NL1022231C2

NL1022231C2 - Werkwijze en inrichting voor het met een laserstraal bewerken van een drager voor ten minste één elektronische component.

Info

Publication number: NL1022231C2
Application number: NL1022231A
Authority: NL
Inventors: Joannes Leonardus Jurrian Zijl; Willem Antonie Hennekes; Henri Joseph Van Egmond
Original assignee: Fico Bv
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-06-22
Also published as: AU2003285832A1; TW200418245A; WO2004060602A1

Description

Werkwijze en inrichting voor het met een laserstraal bewerken van een drager voor ten minste één elektronische component

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het met een laserstraal bewerken 5 van een drager voor ten minste één elektronische component, door het op de drager richten van de laserstraal. De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting voor het met een laserstraal bewerken van een drager voor ten minste één elektronische component, omvattende: een laserbron met op de laserbron aansluitende richtmiddelen voor het op een te bewerken object richten van een laserstraal, en een ten minste 10 gedeeltelijk rond de laserbron aangebrachte behuizing met een gastoevoer.

Het gebruik van laserlicht in de vorm van een laserstraal voor het graveren of het doorsnijden van materialen is reeds algemeen bekend. Daartoe wordt een laserstraal op het te bewerken object gericht, vaak in combinatie met een gasstroom. Deze gasstroom 15 is ervoor het object te koelen en om te voorkomen dat er ongewenste chemische reacties optreden, zoals bijvoorbeeld overmatige oxidatie. Lasersnijden wordt met name toegepast voor grover mechanisch werk. Een belangrijk nadeel van de bestaande technieken is dat weerszijden van een middels lasersnijden vervaardigde snede metaaldepositie (afzetting van met name sublimerend metaal) optreedt. Dit kan worden 20 verklaard uit het verdampen van materiaal daar waar de laserstraal het te bewerken object treft. Dit aldus verdampte materiaal zal ten gevolge van afkoeling neerslaan op korte afstand (in de ordegrootte van millimeters bij gebruikelijke procescondities) van de snede. Voor grofstoffelijke constructies of voor materiaal dat een nabewerking ondergaat na het lasersnijden behoeft dit geen nadeel te vormen maar voor meer 25 fijnmechanische toepassing van het lasersnijden is het fenomeen van aan weerszijden van de snede optredende materiaaldepositie ongewenst respectievelijk onacceptabel.

Doel van de onderhavige uitvinding is onder handhaving van de voordelen volgens de stand der techniek het lasersnijden ook mogelijk te maken voor toepassing in 30 fijnmechanische omstandigheden, meer in het bijzonder bij de productie van halfgeleiders.

De uitvinding verschaft daartoe een werkwijze van het in aanhef genoemde type met het kenmerk dat daar waar de laserstraal in contact komt met de drager een gasstroom ' ^ Λ I aanwezig is welke ten minste een bewegingscomponent heeft in een richting loodrecht I op de richting van de laserstraal. Door de gasstroom op de locatie waar de laserstraal het te bewerken object raakt zal het van het object losgemaakt materiaal althans voor een I belangrijk deel met de gasstroom worden meegevoerd. Het gevolg hiervan is dat de 5 materiaaldepositie op het te bewerken object zich (ten minste in hoofdzaak) zal I voordoen benedenstrooms van de locatie waar de laserstraal het te bewerken object I raakt. Aldus zal het te bewerken object slechts deel verontreinigd raken rond de locatie I waar de laserstraal het te bewerken object raakt. Een belangrijk voordeel hiervan is dat I bij het doorsnijden van een drager met elektronisch componenten, zoals meer in het I 10 bijzonder halfgeleider producten, de componenten zo kunnen worden losgesneden dat de losgesneden contactdelen ervan zonder verdere bewerking (dus zonder verdere reiniging of mechanische bewerking) zodanig schoon blijven dat deze direct geschikt zijn voor verder gebruik ondanks de hoge eisen die hiervoor aan de kwaliteit van de contactdelen wordt gesteld. Onder gebruik van de componenten wordt gewoonlijk 15 verstaan de inbouw van de elektronisch component in een elektrische installatie.

Bij voorkeur wordt de gasstroom door een rond de laserstraal aangebrachte behuizing in hoofdzaak evenwijdig aan de laserstraal aangevoerd om deze gasstroom meer nabij de drager om te vormen in de gasstroom met ten minste een bewegingscomponent in een 20 richting loodrecht op de richting van de laserstraal. Daar er weinig ruimte is voor de aanvoer van de gasstroom is het een veel toegepaste oplossing de toevoer voor het gas te combineren met een afgeschermde doorvoer voor de laserstraal. Pas daar waar de H laserstraal zijn werk verricht (bij het treffen van het object) is het overeenkomstig de uitvinding noodzakelijk om te beschikken over een gasstroom die het residu in een H 25 voorkeursrichting afvoert. De richting van de evenwijdig aan de laserstraal aangevoerde H gasstroom kan bijvoorbeeld door een ten opzichte van de laserstraal niet rotatiesymmetrische vorm van de behuizing worden omgezet in een gasstroom met ten minste een bewegingscomponent in een richting loodrecht op de richting van de laserstraal. Door de van rotatiesymmetrisch afwijkende vorm ten opzichte van de 30 laserstraal zorgt de behuizing voor een richting (of richtingen) van de gasstroom die een hoek insluit (insluiten) met de laserstraal. Daarbij wordt de gasstroom bij voorkeur gevormd door, ten minste in hoofdzaak, inert gas, zoals Ar (of een ander edelgas) en N2. Ook een combinatie van verschillende gassen is mogelijk. Als alternatief is het ook denkbaar het gas te verrijken met bijvoorbeeld O2 maar dit ligt minder voor de hand 3 daar dit het doorsnijden van objecten kan bevorderen maar waarbij tevens een minder beheersbaar eindresultaat ontstaat hetgeen nu juist bij fïjnmechanische toepassingen wordt gezocht. Desalniettemin zijn er specifieke toepassingen denkbaar (moeilijk te doorsnijden materiaal, het doorsnijden van materiaaldelen waarvan de vorm minder 5 kritisch is en zo voorts) dat een verrijkt gas de voorkeur verdient.

Voor een gecontroleerde afzetting van materiaalresten kan de gasstroom van daar waar de laserstraal in contact komt met de drager ten minste over enige afstand langs de drager worden gevoerd. De depositie zal dan plaatsvinden daar waar de gastroom langs 10 de drager wordt gevoerd op korte afstand van de werklocatie van de laserstraal. Het is echter ook mogelijk dat de gasstroom op korte afstand van daar waar de laserstraal in contact komt met de drager wordt afgezogen. Het voordeel van directe afzuiging van de gasstroom nadat deze de werklocatie van de laserstraal verlaat is dat depositie op de drager (althans voor een deel) voorkomen kan worden. Het met de gastroom 15 meegevoerde residu van de drager zal dan (in optimale omstandigheden) voor het zich kan afzetten op de drager reeds op afstand van de drager zijn gebracht.

De uitvinding verschaft tevens een inrichting van het in aanhef genoemde type met het kenmerk dat de behuizing een zodanig ten opzichte van de laserstraal van 20 rotatiesymmetrisch afwijkende vorm heeft, dat een middels de gastoevoer aangevoerde gasstroom na het verlaten van de behuizing ten minste een bewegingscomponent heeft in een richting loodrecht op de richting van de laserstraal. Met een dergelijke inrichting kunnen de voordelen worden gerealiseerd zoals reeds voorgaand beschreven aan de hand van de werkwijze volgens de uitvinding. Tevens wordt opgemerkt dat een 25 dergelijke inrichting ten opzichte van de stand van techniek hoegenaamd geen extra kosten met zich mee hoeft te brengen. Voor een goede werking is het gewenst dat de gastoevoer aansluit op een gasbron van een ten minste gedeeltelijk inert gas. In het bijzonder wordt met na het verlaten van de behuizing gedoeld op de gasstroom op 0,5 tot 1,0 mm afstand van de behuizing. Dit is immers de gebruikelijk afstand waarop een 30 te bewerken drager zicht bevind van de behuizing.

In een voordelige uitvoeringsvariant zijn de laserstraal en de behuizing zodanig ten opzichte van elkaar verplaatsbaar dat de bewegingscomponent van de gasstroom na het verlaten van de behuizing in een richting loodrecht op de richting van de laserstraal 1022231 I wijzigbaar is. Het belangrijke voordeel hiervan is dat de richting waarin de I materiaaldepositie (de verontreiniging van het te bewerken object) plaatsvindt hierdoor I controleerbaar is. Door het in een bepaalde richting sturen van de gasstroom (althans de I component ervan loodrecht op de laserstraal) zal ook de depositie zich I 5 dienovereenkomstig uitstrekken. Bij bijvoorbeeld het separeren van omhulde I halfgeleiders uit een gezamenlijke drager zal bij het maken van ieder afzonderlijke I snede de depositie juist in een zodanige richting worden gestuurd dat de vrijgemaakte I contacten van de omhulde halfgeleiders vrij blijven van depositie (afzetting).

10 Het richten van de gasstroom kan bijvoorbeeld op relatief goedkope wijze worden I gerealiseerd door een behuizing die roteerbaar is ten opzichte van de laserstraal. Als alternatief (of in combinatie met de roteerbare behuizing) kan de behuizing transleerbaar worden uitgevoerd ten opzichte van de laserstraal. Zoals bovengaand H beschreven is het extra voordelig de gasstroom kort na het passeren van de werklocatie 15 van de laserstraal af te zuigen zodat er in de mate van depositie wordt teruggebracht, dit wordt mogelijk wanneer de behuizing is voorzien van een gasafvoer voor het afvoeren van gas dat ten minste een bewegingscomponent heeft gehad in een richting loodrecht op de richting van de laserstraal. Daarbij is het gewenst dat de gasafvoer is geopend aan een van de laserstraal afgekeerde zijde van de behuizing. Het gas kan dan vanuit de 20 behuizing in contact treden met het te bewerken object om vervolgens te worden afgezogen. De ongewenste vermenging van nog niet langs de werklocatie gevoerd gas met gas dat deze locatie reeds heeft gepasseerd kan zo worden voorkomen.

H Ter vergroting van de stroomsnelheid van het gas (tot bij voorkeur maximaal sonische 25 snelheid) en om het gasverbruik te reduceren is het voordelig de behuizing te voorzien van een inwendige vernauwing welke vernauwing zowel de laserstraal als de gasstroom doorlaat. Een andere mogelijkheid is dat de behuizing is voorzien van een afzonderlijk H excentrisch geplaatst tweede toevoerkanaal voor gas. Door een tweede toevoerkanaal H voor gas wordt het nog beter mogelijk de richting van gasstroom buiten de behuizing H 30 (met name daar waar de laserstraal de te bewerken drager treft) te beheersen.

H De onderhavige uitvinding zal verder worden verduidelijkt aan de hand van de in H navolgende figuren weergegeven niet-limitatieve uitvoeringsvoorbeelden. Hierin toont: 5 figuur 1 een schematisch aanzicht op een dwarsdoorsnede door een deel van een laserinrichting overeenkomstig de uitvinding, figuur 2 een schematisch aanzicht op een dwarsdoorsnede door een deel van een uitvoeringsvariant van een laserinrichting overeenkomstig de uitvinding, 5 figuur 3 een schematisch aanzicht op een dwarsdoorsnede door een deel van een tweede uitvoeringsvariant van een laserinrichting overeenkomstig de uitvinding, figuur 4 een schematisch aanzicht op een dwarsdoorsnede door een deel van een derde uitvoeringsvariant van een laserinrichting overeenkomstig de uitvinding, figuur 5 een schematisch aanzicht op een dwarsdoorsnede door een deel van een vierde 10 uitvoeringsvariant van een laserinrichting overeenkomstig de uitvinding, figuur 6 een schematisch aanzicht op een dwarsdoorsnede door een deel van een vierde uitvoeringsvariant van een laserinrichting overeenkomstig de uitvinding, figuur 7A een schematisch weergegeven bovenaanzicht op een laserstraal en behuizing welke onderdeel uitmaken van een inrichting volgens de uitvinding, 15 figuur 7B een schematisch weergegeven bovenaanzicht op een laserstraal en behuizing volgens figuur 7A in een tweede onderlinge oriëntatie, figuur 7C een schematisch weergegeven bovenaanzicht op een laserstraal en behuizing volgens figuren 7A en 7B in een derde onderlinge oriëntatie, en figuur 7D een schematisch weergegeven bovenaanzicht op een laserstraal en behuizing 20 volgens figuren 7A-7C in een vierde onderlinge oriëntatie.

Figuur 1 toont een deel van een kop van een behuizing 1 met een doorvoer 2 waardoor een, middels onderbroken belijning weergegeven, laserstraal 3 op een te bewerken materiaallaag 4 wordt geprojecteerd. De laserstraal 3 is zo krachtig (bijvoorbeeld 1064 25 nm, 24 Watt effectief bij een diameter van 15 pm) dat deze in de drager (bijvoorbeeld vervaardigd uit koper, epoxy, kunststof of een samengesteld product zoals een “BGA-board”) een snede 5 aanbrengt waarmee de drager 4 volledig kan worden doorsneden. Door de doorvoer 2 wordt een gas gevoerd (bijvoorbeeld met een overdruk van 2,5 tot 4 Bar) waarvan de stroming middels pijlen is weergegeven. Daar waar de laserstraal 2 de 30 snede 5 in de drager 4 raakt stroomt het gas ten minste deels evenwijdig aan de drager 4 (zie hiertoe pijl PI). Door de richting van deze gasstroming PI nabij de snede 5 zal het door de laserstraal losgemaakte en verdampte dragermateriaal als neerslag 6 zich ten minste in hoofdzaak afzetten aan één zijde van de snede 5. Om nu dit effect te bereiken is de laserstraal 3 uit het midden van de doorvoer 2 geplaatst zodat de behuizing 1 niet 1 ; 7 7 9 Λ i I meer rotatiesymmetrisch geplaatst is ten opzichte van de laserstraal 3. Opgemerkt wordt H tevens dat de vernauwing in de doorvoer 2 is voorzien om de gasstroom te versnellen I (tot een snelheid van meer dan 100 meter per seconde, of nog meer bij voorkeur tot I sonische snelheid) en om het gasverbruik te beperken.

Figuur 2 toont wederom de drager 4 waarin een snede 5 wordt gemaakt. De in deze I figuur weergegeven behuizing 7 heeft een doorvoer 8 waardoor nu centraal een laserstraal 9 voert. De behuizing is nu echter zodanig aan het uiteinde afgeschuind dat I de gasstroom na het verlaten van de behuizing in hoofdzaak in een voorkeursrichting zal I 10 worden gedrongen. Zie hiertoe ook de middels de pijlen symbolisch weergegeven richting van de gasstroming. De gasstroom nabij de snede 5 (zie pijl P2) draagt zorg I voor het althans in hoofdzaak eenzijdig optreden van materiaalafzetting 10.

Figuur 3 toont nog een uitvoeringsvariant van een behuizing 11 waarmee de gasstroom 15 vanuit een doorvoer 12 in een voorkeursrichting kan worden gedrongen. De centraal in de doorvoer 12 geplaatste laserstraal 13 maakt een snede 5 in de drager 4 waarvan ten gevolge van de lokale richting van de gasstroom nabij de snede 5 (zie pijl P3) wederom in hoofdzaak slechts eenzijdig van de snede 5 materiaaldepositie 10 zal optreden.

20 Figuur 4 toont een variant 14 op een kop van de behuizing 1 getoond in figuur 1 waarin nu echter een afvoeropening 15 voor gas is aangebracht. Doordat een deel van het materiaal dat door de laserstraal 3 wordt losgemaakt uit de drager 4 nu zal worden afgezogen voordat het neerslaat zal de in hoofdzaak eenzijdig van de snede 5 optredende depositie 16 minder zijn dan de depositie 6 zoals deze is getoond in figuur 1.

Figuur 5 toont een behuizing 30 welke een grote gelijkenis vertoont met de behuizing 14 zoals getoond in figuur 5 echter de behuizing 30 is tevens voorzien van een extra H toevoerkanaal 31 voor gas. De laserstaal 3 kan centrisch door deze behuizing 30 worden H gevoerd waardoor het voor het verplaatsen van de richting waarin de depositie 16 H 30 optreedt de behuizing 30 eenvoudig centrisch kan worden geroteerd. Tevens wordt de H aandacht gevestigd op de vorm van de centrale doorvoer 32 die, overeenkomstig de H vorm van de doorvoer getoond in figuur 4, een convergerende vorm heeft. Een aldus H gevormde centrale doorvoer 32 is met name geschikt voor het creëren van een gasstroming met een maximaal sonische (sub-sone) snelheid.

7

Ook figuur 6 toont een behuizing 17 voor een laserstraal 18 met een afvoerkanaal 19 voor gas. In het in deze figuur 5 weergegeven voorbeeld is echter het afvoerkanaal 19 voorzien van een afzonderlijke mantel 24 die is aangebracht tegen de buitenzijde van de 5 behuizing 17. Wederom is geïllustreerd dat de optredende materiaaldepositie 20 op de drager 4 minder is dan de depositie 6,10 zoals getoond in de figuren 1-3,

Figuren 7A-7D tonen een binnenwand 21 van de behuizing 1 uit figuur 1 waardoor excentrisch een laserstraal 22 voert. Door de excentrische opstelling van de laserstraal 10 22 in de behuizing 1 zal de materiaaldepositie niet gelijkmatig rond het middelpunt van de binnenwand 21 optreden maar voornamelijk optreden in een gearceerde gebied 23. Aldus kan door de wijziging van de onderlinge oriëntatie van de laserstraal 22 en de binnenwand 21 worden bepaald waar het gearceerde gebied 23 zich bevindt. De onderlinge verplaatsing van de binnenwand 21 en de laserstraal 22 kan plaatsvinden 15 middels translatie en/of excentrische rotatie van één van beiden. Ten aanzien van de uitvoeringsvarianten van de behuizing 7,11 getoond in de figuren 2 en 3 wordt opgemerkt dat hierbij de richting van de depositie 10 het meeste eenvoudig kan worden gestuurd door centrische rotatie (ten opzichte van de laserstraal 9,13) van de behuizing 7,11.

ί '^4/1 o è

Claims

1. Werkwijze voor het met een laserstraal bewerken van een drager voor ten minste één elektronische component, door het op de drager richten van de laserstraal, I 5 met het kenmerk dat daar waar de laserstraal in contact komt met de drager een I gasstroom aanwezig is welke ten minste een bewegingscomponent heeft in een richting I loodrecht op de richting van de laserstraal.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de gasstroom door een 10 rond de laserstraal aangebrachte behuizing in hoofdzaak evenwijdig aan de laserstraal I wordt aangevoerd om deze gasstroom meer nabij de drager om te vormen in de I gasstroom met ten minste een bewegingscomponent in een richting loodrecht op de I richting van de laserstraal. I 15

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de richting van de I evenwijdig aan de laserstraal aangevoerde gasstroom door een ten opzichte van de laserstraal niet rotatiesymmetrische vorm van de behuizing wordt omgezet in een I gasstroom met ten minste een bewegingscomponent in een richting loodrecht op de I richting van de laserstraal. I 20

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de gasstroom wordt gevormd door, ten minste in hoofdzaak, inert gas, zoals Ar en N2.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de 25 gasstroom met ten minste een bewegingscomponent in een richting loodrecht op de richting van de laserstraal van daar waar de laserstraal in contact komt met de drager ten minste over enige afstand langs de drager wordt gevoerd.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de 30 gasstroom met ten minste een bewegingscomponent in een richting loodrecht op de richting van de laserstraal van daar waar de laserstraal in contact komt met de drager wordt afgezogen. -sr' ‘i.'

7. Inrichting voor het met een laserstraal bewerken van een drager voor ten minste één elektronische component, omvattende: - een laserbron met op de laserbron aansluitende richtmiddelen voor het op een te bewerken object richten van een laserstraal, en 5 - een ten minste gedeeltelijk rond de laserbron aangebrachte behuizing met een gastoevoer, met het kenmerk dat de behuizing een zodanig ten opzichte van de laserstraal van rotatiesymmetrisch afwijkende vorm heeft, dat een middels de gastoevoer aangevoerde gasstroom na het 10 verlaten van de behuizing ten minste een bewegingscomponent heeft in een richting loodrecht op de richting van de laserstraal.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk dat de gastoevoer aansluit op een gasbron van een ten minste gedeeltelijk inert gas. 15

9. Inrichting volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk dat de laserstraal en de behuizing zodanig ten opzichte van elkaar verplaatsbaar zijn dat de bewegingscomponent van de gasstroom na het verlaten van de behuizing in een richting loodrecht op de richting van de laserstraal wijzigbaar is. 20

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk dat de behuizing roteerbaar is ten opzichte van de laserstraal.

11. Inrichting volgens conclusie 8 of 9, met het kenmerk dat de behuizing 25 transleerbaar is ten opzichte van de laserstraal.

12. Inrichting volgens een der conclusies 7-11, met het kenmerk dat de behuizing is voorzien van een gasafvoer voor het afvoeren van gas dat ten minste een bewegingscomponent heeft gehad in een richting loodrecht op de richting van de 30 laserstraal.

13. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de gasafvoer is geopend aan een van de laserstraal afgekeerde zijde van de behuizing. 10222?’ I 10

14. Inrichting volgens een der conclusies 7-13, met het kenmerk, dat de behuizing I is voorzien van een inwendige vernauwing welke vernauwing zowel de laserstraal als I de gasstroom doorlaat. I 5

15. Inrichting volgens een der conclusies 7-14, met het kenmerk, dat de behuizing is voorzien van een afzonderlijk excentrisch geplaatst tweede toevoerkanaal voor gas.