專利名稱：疊置芯片載體的激光切割的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及從板切割疊置芯片載體的方法和相關結(jié)構(gòu)。
由制造板切割疊置芯片載體的常規(guī)方法，例如使用機械布線和金剛石鋸的方法，要求切割的芯片載體之間有“切口”或限定的間距，這樣就限制了由給定板形成的芯片載體的數(shù)量。實際的切口寬度通常至少約1.5mm，但是由于如果切口寬度低于約1.5mm，那么制造成本變得過高過于昂貴。在目前的應用中，所述切口的最小寬度1.5mm約為5mm芯片載體寬度的30％。此外，包括新型材料(例如，銅-不脹鋼-銅夾層結(jié)構(gòu))的芯片載體很難用機械的方法加工。
需要一種從板切割芯片載體的方法，其中該方法適用于目前在多層結(jié)構(gòu)中使用的新型材料(例如，銅-不脹鋼-銅夾層結(jié)構(gòu))，并且其中切口寬度很小可忽略。
本發(fā)明提供一種切割板的單元的方法，包括以下步驟在板的表面上聚焦激光束，其中激光束的波長在約500納米和約600納米之間；以及相對激光束按幾何圖形移動板，由此至少切下板的一個單元。
本發(fā)明提供一種激光結(jié)構(gòu)，包括具有兩個相鄰單元的有組織構(gòu)形的板，其中所述相鄰單元之間的切口寬度在約2納米和約75納米之間；以及激光束聚焦在切口內(nèi)，其中激光束的波長在約500納米和約600納米之間。
本發(fā)明具有提供一種由板形成芯片載體的方法，從而切口寬度很小可忽略的優(yōu)點。
本發(fā)明具有適用于目前在多層結(jié)構(gòu)中使用新型材料(例如，銅-不脹鋼-銅夾層結(jié)構(gòu))的優(yōu)點。
本發(fā)明具有相對便宜的優(yōu)點，即，本發(fā)明具有較少或無消耗，而常規(guī)方法的刻模機鉆頭和金剛石鋸必須定期更換。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例由板切割單元的激光系統(tǒng)的前視截面圖。
圖2為圖1板的俯視圖，示出了單元和切口。
圖3為圖2部分板的放大圖，示出了9個單元和連帶的切口。
圖4為圖3切口的放大圖。
圖5為圖4切口內(nèi)的郵票構(gòu)形。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例由板30切割單元的激光系統(tǒng)10的前視截面圖。板30包括圖2所示有組織的單元結(jié)構(gòu)。板30特別包括介質(zhì)層(例如，聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯)和金屬層(例如，銅、鋁、不銹鋼、鉬、不脹鋼)的分層結(jié)構(gòu)。板30的厚度小于約100密耳。每個單元特別包括芯片載體。在圖1中，激光系統(tǒng)10包括發(fā)出激光束14的激光源12。激光束14穿過將激光束14轉(zhuǎn)變成擴展的激光束18的光束擴展器16。擴展激光束18射向轉(zhuǎn)向鏡20，轉(zhuǎn)向鏡20將擴展激光束18轉(zhuǎn)向，如圖所示。所得轉(zhuǎn)向的激光束22由物鏡24聚焦，所得聚焦的激光束26射向板30。板30擱在真空吸盤32上。在真空吸盤32中有大量的減壓孔，產(chǎn)生真空使板固定在真空吸盤32上。真空吸盤32連接到臺34。優(yōu)選在垂直于聚焦的激光束26的方向36的平面中，手工控制或程序控制移動臺34。聚焦激光束26的方向36與垂直于板30的方向38相差不超過約10度。由于板30由真空吸盤32固定在原位，板30隨臺34移動。通常，通過固定聚焦的激光束26，同時按幾何圖形移動板30，通過固定板30同時按幾何圖形移動聚焦的激光束26，或通過例如使用組合束定位器同時移動板30和聚焦的激光束26，使板30相對聚焦的激光束26移動。板30相對聚焦激光束26的運動切下了板30的至少一個單元。
聚焦激光束26的波長在約500納米和約600納米之間，脈沖寬度大于約100納秒并小于約350納秒，平均功率至少約1瓦，脈沖重復頻率在約5,000脈沖/秒和約20,000脈沖/秒之間。
圖1的激光系統(tǒng)10僅為從板30切割單元使用的多種類型激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示例。本發(fā)明的激光可以是美國專利5,593,606(Owen等人，1997，在這里作為參考引入)第3欄31-34行中列舉的激光類型中的任何一種。具體地，激光(圖1中的激光源12)優(yōu)選包括如Nd:YAG,Nd:YLF,Nd:YAP，或Nd:YVO4，等的固態(tài)激射工作物質(zhì)，但此外可以包括摻有鈥或鉺的YAG晶體。
圖2為圖1板30的俯視圖。板30包括單元，例如單元41-49。由長度L和寬度W表示的板30的總尺寸很大足以容納至少一個單元。由L×W表示的通常使用的尺寸包括13英寸×18英寸，19.5英寸×24英寸，以及24英寸×28英寸。通過相對聚焦激光束26按幾何圖形移動板30，每個單元從板30上被切下。板30相對聚焦激光束26的運動可以在方向58中或在方向59中。沿方向58的運動產(chǎn)生沿方向58的切口，例如切口50。沿方向59的運動產(chǎn)生沿方向59的切口，例如切口51。切口(例如，切口50和51)構(gòu)成由聚焦激光束26融化消耗的板材料的路徑。在圖2中，方向58和59基本相互垂直，反映出圖2中的單元構(gòu)成矩形陣列的事實。通常，板30的單元為有組織的構(gòu)形，其中每個單元可以具有任何幾何形狀和尺寸。板30相對聚焦激光束26運動的幾何圖形通常反映出單元構(gòu)形的幾何特征。
圖3為圖2部分板的放大圖，包括單元41-49以及分別具有切口寬度K1和K2的切口50和51。圖3中的每個單元為長S的正方形。S至少約5mm。通常使用的S值包括5mm、10mm、27mm、35mm、42.5mm、52mm以及55mm。切口(例如，切口50和51)構(gòu)成了由聚焦激光束26融化消耗的板材料的路徑。切口為幾個因素的結(jié)果，包括第一因素和第二因素。第一因素是聚焦激光束26在板30內(nèi)的小圓圈處(“靶圓圈”)與板30的材料(“靶材料”)相互作用。靶圓圈具有數(shù)值為D的直徑，稱做“靶直徑”，在約2微米和約30微米之間(見下文對圖4的靶圓圈的說明)。定義“靶半徑”R為D/2并指出靶圓圈內(nèi)聚焦激光束26的能量按照guassian分布隨距靶圓圈中心的半徑距離降低，靶半徑R數(shù)值上確定為能量為E0/e2處距靶圓圈中心的半徑距離，其中E0為靶圓圈中心處的聚焦激光束26能量，其中e=2.718。第二因素是激光消融產(chǎn)生極高的局部溫度(例如，高達約30,000°K)，融化或汽化了多余的靶材料并相對于靶直徑有效地拓寬了切口。由此，切口寬度K通常超過D，在約2微米和約75微米之間。對于方形單元，消耗(“消耗量”)的板30區(qū)域的比值由下面的等式給出消耗量=[(S+K)2-S2]/(S+K)2(1)由于K＜＜S，等式(1)的消耗量由2K/S一級近似為K/S。由此如果S等于5mm，使用75微米的最大K，本發(fā)明的消耗量不大于約0.03。通常，本發(fā)明的消耗量不大于約0.15/S，其中S用毫米表示。相反，現(xiàn)有技術的機械切割技術的最小實際切口寬度約1.5mm。因此，如果S等于5mm(對應很薄的單元)并使用1.5mm的最小K，對于現(xiàn)有技術的機械切割技術，基于等式(1)的消耗量為0.41。由此如果S=5mm，本發(fā)明的消耗量比現(xiàn)有技術的機械切割技術的消耗量至少小約13倍。如果對S=55mm(對應很厚的單元)重復以上的計算，那么本發(fā)明的消耗量約0.0027，對于現(xiàn)有技術的機械切割技術約0.052。由此，如果S=55mm，那么本發(fā)明的消耗量比現(xiàn)有技術的機械切割技術的消耗量至少小約19倍。
如上所述，切口寬度K1在約2微米和約75微米之間。類似地，切口寬度K2在約2微米和約75微米之間。雖然切口寬度K1和K2優(yōu)選基本相等，但K1和K2可以不同。
圖4示出了圖3切口50的放大圖，示出了通過激光切割除去切口50內(nèi)靶材料的本發(fā)明的實施例。激光切割包括將聚焦激光束26的靶圓圈依次定位在靶材料的重疊部分，由此連續(xù)脈沖的靶圓圈的中心之間的偏移H(“靶偏移”)小于靶直徑D。例如，靶圓圈60(半徑中心61)與靶圓圈65(半徑中心66)重疊，使半徑中心61和66之間的靶偏移H小于D。此外，靶偏移H可以大于靶直徑D。通常，H為小于約2D的任何有限值。由于H取決于板30和聚焦激光束26之間可獲得的最小相對速度(與靶直徑D相比很小)和可獲得的最高脈沖重復率(即，20,000脈沖/秒)，對H/D值的下限沒有實際的限制。注意如果H＞D，由于不能由一次通過切掉切口內(nèi)的所有材料聚焦激光束26的單次經(jīng)過會留下“郵票”構(gòu)形，那么需要在相同的切口上多次通過聚焦激光束26。圖5為圖4切口內(nèi)的郵票構(gòu)形。郵票構(gòu)形70包括包含靶材料的材料部分72和中空部分74。板30相對于聚焦激光束26的第一次通過產(chǎn)生了郵票構(gòu)形70。郵票構(gòu)形70可以通過板30相對于聚焦激光束26的至少一次額外通過消除，導致單元41、44和47分別與相鄰單元42、45和48(見圖3)分離。此外，可以例如通過沿切口50內(nèi)的路徑撕開板30依次機械地除去郵票構(gòu)形70，導致單元41、44和47分別與相鄰單元42、45和48分離。對于給定H/D＞1，聚焦激光束26的第一次通過是否留下郵票構(gòu)形70取決于融化的材料與聚焦激光束26的波長和能量的關系。
應該指出本發(fā)明的激光方法適用于目前在多層結(jié)構(gòu)中使用的新型材料(例如，銅-不脹鋼-銅夾層結(jié)構(gòu))。還應指出和現(xiàn)有技術的機械切割技術相比，本發(fā)明的激光方法較快并且板30的切割更清潔。
雖然為了說明的目的這里介紹了本發(fā)明的優(yōu)選和特定實施例，但許多修改和改變對于本領域的技術人員來說很顯然。因此，附帶的權(quán)利要求書意在覆蓋落入本發(fā)明的實質(zhì)精神和范圍內(nèi)的所有這種修改和改變。
權(quán)利要求
1．一種切割板單元的方法，包括以下步驟在板的表面聚焦激光束，其中激光束的波長在約500納米和約600納米之間；以及相對激光束按幾何圖形移動板，由此至少切掉板的一個單元。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中激光束的脈沖寬度大于約100納秒并小于350納秒。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中激光束的靶直徑(D)在約2微米和約30微米之間。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中板的厚度小于約100密耳。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中至少一個單元包括兩個相鄰的單元，由此所述相鄰單元之間切口的寬度在約2納米和約75納米之間。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中兩個相鄰的單元的每一個的寬度至少5毫米。
7．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中激光束的連續(xù)脈沖之間的偏移小于約2D，其中D為激光束的靶直徑。
8．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中激光束的連續(xù)脈沖之間的偏移大于D并小于約2D，其中D為激光束的靶直徑，并且其中移動步驟包括板相對于激光束的第一次通過，由此第一次通過在切口內(nèi)產(chǎn)生郵票構(gòu)形。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中移動步驟進一步包括板相對于激光束的至少一次額外通過，其中除去郵票構(gòu)形，并且其中所述相鄰單元被分開。
10．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，進一步包括機械地除去郵票構(gòu)形，其中所述相鄰單元被分開。
11．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中至少一個單元的每個單元為每邊長為S的正方形，其中S用毫米表示，并且其中消耗量不大于約0.15/S。
12．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中板包括含有介質(zhì)層和金屬層的疊層結(jié)構(gòu)。
13．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中激光束的激光源包括選自Nd:YAG、Nd:YLF、Nd:YAP、或Nd:YVO4組成的組的固態(tài)激射工作物質(zhì)。
14．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中至少一個單元是芯片載體。
15．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中相對于垂直于板表面的線，激光束的角度不大于10度。
16．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中移動步驟包括保持激光束在固定的位置，同時按照幾何圖形移動板。
17．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中移動步驟包括保持板在固定的位置，同時按照幾何圖形移動激光束。
18．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中移動步驟包括按照幾何圖形同時移動板和激光束。
19．一種激光結(jié)構(gòu)，包括具有兩個相鄰單元的有組織構(gòu)形的板，其中所述相鄰單元之間的切口寬度在約2納米和約75納米之間；以及激光束聚焦在切口內(nèi)，其中激光束的波長在約500納米和約600納米之間。
20．根據(jù)權(quán)利要求19的激光結(jié)構(gòu)，其中激光束的脈沖寬度大于約100納米并小于350納米。
21．根據(jù)權(quán)利要求19的激光結(jié)構(gòu)，其中激光束的靶直徑(D)在約2微米和約30微米之間。
22．根據(jù)權(quán)利要求19的激光結(jié)構(gòu)，其中板的厚度小于約100密耳。
23．根據(jù)權(quán)利要求19的激光結(jié)構(gòu)，其中至少兩個相鄰的單元的每一個的寬度至少5毫米。
24．根據(jù)權(quán)利要求19的激光結(jié)構(gòu)，其中至少一個單元是芯片載體。
25．根據(jù)權(quán)利要求19的激光結(jié)構(gòu)，其中板包括含有介質(zhì)層和金屬層的疊層結(jié)構(gòu)。
26．根據(jù)權(quán)利要求19的激光結(jié)構(gòu)，其中激光束的激光源包括選自Nd:YAG、Nd:YLF、Nd:YAP、或Nd:YVO4組成的組的固態(tài)激射工作物質(zhì)。
27．根據(jù)權(quán)利要求19的激光結(jié)構(gòu)，其中相對于垂直于板表面的線，激光束的角度不大于10度。
全文摘要
從板切割疊置芯片載體的方法和相關結(jié)構(gòu),板的厚度小于約100密耳。激光束聚焦在板的表面,板相對于激光束按幾何圖形移動,由此板的單元(例如,芯片載體)從板上切掉。
文檔編號H05K3/00GK1313165SQ0111147
公開日2001年9月19日 申請日期2001年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月15日
發(fā)明者F·D·埃吉圖, J·S·克雷斯格 申請人:國際商業(yè)機器公司