专利名称：在一种基板,特别是在电路基板上用激光束打孔的方法
技术领域：
本发明涉及在一种基板，特别是在电路基板上用激光束打孔的方法，其中将具有光束轴线的激光束集中在准备打孔区域的基板上和束斑直径小于将被打孔的直径，在同心圆轨迹上用步进方式改变的半径在准备打孔的截面内运动。
在US 5 593 606中已知这样一种方法，其中比激光束直径大的孔是这样制成的，或者在孔范围内螺旋线轨迹上或者在同心圆上将激光束从内向外或者从外向内运动。当激光束以螺旋线轨迹运动时得到被打孔的不对称，此时特别是在螺旋线轨迹的终点在孔边缘上留下一个台阶。
为了产生尽可能圆形的孔，用激光束的圆运动打孔总能得到完整的圆。在此一般来说在从一个圆轨迹改变成具有不同半径的另一个圆轨迹时将光束在最短的路径上也就是说在径向方向运动。因此所有圆轨迹的起始点位于径向直线上。如果激光在此种径向运动期间在各个圆轨迹之间继续输出脉冲，这个脉冲在径向直线方向造成附加能量输入和总的在孔区域造成不对称的能量分布。但是如果人们在径向运动期间将激光关闭，在径向运动和圆运动之间的过渡区仍然得到不干净的孔的形状，因为每次在重新接通之后第一部分的脉冲与其余脉冲的能量分布不一样。而且这种不对称全部位于径向方向和因此在孔的边缘合成为不对称。
此外在这种光束引导方式时，激光束每次在从径向运动过渡为圆运动时必须进行90°的方向改变和为了这个目的每次必须短时间地停顿和必须在新的方向开始启动。因此合在一起得到激光换向单元不适用的运动曲线。
本发明的目标是，这样改善开始所述类型的激光打孔方法，在孔区构成比较好的激光束运动曲线和因此可以尽可能地使孔形状达到理想的形状，也就是说圆形。
按照本发明这个目标是这样达到的，从圆轨迹过渡为每下一个具有不同半径的圆轨迹时是用一个孤线形式完成的，该弧线与前面经过的圆轨迹是近似切线地离开的和与新的准备画的圆轨迹近似相切地靠近的，于是新的圆轨迹的各个起始点相对于前面圆轨迹的起始点和终点错位为一个预先规定的角度。
通过按照本发明在各个同心圆轨迹上起始点的错位人们实现了，各自在圆轨迹开始时出现的由于未充分地抑制开始脉冲能量输入中的不对称被分布在整个圆周上和于是形成尽可能地对称，也就是说产生圆形孔。其他优点在于，由于从径向运动直接过渡为圆运动不要求激光束突然的方向改变，因此在换向单元中整体可以达到单个元件较均匀的速度和较均匀的脉冲序列，这又意味着，在各个圆轨迹和在整个要打孔时的能量分布变得比较均匀。
优异的是将在由激光束打孔时经过圆轨迹的起始点在整个范围上均匀分布。根据被打孔材料，孔大小和所使用的激光器特性可以一次或者也可以多次经过各个圆轨迹。用这种方法可以达到，当激光束被换向到下一个圆轨迹之前，多次先后地经过每个圆轨迹。然而适宜的是，各自在一个循环中用错位起始点每个一次地经过所有的圆轨迹和在下一个循环中重新各自一次地经过每个圆轨迹，此时在每个循环中各个圆轨迹的起始点与前面循环的不同。
在从一个圆轨迹到下一个圆轨迹错位运动时的弧线形状可以选择得不同。其中特别优异的是四分之一椭圆形状，此时各个起始点和终点的错位为90°。
适宜的是这样控制激光束，如果激光束在圆轨迹之一上运动时在圆轨迹之间的弧线上没有能量输入，然后才发生能量输入。
例如这可以这样实现，在两个圆轨迹之间的弧线运动时间内将激光束关闭。另一个特别优异的可能性为，激光束在圆轨迹上在生产性打孔运动时各自输出高能量密度的脉冲，各自在圆轨迹之间的弧线段上将激光束转换为用低能量密度连续工作。
下面用实施例借助于附图详细叙述本发明。附图为
图1表示用于在一个多层基板上打孔的激光装置简图，图2是在圆轨迹上传统的打孔运动，图3是按照本发明在四个同心圆轨迹上的激光束打孔运动和图4是与图3有区别的激光束运动过程，其中用两个循环先后经过五个同心圆轨迹。
图1用简图和没有尺寸比例表示的装置表示了激光器1具有换向单元2和光学成像单元3，经过这些装置激光束4对准基板10。在所表示的例子中这个基板具有上面的，第一个金属层(铜层)11以及下面的，第二个金属层12，在两者之间安排了介质层13。这个介质层是由聚合物材料如RCC或者玻璃纤维增强的聚合物材料，如FR4构成的。已知通常由铜构成的金属层比介质层对于加工或者传输要求另外的能量。相应地对激光束还可以选择不同的激光调整，如不同的脉冲重复率和不同的聚焦。
如图1所示，应该在基板1中备自打一个直径为D1的盲孔。为了这个目的例如可以用激光的第一个调整通过铜层11打孔14，和然后可以用另外的激光调整在介质层13上打盲孔15。与对哪种材料打孔无关，这里的出发点是，激光束4各自以其焦点F1在准备打孔区域在同心圆上运动，直到将材料完全从有关的孔14或者15中去除。
如图2用简图表示的传统方法中，首先将激光束集中在准备打孔的中心点M和从那里在径向方向运动直到第一个圆轨迹，在那里出发激光束从点P1开始它经过圆轨迹K1的圆运动。如果光束返回到点P1，则将激光束停止和又在径向方向运动直到圆轨迹K2，然后在那里从点P2出发在轨迹K2上进行它的圆运动。打孔运动从点P2到点P3上以轻微重叠来结束。这种在径向中间步距的同心轨迹上的打孔运动方式常常在连续工作的激光器上进行，因为在径向运动期间在各个起始点P1和P2上中间时间进行关闭在材料去除上出现不均匀性。通过程向运动和通过在径向直线上安排的起始点P1和P2进行打孔，其范围L不会得到所希望的圆形，而是向右边有一个凸起。
图3表示了按照本发明方法激光束的运动。在这种情况下也将激光束首先集中在准备打孔的中心点M。从那里出发它首先在弧线段b1上完成优选弧线形状的运动直到第一个圆轨迹K1上的起始点A。从起始点A出发脉冲激光束经过圆轨迹K1直到它结束这个圆轨迹之后重新回到起始点A。从这个起始点A出发然后它在弧线段b2上运动直到圆轨迹K2的下一个起始点B。弧线段b2优选是四分之一椭圆和起始点A和起始点B之间的角度错位为90°。
从起始点B出发然后激光束在圆轨迹K2上运动直到这个圆封闭。然后激光束又在弧线段b3上运动直到下一个圆轨迹K3的起始点C。如果经过了这个圆轨迹K3，则激光束在弧线段b4上运动直到圆轨迹K4的起始点D。如果也完整地经过了一次这个圆轨迹，则激光束可以经过另外的弧线段b0运动返回到中心点M；从那里它可以运动到下一个孔或者运动到其中心点，或者它可以经过弧线段b0′返回到内圆K1，以便在同一个孔上开始同心圆运动新的循环。但是也可能将激光束直接从点D运动到新的打孔。
如上所述激光器在圆轨迹上优选的是备自输出脉冲能量光束。在弧线段b1至b4或者b0上将激光束关闭或者用低能量密度的连续光运行。
图4表示了类似于图3的运动过程。在这里叙述了用五个同心圆轨迹K1至K5的情况，其中各自从一个圆轨迹到下一个的行程是经过弧线段b1至b5进行的。在这种情况下然后从起始点E1经过圆轨迹K5之后经过弧线段b6的行程又回到最内的圆轨迹K1，当然到达一个新的起始点A2，从那里出发开始一个新的循环，此时先后经过所有的圆轨迹K1至K5。从一个圆轨迹到下一个圆轨迹的过渡在这里也重新经过弧线段，在这里为了清晰起见没有画出弧线段。因为第二个循环的各个起始点，即A2至E2各自位于弧线段K1至K5第一个循环起始点A1至E1的对面，经过这二个循环得到激光束进一步对称的能量分布。
当然本发明不限于所表示的实施例。在各个起始点角度错位的变化是完全可能的。还有可能以相反的顺序经过各个圆轨迹，于是在这种情况下激光束首先经过最外边的圆轨迹和然后经过里边的圆轨迹。
权利要求
1.在基板上，特别是在电路基板上借助于激光束打孔的方法，其中将激光束(4)在基板上集中到准备打孔(14，15)区域和然后用比孔直径(D1)小的束斑直径(F1)在同心圆轨迹上用步进变化的半径在孔的横截面内运动，其特征为，从一个圆轨迹过渡到每下一个具有不同半径的圆轨迹(K1至K5)各自是用弧线的形状(b1至b6)进行的，该弧线与前面经过的圆轨迹(K1至K5)近似相切地离开和近似相切地向新要画的圆轨迹(K2至K6)靠近，这样使新的圆轨迹(K2至K6)的起始点(A1至E1；A2至E2)相对于前面的圆轨迹(K1至K5)的起始点和终点错位一个预先规定的角度。
2.按照权利要求1的方法，其特征为，打孔时激光束(4)经过的圆轨迹(K1至K6)的起始点(A至E；A1至E2)具有各自同样的角度错位分布在孔(14，15)的整个范围内。
3.按照权利要求1或2的方法，其特征为，从一个圆轨迹(K1至K6)到下一个圆轨迹(K2至K6)的弧线(b2至b6)各自描述了一个椭圆段形状。
4.按照权利要求1至3之一的方法，其特征为，在激光的束轴从一个圆轨迹到下一个圆轨迹的弧线运动期间每次将激光束(4)关闭。
5.按照权利要求1至3之一的方法，其特征为，激光束(4)每次在圆轨迹(K1至K5)运动期间输出具有高能量密度的脉冲和将它每次在从一个圆轨迹(K1至K5)到下一个圆轨迹的弧线运动期间接通为低能量密度的连续工作(cw模式)。
6.按照权利要求1至5之一的方法，其特征为，当激光束运动到下一个圆轨迹(K2至K5)的起始点之前，它多次经过每个圆轨迹(K1至K5)。
7.按照权利要求1至5之一的方法，其特征为，激光束在第一个循环时经过一次所有的圆轨迹(K1至K5)和然后在一个新的循环时或者在多个新的循环时重新经过每个圆轨迹(K1至K5)。
8.按照权利要求7的方法，其特征为，在每个循环时另外选择各个圆轨迹的起始点(A1至E1；A2至E2)。
全文摘要
在电路的基板上打孔时，将激光束(4)在同心圆轨迹上的准备打孔的区域内运动。从一个圆轨迹(K1至K5)到下一个圆轨迹的过渡分别是在一个弧线(b1至b4)上进行的，该弧线离开前面的圆轨迹是近似切线和近似切线地接近新准备画的圆轨迹，这样使新的圆轨迹的各个起始点相对于前面的圆轨迹的起始点错位为一个预先规定的角度。因此得到激光束均匀的能量分布和被打的孔得到改善的圆形状。
文档编号B23K101/42GK1636426SQ03804342
公开日2005年7月6日 申请日期2003年2月4日 优先权日2002年2月21日
发明者M·范比森, H·德施托伊尔, E·罗兰茨, O·蒂尔克, P·米钦内克, H·J·麦尔, A·克勒蒂, A·基尔特豪 申请人:西门子公司