專利名稱：在無(wú)源電子元件襯底上形成劃線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在無(wú)源電子元件襯底上形成劃線(scribe line)的方法，更特別地，本發(fā)明涉及一種利用紫外激光器燒蝕無(wú)源電子元件襯底因此形成劃線的方法，沿著這些劃線襯底分裂成若干片。
背景技術(shù)：
如在本技術(shù)領(lǐng)域所熟知的那樣，通常在陶瓷襯底上將許多無(wú)源或混合微電子電路元件(此后稱為電路“元件”)加工成陣列。陶瓷襯底被切割，有時(shí)候稱作切塊，從而將電路元件彼此單個(gè)分開。
在過去的30年中，分割陶瓷襯底的常用方法包括使用脈沖CO2激光切割工藝，在這個(gè)工藝中，脈沖激光與行距(street)對(duì)準(zhǔn)，然后沿著行距照射從而形成“穿孔(post hole)”劃線。圖1所示為由脈沖CO2激光切割所形成的穿孔劃線2的掃描電子顯微照片(SEM)。如圖1中所示的那樣，穿孔劃線2包括沿著劃線2的長(zhǎng)度方向在陶瓷襯底6的厚度方向上延伸的分開的通孔4。形成穿孔劃線后，在劃線的任一側(cè)向陶瓷襯底部分施力就可以使陶瓷襯底分裂成單獨(dú)的小片。
雖然脈沖CO2激光切割在速度、整潔程度(cleanliness)、精確度、和減少鋸痕方面具有優(yōu)勢(shì)，但使用穿孔劃線產(chǎn)生分離的陶瓷小片，會(huì)使小片具有鋸齒狀、不平的側(cè)邊以及相當(dāng)多的熔渣殘留物。如圖2中的SEM照片所示，根據(jù)穿孔劃線方法形成的陶瓷襯底小片6具有正弦狀的側(cè)邊8，而不是優(yōu)選的直平側(cè)邊。而且，陶瓷襯底小片6包括熔渣殘留物7。
脈沖CO2激光切割也會(huì)導(dǎo)致陶瓷表面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變形，從而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上薄弱的元件。具體地，陶瓷襯底的強(qiáng)度減小，從而降低了承受熱應(yīng)力或機(jī)械應(yīng)力的能力。內(nèi)部結(jié)構(gòu)的薄弱通常表現(xiàn)為在激光劃線附近呈現(xiàn)的微裂紋數(shù)量的增多。圖3A和圖3B的SEM示出了由脈沖CO2激光切割形成的陶瓷襯底小片的橫截面。圖3A以10x的放大倍數(shù)示出了陶瓷襯底小片，圖3B以65x的放大倍數(shù)示出了陶瓷襯底小片的側(cè)邊。兩個(gè)圖都顯示出從側(cè)邊8延伸到陶瓷襯底小片6內(nèi)部的多個(gè)微裂紋9。根據(jù)Weibull的強(qiáng)度理論，隨著微裂紋密度的增加，陶瓷襯底的撓曲強(qiáng)度會(huì)減小(Weibull，W，Proc.Roy.Swedish Inst.Engrg.Research，193.151(1939))。由于它們的撓曲強(qiáng)度不足，很多電路元件就會(huì)被廢棄從而導(dǎo)致制造成本增加。
直到近來，燒結(jié)(fired)陶瓷襯底具有的長(zhǎng)度和寬度尺寸為大約6×8英寸，厚度為大約1毫米。如果被切割的陶瓷襯底具有這些尺寸，就可以容許由脈沖CO2激光切割形成的不平的側(cè)邊、熔渣殘留物、和微裂紋。
然而，近來在元件微型化方面的技術(shù)進(jìn)步要求切割出的電路元件具有大約1毫米×0.5毫米(0402)或0.5毫米×0.25毫米(0201)的長(zhǎng)度和寬度尺寸，厚度在大約80微米和大約300微米之間。這種密度和/或厚度的電路元件不會(huì)容許由脈沖CO2或NdYAG激光切割產(chǎn)生的這些不平的側(cè)邊、熔渣殘留物、和微裂紋，因?yàn)檫@些激光切割方法會(huì)不利地影響規(guī)定的電路元件值和/或隨后的元件處理。
一種現(xiàn)有技術(shù)試圖利用鋸條鋸過陶瓷襯底來切割出這些更小和更薄的電路元件，鋸條與厚膜和薄膜圖案產(chǎn)生的“行距”對(duì)準(zhǔn)，這些圖案作為形成電路元件的工藝的一部分形成在陶瓷襯底上。利用對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)來使鋸條和行距對(duì)準(zhǔn)。在鋸割之前優(yōu)選地將膠帶附著在陶瓷襯底上從而在完成鋸割時(shí)為切割出的電路元件提供支撐。這種現(xiàn)有技術(shù)方法的問題包括不精確的鋸條定位和對(duì)準(zhǔn)、鋸條的機(jī)械擺動(dòng)、以及由于鋸條切割的機(jī)械性質(zhì)所產(chǎn)生的不平或粗糙表面。而且，劃線的寬度必須足夠大以容納鋸條的寬度。典型的鋸條沿著切割軸線方向?qū)挾葹?5-150微米，產(chǎn)生大約150微米寬的切口。因?yàn)楫a(chǎn)生的劃線具有相對(duì)大的寬度從而占據(jù)更大部分的襯底表面，對(duì)于任意給定尺寸的陶瓷襯底而言生產(chǎn)出的元件更少。這樣就產(chǎn)生更多的表面面積浪費(fèi)、更少的表面面積用于電路元件部分、從而超過了每個(gè)電路元件的理想成本。
形成大多數(shù)大尺寸芯片電阻器元件的方法包括，初始的時(shí)候在未燒結(jié)(unfired)狀態(tài)下的陶瓷襯底內(nèi)預(yù)制出劃線。然后在燒結(jié)陶瓷襯底上印制出電阻器元件，沿著劃線襯底被分裂從而形成單獨(dú)的電路元件。因?yàn)橥ǔｎA(yù)制劃線在位置準(zhǔn)確度上的變化、以及在燒結(jié)期間陶瓷襯底收縮量的不可預(yù)測(cè)的變化，隨后電阻器元件的印制常常會(huì)產(chǎn)生與預(yù)制劃線的對(duì)準(zhǔn)不適當(dāng)。這種對(duì)準(zhǔn)的不當(dāng)間接地與元件部分的尺寸成比例。
對(duì)于更小的電路元件而言，可以用YAG激光器來在燒結(jié)陶瓷襯底中形成劃線。這些劃線用來對(duì)準(zhǔn)隨后的印制步驟。例如，以大約1.0微米的波長(zhǎng)運(yùn)行的IR-YAG激光器可以用來在陶瓷襯底中形成劃線。形成劃線的方法包括在IR-YAG激光束和陶瓷襯底頂面和底面的每個(gè)表面間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)從而在其中形成溝槽。當(dāng)在溝槽的任一側(cè)施加分裂力時(shí)，裂紋延伸傳播到襯底的長(zhǎng)度方向和厚度方向，從而使陶瓷襯底分裂成多個(gè)小片。
使用這種方法的一些缺陷包括(1)使用IR-YAG激光器引起的熱損壞會(huì)使金屬導(dǎo)線墊片分層；(2)頂面和底面劃線的不對(duì)準(zhǔn)會(huì)使切割出的陶瓷襯底小片具有不均勻的側(cè)緣；以及(3)效率不高，因?yàn)楸仨毞D(zhuǎn)、重新對(duì)準(zhǔn)、以及隨后在頂面和底面上劃線、以及因此所花費(fèi)的超過刻劃單個(gè)表面所需的兩倍的時(shí)間。
過去用的流行劃線方法之一就是首先預(yù)刻劃燒結(jié)的芯片電阻器陶瓷襯底，然后將導(dǎo)體和電阻器的絲網(wǎng)印制圖案對(duì)準(zhǔn)劃線。然而，隨著電路元件尺寸進(jìn)一步減小，將絲網(wǎng)印刷圖案對(duì)準(zhǔn)先前形成的劃線就變得很難實(shí)現(xiàn)。
因此就必需在印制燒結(jié)完成的芯片電阻器圖案上形成偏離軸線的劃線。對(duì)于燒結(jié)的陶瓷元件(芯片電容器、導(dǎo)體、過濾器等等)而言也明顯具有這種需要，燒結(jié)工藝包括將陶瓷襯底暴露在大約750℃和大約1100℃的溫度之間。延長(zhǎng)在這些高溫中的暴露會(huì)使陶瓷襯底沿著一條或兩條軸線彎曲，從而形成非標(biāo)準(zhǔn)形狀的陶瓷襯底。因此，就需要一種激光器能夠?qū)?zhǔn)并準(zhǔn)確地刻劃這些非標(biāo)準(zhǔn)形狀的陶瓷襯底，從而形成多個(gè)名義上相同的電路元件。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的是，印制和刻劃順序是可以互換的并不影響最終結(jié)果。
另外，很多電路元件都具有包括金屬的頂層。這個(gè)層能夠延伸到沿著x軸或y軸延伸的行距的一個(gè)或兩個(gè)行距中。所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很容易認(rèn)識(shí)到，頂層中存在金屬會(huì)阻止CO2激光的使用，因?yàn)榻饘贂?huì)反射CO2激光束。而且，用機(jī)械方式鋸割含金屬的層是不理想的，因?yàn)楹芏嘟饘倬哂醒诱剐?，例如銅，使得機(jī)械鋸割含金屬的層是極其緩慢和困難的過程。
利用UV-YAG激光器的鉆孔廣泛地用于印制線路板(PWB)工業(yè)中。具體地，在下面的有機(jī)材料被鉆孔之前，UV-YAG激光器發(fā)出激光束，該激光束切割穿過含金屬的頂層。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員就很容易理解UV激光鋸割銅、以及其它用于電路元件制造中的金屬。
因此，需要一種經(jīng)濟(jì)的方法來在由陶瓷或類似陶瓷的材料所制成的襯底中形成劃線，這種劃線利于將襯底干凈整潔地分裂成單獨(dú)的電路元件部分，這些元件部分具有清楚形成的側(cè)緣、最少的熔渣殘留物，而且出現(xiàn)的微裂紋也減少。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種方法，通過這種方法，其上附著有多個(gè)均勻隔開的電子元件的無(wú)源電子元件襯底，可以被整潔地分裂成單獨(dú)的電路元件，包括，例如，電阻器、電容器、電感器、過濾器、變阻器、和熱敏電阻器。
本發(fā)明的方法包括引導(dǎo)UV激光束以沿著無(wú)源電子元件襯底形成劃線，以使襯底厚度方向上的一部分被除去從而形成溝槽。溝槽的寬度從襯底表面匯合到溝槽的底部從而確定出一條尖銳或陡峭的明晰的斷裂線。
術(shù)語(yǔ)“無(wú)源電子元件襯底”此處用來表示單層結(jié)構(gòu)和結(jié)合的疊層、多層、以及層壓的多層結(jié)構(gòu)。無(wú)源電子元件襯底有不同的類型，包括，但并不限于，優(yōu)選的是下述的陶瓷或類似陶瓷的材料。
第一種是陶瓷襯底，被構(gòu)造成單層或者多層的平板狀。劃線可以形成在未經(jīng)熱處理的(軟)或燒結(jié)(硬)板中，包括高溫共燒陶瓷(HTCC)和低溫共燒陶瓷(LTCC)材料。
第二種是單層燒結(jié)陶瓷襯底，該襯底的圖案具有單個(gè)(芯片)電阻器、電阻器網(wǎng)絡(luò)、或混合電阻器網(wǎng)絡(luò)(即，那些具有不只一個(gè)的薄片電阻率值)；壓電、電光、或光電子器件；電感器；或其它構(gòu)造在更大的多元件陶瓷襯底上的單個(gè)元件。
第三種實(shí)施為多層陶瓷技術(shù)，包括HTCC或LTCC材料、芯片電容器、芯片陣列、由多種元件陣列構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)(例如，電阻器、電容器、和電感器)、以及包括無(wú)源元件的HTCC和LTCC電子封裝；或用作將半導(dǎo)體(例如，硅)器件連接到其它電子封裝的插入裝置(interposer)的電子封裝。
第四種是特制的陶瓷襯底，該襯底是燒結(jié)的或未燒結(jié)的單層或多層結(jié)構(gòu)，例如像是，變阻器或熱敏電阻器的襯底。普通技術(shù)人員認(rèn)為熱敏電阻器和變阻器襯底的單層結(jié)構(gòu)指的是圓盤狀、桿狀、墊圈狀、厚塊狀、平板狀、管狀、和珠狀的任一種。
UV激光器發(fā)射出激光束，該激光束的特征是其能量和光斑尺寸足以在襯底中形成劃線，而不會(huì)發(fā)生明顯的熔融襯底，以使清晰確定的尖銳或陡峭的斷裂線形成沿著斷裂線長(zhǎng)度方向延伸并延伸到襯底厚度方向內(nèi)的高應(yīng)力集中區(qū)域。因此，多個(gè)深度方向的裂紋會(huì)響應(yīng)于施加到溝槽任一側(cè)的分裂力，從而向高應(yīng)力集中區(qū)中襯底的厚度方向延伸傳播，使襯底整潔地分裂成單獨(dú)的電路元件，該電路元件的側(cè)緣是由斷裂線(snapline)確定的。
高應(yīng)力集中區(qū)的形成便于以更高的精確度分裂襯底，同時(shí)在施加分裂力的期間和施加分裂力之后保持每個(gè)電路元件襯底內(nèi)部結(jié)構(gòu)的完整性。之所以如此是因?yàn)樾纬稍谝r底中的多個(gè)深度方向上的裂紋在施加分裂力后，在深度方向上延伸傳播穿過高應(yīng)力集中區(qū)中襯底的厚度，而不是沿著長(zhǎng)度方向穿越每片陶瓷襯底的內(nèi)部結(jié)構(gòu)延伸傳播。以這種方式形成的深度方向的裂紋便于更清晰地分裂襯底從而形成多個(gè)名義上相同的電路元件。
激光束切割過程產(chǎn)生最少的襯底材料再凝固，從而減小了在使用UV激光束期間溝槽側(cè)壁熔融形成熔渣殘留物的程度。沒有明顯的再凝固以及因此形成清晰確定的溝槽壁使得襯底可以沿著劃線的長(zhǎng)度方向以更高的精確度分裂，因?yàn)榧す馐男再|(zhì)使襯底變薄但不影響襯底的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
從以下結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)清晰。


圖1是掃描電子顯微照片，顯示利用現(xiàn)有技術(shù)CO2激光切割在陶瓷襯底上所形成的穿孔劃線的頂視圖。
圖2是頂視圖的掃描電子顯微照片，顯示當(dāng)在圖1所示的穿孔劃線的相對(duì)側(cè)施加分裂力時(shí)，對(duì)于切割到陶瓷襯底內(nèi)的一條劃線，由CO2激光切割所形成的熔渣殘留物和鋸齒狀、不平的陶瓷襯底側(cè)邊。
圖3A和圖3B是掃描電子顯微照片，分別以10x的放大倍數(shù)和65x的放大倍數(shù)示出了陶瓷襯底片的橫截面，其具有利用現(xiàn)有技術(shù)的CO2激光切割形成的延伸穿過襯底片內(nèi)部的微裂紋。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一種激光刻劃?rùn)C(jī)的圖示性示意圖，該刻劃?rùn)C(jī)發(fā)射激光束以照射陶瓷襯底表面從而形成劃線。
圖5A是一種無(wú)源電子元件襯底的示意圖，該襯底用于芯片電容器，僅在一個(gè)表面上被刻劃。
圖5B是一種無(wú)源電子元件襯底的示意圖，該襯底用于芯片電容器，在兩個(gè)表面上都被刻劃。
圖6是一種由陶瓷襯底表面上多個(gè)行距的劃線網(wǎng)格的頂視圖，該陶瓷襯底上附著有多個(gè)電子元件，例如電阻器，沿著該襯底形成根據(jù)本發(fā)明的劃線。
圖7是掃描電子顯微照片，以65x的放大倍數(shù)示出了根據(jù)本發(fā)明所刻劃的光滑平直的陶瓷襯底側(cè)邊。
圖8是一種陶瓷過濾器側(cè)視圖的圖示性示意圖，該過濾器包括利用本發(fā)明的方法被刻劃的金屬頂層。
圖9是掃描電子顯微照片，示出了形成在未經(jīng)熱處理的(未燒結(jié)的)陶瓷襯底中的劃線的側(cè)視圖。
圖10是分割出的芯片電容器側(cè)緣的掃描電子顯微照片，該電容器形成在圖9的陶瓷襯底上。
圖11是形成在陶瓷襯底上的對(duì)準(zhǔn)孔的掃描電子顯微照片。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明包括引導(dǎo)固態(tài)紫外線激光器發(fā)射的激光束在無(wú)源電子元件襯底上形成劃線。描述的優(yōu)選實(shí)施例針對(duì)由陶瓷材料制成的襯底；然而，在襯底中形成劃線的工藝可以在由其它類似陶瓷的合適材料制成的襯底中進(jìn)行，例如電子陶瓷、陶瓷半導(dǎo)體、陶瓷導(dǎo)體、電介質(zhì)、壓電體、熱電體、電光陶瓷、光電材料、磁性陶瓷(鐵素體)、玻璃陶瓷、絕緣體和陶瓷超導(dǎo)體。在優(yōu)選的實(shí)施例中，陶瓷襯底吸收發(fā)射激光束的能量，因此沿著深度方向除去襯底的一部分從而沿著行距形成溝槽，行距是由形成在陶瓷襯底上的圖案產(chǎn)生的，圖案形成是形成電路元件的工藝的一部分。根據(jù)加工的電路元件的類型，圖案通常由厚膜工藝(例如，由絲網(wǎng)印制形成厚膜電阻器或多層芯片電容器(MLCCs)或由薄膜工藝(例如，由真空沉積)形成。溝槽包括兩個(gè)側(cè)壁，這兩個(gè)側(cè)壁從陶瓷襯底表面延伸并匯聚從而在溝槽的底部形成清晰確定的斷裂線，使得溝槽具有大致三角形(一個(gè)寬開口和一個(gè)頂點(diǎn))的橫截面。溝槽的深度優(yōu)選地足夠地淺，使得溝槽不會(huì)明顯穿透陶瓷襯底的厚度區(qū)間，從而將微裂紋的形成降至最少因此保持了在分裂襯底期間襯底結(jié)構(gòu)的完整性，所述微裂紋通常以垂直于襯底中劃線的方向延伸。而且，優(yōu)選地，激光束的波長(zhǎng)足以使襯底沿著劃線側(cè)壁的再凝固最小化。
用于本發(fā)明的方法的一種優(yōu)選的激光器是一種具有Q開關(guān)、二極管泵浦的固態(tài)UV激光器，其包括固態(tài)激射物，例如NdYAG、NdYLF、NdYAP、或NdYVO4、或摻雜有鈥或鉺的YAG晶體。(UV激光器定義為一種能發(fā)射波長(zhǎng)小于400納米的光的激光器。)UV激光器是優(yōu)選的，因?yàn)?1)陶瓷襯底在UV范圍內(nèi)呈現(xiàn)很強(qiáng)的吸收能力；(2)UV激光劃線很快因?yàn)樗灰笤谝r底的兩側(cè)都劃線；(3)因?yàn)閁V激光劃線很大程度上是非熱處理過程(non-thermal process)，所以可以產(chǎn)生非常尖銳的切口，該切口可以產(chǎn)生整潔平直的豎直裂紋，切口的斜度通常小于3度；(4)UV激光切割可以特別順列地除去金屬(切口整潔干凈，很少甚至沒有在溝槽中剩下材料，這些剩下的材料會(huì)妨礙分裂或金屬墊片的分層)。
優(yōu)選的激光器提供以諧波方式產(chǎn)生具有一個(gè)或多個(gè)激光脈沖的UV激光輸出，該激光脈沖具有的波長(zhǎng)例如為355納米(三倍頻率NdYAG)或266納米(四倍頻率NdYAG)并具有基本接近TEM00的空間模式外形。波長(zhǎng)為355納米的激光輸出特別優(yōu)選，因?yàn)橛脕懋a(chǎn)生第三諧波的晶體能夠提供更高的功率和更高的脈沖重復(fù)頻率。激光優(yōu)選地以大約0.5瓦和大約10瓦之間的功率運(yùn)行，重復(fù)頻率在大約15千赫和100千赫之間。脈沖寬度優(yōu)選地為15納秒和大約100納秒，但可以是任意合適的脈沖寬度。
UV激光脈沖可以被各種熟知的光學(xué)器件轉(zhuǎn)換成擴(kuò)展的準(zhǔn)直脈沖，這些光學(xué)器件包括擴(kuò)束器或向上準(zhǔn)直儀棱鏡元件(具有，例如2x的擴(kuò)束因子)，設(shè)置在激光束的路徑上。光束定位系統(tǒng)通常將準(zhǔn)直脈沖引導(dǎo)通過掃描物鏡或切割透鏡(cutting lens)到達(dá)陶瓷襯底上的希望的激光目標(biāo)位置。
被加入到本申請(qǐng)的受讓人美國(guó)俄勒岡州波特蘭的電子科學(xué)工業(yè)公司(Electro Scientific Industries，Inc.)制造的型號(hào)系列Nos.4370和4420小面積微加工系統(tǒng)中的光束定位系統(tǒng)，適于實(shí)施本發(fā)明來刻劃更小(例如，小于10.2厘米×10.2厘米(4英寸×4英寸))的陶瓷襯底。被加入到電子科學(xué)工業(yè)公司制造的Model Series Nos.52xx and 53xx大面積微加工系統(tǒng)中的光束定位系統(tǒng)適于實(shí)施本發(fā)明來刻劃更大(即，大約10.2厘米×10.2厘米(4英寸×4英寸))的陶瓷襯底。同樣還有，混合光束定位系統(tǒng)，例如Cutler等人的專利號(hào)為No.5,847,960，名稱為“MULTI-TOOLPOSITIONING SYSTEM”和專利號(hào)為No.5,754,585，名稱為“HIGHSPEED，HIGH ACCURACY MULTI-STAGE TOOL POSITIONINGSYSTEM”中描述的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中的一些系統(tǒng)利用X-Y線性電動(dòng)機(jī)來移動(dòng)工件，利用X-Y平臺(tái)來移動(dòng)掃描透鏡，對(duì)于加工長(zhǎng)直的切口而言是成本有效的或合算的。普通技術(shù)人員也可以理解的是，可以選擇地利用這樣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有單個(gè)X-Y平臺(tái)用于工件定位，并具有固定的光束位置和/或靜止的電流計(jì)或檢流計(jì)用于光束定位。
本發(fā)明的方法可以結(jié)合在不同參數(shù)下工作的多個(gè)激光系統(tǒng)來使用。因?yàn)槊總€(gè)特定激光系統(tǒng)的操作參數(shù)可以協(xié)同工作從而形成清晰確定的劃線，可以根據(jù)激光系統(tǒng)、襯底、或加工限制條件來調(diào)節(jié)操作參數(shù)。例如，利用下列操作參數(shù)中的任一個(gè)、或結(jié)合下列參數(shù)，可以根據(jù)本發(fā)明的方法對(duì)厚襯底有效地劃線，這些操作參數(shù)為高功率激光、高重復(fù)頻率、多遍掃描、或每個(gè)脈沖的高能量。相反，利用下列操作參數(shù)中的任一個(gè)、或結(jié)合下列參數(shù)，可以根據(jù)本發(fā)明的方法對(duì)薄襯底有效地劃線，這些操作參數(shù)為低功率激光、低重復(fù)頻率、單遍掃描、或每個(gè)脈沖的低能量。
圖4示出一個(gè)實(shí)例性的無(wú)源電子元件襯底，激光束14瞄準(zhǔn)到陶瓷襯底10上。陶瓷襯底10包括第一表面18和第二表面20，兩者之間確定了襯底厚度24。陶瓷襯底10也包括行距28(圖6中所示)和多個(gè)電子元件12，例如電阻器，電子元件附著到第一襯底表面18或第二襯底表面20的一個(gè)表面上。本發(fā)明的劃線方法可以在陶瓷襯底10的任一側(cè)或在陶瓷襯底10的兩側(cè)上進(jìn)行。如果刻劃芯片電阻器襯底，優(yōu)選的是單側(cè)襯底劃線(圖5A中所示)，如果刻劃芯片電容器襯底，優(yōu)選的是雙側(cè)襯底劃線(圖5B中所示)。
利用上述的激光定位系統(tǒng)，將包括激光32的激光刻劃?rùn)C(jī)與行距28對(duì)準(zhǔn)。然后燒蝕陶瓷襯底10與行距28同延的部分從而形成溝槽36。溝槽36可以通過單遍或多遍激光束14掃描掠過來形成，這取決于激光系統(tǒng)的操作參數(shù)、被刻劃的陶瓷襯底的厚度、密度和種類、以及任何加工中的限制條件。溝槽36的長(zhǎng)度通常延伸過陶瓷襯底表面的整個(gè)有用的長(zhǎng)度或?qū)挾确秶喜?6包括的溝槽長(zhǎng)度優(yōu)選地與行距28的長(zhǎng)度相同，溝槽寬度優(yōu)選地小于大約30微米，更優(yōu)選地在20微米和大約30微米之間，如激光束的光斑尺寸產(chǎn)生的寬度。
沿著行距28可以產(chǎn)生多個(gè)溝槽從而在陶瓷襯底表面上形成網(wǎng)格，如圖6所示?？捎帽绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任意方式來形成多個(gè)溝槽，包括在刻劃另外的劃線之前用多遍掃描刻劃一條劃線、在用另一遍掃描刻劃每一條劃線之前用第一遍掃描刻劃網(wǎng)格中的每條劃線、以及用交替方式來刻劃。(一個(gè)交替方式刻劃的實(shí)例就是，對(duì)于一組在長(zhǎng)度方向并排排列的多個(gè)行距而言，沿著該組行距中兩個(gè)不重疊的子集中的行距以交替的順序來形成劃線。)因?yàn)樘沾梢r底保持熱量，刻劃密間距(網(wǎng)格中相鄰的劃線以小于400微米的間距分開)網(wǎng)格的方法包括以交替方式來劃線，在用另一遍掃描刻劃每一條劃線之前用第一遍掃描刻劃每條單獨(dú)的劃線。針對(duì)每條劃線，第一遍和第二遍之間的時(shí)間間隔便于散熱，因此將由于入射的熱量累積所產(chǎn)生的陶瓷襯底的裂口和裂紋降至最少。
溝槽36進(jìn)一步包括兩個(gè)傾斜的側(cè)壁40，這兩個(gè)側(cè)壁從陶瓷襯底表面18延伸并匯聚從而在溝槽36的底部形成清晰確定的斷裂線44，使得溝槽具有大致三角形(一個(gè)寬開口和一個(gè)頂點(diǎn)44)的橫截面。在圖4中，溝槽36的溝槽深度48從陶瓷襯底10的第一表面18(圖4)或第二表面20延伸到溝槽36的底部，其中兩個(gè)側(cè)壁40匯聚形成具有高應(yīng)力集中的斷裂線44。溝槽深度48優(yōu)選地足夠地淺，使得溝槽36不會(huì)明顯穿透陶瓷襯底的厚度24區(qū)間，從而將微裂紋的形成降至最少，微裂紋通常在垂直于劃線的方向延伸。溝槽深度48取決于電路尺寸和襯底厚度，優(yōu)選地在襯底厚度24的大約5％到40％之間?？梢酝ㄟ^選擇合適的功率設(shè)置和激光束14的應(yīng)用時(shí)間來控制溝槽深度48。理想的劃線深度取決于其中形成劃線的襯底材料。因此，理想值可以通過每種襯底材料的性質(zhì)和每組激光操作參數(shù)來確定。
然后通過施加垂直于劃線的分裂張力使陶瓷襯底10分裂成多個(gè)小片。溝槽36優(yōu)選地具有三角形的橫截面形狀，使得在溝槽36的兩側(cè)施加分裂力會(huì)使陶瓷襯底10沿著斷裂線44整潔地?cái)嗔?。得到的多個(gè)電路元件所包括的側(cè)緣為原來的溝槽側(cè)壁40。
可以用本發(fā)明的方法在陶瓷襯底10上形成多個(gè)溝槽36。一個(gè)實(shí)例性的加工多個(gè)電路元件的方法在圖6中示出，所示為在陶瓷襯底10的表面上的劃線網(wǎng)格56。劃線網(wǎng)格56包括水平(x軸)28h和豎直(y軸)28v行距，從而確定了獨(dú)立區(qū)域陣列，每個(gè)獨(dú)立區(qū)域?qū)?yīng)一個(gè)單獨(dú)的電路元件。劃線網(wǎng)格56也包括與水平(x軸)28h和豎直(y軸)28v行距共延(coextensive)的溝槽36。
被激光束14照射的陶瓷襯底表面可以沒有覆蓋犧牲層或者覆蓋有犧牲層，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的那樣，可以在陶瓷表面的后側(cè)20來進(jìn)行激光切割因此激光產(chǎn)生的殘?jiān)蜔o(wú)關(guān)緊要了。后側(cè)的對(duì)準(zhǔn)可以用激光或其它標(biāo)記或陶瓷襯底10前側(cè)18的對(duì)準(zhǔn)孔來實(shí)現(xiàn)。實(shí)例性的對(duì)準(zhǔn)孔在圖11中示出?？梢赃x擇地，后側(cè)對(duì)準(zhǔn)可以利用邊對(duì)準(zhǔn)和/或相機(jī)視界的校準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所已知的那樣。以下的實(shí)例示出了實(shí)例性的激光和操作參數(shù)協(xié)作來從深度方向除去燒結(jié)和未經(jīng)熱處理的(未燒結(jié)的)陶瓷襯底材料從而形成本發(fā)明清晰確定的斷裂線。
實(shí)例1.較低功率、較高重復(fù)頻率的微加工利用發(fā)射25微米高斯光束的的型號(hào)為No.V03激光器，在厚度0.913毫米的燒結(jié)陶瓷襯底材料上形成劃線，該激光器由加利福尼亞洲Mountain View的LightWave Electronics公司制造，該激光器置于電子科學(xué)工業(yè)公司制造的型號(hào)為No.5200激光系統(tǒng)中。該工藝以0.5毫米/秒(實(shí)際速度＝25毫米/秒/重復(fù)次數(shù)(mm/s/repetitions))的有效速度運(yùn)行。所用的操作參數(shù)在表I中列出。
表I. 操作參數(shù)

形成劃線后，沿著劃線陶瓷材料被分裂從而形成兩個(gè)分離開的電路元件，用光學(xué)顯微鏡來檢測(cè)以評(píng)價(jià)切口質(zhì)量、深度、和特征。電路元件的側(cè)邊是干凈的，沒有殘?jiān)?。由于高斯光束的外形，切口壁稍微傾斜?？傊?，該工藝產(chǎn)生了具有良好邊緣和干凈分裂的干凈切口。關(guān)于切口深度與重復(fù)次數(shù)和切口百分比(切口/燒結(jié)陶瓷材料的總厚度)對(duì)比的數(shù)據(jù)在表II中示出，可以看出使用這些操作參數(shù)時(shí)多次重復(fù)是優(yōu)選的。
表II. 針對(duì)切口深度、切口百分比、和每遍的深度的測(cè)試結(jié)果

實(shí)例2.較高功率、較低重復(fù)頻率的微加工利用發(fā)射25微米高斯光束的的型號(hào)為No.Q301激光器，在厚度0.962毫米的燒結(jié)陶瓷襯底材料上形成劃線，該激光器由加利福尼亞洲Mountain View的LightWave Electronics公司制造，該激光器置于電子科學(xué)工業(yè)公司制造的型號(hào)為No.5200激光系統(tǒng)中。所用的操作參數(shù)在表III中列出。
表III.操作參數(shù)

以不同的速度和切入尺寸所進(jìn)行的三個(gè)獨(dú)立的測(cè)試如表IV、V和VI所示。
表IV.測(cè)試#1

表V.測(cè)試#2

表VI. 測(cè)試#3

形成劃線后，沿著劃線陶瓷材料被分裂從而形成兩個(gè)分離開的電路元件，用光學(xué)顯微鏡來檢測(cè)以評(píng)價(jià)切口質(zhì)量、深度、和特征。電路元件的側(cè)邊是干凈的，沒有殘?jiān)?。由于高斯光束的外形，切口壁稍微傾斜。以50mm/s和100mm/s速度的激光刻劃在所刻劃的電路元件上產(chǎn)生的邊緣分裂區(qū)域，沿著斷裂線產(chǎn)生了非常干凈的邊緣。可以在邊緣上看到大約20微米的邊緣傾斜或，這是因?yàn)閯澗€寬度大約為45微米。
針對(duì)在表IV到VI所述的三個(gè)測(cè)試中的每個(gè)測(cè)試，關(guān)于切口深度與重復(fù)次數(shù)對(duì)比的數(shù)據(jù)在表VII中示出。
表VII. 以25mm/s、50mm/s、和100mm/s的速度操作的激光每次重復(fù)的切割深度

比較表II和VII可以看出實(shí)例2中使用的功率增大會(huì)使除去陶瓷材料的速度增大。因此，對(duì)于激光系統(tǒng)每個(gè)脈沖以較高的功率在較高的重復(fù)頻率下操作是優(yōu)選的。
實(shí)例3.較高功率、較低重復(fù)頻率的微加工利用發(fā)射25微米高斯光束的的型號(hào)為No.Q302激光器，在厚度大約100微米的燒結(jié)陶瓷襯底材料上形成劃線，該激光器由加利福尼亞洲Mountain View的LightWave Electronics公司制造，該激光器置于電子科學(xué)工業(yè)公司制造的型號(hào)為No.5200激光系統(tǒng)中。所用的操作參數(shù)在表VIII中列出。
表VIII. 操作參數(shù)

用編程控制的速度100mm/s移動(dòng)激光束，并且有效速度為50mm/s。劃線的整個(gè)深度為大約28微米。因?yàn)榍腥氤叽?bite size)為大約2微米，在兩次重復(fù)的每遍掃描掠射中存在顯著的重疊。形成劃線后，沿著劃線陶瓷材料被分裂從而形成兩個(gè)分離開的電路元件，用光學(xué)顯微鏡來檢測(cè)以評(píng)價(jià)切口質(zhì)量、深度、和特征。被刻劃電路元件上的邊緣分裂區(qū)域沒有顯著的熔渣殘留。
實(shí)例4.未經(jīng)熱處理的陶瓷襯底的UV激光刻劃利用發(fā)射25微米高斯光束的的型號(hào)為No.Q301的激光器，在厚度800微米的未熱處理的(未燒結(jié)的)MLCC襯底上形成劃線，該激光器由LightWave Electronics公司制造，該激光器置于電子科學(xué)工業(yè)公司制造的型號(hào)為No.4420激光系統(tǒng)中。所用的操作參數(shù)在表IX中列出。
表IX. 操作參數(shù)

圖9是掃描電子顯微照片，示出了形成在未經(jīng)熱處理的(未燒結(jié))MLCC襯底中的劃線的側(cè)視圖。如圖9所示，溝槽具有清晰確定的側(cè)壁，側(cè)壁匯聚從而形成尖銳的斷裂線。溝槽的橫截面形狀是三角形。
形成劃線后，燒結(jié)未經(jīng)熱處理的MLCC襯底。燒結(jié)襯底板會(huì)導(dǎo)致襯底的收縮。陶瓷襯底通常會(huì)經(jīng)歷大約10％和大約20％之間的收縮，這取決于若干變量，例如顆粒尺寸、顆粒形狀、電介質(zhì)和內(nèi)部電極金屬粉末的分布、未經(jīng)熱處理的襯底的密度、用來形成板的方法和操作參數(shù)(例如，帶鑄造(tape casting)或絲網(wǎng)印制)、以及電介質(zhì)的組成成分。申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)當(dāng)MLCC襯底被燒結(jié)時(shí)劃線的有效切口深度增加。
形成劃線和燒結(jié)襯底后，MLCC材料沿著劃線分裂從而形成多行電路元件(例如，芯片電容器)，用光學(xué)顯微鏡來檢測(cè)以評(píng)價(jià)切口質(zhì)量、深度、和特征。圖10示出在附圖所在的平面中一行芯片電容器的側(cè)緣。芯片電容器的側(cè)緣是干凈的，沒有殘?jiān)??？傊?，該工藝產(chǎn)生了具有良好邊緣和干凈分裂的干凈切口。刻劃未經(jīng)熱處理的陶瓷襯底的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以在未經(jīng)熱處理的陶瓷材料上形成更深的劃線，因?yàn)樗洝?br> 如果形成芯片電容器，優(yōu)選地在第一和第二襯底表面上都刻劃，使得在第一表面上的劃線與第二表面上的劃線空間對(duì)準(zhǔn)。這種雙側(cè)刻劃是這樣進(jìn)行的(1)在襯底中鉆出對(duì)準(zhǔn)孔，(2)利用上述方法在第一表面上形成劃線，(3)翻轉(zhuǎn)襯底并利用對(duì)準(zhǔn)孔重新對(duì)準(zhǔn)，(4)利用上述的方法在第二表面上形成劃線，使得在第二表面上的劃線與第一表面上的劃線空間對(duì)準(zhǔn)。
通常在襯底的角落形成多個(gè)對(duì)準(zhǔn)孔，從而在翻轉(zhuǎn)襯底和刻劃第二表面時(shí)便于對(duì)準(zhǔn)襯底。一種實(shí)例性的對(duì)準(zhǔn)孔80在圖11中示出。圖11的對(duì)準(zhǔn)孔80形成在未經(jīng)熱處理(未燒結(jié))的厚度為800微米的MLCC襯底上，利用發(fā)射25微米高斯光束的由加利福尼亞洲Mountain View的LightWaveElectronics公司制造的Model No.Q301激光器，該激光器置于電子科學(xué)工業(yè)公司制造的Model No.4420激光系統(tǒng)中。所用的操作參數(shù)在表X中列出。
表IX. 操作參數(shù)

如上述的那樣，可以結(jié)合使用其它的對(duì)準(zhǔn)方法在未經(jīng)熱處理的材料上形成劃線。
當(dāng)分離開的電路元件形成芯片電容器時(shí)，形成在襯底10中的溝槽36的棱邊70優(yōu)選地進(jìn)行棱邊倒圓處理(如圖5B、9、和10所示)。更具體地，側(cè)壁40與第一表面18相交在襯底10的第一表面18處形成棱邊70。對(duì)這些棱邊進(jìn)行倒圓處理是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)行棱邊倒圓有兩個(gè)主要原因(1)芯片的棱邊是在尖銳區(qū)域處的主要機(jī)械應(yīng)力集中源，倒圓去掉棱邊就可以降低棱邊處的應(yīng)力集中，從而降低在處理和/或操作期間終端涂層碎裂并露出內(nèi)部電極的幾率，和(2)便于均勻末端終端芯片在棱邊處會(huì)聚。這種倒圓處理就是引導(dǎo)紫外線激光束從而除去棱邊處的襯底材料以使其具有曲線形狀。用于棱邊倒圓的示例性數(shù)據(jù)是＜3微米的頂點(diǎn)-對(duì)-側(cè)邊的比例以及＜20微米的角會(huì)聚。
實(shí)例1-4示出，高應(yīng)力集中區(qū)的形成便于以更高的精確度分裂陶瓷襯底，使得在施加分裂力的期間和施加分裂力之后得到的每個(gè)陶瓷襯底片的內(nèi)部完整性基本保持不變。陶瓷襯底內(nèi)部保持不變，是因?yàn)樾纬稍谔沾梢r底中的多個(gè)深度方向上的裂紋在施加分裂力后，在深度方向上延伸傳播穿過高應(yīng)力集中區(qū)中陶瓷襯底的厚度，而不是沿著長(zhǎng)度方向穿越每片陶瓷襯底的內(nèi)部結(jié)構(gòu)延伸傳播。這就便于更整潔地分裂陶瓷襯底從而形成多個(gè)電路元件。
而且，激光束的操作參數(shù)將陶瓷襯底材料出現(xiàn)的再凝固降至最少，從而減小了在使用激光束期間溝槽側(cè)壁熔融的程度，因此將熔渣殘留物的形成降至最少。具體地，本發(fā)明的激光刻劃方法使得由激光脈沖除去的陶瓷襯底厚度的那部分吸收大部分激光能量。這樣的能量吸收確保基本上之后沒有剩余的熱量來引起溝槽側(cè)壁的熔融。沒有明顯的再凝固以及因此形成清晰確定的溝槽壁使得陶瓷襯底可以沿著劃線的長(zhǎng)度方向以更高的精確度分裂，因?yàn)榧す馐臒g(非熱)性質(zhì)使陶瓷襯底變薄但沒有影響陶瓷襯底的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。最少的再凝固也帶來優(yōu)質(zhì)且一致的棱邊質(zhì)量；更光滑的棱邊消除了薄弱點(diǎn)的存在，而微裂紋就是源自這些薄弱點(diǎn)。圖7的SEM以65x的放大倍數(shù)示出了陶瓷襯底片光滑且平坦的側(cè)邊，該襯底片是根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行劃線的。
UV激光切割的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是它比機(jī)械切割(截切寬度(slicing lane)大約為300微米，切割路徑(dicing path)大約為150微米)消耗的材料顯著地少(寬度小于50微米的切口，優(yōu)選地寬度小于30微米)，因此在單個(gè)襯底上可以加工更多的電路元件。
本發(fā)明的方法也便于刻劃非規(guī)則形狀的襯底，這種襯底要求襯底和激光束偏離軸線(off-axis)對(duì)準(zhǔn)。具體地，本發(fā)明的這種方法用來形成偏離軸線的劃線，該劃線相對(duì)于法線具有方位角。當(dāng)在非-正交或偏離圖案上形成劃線時(shí)，可能要求在不同的點(diǎn)觀測(cè)無(wú)源電子元件襯底。用于刻劃這種類型的無(wú)源電子元件的一種實(shí)例性光束定位系統(tǒng)，是本申請(qǐng)的受讓人位于俄勒岡州波特蘭的電子科學(xué)工業(yè)公司制造的型號(hào)為Model4420或4370UV-YAG激光劃線系統(tǒng)(Laser Scribing System)中的光束定位系統(tǒng)。
另外，多層陶瓷元件，例如MLCCs，包括銅、銀、或鎳層，可以用本發(fā)明的方法來進(jìn)行劃線，不會(huì)破壞其它層的完整性。在一個(gè)實(shí)施例中，未經(jīng)熱處理的層可以堆疊起來，然后燒結(jié)得到的陶瓷過濾結(jié)構(gòu)。如圖8所示，陶瓷過濾器48可以包括芯片50，該芯片被疊層52和銅、銀、或鎳密封涂層54所覆蓋。芯片50置于陶瓷襯底62的頂部。現(xiàn)有技術(shù)的方法機(jī)械鋸割穿過銅密封涂層54會(huì)破壞疊層52，這是不希望發(fā)生的。而且，因?yàn)殂~的延展性，機(jī)械鋸割頂層會(huì)很慢令人難以接受。本發(fā)明的方法使得陶瓷過濾器48的銅密封涂層54被UV激光束切割，激光束的能量和光斑尺寸足以分離切割銅密封涂層54和陶瓷襯底62，而不會(huì)破壞疊層52。結(jié)合本發(fā)明的方法使用的UV激光可以被編程控制，從而切穿銅密封涂層54而在陶瓷襯底62中留下具有斷裂線的溝槽，沿著斷裂線陶瓷襯底62可以被分裂成單獨(dú)的、名義上相同的電路元件?？梢赃x擇地，結(jié)合本發(fā)明的方法使用的UV激光可以被編程控制，從而切穿銅密封涂層54而不影響陶瓷襯底62。根據(jù)本發(fā)明的方法，然后對(duì)激光進(jìn)行編程控制，使其能量和光斑尺寸足以形成劃線，沿著劃線陶瓷襯底62可以被分裂成單獨(dú)的、名義上相同的電路元件。
總之，本發(fā)明的方法可以用來在各種類型的無(wú)源電子元件襯底中形成劃線從而分裂形成各種電子元件。列舉的實(shí)例性電子元件包括芯片電阻器芯片電容器；電感器；過濾器；變阻器(包括，但不限于，金屬氧化物變阻器、多層變阻器、和圓盤變阻器)；熱敏電阻器；基于磁性材料的電子元件例如鐵氧體磁珠和變換器；基于壓電陶瓷的電子元件例如轉(zhuǎn)換器和傳感器；基于光電陶瓷的電子元件例如光學(xué)開關(guān)和顏色過濾器(color filter)；以及LTCC和HTCC封裝。
最后，具有這樣行距的陶瓷襯底，該行距沿著x軸和y軸的任一個(gè)或著沿著兩個(gè)軸延伸并裝載了金屬，可以用本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單地進(jìn)行分割。
顯而易見，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不背離本發(fā)明基本原則的前提下，可以對(duì)上述本發(fā)明實(shí)施例的細(xì)節(jié)進(jìn)行變動(dòng)。因此，本發(fā)明的范圍只應(yīng)該由下面的權(quán)利要求來確定。
權(quán)利要求
1.一種在無(wú)源電子元件襯底上形成劃線的方法，該劃線便于將所述襯底分裂成單獨(dú)的小片，該小片具有的側(cè)緣是由所述劃線確定的，所述襯底具有厚度和表面，在所述襯底表面上形成了多個(gè)名義上相同的、互相分開的電子元件的圖案，所述電子元件被行距隔開，所述劃線沿著所述行距形成，以使所述襯底分裂產(chǎn)生的單獨(dú)的小片包括單獨(dú)的電路元件，所述方法包括將紫外線激光束對(duì)準(zhǔn)所述襯底表面上所述行距中的一個(gè)，所述激光束的特征由能量和光斑尺寸來體現(xiàn)；使所述激光束和所述襯底之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使所述激光束沿著所述行距在長(zhǎng)度方向上被引導(dǎo)，從而在深度方向上除去襯底材料形成溝槽，所述紫外線激光束的能量和光斑尺寸可以在深度方向上除去材料而不會(huì)使襯底材料發(fā)生明顯的熔融，以便在襯底材料中形成的所述溝槽具有寬度，該寬度從所述表面匯聚到溝槽底部形成尖銳或陡峭的斷裂線；和所述溝槽的形狀形成高應(yīng)力集中區(qū)域，該區(qū)域沿著所述斷裂線延伸并延伸到所述襯底厚度方向內(nèi)，多個(gè)深度方向的裂紋會(huì)響應(yīng)于施加到所述溝槽任一側(cè)的分裂力，從而向所述高應(yīng)力集中區(qū)中所述襯底的厚度方向延伸傳播，使所述襯底整潔地分裂成單獨(dú)的電路元件，該電路元件的側(cè)緣是由所述斷裂線確定的。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底包括陶瓷或類似陶瓷的材料。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底由單層陶瓷或類似陶瓷的材料形成。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底由多層陶瓷或類似陶瓷的材料形成。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底在形成所述劃線期間是燒結(jié)狀態(tài)的。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底在形成所述劃線期間是未被熱處理的狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述表面是第一表面，所述襯底進(jìn)一步包括第二表面，其中所述溝槽構(gòu)成穿過所述第一表面在襯底材料中形成的第一溝槽；和進(jìn)一步包括重復(fù)激光束對(duì)準(zhǔn)和所述激光束和所述襯底之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而穿過所述第二表面在襯底材料中形成第二溝槽，以使所述第一和第二溝槽是空間對(duì)準(zhǔn)的。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述襯底包括多個(gè)對(duì)準(zhǔn)孔，便于形成所述第一和第二溝槽的過程中它們的空間對(duì)準(zhǔn)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溝槽包括第一和第二傾斜側(cè)壁，這些側(cè)壁匯聚從而在所述溝槽的底部形成所述斷裂線，這些側(cè)壁與所述襯底表面相交從而在所述表面處形成棱邊，所述方法進(jìn)一步包括引導(dǎo)所述紫外線激光束從而除去所述棱邊處的襯底材料以使其具有曲線形狀。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電子元件選自下述組，該組基本包括電阻器、電容器、電感器、過濾器、變阻器、熱敏電阻器、鐵氧體磁珠、變換器、轉(zhuǎn)換器、控制器、傳感器、光學(xué)開關(guān)、和顏色過濾器。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溝槽的橫截面大致是三角形。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述激光束具有足夠短的波長(zhǎng)，該波長(zhǎng)和脈沖能量協(xié)作將所述襯底沿著所述溝槽側(cè)壁的再凝固降至最少。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述斷裂線的深度不會(huì)明顯穿透所述襯底厚度，因此將沿著大致垂直于所述襯底中劃線的方向延伸的微裂紋的形成降至最少，從而在所述襯底分裂期間保持襯底結(jié)構(gòu)的完整性。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述深度是在所述襯底厚度的大約5％和大約40％之間。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述表面是第一表面，所述襯底進(jìn)一步包括第二表面，其中在所述第一表面和所述第二表面中的一個(gè)表面上印制有圖案，該圖案在所述紫外線激光束沿著所述行距在長(zhǎng)度方向上移動(dòng)時(shí)便于所述行距和所述紫外線激光束的對(duì)準(zhǔn)。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底包括第一和第二相對(duì)的側(cè)緣，所述行距與所述第一和第二側(cè)緣以斜角相交。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述襯底大致是矩形的形狀。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括重復(fù)紫外線激光束對(duì)準(zhǔn)和所述紫外線激光束與所述襯底之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)從而在襯底材料上形成多個(gè)溝槽。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中進(jìn)行的形成所述溝槽的相對(duì)運(yùn)動(dòng)被執(zhí)行為沿著所述行距的一遍長(zhǎng)度方向上的掃描。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其中進(jìn)行的形成所述溝槽的相對(duì)運(yùn)動(dòng)被執(zhí)行為沿著所述行距的多遍長(zhǎng)度方向上的掃描。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述激光束由脈沖UV-YAG激光器發(fā)射，該激光器以大約15千赫和大約100千赫之間的重復(fù)頻率運(yùn)行。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述激光束由脈沖UV-YAG激光器發(fā)射，該激光器以大約50微焦和大約1000微焦之間的能量/脈沖運(yùn)行。
23.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述激光束由運(yùn)行功率在大約0.5瓦和大約10瓦之間的激光器發(fā)射。
24.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溝槽的寬度小于大約30微米。
25.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述激光束的光斑尺寸小于大約30微米。
26.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述表面是第一表面，所述襯底進(jìn)一步包括第二表面，所述第一和第二表面中的一個(gè)表面至少部分被金屬層所覆蓋。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述金屬層是銅、銀或鎳。
28.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述行距中的至少一個(gè)包括金屬層。
全文摘要
一種形成具有尖銳斷裂線(44)的劃線(36)的方法，包括沿著陶瓷或類似陶瓷的襯底(10)引導(dǎo)UV激光束(14)，從而除去襯底(10)的厚度(24)的一部分。所述UV激光束在所述襯底中形成劃線而不會(huì)使襯底發(fā)生明顯的熔融，因而清晰確定的斷裂線形成高應(yīng)力集中區(qū)，該集中區(qū)延伸到襯底厚度內(nèi)。因此，多個(gè)深度方向的裂紋會(huì)響應(yīng)于施加到所述溝槽任一側(cè)的分裂力，從而向所述高應(yīng)力集中區(qū)中襯底的厚度方向延伸傳播，使所述襯底整潔地分裂成單獨(dú)的電路元件。這個(gè)集中區(qū)的形成便于以更高的精確度分裂所述襯底，同時(shí)在施加分裂力的期間和施加分裂力之后保持每個(gè)電路元件襯底內(nèi)部結(jié)構(gòu)的完整性。
文檔編號(hào)B23K26/04GK1938837SQ200480019718
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2004年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月11日
發(fā)明者E·J·斯萬(wàn)森, Y·孫, M·K·薩米, J·C·約翰遜, D·加西亞, R·M·安克里卡 申請(qǐng)人:電子科學(xué)工業(yè)公司