激光加工设备、操作此设备的方法以及使用其加工工件的方法与流程

1.本发明的具体实例是关于一激光加工设备及操作该设备的方法。


背景技术：

2.印刷电路板(printed circuit board；pcb)典型地由已层叠至介电基板上的导电层形成。pcb可为双面或多层。双面pcb包括层叠至共同介电基板的相对侧面上的两个导电层。多层pcb典型地包括其中导电层插入于其间的多个介电基板，以及层叠于其外表面上的一或多个导电层。
3.介电基板通常经提供为由基质材料(例如，环氧树脂)及强化材料(例如，编织玻璃纤维布)形成的复合材料。此介电基板将必需具有不均匀组分，如图1中所说明。参看图1，可发现编织玻璃纤维织布(展示为白色股线或灰色股线)借由基质材料(以黑色展示)环绕。介电基板的组分将取决于位置而变化举例而言，在位置「a」处，介电基板含有相对高量的强化材料及相对低量的基质材料；在位置「b」处，介电基板仅仅含有基质材料；且在位置「c」处，介电基板含有比位置「a」处少但比位置「b」处多的强化材料且含有比位置「a」处多但比位置「c」处少的基质。图2中展示pcb的一部分(包括如参看图1所论述的介电基板)的示意截面图。参看图2，电导体20(本文亦称作「顶部导体」)经提供于介电基板24的第一表面处，且另一电导体24(本文亦称作「底部导体」)经提供于介电基板24的第二表面处。介电基板24经展示为包括基质材料26及强化材料28。
4.贯孔(不论盲通孔抑或贯穿孔)可使用激光(例如，使用激光钻孔制程)在pcb中钻孔。图3中展示形成于图2中展示的pcb中的盲通孔的示意截面图。参看图2，盲通孔30可使用激光钻孔「冲压」制程形成，在激光钻孔「冲压」制程中激光能量光束经引导至pcb上的单一位置以便在顶部导体20中形成开口，并移除介电基板24以便曝光底部导体22在盲通孔30内的一部分。然而，介电基板24的基质材料及加固材料常常不会由激光以相同效率来加工；基质材料典型地比强化材料更容易被加工。此外，横越pcb的不同区，可存在顶部导体20的表面反射率及/或厚度的变化。结果，若相同钻孔参数(例如，就脉冲宽度、峰值脉冲功率而言)用于在介电基板内的不同位置处形成盲通孔，则最终产生的盲通孔之间的形态将存在某一固有可变性。盲通孔的形态特征可包括顶部导体在形成于介电基板24中的孔的侧壁上延伸的程度(亦称为「突出量」)及在底部导体22处的盲通孔30的直径与在顶部导体20处的盲通孔30的直径的比率(亦称为「锥度」)。一般而言，需要每一贯孔借由相对较小突出量及相对较大锥度表征。盲通孔的形态特征的位置相依可变性因此对于高效能pcb及其相关联加工良率是不合需要的。
5.上文所提及的可变性问题可借由使用对介电基板组分的变化相对不敏感的激光波长加工pcb而稍微减少。举例而言，二氧化碳激光可产生在约9.4μm的波长下的激光能量，该波长可由基质材料及加固材料线性地吸收但主要由待借由盲通孔曝光的电导体(亦即，铜)反射。通常已知与移除基质材料26相比，需要更多能量(甚至在约9.4μm的激光波长下的
激光)来移除强化材料28。然而，即使移除介电基板24的一部分所需要的能量基于其中基质材料26及强化材料28的相对量而变化，介电基板24的基质材料及加固材料通常仍可在不损坏(例如，熔融)底部导体22情况下经可靠地移除。
6.上文所提及的可变性问题可借由使用多个激光脉冲以形成单一盲通孔而进一步减少。在此情况下，第一脉冲经施加以在顶部导体20中形成开口且全部后续脉冲经施加以在不损坏底部导体22的情况下移除剩余介电基板24。用以改良此「多脉冲加工」技术的提议典型地涉及基于由底部导体22反射的激光光的强度调整第二或后续激光脉冲的脉冲能量，该强度通常经理解为对应于借由盲通孔30曝光的底部导体22的区域的大小。


技术实现要素：

7.本发明的一个具体实例可广泛地表征为用于实施一制程以借由引导激光能量至具有一第一材料的一工件上使得该激光能量入射于该第一材料上而在该工件中形成一贯孔的激光加工设备，该第一材料形成于一第二材料上，其中该激光能量具有一波长，该第一材料比该第二材料对该波长反射更多。该设备可包括：一背向反射感测系统，其可操作以捕捉对应于经引导至该工件并由该第一材料反射的激光能量的一部分的一背向反射信号且基于被捕捉的该背向反射信号产生一感测器信号；及一控制器，其以通信方式耦接至该背向反射感测系统的一输出端，其中该控制器可操作以基于该感测器信号来控制形成该通孔的该制程的一剩余部分。
8.本发明的另一具体实例可广泛地表征为一种方法，该方法包括：实施一制程以借由引导激光能量至具有一第一材料的一工件上使得该激光能量入射于该第一材料上而在该工件中形成一贯孔，该第一材料形成于一第二材料上，其中该激光能量具有一波长，该第一材料比该第二材料对该波长反射更多；捕捉对应于经引导至该工件并由该第一材料反射的激光能量的一部分的一背向反射信号；基于被捕捉的该背向反射信号产生一感测器信号；加工该感测器信号以判定该制程的一剩余部分应如何实施以形成该贯孔；及基于该感测器信号的该加工而实施该制程的该剩余部分。
9.本发明的又另一具体实例可广泛地表征为一种供与一激光加工设备一起使用的非暂时性电脑可读取媒体，该激光加工设备可操作以实施一制程以借由引导激光能量至具有一第一材料的一工件上使得该激光能量入射于该第一材料上而在该工件中形成一贯孔，该第一材料形成于一第二材料上，其中该激光能量具有一波长，该第一材料比该第二材料对该波长反射更多，其中设备具有：一背向反射感测系统，该背向反射感测系统可操作以捕捉对应于经引导至该工件并由该第一材料反射的激光能量的一部分的一背向反射信号并基于被捕捉的该背向反射信号产生一感测器信号；及一控制器，该控制器以通信方式耦接至该背向反射感测系统的一输出端，且其中该非暂时性电脑可读取媒体在其上储存指令，所述指令在由该控制器执行时使该控制器基于该感测器信号来控制形成该贯孔的该制程。
附图说明
10.图1说明可根据本发明的具体实例运用激光加工的复合介电基板的基质材料内的强化材料的实例配置。
11.图2说明pcb的一部分(包括如参看图1所论述的介电基板)的示意截面图。
12.图3说明形成于图2中展示的pcb中的盲通孔的示意截面图。
13.图4示意性说明根据本发明的一个具体实例的激光加工设备。
14.图5示意性说明根据本发明的一个具体实例的在图4中展示的激光加工设备的背向反射感测系统。
15.图6为说明根据本发明的具体实例的随时间变化(亦即，在形成盲通孔期间)的由参看图4及图5论述的背向反射感测系统捕捉的例示性背向反射信号的信号强度的图表。
具体实施方式
16.本文中参看随附图式来描述实例具体实例。除非另外明确地陈述，否则在图式中，组件、特征、元件等的大小、位置等以及其间的任何距离未必按比例，而是出于清楚的目的而放大。在图式中，相同编号通篇指相同元件。因此，可能在参看其他图式时描述相同或类似编号，即使所述编号在对应图式中未提及亦未描述。又，即使未经参考数字指示的元件亦可参考其他图式加以描述。
17.本文中所使用的术语仅出于描述特定实例具体实例的目的，且并不意欲为限制性的。除非另外定义，否则本文中所使用的所有术语(包括技术及科学术语)皆具有与所属领域中具有通常知识者所理解的含义相同的含义。如本文中所使用，除非上下文另有清晰地指示，否则单数形式「一」以及「该」意欲亦包括复数形式。应认识到，术语「包含(comprises及/或comprising)」在用于本说明书中时指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件及/或组件的存在，但并不排除一或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件及/或其群组的存在或添加。除非另外说明，否则在叙述值范围时，值范围包括该范围的上限与下限以及在其间的任何子范围。除非另外指示，否则诸如「第一」、「第二」等术语仅用于区别一个元件与另一元件。举例而言，一个节点可称为「第一节点」，且类似地，另一节点可称为「第二节点」，或反之亦然。
18.除非另外指示，否则术语「约」、「大约」、「实质上」等意谓量、大小、配方、参数及其他量及特性并非且不必为精确的，而视需要可为大致的及/或更大或更小，从而反映容限、转换因素、舍入、量测误差及其类似者，以及熟习此项技术者已知的其他因素。诸如「在...下方」、「在...下面」、「在...下部」、「在...上方」及「在...上部」及类似者的空间相对术语本文中出于易于描述而使用以描述如诸图中所说明的一个元件或特征对于另一元件或特征的关系。应认识到，所述空间相对术语意欲涵盖除诸图中所描绘的定向之外的不同定向。举例而言，若诸图中的物件经翻转，则描述为「在」其他元件或特征「下方」或「下面」的元件将接着定向为「在」其他元件或特征「上方」。因此，例示性术语「在...下方」可涵盖在...上方及在...下方的定向两者。物件可以其他方式定向(例如，旋转90度或处于其他定向)，且本文中所使用的空间相对描述词相应地进行解释。
19.本文中所使用的章节标题仅用于组织目的，且除非另外明确地陈述，否则所述章节标题不应被理解为限制所描述的主题。将了解，许多不同形式、具体实例及组合是可能的，而不会背离本发明的精神及教示，且因此，本发明不应被视为限于本文中所阐述的实例具体实例。确切而言，提供此等实例及具体实例，使得本发明将为透彻且完整的，且将向所属领域中具有通常知识者传达本发明的范围。
20.i.概述
21.图4示意性说明根据本发明的一个具体实例的激光加工设备。
22.参考图4中所展示的具体实例，用于加工工件102的激光加工设备100(在本文中亦简称为「设备」)可表征为包括用于产生激光能量光束的激光源104、光束调变器106、扫描器108、平台110及扫描透镜112。
23.如下文更详细地论述，光束调变器106可操作以选择性地且可变地使自激光源104传播的激光能量光束衰减。结果，自光束调变器106沿着光束路径114传播的激光能量光束可具有小于沿着光束路径114传播至光束调变器106中的激光能量光束的光功率的光功率。如本文中所使用，术语「光束路径」指代激光能量光束中的激光能量在自激光源104传播至扫描透镜112时行进所沿的路径。
24.扫描器108可操作以对由激光源104产生且由光束调变器106偏转(亦即，以使激光能量光束「偏转」)的激光能量光束进行绕射、反射、折射或其类似者或其任何组合，以便使光束路径114偏转至扫描透镜112。当使光束路径114偏转至扫描透镜112时，扫描器108可使光束路径114在角度范围内(如116处所指示)偏转任何角度(例如，如相对于扫描透镜112的光轴所量测)。
25.偏转至扫描透镜112的激光能量典型地由扫描透镜112聚焦且经透射以沿光束轴线传播，以便递送至工件102。递送至工件102的激光能量可表征为具有高斯型空间强度剖面或非高斯型(亦即，「成形」)空间强度剖面(例如，「顶帽型」空间强度剖面、超高斯空间强度剖面等)。
26.如本文中所使用，术语「光点大小」是指在光束轴线与工件102的将由经递送激光能量光束至少部分地加工的区相交的位置处递送的激光能量光束的直径或最大空间宽度(亦被称作「制程光点」、「光点位置」，或简称为「光点」)。本文中出于论述的目的，将光点大小量测为自光束轴线至光束轴线上的光学强度下降至至少光学强度的1/e2的位置处的径向或横向距离。通常，激光能量光束的光点大小将在光束腰处达到最小值。一旦递送至工件102，光束内的激光能量可表征为以介于2μm至200μm范围内的光点大小照射工件102。然而，将了解，可使光点大小小于2μm或大于200μm。因此，递送至工件102的激光能量光束可具有大于、小于或等于2μm、3μm、5μm、7μm、10μm、15μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、80μm、100μm、150μm、200μm等或介于此等值中的任一者之间的光点大小。
27.设备100亦可包括一或多个其他光学组件(例如，光束捕集器、光束扩展器、光束成形器、光束分裂器、孔隙、滤光器、准直仪、透镜、镜面、棱镜、偏振器、相位延迟器、绕射光学元件(在此项技术中通常被称为doe)、折射光学元件(在此项技术中通常被称为roe)或其类似者或其任何组合)，以在激光能量光束沿光束路径114传播时对该激光能量光束进行聚焦、扩展、准直、成形、偏振、滤光、分裂、组合、修剪、吸收或以其他方式修改、调节、引导等。
28.a.激光源
29.在一个具体实例中，激光源104可操作以产生激光脉冲。因而，激光源104可包括脉冲激光源、cw激光源、qcw激光源、丛发模式激光或其类似者或其任何组合。在激光源104包括qcw或cw激光源的情况下，激光源104可在脉冲模式中操作，或可在非脉冲模式中操作但进一步包括脉冲门控单元(例如，声光(acousto-optic；ao)调变器(acousto-optic modulator；aom)、截光器等)以在时间上调变自qcw或cw激光源输出的激光辐射光束。尽管未说明，但设备100可视情况包括经组态以转换由激光源104输出的光波长的一或多个谐波
产生晶体(亦被称作「波长转换晶体」)。然而，在另一具体实例中，激光源104可提供为qcw激光源或cw激光源且不包括脉冲门控单元。因此，激光源104可广泛地表征为可操作以产生激光能量光束，该激光能量光束可呈现为一系列激光脉冲或者连续或准连续激光光束，该激光能量光束此后可沿光束路径114传播。尽管本文中所论述的许多具体实例参考激光脉冲，但应认识到，每当适当或需要时，可替代地或另外采用连续或准连续光束。
30.由激光源104输出的激光能量可具有在电磁波谱的紫外线(ultraviolet；uv)、可见光或红外线(infrared；ir)范围内的一或多个波长。电磁波谱的uv范围内的激光能量可具有在10nm(或上下)至385nm(或上下)的范围内的一或多个波长，诸如100nm、121nm、124nm、157nm、200nm、334nm、337nm、351nm、380nm等，或介于此等值中的任一者之间。电磁波谱的可见绿色范围内的激光能量可具有在500nm(或上下)至560nm(或上下)的范围内的一或多个波长，诸如511nm、515nm、530nm、532nm、543nm、568nm等，或介于此等值中的任一者之间。电磁波谱的ir范围内的激光能量可具有在750nm(或上下)至15μm(或上下)的范围内的一或多个波长，诸如600nm至1000nm、752.5nm、780nm至1060nm、799.3nm、980nm、1047nm、1053nm、1060nm、1064nm、1080nm、1090nm、1152nm、1150nm至1350nm、1540nm、2.6μm至4μm、4.8μm至8.3μm、9.4μm、10.6μm等，或介于此等值中的任一者之间。
31.当激光能量光束呈现为一系列激光脉冲时，由激光源104输出的激光脉冲可具有在10fs至900ms的范围内的脉冲宽度或脉冲持续时间(亦即，基于脉冲中的光学功率对时间的半高全宽(full-width at half-maximum；fwhm))。然而，将了解，可使脉冲持续时间小于10fs或大于900ms。因此，由激光源104输出的至少一个激光脉冲可具有小于、大于或等于以下各值的脉冲持续时间：10fs、15fs、30fs、50fs、100fs、150fs、200fs、300fs、500fs、600fs、750fs、800fs、850fs、900fs、950fs、1ps、2ps、3ps、4ps、5ps、7ps、10ps、15ps、25ps、50ps、75ps、100ps、200ps、500ps、1ns、1.5ns、2ns、5ns、10ns、20ns、50ns、100ns、200ns、400ns、800ns、1000ns、2μs、5μs、10μs、15μs、20μs、25μs、30μs、40μs、50μs、100μs、300μs、500μs、900μs、1ms、2ms、5ms、10ms、20ms、50ms、100ms、300ms、500ms、900ms、1s等，或此等值中的任一者之间的值。
32.由激光源104输出的激光脉冲可具有在5mw至50kw范围内的平均功率。然而，应了解，可使平均功率小于5mw或大于50kw。因此，由激光源104输出的激光脉冲可具有小于、大于或等于以下各值的平均功率：5mw、10mw、15mw、20mw、25mw、50mw、75mw、100mw、300mw、500mw、800mw、1w、2w、3w、4w、5w、6w、7w、10w、15w、18w、25w、30w、50w、60w、100w、150w、200w、250w、500w、2kw、3kw、20kw、50kw等，或此等值中的任一者之间的值。
33.激光脉冲可由激光源104以在5khz至5ghz范围内的脉冲重复率输出。然而，将了解，可使脉冲重复率小于5khz或大于5ghz。因此，激光脉冲可由激光源104以小于、大于或等于以下各者的脉冲重复率输出：5khz、50khz、100khz、175khz、225khz、250khz、275khz、500khz、800khz、900khz、1mhz、1.5mhz、1.8mhz、1.9mhz、2mhz、2.5mhz、3mhz、4mhz、5mhz、10mhz、20mhz、50mhz、60mhz、100mhz、150mhz、200mhz、250mhz、300mhz、350mhz、500mhz、550mhz、600mhz、900mhz、2ghz、10ghz等，或此等值中的任一者之间的值。
34.除波长、平均功率以及当激光能量光束呈现为一系列激光脉冲时的脉冲持续时间及脉冲重复率之外，递送至工件102的激光能量光束可表征为诸如脉冲能量、峰值功率等的一或多个其他特性，所述特性可经选择(例如，视情况基于诸如波长、脉冲持续时间、平均功
率及脉冲重复率等的一或多个其他特性)而以足以加工工件102(例如，形成一或多个特征)的光学强度(以w/cm2量测)、通量(以j/cm2量测)等辐照制程光点处的工件102。
35.激光源104的激光类型的实例可表征为气体激光(例如，二氧化碳激光、一氧化碳激光、准分子激光等)、固态激光(例如，nd:yag激光等)、棒状激光、纤维激光、光子晶体棒状/纤维激光、被动模式锁定的固态块状或纤维激光、染料激光、模式锁定的二极管激光、脉冲式激光(例如，ms、ns、ps、fs脉冲式激光)、cw激光、qcw激光或其类似物或其任何组合。取决于所述激光的组态，气体激光(例如，二氧化碳激光等)可经组态以在一或多个模式中(例如，在cw模式、qcw模式、脉冲式模式或其任何组合中)操作。
36.b.光束调变器
37.如上文所提及，光束调变器106可操作以选择性地且可变地使自激光源104传播的激光能量光束衰减。光束调变器106的实例可包括一或多个系统，诸如可变中性密度滤光器、声光(acousto-optical；ao)调变器(acousto-optical modulator；aom)、ao偏转器(ao deflector；aod)、液晶可变衰减器(liquid crystal variable attenuator；lcva)、基于微机电系统(micro-electro-mechanical system；mems)的voa、光学衰减器轮、偏振器/波片滤光器或其类似者或其任何组合。
38.i.关于aod作为光束调变器的具体实例
39.当光束调变器106经提供为一或多个aom或aod或其任何组合时，光束调变器106亦可经操作以使借由激光源104产生的激光能量光束绕射且以便使光束路径114相对于扫描器108偏转。在一个具体实例中，光束调变器106亦可操作以赋予光束轴线相对于工件102沿着x轴(或方向)、y轴(或方向)或其组合的移动(例如，借由使光束路径114在一角度范围内偏转，如118处所指示)。尽管未说明，但y轴(或y方向)应理解为指正交于所说明的x及y轴(或方向)的轴(或方向)。
40.在一个具体实例中，光束调变器106可经提供为ao偏转器(ao deflector；aod)系统，其包括各自具有由诸如以下各者的材料形成的ao单元的一或多个aod：结晶锗(ge)、砷化镓(gaas)、钼铅矿(pbmoo4)、二氧化碲(teo2)、结晶石英、玻璃态sio2、三硫化砷(as2s3)、铌酸锂(linbo3)或类似者，或其任何组合。将了解，形成ao单元的材料将取决于沿着光束路径114传播以便入射于ao单元上的激光能量的波长。举例而言，可使用诸如结晶锗的材料，其中待偏转的激光能量的波长在2μm(或上下)至20μm(或上下)的范围内，可使用诸如砷化镓及三硫化砷的材料，其中待偏转的激光能量光束的波长在1μm(或上下)至11μm(或上下)的范围内，且可使用诸如玻璃态sio2、石英、铌酸锂、钼铅矿及二氧化碲的材料，其中待偏转的激光能量的波长在200nm(或上下)至5μm(或上下)的范围内。
41.如所属技术领域中具有通常知识者将认识到，ao技术(例如，aod、aom等)利用由一或多个声波产生的绕射效应，该一或多个声波传播通过ao单元(亦即，沿aod的「绕射轴」)以使入射光波(亦即，在本技术案的上下文中，激光能量光束)绕射，同时传播通过ao单元(亦即，沿aod内的「光轴」)。使入射激光能量光束绕射产生绕射图案，其典型地包括零阶及一阶绕射峰，且亦可包括其他高阶绕射峰(例如，二阶、三阶等)。如此项技术中已知，激光能量的绕射光束在零阶绕射峰中的部分被称为「零阶」光束，激光能量的绕射光束在一阶绕射峰中的部分被称为「一阶」光束，等等。一般而言，零阶光束及其他绕射阶光束(例如，一阶光束等)在射出ao单元(例如，穿过ao单元的光学输出侧)后沿不同光束路径传播。举例而言，零
阶光束沿零阶光束路径传播，一阶光束沿一阶光束路径传播，等等。除非本文中另外明确地陈述，否则射出ao单元的光束路径114对应于一阶光束路径。尽管未说明，但设备100将包括经配置且经组态以吸收自光束调变器106沿着零阶光束路径或除一阶光束路径以外的任一光束路径传播的激光能量的一或多个光束收集器或捕集器，如此项技术中所已知。
42.典型地借由将rf驱动信号(例如，来自光束调变器106的一或多个驱动器)施加至超音波换能器元件而将声波发射至ao单元中。可控制(例如，基于由控制器122、组件特定控制器或其类似者或其任何组合输出的一或多个控制信号)rf驱动信号的特性(例如，振幅、频率、相位等)以调整绕射入射光波的方式。
43.举例而言，所施加rf驱动信号的频率将判定光束路径114偏转的角度。如此项技术中已知，可如下计算光束路径114偏转的角度θ：
[0044][0045]
其中λ为激光能量光束的光学波长，f为所施加rf驱动信号的频率，且v为ao单元中的声波的速度。若所施加rf驱动信号的频率由多个频率构成，则光束路径114将同时偏转多个角度。
[0046]
此外，所施加rf驱动信号的振幅可对aod的绕射效率有影响。如本文中所使用，术语「绕射效率」是指入射于aod上的激光能量光束中的能量的比例，该激光能量光束在aod的ao单元内绕射成一阶光束。绕射效率可因此表示为由aod产生的一阶光束中的光学功率与入射于aod上的入射激光能量光束的光学功率的比率。因此，所施加rf驱动信号的振幅可对由aod输出的一阶光束中的光学功率具有较大影响。因此，光束调变器106可经操作以在由具有所要或另外合适振幅的所施加rf信号驱动之后理想地使激光能量的入射光束衰减。亦应注意，aod的绕射效率亦可依据经施加以驱动aod的rf驱动信号的频率而改变。
[0047]
当操作或驱动aod以使入射激光能量光束绕射时，射出ao单元的光束路径114旋转(例如，在入射于ao单元上时相对于光束路径114)所围绕的轴(在本文中亦被称作「旋转轴」)与ao单元的绕射轴及入射激光能量光束在ao单元内传播所沿的光轴两者正交。因此，aod使入射光束路径114在含有(或另外大体平行于)ao单元的绕射轴及ao单元内的光轴的平面(在本文中亦被称作「偏转平面」)内偏转。aod可使光束路径114在偏转平面内偏转所跨越的空间范围在本文中被称作彼aod的「扫描场」。因此，光束调变器106的第一扫描场可被视为对应于单一aod的扫描场(例如，在光束调变器106包括单一aod的情况下)，或对应于多个aod的经组合扫描场(例如，在光束调变器106包括多个aod的情况下)。
[0048]
在光束调变器106的操作期间，rf驱动信号被反复地施加至光束调变器106的一或多个超音波换能器。施加射频驱动信号的速率亦称为「更新速率」或「再新速率」。举例而言，光束调变器106的更新速率可大于、等于或小于8khz、10khz、20khz、30khz、40khz、50khz、75khz、80khz、100khz、250khz、500khz、750khz、1mhz、5mhz、10mhz、20mhz、40mhz、50mhz、75mhz、100mhz、125mhz、150mhz、175mhz、200mhz、225mhz、250mhz等，或介于此等值中的任一者之间的更新速率。
[0049]
ii.关于光束调变器赋予光束轴的移动的用途的额外论述
[0050]
在一个具体实例中，光束调变器106可经操作以便赋予光束轴相对于工件102的移动(亦即，单独或与扫描器108一起)。光束轴借由光束调变器106的移动通常受限制，使得可
扫描、移动或以其他方式定位在由扫描透镜112投影的第一扫描场内。一般而言，及取决于诸如光束调变器106的组态、光束调变器106沿着光束路径114的位置、入射于光束调变器106上的激光能量光束的光束大小、光点大小等的一或多个因素，第一扫描场可在x或y方向中的任一者上延伸至一距离，该距离小于、大于或等于0.01mm、0.04mm、0.1mm、0.5mm、1.0mm、1.4mm、1.5mm、1.8mm、2mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.2mm、5mm、10mm、25mm、50mm、60mm等或此等值中的任一者之间的值。如本文所使用，术语「光束大小」指代激光能量光束的直径或宽度，且可经测量为自光束轴线至光学强度下降至在沿着光束路径114的传播轴线处的光学强度的至少1/e2之处的径向或横向距离。第一扫描场的最大尺寸(例如，在含有x轴及y轴的平面(本文中称为「x-y平面」)中)可大于、等于或小于待形成于工件102中的特征(例如，开口、凹部、贯孔、沟槽等)的最大尺寸(如在x-y平面中量测)。
[0051]
在一个具体实例中，aod系统包括至少一个(例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个等)单元件aod、至少一个(例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个等)多元件aod或其类似者，或其任何组合。仅包括一个aod的aod系统在本文中被称作「单单元aod系统」，且包括多于一个aod的aod系统在本文中被称作「多单元aod系统」。如本文中所使用，「单元件」aod是指仅具有声学耦接至ao单元的一个超音波换能器元件的aod，而「多元件」aod包括声学耦接至共同ao单元的至少两个超音波换能器元件。aod系统可借由以对应方式使光束路径114偏转而提供为单轴aod系统(例如，可操作以使光束轴线沿单一轴偏转)或提供为多轴aod系统(例如，可操作以使光束轴线沿一或多个轴偏转，诸如沿x轴、沿y轴或其任何组合)。一般而言，多轴aod系统可经提供为单单元或多单元aod系统。多单元多轴aod系统典型地包括多个aod，所述aod各自可操作以使光束轴线沿不同轴偏转。举例而言，多单元多轴系统可包括可操作以使光束轴线沿一个轴(例如，沿x轴)偏转的第一aod(例如，单元件或多元件aod系统)，及可操作以使光束轴线沿第二轴(例如，沿y轴)偏转的第二aod(例如，单元件或多元件aod)。单单元多轴系统典型地包括单一aod，该aod可操作以使光束轴线沿两个轴(例如，沿x及y轴)偏转。举例而言，单单元多轴系统可包括声学耦接至共同ao单元的正交配置平面、刻面、侧面等的至少两个超音波换能器元件。
[0052]
光束调变器106可表征为具有「第一定位速率」，其是指光束调变器106将制程光点定位于第一扫描场内的任何位置处(因此移动光束轴线)的速率。此范围在本文中亦被称作第一定位频宽。第一定位速率的倒数在本文中被称作「第一定位时段」，且因此指在制程光点的位置自第一扫描场内的一个位置改变至第一扫描场内的另一位置之前经过的最小时间量。因此，光束调变器106可表征为具有大于、等于或小于以下各者的第一定位时段：200μs、125μs、100μs、50μs、33μs、25μs、20μs、15μs、13.3μs、12.5μs、10μs、4μs、2μs、1.3μs、1μs、0.2μs、0.1μs、0.05μs、0.025μs、0.02μs、0.013μs、0.01μs、0.008μs、0.0067μs、0.0057μs、0.0044μs、0.004μs等或此等值中的任一者之间的值。
[0053]
当由激光源104输出的激光能量光束呈现为一系列激光脉冲时，光束调变器106可经操作以使光束路径114偏转不同角度。在一个具体实例中，更新速率大于或等于激光脉冲中的每一者的脉冲持续时间。因此，在以固定rf驱动频率(或一组固定rf驱动频率)驱动aod时，激光脉冲可通过aod的ao单元。维持在激光脉冲通过aod的ao单元时施加至aod的固定rf驱动频率(或一组固定rf驱动频率)通常导致在激光脉冲的整个脉冲持续时间内使激光脉冲均一地偏转，且因此亦可称为「整个脉冲偏转」。然而，在另一具体实例中，更新速率可低
于激光脉冲的脉冲持续时间；因此，在rf驱动频率(或一组rf驱动频率内的频率)改变时，激光脉冲可通过aod的ao单元。在激光脉冲通过aod的ao单元时改变施加至aod的rf驱动频率可导致在时间上划分输入至aod的激光脉冲，且因此亦可称为「部分脉冲偏转」或「脉冲分片」。改变所施加射频驱动信号的振幅(例如，至零或其中能量的无关紧要比例经绕射至一阶光束路径中的某一标称振幅)以将aod的绕射效率减小至零或相当大程度(亦即，使得入射于aod的激光能量实质上沿着零阶光束路径传播)亦可导致时间上划分输入至aod的激光脉冲(亦即，脉冲分片)。
[0054]
当执行脉冲分片时，射出aod的激光脉冲将具有小于输入至aod的激光脉冲的脉冲持续时间的脉冲持续时间。如本文所使用，输入至aod的激光脉冲亦称作「母体脉冲」且自母体脉冲在时间上划分并沿着光束路径114退出aod的激光脉冲在本文中亦被称作「脉冲片」。尽管脉冲分片技术在本文中描述为应用于在时间上划分激光脉冲，但将了解，此等技术可同样适用于在时间上划分呈现为连续或准连续激光光束的激光能量光束。
[0055]
c.扫描器
[0056]
一般而言，扫描器108可操作以赋予光束轴线相对于工件102沿x轴(或方向)、y轴(或方向)或其组合的移动。
[0057]
如由扫描器108赋予的光束轴线相对于工件102的移动通常受限制，使得制程光点可扫描、移动或以其他方式定位在由扫描透镜112投影的第二扫描场内。一般而言，且取决于一或多个因素，诸如扫描器108的组态、扫描器108沿光束路径114的位置、入射于扫描器108上的激光能量光束的光束大小、光点大小等，第二扫描场可在x方向或y方向中的任一者上延伸至大于第一扫描场的对应距离的一距离。鉴于上文，第二扫描场可在x或y方向中的任一者上延伸至小于、大于或等于1mm、25mm、50mm、75mm、100mm、250mm、500mm、750mm、1cm、25cm、50cm、75cm、1m、1.25m、1.5m等或介于此等值中的任一者之间的距离。第二扫描场的最大尺寸(例如，在x-y平面中)可大于、等于或小于待形成于工件102中的特征(例如，开口、凹部、贯孔、沟槽、切割道、导电迹线等)的最大尺寸(如在x-y平面中所量测)。
[0058]
鉴于本文中所描述的组态，应认识到，由光束调变器106赋予的光束轴线的任何移动可与由扫描器108赋予的光束轴线的移动重叠。因此，扫描器108可操作以在第二扫描场内扫描第一扫描场。
[0059]
一般而言，扫描器108能够将制程光点定位于第二扫描场内的任何位置处(因此使光束轴线在第二扫描场内移动及/或在第二扫描场内扫描第一扫描场)的定位速率跨越小于第一定位频宽的范围(在本文中亦被称作「第二定位频宽」)。在一个具体实例中，第二定位频宽在500hz(或上下)至8khz(或上下)范围内。举例而言，第二定位频宽可大于、等于或小于500hz、750hz、1khz、1.25khz、1.5khz、1.75khz、2khz、2.5khz、3khz、3.5khz、4khz、4.5khz、5khz、5.5khz、6khz、6.5khz、7khz、7.5khz、8khz等，或介于此等值中的任一者之间的值。
[0060]
在一个具体实例中，扫描器108可提供为包括两个电流计镜面组件的电流计镜面系统，亦即，经配置以赋予光束轴线相对于工件102沿x轴的移动的第一电流计镜面组件(例如，x轴电流计镜面组件)，及经配置以赋予光束轴线相对于工件102沿y轴的移动的第二电流计镜面组件(例如，y轴电流计镜面组件)。然而，在另一具体实例中，扫描器108可提供为仅包括单一电流计镜面组件的电流计镜面系统，该单一电流计镜面组件经配置以赋予光束
轴线相对于工件102沿x及y轴的移动。在又其他具体实例中，扫描器108可提供为旋转多边形镜面系统、aod系统或其类似者或其任何组合。
[0061]
d.平台
[0062]
平台110可操作以赋予工件102相对于扫描透镜112的移动，且因此赋予工件102相对于光束轴线的移动。工件102相对于光束轴线的移动大体上受限制，使得制程光点可扫描、移动或以其他方式定位于第三扫描场内。取决于诸如平台110的组态的一或多个因素，第三扫描场可在x方向、y方向或其任何组合上延伸至大于或等于第二扫描场的对应距离的距离。然而，一般而言，第三扫描场的最大尺寸(例如，在x-y平面中)将大于或等于待形成于工件102中的任何特征的对应最大尺寸(如在x-y平面中所量测)。视情况，平台110可操作以使工件102相对于光束轴线在扫描场内移动，该扫描场在z方向上(例如，在1mm与50mm之间的范围内)延伸。因此，第三扫描场可沿x、y及/或z方向延伸。
[0063]
如目前所描述，设备100可将所谓的「堆叠式」定位系统用作平台110，该平台使工件102能够移动，同时诸如光束调变器106、扫描器108、扫描透镜112等其他组件的位置在设备100内相对于工件102保持固定(例如，经由一或多个支撑件、框架等，如此项技术中已知)。在另一具体实例中，平台110可经配置且可操作以使诸如光束调变器106、扫描器108、扫描透镜112或类似者或其任何组合的一或多个组件移动，且工件102可保持固定。
[0064]
在又一具体实例中，平台110可提供为所谓的「分裂轴」定位系统，其中诸如光束调变器106、扫描器108、扫描透镜112或类似者或其任何组合的一或多个组件由一或多个线性或旋转平台承载(例如，安装于框架、台架等上)且工件102由一或多个其他线性或旋转平台承载。在此类具体实例中，平台110包括经配置且可操作以使诸如扫描头(例如，包括扫描器108及扫描透镜112)的一或多个组件移动的一或多个线性或旋转平台，及经配置且可操作以使工件102移动的一或多个线性或旋转平台。举例而言，平台110可包括用于赋予工件102沿y方向的移动的y平台及用于赋予扫描头沿x方向的移动的x平台。
[0065]
在平台110包括z平台的一个具体实例中，z平台可经配置且经组态以使工件102沿z方向移动。在此情况下，z平台可由其他前述平台中的一或多者承载以用于移动或定位工件102，可承载其他前述平台中的一或多者以用于移动或定位工件102，或其任何组合。在平台110包括z平台的另一具体实例中，z平台可经配置且经组态以使扫描头沿z方向移动。因此，在平台110提供为分裂平台定位系统的情况下，z平台可承载x平台或由x平台承载。沿z方向移动工件102或扫描头可导致工件102处的光点大小改变。
[0066]
在又一具体实例中，诸如扫描器108、扫描透镜112等一或多个组件可由铰接式多轴机器人臂(例如，2轴、3轴、4轴、5轴或6轴臂)承载。在此具体实例中，扫描器108及/或扫描透镜112可视情况由机器人臂的末端执行器承载。在又一具体实例中，工件102可直接承载于铰接式多轴机器人臂的末端执行器上(亦即，不具有平台110)。在再一具体实例中，平台110可承载于铰接式多轴机器人臂的末端执行器上。
[0067]
e.扫描透镜
[0068]
扫描透镜112(例如，提供为简单透镜或化合物透镜)大体上经组态以聚焦沿光束路径引导的激光能量光束，典型地以便产生可定位于所要制程光点处或附近的光束腰。扫描透镜112可提供为f-θ透镜(如所展示)、远心f-θ透镜、轴锥透镜(在此情况下，产生一系列光束腰，从而得到沿光束轴线彼此移位的数个制程光点)，或其类似者或其任何组合。
[0069]
在一个具体实例中，扫描透镜112经提供为固定焦距透镜，且耦接至可操作以移动扫描透镜112(例如，以便改变光束腰沿光束轴线的位置)的扫描透镜定位器(例如，透镜致动器，图中未示)。举例而言，透镜致动器可提供为可操作以使扫描透镜112沿z方向线性地平移的音圈。在此情况下，扫描透镜112可由诸如以下各者的材料形成：熔融硅石、光学玻璃、硒化锌、硫化锌、锗、砷化镓、氟化镁等。在另一具体实例中，扫描透镜112提供为可变焦距透镜(例如，变焦透镜，或并有由cognex、varioptic等当前提供的技术的所谓「液体透镜」)，该可变焦距透镜能够经致动(例如，经由透镜致动器)以改变光束腰沿光束轴线的位置。改变光束腰沿束轴的位置可导致工件102处的光点大小改变。
[0070]
在设备100包括透镜致动器的具体实例中，透镜致动器可耦接至扫描透镜112(例如，以便实现扫描透镜112在扫描头内相对于扫描器108的移动)。替代地，透镜致动器可耦接至扫描头(例如，以便实现扫描头本身的移动，在此情况下，扫描透镜112及扫描器108将一起移动)。在另一具体实例中，扫描透镜112及扫描器108是整合于不同外壳中(例如，以使得整合了扫描透镜112的外壳可相对于整合了扫描器108的外壳移动)。
[0071]
f.控制器
[0072]
一般而言，设备100包括一或多个控制器，诸如控制器122，以控制或促进控制设备100的操作。在一个具体实例中，控制器122(例如，经由一或多个有线或无线、串列或并列的通信链路，诸如usb、rs-232、以太网络、firewire、wi-fi、rfid、nfc、蓝牙、li-fi、sercos、marco、ethercat，或其类似者或其任何组合)以通信方式耦接至设备100的一或多个组件，诸如激光源104、光束调变器106、扫描器108、平台110、透镜致动器、扫描透镜112(当提供为可变焦距透镜时)等，该一或多个组件因此可回应于由控制器122输出的一或多个控制信号而操作。
[0073]
举例而言，控制器122可控制光束调变器106的操作以选择性地且可变地使入射至其的激光能量光束衰减，以使光束路径114或其组合偏转(例如，以赋予光束轴线与工件之间的相对移动以便引起制程光点与工件102之间沿路径或轨迹(在本文中亦被称作「制程轨迹」)相对移动)。同样地，控制器122可控制扫描器108、平台110或其任何组合的操作以赋予光束轴线与工件之间的相对移动，以便引起制程光点与工件102之间沿制程轨迹的相对移动。
[0074]
一般而言，控制器122包括可操作以在执行指令后产生前述控制信号的一或多个处理器。处理器可经提供为可操作以执行指令的可编程处理器(例如，包括一或多个通用电脑处理器、微处理器、数字信号处理器或其类似者或其任何组合)。可由处理器执行的指令可实施为软件、固件等，或为任何适合形式的电路系统，包括可编程逻辑装置(programmable logic device；pld)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array；fpga)、现场可编程对象阵列(field-programmable object array；fpoa)、特殊应用集成电路(application-specific integrated circuit；asic)-包括数字、模拟及混合模拟/数字电路系统，或其类似者或其任何组合。指令的执行可在一个处理器上执行、分配在多个处理器中、跨一装置内的处理器或跨装置的网络并行地进行，或其类似者或其任何组合。
[0075]
在一个具体实例中，控制器122包括诸如电脑存储器的有形媒体，其可(例如，经由一或多个有线或无线通信链路)由处理器存取。如本文中所使用，「电脑存储器」包括磁性媒
体(例如，磁带、硬碟驱动机等)、光碟、挥发性或非挥发性半导体存储器(例如，ram、rom、与非型快闪存储器、异或型快闪存储器、sonos存储器等)等，且可本端、远端(例如，跨网络)或以其组合方式存取。一般而言，指令可储存为可易于由技术人员根据本文中所提供的描述授权的电脑软件(例如，可执行码、档案、指令等，库档案等)，其例如以c、c++、visual basic、java、python、tel、perl、scheme、ruby、组合语言、硬件描述语言(例如，vhdl、verilog等)等编写。电脑软件通常储存于借由电脑存储器输送的一或多个资料结构中。
[0076]
尽管图中未示，但一或多个驱动器(例如，rf驱动器、伺服驱动器、线驱动器、电源等)可以通信方式耦接至一或多个组件的输入端以用于控制此等组件，该一或多个组件诸如激光源104、光束调变器106、扫描器108、平台110、透镜致动器、扫描透镜112(当提供为可变焦距透镜时)等。因此，诸如激光源104、光束调变器106、扫描器108、平台110、透镜致动器、扫描透镜112(当提供为可变焦距透镜时)等一或多个组件可被视为亦包括任何适合驱动器，如此项技术中已知。此等驱动器中的每一者典型地包括以通信方式耦接至控制器122的输入端，且控制器122可操作以产生一或多个控制信号(例如，触发信号等)，该一或多个控制信号可传输至与设备100的一或多个组件相关联的一或多个驱动器的输入端。诸如激光源104、光束调变器106、扫描器108、平台110、透镜致动器、扫描透镜112(当提供为可变焦距透镜时)等的组件因此回应于由控制器122产生的控制信号。
[0077]
尽管图中未示，但一或多个额外控制器(例如，组件特定控制器)可视情况以通信方式耦接至驱动器的输入端，该输入端以通信方式耦接至诸如激光源104、光束调变器106、扫描器108、平台110、透镜致动器、扫描透镜112(当提供为可变焦距透镜时)等的组件(且因此与该组件相关联)。在此具体实例中，每一组件特定控制器可以通信方式耦接至控制器122且可操作以回应于自控制器122接收的一或多个控制信号而产生一或多个控制信号(例如，触发信号等)，该一或多个控制信号可接着传输至控制器以通信方式耦接至的驱动器的输入端。在此具体实例中，组件特定控制器可以与关于控制器122所描述的方式类似的方式操作。
[0078]
在提供一或多个组件特定控制器的另一具体实例中，与一个组件(例如，激光源104)相关联的组件特定控制器可以通信方式耦接至与一个组件(例如，光束调变器106等)相关联的组件特定控制器。在此具体实例中，组件特定控制器中的一或多者可操作以回应于自一或多个其他组件特定控制器接收的一或多个控制信号而产生一或多个控制信号(例如，触发信号等)。
[0079]
g.背向反射感测系统
[0080]
如上文所提及，若相同钻孔参数用于在介电基板24内之不同位置处形成盲通孔，则将可能存在最终产生之盲通孔之间的形态的某一可变性(例如，归因于介电基板24之固有组成不均匀性、顶部导体20之表面反射率/厚度变化，等)。为减小不合需要形态可变性的可能性，设备100可经提供有背向反射感测系统124。背向反射感测系统124之输出可单独或结合控制器122使用以实施其中用于形成盲通孔之制程的一或多个参数(例如，脉冲宽度、平均功率、峰值功率、脉冲能量、数目或激光脉冲或其类似者或其任何组合)系基于背向反射信号之一或多个特性而设定的适应性加工技术。
[0081]
一般而言，背向反射信号为经递送至工件102(例如，在形成盲通孔的制程期间)的已由工件102反射的激光能量光束的一部分。取决于待加工的工件102的材料及在激光加工
期间递送至工件102的激光能量光束的波长，有可能工件102可反射自扫描透镜112递送的激光能量光束的至少一部分。举例而言，激光能量光束可具有约9.4μm的波长，且工件102可提供为诸如上文参看图1及图2所描述的pcb的pcb。在此情况下，经递送至工件102的激光能量光束的有效比例可由顶部导体20背向反射至扫描透镜112。若工件102(亦即，前述pcb)待加工以形成在底部导体22处终止的盲通孔30，则经递送至底部导体22的激光能量光束的一部分亦可由底部导体22反射。亦应注意介电基板24的一或多个成分组件(例如，树脂材料26、强化材料28或其一组合)亦可反射激光能量光束的一部分，但所反射量典型地比可由顶部导体20或底部导体22反射的部分少得多。
[0082]
在图4中，背向反射感测系统124经说明为配置在光束路径114中在光束调变器106与扫描器108之间的一位置处(以便光学耦接至光束调变器106的光学输出端及扫描器108的光学输入端)。因此，背向反射感测系统124可操作以自在光束调变器106与扫描器108之间沿着光束路径114的一位置捕捉背向反射信号的至少一部分。然而，应了解背向反射感测系统124可经提供以自沿着光束路径114的任一(任何)其他合适或所要位置(例如，在激光源104与光束调变器106之间、在扫描器108与扫描透镜112之间、在扫描透镜112与工件102之间或其类似者或其任何组合)捕捉背向反射信号的至少一部分。
[0083]
背向反射感测系统124亦可操作以将所捕捉背向反射信号转换成电子信号(在本文中亦被称作「感测器信号」)。此后，感测器信号可经加工(例如，在背向反射感测系统124或控制器122处)以判定工件102是否应经进一步加工以形成盲通孔。视情况，感测器信号经加工(例如，在背向反射感测系统124或控制器122处)以判定工件102应如何经进一步加工以形成盲通孔。下文更详细地描述关于背向反射感测系统124的构造及操作以及感测器信号的加工的实例具体实例。
[0084]
iii.关于背向反射感测系统的实例具体实例
[0085]
参看图5，背向反射感测系统124可例如包括偏振光束分裂器500、波片502(例如，四分之一波片)、透镜504及侦测器506(例如，光侦测器)。在形成盲通孔的制程(例如，如上文参看图3所论述)，激光能量光束自光束调变器106沿着光束路径114并依次传播通过偏振光束分裂器500、波片502、扫描器108及扫描透镜112以递送至工件102(例如，提供为如上文参看图1及图2所论述的pcb)。
[0086]
在所述说明的具体实例中，激光能量光束具有可至少稍微由工件102的一或多种材料反射的波长(例如，约9.4μm)。因此，经递送激光能量光束的一部分由工件102反射以便依次传播通过扫描透镜112、扫描器108及波片502(例如，沿着光束路径114，或沿着不同光束路径)。所述反射光在变得入射于偏振光束分裂器500之前是借由波片502偏振。因此，偏振光束分裂器500将自波片502透射的经反射光反射至透镜504(例如，沿着光束路径510至透镜504)。透镜504将经反射光聚焦至侦测器506上。在此情况下，在工件102中形成盲通孔期间使波片502处的背向反射光偏振及沿着光束路径510反射背向反射光的动作构成「捕捉」背向反射信号。
[0087]
一般而言，侦测器506可操作以将入射反射光(亦即，自透镜504沿着路径510传播)转换成电流并将电流作为前述感测器信号输出(例如，至控制器122)。因此，侦测器506的输出将取决于入射至其的经反射光的强度而变化。
[0088]
iv.关于背向反射信号的论述
[0089]
图6为说明随时间变化(亦即，根据本发明的具体实例，在形成盲通孔期间)的由背向反射感测系统124捕捉的例示性背向反射信号的信号强度的图表。特定言之，图6中展示的图表说明在例示性初始(亦即，第一)激光脉冲经递送至工件102(例如，提供为如上文参看图1及图2所论述的pcb)以形成盲通孔(例如，如上文参看图3所论述)时捕捉的例示性背向反射信号的信号强度。
[0090]
出于论述的目的，可假定图6中展示的经捕捉背向反射信号所基于的初始激光脉冲具有在约10μs与11μs之间的范围内的脉冲持续时间及足以在pcb的顶部导体22中形成开口并移除其下方的介电基板24的一部分的脉冲能量。然而，应了解初始激光脉冲可具有小于10μs或多于11μs的脉冲持续时间。根据本文所论述的具体实例，在用以在工件102中形成盲通孔的制程中经递送至工件102的初始激光脉冲的脉冲能量足以借由称为「间接烧蚀」的制程在顶部导体20中形成开口且亦借由称为「直接烧蚀」的制程移除借由开口曝光的介电基板24的一部分。
[0091]
在烧蚀的主要原因为材料归因于借由材料递送的激光能量的光束内的能量的吸收(例如，线性吸收、非线性吸收，或其任何组合)的分解时，发生工件102中材料的直接烧蚀。在烧蚀的主要原因为归因于在吸收最终经递送至工件102的激光能量光束内的能量的邻近材料中产生及自该邻近材料输送的热而发生的熔融及汽化时，发生工件102中材料的间接烧蚀(亦称为「剥离」)。关于借由间接烧蚀(及直接烧蚀)移除材料的考虑因素为此项技术中已知的，且论述于国际公开案第wo 2017/044646 a1号中。在此情况下，在顶部导体20反射经递送至工件102的初始激光脉冲的一部分时，顶部导体20亦由于借由初始激光脉冲辐照而变热。热耗散或自顶部导体20转移至介电基板24的在顶部导体20的借由初始激光脉冲辐照的区域下方的一区中。因此，介电基板24的该区随时间累积自顶部导体20转移的热且经汽化。若顶部导体20的辐照区域尚未获得大于或等于其加工临限温度的温度，则介电基板24的区的汽化用来在顶部导体20的辐照区域下方创建一凹座或空间(例如，含有在介电基板24的汽化后产生的经加压加热气体、粒子等的高压区)。接着，当借由初始激光脉冲辐照的顶部导体20的区域达到大于或等于其加工临限温度的温度时，积累于其下方的凹座内的压力足以将顶部导体20的经辐照区域自工件弹出，借此「间接烧蚀」顶部导体20以曝光下方介电基板24。
[0092]
返回参看图6，与初始激光脉冲相关联的背向反射信号可表征为包括具有相对高强度的初级强度时段600继之以具有相对低强度的次级强度时段602。在图6中所展示的实例中，背向反射信号在大致前6μs中相当恒定(例如，处于约0.5a.u.的相对高信号强度)。接着，信号强度快速下降(例如，在约1μs至1.5μs的时段内)，继之以在再次简单增加至次级峰值604(例如，至约0.1a.u.)且接着衰减至零之前信号强度更渐进减小(例如，在约2.5μs的时段内)。
[0093]
背向反射信号的信号强度的演进编码在形成盲通孔中所涉及的间接烧蚀制程的动力学。举例而言，当使用第一激光脉冲启动盲通孔的加工时，初级强度时段600中的相对高信号强度对应于由顶部导体20反射的光。在此时间期间，介电基板24累积自顶部导体20转移的热并汽化以形成经加压加热气体、粒子等的凹座。信号强度的后续陡峭下降指示顶部导体20的经辐照区域已获得大于或等于其加工临限温度的温度，且积累于其下方的凹座内的压力已弹出顶部导体20的经辐照区域，因此将下方介电基板24直接曝光至初始激光脉
冲。因此，初级强度时段600的持续时间t1对应于经递送激光脉冲在顶部导体20中形成开口所花费的时间。次级强度时段602中的信号强度峰值604指示介电基板24的一部分已借由第一激光脉冲移除以曝光底部导体22的一部分(本文中亦被称作在介电基板24中形成开口的动作)。在608处接近零信号强度的下降指示照射在工作表面上的激光脉冲的末端。
[0094]
a.关于所捕捉背向反射信号特性的具体实例
[0095]
如上文所提及，背向反射感测系统124可操作以将背向反射信号(亦即，在初始激光脉冲经递送至工件102时捕捉)转换成表示所捕捉背向反射信号的感测器信号。感测器信号可经加工(例如，在背向反射感测系统124或控制器122，或其组合处)以辨别所捕捉背向反射信号的一或多个特性，如可由感测器信号表示或以其他方式自感测器信号导出。将了解，感测器信号可使用如此项技术中已知的一或多个合适的信号加工技术来加工以辨别一或多个所捕捉背向反射信号特性。下文更详细地描述所捕捉背向反射信号的此类特性的实例具体实例。
[0096]
i.初级强度时段的持续时间
[0097]
可用以进行加工判定的所捕捉背向反射信号的特性的一个具体实例为初级强度时段600的持续时间t1。在图6中，基于所捕捉背向反射信号的信号强度对时间的半高全宽(fwhm)量测初级强度时段600的持续时间。然而，在另一具体实例中，初级强度时段可被视为与捕捉背向反射信号的初始激光脉冲的脉冲上升时间的末端一致。脉冲上升时间可被视为激光脉冲之前边缘自峰值脉冲振幅的10％上升至90％所需要的时间间隔。亦如图6中所展示，持续时间t2表示在初级强度时段600的末端开始至激光脉冲的末端的时段。
[0098]
给定上述持续时间t1及t2的定义，应显而易见随着t1减少，t2将增加。且随着t1增加，t2将减少。借由申请人进行的实验往往会指示与具有相对短t1持续时间(亦即，相对长t2持续时间)的所捕捉背向反射信号相关联的盲通孔往往会具有不合需要大的突出量，且与具有相对长t1持续时间(亦即，相对短t2持续时间)的所捕捉背向反射信号相关联的盲通孔往往会具有不合需要大的锥度。
[0099]
ii.次级强度时段中的区的整合
[0100]
可用以进行加工判定的所捕捉背向反射信号的特性的另一具体实例为t1的末端至激光脉冲的末端不足信号的整合区域，其捕捉次级峰值604(指示介电基板24中的开口的形成)及激光能量经引导至介电基板24的时间的总长两者。
[0101]
iii.所捕捉背向反射信号特性的其他实例具体实例
[0102]
可用以进行加工判定的所捕捉背向反射信号的特性的其他具体实例包括：在所捕捉背向反射信号的次级峰值(例如，如图6中所展示的604)处的信号强度；及在所捕捉背向反射信号的初级峰值(亦即，最高信号强度)(例如，如图6中所展示的606)处的信号强度。
[0103]
b.关于所捕捉与参考背向反射信号特性之间的比较的具体实例
[0104]
在辨别后，所捕捉背向反射信号特性(或表示该特性的其他资料)可与同所捕捉背向反射信号特性相关联的参考背向反射信号特性比较(例如，在背向反射感测系统124或控制器122，或其组合处)。举例而言，若所捕捉背向反射信号特性为初级强度时段的前述持续时间t1，则相关联参考背向反射信号特性将为用于初级强度时段的持续时间t1的某一参考值或范围。若所捕捉背向反射信号特性为次级强度时段期间不足信号的前述整合区域，则相关联参考背向反射信号特性将为用于整合区域的某一参考值或范围。
[0105]
将了解，可借由加工感测器信号(例如，使用如此项技术中已知的一或多个合适的信号加工技术)、借由加工与所辨别特性相关联的资料、或其类似者或其任何组合进行此类比较。将进一步了解，相关联参考背向反射信号特性的参考值或范围可对应于已经递送至工件102直至捕捉到背向反射信号特性时的初始激光脉冲的部分的一或多个参数(例如，就持续时间、峰值功率、光点大小、波长等而言)、工件102的一或多个参数(例如，顶部导体20的材料组分、顶部导体20的厚度、介电基板24的材料组分、介电基板24的厚度等)，或其类似者或其任何组合。举例而言，用于初级强度时段的持续时间t1的参考值或范围可：(a)随增加初始激光脉冲的峰值功率而减少或随减少初始激光脉冲的峰值功率而增加；随增加顶部导体20的厚度而增加或随减少顶部导体20的厚度而减少；或(b)若顶部导体20涂覆有能量吸收涂层，则减少，或(c)可取决于基质材料26的组分而增加或减少；或(d)其类似者或其任何组合。此等参考值或范围可经导出或以其他方式经由经验观测、计算模拟或诊断或其类似者或其任何组合而指定。
[0106]
v.关于适应性加工的具体实例
[0107]
设备100可用以实施适应性加工技术，其中用于形成盲通孔的制程的一或多个参数(例如，脉冲宽度、平均功率、峰值功率、脉冲能量、数目或激光脉冲或其类似者或其任何组合)是基于所捕捉背向反射信号特性(或表示该特性的其他资料)与相关联参考背向反射信号特性的前述比较而设定。在此情况下，用于形成盲通孔的制程可大体表征为需要至少一个激光脉冲递送至工件102(亦即，经提供为参看图1及图2描述的前述pcb)处的单一所要位置的「冲压」制程。待递送至工件102以形成特定盲通孔的第一激光脉冲本文中被称作「初始激光脉冲」。经递送至工件102以形成特定盲通孔的任一后续激光脉冲本文中被称作「补充激光脉冲」，或可以其他方式标注，此取决于经递送至工件102以形成特定盲通孔的激光脉冲的序列中的次序(例如，「第二激光脉冲」、「第三激光脉冲」、「最终激光脉冲」等)。
[0108]
初始激光脉冲(在其待递送至工件102时)将借由诸如以下各者的一组激光脉冲参数(在本文中亦被称作「初始激光脉冲参数」)表征：波长、脉冲持续时间、暂时光功率剖面、与暂时光功率剖面相关联的峰值功率、光点大小及脉冲能量。一般而言，任一激光脉冲的脉冲持续时间可借由以此项技术中已知的任一方式控制激光源104的操作、借由控制光束调变器106的操作(例如，以影响脉冲分片，如上文所描述)或其类似者或其任何组合而调整。初始激光脉冲可具有的暂时光功率剖面的实例包括矩形、椅子形状(自低至高、自高至低，或其组合)、斜坡式(分步或线性地或非线性连续或其组合而增加及/或减少)。任一激光脉冲的暂时光功率剖面(及因此，峰值功率)可借由以此项技术中已知的任一方式控制激光源104的操作、借由控制光束调变器106的操作或其类似者或其任何组合而调整。
[0109]
一般而言，初始激光脉冲参数经设定以使得具有所需要特性(例如，就突出量、锥度或其类似者或其任何组合而言)的盲通孔(例如，盲通孔30，如图3中例示性展示)可仅仅使用初始激光脉冲而形成于工件102内的参考位置处。参考位置可例如为对应于诸如位置「b」或位置「c」(图1中所展示的两者)或其类似者的位置的在工件102中的位置。初始激光脉冲参数的设定因此可取决于工件102的构造而变化，且参考脉冲能量量的判定可凭经验或以计算方式判定。前述背向反射信号特性(例如，初级强度时段的持续时间t1、次级强度时段期间不足信号的整合区域等)中的一或多者接着可凭经验判定(例如，引导具有初始激光脉冲参数的激光脉冲至工件102并捕捉及加工所得捕捉背向反射信号，如上文所论述)，以
计算方式导出，或其类似者或其任何组合，且经设定为与待在用以在工件102中的任意位置处形成盲通孔的「冲压」制程期间递送至工件102的初始激光脉冲相关联的背向反射信号特性的参考值或范围。
[0110]
在一个具体实例中，如递送至工件102的初始激光脉冲可具有在9μm(或上下)至11μm(或上下)范围内的波长(例如，9.4μm(或上下)、10.6μm(或上下)或其类似者的波长)、在5μs(或上下)至20μs(或上下)范围内的脉冲持续时间、为矩形(或至少实质上矩形)的暂时光功率剖面、在250w(或上下)至2kw(或上下)范围内的峰值功率及在30μm(或上下)至90μm(或上下)范围内的光点大小。亦应了解，如递送至工件102的初始激光脉冲可具有低于9μm的波长(例如，在电磁波谱的紫外线或绿色可见光范围中)，限制条件为其他特性(例如，脉冲持续时间、暂时光功率剖面、峰值功率、光点大小、脉冲能量等)经设定使得初始激光脉冲可加工工件102。应注意，若波长经改变成电磁波谱的紫外线或绿色可见光范围，则初始激光脉冲可由激光脉冲的初始集合替换，其中激光脉冲的初始集合中的每一激光脉冲具有在ns或ps状态中(例如，在10ns(或上下)与1ps(或上下)之间的范围内)的脉冲持续时间且激光脉冲是以在100mhz(或上下)至5ghz(或上下)的范围内的脉冲重复率递送。
[0111]
为实施用于执行「冲压」制程以在工件102中的任意位置处形成盲通孔的适应性加工技术，初始激光脉冲(亦即，具有初始激光脉冲参数)经递送至工件102。初始激光脉冲中的光的至少一部分是由工件102(亦即，由顶部导体20)背向反射穿过扫描透镜112且此后如上文参看图5所论述被捕捉。所得捕捉背向反射信号接着经加工(例如，如上文所论述)以辨别与初始激光脉冲相关联的一或多个所捕捉背向反射信号特性(或表示所述特性的其他资料)。此类特性接着可与一或多个相关联参考背向反射信号特性(例如，如上文所论述)比较(例如，在背向反射感测系统124处、在控制器122处或其类似者或其任何组合)。如将在下文更详细地描述，控制器122可基于该比较来操作以控制设备100的一或多个组件(例如，激光源104、光束调变器106或其类似者或其任何组合)的操作。
[0112]
在一些具体实例中，与初始激光脉冲相关联的经捕捉背向反射信号特性为初级强度时段的持续时间t1。因此，将初级强度时段的持续时间t1与初级强度时段的持续时间t1的预定参考值或范围相比。在一些具体实例中，与初始激光脉冲相关联的经捕捉背向反射信号特性为在次级强度时段期间不足信号的整合区域。因此，将次级强度时段期间不足信号的整合区域与次级强度时段期间不足信号的整合区域的预定参考值或范围相比较。在其他具体实例中，与初始激光脉冲相关联的经捕捉背向反射信号特性为前述特性的组合。因此，分别将所捕捉特性与彼等特性的预定参考值或范围相比较。
[0113]
若与初始激光脉冲相关联的初级强度时段的持续时间t1大于与其相关联的参考值或范围，则此指示初始激光脉冲(亦即，具有初始激光脉冲参数)将不足以在顶部导体20中形成开口或形成具有所需要特性(例如，就锥度而言)的盲通孔。若初始激光脉冲的初级强度时段的持续时间t1小于与其相关联的参考值或范围，则此指示初始激光脉冲将不足以形成具有所需要特性(例如，就突出量而言)的盲通孔或可终止损坏(例如，不合需要地熔融或移除)自盲通孔内曝光的底部导体22。
[0114]
若所捕捉背向反射信号特性与相关联参考值或范围之间的比较指示初始激光脉冲将不足以形成具有所需要特性(例如，如上文所论述)的盲通孔，则控制器122可输出一或多个控制信号(例如，至激光源104、光束调变器106或其类似者或其任何组合)以确保将形
成具有所需要特性(例如，就锥度及突出量而言)的盲通孔。举例而言，如将了解(例如，自图6)，初级强度时段的持续时间t1及次级强度时段期间不足信号的整合区域可在整个初始激光脉冲已递送至工件102之前自与初始激光脉冲相关联的所捕捉背向反射信号辨别。因此，借由控制器122输出的一或多个控制信号可操作以修改初始激光脉冲参数(例如，借由增加或减少初始激光脉冲的瞬时功率来调整暂时光功率剖面、增加或减少初始激光脉冲的脉冲持续时间，或其类似者或其任何组合)。作为修改初始激光脉冲的初始激光脉冲参数的替代或补充，借由控制器122输出的一或多个控制信号可操作以在整个初始激光脉冲已递送至工件102之后使一或多个补充激光脉冲递送至工件102。如本文所使用，如借由控制器122启动(例如，在由于前述比较而借由控制器122输出一或多个控制信号后)的一或多个初始激光脉冲参数的修改或补充激光脉冲的递送本文中被称作对所捕捉背向反射信号特性的「适应性回应」。
[0115]
若与初始激光脉冲相关联的初级强度时段持续时间的持续时间t1大于与其相关联的参考值或范围，则控制器122可操作以使暂时光功率剖面经调整(例如，借由增加初始激光脉冲的瞬时功率)及/或使初始激光脉冲的脉冲持续时间增加。在一个具体实例中，前述激光脉冲参数是以预定方式调整而无关于初始激光脉冲的初级强度时段的持续时间t1相对于与其相关联的参考值或范围大多少。在另一具体实例中，前述激光脉冲参数是以对应于初始激光脉冲的初级强度时段的持续时间t1相对于与其相关联的参考值或范围之间的差的预定方式来调整。若使一或多个补充激光脉冲递送至工件102，则彼等补充激光脉冲中的任一者可借由与初始激光脉冲参数相同或不同于初始激光脉冲参数的激光脉冲参数表征(例如，以减小借由补充激光脉冲移除介电基板24的速率)。一般而言，借由控制器122执行适应性回应的方式可经预定(例如，基于经验观测、计算模拟或其类似者或其任何组合)或可即时判定(例如，借由内插预定资料)，或其类似者或其任何组合。
[0116]
若与初始激光脉冲相关联的初级强度时段的持续时间t1小于与其相关联的参考值或范围，则控制器122可操作以使暂时光功率剖面经调整(例如，借由减少初始激光脉冲的瞬时功率)及/或使初始激光脉冲的脉冲持续时间减少。在一个具体实例中，前述激光脉冲参数是以预定方式调整而无关于初始激光脉冲的初级强度时段的持续时间t1相对于与其相关联的参考值或范围少多少。在另一具体实例中，前述激光脉冲参数是以对应于初始激光脉冲的初级强度时段的持续时间t1相对于与其相关联的参考值或范围之间的差的预定方式来调整。若使一或多个补充激光脉冲递送至工件102，则彼等补充激光脉冲中的任一者可借由与初始激光脉冲参数相同或不同于初始激光脉冲参数的激光脉冲参数表征(例如，以增加借由补充激光脉冲移除介电基板24的速率)。一般而言，借由控制器122执行适应性回应的方式可经预定(例如，基于经验观测、计算模拟或其类似者或其任何组合)或可即时判定(例如，借由内插预定资料)，或其类似者或其任何组合。
[0117]
vii.结论
[0118]
前文说明本发明的具体实例及实例，且不应解释为对其的限制。举例而言，尽管已在上文关于盲通孔形成制程论述适应性加工技术，但应了解此等适应性加工技术可经扩展至贯穿孔加工技术或其类似者。尽管已参看图式描述几个特定具体实例及实例，但所属领域中具通常知识者将易于了解，对所揭示具体实例及实例以及其他具体实例的诸多修改在不显著背离本发明的新颖教示及优点的情况下为可能的。相应地，所有此等修改意欲包括
于如申请专利范围中所界定的本发明的范围内。举例而言，所属领域中具通常知识者将了解，任何句子、段落、实例或具体实例的主题可与其他句子、段落、实例或具体实例中的一些或全部的主题组合，除非此等组合彼此互斥。本发明的范围因此应由以下申请专利范围判定，且所述申请专利范围的等效物包括于本发明的范围中。

技术特征：
1.一种激光加工设备，其用于实施一制程以借由引导激光能量至具有第一材料的工件上使得该激光能量入射于该第一材料上而在该工件中形成贯孔，该第一材料形成于第二材料上，其中该激光能量具有一波长，该第一材料比该第二材料对该波长反射更多，该设备包含：背向反射感测系统，其可操作以捕捉对应于经引导至该工件并由该第一材料反射的激光能量的一部分的背向反射信号且基于被捕捉的该背向反射信号产生感测器信号；及控制器，其以通信方式耦接至该背向反射感测系统的输出端，其中该控制器可操作以基于该感测器信号控制形成该贯孔的该制程的剩余部分。2.如权利要求1所述的激光加工设备，其中经引导至该工件的该激光能量经呈现为至少一个激光脉冲，且其中该控制器可操作以至少部分借由控制该至少一个激光脉冲的脉冲能量来控制该制程。3.如权利要求1所述的激光加工设备，其中经引导至该工件的该激光能量经呈现为至少一个激光脉冲，且其中该控制器可操作以至少部分借由控制该至少一个激光脉冲的一脉冲宽度而控制该制程。4.如权利要求1所述的激光加工设备，其中经引导至该工件的该激光能量经呈现为至少一个激光脉冲，且其中该控制器可操作以至少部分借由控制待引导至该工件的激光脉冲的数目来控制该制程。5.如权利要求1所述的激光加工设备，其中该控制器可操作以至少部分借由控制该激光能量的平均功率来控制该制程。6.如权利要求1所述的激光加工设备，其中该控制器可操作以至少部分借由控制该激光能量的一峰值功率控制该制程。7.如权利要求1所述的激光加工设备，其中经引导至该工件的该激光能量经呈现为激光脉冲，且其中该控制器可操作以在该激光脉冲经引导至该工件时控制形成该贯孔的该制程。8.如权利要求1所述的激光加工设备，其进一步包含可操作以产生该激光能量的激光源。9.如权利要求1所述的激光加工设备，其进一步包含可操作以调变该激光能量的光束调变器。10.一种方法，其包含：实施一制程以借由引导激光脉冲至具有第一材料的工件上使得该激光脉冲入射于该第一材料上而在该工件中形成贯孔，该第一材料形成于第二材料上，其中该激光能量具有一波长，该第一材料比该第二材料对该波长反射更多；捕捉对应于经引导至该工件并由该第一材料反射的激光能量的一部分的背向反射信号；基于被捕捉的该背向反射信号产生感测器信号；加工该感测器信号以判定该制程的剩余部分应如何实施以形成该贯孔；及基于该感测器信号的该加工实施该制程的该剩余部分。11.如权利要求10所述的方法，其中经引导至该工件的该激光能量经呈现为至少一个激光脉冲，且其中实施该制程的该剩余部分包括调整该至少一个激光脉冲的一脉冲能量。
12.如权利要求10所述的方法，其中经引导至该工件的该激光能量经呈现为至少一个激光脉冲，且其中实施该制程的该剩余部分包括调整该至少一个激光脉冲的脉冲宽度。13.如权利要求10所述的方法，其中经引导至该工件的该激光能量经呈现为至少一个激光脉冲，且其中实施该制程的该剩余部分包括调整待引导至该工件的激光脉冲的数目。14.如权利要求10所述的方法，其中实施该制程的该剩余部分包括调整该激光能量的平均功率。15.如权利要求10所述的方法，其中实施该制程的该剩余部分包括调整该激光能量的峰值功率。16.如权利要求10所述的方法，其中经引导至该工件的该激光能量经呈现为激光脉冲，且其中在该激光脉冲经引导至该工件时实施该制程的该剩余部分。17.一种用于与激光加工设备一起使用的非暂时性电脑可读取媒体，该激光加工设备可操作以实施一制程以借由引导激光能量至具有第一材料的工件上使得该激光能量入射于该第一材料上而在该工件中形成贯孔，该第一材料形成于第二材料上，其中该激光能量具有一波长，该第一材料比该第二材料对该波长反射更多，其中设备具有：背向反射感测系统，该背向反射感测系统可操作以捕捉对应于经引导至该工件并由该第一材料反射的激光能量的一部分的背向反射信号并基于被捕捉的该背向反射信号产生感测器信号；及控制器，该控制器以通信方式耦接至该背向反射感测系统的输出端，且其中该非暂时性电脑可读取媒体在其上储存指令，所述指令在由该控制器执行时使该控制器基于该感测器信号来控制形成该贯孔的该制程。

技术总结
本发明提供一种激光加工设备，该激光加工设备可实施一制程以借由引导激光能量至具有一第一材料的一工件上使得该激光能量入射于该第一材料上而在该工件中形成一贯孔，该第一材料形成于一第二材料上，其中该激光能量具有一波长，该第一材料比该第二材料对该波长反射更多。该设备可包括：一背向反射感测系统，其可操作以捕捉对应于经引导至该工件并由该第一材料反射的激光能量的一部分的一背向反射信号且基于该捕捉的背向反射信号产生一感测器信号；及一控制器，其以通信方式耦接至该背向反射感测系统的一输出端，其中该控制器可操作以基于该感测器信号控制形成该贯孔的该制程的一剩余部分。的一剩余部分。的一剩余部分。


技术研发人员：杰恩
受保护的技术使用者：伊雷克托科学工业股份有限公司
技术研发日：2021.11.23
技术公布日：2023/8/21