CN102218606A - 紫外激光打孔的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及紫外激光打孔的装置，紫外调Q固体激光器的输出端设置扩束镜，扩束镜的输出端依次布置有第一反射镜和第二反射镜，第二反射镜的输出端布置有光束整形器，光束整形器的输出端布置有扫描振镜，扫描振镜的输出端连接有聚焦镜，聚焦镜的下方布置有三维移动平台；紫外调Q固体激光器发出的光束射入扩束镜，扩束镜输出准直的光束，准直的光束经第一反射镜和第二反射镜后进入光束整形器，经整形的光束经扫描振镜后进入聚焦镜，在焦点处获得能量分布为平顶分布的聚焦光斑；聚焦后的光束焦点位于三维移动平台的加工工件上。紫外激光与材料作用时，通过打断材料的化学键使分子剥离，极大地减小热影响区域，获得很好的边缘加工效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种紫外激光打孔的装置，用于半导体晶圆、PCB板、陶瓷基片等激光钻孔。
背景技术
随着电子产品朝着便携式、小型化的方向发展，对电路板小型化提出了越来越高的需求。例如现代手机和数码相机的线路板每平方厘米安装大约为1200条互连线，提高电路板小型化水平的关键在于越来越窄的线宽和不同层面线路之间越来越小的微型过孔。对于微型过孔而言，为了有效地保证各层间的电气连接以及外部器件的固定，在高速、高密度的PCB设计时，设计者总是希望过孔越小越好，这样板上不仅可以留有更多的布线空间，而且过孔越小，越适合用于高速电路，这样通过微型过孔不仅提供了表面安装器件与下面信号面板之间的高速连接，而且有效地减小了面积，印制线路板(PCB)逐步呈现出以高密度互连技术为主体的积层化、多功能化特征。目前微细孔的费用通常占PCB制板费用的30％-40％，传统的机械钻孔最小的尺寸仅为100μm，这显然已不能满足要求，取而代之的是一种新型的激光微型过孔加工方式。目前用CO2激光器加工在工业上可获得过孔直径达到30-40μm的小孔或用UV激光加工10μm左右的小孔。目前激光微线孔紫外激光钻孔设备只占全球市场的25％，但该类设备市场需求的增长要比新型的CO2激光钻孔设备的需求高数倍。传统的微孔加工方法，以用细小的机械钻头和曝光方法为主流，但要提升打孔效率及加工小于50um的孔，难以实现。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种紫外激光打孔的装置。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
紫外激光打孔的装置，包括激光器和扩束镜，特点是：所述激光器为紫外调Q固体激光器，紫外调Q固体激光器的输出端设置扩束镜，所述扩束镜的输出端布置有第一反射镜，第一反射镜衔接第二反射镜，第二反射镜的输出端布置有光束整形器，光束整形器的输出端布置有扫描振镜，所述扫描振镜的输出端连接有聚焦镜，聚焦镜的下方布置有三维移动平台；所述紫外调Q固体激光器发出的光束射入扩束镜，扩束镜输出准直的光束，准直的光束经第一反射镜和第二反射镜后进入光束整形器，光束整形器将激光焦点处能量分布为高斯分布的光斑转换为能量分布为平顶分布的光斑，平顶光束经扫描振镜后进入聚焦镜，聚焦后的光束焦点位于三维移动平台的加工工件上。
进一步地，上述的紫外激光打孔的装置，其中，所述紫外调Q固体激光器为输出波长是355nm的紫外调Q固体激光器。
更进一步地，上述的紫外激光打孔的装置，其中，所述三维移动平台上安装有吸气装置和高分辨率辅助定位影像系统。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
采用输出波长是355nm的紫外调Q脉冲激光器，紫外激光与材料作用时，通过打断材料的化学键使分子剥离，极大地减小热影响区域，获得很好的边缘加工效果。光束整形器将能量分布为高斯分布的高斯光束转换为能量分布为平顶分布的平顶光束，获得更佳的打孔效果及效率。解决了激光钻孔过程中的效率及效果问题，扩大了激光单点打孔在微制造领域的应用，适用于半导体领域的晶圆钻孔封装，具有效率高、成本低等优点。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明的光路示意图；
图2：光束整形器的工作原理示意图；
图3：本发明应用的效果图。
图中各附图标记的含义见下表：
具体实施方式
如图1所示，紫外激光打孔的装置，紫外调Q固体激光器1为输出波长是355nm的紫外调Q固体激光器，脉宽为纳秒量级；紫外调Q固体激光器1的输出端设置扩束镜2，扩束镜2的输出端布置有第一反射镜3，第一反射镜3衔接第二反射镜4，第二反射镜4的输出端布置有光束整形器5，光束整形器5的输出端布置有扫描振镜6，扫描振镜6的输出端连接有聚焦镜7，聚焦镜7的下方布置有三维移动平台8，三维移动平台8上安装有吸气装置和高分辨率辅助定位影像系统，吸气装置用于吸走加工中产生的粉尘，高分辨率辅助定位影像系统用于确保打孔的位置精度。紫外调Q固体激光器1发出的光束射入扩束镜2，扩束镜2输出准直的光束，准直的光束经第一反射镜3和第二反射镜4后进入光束整形器5，光束整形器5将能量分布为高斯分布的高斯光束转换为能量分布为平顶分布的平顶光束，平顶光束经扫描振镜6后进入聚焦镜7，聚焦后的光束焦点位于三维移动平台8的加工工件上。
激光从紫外调Q固体激光器1中发出，经过扩束镜2获得准直均匀的光束；扩束后的光束经第一反射镜3衔接第二反射镜4后进入光束整形器5，光束整形器5将能量分布为高斯分布的激光光束转换为能量分布为平顶的光束，即获得截面能量密度均匀的光；整形后光束进入扫描振镜6，扫描振镜6控制光线X、Y方向移动，进而控制激光打孔位置；高放大倍率影像系统对打孔过程进行实时监控。
采用输出波长是355nm的紫外调Q脉冲激光器1，紫外激光因其固有特性，在与材料作用时，并不是通过热烧蚀去除物质，而是通过打断材料的化学键使分子剥离，此方式可以极大地减小热影响区域；紫外激光加工可获得很好的边缘效果。
光束整形器5主要功能是将能量分布为高斯分布的高斯光束A转换为能量分布为平顶分布的平顶光束B，即获得截面能量密度均匀的光，如图2所示。相比于能量分布为高斯激光的光束，经过整形后的光束可以获得更好的打孔效果及效率，如图3所示，高斯光束A加工工件9获得V形孔C，平顶光束B加工工件9获得U形孔D。
三维移动平台8和高分辨率辅助定位影像系统，使设备的整体打孔精度控制在5um以内。
本发明解决了激光钻孔过程中的效率及效果问题，同时也扩大了激光单点打孔在微制造领域的应用，适用于半导体领域的晶圆钻孔封装，具有效率高、成本低等优点。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.紫外激光打孔的装置，包括激光器和扩束镜，其特征在于：所述激光器为紫外调Q固体激光器，紫外调Q固体激光器的输出端设置扩束镜，所述扩束镜的输出端布置有第一反射镜，第一反射镜衔接第二反射镜，第二反射镜的输出端布置有光束整形器，光束整形器的输出端布置有扫描振镜，所述扫描振镜的输出端连接有聚焦镜，聚焦镜的下方布置有三维移动平台；所述紫外调Q固体激光器发出的光束射入扩束镜，扩束镜输出准直的光束，准直的光束经第一反射镜和第二反射镜后进入光束整形器，光束整形器将激光焦点处能量分布为高斯分布的光斑转换为能量分布为平顶分布的光斑，平顶光束经扫描振镜后进入聚焦镜，聚焦后的光束焦点位于三维移动平台的加工工件上。
2.根据权利要求1所述的紫外激光打孔的装置，其特征在于：所述紫外调Q固体激光器为输出波长是355nm的紫外调Q固体激光器。
3.根据权利要求1所述的紫外激光打孔的装置，其特征在于：所述三维移动平台上安装有吸气装置和高分辨率辅助定位影像系统。
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