專利名稱：在電路基片上鉆孔的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種借助激光束在電路基片上鉆孔的方法，激光束通過偏轉(zhuǎn)光學(xué)單元和成像單元被聚焦在單個鉆孔位置上，并且以圓周運動在想要鉆孔的區(qū)域移動。此外，本發(fā)明還涉及一種在電路基片上鉆孔的裝置，具有激光光源、偏轉(zhuǎn)單元和成像單元，用于將激光源發(fā)出的激光束聚焦在基片的相應(yīng)鉆孔位置上，并且觸發(fā)激光束在想要鉆孔的區(qū)域進(jìn)行圓周運動。
背景技術(shù)：
美國專利5,593,606展示了這樣一種方法和裝置。這里，通過移動激光束在孔的內(nèi)部從外向里或者從里向外進(jìn)行螺旋或同心圓運動，制造直徑比激光束直徑大的孔。
使用傳統(tǒng)的方法，在對電路板或類似的電路基片鉆孔時，使用偏轉(zhuǎn)單元相繼地接近鉆孔位置。這樣做的過程中，激光束以一種跳躍運動的方式從初始位置，例如前一個鉆孔，被移動到新的鉆孔中心，接著移動到具有預(yù)定半徑的軌道上，并且，最后，總是使用同一偏轉(zhuǎn)單元，在這個預(yù)定軌道上移動一次或多次直到產(chǎn)生想要的孔。這樣的處理通過跳躍到下一個孔的位置再次執(zhí)行。因為在各個運動序列之間可能出現(xiàn)方向的巨大改變，所以使用者不得不等待偏轉(zhuǎn)單元的停頓，其由于偏轉(zhuǎn)單元的慣性導(dǎo)致了，與僅僅用于鉆孔的加工時間相比較，導(dǎo)致了顯著的時間延遲。此外，如果激光從徑向運動到圓周運動的過渡過程中被接通，并且在圓周運動結(jié)束時又被切斷，那么鉆孔的圓度會被影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有上述性質(zhì)的方法及裝置，用于在電路基片上鉆孔，它可在孔的圓度和產(chǎn)量，也就是單位時間內(nèi)鉆孔的數(shù)量方面提高鉆孔的質(zhì)量。
本發(fā)明借助上述的方法通過以下步驟達(dá)到此目標(biāo)-通過第一偏轉(zhuǎn)單元將激光束軸移動和定心(centering)到相應(yīng)的鉆孔位置，-通過位于第一偏轉(zhuǎn)單元之前的第二偏轉(zhuǎn)單元不斷為激光束調(diào)制圓周運動，以及-僅僅當(dāng)?shù)谝黄D(zhuǎn)單元處于非運動狀態(tài)時接通激光束。
在本發(fā)明中，通過安裝前面的其他用于為激光束調(diào)制連續(xù)圓周運動的偏轉(zhuǎn)單元，由偏轉(zhuǎn)單元執(zhí)行的不同運動被分離(decoupled)。因此，傳統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)單元僅僅觸發(fā)從一個鉆孔位置到下一個位置的跳躍運動以及在相應(yīng)鉆孔位置的定位，而圓周運動通過其他偏轉(zhuǎn)單元產(chǎn)生，該其他偏轉(zhuǎn)單元不斷的運動，因此不產(chǎn)生由于停止以及重啟鏡面(mirroring)運動產(chǎn)生的時間的延遲，時間的延遲導(dǎo)致因慣性產(chǎn)生的損失。時間周期因此被減少為到想要的鉆孔位置的跳躍以及直到到達(dá)鉆孔位置并且第一偏轉(zhuǎn)單元停止的等待時間。然后，在一個或多個循環(huán)之后，激光再次被切斷，而沒有任何進(jìn)一步的等待時間。在圓周運動的啟動過程中以及從一個軌道運動到中心的過程中沒有等待時間，因為圓周運動一直持續(xù)著并且第二偏轉(zhuǎn)單元不經(jīng)歷停頓。因為在到達(dá)或離開軌道時激光束的方向不改變，所以不僅沒有延遲，而且沒有可能影響孔圓度的熔化穿透(mode burn)。
因為兩個偏轉(zhuǎn)單元被分開控制，所以它們整體的控制更加容易，并且直徑和速度性能的校正可以各自獨立地執(zhí)行。通常，可獲得更高的絕對軌道速度。當(dāng)使用傳統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)單元聚焦時，通常意味著不得不在用于鉆孔的小圓周運動和用于定位的大跳躍運動之間折中，本發(fā)明允許有目的地為跳躍運動優(yōu)化第一偏轉(zhuǎn)單元。因此可獲得更快的跳躍。
激光束的圓周運動優(yōu)選由第二偏轉(zhuǎn)單元圍繞互相垂直、且與光束軸垂直的兩個軸的兩個重疊的、相位相差90度的正弦運動產(chǎn)生。然而，這些在第二偏轉(zhuǎn)單元中的偏轉(zhuǎn)也可以通過多個串連鏡面的組合產(chǎn)生。但是，這里，各個鏡面的偏轉(zhuǎn)角度可更小，因此可觸發(fā)更高的速度。
利用上述類型的裝置，這個任務(wù)可以由本發(fā)明按如下方法來解決偏轉(zhuǎn)光學(xué)單元具有第一偏轉(zhuǎn)單元，它能夠控制至各個鉆孔位置的跳躍運動，第二偏轉(zhuǎn)單元在激光光線路徑上處于第一偏轉(zhuǎn)單元之前，它使得激光束能夠執(zhí)行連續(xù)的圓周運動；并且，在第一偏轉(zhuǎn)單元的停頓過程中，激光可為第二偏轉(zhuǎn)單元的預(yù)定數(shù)量的軌道接通。
兩個偏轉(zhuǎn)單元可例如以傳統(tǒng)方式由檢流計鏡面對組成。但是，尤其對于第二偏轉(zhuǎn)單元，在一個優(yōu)選實施方式中規(guī)定，其由至少一個壓電元件形成。因為用壓電元件能夠獲得的偏轉(zhuǎn)角度通常小于由檢流計元件能夠獲得的角度，所以它們可被用于第二偏轉(zhuǎn)單元，因為這里，由于到成像單元的距離，僅僅需要非常小的角度偏轉(zhuǎn)，并且鉆孔運動的圓半徑也遠(yuǎn)小于激光束從一個鉆孔位置跳躍到另一個鉆孔位置所需要的偏轉(zhuǎn)。另一方面，壓電元件允許更高的速度，因此第一偏轉(zhuǎn)單元的檢流計鏡和第二偏轉(zhuǎn)單元的壓電元件的組合，產(chǎn)生了本發(fā)明非常有優(yōu)勢的實施例，其具有可達(dá)到的高鉆孔速度。
這里，第二偏轉(zhuǎn)單元還可以由兩個壓電元件形成，這兩個壓電元件可以繞著它們各自的縱向的、互相垂直的軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動。在另一個有利實施方式中，第二偏轉(zhuǎn)單元可由壓電三角架(piezotripod)形成，其中繞兩個軸的偏轉(zhuǎn)是可能的，其相應(yīng)地偏轉(zhuǎn)激光束。通過使用適當(dāng)適應(yīng)的控制信號，壓電元件的遲滯現(xiàn)象也可被補償，并因此可獲得更高的速度。


本發(fā)明的實施例將通過附圖進(jìn)行更詳細(xì)的解釋，其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的激光鉆孔裝置的示意圖；
圖2示出傳統(tǒng)鉆孔方法中激光束路徑的簡化圖；圖3是對應(yīng)于圖2的圖示，其示出根據(jù)本發(fā)明的方法中激光束覆蓋的路徑；以及圖4和圖5示出圖1的激光束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的改進(jìn)的實施例，其中第二偏轉(zhuǎn)單元的實現(xiàn)方式不同。
具體實施例方式
圖1示意地描述了在電路基片，優(yōu)選為電路板10上鉆微孔時的裝置。在運作中，由激光光源1產(chǎn)生的激光束2通過可以傳統(tǒng)方式由檢流計鏡構(gòu)造的第一偏轉(zhuǎn)單元3以及通過聚焦透鏡4形式的成像單元被導(dǎo)引到電路板10上。在這個實施例中，電路板由電介質(zhì)層11組成，它的頂部和底部覆蓋有金屬層12和13。這些金屬層被構(gòu)造用來形成電路通道(沒有顯示)。此外，鉆微孔14以制造頂部金屬層12和底部金屬層13之間的電連接。然后，這些微孔的內(nèi)壁以公知的技術(shù)金屬化。
為了制造微孔14，激光束2被定心到希望的鉆孔位置15，然后以通過聚焦透鏡4調(diào)節(jié)的相應(yīng)光斑大小F在這個鉆孔位置15區(qū)域內(nèi)在圓16中運動，由此產(chǎn)生微孔。
根據(jù)條件，諸如電路板材料、孔的深度、激光性能等等，激光束被移動到一個軌道上或多個連續(xù)軌道上。為了制造通孔(feed-through)，選擇所謂的環(huán)鉆術(shù)(trepanation)方法。在這個處理中，激光束僅僅沿著孔的邊緣被導(dǎo)引，內(nèi)部的芯被切掉。當(dāng)制造微孔時，還可能需要執(zhí)行具有不同半徑的激光束行程。
只要微孔14被鉆出，激光束就以跳躍運動17的方式被偏轉(zhuǎn)到下一個鉆孔位置15，在那里用以鉆孔的圓周運動16被重新啟動。
設(shè)計本發(fā)明，使得傳統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)單元3通過分別聚焦在鉆孔位置15上僅僅執(zhí)行激光束的跳躍運動17，而通過位于前面的第二偏轉(zhuǎn)單元5對激光束調(diào)制圓周運動，它包括兩個可移動的鏡子51和52。這兩個鏡子51和52優(yōu)選地由壓電元件移動，壓電元件的偏轉(zhuǎn)軸互相垂直，并且壓電元件執(zhí)行相位相差90度的持續(xù)正弦振動S1和S2。
因此，激光束持續(xù)地在軌道上移動，該軌道通過第二偏轉(zhuǎn)單元5的偏轉(zhuǎn)被預(yù)先聚焦，并且通過第一偏轉(zhuǎn)單元3被聚焦到希望的鉆孔位置。在第一偏轉(zhuǎn)單元3的跳躍運動17過程中，激光被切斷。它僅在已經(jīng)到達(dá)新的鉆孔位置之后并且在第一偏轉(zhuǎn)單元已經(jīng)完全停止后才被重新打開。
可以在圖2和圖3中比較傳統(tǒng)的導(dǎo)引與根據(jù)本發(fā)明的激光束導(dǎo)引之間的區(qū)別。圖2顯示了傳統(tǒng)方法的路線。激光束2或它的光軸在第一運動序列21中被導(dǎo)引到想要的鉆孔的中心M。從那里，通過或多或少明顯的角度改變，激光束在運動序列22中被導(dǎo)引到希望的圓半徑處，以便然后通過方向的直角改變而被導(dǎo)引到圓軌道上，并且執(zhí)行一個或多個軌道23。激光僅僅在軌道23上被接通，而在由虛線描畫的其它運動序列上被切斷。在軌道結(jié)束后，激光束以運動序列24又被導(dǎo)引到中心M處，從那里它執(zhí)行到下一個鉆孔位置的跳躍25。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，如圖3中示意描繪，激光束通過第二偏轉(zhuǎn)單元5執(zhí)行被調(diào)制的、連續(xù)的圓周運動。偏轉(zhuǎn)單元3僅僅經(jīng)由運動序列21移動激光到希望的鉆孔位置，并且接著經(jīng)由跳躍序列25從這個鉆孔位置移動到下一個鉆孔位置。激光束本身從不運動到希望的鉆孔位置的中心M，而是停留在它的軌道上并且僅在圖3中由連續(xù)圓描繪的鉆孔的區(qū)域內(nèi)被接通。在跳躍序列21和25的過程中，圓周運動被調(diào)制，但是在這個處理過程中，激光束保持切斷。
通過分離兩個運動并且將它們分配給第一偏轉(zhuǎn)單元3和第二偏轉(zhuǎn)單元5，等待周期變得更短。還保留的唯一的等待周期是第一偏轉(zhuǎn)單元在各個跳躍之后需要靜止的時間。因此，用于制造例如直徑為100μm的微孔的鉆孔加工時間周期被減少高達(dá)45％，因為不再存在高達(dá)170μs的等待周期。
與圖1相比，圖4和圖5給出了關(guān)于第二偏轉(zhuǎn)單元的示意性改進(jìn)。圖4，例如，指出了這樣的可能性，即在第二偏轉(zhuǎn)單元中，使用單個、繞兩個軸擺動的鏡子53，來代替分別繞一個軸可旋轉(zhuǎn)的兩個鏡子51和52。在這個例子中，鏡子54僅僅是固定的偏轉(zhuǎn)鏡。
因為加工直徑來自偏轉(zhuǎn)的角度和偏轉(zhuǎn)單元到聚焦透鏡4之間的距離，所以在相同的偏轉(zhuǎn)方向上可使用多個偏轉(zhuǎn)單元。這個運動越小，可獲得的定位速度越高。在圖5中描述了這樣的可能性。這里，偏轉(zhuǎn)鏡55用于將激光束繞第一軸偏轉(zhuǎn)，而鏡子56和57將激光束2偏轉(zhuǎn)到相對于光軸相同的方向上，使得它們的偏轉(zhuǎn)運動疊加。在這個例子中，鏡子58是固定偏轉(zhuǎn)鏡。
權(quán)利要求
1.一種借助激光束(2)在電路基片上鉆孔(14)的方法，所述激光束通過偏轉(zhuǎn)光學(xué)單元(3，5)和成像單元(4)被調(diào)節(jié)到相應(yīng)的鉆孔位置(15)，并且隨后以圓周運動(16)在想要生成的鉆孔區(qū)域內(nèi)被導(dǎo)引，其特征在于通過第一偏轉(zhuǎn)單元(3)將激光束軸(2)移動并定心到相應(yīng)鉆孔位置(15)；通過第二偏轉(zhuǎn)單元(5)為激光束(2)連續(xù)調(diào)制圓周運動(16)，所述第二偏轉(zhuǎn)單元(5)位于所述第一偏轉(zhuǎn)單元(3)之前；以及僅當(dāng)所述第一偏轉(zhuǎn)單元(3)處于靜止時才接通激光束(2)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于由所述第二偏轉(zhuǎn)單元(5)的兩個重疊的正弦運動(S1，S2)產(chǎn)生所述激光束的圓周運動(16)，所述兩個正弦運動的相位相差90度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于由兩個以上的獨立運動(55，56，57)疊加產(chǎn)生所述第二偏轉(zhuǎn)單元(5)中的偏轉(zhuǎn)。
4.如權(quán)利要求1到3中任一項所述的方法，其特征在于通過用于所述第二偏轉(zhuǎn)單元的修改后的控制信號來補償偏轉(zhuǎn)元件的遲滯現(xiàn)象。
5.一種用于在電路基片上鉆孔(14)的裝置，具有激光源(1)、偏轉(zhuǎn)光學(xué)單元(3，5)和成像單元(4)，用于將由所述激光源(1)發(fā)出的激光束(2)定心到基片(10)的相應(yīng)鉆孔位置(15)，并且在想要鉆孔的區(qū)域(14)內(nèi)觸發(fā)圓周運動，其特征在于所述偏轉(zhuǎn)光學(xué)單元包括第一偏轉(zhuǎn)單元(3)，其可控制地用于執(zhí)行到相應(yīng)鉆孔位置(15)的跳躍運動(17)；在所述激光束的光學(xué)路徑上，所述第二偏轉(zhuǎn)單元(5)處于所述第一偏轉(zhuǎn)單元(3)之前，所述第二偏轉(zhuǎn)單元(5)使得激光束(2)能夠執(zhí)行連續(xù)的圓周運動(16)；以及，當(dāng)所述第一偏轉(zhuǎn)單元(3)已經(jīng)停頓時，所述激光(1)可為所述第二偏轉(zhuǎn)單元(5)的預(yù)定數(shù)量的軌道(23)接通。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述第二偏轉(zhuǎn)單元(5)由至少一個壓電元件構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述偏轉(zhuǎn)單元由兩個壓電元件(51，52)構(gòu)成，所述兩個壓電元件可繞著各自的縱軸扭轉(zhuǎn)，其縱軸位于互相垂直的面內(nèi)。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述第二偏轉(zhuǎn)單元由壓電三角架(53)構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述第二偏轉(zhuǎn)單元包括兩個串聯(lián)的偏轉(zhuǎn)單元(56，57)，它們可繞著互相平行的軸轉(zhuǎn)動以至少提供一個方向上的偏轉(zhuǎn)。
全文摘要
在要鉆的孔(15)的區(qū)域內(nèi)借助于激光束(2)的圓周運動來進(jìn)行鉆孔，使得能夠借助激光束在電路板基片上鉆孔。激光束通過兩個相繼連接的耦合元件(3，5)被位移。第一耦合元件(3)，優(yōu)選包含檢流計鏡，引起激光束(2)從一個鉆孔位置跳躍(17)到相應(yīng)的后繼鉆孔位置(15)，并且使其定心在相應(yīng)的鉆孔位置。第二耦合元件，優(yōu)選由壓電元件構(gòu)成，調(diào)制激光束(2)的連續(xù)圓周運動。激光僅當(dāng)?shù)谝获詈显?3)靜止時才被接通。通過省卻運動區(qū)段之間過渡中的等待時間，改善了孔的質(zhì)量，并獲得了更高產(chǎn)量。
文檔編號H05K3/00GK1784287SQ200380110303
公開日2006年6月7日 申請日期2003年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月15日
發(fā)明者約翰尼斯·斯克扎特, 德克·希勒布蘭德, 漢斯·J.·梅耶爾, 丹尼爾·麥茲 申請人:日立比亞機械股份有限公司