로 PCB의 층(38)이 존재하고, 상기 대상 아래에 층(40)이 존재할 수 있다. 일반적으로, 그 밖의 다른 내장된 대상이 상기 대상(46)의 인접부에 존재하며, 그 밖의 다른 층이 PCB(24)에 포함될 수 있으나, 그 밖의 다른 내장된 대상 및 층은 도 1에서는 명료성을 위해 도시되지 않았다. 대상(46)은 전기 회로의 부분인 것이 일반적이며, 층(38, 40)은 전기 회로가 형성되는 기판으로서 기능 한다. 하나의 실시예에서, 대상(46)은 약 100㎛의 직경을 갖는 대략적인 원형 금속 패드이다. 층(38, 40)은 유전체이고, 충진된 에폭시 수지로 형성되어 있다. 일부 실시예에서, 층(38, 40)은 종래 기술인 Ajinomoto Fine-Techno Co., Inc(뉴저지)의 Ajinomoto 빌드-업 막(ABF)의 변형예 중 하나로부터 형성된다고 가정되며, 이는 도 2 및 도 3을 참조하여 추후 설명된다. 하나의 실시예에서, 층(38, 40)은 ABF 타입 GX3으로부터 구현되며, 약 35㎛의 두께를 갖는다. 그러나 층(38, 40)은 인쇄 회로 기판의 구성에 적합한 임의의 물질로부터 형성될 수 있음이 자명하다. 예를 들어, 층(38)은 ABF 물질을 포함하며, 층(40)은 FR4 물질을 포함할 수 있다.
PU(32)가 PCB(24)를 정렬하기 위해, 상기 PCB는 복사 소스(50)로부터의 조명, 일반적으로 레이저 다이오드에 의해 조명되고, 이미징 복사 파장에서의 이미징 복사(imaging radiation)가 제공된다. 일부 실시예에서, 소스(50)는 발광 다이오드(LED), 일반적으로 고휘도 LED(high brightness LED)를 포함한다. 소스(50)가 레이저 다이오드를 포함하는 경우, 상기 소스는 스페클 제거 시스템(speckle removing system), 가령 한 묶음의 광섬유를 포함하다. 대안적으로, 또는 추가적으 로, 짧은 간섭 길이를 갖도록 소스가 선택될 수 있으며, 이는 추후 상세히 설명된다. 장치(20)는, 빔 파장을 투과시키고 이미징 복사 파장에서 50/50 빔 스플리터로서 기능하는 제 2 다이크로익 빔스플리터(52)를 포함한다. 본 발명의 일부 실시예에서, 빔스플리터(52)는 편광 빔스플리터를 포함한다. 상기 이미징 복사는 빔스플리터(52)를 통과하는 포커싱 렌즈 시스템(49)을 통해 전달되어, 빔(26)과 동축을 이룬다. PCB(24)에서의 이미징 복사가 표면(36)에 충분히 수직이도록, 상기 이미징 복사는 거울(34)로부터 반사된다. 표면(36)에 도달한 이미징 복사는 표면의 넓은 영역보다는, 구역(42)을 둘러싸는 상대적으로 작은 영역을 조명하도록 구성되며, 상기 영역은 미세기계가공되는 사이트의 영역의 4배 수준이다. 예를 들어, 예시적인 100㎛ 패드에 대하여, 포커싱 렌즈 시스템(49)은 약 200㎛ 수준의 이미징 복사를 제공하도록 구성될 수 있다.
미세기계가공이 수행될 위치의 둘레의 상대적으로 작은 영역을 조명하도록 이미징 복사를 구성함으로써, 고휘도 조명 복사가 상기 영역으로 효과적으로 제공되어, 상기 영역의 바람직한 품질 이미지가 생성될 수 있다. 미세기계가공되는 영역으로 미세기계가공 빔(26)을 발사하기 위해 사용되는 장치(20)의 소자를 통해 이미징 복사를 발사함으로써, 장치(20)는 새로운 영역을 미세기계가공하기 위해 재-정렬되고, 고 강도 조명 복사가 상기 새로운 영역으로 자동적으로 재-정렬된다. 덧붙여, 추후 설명될 바와 같이, 이미징을 위해 사용되는 복사를 복귀시키는 것은 빔(26)과 조명 복사를 발사하는 장치(20)의 공통 소자를 통해 이뤄져서, 장치(20)가 새로운 영역을 미세기계가공하기 위해 재-정렬됨에 따라, 상기 새로운 영역이 또한 자동으로 이미징될 수 있게 한다. 추후 상세히 설명될 바와 같이, 앞서 언급된 특징들의 조합에 의해, 본 발명의 실시예는 빔(26)을 실시간으로 사이트로 정렬할 수 있고, 따라서 PCB(24)를 미세기계가공하기 위한 전체 속도를 증가시킨다.
사이트(43)로부터 복귀하는 복사(이하 복귀 복사)는 화살표(54)가 나타내는 바와 같이 거울(34)에 반사되어 빔스플리터(52)를 지나 광학 트레인(30)으로 이동하고, 그 후 상기 광학 트레인으로부터 빔스플리터로 전달된다. 트레인(30)은 상기 복귀 복사를 빔스플리터(28)와 포커싱 렌즈(55)를 통해 광학 센서(56)로 발사하고, 대역 통과 필터(band pass filter)와 장파 통과 필터(long pass filter)를 포함하는 선택가능한 필터의 세트를 포함하는 필터 시스템(53)을 선택사항으로서 통과시킨다. 추후 설명되겠지만 사이트(43)가 형광 복사(fluorescent radiation)를 발생하는 경우, 이러한 필터 시스템이 유용할 수 있다. 하나의 대상에 대하여, 가령 사이트(43)에 존재하는 대상(46)에 대하여, 상기 대상의 위치에 따라 PU(32)로 신호를 제공하도록 센서(56)가 구성되고, 상기 프로세싱 유닛이 빔(26)을 PCB(24) 및 대상에 관련하여 올바르게 정렬하고 배향하기 위해 신호를 사용한다. 상기 센서(56)의 동작은 도 5A, 5B 및 5C를 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
일부 실시예에서, 상기 복귀 복사로부터 형성된 이미지에 스페클이 존재하지 않도록, 사이트(43)로부터의 형광 복귀 복사를 생성하기 위해 소스(50)가 사용된다. 본 발명의 양수인에게 양도된 U.S. 특허 출원 10/793,224는 형광 이미지의 생성을 기술하고 있다. 이러한 경우, 소스(50)는 약 405nm에서 동작하는 레이저 다이오드를 포함할 수 있는 것이 바람직하며, 이때 일반적으로 스페클 제거 시스템의 필요성이 존재하지 않는다. 덧붙여, 빔스플리터(52)는 소스(50)로부터의 복사를 반사시키고 빔(26)과 형광 복귀 복사를 전달하는 다이크로익 빔스플리터로서 구성될 수 있는 것이 바람직하다. PU(32)는 소스(50)에 의해 생성되는 이미징 복사의 파장, 또는 파워가 조정되도록 구성될 수 있다. 파장, 또는 파워를 조정함으로써, 상기 형광 복사에 의해 생성되는 이미지가 최적화될 수 있도록, 사이트(43)로의 이미징 복사의 침투의 유효 깊이가 변화될 수 있다. 사이트(43)가 형광화되지 않는 대상, 가령 금속 패드를 포함하는 경우, 형광 복사를 갖는 이미지를 생성하는 것이 이미지의 콘트라스트를 보강시킬 수 있다. 사이트(43)는 서로 다른 형광 속성을 갖는 층을 포함하며, PU(32), 또는 동작자(23)는 이미지를 최적화하기 위해 필터 세트(53)로부터 필터를 선택할 수 있다.
일부 실시예에서, PCB가 충분히 투명해지는 동작 파장, 또는 파장의 범위, 가령 도 2를 참조하여 다음에서 주어지는 파장을 갖도록 소스(50)가 선택된다. 이러한 경우, 부분적으로 정반사성(specular)인 대상(46)에 있어서, 상기 대상은 비교적 어두운 배경에 대비되는 밝은 대상으로서 이미징될 수 있다. 상대적으로 긴 소스 파장, 가령 도 2를 참조하여 다음에서 주어질 파장이 상기 이러한 파장에 대해 비교적 투명해지는 SH9K ABF 수지, 또는 GX3 ABF 수지, 또는 GX13 ABF 수지 등의 물질과 결합되어 사용될 때, 이러한 종류의 “밝은 필드(bright field)”이미징이 생성될 수 있다.
통상적으로, PU(32)는 PCB(24)에 대한 대강의 정렬을 수행하기 위해 병진운동 스테이지(translation stage, 45)를 사용하고, 정교한 정렬을 위해 스테이 지(33, 35)를 사용하여, 영역(42)이 표면(36) 상의 요망 위치에 존재하게 하고, 빔(26)이 상기 표면에 대한 요망 배영으로 위치하게 한다. 그러나 병진운동 스테이지(33, 45)와 빔 조향 스테이지(35)의 동작의 그 밖의 다른 조합이 사용되어 빔(26)의 위치 및 배향을 정할 수 있다.
빔(26)을 이용하여 PCB(24)에서 홀을 미세기계가공하기 위해, 기계가공된 물질이 빔의 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있을 필요가 있다. 이러한 효과적인 흡수는 빔 파장에서의 PCB 수지에 의한, 또는 상기 수지에 포함된 대상, 가령 유리 입자, 또는 섬유에 의한, 또는 PCB에 내장된 대상(46)에 의한 빔의 흡수에 의해, 야기될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 앞서 언급된 단-펄스 레이저의 경우, 빔으로의 유효 흡수는 단-펄스와 PCB 수지, 또는 내장된 대상의 비선형 상호작용에 의해 야기될 수 있다. 일반적으로, 미세기계가공은 PCB의 부분을 절삭함으로써 동작하기 때문에, 미세기계가공의 효율은 상기 빔의 유효 흡수가 증가할수록 증가한다.
그 밖의 다른 다수의 요인이 PCB(24)에서 효과적으로 미세기계가공하는 장치(20)의 효능에 영향을 줄 수 있다.
- 빔 파장에서의 미세기계가공될 PCB 부분의 필요한 유효 흡수는 표면(36) 아래에 위치하는 대상, 가령 대상(46)의 빔 파장에서의 유효 이미징을 제한할 수 있다.
- 장치(20)의 광학 소자 중 일부는 소스(22)로부터의 빔 복사와 소스(50)로부터의 이미징 복사를 모두 운반한다. 덧붙여, 광학 소자는 형광 복사가 생성되면 이를 운반할 수 있다. 3개의 복사가 서로 다른 파장을 가지며, 상기 파장 중 일부는 서로 매우 다를 수 있다. 이러한 경우, 장치(20)의 광학 소자는 복사 소자, 또는 굴절 소자, 또는 이 둘의 조합을 포함하도록, 또는 서로 다른 파장을 올바르게 전달하기 위해 그 밖의 다른 소자, 가령 회절 소자를 선택될 수 있다. 소자를 선택하는 것은 해당업계 종사자에게는 자명한 일이다.
- 빔으로 선택될 수 있는 파장 제한이 존재할 뿐 아니라, 이미징 복사에 대하여 선택될 수 있는 파장, 또는 파장의 범위에 대하여, 그리고 사용된다면 형광 복사에 대하여 파장 제한이 존재한다.
빔 및 이미징 복사의 파장의 선택은 이러한 요인들 및 그 밖의 다른 요인들, 가령 PCB(24)와 대상(46)의 구성요소의 광학 특성의 함수이다. 결과적으로, 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 빔 파장 및 이미징 복사 파장이 유사하도록 선택된다. 이러한 실시예에서, 상기 이미징 복사 파장은 상기 빔 파장과 약 50nm 이하만큼 차이가 난다. 또 다른 실시예에서, 이미징 복사 파장이 빔 파장과 약 100nm 이상만큼 차이가 나도록 두 개의 파장이 서로 다르게 선택된다. 형광 이미징의 경우, 상기 이미징 복사 파장은 형광성을 띄도록 선택되며, PCB 수지에 의해 이미징 복사의 부분적인 흡수가 존재한다.
PCB(24)에서 다수의 홀을 미세기계가공하기 위해 장치(20)가 사용될 수 있으며, 이때 상기 홀은 미세비아(microvia), 또는 블라인드 비아(blind via)를 위해 사용되는 것이 일반적이다. 다수의 홀을 미세기계가공하는 단계에 포함되는 단계는빔(26)을 구역(42)으로 정렬하는 단계와, 상기 구역을 통해 홀을 미세기계가공하는 단계와, 미세기계가공될 구역을 갖는 새로운 사이트 상으로 빔을 재-정렬하는 단계를 포함한다. 이러한 공정은 되풀이하여 반복된다. 상기 공정이 효율적이도록, 빔의 정렬 및 재-정렬이 가능한 신속하게 수행되어야한다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 다수의 홀을 충분히 동시에 미세기계가공하기 위해 장치(20)의 다수의 세트가 구성될 수 있다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 장치(20)의 18개의 세트가 PCB 상에서 동시에 동작된다.
본 발명의 일부 실시예에서, 장치(20)는 소자(51)를 포함한다. 소자(51)의 기능은 도 8을 참조하여 추후 설명된다.
도 2는 서로 다른 파장에서의 수지 두께 35㎛에 대한 서로 다른 타입의 ABF 수지의 퍼센트율로 나타낸 전달 그래프이다.
그래프를 살펴보면 레이저가 UV 레이저일 경우, 레이저(22)에 의해 제공된 것에 대응하는 약 350nm의 파장에서, SH9K ABF 수지는 약 20%를 전달한 반면에, GX3 ABF 수지는 더 흡수력이 높다. 따라서 층(38)이 SH9K ABF 수지인 경우, 소스(50)는 레이저(22)와 거의 동일한 파장을 가질 수 있고, 대상(46)으로부터의 복귀 복사를 생성할 수 있다. 층(38)이 GX3 ABF 수지를 포함하는 경우, SH9K와 동일하거나 그 이상의 복귀 복사를 획득하기 위해, 상기 소스 파장은 약 430nm 이상일 것이다. 도 2의 그래프에 의해 제공된 전달 요인에 추가로, PCB와 대상(46)의 이미징에 영향을 미치는 그 밖의 다른 요인으로는 에폭시 수지를 포함하는 층(38, 40)을 충진하기 위해 사용되는 유리구슬의 크기와 밀도에 따라 변하는 조명 복사의 산란이 있다.
본 발명의 발명자는 800nm 이상의 근적외선 파장에서 두 타입의 수지가 모두 충분히 투과성이 있음을 발견했다. 본 발명의 발명자는 또한 소스(50)가 이러한 파장에서 동작하는 경우, 층(38, 40)에서 내장된 구슬에 의해 초래되는 산란과 무관하게 내장된 대상, 가령 대상(46)의 바람직한 이미지가 생성됨을 발견했다.
도 3은 서로 다른 타입의 수지의 형광성에 대한 그래프이다. ABF 수지 GX3, SH9K 및 GX13에 대한 그래프와, FR4 물질에 대한 그래프는 표준화된 형광 강도(fluorescence intensity) vs. 각각의 수지 물질에 대한 형광 파장을 나타내고 있다. 상기 그래프는 약 300nm의 자극 파장(excitation wavelength)에 대하여 생성되었으나, 본 발명의 발명자는 그 밖의 다른 자극 파장에 대하여, 가령 앞서 예를 든 UV 레이저의 350nm의 파장에 대하여 일반적으로 유사한 그래프가 발생한다고 확인하였다. 본 발명의 일부 실시예는 장치(20)를 동작시킬 때 도 3의 그래프로 나타나는 형광 속성(property of fluorescence)을 사용한다. 예를 들어, 층(40)이 FR4 수지를 포함하고, 층(38)이 GX3 수지를 포함하는 경우, 약 450nm에서 동작하는 대역 통과 필터, 또는 거의 유사한 파장에서 컷-오프(cut-off)를 갖는 장파 통과 필터를 이용함으로써, 상기 두 개의 층은 잘 구별될 수 있다. 두 개의 층으로부터 형광을 관찰하기 위해, 더 짧은 파를 위한 대역 통과 필터, 또는 장파 통과 필터가 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예를 따르는, 장치(20)를 동작시키기 위해 수행되는 단계를 나타내는 흐름도(60)이다.
장치(20)를 이용한 미세기계가공 전에, 상기 장치는 PCB(24)에 대하여 초기 교정된다. (PCB(24)와 구별되는) 특정 교정 패널(calibration panel)을 제작하고, 장치(20)를 이용하여 마크(mark)를 이미징하고, 상기 이미징된 마크로부터 상기 장치에 대한 교정 오프셋을 결정함으로써, 상기 초기 교정이 이뤄질 수 있다.
대안적으로, 또는 추가적으로, 도 3의 그래프에 의해 도시된 형광 속성은 장치(20)의 등록을 위해 사용될 수 있는 것이 바람직하며, 이는 추후 상세히 설명된다.
흐름도(60)의 단계에 대한 다음의 설명은 교정 공정 및 미세기계가공 공정에 관한 것이다.
첫 번째 교정 단계(62)에서, 동작자(23)는 스테이지(45) 상에 특수 교정 패널을 위치시키며, 또는 PCB가 교정을 위해 사용될 경우에는 상기 PCB(24)를 위치시킨다. 동작자는 장치(20)에게 교정 타깃(일반적으로 2 내지 4개의 타깃)의 좌표뿐 아니라 교정 패널, 또는 PCB(24)에서의 상기 표적에 대응하는 형태도 제공한다. 동작자는 컴퓨터 보조 제작(CAM: Computer Aided Manufacturing) 파일로부터 상기 타깃 좌표와 형태를 제공하거나, 또는 동작자가 이를 직접 입력할 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 상기 타깃은 비-파괴적이도록, 또는 파괴적으로 구성될 수 있다. 대안적으로, 교정 패널, 또는 PCB(24)는 통상적으로 기준 핀(reference pin), Ehss 코너, 또는 그 밖의 다른 패널이나 PCB의 기계적 기준 구역을 이용하여 기계적으로 위치할 수 있다.
제 2 교정 단계(64)에서, 동작자는 교정 타깃에 조명하고, 상기 교정 타깃의 위치를 파악하기 위해, 장치(20)의 등록 시스템을 동작시킨다. 조명은 소스(50)에 위치할 수 있으며, 상기 소스(50)는 앞서 언급된 바와 같이 복귀하는 복사(returning radiation, 이하 복귀 복사)가 형광 복사이도록, 자신의 이미징 복사 파장(imaging radiation wavelength)을 갖는 것이 바람직하다. 또한 앞서 언급된 바와 같이, PU(32)는 생성된 이미지를 최적화하기 위해, 소스(50)의 파장, 또는 파워를 조정할 수 있다.
대안적으로, 또는 추가적으로, 상기 교정 표적의 형광이 사용되는 경우, 레이저(22)를 PCB에 대한 절삭 임계 파워보다 낮은 파워로 동작시킴으로써, 타깃을 포함하는 구역이 조명될 수 있다. 이러한 경우, 광학 트레인(optical train, 30)을 이용하여 빔(26)의 초점을 흐림(defocusing)으로써 레이저(22)를 “영역 조명(area illumination)”모드로 동작시킴으로써, 구역은 조명될 수 있다. 대안적으로, 거울(34)을 스캔하고, 따라서 레이저 빔이 빔 조향 스테이지(beam steering stage, 35)를 사용함으로써, 상기 영역 조명 모드는 구현될 수 있다. 상기 교정 타깃은 센서(56) 상에 이미징되며, PU(32)는 센서 상에서 형성된 타깃 이미지를 사용하여, 장치(20)를 교정할 수 있다. 형광이 사용되는 경우, 생성된 이미지를 최적화하기 위해, PU(32), 또는 동작자(23)가 세트(53)의 필터 중 하나를 선택할 수 있으며, 이는 층(38, 40)이 앞서 언급된 바와 같은, 그리고 도 3을 참조하여 설명된 바와 같은 서로 다른 수지를 포함하는 경우에 일반적이다.
다음 단계는 교정을 위해 PCB(24)가 사용됐으며, 상기 PCB는 장치(20)에 위치한다고 가정한다. 또한 다음의 단계에서, 대상(46)은 예를 들어 고립된 원형 패드라고 가정되며, 홀은 상기 패드를 통과하여 표면(36)에 수직으로 미세기계가공된 다고 가정된다. 그 밖의 다른 타입의 대상(46), 가령 장방형 컨덕터와 연결되는 원형 패드, 또는 연결된 원형 패드들로 구성된 어레이에 대하여, 해당업계 종사자라면 흐름도의 단계의 기재를, 필요한 변경을 가하여 적용할 수 있을 것이다.
제 1 미세기계가공 단계(65)에서, 동작자(23)는 PCB(24)에서 구현되는 전기 회로에 대응하는 CAM 파일을 메모리(25)로 로딩한다.
제 2 미세기계가공 단계(66)에서, PU(32)는 형태와 상기 형태의 공칭 좌표를 결정하기 위해 CAM 파일을 사용하며, 이때 홀이 미세기계가공될 것이다. 다음의 기재에서, 공칭 좌표가 대상(46)의 좌표, 또는 상기 대상을 포함하는 사이트(43)의 좌표일 수 있도록 홀은 대상(46)의 중앙에서 미세기계가공된다고 가정된다. 대안적으로, 대상(46)의 공칭 좌표 및 형태는 전기 회로의 이미지의 분석으로부터 알 수 있을 것이며, 상기 분석은 동작자(23), 또는 PU(32), 또는 둘 모두에 의해 수행된다.
제 3 미세기계가공 단계(68)에서, 대강 조정 제어 신호를, PCB(24)와 트레인(30)과 거울(34)을 포함하고 있는 모션 스테이지로 제공하기 위하여 PU(32)는 공칭 좌표에 대응하는 신호를 사용하여, 대상(46)이 센서(56)의 시계(field of view)로 이동될 수 있다. 위치하기(positioning)가 프로세싱 유닛에 의해 완전한 자동화로 수행될 수 있다. 대안적으로, PU(32)에게 공칭 좌표를 제공함으로써, 동작자(23)가 위치하기를 부분적으로 구현할 수 있다.
단계(68)에서부터, PU(32)는 두 개의 가능한 경로 중 하나를 따른다. 제 1 경로(69)는 빔 등록 단계(70, 72)를 통해 대상 조명 단계(74)로 이끈다. 제 2 경 로(71)는 직접 대상 조명 단계(74)로 이끈다. 흐름도(60)가 첫 번째 동작되는 경우, PU(32)가 제 1 경로(69)를 따르고, 단계(70, 72)에서 수행되는 빔 등록이 미세기계가공되는 각각의 대상에 대하여 수행되지 않도록 주기적으로 다시 돌아온다. 빔 등록은 매 t초마다 간헐적으로 수행되며, 이때 t는 동작자(23)에 의해 선택된 매개변수이며, 통상적으로 약 10이다.
경로(69)에서, 제 1 빔 등록 단계(70)에서, 레이저(22)는 절삭 임계치 이하의 낮은 파워로 동작되어, 사이트(43) 상에서 충돌(impinge)한다. 상기 레이저 빔은 사이트(43) 상에서 충돌하는 곳, 본원에서는 구역(42)에서 형광을 도출시키며, 이 경우, 복귀 형광 복사의 초점이 센서(56)에서 맞춰져서, 구역(42)의 센서에서 이미지가 형성될 수 있다. 대안적으로, PCB의 형광이 시용되는 것이 아니라, 이전에 절삭 교정 기판(ablative calibration board)이 사이트(43)로 추가될 수 있다.
경로(69)의 제 2 빔 등록 단계(72)에서, PU(32)는 센서(56) 상의 레이저 빔의 위치를 기록한다.
대상 조명 단계(74)에서, PU(32)는 대상(46)을 조명하기 위해, 레이저(22)의 스위치를 끄고, 소스(50)를 동작시킨다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 단계(74)에서, PU(32)는 레이저(22)를 낮은 파워로, 또는 앞서 언급된 영역 조명 모드로 유지할 수 있다. 통상적으로, PU(32)는 대상(46)의 인접부에서, PCB로부터의 생성된 복귀 형광 복사를 사용하여, 다음 단계(76)에서 설명될 이미지를 생성할 수 있다. 상기 형광 복사는 레이저(22), 또는 소스(50)의 복사로부터 생성될 수 있다. 상기 이 미지는 복귀 형광 복사로부터 홀로 형성되거나, 소스(50)의 파장에서의 복귀 복사와 함께 형성될 수 있다. 통상적으로, 예를 들어 서로 다른 수지 타입(ABF, FR4)을 포함하는 층(38, 40)에 대하여, 복귀 형광 복사의 경우, PU(32)는 세트(53)로부터 이미지를 최적화하기 위한 필터를 선택할 수 있다.
대상 기록 단계(76)에서, PU(32)는 센서(56)에서 생성되는 대상의 이미지를 기록한다. PU(32)는 센서(56)로부터의 신호 레벨을 분석하여, 중심에 대한 실제 좌표에 대응하는 신호를 결정할 수 있다.
분석의 예가 도 5B 및 5C를 참조하여 기술된다. 경로(69)를 따를 경우, 프로세싱 유닛이 원형 패드의 중심의 실제 좌표와 단계(72)에서 알아낸 빔 위치 간의 오프셋을 기록 및 판단한다. 경로(71)를 따를 경우, 프로세싱 유닛은 경로(69)의 가장 최근의 실행에서 알아낸 오프셋을 이용한다.
모션 단계(78)에서, PU(32)는 단계(76)에서 결정된 오프셋을 사용하여, 대상(46)의 중심에 관련하여 빔 위치를 조정할 수 있다. 통상적으로, 빔 조향 스테이지(35)를 동작시킴으로써, 상기 조정은 이뤄져서, 거울(34)를 올바르게 정렬할 수 있다.
레이저 동작 단계(80)에서, PU(32)는 소스(22)의 파워를 절삭 임계치 이상으로 스위칭하여, 상기 빔이 층(38) 및 대상(46)을 절삭할 수 있고, 따라서 대상(46)의 중심의 실제 좌표에서 홀이 미세기계가공될 수 있다. 일부 실시예에서, 미세기계가공 동안, 상기 프로세싱 유닛은 광학 소자 트레인(30)을 사용하여, 미세기계가공이 진행됨에 따라 빔(26)의 초점을 변경시킬 수 있다.
제 1 판단(82)에서, PU(32)는 PCB(24) 상에서 수행될 추가적인 미세기계가공 작업이 PCB(24)의 나머지 사이트에서 존재하는지의 여부를 체크한다. 더 이상의 작업이 없을 경우, 흐름도(60)는 종료된다. 추가적인 작업이 존재하는 경우, 대상(46)에 충분히 유사한 대상의 중심에서 홀이 기계가공된다고 가정되며, 흐름도(60)는 제 2 판단(84)으로 계속된다.
제 2 판단(84)에서, PU(32)는 대상(46)으로부터 기계가공될 다음 대상의 공칭 포지션까지의 거리가 지정 거리(통상적으로 10mm)보다 큰지의 여부를 판단한다. 상기 거리가 지정 거리보다 큰 경우, 카운터 N은 0으로 설정되고, 흐름도는 단계(66)로 복귀하여 다음 대상을 기계가공할 수 있다.
상기 거리가 지정 거리 이하일 경우, 제 3 판단(86)에서, PU(32)는 단계(76)에서 기록된 오프셋이 지정 값 이하인지의 여부를 체크한다. 오프셋이 지정 값 이하일 경우, 단계(88)에서, N개의 다음 대상에 대하여 단계(78, 80)를 수행함으로써, PU(32)는 장치(20)를 동작시키며, 이때 N은 앞서 언급된 바와 같이 카운터이고, N은 지정 값, 통상적으로 10으로 설정된다. 동작자(23)는 단계(65)에서 CAM 파일이 로딩될 때 N의 지정 값을 설정할 수 있다.
단계(88)를 수행하는 동안, PU(32)는 매 기계가공 작업 후에 대상들 간의 거리가 지정 거리를 초과하는가를 체크하고, 그럴 경우 흐름도는 화살표(73)에 의해 나타나는 바와 같이 단계(66)로 복귀한다. N개의 대상이 기계가공됨에 따라, 지정 거리가 초과되지 않는 경우, PU(32)는 N개의 대상을 기계가공하는 것을 완료하고, 흐름도를 단계(66)로 복귀시킨다.
판단 단계(84)에 의해, 동작자(23)는 등록 단계(66 - 76)가 수행된 대상의 지정 거리 내에 위치하는 대상들이 등록 단계를 수행하지 않고 기계가공될 수 있도록 장치(20)를 구성할 수 있다. 다시 말하자면, 주어진 대상에 대하여 정해진 오프셋은 상기 주어진 대상과 유사한 대상들로 구성된 그룹에 대하여 빔을 위치시키기 위해 사용된다.
판단 단계(86)에 의해, 동작자는 단계(76)에서 발견된 오프셋의 크기에 의해 앞서 언급된 그룹에 속해 있는 대상의 개수가 판단되도록 장치를 구성할 수 있다. 따라서 판단된 오프셋이 지정 오프셋 이하일 경우, N의 값, 즉 상기 그룹에 속하는 대상의 개수가 기계가공될 대상의 다음 그룹에 대하여 증가된다. 판단된 오프셋이 지정 오프셋 이상일 경우, N의 값은 기계가공될 대상의 다음 그룹에 대하여 감소된다.
통상적으로 동작자는 단계(65)에서 지정 거리 및 지정 오프셋의 값을 입력한다.
앞선 기재는 원형 패드의 중심을 관통하는 표면(36)에 수직인 원형 홀을 미세기계가공하기 위해 제공된다. 예를 들어, 장치(20)는 홀을 비-수직적으로 미세기계가공하기, 또는 비-원형 홀을 미세기계가공하기 등의 그 밖의 다른 미세기계가공 작업도 수행할 수 있으며, 그 예로 슬릿의 형태인 홀을 미세기계가공하기, 또는 흐름도(60)에서 결정된 실제 좌표에 대응하는 위치와 다른 위치에서 홀을 미세기계가공하기가 있다. 상기 미세기계가공은 PCB를 완전하게 관통하는 홀, 또는 상기 PCB를 완전하게 관통하지 않는 홀을 형성하기 위해 제공될 수 있다. 프로세싱 유닛이 단계(78, 80)에서 병진운동 스테이지(33), 또는 병진운동 스테이지(45), 또는 빔 조향 스테이지(35) 중 하나 이상의 추가적인 작업을 구현함으로써, 이러한 그 밖의 다른 미세기계가공 작업을 적용시킬 수 있음을 해당업계 종사자라면 알 것이다.
통상적으로, 단계(68)에 대응되는 대강의 정렬은, 자동적으로 수행되는 경우, 이전에 미세기계가공된 홀로부터 약 1 - 3ms 정도 걸린다. 빔 조향 스테이지(35)가 검류계(galvanometer)를 기반으로 하는 것인 경우, 더 단축된 시간이 적용되고, 스테이지가 2-축 스캐닝 시스템인 경우 더 긴 시간이 걸리는 것이 일반적이다. 앞서 언급된 단계(78)에서의 미세 정렬 절차에는 약 1ms 이하가 걸리는 것이 바람직하다. 미세기계가공되는 각각의 사이트로 발사되는 높은 강도 이미징 복사 때문에 이러한 시간은 얻어진다.
본 발명의 발명자는 이러한 시간 때문에, PCB를 기계가공하기 위한 흐름도(60)의 적용에서 어떠한 시간도 허비되지 않음을 발견했으며, 이것이 이러한 기계가공에 대한 흐름도의 단계를 적용하지 않는 종래 기술 시스템과 비교되는 것이다. 덧붙이자면, PCB를 기계가공하는 동안, 단계, 가령 판단 단계(84, 86)가 수행될 수 있다. 따라서 흐름도(60)는 충분히 실시간으로 동작되도록 구현될 수 있다. 앞서 언급된 시간에서 동작됨으로써, 바람직하지 않은 상대적으로 긴 주기 효과, 가령 열 드리프트(thermal drift)가 제거될 수 있다. 덧붙여, 등록 단계(70, 72)를 간헐적으로 수행함으로써, 미세기계가공의 정확도에 영향을 미치지 않고, 전체 동작 시간이 감소된다.
도 5A는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는 장치(20)에서 사용될 수 있는 광 학 센서(56)의 표면의 다이어그램을 도시한다. 일반적으로, 앞서 주어진 정렬 시간에서 정렬 신호를 발생시키기 위해, 센서(56)는 보완적인 금속 옥사이드 반도체(COMS) 기법을 이용한다. 대안적으로, 센서(56)는 하나 이상의 CCD(charge coupled device), 또는 그 밖의 다른 적합한 감지 장치를 포함할 수 있다.
다이어그램(164)이 센서(56)의 표면을 도시한다. 센서(56)는 검출기 소자(170)의 장방형 어레이를 포함한다. 적합한 이미지 센서의 일부 예가 다음에서 설명된다. Micron Technology, Inc(아이다호, 보이스)가 MTM001 CMOS 1.3 Mpixel 장방형 어레이 센서를 제공하며, 본 발명의 발명자는 이것이 적합하다고 발견했다. 프로그램 가능한 관심 영역(AOI: area of interest)을 이용하여 센서의 소자의 개수가 제한될 수 있으며, 이에 따라서 어레이가 약 1 - 3ms의 짧은 획득 시간 동안 사용될 수 있다. Hamamatsu Phtonics K.K.(일본)에 의해, 두 개의 1차원 어레이로서 동작할 수 있는 256 x 256 검출기 소자 S9132 어레이가 제공되어 합산된 출력이 제공되며, 이는 추후 상세하게 설명된다. 센서(56)로서 사용되기에 적합한 그 밖의 다른 어레이가 해당업계 종사자에게 친숙할 것이다.
대상(46)에 관련된 특정 위치를 정확하게 결정하기 위해, PU(32)가 소자(170)로부터의 신호를 사용할 수 있는 것이 바람직하다. 도 5B 및 5C는 대상(46)의 이미지의 예를 도시한다. 예를 들어, 대상(46)은 원형 패드를 포함하며, 상기 원형 패드의 중앙이 미세기계가공된다고 가정된다. 도 5B에서, 대상(46)은 고립된 원형 패드를 포함하며, 이미지(166)가 생성된다. 도 5C에서, 대상(46)은 장방형 컨덕터로 연결되는 원형 패드를 포함하며, 장방형 부분(180)으로 연결되는 원형 부 분(178)으로 구성된 이미지(176)가 생성된다.
센서(56)가 개별 픽셀로 구성된 장방형 어레이, 가령 앞서 참조된 Micron 어레이를 포함하는 경우, 이미지(166)에 대하여 PU(32)는 분석될 픽셀의 개수를, 이미지(166)를 둘러싸는 픽셀(168)의 장방형 세트까지로 감소시킬 수 있으며, 픽셀 개수의 감소는 이미지 획득 시간을 감소시킨다. 그 후, PU(32)는 통상적으로 에지-검출 알고리즘(edge-detection algorithm)을 이용하여, 모든 이미징된 픽셀을 원으로 대응시켜서, 이미지(166)의 중심을 서브-픽셀 정확도까지 식별할 수 있다.
예를 들어, 1.3Mpixel의 100 x 100 픽셀을 이용함으로써, 이미지 획득 시간은 30Hz의 공칭 프레임율(frame rate)과 비교하여 거의 100만큼 개선될 수 있으며, 서브-밀리초(sub-millisecond) 획득 시간이 제공된다. 이러한 짧은 획득 시간은 소스(50)로부터 거울(34)을 통해 발사되는 사이트 조명에 의해 제공되는 높은 이미지 조명 강도를 요구한다(도 1).
이미지(176)에 대하여, PU(32)는 분석될 픽셀의 개수를, 픽셀의 장방형 세트까지로 감소시켜서, 장방형 부분(180)의 픽셀 중 일부를 잘라낼 수 있다. 에지 검출 알고리즘을 사용함으로써, PU(32)는 비-선형 에지를 형성하는 이미징된 픽셀을 하나의 원으로 대응시켜서, 원형 부분(178)의 중심을 서브-픽셀 정확도까지로 식별할 수 있다. 대안적으로 PU(32)는 모든 픽셀을, 원의 한쪽 측 상에서 두 개의 평행하는 선들에 의해 교차되는 하나의 원에 의해 생성되는 이론상 기대되는 에지로 대응시키는 에지-검출 알고리즘을 사용할 수 있다.
일반적으로, PU(32)에 의한 분석을 위해 선택된 픽셀은 단순한 장방형 어레 이일 필요가 없다. 예를 들어, 이미징되는 사이트는 큰 원형 패드에 부착되는 작은 원형 패드를 포함할 수 있으며, 이러한 경우, PU(32)에 의해 선택되는 픽셀은 상기 사이트를 단지 둘러싸기 위해 선택된 픽셀의 불규칙적인 세트로서 구성될 수 있다.
센서(56)는 어레이의 각각의 픽셀에 대하여 출력이 제공되지 않는 하나의 어레이, 가령 앞서 언급된 Hamamatsu 어레이를 포함할 수 있다. 이러한 경우, PU(32)는 상기 어레이의 합산된 출력에 대응하는 곡선을 제공하여, 이미지(166, 178)의 중심을 찾을 수 있다.
도 6은 본 발명의 대안적 실시예에 따르는 빔 정렬 장치(320)의 개념도이다. 추후 설명되는 차이점은 제쳐두고, 장치(320)의 동작이 도 1의 장치(20)의 동작과 일반적으로 유사하며, 장치(20)와 장치(320)에서의 동일한 참조 번호로 지시되는 요소는 구성 및 동작면에서 일반적으로 유사하다.
장치(320)는 빔스플리터(326)를 포함하며, 빔스플리터(52)는 제거된다. 빔스플리터(326)는 소스(50)로부터의 이미징 복사를 전송하기 위해, 그리고 사이트(43)로부터 센서(56)로 복귀하는 이미징을 반사시키기 위해 사용된다. 복귀 복사가 소스(50)와 동일한 파장을 갖는 경우, 빔스플리터(326)는 50/50 빔스플리터이다. 복귀 복사가 형광 복사인 경우, 빔스플리터(326)는 다이크로익 빔스플리터로서 구성될 수 있다. 대안적으로, 다음에서 설명될 바와 같이, 빔스플리터(326)는 편광 빔스플리터(polarizing beamsplitter)일 수 있다.
장치(320)에서, 광학 소자 트레인(30)은 광소자의 두 개의 세트로 분리된다. 제 1 세트(324)는 일반적으로 소스(22)로부터의 빔의 확대를 변화시키기 위해 사용 될 수 있는 이동가능한 광학 소자를 포함한다. 제 2 세트(322)는 고정된 광학 소자를 포함하는 것이 일반적이다. 트레인(30)을 두 개의 세트로 분할시킴으로써, 빔스플리터(28)와 거울(34) 간의 조명 및 이미징 경로에 영향을 주지 않고, 소스(22)로부터의 빔의 확대가 조정될 수 있다.
장치(320)의 소자(323, 325)는 추후 설명된다.
장치(320)에서 제공되는 보통의 이미징 조명이 사이트(43)에 걸쳐 일반적으로 균일한 경우, 즉, 조명에 노출되는 구조물이 거의 없거나, 전혀 없는 경우, 정반사성 대상(specular object, 46)의 최종 이미지는 상기 대상을 둘러싸고 있는 구역의 어두운 배경 이미지에 대비되는 대상의 밝은 이미지이며, 상기 두 개의 이미지는 바람직한 콘트라스트를 갖는다.
장치(20, 320)를 살펴보면, 광학 소자, 가령 조향가능한 거울(34)과 광소자 트레인(30)이 둘 이상의 서로 다른 파장, 즉 빔(26)의 빔 파장과 소스(50)의 복사 파장을 전달함을 알 수 있다. 형광이 사용되는 경우, 광학 소자는 3개의 서로 다른 파장, 즉, 빔 파장과, 이미징 복사 파장과, 형광 파장을 전달할 수 있다. 분리된 세트의 소자가 서로 다른 파장에 대하여 사용되는 경우, 둘, 또는 세가지의 서로 다른 파장을 전달하도록 동일한 소자를 구성함으로써, 필요한 광학 소자의 개수가 감소된다.
도 7은 본 발명의 추가적인 대안적 실시예에 따르는 빔 정렬 장치(330)의 개념도이다. 추후 설명될 차이점은 제외하고, 장치(330)의 동작은 도 1의 장치(20) 및 도 7의 장치(320)의 동작과 일반적으로 유사하며, 장치(20, 320, 330)에서 동일 한 참조번호로 지시되는 소자는 구조 및 동작 측면에서 일반적으로 유사하다.
장치(330)는 거울(34)과 사이트(43) 간의 렌즈 시스템(336)을 포함한다. 렌즈 시스템(336)은 거울(34)로 하여금 약 ±20°의 FOV를 갖게 하는 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens)를 포함한다. 렌즈 시스템을 추가함으로써, 장치(330)를 “전-스캔(pre-scan)”시스템으로서 구성한다. 앞서 설명된 후-스캔(post-scan) 시스템과 비교되는 거울의 더 넓은 FOV로 인하여, 거울은 빔(26)을 PCB(24)의 더 넓은 영역으로 투사하면서, 상기 영역을 이미징할 수 있다.
광학 세트(324, 322)는 이동형 소자를 포함하는 제 1 세트(334)와, 고정형 소자를 포함하는 제 2 세트(332)로 각각 재구성되는 것이 일반적이며, 이때 세트(334)와 세트(332)는 렌즈 시스템(336)을 수용하기 위해 선택된다.
장치(20, 320, 330)에 대한 앞의 기재는, 이미징 조명이 표면(36)에 일반적으로 수직이고, 일반적으로 비-구조적(unstructured)이라는 가정으로 이뤄진다. 본 발명의 일부 실시예에서, 추후 설명될 바와 같이, 이미징 조명은 상기 조명이 구조를 갖도록 구성될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따르는 소스(50)에 의해 제공되는 이미징 복사 구성(344)을 도시하고 있다. PCB(24)의 단면도(340) 및 평면도(342)는 복사 구성(344)에 대해 나타난다. 구성(344)에서, 표면(36) 상으로의 이미징 복사는, 예를 들어 이미징 복사의 환형 링(346)으로서 구조된다. 이미징 복사는 층(38, 40)을 관통하고, 상기 층에서 사용된 충진 물질 때문에 층 내에서의 산란으로 인하여 층 내에서 부분적으로 확산될 수 있다. 관통 및 부분 산란의 조합에 의해, 화살표(348) 이 나타내는 바와 같이, 대상(46)에 효과적으로 역광이 비춰질 수 있고, 따라서 센서(56)에서 높은 콘트라스트의 이미지가 생성될 수 있다. 상기 높은 콘트라스트의 이미지는 대상(46)이 정반사성(specular)인지, 비-정반사성(non-specular)인지와 관계없이 생성된다. 덧붙여, 역광에 의해 생성되는 높은 콘트라스트 이미지가, 층 내에서의 복사 산란에 의해 초래될 수 있는 이미지의 오염(blurring)을 효과적으로 보상한다. 역광 효과를 사용하지 않으면, 이미지 오염에 의해 이미지의 측정된 위치에서의 변이가 초래될 수 있다.
소자(51), 일반적으로 저지수단(stop)을 렌즈(49)와 빔스플리터(52) 사이에 위치시킴으로써, 장치(20)에서 복사 구성(344)이 제공될 수 있는 것이 바람직하다. 명료성을 위해 설명하지 않겠지만, 적정 저지수단을 렌즈(55)와 빔스플리터(28) 사이에 위치시킴으로써, 장치(320)에서 구성(344)이 또한 제공될 수 있다. 장치(20, 320, 330)에서 복사의 환형 링을 생성하기 위한 그 밖의 다른 방법, 가령 구조된 조명(structured illumination)을 제공하도록 설계된 회절 소자를 사용하는 방법이 해당업계 종사자에게 자명할 것이며, 이는 본 발명의 범위 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 소자(51)는 이러한 회절 소자를 포함할 수 있다. 구조된 조명의 그 밖의 다른 형태가 소스(50)에 의해 제공될 수 있으며, 상기 조명은 이미징되는 사이트에 따라서 구조된다. 예를 들어, 선형 트레이스 주위의 구역을 조명하기 위해 장방형의 조명이 사용될 수 있다. 구조된 조명의 이러한 모든 형태는 본 발명의 범위 내에 포함될 수 있다.
구성(344)에 대하여, 소스(50)는 매우 짧은 간섭 길이를 갖는 레이저 이미 터(laser emitter)이도록 선택될 수 있으며, 이에 따라서 스페클이 존재하지 않는다. 본 발명의 발명자는 기계가공되는 대상의 크기(가령 원형 패드의 직경)의 1-2배 수준의 간섭 길이를 갖는 레이저가 적합하다는 것을 발견했다.
도 6을 다시 참조하면, 대안적인 복사 구성이 편광 조명 복사(polarized illuminating radiation)를 사용한다. 도 6에서 도시된 바와 같이, 편광기(polarizer, 323)가 소스(50)의 뒤에 위치할 수 있으며, 분석기(analyzer, 325)가 센서(56) 앞에 위치한다. 대안적으로, 소스(50)가 편광된 복사를 제공하는 것이 일반적이기 때문에, 편광자(323)에 대한 필요성이 없을 수 있다. 편광자(323), 또는 소스(50)의 복사가 편광되는 경우의 배향과, 분석기(325)의 배향이 PU(32)에 의해 제어될 수 있다. 대안적으로, 상기 배향이 동작자(23)에 의해 고정된 값으로 미리설정될 수 있는 것이 일반적이다. 표면(36)으로부터의 반사와, PCB(24)의 중간 표면, 가령 층(38)과 층(40) 사이의 경계부로부터의 반사는 실제로 낮은 입사각으로 들어오는 편광된 복사와 동일한 편광을 갖는다. 층(38, 40)으로부터 복귀하는 산란된 복사는 비교적 약하며, 들어오는 편광된 복사와 동일한 방향으로 편광된다. 그러나 내장 수지를 갖는 대상의 부착력을 개선하기 위해, 대상(46)이 부분적으로 거침 처리가 된 금속 표면을 갖는 경우, 반사된 복사는 충분히 역-편광(depolarized)되어, 들어오는 편광된 복사에 90°의 성분을 갖는다. 대안적 실시예에서, PU(32)는 편광기(323) 및 분석기(325)가 교차 편광(cross-polarization)을 갖도록 배열하거나, 동작자(23)가 이러한 배향을 지정하여, 표면과, 층(38, 40)의 내부로부터의 정반사는 흡수될 수 있는 반면에, 대상(46)으로부터의 역-편광된 복 사가 전달될 수 있다. 따라서 교차 편광에 의해, 대상(46)을 둘러싸는 물질과의 높은 콘트라스트를 갖는 상기 대상의 바람직한 이미지가 제공된다.
편광 조명 복사를 위한 대안적 실시예에서, 편광기(323)와 분석기(325) 모두 사용되지 않는다. 오히려 소스(50)는 편광 조명을 제공하도록 구현되고, 빔스플리터(326)는 상기 소스로부터 편광 조명을 전달하는 편광 빔스플리터로서 구성되다. 상기 편광 빔스플리터는 대상(46)으로부터의 복사를 포함하는 역-편광된(depolarized) 복사를 센서(56)로 반사시키는 역할을 하며, 이에 따라서 앞서 언급된 바와 같은 상기 대상의 바람직한 이미지가 형성된다.
도 1을 다시 참조하면, 빔스플리터(52)는 소스(50)의 파장에서 편광 빔스플리터로서 구성되어, 상기 장치(20)의 센서(56)가 장치(320)에서 형성되는 이미지와 충분히 유사한 대상(46)의 이미지를 형성할 수 있다.
앞서 언급된 편광 실시예에 의해, 센서(56)는 대상(46)과 그 주변으로부터의 복귀 복사를 편광시킬 수 있게 분석할 수 있다.
편광 실시예에서, 스페클 소스(50)를 감소시키는 것은, 기계가공되는 대상의 크기 이하의 간섭 길이(coherence length)를 갖는 레이저 이미터(laser emitter)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 원형 패드에서, 상기 간섭 길이는 상기 패드의 직경보다 충분히 작을 수 있다. 스페클을 감소시키기 위한 그 밖의 다른 방법, 가령 앞서 예로 든 방법이 또한 사용될 수 있다.
앞서 언급된 실시예는 PCB를 미세기계가공하기 위해 실제 위치를 조정하도록, PCB(24), 또는 이에 내장된 대상(46)의 광학 이미지를 사용하는 것과 관련되어 있다. 그러나 필요한 실제 위치를 결정하기 위해, PCB, 또는 이에 내장된 대상의 그 밖의 다른 타입의 이미지가 PU(32)에 의해 사용될 수 있는 것이 자명하다. 덧붙이자면, 본 발명의 실시예가 PCB가 아닌 물질(가령 세라믹, 또는 유리)에 내장된, 또는 그 표면 위에 위치하는 대상을 이미징하기 위해 사용될 수 있다. 해당 업계 종사자는 그 밖의 다른 타입의 이미지에 의해 획득되는 변경을 수용하기 위해, 불필요한 실험 없이 앞선 설명들을 수정적용할 수 있을 것이다.
본 발명에 따르는 광학 정렬(optical alignment), 세부적으로는 인쇄 회로 기판에서 처리될 타깃(target)의 광학 정렬이 제공된다. 특히 인쇄 회로 기판(PCB)에서 홀(hole)을 형성하기 위해 레이저 미세기계가공이 이용된다. PCB의 소자의 크기가 축소됨에 따라, 레이저 기계가공의 위치파악도 및 정확도가 증가한다.

Claims (52)

  1. 물질을 미세기계가공하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은
    광학 시스템의 주어진 소자를 통해, 조명 파장(illumination wavelength)의 조명을 물질의 사이트(site)로 제공하는 단계를 수행하도록, 광학 시스템(optical system)을 구성하는 단계, 여기서 상기 조명은 상기 사이트로부터 복귀하는 복사(returning radiation, 이하 복귀 복사)를 생성함,
    상기 주어진 소자를 통해 복귀 복사를 수신하는 단계를 수행하도록, 그리고 이에 따라 사이트의 이미지를 형성하는 단계를 수행하도록 광학 시스템을 구성하는 단계,
    상기 이미지로부터 사이트에서의 위치(location)의 실제 포지션을 계산하고, 상기 위치의 실제 포지션을 나타내는 신호를 출력하는 단계,
    상기 조명 파장(illumination wavelength)과는 구별되는 미세기계가공 파장을 갖는 미세기계가공 복사의 빔을 생성하는 단계,
    상기 신호에 응답하여 위치에 관련하여 정렬된 빔을 형성하도록, 상기 빔을 위치시키는 단계, 및
    상기 위치에서의 미세기계가공 작업을 수행하기 위해, 상기 광학 시스템의 주어진 소자를 통해 상기 정렬된 빔을 위치로 전달하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 사이트는 하나 이상의 유전체 기판(dielectric substrate)에 내장되는 대상(object)을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 사이트로 조명을 제공하는 단계는, 상기 대상을 둘러싸는 구역만 조명하는 구조된 조명(structured illumination)을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 구조된 조명을 제공하는 단계는, 회절 소자(diffractive element)를 이용하여 구조된 조명을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 사이트로 조명을 제공하는 단계는, 사이트가 형광(fluoresces)을 내는 파장이도록, 조명 파장을 선택하는 단계를 포함하며, 이때 상기 복귀 복사는 제공된 조명에 응답하여 사이트에서 생성된 형광 복사를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 사이트의 이미지를 최적화하기 위해, 형광 복사를 필터링(filtering)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 사이트로 조명을 제공하는 단계는 상기 사이트로 편광된 조명(polarized illumination)을 제공하는 단계를 포함하며, 이때, 상기 사이트의 이미지를 형성하는 단계는 상기 사이트로부터의 복귀 복사를 편광가능하도록 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 주어진 소자는 조향가능한 거울(steerable mirror)을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 사이트는 미세기계가공이 수행될 다수의 서로 다른 서브-사이트를 포함하며, 빔을 위치하게 하는 단계는 상기 거울을 조향하기만 함으로써, 다수의 서로 다른 서브-사이트로 빔을 발사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 주어진 소자는, 상기 빔과 상기 조명을 사이트로 포커싱하도록 구성되는 광학 소자 트레인(optical element train)을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 사이트는 사이트 영역을 포함하며, 상기 사이트로 조명을 제공하는 단계는, 상기 사이트 영역과, 상기 사이트 영역보다 크지 않고 연속인 추가적인 영역으로 조명을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 이미지를 형성하는 단계는, 이미지 센서 상의 이미지를 형성하는 단계를 포함하며, 이때 조명은 3밀리초(millisecond) 이하 내에 상기 이미지 센서 상에서 이미지를 생성하는 강도(intensity)를 갖는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 이미지를 형성하는 단계는, 픽셀의 어레이를 포함하는 이미지 센서 상의 이미지를 형성하는 단계와, 상기 이미지의 분석을 위해, 상기 영역 및 상기 추가적인 영역에 응답하여 상기 어레이로부터 픽셀을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 사이트로 조명을 제공하는 단계 이전에 이뤄지는, 위치(location)의 공칭 포지션(nominal position)을 결정하는 단계와, 상기 공칭 포지션에 응답하여 조명을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  15. 제 1 항에 있어서, 미세기계가공 복사의 빔을 생성하는 단계는,
    사이트에 대한 절삭 임계치(ablation threshold) 이하인 빔 파워로, 저-파워 빔을 생성하는 단계,
    상기 저-파워 빔을 사이트로 전달하는 단계, 그리고
    상기 사이트에서 저-파워 빔의 이미지에 응답하여 빔에 대한 오프셋(offset)을 결정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 빔을 위치시키는 단계는, 상기 오프셋에 응답하여 빔을 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 위치(location)로 위치된 빔을 전달하는 단계는, 빔이 상기 절삭 임계치 이상의 파워를 갖도록 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  18. 제 1 항에 있어서, 조명 파장이 상기 사이트가 비-흡수성이 되는 값을 갖도록 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 사이트는 외부 표면을 포함하며, 상기 사이트로 조 명을 제공하는 단계는, 외부 표면에 수직인 이미징 복사(imaging radiation)를 이용하여 사이트로 조명을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 사이트로 조명을 제공하는 단계는, 상기 사이트에서 간섭 이미징 복사(coherent imaging radiation)를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 간섭 이미징 복사는 상기 사이트의 크기의 두배 이하인 간섭 길이(coherence length)를 갖는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  21. 제 1 항에 있어서, 실제 포지션을 계산하는 단계는
    상기 사이트의 기대되는 이미지에 따르는 이론적 관계(theoretical relationship)을 제공하는 단계,
    상기 이미지로부터 실제 관계(actual relationship)을 결정하는 단계, 그리고
    상기 실제 관계를 상기 이론적 관계에 맞추는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 사이트의 이미지를 형성하는 단계는, 상기 사이트에서의 조명의 투과 깊이를 변화시키기 위해 조명 파장과, 조명의 파워 중 하나 이상을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 사이트는 확산 층(diffusive layer)에 내장된 대상을 포함하며, 이때, 상기 확산 층에 내장된 대상으로 형성된 이미지로부터 도출된 변이(deviation)에 대하여 보상을 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  24. 물질을 미세기계가공하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은
    상기 물질이 형광(fluoresces)을 내는 동작 파장의, 그리고 미세기계가공하기에 불충분한 빔 파워로의 복사의 빔을, 위치(location)를 포함하는 물질의 사이트(site)로 제공하여, 상기 사이트로부터 형광 복사(fluorescent radiation)를 생성하기 위해, 소스를 동작시키는 단계,
    상기 형광 복사에 응답하여 사이트의 이미지를 형성하는 단계,
    상기 이미지에 응답하여, 위치(location)에 대하여 빔을 위치시키는 단계, 그리고
    상기 동작 파장의, 그리고 상기 위치의 미세기계가공을 야기하기에 충분한 미세기계가공 파워의 복사의 빔을 위치로 제공하기 위해, 상기 소스를 동작시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 빔 파워로 소스를 동작시키는 단계는 복사의 빔을 빔 발사 광학 시스템(beam directing optical system)을 통해 상기 사이트로 제공하는 단계를 포함하며, 이미지를 형성하는 단계는 상기 형광 복사를 상기 빔 발사 광학 시스템의 하나 이상의 소자를 통해 이미지 센서로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 사이트의 이미지를 최적화하기 위해, 형광 복사를 필터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 방법.
  27. 물질을 미세기계가공하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는
    광학 시스템(optical system)의 주어진 소자를 통해, 조명 파장(illumination wavelength)의 조명(illumination)을 물질의 사이트(site)로 제공하는 동작을 수행하도록 구성되는 복사 소스(radiation source)로서, 상기 조명이 상기 사이트로부터 복귀하는 복사(returning radiation, 이하 복귀 복사)를 생성하는 상기 복사 소스(radiation source),
    상기 주어진 소자를 통해 복귀 복사를 수신하며, 이에 따라서 상기 사이트의 이미지를 형성하는 동작을 수행하도록 구성되는 이미지 센서,
    상기 조명 파장과는 구별되는 미세기계가공 파장을 갖는 미세기계가공 복사의 빔을 생성하는 동작을 수행하도록 구성되는 빔 소스(beam source), 그리고
    상기 사이트에서의 위치(location)의 실제 포지션을 계산하여, 상기 위치의 실제 포지션을 나타내는 신호를 출력하는 동작을 수행하도록 구성되며, 상기 신호에 응답하여 위치에 대하여 정렬된 빔을 형성하도록 상기 빔을 위치시키고, 광학 시스템의 주어진 소자를 통해 상기 정렬된 빔이 위치로 전달되어, 상기 위치에서의 미세기계가공 작업이 수행되도록 상기 빔 소스를 동작시키는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 사이트는 하나 이상의 유전체 기판(dielectric s ubstrate)에 내장된 대상을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 사이트로 조명을 제공하는 동작은 상기 대상을 둘러싸는 구역만을 조명하는 구조된 조명(structured illumination)을 제공하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 구조된 조명을 형성하는 회절 소자(diffractive element)를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  31. 제 27 항에 있어서, 상기 조명 파장(illumination wavelength)은 사이트(site)가 형광(fluoresces)을 내는 파장을 포함하며, 상기 복귀 복사(returning radiation)는 상기 제공된 조명에 응답하여, 사이트에서 생성된 형광 복사(fluorescent radiation)를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 형광 복사를 필터링하도록 구성되는 필터의 세트를 포함하며, 상기 프로세서는 상기 사이트의 이미지를 최적화하기 위해 상기 세트 중 하나를 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  33. 제 27 항에 있어서, 상기 조명은 편광된 조명(polarized illumination)을 포함하며, 이때 이미지 센서가 상기 사이트로부터의 복귀 복사를 편광가능하게 분석할 수 있게 하는 편광 소자(polarizaation element)를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  34. 제 27 항에 있어서, 상기 주어진 소자는 조향가능한 거울(steerable mirror)을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 사이트는 미세기계가공이 수행될 다수의 서로 다른 서브-사이트를 포함하며, 이때 상기 빔을 위치시키는 동작은 상기 거울을 오직 조향함으로써, 상기 다수의 서로 다른 서브-사이트로 빔을 발사하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  36. 제 27 항에 있어서, 상기 주어진 소자는 상기 빔과 상기 조명을 사이트로 포커싱하도록 구성되는 광학 소자 트레인(optical element train)을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  37. 제 27 항에 있어서, 상기 사이트는 사이트 영역을 포함하며, 상기 사이트로 조명을 제공하는 동작은 상기 사이트 영역과, 상기 사이트 영역보다 크지 않은 연속적인, 추가적인 영역으로 조명을 제공하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  38. 제 27 항에 있어서, 상기 조명은 3밀리초(millisecond) 이하 내에 이미지 센서 상의 이미지를 생성하는 강도(intensity)를 갖는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  39. 제 37 항에 있어서, 상기 이미지 센서는 픽셀의 어레이를 포함하며, 이때 상기 프로세서는 이미지를 분석하기 위해, 상기 영역 및 추가적인 영역에 응답하여 어레이로부터 픽셀을 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  40. 제 27 항에 있어서, 복사 소스가 상기 사이트로 조명을 제공하는 동작에 앞서, 상기 프로세서는 위치의 공칭 포지션(nominal position)을 결정하도록 구성되며, 상기 프로세서는 상기 공칭 포지션에 응답하여 조명을 제공하도록 상기 복사 소스를 발사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  41. 제 27 항에 있어서, 미세기계가공 복사의 빔을 생성하는 동작은, 상기 사이트에 대한 절삭 임계치(ablation threshold) 이하의 빔 파워의 저-파워 빔을 생성하는 동작을 포함하며, 상기 프로세서는 상기 사이트로 상기 저-파워 빔을 전달하고, 상기 사이트에서의 저-파워 빔의 이미지 센서 상의 이미지에 응답하여 상기 빔에 대한 오프셋을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  42. 제 41 항에 있어서, 상기 빔을 위치시키는 동작은 상기 오프셋에 응답하여 상기 빔을 위치시키는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 정렬된 빔을 위치(location)로 전달하는 동작은, 상기 절삭 임계치 이상의 파워를 갖도록 상기 빔을 설정하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  44. 제 27 항에 있어서, 상기 조명 파장은, 상기 사이트가 비-흡수성이 되는 값을 갖도록 구성하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  45. 제 27 항에 있어서, 상기 사이트는 외부 표면을 포함하며, 상기 사이트로 조명을 제공하는 동작은 상기 외부 표면에 수직인 이미징 복사를 이용하여 상기 사이트를 조명하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  46. 제 27 항에 있어서, 상기 복사 소스는 상기 사이트에서 간섭 이미징 복사(coherent imaging radiation)를 제공하도록 구성되며, 상기 간섭 이미징 복사는 상기 사이트의 크기의 2배 이하의 간섭 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  47. 제 27 항에 있어서, 상기 프로세서가
    상기 사이트의 기대되는 이미지와 관련된 이론적 관계(theoretical relationship)를 수신하는 동작,
    상기 이미지로부터 실제 관계(actual relationship)를 결정하는 동작, 그리고
    상기 이론적 관계에 상기 실제 관계를 맞추는 동작
    을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  48. 제 27 항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 조명 파장과 조명의 파워 중 하나 이상을 조정하여, 상기 사이트에서의 조명의 투과 깊이를 변화시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  49. 제 27 항에 있어서, 상기 사이트는 확산 층(diffusion layer)에 내장된 대상을 포함하며, 상기 프로세서는 상기 확산 층에 내장된 대상으로 구성된 이미지로부터 초래된 변이(deviation)를 보상하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  50. 물질을 미세기계가공하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는
    미세기계가공하기에 불충분한 빔 파워로, 그리고 물질이 형광(fluoresces)을 내는 동작 파장으로, 복사(radiation)의 빔(beam)을 위치(location)를 포함하는 물질의 사이트로 제공하여, 상기 위치로부터의 형광 복사(fluorescent radiation)를 생성하는 동작을 수행하도록 구성되는 빔 소스(beam source),
    상기 형광 복사에 응답하여, 사이트의 이미지를 형성하는 동작을 수행하도록 구성되는 이미지 센서(image sensor), 그리고
    상기 이미지에 응답하여, 상기 위치에 대하여 상기 빔을 위치시키도록 구성되며, 상기 위치의 미세기계가공을 발생시키기에 충분한 미세기계가공 파워로, 그리고 동작 파장으로 상기 위치로 복사의 빔을 제공하도록 상기 빔 소스를 동작시키는 동작을 수행하도록 구성되는 프로세서(processor)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  51. 제 50 항에 있어서, 빔 발사 광학 시스템(beam directing optical system)을 포함하며, 상기 빔 파워로 상기 빔 소스를 동작시키는 동작은 빔 발사 광학 시스템을 통해 상기 사이트로 복사의 빔을 제공하는 동작을 포함하며, 상기 이미지를 형성하는 동작은 상기 빔 발사 광학 시스템의 하나 이상의 소자를 통해 형광 복사를 상기 이미지 센서로 전달하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
  52. 제 50 항에 있어서, 상기 형광 복사를 필터링하도록 구성되는 필터의 하나의 세트를 포함하며, 이때 상기 프로세서는 상기 사이트의 이미지를 최적화하기 위해 상기 세트 중 하나를 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 물질을 미세기계가공하기 위한 장치.
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