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用于微加工一材料的方法與裝置的制作方法

文檔序號(hào):8024576閱讀:169來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:用于微加工一材料的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明大體而言涉及光學(xué)對(duì)準(zhǔn),且具體而言,涉及對(duì)印刷電路板中所要處 理的目標(biāo)的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。
背景技術(shù)
激光微加工尤其用于在印刷電路板(PCB)中形成孔。隨著PCB的元件尺 寸的縮小,對(duì)激光加工的定位及精度的要求不斷提高。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一實(shí)施例中,提供一種在一部位處對(duì)一定位進(jìn)行微加工的微加 工裝置,該部位通常包含一嵌于印刷電路板(PCB)的電路絕緣襯底中的物體, 例如導(dǎo)電焊墊。該裝置包含一光學(xué)系統(tǒng),該光學(xué)系統(tǒng)以一輻射源對(duì)該部位進(jìn)行 照明,響應(yīng)于該照明而從該部位接收返回輻射,并將一微加工光束從一光束源 傳遞至該定位。在該光學(xué)系統(tǒng)中存在至少一個(gè)共用元件,例如一可操控的鏡, 其用于所有三種功能。該輻射源與該光束源以不同的波長(zhǎng)工作。該光束源通常 為激光器。該輻射源通常為激光二極管,盡管在某些實(shí)施例中,該輻射源也可 為發(fā)光二極管(LED)。
一圖像傳感器使用返回輻射對(duì)該部位進(jìn)行成像,且一處理器根據(jù)該圖像來(lái) 計(jì)算所要微加工的定位(例如導(dǎo)電焊墊的中心)的實(shí)際位置。該處理器產(chǎn)生一
指示該實(shí)際位置的信號(hào),并使用該信號(hào)將微加工光束相對(duì)于該定位對(duì)準(zhǔn)一通常 是通過(guò)調(diào)整該可操控的鏡。然后,該處理器操作光束源來(lái)使用對(duì)準(zhǔn)的光束對(duì)該 定位進(jìn)行微加工。該光束可在定位上微加工出實(shí)質(zhì)呈任意形狀的孔。通過(guò)對(duì)部 位照明、部位成像及光束傳遞功能使用至少一個(gè)共用元件,該裝置能夠向該部 位提供局部高強(qiáng)度照明,由此形成該部位的良好圖像,并因而迅速、精確地將 微加工光束對(duì)準(zhǔn)該定位。
通常,該裝置用于在PCB中的多個(gè)部位進(jìn)行微加工,其中每一部位具有一 不同的位置。對(duì)于每一部位,該處理器均可通過(guò)例如分析該電路的計(jì)算機(jī)輔助
制造(CAM)文件來(lái)計(jì)算所要微加工的定位的名義座標(biāo),并使用這些名義座標(biāo)
對(duì)襯底進(jìn)行定位,從而使該部位在名義上與光束及照明對(duì)準(zhǔn)。在每一部位上, 均如上所述確定光束的實(shí)際位置。對(duì)于這多個(gè)部位中的至少某些部位,通過(guò)僅
操作可操控的鏡來(lái)實(shí)施光束在各部位間的重新對(duì)準(zhǔn),由此提高對(duì)PCB進(jìn)行微加 工的速率,同時(shí)保持使光束對(duì)于所有部位均精確對(duì)準(zhǔn)。
在一所揭示的實(shí)施例中,該圖像傳感器獲得該光束照到該部位上的局域的 圖像,通常是通過(guò)由該處理器以低于該部位的燒蝕閾值的低功率操作該光束源 來(lái)進(jìn)行。該處理器根據(jù)該部位的圖像及光束所照到的局域的圖像,確定要對(duì)該 光束應(yīng)用的偏移量,以便執(zhí)行上文所述的光束對(duì)準(zhǔn)。
在某些實(shí)施例中,輻射源可產(chǎn)生作為返回輻射之熒光輻射,且圖像傳感器 根據(jù)該熒光輻射形成該部位的及/或一校準(zhǔn)目標(biāo)的圖像。處理器可通常根據(jù)該 部位的熒光特性來(lái)調(diào)整輻射源的波長(zhǎng)及/或及功率。可進(jìn)行該調(diào)整來(lái)使輻射源 的輻射穿透該部位及/或環(huán)繞該部位的區(qū)域,從而使從熒光輻射得到的該部位 的圖像最佳。使用熒光輻射會(huì)消除如果輻射源為激光器時(shí)的斑點(diǎn)問(wèn)題。
在本發(fā)明的一替代實(shí)施例中,輻射源的輻射線性偏振,且可對(duì)返回輻射進(jìn) 行偏振分析。對(duì)于包含所嵌入導(dǎo)電物體的部位,由于該物體的表面粗糙度,來(lái) 自該物體的返回輻射通常至少部分地消偏振。因此,圖像傳感器能夠形成物體 相對(duì)于其周圍環(huán)境(其返回輻射通常不被消偏振)的具有良好對(duì)比度的圖像。
在本發(fā)明的又一替代實(shí)施例中,該輻射源包含一激光器,該激光器產(chǎn)生具 有短的相干長(zhǎng)度的相關(guān)光束,以實(shí)質(zhì)消除斑點(diǎn)效應(yīng)。另一選擇為,或者另外, 該輻射源包含其他用于減小及/或消除斑點(diǎn)的組件,例如具有不同光波長(zhǎng)的多
個(gè)光纖。
在另一所揭示實(shí)施例中,該輻射源配置成使用結(jié)構(gòu)化照明(例如通過(guò)在該 部位處形成以一物體為中心的圓環(huán))來(lái)照明該部位,且襯底是漫射性的。圓環(huán) 照射與漫射性襯底相組合會(huì)有效地對(duì)物體進(jìn)行"背后照明"。
因此,根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例,提供一種用于微加工一材料的方法,其包

配置一光學(xué)系統(tǒng),以通過(guò)該光學(xué)系統(tǒng)的一給定元件對(duì)該材料的一部位提供 處于一照明波長(zhǎng)的照明,該照明從該部位產(chǎn)生返回輻射;
配置該光學(xué)系統(tǒng),以通過(guò)該給定元件接收該返回輻射,并據(jù)此形成該部位 的一圖像;
根據(jù)該圖像計(jì)算該部位處一定位的實(shí)際位置,并輸出一指示該定位的實(shí)際 位置的信號(hào);
產(chǎn)生一微加工輻射光束,其具有一不同于該照明波長(zhǎng)的微加工波長(zhǎng);
因應(yīng)該信號(hào)而相對(duì)于該定位確定該光束的位置,以形成對(duì)準(zhǔn)光束;
通過(guò)該光學(xué)系統(tǒng)的至少該給定元件將該對(duì)準(zhǔn)光束傳遞至該定位,以便在該 定位處執(zhí)行一微加工操作。
通常,該部位包含一嵌于一個(gè)或多個(gè)絕緣襯底中的物體,且對(duì)該部位提供 照明可包含提供僅對(duì)環(huán)繞該物體的一區(qū)域進(jìn)行照明的結(jié)構(gòu)化照明。該結(jié)構(gòu)化照 明可通過(guò)一衍射元件形成。
在一實(shí)施例中,對(duì)該部位提供照明包含將該照明波長(zhǎng)選擇成一使該部位發(fā) 出熒光的波長(zhǎng),且該返回輻射包含因應(yīng)所提供的照明而在該部位處產(chǎn)生的熒光 輻射。該方法可包含過(guò)濾該熒光輻射,以使該部位的圖像最佳化。
在一替代實(shí)施例中,對(duì)該部位提供照明包含對(duì)該部位提供偏振照明,且形 成該部位的圖像包含對(duì)來(lái)自該部位的返回輻射進(jìn)行偏振分析。
在某些實(shí)施例中,該給定元件包含一可操控的鏡,該部位可包含要在其中 執(zhí)行微加工的多個(gè)不同的子部位,且確定該光束的位置可包含通過(guò)僅操控該鏡 來(lái)將光束射至這多個(gè)不同的子部位。
在又一替代實(shí)施例中,該給定元件包含一光學(xué)元件串,該光學(xué)元件串經(jīng)配
置以將光束及照明聚焦至該部位。
該部位可包含一部位區(qū)域,且對(duì)該部位提供照明可包含對(duì)該部位區(qū)域及對(duì) 不大于該部位區(qū)域且與其鄰近的另一區(qū)域提供照明。通常,形成圖像可包含在 一圖像傳感器上形成圖像,且該照明可具有能在3毫秒或更短時(shí)間內(nèi)在圖像傳 感器上產(chǎn)生圖像的強(qiáng)度。形成圖像可包含在具有一像素陣列的圖像傳感器上形 成圖像,并因應(yīng)該區(qū)域及該另一區(qū)域而從陣列中選擇像素以分析圖像。
該方法還包含在對(duì)該部位提供照明之前確定該定位的一名義位置,并因應(yīng) 該名義位置而提供照明。
在再一替代實(shí)施例中,產(chǎn)生該微加工輻射光束包含
產(chǎn)生一低功率光束,該光束的功率低于該部位的燒蝕閾值;
將該低功率光束傳遞至該部位;及
因應(yīng)該低功率光束在該部位的一圖像而確定該光束的一偏移量。
通常,確定該光束的位置包含因應(yīng)該偏移量而確定該光束的位置,且將已 確定位置的光束傳遞至該定位包含將該光束設(shè)定成具有一等于或大于該燒蝕 閾值的功率。
該方法可包含將該照明波長(zhǎng)配置成具有一使該部位為非吸收性的值。
在一替代的所揭示實(shí)施例中,該部位包含一外表面,且對(duì)該部位提供照明 包含以垂直于該外表面的成像輻射對(duì)該部位進(jìn)行照明。
對(duì)該部位提供照明可包含在該部位提供相干成像輻射,該相干成像輻射具 有等于或小于該部位尺寸的兩倍的相干長(zhǎng)度。
在再一替代的所揭示實(shí)施例中,計(jì)算實(shí)際位置包含-
根據(jù)所述部位的一預(yù)期圖像提供一理論關(guān)系;
根據(jù)該圖像確定一實(shí)際關(guān)系;及
將該實(shí)際關(guān)系擬合至理論上的關(guān)系。
形成該部位的圖像可包含調(diào)整照明波長(zhǎng)與照明的功率中的至少一者,以便 改變照明在該部位處的穿透深度。
在一實(shí)施例中,該部位包含嵌入一漫射層中的一物體,且該方法包含補(bǔ)償
由嵌入漫射層中的物體所形成的圖像而造成的偏差。
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例,進(jìn)一步提供一種用于微加工一材料的方法,其包

操作一源,以對(duì)該材料中一包含一定位的部位提供一輻射光束,該輻射光 束處于一使該材料發(fā)出熒光的工作波長(zhǎng),且處于一不足以進(jìn)行微加工的光束功 率,以便從該部位產(chǎn)生熒光輻射;
因應(yīng)該熒光輻射而形成該部位的一圖像;
因應(yīng)該圖像而相對(duì)于該定位確定該光束的位置;及
操作該源,以對(duì)該定位提供該輻射光束,該輻射光束處于該工作波長(zhǎng)且處 于一足以促成對(duì)該定位的微加工的微加工功率。
通常,以該光束功率操作該源包含通過(guò)一光束導(dǎo)向光學(xué)系統(tǒng)對(duì)該部位提供 該輻射光束,且形成該圖像包括通過(guò)該光束導(dǎo)向光學(xué)系統(tǒng)的至少一個(gè)元件將該 熒光輻射傳送至一圖像傳感器。該方法可包括過(guò)濾該熒光輻射,以使該部位的 圖像最佳化。
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例,進(jìn)一步提供一種用于微加工一材料的裝置,其包

一輻射源,其經(jīng)配置以通過(guò)一光學(xué)系統(tǒng)的一給定元件對(duì)該材料的一部位提 供處于一照明波長(zhǎng)的照明,該照明從該部位產(chǎn)生返回輻射;
一圖像傳感器,其經(jīng)配置以通過(guò)該給定元件接收該返回輻射,并據(jù)此形成 該部位的一圖像;
一光束源,其經(jīng)配置以產(chǎn)生一微加工輻射光束,該微加工輻射光束具有一 不同于該照明波長(zhǎng)的微加工波長(zhǎng);及
一處理器,其經(jīng)配置以根據(jù)該圖像計(jì)算該部位處一定位的實(shí)際位置,并輸 出一指示該定位的實(shí)際位置的信號(hào),因應(yīng)該信號(hào)而相對(duì)于該定位確定該光束的 位置,以形成對(duì)準(zhǔn)光束,及操作該光束源,以通過(guò)該光學(xué)系統(tǒng)的至少該給定元 件將該對(duì)準(zhǔn)光束傳遞至該定位,以便在該定位處執(zhí)行一微加工操作。
該裝置可包含一組濾光片,其經(jīng)配置以過(guò)濾該熒光輻射,且該處理器可經(jīng) 配置以選擇該組中的一者,以使該部位的圖像最佳化。
照明可包含偏振照明,且該裝置可包含一偏振元件,其使圖像傳感器能夠 對(duì)來(lái)自該部位的返回輻射進(jìn)行偏振分析。
該給定元件可包含一可操控的鏡。
或者,該給定元件可包含一光學(xué)元件串,其經(jīng)配置以將光束及照明聚焦至 該部位。
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例,進(jìn)一步提供一種用于微加工一材料的裝置,其包

一光束源,其經(jīng)配置以對(duì)該材料中一包含一定位的部位提供一輻射光束, 該輻射光束處于一使該材料發(fā)出熒光的工作波長(zhǎng),且處于一不足以進(jìn)行微加工 的光束功率,以便從該定位產(chǎn)生熒光輻射;
一圖像傳感器,其經(jīng)配置以因應(yīng)該熒光輻射而形成該部位的一圖像;及
一處理器,其經(jīng)配置以因應(yīng)該圖像而相對(duì)于該定位確定該光束的位置,并 操作該光束源,以便以該工作波長(zhǎng)及一微加工功率對(duì)該定位提供該輻射光束, 該微加工功率足以促成對(duì)該定位的微加工。
該裝置可包含一光束導(dǎo)向光學(xué)系統(tǒng),且以該光束功率操作該光束源可包含 通過(guò)該光束導(dǎo)向光學(xué)系統(tǒng)對(duì)該部位提供該輻射光束,且形成該圖像可包括通過(guò) 該光束導(dǎo)向光學(xué)系統(tǒng)的至少一個(gè)元件將該熒光輻射傳送至圖像傳感器。
該裝置可包含一組濾光片,其經(jīng)配置以過(guò)濾該熒光輻射,且該處理器可經(jīng) 配置以選擇該組中的一者,以使該部位的圖像最佳化。
結(jié)合附圖閱讀下文對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明,將能更全面地理解本發(fā) 明,下面將對(duì)附圖進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。


圖l是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光束對(duì)準(zhǔn)裝置的示意圖2是不同類型Ajinomoto累積膜(Ajinomoto Build-叩Film, ABF)樹(shù)脂的百 分比透射的曲線圖3是不同類型ABF樹(shù)脂及FR4樹(shù)脂的歸一化熒光的示意性曲線圖4是一流程圖,其顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例,操作光束對(duì)準(zhǔn)裝置所執(zhí)行的步
驟;
圖5A顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)傳感器的表面的示意圖; 圖5B及5C顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例,圖5A所示傳感器上的圖像的示意圖; 圖6是根據(jù)本發(fā)明一替代實(shí)施例, 一光束對(duì)準(zhǔn)裝置的示意圖; 圖7是根據(jù)本發(fā)明又一替代實(shí)施例, 一光束對(duì)準(zhǔn)裝置的示意圖;以及 圖8圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例,由圖l、圖6及/或圖7所示裝置中的源提供
的成像照明配置。 主要元件標(biāo)記說(shuō)明
20:光束對(duì)準(zhǔn)裝置21:工作站
22:光束源23:操作員
24:印刷電路板(PCB)25:存儲(chǔ)器
26:輻射光束27:準(zhǔn)直器
28:分束鏡30:光學(xué)元件串
31:一組光學(xué)組件32:處理單元(PU)
33:平移平臺(tái)34:鏡
35:光束操控平臺(tái)36:頂面
38:層40:層
42:所選區(qū)43:部位
44:插圖45:平移平臺(tái)
46:物體49:聚焦透鏡系統(tǒng)
50:輻射源51:元件
52:第二二向色分束鏡53:濾光片系統(tǒng) 54:勝iL55:聚焦透鏡
56:光學(xué)傳感器164:圖式
166:圖像168:矩形像素集合
170:矩形的檢測(cè)元件陣列176:圖像
178:圓形部分179:矩形像素集合
180:矩形部分320:光束對(duì)準(zhǔn)裝置
322:第二組光學(xué)元件323:元件
324:第一組光學(xué)元件325:元件
326:分束鏡330:光束對(duì)準(zhǔn)裝置
332:第二組光學(xué)元件334:第一組光學(xué)元件
336:透鏡系統(tǒng)340:剖面圖
342:俯視圖344:輻射配置
346:大體圓環(huán)形狀的成像輻射348:箭頭
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參見(jiàn)圖1,其是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一光束對(duì)準(zhǔn)裝置20的示意圖。 光束對(duì)準(zhǔn)裝置20用于微加工一部位43,在下文中,例如假定部位43包含于一 印刷電路板(PCB) 24中。部位43通常包含絕緣襯底材料(例如帶有玻璃珠及 /或纖維的環(huán)氧樹(shù)脂)及/或?qū)щ姴牧?例如銅焊墊或跡線)。通常,盡管未必 盡然,部位43包含嵌于絕緣襯底材料中的導(dǎo)電材料。光束對(duì)準(zhǔn)裝置20包含一 光束源22,其通過(guò)一準(zhǔn)直器27投射一輻射光束26。光束26用于在部位43中 的定位處微加工一孔。在一實(shí)施例中,源22包含一以約350 nm的光束波長(zhǎng)工 作的紫外線(UV)激光器。該UV激光器可作為一使用短脈沖的非線性相互作 用來(lái)引起燒蝕的短脈沖激光器工作,這些脈沖的長(zhǎng)度處于毫微微秒數(shù)量級(jí)。在 一替代實(shí)施例中,源22包含一以約10 pm的光束波長(zhǎng)工作的二氧化碳激光器。 然而,光束對(duì)準(zhǔn)裝置20可使用任何可經(jīng)配置而提供部位43所能吸收的輻射能
的適當(dāng)輻射源,所述輻射能的形式及能級(jí)可用于微加工。在下文中,作為實(shí)例,
假定源22包含一激光器,因而光束26是激光器輻射光束。
一組光學(xué)組件31包含一分束鏡28、 一光學(xué)元件串30及一鏡34,其用作 一光束導(dǎo)向系統(tǒng)來(lái)將光束傳遞至PCB上。通常,鏡34是一正面鏡,且分束鏡 28是一窄帶二向色立體角分束鏡,其透射光束波長(zhǎng)并反射其他波長(zhǎng)。光學(xué)元件 串30及PCB 24安裝于各自的平移平臺(tái)33、 45上。鏡34安裝于一光束操控平 臺(tái)35上,光束操控平臺(tái)35通常是基于檢流計(jì)的操控平臺(tái),或者如在第 11/472, 325號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案中所述的二軸式快速光束操控平臺(tái)。第 11/472, 325號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案讓于本發(fā)明的受讓人,并以引用方式并入本文 中。激光光束26通過(guò)分束鏡傳輸至光學(xué)元件串,由光學(xué)元件串引導(dǎo)并聚焦該 光束。
光束對(duì)準(zhǔn)裝置20是配置成一 "后掃描"系統(tǒng),其中在鏡34與PCB 24之 間不存在光學(xué)元件。在此種配置中,該鏡的視場(chǎng)通常約為±3°。
除非另外指明外,下文說(shuō)明著重于使用一個(gè)激光束對(duì)PCB 24進(jìn)行微加工。 然而,應(yīng)了解,本發(fā)明的實(shí)施例可實(shí)質(zhì)上同時(shí)使用不止一個(gè)激光束進(jìn)行操作。
操作員23使用一工作站21操作光束對(duì)準(zhǔn)裝置20,工作站21包含一存儲(chǔ) 器25及一處理單元(PU) 32。 PU 32使用存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器25中的指令來(lái)控制光 束對(duì)準(zhǔn)裝置20的各個(gè)元件,例如激光器22及平移和光束導(dǎo)向平臺(tái)。除操作平 臺(tái)33、 35及45以外,當(dāng)正微加工一在部位43中的特定孔時(shí),PU 32還可改變 光學(xué)元件串30的焦點(diǎn)。該孔是在PCB 24的頂面36上的所選區(qū)42中微加工。 插圖44更詳細(xì)地顯示部位43,其包含區(qū)42及環(huán)繞該區(qū)的一區(qū)域。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中, 一物體46位于區(qū)42下面,該物體嵌于PCB24 中,因而PCB中存在位于物體上面的一層38及位于物體下面的一層40。通常, 還有其他嵌式物體接近物體46,且在PCB 24中還可包含其他層,但為清楚起 見(jiàn),在圖1中未顯示這些其他嵌式物體及層。物體46通常是一電路的一部分, 且層38及40用作襯底,該電路即形成于該襯底上。在一實(shí)施例中,物體46 是大致圓形的金屬焊墊,其直徑大致為100 |im。通常,層38及40為電介質(zhì), 且由填充的環(huán)氧樹(shù)脂制成。在某些所揭示實(shí)施例中,假定層38及40是由位于 NJ的Ajinomoto Fine-Techno公司制造的各種Ajinomoto累積膜(ABF)中的
一種制成,這些Ajinomoto累積膜(ABF)在所屬領(lǐng)域中眾所周知,且將在下 文中參照?qǐng)D2及圖3加以說(shuō)明。在一實(shí)施例中,層38及40是由GX3型ABF構(gòu) 造而成,且厚度大致為35 )ira。然而,應(yīng)了解,層38及40可由適于構(gòu)造印刷 電路板的任何材料制成。例如,層38可包含一 ABF材料,而層40可包含F(xiàn)R4 材料。
為使PU 32可對(duì)準(zhǔn)PCB 24,由來(lái)自一輻射源50的照明來(lái)照明PCB,輻射 源50通常是一激光二極管,其提供處于成像輻射波長(zhǎng)的成像輻射。在某些實(shí) 施例中,輻射源50包含發(fā)光二極管(LED),通常是高亮度LED。如果輻射源 50包含激光二極管,則該源通常包含斑點(diǎn)消除系統(tǒng),例如一束光纖。另一選擇 為,或者另外,可如在下文中所述將該源選擇成具有短的相干長(zhǎng)度。光束對(duì)準(zhǔn) 裝置20包含一第二二向色分束鏡52,其對(duì)光束波長(zhǎng)透明并用作一處于成像輻 射波長(zhǎng)的大致50/50的分束鏡。在如下文所述的本發(fā)明的某些實(shí)施例中,分束 鏡52包含一偏振分束鏡。成像輻射經(jīng)由一聚焦透鏡系統(tǒng)49通過(guò)分束鏡52傳 遞,以便大體與光束26同軸。成像輻射從鏡34反射,從而使PCB 24處的成 像輻射實(shí)質(zhì)垂直于表面36。到達(dá)表面36的成像輻射是配置成照亮一環(huán)繞并與 區(qū)42鄰近的相對(duì)小的區(qū)域,而非該表面上的一擴(kuò)展區(qū)域,該區(qū)域通常是所正 微加工的部位的面積的大約四倍左右。例如,對(duì)于上文所述的100 pm的實(shí)例 性焊墊,聚焦透鏡系統(tǒng)49可配置成在直徑大致為200 nm左右的圓中提供成像 輻射。
通過(guò)將成像輻射配置成照亮一環(huán)繞要執(zhí)行微加工的定位的相對(duì)小的區(qū)域, 可將高強(qiáng)度照明輻射高效地提供至該區(qū)域,從而可產(chǎn)生該區(qū)域的高品質(zhì)圖像。 通過(guò)經(jīng)由光束對(duì)準(zhǔn)裝置20中也用于將微加工光束26導(dǎo)向至所正微加工的區(qū)域 的元件對(duì)成像輻射進(jìn)行導(dǎo)向,當(dāng)使光束對(duì)準(zhǔn)裝置20重新對(duì)準(zhǔn)以對(duì)新的區(qū)域進(jìn) 行微加工時(shí),高強(qiáng)度照明輻射會(huì)自動(dòng)地重新對(duì)準(zhǔn)新的區(qū)域。此外,如下文所述, 用于成像的返回輻射也經(jīng)由光束對(duì)準(zhǔn)裝置20中對(duì)光束26及照明輻射進(jìn)行導(dǎo)向 的共用元件返回,因而當(dāng)使光束對(duì)準(zhǔn)裝置20重新對(duì)準(zhǔn)以微加工新的區(qū)域時(shí), 也會(huì)對(duì)新的區(qū)域自動(dòng)成像。如在下文中所更詳細(xì)解釋,上述特征組合使本發(fā)明 實(shí)施例能夠?qū)嵸|(zhì)實(shí)時(shí)地使光束26對(duì)準(zhǔn)其部位,由此提供PCB 24的總體微加工 速率。
來(lái)自部位43的返回輻射由鏡34經(jīng)由分束鏡52反射至光學(xué)元件串30,如
由箭頭54所示,并從光學(xué)元件串傳送至分束鏡28。串30經(jīng)由分束鏡28及聚 焦透鏡55并視需要經(jīng)由一濾光片系統(tǒng)53將返回輻射導(dǎo)向一光學(xué)傳感器56,濾 光片系統(tǒng)53通常包含一組可選濾光片,包含帶通濾光片及長(zhǎng)通濾光片。如在 下文中所述,如果部位43產(chǎn)生熒光輻射,可利用此一濾光片系統(tǒng)。對(duì)于存在 于部位43中的物體(例如物體46),傳感器56經(jīng)配置以根據(jù)物體的定位向 PU 32提供信號(hào),且處理單元使用這些信號(hào)使光束26相對(duì)于PCB 24及物體正 確地對(duì)準(zhǔn)及定向。將參照?qǐng)D5A、 5B及5C對(duì)傳感器56的運(yùn)行進(jìn)行更詳細(xì)說(shuō)明。
在某些實(shí)施例中,輻射源50用于從部位43產(chǎn)生熒光返回輻射,以尤其使 從返回輻射形成的圖像固有地不存在斑點(diǎn)。第10/793, 224號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案 即說(shuō)明熒光圖像的產(chǎn)生,其讓于本發(fā)明的受讓人并以引用方式并入本文中。在 這些情形中,輻射源50可較佳包含一以大致405 nm工作的激光二極管,且通 常可不需要斑點(diǎn)消除系統(tǒng)。此外,分束鏡52可較佳配置成二向色分束鏡,反 射來(lái)自輻射源50的輻射并透射光束26及熒光返回輻射。較佳地,PU 32可經(jīng) 配置以調(diào)整輻射源50所產(chǎn)生的成像輻射的波長(zhǎng)及/或功率。通過(guò)調(diào)整波長(zhǎng)及/ 或功率,可改變成像輻射穿透入部位43內(nèi)的有效深度,從而使熒光輻射所產(chǎn) 生的圖像可最佳化。如果部位43包含一不發(fā)出熒光的物體,例如金屬焊墊, 則以熒光輻射產(chǎn)生圖像會(huì)增強(qiáng)圖像的對(duì)比度。由于如在下文中所解釋,部位43 通常包含具有不同熒光特性的層,因而PU32及/或操作員23可從濾光片組53 中選取濾光片來(lái)使圖像最佳化。
在某些實(shí)施例中,將輻射源50選擇成具有對(duì)PCB實(shí)質(zhì)透明的工作波長(zhǎng)或 波長(zhǎng)范圍,例如在下文中參照?qǐng)D2所給出的波長(zhǎng)。在此種情形中,通常對(duì)于至 少部分呈鏡面的物體46,可反襯相對(duì)暗的背景使物體成像為亮的物體。當(dāng)將相 對(duì)長(zhǎng)的源波長(zhǎng)(例如在下文中參照?qǐng)D2給出)與對(duì)這些波長(zhǎng)相對(duì)透明的材料(例 如SH9K ABF樹(shù)脂、GX3 ABF樹(shù)脂或GX13 ABF樹(shù)脂) 一起使用時(shí),便可產(chǎn)生此 種類型的"亮場(chǎng)"成像。
通常,PU 32使用平移臺(tái)45對(duì)PCB 24執(zhí)行粗略對(duì)準(zhǔn),并使用平臺(tái)33及 35執(zhí)行精微對(duì)準(zhǔn),以使區(qū)42處于表面36上的所需位置,并使光束26相對(duì)于 該表面處于所需取向上。然而,也可使用平移平臺(tái)33、 45及光束操控平臺(tái)35 的操作的任何其他方便的組合對(duì)光束26進(jìn)行定位及定向。
為使用光束26在PCB 24中微加工一孔,所加工的材料需要至少部分地進(jìn)
行有效吸收,以吸收光束的能量。此種有效吸收可由PCB樹(shù)脂在光束波長(zhǎng)下對(duì) 光束的吸收、或由包含于樹(shù)脂中的物體(例如玻璃微?;蚶w維)、或由嵌于PCB 中的物體(例如物體46)對(duì)光束的吸收來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一選擇為,或者另外,在上 文所提及的短脈沖激光器情況下,對(duì)光束的有效吸收可通過(guò)短脈沖與PCB樹(shù)脂 或所嵌入物體的非線性相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般而言,由于微加工是通過(guò)燒蝕PCB 的某些部分而起作用,因而微加工的效率隨對(duì)光束的有效吸收的增加而提高。
諸多其他因素可影響光束對(duì)準(zhǔn)裝置20在PCB 24中高效地進(jìn)行微加工的能

所要微加工的PCB部分在該光束波長(zhǎng)下需要具有的有效吸收性可限制在 該光束波長(zhǎng)下對(duì)表面36下面的物體(例如物體46)的有效成像。
光束對(duì)準(zhǔn)裝置20的某些光學(xué)元件同時(shí)傳遞來(lái)自光源22的光束輻射與來(lái) 自輻射源50的成像輻射。另外,如果產(chǎn)生熒光輻射,則這些光學(xué)元件也可傳 遞熒光輻射。這三種輻射具有不同的波長(zhǎng),且某些波長(zhǎng)可彼此迥異。在這些情 形中,可較佳將光束對(duì)準(zhǔn)裝置20的光學(xué)元件選擇成包含反射元件、折射元件、 或這兩種類型元件的組合、及/或例如衍射元件等其他元件,以便正確地傳送 不同的波長(zhǎng)。元件選擇對(duì)于所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將一目了然。
對(duì)可為光束選用的波長(zhǎng)、以及對(duì)可為成像輻射及熒光輻射(如果使用) 選用的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍存在實(shí)際限值。
對(duì)光束及成像輻射波長(zhǎng)的選取因這些及其他因素(包括PCB 24的組成要 素及物體46的光學(xué)特性)而異。因此,在本發(fā)明的某些實(shí)施例中,將光束波 長(zhǎng)與成像輻射波長(zhǎng)選擇成大致相同。對(duì)于這些實(shí)施例,使成像輻射波長(zhǎng)與光束 波長(zhǎng)相隔約50nm或以下。在其他實(shí)施例中,則將這兩個(gè)波長(zhǎng)選擇成互不相同, 使成像輻射波長(zhǎng)與光束波長(zhǎng)相隔約100 nra或以上。對(duì)于熒光成像的情形,將 成像輻射波長(zhǎng)選擇成能產(chǎn)生熒光,且PCB樹(shù)脂對(duì)成像輻射固有地存在局部吸收 性。
光束對(duì)準(zhǔn)裝置20可用于在PCB 24中微加工多個(gè)孔,這些孔通常用于微通 路及/或盲通路。在微加工多個(gè)孔時(shí)所涉及到的步驟是使光束26與區(qū)42對(duì) 準(zhǔn),穿過(guò)該區(qū)微加工出孔,并使光束重新對(duì)準(zhǔn)具有所要微加工的區(qū)的新的部位。 反復(fù)地重復(fù)該過(guò)程。為使該過(guò)程高效地進(jìn)行,應(yīng)盡可能快地執(zhí)行光束的對(duì)準(zhǔn)與
重新對(duì)準(zhǔn)。另一選擇為,或者另外,可配置多組光束對(duì)準(zhǔn)裝置20來(lái)實(shí)質(zhì)同時(shí)
地微加工多個(gè)孔。在本發(fā)明的一實(shí)施例中,在PCB上同時(shí)操作18組光束對(duì)準(zhǔn) 裝置20。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中,光束對(duì)準(zhǔn)裝置20包含一元件51。元件51的功 能將在下文中參照?qǐng)D8加以說(shuō)明。
圖2是在不同波長(zhǎng)下在樹(shù)脂厚度為45 |im時(shí)不同類型ABF樹(shù)脂的百分比透 射的示意性曲線圖。
通過(guò)檢査該曲線圖會(huì)發(fā)現(xiàn),在大約350 nm的波長(zhǎng)下一此對(duì)應(yīng)于如果激光 器是UV激光器時(shí)激光器22所提供的波長(zhǎng),SH9K ABF樹(shù)脂透射大約20X,而 GX3 ABF樹(shù)脂則具有高的吸收性。因此,如果層38是SH9K ABF樹(shù)脂,則輻射 源50可與激光器22具有大致相同的波長(zhǎng),并從物體46產(chǎn)生返回輻射。如果 層38包含GX3 ABF樹(shù)脂,則為獲得與在SH9K情況下相同或更多的返回輻射, 源波長(zhǎng)應(yīng)大約為430 mn或以上。除圖2的曲線圖所給出的透射因素以外,其 他會(huì)影響PCB及物體46的成像的因素包括照明輻射的漫射,其因用于填充構(gòu) 成層38及40的環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃珠的大小及密度而異。
本發(fā)明的發(fā)明者已發(fā)現(xiàn),在800 nm左右或以上的近紅外線波長(zhǎng)下,這兩 種類型的樹(shù)脂均實(shí)質(zhì)透明。本發(fā)明的發(fā)明者還已發(fā)現(xiàn),如果輻射源50以這些 波長(zhǎng)工作,則無(wú)論嵌于層38及40中的珠所引起的漫射如何,均會(huì)形成所嵌入 物體(例如物體46)的良好圖像。
圖3是不同類型樹(shù)脂的熒光的示意性曲線圖。對(duì)應(yīng)于ABF樹(shù)脂GX3、 SH9K 及GX13以及FR4材料的曲線繪示每一樹(shù)脂材料的歸一化熒光強(qiáng)度一熒光波長(zhǎng) 的關(guān)系。這些曲線是在激發(fā)波長(zhǎng)約為300 mn時(shí)產(chǎn)生的,但發(fā)明者已證實(shí),在 其他激發(fā)波長(zhǎng)(包括上文所例示的UV激光器的350 nm的波長(zhǎng))下,也會(huì)得到 大體類似的曲線。本發(fā)明的某些實(shí)施例使用圖3中的曲線所示的熒光特性來(lái)操 作光束對(duì)準(zhǔn)裝置20。例如,如果層40 (圖1)包含F(xiàn)R4樹(shù)脂,且層38包含GX3 樹(shù)脂,則可使用以約450 nra的波長(zhǎng)工作的帶通濾光片、或者截止波長(zhǎng)大約為 相同波長(zhǎng)的長(zhǎng)通濾光片來(lái)很好地區(qū)分這兩個(gè)層。在觀察這兩個(gè)層的熒光時(shí),可 使用一更短波的帶通或長(zhǎng)通濾光片。
圖4是一流程圖60,其顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例在操作光束對(duì)準(zhǔn)裝置20
時(shí)所執(zhí)行的步驟。
在使用光束對(duì)準(zhǔn)裝置20進(jìn)行微加工之前,首先將該裝置相對(duì)于PCB 24校 準(zhǔn)。該初始校準(zhǔn)可以是標(biāo)記一面板,例如一專用校準(zhǔn)面板(不同于PCB 24), 使用光束對(duì)準(zhǔn)裝置20對(duì)這些標(biāo)記成像,并根據(jù)所成像的標(biāo)記來(lái)確定裝置的校 準(zhǔn)偏移量。在某些實(shí)施例中,可標(biāo)記PCB 24的一部分,并使用這些標(biāo)記進(jìn)行 校準(zhǔn)。
另一選擇為,或者另外,如在下文中所更詳細(xì)說(shuō)明,可有利地使用圖3中 的曲線所示的熒光特性使光束對(duì)準(zhǔn)裝置20對(duì)正。
下文對(duì)流程圖60中各步驟的說(shuō)明描述一種校準(zhǔn)過(guò)程及一種微加工過(guò)程。 在一第一校準(zhǔn)步驟62中,操作員23將一專用校準(zhǔn)面板或PCB24 (如果要 使用該P(yáng)CB進(jìn)行校準(zhǔn))定位于平臺(tái)45上。操作員為光束對(duì)準(zhǔn)裝置20提供校準(zhǔn) 目標(biāo)座標(biāo)(通常是2至4個(gè)目標(biāo)的校準(zhǔn)目標(biāo)座標(biāo))以及在校準(zhǔn)面板中或在PCB 24 中對(duì)應(yīng)于這些目標(biāo)的形狀。操作員可從計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)文件中提供目 標(biāo)座標(biāo)及形狀,或者可由操作員直接輸入。如上文所述,這些目標(biāo)可配置成無(wú) 損性的或有損性的。另一選擇為,校準(zhǔn)面板或PCB 24可通過(guò)機(jī)械方式進(jìn)行定 位,通常是使用基準(zhǔn)銷、拐角、或者面板或PCB中的其他機(jī)械基準(zhǔn)區(qū)。
在一第二校準(zhǔn)步驟64中,操作員操作光束對(duì)準(zhǔn)裝置20的對(duì)正系統(tǒng),以對(duì) 校準(zhǔn)目標(biāo)進(jìn)行照明及定位。照明可來(lái)自輻射源50,如上文所述,可較佳選擇輻 射源50的成像輻射波長(zhǎng),以使返回輻射為熒光輻射。還如上文所述,PU32可 調(diào)整輻射源50的波長(zhǎng)及/或功率,以使所產(chǎn)生的圖像最佳化。
另一選擇為,或者另外,如果使用校準(zhǔn)目標(biāo)的熒光,則可通過(guò)以低于PCB 的燒蝕閾值功率的功率操作激光器22,來(lái)照明包含這些目標(biāo)的區(qū)。在此種情形 中,可通常通過(guò)以光學(xué)元件串30使光束26散焦、以"區(qū)域照明"模式操作激 光器22來(lái)照明該區(qū)。另一選擇為,可通過(guò)使用光束操控平臺(tái)35掃描鏡34并 由此掃描激光束來(lái)執(zhí)行區(qū)域照明模式。校準(zhǔn)目標(biāo)在傳感器56上成像,且PU32 使用在傳感器上所形成的目標(biāo)圖像來(lái)校準(zhǔn)光束對(duì)準(zhǔn)裝置20。如果使用熒光,則 PU 32及/或操作員23可選擇濾光片組53中的其中一個(gè)濾光片來(lái)使所形成的圖 像最佳化一通常在層38及40包含例如上文所述的不同樹(shù)脂的情況下,且如在 對(duì)圖3的說(shuō)明中所例示。
下面的步驟假定已使用PCB 24進(jìn)行校準(zhǔn),且該P(yáng)CB在光束對(duì)準(zhǔn)裝置20中 就位。在下面的步驟中,還以舉例方式假定物體46為一孤立的近似圓形的焊 墊,且要穿過(guò)焊墊的中心垂直于表面36微加工一孔。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人 員將能夠針對(duì)其他類型的物體46 (例如連接至矩形導(dǎo)體或連接至一相連的圓形 焊墊陣列的圓形焊墊)在細(xì)節(jié)上對(duì)該流程圖中各步驟的說(shuō)明作必要修正。
在一第一微加工步驟65中,操作員23將對(duì)應(yīng)于在PCB 24中所構(gòu)建電路 的C認(rèn)文件裝載入存儲(chǔ)器25內(nèi)。
在一第二微加工步驟66中,PU 32使用CAM文件來(lái)確定形狀及該形狀的 名義座標(biāo),其中要微加工一孔。在下文說(shuō)明中,假定要在物體46的中心上微 加工一孔,因而這些名義座標(biāo)可為物體46的或包含該物體的部位43的名義座 標(biāo)。另一選擇為,可通過(guò)分析電路的圖像來(lái)得到物體46的名義座標(biāo)及形狀, 該分析是由操作員23及/或PU 32執(zhí)行。
在一第三微加工步驟68中,PU32使用一對(duì)應(yīng)于名義座標(biāo)的信號(hào)來(lái)向固定 PCB24、光學(xué)元件串30、及/或鏡34的各運(yùn)動(dòng)平臺(tái)提供粗略調(diào)整控制信號(hào),以 使物體46移入傳感器56的視野內(nèi)。此種定位可由處理單元完全自動(dòng)地執(zhí)行。 或者,操作員23可至少部分地執(zhí)行此種定位,通常是通過(guò)將名義座標(biāo)提供至 TO 32。
從步驟68開(kāi)始,PU 32遵循兩個(gè)可能路徑之一。第一路徑69是通過(guò)光束 對(duì)正步驟70及72到達(dá)物體照明步驟74。第二路徑71則直接到達(dá)物體照明步 驟74。當(dāng)首先操作流程圖60并隨后定期地操作流程圖60時(shí),PU 32遵循第一 路徑69,因而在步驟70及72中所執(zhí)行的光束對(duì)正并非對(duì)所微加工的每一物體 均執(zhí)行。而是,間歇性地每t秒執(zhí)行一次光束對(duì)正,其中t是由操作員23選 取的參數(shù),且通常約為IO左右。
在路徑69中,在第一光束對(duì)正步驟70中,以低于燒蝕閾值的低功率操作 激光器22,以射到部位43上。激光束通常在其射到部位43上之處(此處假定 為區(qū)42)激發(fā)熒光,在此種情形中,返回?zé)晒廨椛渚劢褂趥鞲衅?6上而在傳 感器上形成區(qū)42的圖像。另一選擇為,可并非使用PCB的熒光,而是此前已 在部位43上附加一燒蝕校準(zhǔn)板。
在路徑69中,在第二光束對(duì)正步驟72中,PU 32記錄激光束在傳感器56
上的定位。
在物體照明步驟74中,PU32關(guān)斷激光器22,并操作福射源50對(duì)物體46 進(jìn)行照明。另一選擇為,或者另外,在步驟74中,PU 32可使激光器22保持 低功率及/或上文所述的區(qū)域照明模式。通常,PU32使用在物體46附近從PCB 產(chǎn)生的返回?zé)晒廨椛鋪?lái)形成在下一步驟76中所述的圖像。熒光輻射可由激光 器22及/或輻射源50的輻射產(chǎn)生。該圖像可由返回?zé)晒廨椛鋯为?dú)形成、或者 與處于輻射源50的波長(zhǎng)的返回輻射一同形成。通常,例如對(duì)于上文所述的包 含不同樹(shù)脂類型(例如ABF及FR4)的層38及40的實(shí)例而言,在為返回?zé)晒?輻射的情形中,PU 32從濾光片組53中選擇一濾光片來(lái)使圖像最佳化。
在物體記錄步驟76中,PU32記錄在傳感器56中產(chǎn)生的物體圖像。PU32 分析來(lái)自傳感器56的信號(hào)電平,以確定對(duì)應(yīng)于中心實(shí)際座標(biāo)的信號(hào)。此種分 析的一實(shí)例將參照?qǐng)D5B及5C加以說(shuō)明。如果已遵循路徑69,則處理單元記錄 并確定圓形焊墊中心的實(shí)際座標(biāo)與在步驟72中得到的光束位置之間的偏移量。 而如果已遵循路徑71,則處理單元使用在路徑69的最新執(zhí)行中所得到的偏移
在運(yùn)動(dòng)步驟78中,PU 32使用在步驟76中所確定的偏移量、相對(duì)于物體 46的中心來(lái)調(diào)整光束位置。通常,通過(guò)操作光束操控平臺(tái)35以正確對(duì)準(zhǔn)鏡34 來(lái)實(shí)施該調(diào)整。
在操作激光器步驟80中,PU 32將源22的功率切換成高于燒蝕閾值,以 使光束燒蝕層38及物體46,并由此在物體46的中心的實(shí)際座標(biāo)處微加工出一 孔。在某些實(shí)施例中,在微加工期間,處理單元還可隨著微加工的進(jìn)行,使用 光學(xué)元件串30改變光束26的焦點(diǎn)。
在第一判決步驟82中,PU 32檢查是否要在PCB 24上對(duì)該P(yáng)CB的其他部 位執(zhí)行的進(jìn)一步微加工操作。如果不再存在其他操作,則流程圖60結(jié)束。如 果存在其他操作一在此處假定是要在實(shí)質(zhì)類似于物體46的物體的中心處加工 孔,則流程圖60繼續(xù)進(jìn)行至第二判決步驟84。
在第二判決步驟84中,PU 32判定物體46距所要加工的下一物體的名義 位置的距離是否大于一預(yù)設(shè)距離(通常為10 mm左右)。如果該距離大于預(yù)設(shè) 距離,則將計(jì)數(shù)器N設(shè)定為O,且該流程返回步驟66來(lái)加工下一物體。
如果該距離小于或等于預(yù)設(shè)距離,則在第三判決步驟86中,PU32檢查在 步驟76中所記錄的偏移量是否小于一預(yù)設(shè)值。如果該偏移量小于預(yù)設(shè)值,則 在步驟88中,PU 32通過(guò)對(duì)下面的N個(gè)物體執(zhí)行步驟78及80來(lái)操作光束對(duì)準(zhǔn) 裝置20,其中N是上面所提到的計(jì)數(shù)器,且其中N設(shè)定為一通常約為IO的預(yù) 定值。操作員23可在步驟65中裝載CAM文件時(shí)設(shè)定該預(yù)定值N。
在執(zhí)行步驟88的同時(shí),PU32在每一加工操作后均檢查各物體之間的距離 是否超過(guò)預(yù)設(shè)距離,在此種情形中,該流程返回步驟66,如流程圖中的虛線 67所示。如果在加工這N個(gè)物體時(shí)不超過(guò)該預(yù)設(shè)距離,則PU32完成對(duì)這N個(gè) 物體的加工,使N遞增,并隨后使流程返回步驟66。
如果在判決步驟86中該偏移量大于或等于預(yù)設(shè)值,則PU 32使N遞減至 最小值0。在步驟90中,PU 32通過(guò)對(duì)下面的N (遞減后的值)個(gè)物體執(zhí)行步 驟78及80來(lái)操作該裝置。在執(zhí)行步驟90的同時(shí),PU32在每一加工操作后均 檢查各物體之間的距離是否超過(guò)預(yù)設(shè)距離,在此種情形中,該流程返回步驟66, 如流程圖中的虛線73所示。如果在加工這N個(gè)物體時(shí)不超過(guò)該預(yù)設(shè)距離,則 PU 32完成對(duì)這N個(gè)物體的加工,并隨后使流程返回步驟66。
判決步驟84使操作員23能夠?qū)⒐馐鴮?duì)準(zhǔn)裝置20配置成可在不執(zhí)行對(duì)正 步驟的情況下,加工處于一已被執(zhí)行對(duì)正步驟66-76的物體的預(yù)設(shè)距離以內(nèi)之 各物體。換句話說(shuō),使用針對(duì)一給定物體確定出的偏移量為靠近該給定物體的 物體群組確定光束位置。
判決步驟86使操作員能夠?qū)⒀b置配置成使在步驟76中得到的偏移量的大 小決定在上面所述的群組中有多少物體。因此,如果所確定的偏移量低于預(yù)設(shè) 偏移量,則對(duì)所要加工的下一物體群組遞增N的值(群組中的物體數(shù)量)。而 如果所確定的偏移量大于預(yù)設(shè)偏移量,則對(duì)所要加工的下一物體群組遞減N的 值。
操作員通常在步驟65中輸入預(yù)設(shè)距離及預(yù)設(shè)偏移量的值。
以上說(shuō)明適用于穿過(guò)圓形焊墊的中心垂直于表面36微加工一圓形孔。光 束對(duì)準(zhǔn)裝置20也可執(zhí)行其他微加工操作,例如非垂直地微加工一孔,及/或微 加工一非圓形孔,例如呈狹縫形狀的孔,及/或在不同于與流程圖60中所確定 實(shí)際座標(biāo)相對(duì)應(yīng)的位置處微加工一孔。還應(yīng)了解,可采用微加工來(lái)形成完全穿 透PCB的孔,或者并不完全穿透PCB的孔。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將能夠針 對(duì)此等其他微加工操作來(lái)修改以上說(shuō)明,通常是通過(guò)使處理單元在步驟78及 80中對(duì)平移平臺(tái)33、平移平臺(tái)45、及/或光束操控平臺(tái)35執(zhí)行進(jìn)一步的操作 來(lái)實(shí)現(xiàn)。
通常,對(duì)應(yīng)于步驟68的粗略對(duì)準(zhǔn)如果自動(dòng)執(zhí)行,則自前一微加工的孔起 耗用大約1-3ms。如果光束操控平臺(tái)35 (圖l)是基于檢流計(jì),則通常適用較 短的時(shí)間,而如果該平臺(tái)是二軸式掃描系統(tǒng),則通常適用較長(zhǎng)的時(shí)間。較佳地, 上文在步驟78中所述的精微對(duì)準(zhǔn)程序耗用不到大約1 ms。之所以能實(shí)現(xiàn)這些 時(shí)間,主要是因?yàn)樯湎蛩⒓庸さ拿恳徊课坏某上褫椛渚哂懈叩膹?qiáng)度。
發(fā)明者已發(fā)現(xiàn),這些時(shí)間使得與并不采用流程60中的步驟進(jìn)行此種加工 的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)相比,在采用流程60來(lái)加工PCB時(shí)實(shí)質(zhì)上不存在時(shí)間損失。 此外,可在加工PCB期間執(zhí)行例如判決步驟84及86等步驟。因此,可將流程 60實(shí)施成實(shí)質(zhì)實(shí)時(shí)地操作。通過(guò)以所述時(shí)間進(jìn)行操作,便可消除例如熱漂移等 相對(duì)長(zhǎng)期的不利效應(yīng)。而且,通過(guò)如上文所述僅間歇性地執(zhí)行對(duì)正步驟70及 72,會(huì)縮短總的操作時(shí)間,而不會(huì)影響微加工的精度。
圖5A顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例,可用于光束對(duì)準(zhǔn)裝置20中的光學(xué)傳感器 56的表面的示意圖。通常,為在上面給出的對(duì)準(zhǔn)時(shí)間中產(chǎn)生對(duì)準(zhǔn)信號(hào),傳感器 56使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)。另一選擇為,傳感器56可包含 一個(gè)或多個(gè)CCD (電荷耦合器件)、或其他適當(dāng)?shù)膫鞲衅骷?br> 一圖式164圖解說(shuō)明傳感器56的表面。傳感器56通常包含一矩形的檢測(cè) 元件陣列170。下面說(shuō)明適合的圖像傳感器的某些實(shí)例。位于Boise, Idaho的 Micron Technology公司提供一種MTM001 CMOS 130萬(wàn)像素的矩形陣列傳感器, 本發(fā)明的發(fā)明者發(fā)現(xiàn)此種傳感器即適合??墒褂靡豢删幊痰年P(guān)注區(qū)域(A0I) 來(lái)限制傳感器中所尋址的元件數(shù)量,從而使該陣列能夠用于1-3 ms左右的短 的采集時(shí)間。日本的Hamamatsu Photonics K. K.公司提供一種256x256檢測(cè)元 件S9132陣列,其可作為兩個(gè)一維陣列使用,并給出總和輸出,此將在下文中 予以更詳細(xì)說(shuō)明。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將熟悉適合用作傳感器56的其他 陣列。
PU32可有利地使用來(lái)自元件170的信號(hào)精確地確定關(guān)于物體46的特定位 置。圖5B及5C顯示物體46的圖像的實(shí)例。舉例而言,假定物體46包含一圓 形焊墊,且要微加工該圓形焊墊的中心。在圖5B中,物體46包含一孤立的近 似圓形的焊墊,其產(chǎn)生圖像166。在圖5C中,物體46包含連接至矩形導(dǎo)體的 一近似圓形的焊墊,其產(chǎn)生由一圓形部分178連接至一矩形部分180而構(gòu)成的 圖像176。
如果傳感器56包含由各單獨(dú)像素形成的矩形陣列(例如上面提到的Micron 陣列),則對(duì)于圖像166, PU32可將所要分析的像素?cái)?shù)量減少至環(huán)繞圖像166 的一矩形像素集合168,減少像素?cái)?shù)量會(huì)縮短對(duì)圖像的采集時(shí)間。PU 32可然 后將所有成像像素?cái)M合至一個(gè)圓一通常是使用邊緣檢測(cè)算法來(lái)進(jìn)行,以便以子 像素精度識(shí)別圖像166的中心。
例如,通過(guò)使用130萬(wàn)像素中的100x100個(gè)像素,與30Hz的名義幀速率 相比,可將圖像采集時(shí)間改善接近100倍,從而提供亞毫秒的采集時(shí)間。如此 短的采集時(shí)間需要具有高的圖像照明強(qiáng)度,此是由來(lái)自輻射源50的定向部位 照明經(jīng)由鏡34 (圖1)來(lái)提供。
對(duì)于圖像176, PU 32可將所要分析的像素?cái)?shù)量減少至環(huán)繞部分178的一 矩形像素集合179 (可能去除矩形部分180中的某些像素)。借助一種邊緣檢 測(cè)算法,PU 32可然后將形成一非線性邊緣的成像像素?cái)M合至一個(gè)圓,以便以 子像素精度識(shí)別圓形部分178的中心。另一選擇為,PU 32可使用邊緣檢測(cè)算 法將所有像素?cái)M合至一預(yù)期的理論邊緣,該理論邊緣是由一個(gè)圓與位于該圓一 側(cè)上的兩條平行線相交而產(chǎn)生的。
通常,PU 32選擇進(jìn)行分析的像素并不需要為簡(jiǎn)單的矩形陣列。例如,成 像部位可包含附連至一大的圓形焊墊的小的圓形焊墊,在此種情形中,PU 32 所選的像素可配置成為剛好囊括該部位所選的通常不規(guī)則的像素集合。
傳感器56可包含一可并不給出陣列中每一像素的輸出的陣列,例如上文 所提到的Hamamatsu陣列。在此種情形中,PU 32可對(duì)該陣列的總和輸出應(yīng)用 曲線擬合,以找到圖像166及178的中心。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一替代實(shí)施例的一光束對(duì)準(zhǔn)裝置320的示意圖。除下文 所述的區(qū)別外,光束對(duì)準(zhǔn)裝置320的操作大體類似于光束對(duì)準(zhǔn)裝置20 (圖l) 的操作,且光束對(duì)準(zhǔn)裝置20與320中由相同參考編號(hào)所表示的元件在構(gòu)造及
操作方面大體類似。
光束對(duì)準(zhǔn)裝置320包含一分束鏡326,且去除了分束鏡52。分束鏡326經(jīng) 配置以透射來(lái)自輻射源50的成像輻射,并將從部位43返回的輻射反射至傳感 器56。如果返回輻射具有與輻射源50的輻射相同的波長(zhǎng),則分束鏡可為一 50/50分束鏡。如果返回輻射是熒光輻射,則分束鏡326可配置成一二向色分 束鏡。另一選擇為,如下文所述,分束鏡326可為一偏振分束鏡。
在光束對(duì)準(zhǔn)裝置320中,光學(xué)元件串30分離成兩組光學(xué)元件。第一組324 通常包含可移動(dòng)的光學(xué)元件,其可用于改變來(lái)自源22的光束的放大率。第二 組322通常包含固定的光學(xué)元件。通過(guò)將光學(xué)元件串30分成這兩組,可在不 影響照明以及分束鏡28與鏡34之間的成像路徑的情況下調(diào)整來(lái)自源22的光 束的放大率。
下面將說(shuō)明光束對(duì)準(zhǔn)裝置320中的元件323及325。
如果光束對(duì)準(zhǔn)裝置320中所提供的法向成像照明在部位43上大體均勻, 即如果該照明幾乎不或根本不存在任何結(jié)構(gòu),則鏡面物體46所得到的圖像通 常是該物體的亮的圖像反襯一環(huán)繞該物體的區(qū)的暗的背景圖像,且這兩個(gè)圖像 具有良好的對(duì)比度。
考慮光束對(duì)準(zhǔn)裝置20與320之后便會(huì)發(fā)現(xiàn),例如可操控的鏡34及光學(xué)元 件串30等光學(xué)元件可傳遞至少兩種不同的波長(zhǎng),即光束26的光束波長(zhǎng)與輻射 源50的成像輻射波長(zhǎng)。如果使用熒光,則這些光學(xué)元件可傳遞三種不同的波 長(zhǎng),即光束波長(zhǎng)、成像輻射波長(zhǎng)、以及熒光波長(zhǎng)。將同一些元件配置成傳遞兩 種或三種不同的波長(zhǎng)會(huì)顯著減少如果對(duì)不同波長(zhǎng)分別使用單獨(dú)一組元件時(shí)可 能需要的光學(xué)元件的數(shù)量。
圖7是根據(jù)本發(fā)明又一替代實(shí)施例的光束對(duì)準(zhǔn)裝置330的示意圖。除下文 所述的區(qū)別外,光束對(duì)準(zhǔn)裝置330的操作大體類似于光束對(duì)準(zhǔn)裝置20 (圖l) 及光束對(duì)準(zhǔn)裝置320 (圖7)的操作,且光束對(duì)準(zhǔn)裝置20、 320與330中由相 同參考編號(hào)所表示的元件在構(gòu)造及操作方面大體類似。
光束對(duì)準(zhǔn)裝置330在鏡34與部位43之間包含一透鏡系統(tǒng)336。透鏡系統(tǒng) 336通常包含一遠(yuǎn)心透鏡,其使鏡34能夠具有約土20。的F0V。增加該透鏡系統(tǒng) 便會(huì)將光束對(duì)準(zhǔn)裝置330配置成一 "預(yù)掃描"系統(tǒng)。與上文所述的后掃描系統(tǒng) 相比,鏡的F0V越大,便能使鏡將光束26投射至PCB 24中越大的區(qū)域上并對(duì) 該區(qū)域成像。
光學(xué)元件組324及322通常分別重新配置成包含可移動(dòng)元件的第一組334 以及包含固定元件的第二組332,組334與組332經(jīng)過(guò)選擇以適應(yīng)于透鏡系統(tǒng) 336。
上文對(duì)光束對(duì)準(zhǔn)裝置20、 320及330的說(shuō)明是假定成像照明大體垂直于表 面36,且總體上未結(jié)構(gòu)化。而在下文所述的本發(fā)明的某些實(shí)施例中,也可將成 像照明配置成使該照明具有結(jié)構(gòu),如下文所述。
圖8圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例由輻射源50提供的成像輻射配置344。 圖中顯示在輻射配置344情況下,PCB 24的剖面圖340及俯視圖342。在輻射 配置344中,表面36上的成像輻射被結(jié)構(gòu)化成例如一大體圓環(huán)346形狀的成 像輻射。該成像輻射穿透層38及40,且還因這些層內(nèi)的漫射而在這些層內(nèi)局 部散射,例如主要因包含于這些層中的填充材料而引起。穿透與局部散射相結(jié) 合會(huì)有效地"從背面照明"物體46,如由箭頭348所示意性地顯示,由此在傳 感器56上形成一高對(duì)比度圖像。無(wú)論物體46是否是鏡面,均會(huì)產(chǎn)生高對(duì)比度 圖像。此外,通過(guò)背面照明所形成的高對(duì)比度圖像會(huì)有效地補(bǔ)償可能因在這些 層內(nèi)的輻射漫射而造成的圖像模糊。而假如不使用背面照明效果,圖像模糊可 在圖像的所測(cè)量位置上造成偏差。
可通過(guò)將一元件51 (圖l)(通常為止擋件)置于聚焦透鏡系統(tǒng)49與分 束鏡52之間而在光束對(duì)準(zhǔn)裝置20中有利地提供輻射配置344。盡管為清楚起 見(jiàn)在圖中未顯示,然而也可通過(guò)將一適當(dāng)?shù)闹箵跫糜谕哥R55與分束鏡28之 間而在光束對(duì)準(zhǔn)裝置320中提供輻射配置344。其他用于在光束對(duì)準(zhǔn)裝置20、 320及330中形成圓環(huán)狀輻射的方法(例如使用為得到結(jié)構(gòu)化照明而設(shè)計(jì)的衍 射元件)對(duì)于所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員而言將一目了然,且認(rèn)為也包含于本發(fā) 明的范疇內(nèi)。例如,元件51可包含此一衍射元件。輻射源50可提供其他形式 的結(jié)構(gòu)化照明,所述照明通常是根據(jù)所成像的部位來(lái)結(jié)構(gòu)化。例如,可使用一 矩形的照明來(lái)照明一大體直線狀跡線周圍的區(qū)域。所有這些形式的結(jié)構(gòu)化照明 均被認(rèn)為仍包含于本發(fā)明的范疇內(nèi)。
為得到輻射配置344,可將輻射源50選擇成一具有極短相干長(zhǎng)度的激光發(fā)
射器,以便實(shí)質(zhì)不存在斑點(diǎn)。發(fā)明者已發(fā)現(xiàn),相千長(zhǎng)度約為所加工物體尺寸(例 如圓形焊墊的直徑)的1-2倍的激光器便適合于此。
重新參見(jiàn)圖6, 一替代輻射配置使用偏振照明輻射。如在圖6中所示,可 將一偏振器323置于輻射源50之后,并將一分析儀325置于傳感器56之前。 另一選擇為,由于輻射源50通常提供偏振輻射,因而可無(wú)需使用偏振器323。 偏振器323的取向、或輻射源50 (如果其輻射是偏振的)的取向、以及分析儀 325的取向可由PU32加以控制。另一選擇為,這些取向可由操作員23預(yù)設(shè)成 大體固定的值。表面36及PCB 24的中間表面(例如層38與層40之間的界面) 的反射實(shí)際上與低入射角的入射偏振輻射具有相同的偏振。來(lái)自層38及40的 返回散射輻射相對(duì)較弱,且主要在與入射偏振輻射相同的方向上偏振。然而, 如果物體46具有甚至一局部粗糙的金屬表面(為改善物體與其嵌入樹(shù)脂間的 黏著性,通常會(huì)如此),其所反射的輻射實(shí)質(zhì)上被消偏振,因而具有與入射偏 振輻射呈90。夾角的分量。在此處所述的替代配置中,PU32將偏振器323與分 析儀325設(shè)置成具有交叉的偏振,或者操作員23預(yù)設(shè)這些取向,以使來(lái)自這 些表面及層38和40內(nèi)側(cè)的鏡面反射被吸收,而來(lái)自物體46的被消偏振的輻 射則透射過(guò)。交叉的偏振由此提供物體46的與物體周圍材料具有高對(duì)比度的 良好圖像。
在用于使照明輻射偏振的一替代實(shí)施方案中,既不使用偏振器323,也不 使用分析儀325。而是,將輻射源50構(gòu)建成提供偏振照明,且將分束鏡326配 置成一能透射來(lái)自所述光源的偏振照明的偏振分束鏡。該偏振分束鏡用以將被 消偏振的輻射(包含來(lái)自物體46的輻射)反射至傳感器56,由此如上文所述 形成物體的良好圖像。
重新參見(jiàn)圖1,可在輻射源50的波長(zhǎng)下將分束鏡52配置成一偏振分束鏡, 以使光束對(duì)準(zhǔn)裝置20中的傳感器56所形成的物體46的圖像實(shí)質(zhì)類似于在光 束對(duì)準(zhǔn)裝置320中所形成的圖像。
上文所述的偏振實(shí)施例使傳感器56能夠?qū)?lái)自物體46及其周圍環(huán)境的返 回輻射進(jìn)行偏振分析。
在各偏振實(shí)施例中,為減小斑點(diǎn),輻射源50可包含一其相干長(zhǎng)度小于所 加工物體的尺寸的激光發(fā)射器。例如,對(duì)于圓形焊墊,該相干長(zhǎng)度可明顯小于
焊墊直徑。也可使用其他方法來(lái)減小斑點(diǎn),例如使用上文所例示的方法。
上文所述各實(shí)施例涉及使用PCB 24及/或所嵌入物體46的光學(xué)圖像來(lái)調(diào) 整PCB的實(shí)際微加工位置。然而,應(yīng)了解,PU32也可使用PCB及/或所嵌入物 體的其他類型的圖像來(lái)確定所需的實(shí)際位置。此外,應(yīng)理解,本發(fā)明的實(shí)施例 也可用于對(duì)嵌入除PCB以外的材料(例如陶瓷或玻璃)中或表面上的物體進(jìn)行
成像。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員無(wú)需進(jìn)行過(guò)度試驗(yàn)便能夠修改上文說(shuō)明,使其 適應(yīng)于其他類型的圖像所需的變化。
應(yīng)了解,上述各實(shí)施例是以舉例方式加以引述,且本發(fā)明并非僅限于在上 文中所作的具體顯示及說(shuō)明。而是,本發(fā)明的范疇既包含上文所述各種特征的 組合及子組合,也包含所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀上文說(shuō)明后所將想到的且在 現(xiàn)有技術(shù)中不曾揭示的其變化及修改形式。
權(quán)利要求
1.一種用于微加工一材料的方法,其包含配置一光學(xué)系統(tǒng),以通過(guò)所述光學(xué)系統(tǒng)的一給定元件對(duì)所述材料的一部位提供處于一照明波長(zhǎng)的照明,所述照明從所述部位產(chǎn)生返回輻射;配置所述光學(xué)系統(tǒng),以通過(guò)所述給定元件接收所述返回輻射,并據(jù)此形成所述部位的一圖像;根據(jù)所述圖像計(jì)算所述部位處一定位的一實(shí)際位置,并輸出一指示所述定位的實(shí)際位置的信號(hào);產(chǎn)生一微加工輻射光束,其具有一不同于所述照明波長(zhǎng)的微加工波長(zhǎng);因應(yīng)所述信號(hào)而相對(duì)于所述定位確定所述光束的位置,以形成一對(duì)準(zhǔn)光束;以及通過(guò)所述光學(xué)系統(tǒng)的至少所述給定元件將所述對(duì)準(zhǔn)光束傳遞至所述定位,以在所述定位處執(zhí)行一微加工操作。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法,其中所述部位包含嵌入一個(gè)或多個(gè)絕緣襯 底中的一物體。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法,其中對(duì)所述部位提供照明包含提供僅對(duì)環(huán) 繞所述物體的一區(qū)進(jìn)行照明的結(jié)構(gòu)化照明。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法,其中提供所述結(jié)構(gòu)化照明包含以一衍射元 件形成所述結(jié)構(gòu)化照明。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法,其中對(duì)所述部位提供照明包含將所述照明 波長(zhǎng)選擇成一使所述部位發(fā)出熒光的波長(zhǎng),且其中所述返回輻射包含因應(yīng)所述 所提供照明而在所述部位處產(chǎn)生的熒光輻射。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法,其包含過(guò)濾所述熒光輻射,以使所述部位 的圖像最佳化。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法,其中對(duì)所述部位提供照明包含對(duì)所述部位 提供偏振照明,且其中形成所述部位的圖像包含對(duì)來(lái)自所述部位的所述返回輻 射進(jìn)行偏振分析。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法,其中所述給定元件包含一可操控的鏡。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法,其中所述部位包含要在其中執(zhí)行微加工的 多個(gè)不同的子部位,且其中確定所述光束的位置包含通過(guò)僅操控所述鏡而將所 述光束射至所述多個(gè)不同的子部位。
10. 如權(quán)利要求l所述的方法,其中所述給定元件包含一光學(xué)元件串,所 述光學(xué)元件串經(jīng)配置以將所述光束及所述照明聚焦至所述部位。
11. 如權(quán)利要求l所述的方法,其中所述部位包含一部位區(qū)域,且其中對(duì) 所述部位提供照明包含對(duì)所述部位區(qū)域及對(duì)不大于所述部位區(qū)域且與其鄰近 的另一區(qū)域提供照明。
12. 如權(quán)利要求ll所述的方法,其中形成所述圖像包含在一圖像傳感器 上形成所述圖像,且其中所述照明具有一在3毫秒或更短時(shí)間內(nèi)在所述圖像傳 感器上產(chǎn)生所述圖像的強(qiáng)度。
13. 如權(quán)利要求ll所述的方法,其中形成所述圖像包含在包含一像素陣 列的一圖像傳感器上形成所述圖像,并因應(yīng)所述區(qū)域及所述另一區(qū)域而從所述 陣列中選擇像素以用于分析所述圖像。
14. 如權(quán)利要求l所述的方法,其包含在對(duì)所述部位提供所述照明之前確 定所述定位的一名義位置,并因應(yīng)所述名義位置而提供所述照明。
15. 如權(quán)利要求l所述的方法,其中產(chǎn)生所述微加工輻射光束包含 產(chǎn)生一低功率光束,所述光束的一功率低于所述部位的一燒蝕閾值; 將所述低功率光束傳遞至所述部位;以及因應(yīng)所述低功率光束在所述部位的一圖像而確定所述光束的一偏移量。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法,其中確定所述光束的位置包含因應(yīng)所述 偏移量而確定所述光束的位置。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法,其中將所述已確定位置的光束傳遞至所 述定位包含將所述光束設(shè)定成具有一等于或大于所述燒蝕閾值的功率。
18. 如權(quán)利要求l所述的方法,其包含將所述照明波長(zhǎng)配置成具有一使所 述部位為非吸收性的值。
19. 如權(quán)利要求l所述的方法,其中所述部位包含一外表面,且其中對(duì)所 述部位提供照明包含以垂直于所述外表面的成像輻射對(duì)所述部位進(jìn)行照明。
20. 如權(quán)利要求l所述的方法,其中對(duì)所述部位提供照明包含在所述部位 提供相干成像輻射,所述相干成像輻射具有一等于或小于所述部位的一尺寸的 兩倍的相干長(zhǎng)度。
21. 如權(quán)利要求l所述的方法,其中計(jì)算所述實(shí)際位置包含 根據(jù)所述部位的一預(yù)期圖像提供一理論關(guān)系; 根據(jù)所述圖像確定一實(shí)際關(guān)系;以及 將所述實(shí)際關(guān)系擬合至所述理論關(guān)系。
22. 如權(quán)利要求l所述的方法,其中形成所述部位的圖像包含調(diào)整所述照 明波長(zhǎng)與所述照明的一功率中的至少一者,以改變所述照明在所述部位處的一 穿透深度。
23. 如權(quán)利要求l所述的方法,其中所述部位包含嵌入一漫射層中的一物 體,且包含補(bǔ)償由嵌入所述漫射層中的所述物體形成的所述圖像而造成的一偏差。
24. —種用于微加工一材料的方法,其包含操作一光源,以對(duì)所述材料中一包含一定位的部位提供一輻射光束,所述 輻射光束處于使所述材料發(fā)出熒光的一工作波長(zhǎng),且處于不足以進(jìn)行微加工的 一光束功率,以從所述部位產(chǎn)生熒光輻射;因應(yīng)所述熒光輻射而形成所述部位的一圖像;因應(yīng)所述圖像而相對(duì)于所述定位確定所述光束的位置;以及操作所述光源,以對(duì)所述定位提供所述輻射光束,所述輻射光束處于所述 工作波長(zhǎng)且處于足以促成對(duì)所述定位的微加工的一微加工功率。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法,其中以所述光束功率操作所述光源包含通過(guò)一光束導(dǎo)向光學(xué)系統(tǒng)對(duì)所述部位提供所述輻射光束,且其中形成所述圖像包括通過(guò)所述光束導(dǎo)向光學(xué)系統(tǒng)的至少一個(gè)元件將所述熒光輻射傳送至一圖像傳感器。
26. 如權(quán)利要求24所述的方法,其包含過(guò)濾所述熒光輻射,以使所述部 位的圖像最佳化。
27. —種用于微加工一材料的裝置,其包含一輻射源,其經(jīng)配置以通過(guò)一光學(xué)系統(tǒng)的一給定元件對(duì)所述材料的一部位 提供處于一照明波長(zhǎng)的照明,所述照明從所述部位產(chǎn)生返回輻射;一圖像傳感器,其經(jīng)配置以通過(guò)所述給定元件接收所述返回輻射,并據(jù)此 形成所述部位的一圖像;一光束源,其經(jīng)配置以產(chǎn)生一微加工輻射光束,所述微加工輻射光束具有 不同于所述照明波長(zhǎng)的一微加工波長(zhǎng);以及一處理器,其經(jīng)配置以根據(jù)所述圖像計(jì)算所述部位處一定位的一實(shí)際位 置,并輸出一指示所述定位的實(shí)際位置的信號(hào),因應(yīng)所述信號(hào)而相對(duì)于所述定 位確定所述光束的位置以形成一對(duì)準(zhǔn)光束,及操作所述光束源,以通過(guò)所述光 學(xué)系統(tǒng)的至少所述給定元件將所述對(duì)準(zhǔn)光束傳遞至所述定位,從而在所述定位 處執(zhí)行一微加工操作。
28. 如權(quán)利要求27所述的裝置,其中所述部位包含嵌于一個(gè)或多個(gè)絕緣 襯底中的一物體。
29. 如權(quán)利要求28所述的裝置,其中對(duì)所述部位提供照明包含提供僅對(duì) 環(huán)繞所述物體的一區(qū)進(jìn)行照明的結(jié)構(gòu)化照明。
30. 如權(quán)利要求29所述的裝置,其包含形成所述結(jié)構(gòu)化照明的一衍射元件。
31. 如權(quán)利要求27所述的裝置,其中所述照明波長(zhǎng)包含使所述部位發(fā)出 熒光的一波長(zhǎng),且其中所述返回輻射包含因應(yīng)所述所提供照明而在所述部位處 產(chǎn)生的熒光輻射。
32. 如權(quán)利要求31所述的裝置,其包含經(jīng)配置以過(guò)濾所述熒光輻射的一 組濾光片,且其中所述處理器經(jīng)配置以選擇所述一組中的一者來(lái)使所述部位的 圖像最佳化。
33. 如權(quán)利要求27所述的裝置,其中所述照明包含偏振照明,且包含使 所述圖像傳感器能夠?qū)?lái)自所述部位的所述返回輻射進(jìn)行偏振分析的一偏振 元件。
34. 如權(quán)利要求27所述的裝置,其中所述給定元件包含一可操控的鏡。
35. 如權(quán)利要求34所述的裝置,其中所述部位包含要在其中執(zhí)行微加工 的多個(gè)不同的子部位,且其中確定所述光束的位置包含通過(guò)僅操控所述鏡而將 所述光束射至所述多個(gè)不同的子部位。
36. 如權(quán)利要求27所述的裝置,其中所述給定元件包含一光學(xué)元件串, 所述光學(xué)元件串經(jīng)配置以將所述光束及所述照明聚焦至所述部位。
37. 如權(quán)利要求27所述的裝置,其中所述部位包含一部位區(qū)域,且其中 對(duì)所述部位提供照明包含對(duì)所述部位區(qū)域及對(duì)不大于所述部位區(qū)域且與其鄰 近的另一區(qū)域提供照明。
38. 如權(quán)利要求27所述的裝置,其中所述照明具有一在3毫秒或更短時(shí) 間內(nèi)在所述圖像傳感器上產(chǎn)生所述圖像的強(qiáng)度。
39. 如權(quán)利要求27所述的裝置,其中所述圖像傳感器包含一像素陣列, 且其中所述處理器經(jīng)配置以因應(yīng)所述區(qū)域及所述另一區(qū)域而從所述陣列中選擇像素來(lái)用于分析所述圖像。
40. 如權(quán)利要求27所述的裝置,其中所述處理器經(jīng)配置以在所述輻射源 對(duì)所述部位提供所述照明之前確定所述定位的一名義位置,且其中所述處理器 經(jīng)配置以因應(yīng)所述名義位置而指令所述輻射源提供所述照明。
41. 如權(quán)利要求27所述的裝置,其中產(chǎn)生所述微加工輻射光束包含產(chǎn)生 一低功率光束,所述光束的一功率低于所述部位的一燒蝕閾值,且其中所述處 理器經(jīng)配置以將所述低功率光束傳遞至所述部位、以及因應(yīng)所述部位處所述低 功率光束在所述圖像傳感器上的一圖像而確定所述光束的一偏移量。
42. 如權(quán)利要求41所述的裝置,其中確定所述光束的位置包含因應(yīng)所述 偏移量而確定所述光束的位置。
43. 如權(quán)利要求42所述的裝置,其中將所述對(duì)準(zhǔn)光束傳遞至所述定位包 含將所述光束設(shè)定成具有等于或大于所述燒蝕閾值的一功率。
44. 如權(quán)利要求27所述的裝置,其包含將所述照明波長(zhǎng)配置成具有使所 述部位為非吸收性的一值。
45. 如權(quán)利要求27所述的裝置,其中所述部位包含一外表面,且其中對(duì) 所述部位提供照明包含以垂直于所述外表面的成像輻射對(duì)所述部位進(jìn)行照明。
46. 如權(quán)利要求27所述的裝置,其中所述輻射源經(jīng)配置以在所述部位提 供相干成像輻射,所述相干成像輻射具有一等于或小于所述部位的一尺寸的兩 倍的相干長(zhǎng)度。
47. 如權(quán)利要求27所述的裝置,其中所述處理器經(jīng)配置以 接收依據(jù)于所述部位的一預(yù)期圖像的一理論關(guān)系; 根據(jù)所述圖像確定一實(shí)際關(guān)系;以及 將所述實(shí)際關(guān)系擬合至所述理論關(guān)系。
48. 如權(quán)利要求27所述的裝置,其中所述處理器經(jīng)配置以調(diào)整所述照明 波長(zhǎng)與所述照明的一功率中的至少一者,以改變所述照明在所述部位處的一穿 透深度。
49. 如權(quán)利要求27所述的裝置,其中所述部位包含嵌入一漫射層中的一 物體,且其中所述處理器經(jīng)配置以補(bǔ)償由嵌入所述漫射層中的所述物體形成的 所述圖像而造成的一偏差。
50. —種用于微加工一材料的裝置,其包含一光束源,其經(jīng)配置以對(duì)所述材料中包含一定位的一部位提供一輻射光 束,所述輻射光束處于使所述材料發(fā)出熒光的一工作波長(zhǎng),且處于不足以進(jìn)行 微加工的一光束功率,以從所述定位產(chǎn)生熒光輻射;一圖像傳感器,其經(jīng)配置以因應(yīng)所述熒光輻射而形成所述部位的一圖像;以及 一處理器,其經(jīng)配置以因應(yīng)所述圖像而相對(duì)于所述定位確定所述光束的位 置,并操作所述光束源,以便以所述工作波長(zhǎng)及一微加工功率對(duì)所述定位提供 所述輻射光束,所述微加工功率足以促成對(duì)所述定位的微加工。
51. 如權(quán)利要求50所述的裝置,其包含一光束導(dǎo)向光學(xué)系統(tǒng),其中以所 述光束功率操作所述光束源包含通過(guò)所述光束導(dǎo)向光學(xué)系統(tǒng)對(duì)所述部位提供 所述輻射光束,且其中形成所述圖像包含通過(guò)所述光束導(dǎo)向光學(xué)系統(tǒng)的至少一個(gè)元件將所述熒光輻射傳送至所述圖像傳感器。
52. 如權(quán)利要求50所述的裝置,其包含經(jīng)配置以過(guò)濾所述熒光輻射的一 組濾光片,且其中所述處理器經(jīng)配置以選擇所述一組中的一者,以使所述部位 的圖像最佳化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于微加工一材料的方法,其包含配置一光學(xué)系統(tǒng),以通過(guò)該光學(xué)系統(tǒng)的一給定元件對(duì)一部位提供處于一照明波長(zhǎng)的照明,該照明從該部位產(chǎn)生返回輻射。該方法進(jìn)一步包含配置該光學(xué)系統(tǒng),以通過(guò)該給定元件接收返回輻射,并據(jù)此形成該部位的一圖像;根據(jù)該圖像計(jì)算該部位處一定位的實(shí)際位置,并輸出一指示該定位的實(shí)際位置的信號(hào);產(chǎn)生一微加工輻射光束,其具有一不同于該照明波長(zhǎng)的微加工波長(zhǎng);因應(yīng)該信號(hào)而相對(duì)于該定位確定該光束的位置,以形成對(duì)準(zhǔn)光束;并通過(guò)該光學(xué)系統(tǒng)的至少該給定元件將對(duì)準(zhǔn)光束傳遞至該定位,以便在該定位處執(zhí)行一微加工操作。
文檔編號(hào)H05K3/00GK101098620SQ200710127920
公開(kāi)日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2007年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月26日
發(fā)明者茲維·庫(kù)勒, 博瑞斯·格林布戈, 戈蘭·漢尼那, 艾利哲·利普曼, 邁克爾·澤諾 申請(qǐng)人:以色列商奧寶科技股份有限公司
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