專利名稱：基板加工裝置和采用這樣的裝置加工基板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1前序部分所述的基板加工裝置以及如權(quán)利要求7前序部分所述的且采用這樣的裝置的方法。
通常，在借助激光束加工基板時(shí)，如當(dāng)對金屬化基板表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)化或在多層基板中鉆設(shè)接觸孔時(shí)，使用標(biāo)準(zhǔn)激光器如NdYAG激光器、NdYVO4激光器、CO2激光器、氬離子激光器或其它本身已知的激光器。這些激光器的輸出光束通過光束擴(kuò)展器、偏轉(zhuǎn)器和一個光學(xué)成像裝置成像于要加工的基板上，該光學(xué)成像裝置通常是焦距為150mm～50mm的f-θ透鏡。
在這種情況下，為了在加工基板時(shí)獲得盡可能大的能密度和高分辨率，激光能量聚焦于盡可能小的表面上即所謂的最小光斑直徑(“斑徑”)，由于激光束從光束擴(kuò)展器作為平行光束地射到光學(xué)成像裝置上，所以該光斑位于光學(xué)成像裝置的焦面內(nèi)。在焦面的前面和后面，激光器的光斑直徑大并因此只能在那里獲得更低的能量密度。以下，被認(rèn)為正好適用于加工的、在兩光斑直徑的焦面前后的位置之間的間距被稱為焦深。按已知方式，作為激光波長、光束擴(kuò)展和f-θ透鏡焦距的函數(shù)而得到焦深。在大多數(shù)應(yīng)用場合中，在波長1064nm的情況下，焦深為1mm～5mm，在波長266nm的情況下，焦深為0.1mm～1mm。
當(dāng)在具有焦深數(shù)量級的厚度的基板上鉆孔時(shí)出現(xiàn)這樣的問題，即因?yàn)楣獍咧睆皆诮股钸吘壖訉挘圆皇浅蓤A柱形地鮮明形成孔，而是成尖錐形地形成孔，其中由于所用發(fā)激光器系統(tǒng)規(guī)定了孔，所以孔錐度不可調(diào)。
為了改變可用的焦深區(qū)，已經(jīng)知道了各種方法。其中一種方法是，可使用更長的波長，但在這種情況下，取決于基板材料地出現(xiàn)了部分被破壞并因而不理想的熱效應(yīng)。另一個可行方案在于，向在光學(xué)成像裝置前面的更小的光束擴(kuò)展，更小的光束擴(kuò)展導(dǎo)致更大的焦深，但也導(dǎo)致更大的光斑直徑，這樣的光斑在最細(xì)微結(jié)構(gòu)或孔的情況下不夠精細(xì)。第三種方法是，在結(jié)構(gòu)化或鉆孔過程中始終使基板移向激光束，以便留在焦深區(qū)內(nèi)。然而，這樣所需的機(jī)械調(diào)準(zhǔn)太慢，以致不能達(dá)到盡可能高的生產(chǎn)率(如大于100個鉆孔/秒)。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種靈活的且不太費(fèi)事的給不同基板鉆孔的裝置以及一種使用這樣的裝置的方法。
根據(jù)本發(fā)明，通過一種具有權(quán)利要求1特征部分特征的上述類型的裝置和一種具有權(quán)利要求7特征部分特征的上述類型的方法完成了該任務(wù)。
通過本發(fā)明的解決方案，確保了至少兩個不同的焦深區(qū)，它們被考慮用于加工不同基板。
在一個如權(quán)利要求2所述的優(yōu)選實(shí)施例中，兩個激光源是同樣地構(gòu)成的，從而兩道激光束具有同樣的波長，只根據(jù)這個共同的波長來設(shè)計(jì)偏轉(zhuǎn)器和光學(xué)成像裝置。
如權(quán)利要求3所述的光束擴(kuò)展器的不同擴(kuò)展導(dǎo)致了兩個不同的焦深區(qū)，它們例如可被用于獲得不同的錐形孔。
在如權(quán)利要求4所述的有利設(shè)計(jì)方案和如權(quán)利要求7所述的適用方法中，第二光束擴(kuò)展器是失調(diào)準(zhǔn)的，從而第二激光束的最小光斑的位置相對第一激光束的位置移動。由于在焦深區(qū)外的光束發(fā)散不起作用，因此可以在厚基板上鉆設(shè)細(xì)孔。
通過如權(quán)利要求5所述的第二光束擴(kuò)展器的可變化失調(diào)準(zhǔn)，可以有利地使裝置適應(yīng)不同厚度的基板。
通過如權(quán)利要求8所述地采用不同波長，首先可以用與各層相匹配的波長來加工多層基板。
根據(jù)權(quán)利要求9，通過采用麥冬的激光束而使方法更加靈活，其中用于兩個激光器的脈沖重復(fù)率或脈沖能被調(diào)節(jié)成是不同的。
結(jié)合圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中

圖1是本發(fā)明裝置的側(cè)視示意圖；圖2是帶有通過第一激光束鉆設(shè)的盲孔的基板的橫截面圖；圖3表示基板橫截面，其盲孔如圖2所示地繼續(xù)用第一激光束進(jìn)行鉆設(shè)或繼續(xù)用第二激光束進(jìn)行鉆設(shè)；圖4a是第一激光束的光路圖；圖4b是具有失調(diào)準(zhǔn)的第二光束擴(kuò)展器的第二激光束的光路圖；圖4c是具有有不同放大因數(shù)的第二光束擴(kuò)展器的第二激光束的光路圖。
在圖1中，在示意側(cè)視圖中示出了本發(fā)明的裝置。在這里，第一激光源1(如固態(tài)激光器如NdYAG激光器或NdYVO4激光器或氣體激光器如CO2激光器氬離子激光器或其它適合的激光器)產(chǎn)生第一激光束2。第一激光束2被第一激光擴(kuò)展器3擴(kuò)展。圖4a詳細(xì)示出了在第一激光束2的光路內(nèi)的第一激光擴(kuò)展器3。在這種情況下，激光擴(kuò)展器3包括第一透鏡24和第二透鏡25并原則上成開普勒望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)，就是說，焦點(diǎn)(f1第一透鏡的焦距，f2第二透鏡的焦距)重合。如果現(xiàn)在平行光束的細(xì)光束先射入具有短焦距f1的第一透鏡24并隨后射入具有長焦距f2的第二透鏡25，則其后的光束27具有更大的直徑，這由光束擴(kuò)展器3的放大因數(shù)決定。
隨后，第一激光束2穿過半透明鏡4地到達(dá)偏轉(zhuǎn)器5，偏轉(zhuǎn)器通過作為光學(xué)成像裝置6的聚焦鏡頭把第一激光束2聚集到要加工的基板7上。在這種情況下，孔20通常通過使激光束2螺旋形或圓形地運(yùn)動到基板7上而產(chǎn)生。通過聚焦，第一激光束2在基板平面內(nèi)一直被聚焦成最小光斑直徑9，其中通過光學(xué)成像裝置6的焦距f3給出該最小光斑直徑9的垂直位置10。在這種情況下，把所謂的f-theta透鏡用作光學(xué)成像裝置6，它意味著這樣一種透鏡，即其中在基板平面內(nèi)的透鏡偏轉(zhuǎn)與激光束2通過偏轉(zhuǎn)器5所偏轉(zhuǎn)的角度成比例。根據(jù)光束直徑、所用的光束2波長以及光學(xué)成像裝置6的焦距，得到了第一焦深區(qū)8，在圖1、圖4a中示意地畫出了這個焦深區(qū)。在光學(xué)成像裝置6的聚焦面外，光斑擴(kuò)展，因而，所鉆孔的直徑擴(kuò)大或無法再象使用最小光斑直徑9時(shí)那樣細(xì)微地結(jié)構(gòu)化。
根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置產(chǎn)生第二激光束12的第二激光源11。第二激光束通過第二光束擴(kuò)展器13被擴(kuò)展并通過鏡14和半透明鏡4被耦合到第一激光束2的光路中，從而通過偏轉(zhuǎn)器5和光學(xué)成像裝置6也被聚焦到基板上。在這種情況下，半透明鏡4被構(gòu)造成對第一激光束2是透明的并對第二激光束12是反射的。
如圖4b所示，在這種情況下，如此選擇第二光束擴(kuò)展器，即第二激光束12的焦深區(qū)15出現(xiàn)在不同于第一激光束的焦深區(qū)8的位置17上。在其它的同樣構(gòu)成的激光源1、11中，例如可如此實(shí)現(xiàn)這樣的焦深區(qū)位置變化，即第二光束擴(kuò)展器13是略微失調(diào)準(zhǔn)(改變兩個透鏡24、25的相互間距)的，從而來自光束擴(kuò)展器13的光束28不包含平行光束，而是包含略微發(fā)散或會聚的光束。光學(xué)成像裝置6則在聚焦面前方或后面的平面內(nèi)構(gòu)成這種發(fā)散或會聚的光束28。如果兩個透鏡(24，25)的失調(diào)準(zhǔn)被設(shè)計(jì)成是可相對變化的，則焦深區(qū)(8，15)可相應(yīng)改變并根據(jù)理想的加工過程進(jìn)行最佳調(diào)節(jié)。
如圖4c所示，不同的焦深區(qū)同樣可以通過變化的第二光束擴(kuò)展器13的放大因數(shù)來實(shí)現(xiàn)。更大的放大因數(shù)導(dǎo)致射出光束29的更大的光束橫截面并因而導(dǎo)致更小的最小光斑直徑16和更小的焦深區(qū)15。因此，例如通過具有不同放大因數(shù)的第一光束擴(kuò)展器3和第二光束擴(kuò)展器13，可鉆設(shè)出具有不同錐壁的孔。主要是在給孔鍍覆金屬以便接通的情況下，需要預(yù)定的錐度，以便實(shí)現(xiàn)盡可能良好附著的涂覆。
在圖2、3中，以橫截面圖示意示出了一個在基板內(nèi)鉆孔的方法的兩個步驟。在這里，借助第一激光束2，直達(dá)第一激光束2的焦深區(qū)地把盲孔20、22鉆設(shè)到基板7中。在第二步驟中，通過使用具有第二焦深區(qū)的第二激光束12繼續(xù)把右邊的孔23鉆得更細(xì)，同時(shí)用第一激光束12繼續(xù)鉆左邊的孔21并且左邊的孔通過離開該焦深區(qū)而變得更寬。
通過使用兩個激光源1、11的不同波長或不同的脈沖重復(fù)率或脈沖寬度，可以更好地根據(jù)各層的材料特性來確定用于多層基板結(jié)構(gòu)化的參數(shù)。
因此，通過本發(fā)明的裝置和方法，可以在厚基板上鉆設(shè)更細(xì)的孔。，因而，也可以輕易地實(shí)現(xiàn)在厚基板中的深層結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種基板(7)加工裝置，它包括用于產(chǎn)生第一激光束(2)的第一激光源；在第一激光束(2)的光路內(nèi)的第一光束擴(kuò)展器(3)；一個偏轉(zhuǎn)器(5)和一個光學(xué)成像裝置(6)，它們先后設(shè)置在第一激光束(2)的光路內(nèi)并把第一激光束(2)成像于基板(7)上，其特征在于，設(shè)有產(chǎn)生第二激光束(12)的第二激光源(11)，在第二激光束(12)的光路內(nèi)設(shè)置第二光束擴(kuò)展器(13，如此在第二激光束(12)的光路內(nèi)設(shè)置一個偏轉(zhuǎn)器(4，14)，即第二激光束(12)也通過偏轉(zhuǎn)器(5)和光學(xué)成像裝置(6)成像于基板(7)上，第一、第二光束擴(kuò)展器(3，13)是如此形成的，即在通過光學(xué)成像裝置(6)聚焦后，至少在光束方向上的最小光斑直徑(9，16)的位置(10，17)或這兩道激光束(2，12)本身的最小光斑直徑是不同的。
2.如權(quán)利要求1所述的基板(7)加工裝置，其特征在于，第一、第二激光源(1，11)是同樣地構(gòu)成的。
3.如權(quán)利要求1所述的基板(7)加工裝置，其特征在于，第二光束擴(kuò)展器(13)具有不同于第一光束擴(kuò)展器(3)的放大率，這兩道激光束(2，12)的最小光斑直徑是不同的。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的基板(7)加工裝置，其特征在于，第二光束擴(kuò)展器是失調(diào)準(zhǔn)的，由此一來，第一、第二激光束(2，12)的最小光斑直徑(9，16)的位置相對移動。
5.如權(quán)利要求4所述的基板(7)加工裝置，其特征在于，第二光束擴(kuò)展器是可變地失調(diào)準(zhǔn)的，由此一來，第二激光束(12)的最小光斑直徑(16)的位置(17)是可變化地改變的。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的基板(7)加工裝置，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)器由一個偏轉(zhuǎn)鏡(14)和一個半透明鏡(4)構(gòu)成。
7.一種采用如權(quán)利要求4-5之一所述的裝置加工基板(7)的方法，其特征在于，如此選擇最小光斑直徑(9，16)的位置(10，17)，即它們位于基板(7)的不同深度處，首先基本上到達(dá)第一激光束(2)的最小光斑直徑(9)地用第一激光束(2)把一個孔(22)鉆到基板(7)中，隨后用第二激光束(12)繼續(xù)鉆孔(22，23)。
8.如權(quán)利要求6或7所述的基板(7)加工方法，其特征在于，這兩道激光束(2，12)具有不同的波長。
9.如權(quán)利要求6-8之一所述的基板(7)加工方法，其特征在于，使激光束(2，12)脈沖化并且相對地調(diào)節(jié)出不同的脈沖能量和/或不同的脈沖重復(fù)率。
全文摘要
當(dāng)把激光束(2)聚焦到一塊基板(7)上以便進(jìn)行基板加工時(shí)，通過光學(xué)儀器如光束擴(kuò)展器(3)、偏轉(zhuǎn)器(5)和光學(xué)成像裝置(6)形成焦深區(qū)(8)，可以在焦深區(qū)中用最小光斑直徑進(jìn)行加工。首先在厚基板的情況下，鉆設(shè)細(xì)孔是很困難的。根據(jù)本發(fā)明來設(shè)置第二激光束(12)，它通過第二光束擴(kuò)展器(13)被擴(kuò)展并通過偏轉(zhuǎn)器(5)和光學(xué)成像裝置也被聚焦在基板(7)上。通過選擇第二光束擴(kuò)展器(13)的放大率或通過失調(diào)準(zhǔn)，可以改變第二焦深區(qū)(15)的位置和長度。通過先后使用兩道激光束，也可以在厚基板(7)上鉆設(shè)細(xì)孔。
文檔編號H05K3/00GK1433350SQ00816419
公開日2003年7月30日 申請日期2000年11月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月29日
發(fā)明者L·希金斯, H·J·馬耶爾, E·雷蘭茨, A·施雷納, U·維格爾曼 申請人:西門子公司