DE10310797A1

DE10310797A1 - Vorrichtung zur Bearbeitung von Substraten, insbesondere von elektrischen Schaltungssubstraten, mit Laser

Info

Publication number: DE10310797A1
Application number: DE10310797A
Authority: DE
Inventors: Axel Brock; Stefan Löffler
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2023-03-13
Also published as: US20040178369A1; AU2003288181A1; WO2004080641A1; DE10310797B4

Abstract

Die Vorrichtung zur Bearbeitung von Substraten (3), insbesondere elektrischen Schaltungssubstraten, besitzt eine Laserquelle, ein in dem Strahlgang des Laserstrahls (2) angeordnetes optisches Ablenk- und Abbildungssystem (1) und ein das optische System zum Substrat (3) hin abschirmendes Schutzglas (5). Dieses Schutzglas (5) ist mit einer Heizvorrichtung (8; 9) versehen, wodurch es eine merklich höhere Temperatur als seine Umgebung aufweist.

Description

Vorrichtung zur Bearbeitung von Substraten, insbesondere von elektrischen Schaltungssubstraten, mit Laser Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Substraten, insbesondere von elektrischen Schaltungssubstraten, mit einer Laserquelle, einem in dem Strahlengang des Laserstrahls angeordneten optischen Ablenk- und Abbildungssystem und einem das optische System zum Substrat hin abschirmenden Schutzglas.

Für die Bearbeitung von Leiterplatten und ähnlichen Schaltungssubstraten ist es weithin üblich, metallische und dielektrische Schichten mittels eines Laserstrahls zu strukturieren oder mit dem Laserstrahl eine oder mehrere Schichten zu durchbohren. Dabei wird durch die Energie des Laserstrahls das abzutragende Material verdampft. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß dieses abgetragene Material sich in Form von Staubpartikeln in der Umgebung des Bearbeitungspunktes niederschlägt; insbesondere verursacht dieses Material Verschmutzungen am Schutzglas des optischen Systems.

Es ist zwar bekannt und üblich, diese Stäube aus abgetragenem Material mittels Absaugvorrichtungen von dem Bearbeitungsort abzuleiten. Dabei wird jedoch nur ein Teil des unerwünschten Staubes erfaßt, während nach wie vor das Schutzglas verschmutzt wird, was zu einer beträchtlichen Minderung der auf der Leiterplatte ankommenden Laserenergie führt.

Ziel der Erfindung ist es deshalb, die durch Materialablagerungen verursachte Verschmutzung des Schutzglases auf einfache Weise beträchtlich zu reduzieren.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß das Schutzglas mit einer Heizvorrichtung versehen ist, wodurch es eine merklich höhere Temperatur als seine Umgebung aufweist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die durch den Laserstrahl sublimierten Stäube die Neigung haben, sich vorzugsweise an kälteren Flächen abzuscheiden. Im Zuge des angestrebten thermischen Gleichgewichtes bewirkt eine beheizte Schutzglasplatte auch eine Reduzierung der relativen Luftfeuchte in seiner unmittelbaren Umgebung. Durch diesen Trocknungseffekt vermindern sich zudem die Haftkräfte der Stäube an der Schutzglasoberfläche. So wird dieser thermische Effekt ausgenutzt für die Reinhaltung der Schutzglasplatte.

Das vor dem Schutzglas des optischen Systems angeordnete Heizelement kann auf verschiedene Weise gestaltet sein, So ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung ein ringförmiges Heizelement vorgesehen, welches das Schutzglas ringsum umgibt und dieses von außen nach innen erwärmt. Ein solches ringförmiges Heizelement kann beispielsweise eine elektrische Heizwendel enthalten.

Es ist aber auch möglich, die Erwärmung des Schutzglases mittels eines Warmluftgebläses zu bewirken, welches mit einer oder vorzugsweise mit mehreren, gleichmäßig verteilten Düsen erwärmte Luft gegen die Unterseite des Schutzglases bläst.

Die Temperatur des so beheizten Schutzglases sollte deutlich über der normalen Raumtemperatur liegen, beispielsweise ab einer Größenordnung von etwa 50°C. Die Obergrenze dürfte bei etwa 120°C liegen, da bei höheren Temperatur die aus dem Kunststoff des Substrats bestehenden Stäube schmelzen oder klebrig werden und umliegende Kunststoff-Bauelemente geschädigt werden könnten.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt
1 in einer schematischen Ansicht eine erfindungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem beheizten Schutzglas,
2 das optische System von 1 in einer perspektivischen Ansicht von unten und
3 eine grafische Darstellung der durch das Schutzglas mit und ohne Beheizung hindurchgehenden Laserleistung in Abhängigkeit von der Anzahl von Bohrungen in einem Substrat.
Das in 1 schematisch gezeigte Laserbearbeitungssystem besitzt ein optisches System 1, durch das ein Laserstrahl 2 auf eine Leiterplatte 3 gerichtet wird. Das optische System 1 enthält vorzugsweise ein Linsensystem, während die vorgeschaltete Laserquelle selbst und ein in der Regel erforderliches Ablenksystem nicht gezeigt sind. Zwischen dem optischen System 1 und dem Bearbeitungspunkt 4 auf der Leiterplatte ist ein Schutzglas 5 angeordnet, um die von der Leiterplatte sublimierten Materialteilchen 6 von dem optischen System 1 fernzuhalten. Sie werden teilweise über eine Absaugvorrichtung 7 nach außen abgesaugt. Um jedoch die Verschmutzung des Schutzglases 5 zu verringern, ist an diesem ein ringförmiges Heizelement 8 angeordnet, das mittels Heizwendeln die Temperatur des Schutzglases merklich höher einstellt als die Umgebungstemperatur. Außerdem sind in 1 noch andeutungsweise Warmluftdüsen 9 gezeigt, die anstelle des ringförmigen Heizelementes 8 die Erwärmung des Schutzglases bewirken können.
2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten das optische System 1 der Laserbearbeitungsvorrichtung mit dem am unteren Ende angeordneten Schutzglas 5 und dem ringförmigen Heizelement 8. Darunter ist ein Bearbeitungstisch 10 zu sehen, auf dem die hier nicht sichtbare Leiterplatte 3 positioniert und fixiert wird.
In 3 sind Meßergebnisse einer vergleichenden Leistungsmessung des durch das Schutzglas zur Leiterplatte gelangenden Laserstrahls gezeigt. Gemessen wurde jeweils nach einer Anzahl n von Arbeitsdurchgängen mit jeweils etwa 15 000 Bohrungen. Dabei sind die Leistungsdaten bei einem Schutzglas mit normaler Raumtemperatur (20°C) als rhombusförmige Punkte und die Leistungsdaten bei einer Erwärmung des Schutzglases auf 50°C als quadratische Punkte dargestellt. Es ist deutlich, daß nach 50 Durchgängen eine Verbesserung der nutzbaren Laserleistung um ca. 20% erzielt wurde. Mit einer Optimierung der Wärmezufuhr läßt sich dieses Ergebnis vermutlich noch verbessern.

Claims

Vorrichtung zur Bearbeitung von Substraten, insbesondere von elektrischen Schaltungssubstraten (3) mit einer Laserquelle, einem in dem Strahlengang des Laserstrahls angeordneten optischen Ablenk- und Abbildungssystem (1) und einem das optische System zum Substrat hin abschirmenden Schutzglas (5), dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzglas (5) mit einer Heizvorrichtung (8; 9) versehen ist, wodurch es eine merkliche höhere Temperatur als seine Umgebung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung ein das Schutzglas (5) ringförmig umschließendes Heizelement (8) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung ein Warmluftgebläse mit mindestens einer auf das Schutzglas (5) gerichteten Austrittsdüse (9) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse eine Mehrzahl von gleichmäßig über den Umfang des Schutzglases (5) verteilte Austrittsdüsen (9) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzglas (5) mit der Heizvorrichtung (8; 9) auf eine Temperatur zwischen etwa 50°C und etwa 120°C erwärmt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bereich zwischen der Heizvorrichtung (8; 9) und dem Substrat (3) eine Absaugvorrichtung (7) angeordnet ist.