专利名称：激光束三级定位器装置和方法
技术领域：
本发明涉及电子电路的激光束处理，且尤其涉及一种运用激光束与衬底定位系统的系统及方法，该定位系统具有粗、中间、与精细的定位台座(stage)，以供工件与激光束相对于彼此而定位。
背景技术：
激光已经长期被用于种种的烧蚀、钻孔、及微加工应用，诸如蚀刻电路板(etched-circuit board，ECB)的通孔(via)钻孔、集成电路(IC)的可熔式连线烧蚀、电路元件的修整，以及硅、压电、与陶瓷电路元件的微加工。在这些电子电路处理各自的应用中，定位器系统被用来使工件与一激光束相对于彼此而定位。举例而言，ECB的通孔钻孔典型地要求适度精密的长定位移动，然而IC的可熔式连线烧蚀却要求高度精密的短定位移动。因此，各种应用通常运用不同的定位器架构。
传统的定位系统特征为X-Y平移台座，其中工件固定至上部台座，上部台座沿第一轴移动且由下部台座所支撑，下部台座沿着垂直于第一轴的第二轴移动。该系统典型地相对于工具，例如固定的激光束位置或激光光斑，来移动工件，且一般被称为堆叠式台座定位系统，这是因为下部台座支撑上部台座(其支撑工件)的惯性质量。然而，堆叠式台座定位系统相对缓慢，因为台座的惯性质量的起动、停止、及方向上的改变增加了激光工具处理工件上的所有目标位置所需的时间。
在分轴式(split-axis)定位系统中，上部台座不是由下部台座所支撑的，而是与之独立地移动。工件由第一轴或台座载运，而工具(例如反射镜以及与之相关的激光束聚焦透镜)则由第二轴或台座载运。分轴式定位系统随着工件的整体尺寸与重量增加而成为有利的，其利用较长以及因此而较重的台座。分轴式系统经常用于微加工及ECB通孔钻孔应用中。
最近，已在运用平面式定位系统，在该系统中，工件是由单一台座载运的，该台座可由2个或更多个致动器所移动，而工具则保持在一基本固定的位置。这些系统借着协调致动器的有效力而在二维方向上平移工件。某些平面式的定位系统可能还能够旋转工件。
图1显示一种借着运用高速短移动的定位器(快速定位器)60，例如一对检流计(galvanometer)驱动镜64与66，来提供激光束的二轴偏转的传统方式。图1是检流计驱动X轴镜64与检流计驱动Y轴镜66的简化视图，镜64与66被设置于固定镜72与聚焦光学器件78之间的光路70上。各个检流计驱动镜沿着单一轴使激光束偏转，以引导光束至工件79上的目标位置。Overbeck的美国专利第4,532,102号揭示了一种运用这样的快速定位器的堆叠式台座光束定位系统，而Cutler等人的美国专利第5,751,585与5,847,960号揭示了一种分轴式光束定位系统，其中上部台座承载至少一个快速定位器。运用这类快速定位器的系统被用于诸如通孔的钻孔之类无连线烧断(nonlink blowing)工艺中，因为它们目前无法传送光束如同“固定式”的激光头定位器那样准确。
这类定位器的分轴式特性可能引入旋转阿贝误差(rotational Abbeerror)，且检流计可能引入额外的定位误差。此外，因为在二个检流计控制镜之间必须要有间隔，此二镜不能同时被定位成靠近聚焦光学器件的入瞳。此种间隔造成光束的偏移，这将降级所聚焦的光斑的质量。而且，二镜式结构限制入瞳而使之更移位得远离聚焦光学器件，造成聚焦光学器件的复杂度提高而与数值孔径受限，因而限制了最小可达成的光斑尺寸。
因此，仍需要一种用以取得较高的电子电路处理生产量而同时维持定位速度、距离、与准确度，并且适合特定处理应用的聚焦光斑品质的系统与方法。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提出一种用于取得较高的电子电路激光处理生产量的系统及方法。
本发明的另一个目的提出一种定位器系统，其利用线性、检流计、及二轴操纵镜台座的共同作用，来使得针对各种电子工件处理应用的定位精度、速度、与激光光斑尺寸达到最佳化。
本发明的又一个目的是提出一种定位器系统，其使用针对电子电路激光基础处理应用的协调运动。
本发明的三级定位器系统的一个优选实施例使用了组合的处理元件，例如计算机、微处理器、与数字信号处理器(下文单独或统称为“DSP”)，以控制激光束偏转台座、X轴平移台座、与Y轴平移台座，从而引导激光束至工件(例如IC或ECB)的目标位置。虽然这种三级定位器系统被构造成具有安装于X轴平移台座上的单一激光束偏转台座与安装于Y轴平移台座上的单一工件，也使用了与堆叠式、分立式、或平面式定位器相结合的其它结构的定位系统，如其中有多个激光束偏转台座的的定位系统。
由一系统控制计算机处理储存于数据库储存子系统中的工具路径数据库。该数据库含有所需处理参数，以便用激光束在工件上切削出孔或外形轮廓。系统控制计算机将所储存数据库的激光控制部分传送至一激光控制器，而将位置控制部分作为数据流传送至一仿形切削(profiling)处理装置，该仿形切削处理装置将上述数据流分解成对应于工件上的激光束的路径中的各种预定变化的位置、速度、与时间分量。
激光控制器是由仿形处理装置所产生的定时数据控制的，且由一触发处理装置来进一步协调，该触发处理装置使得激光的触发与激光束偏转台座以及X轴与Y轴平移台座的动作同步。
定位命令由具有恒定信号传播延迟L的低通滤波器所接收，并由补偿此传播延迟的延迟L元件所接收。低通滤波器透过一加法器而将经过低通滤波的位置命令传送至一低频控制器，该控制器驱动X轴与Y轴平移台座。延迟L元件将来自位置仿形器(profiler)的未滤波的定位命令传送至信号处理元件，以供驱动激光束偏转台座。
X轴与Y轴平移台座包括位置传感器，其将这些平移台座的实际位置传送至一加法器，加法器根据经过低通滤波的命令数据来减去实际位置，以闭合控制回路且引导这些平移台座至所命令的位置。
另一个加法器根据被延迟的定位命令来减去实际位置，且产生低频台座位置误差信号，该信号被传送至一中通滤波器与一延迟M元件。经过中通滤波的位置误差数据被通过一加法器而转送至一中频控制器，中频控制器驱动在激光束偏转台座中的检流计偏转镜。因为中通滤波器109产生具有恒定时间延迟M的被滤波位置误差数据，此恒定时间延迟M被延迟M元件所补偿，此延迟M元件延迟将低频误差数据传送至信号处理元件以供驱动激光束偏转台座。
检流计偏转镜包括位置传感器，这些位置传感器将检流计偏转镜的实际位置传送至一加法器，此加法器根据经过中通滤波的误差数据来减去实际位置，以闭合控制回路且引导这些检流计驱动镜至被命令位置。
再有一加法器根据所产生的被延迟的误差信号来减去实际检流计位置，且产生高频台座位置误差信号，高频台座位置误差信号被传送至一高频控制器，以驱动激光束偏转台座中的高频台座。
本发明通过在激光束偏转台座添加快速操纵镜(FSM)，实质降低了低频与中频台座稳定时间的影响。
运用FSM的三级定位器系统借助于减少在各目标位置之间移动激光束所需的时间，且借助于减少在每个位置上的处理时间，而提高了电子电路处理生产量。添加FSM作为第三定位台座，提供了更为准确的定位，这是因为由前二个台座所引起的定位与稳定时间误差能够被FSM所校正。
在另一可选择的实施例中，FSM可被定位以接收来自检流计驱动X轴与Y轴镜的激光束，且通过聚焦光学器件而将该激光束偏转以朝向工件。
借助于以下参照附图所作的优选实施例的详细说明，本发明的其它目的与优点将是显而易见的。
图1是一种现有技术的快速定位器的简化侧视图，该定位器使用一对检流计驱动镜，它们沿着不同相应的单个轴偏转激光束。
图2是本发明的一种三级激光束定位系统的组合图与电气方框图。
图3是一种激光束偏转台座的组合图与电气方框图，此激光束偏转台座用于图2所示的三级激光束定位系统中。
图4A是一种现有技术的定位器的工作包络线(working envelope)的简化示意图，此定位器使用线性台座及检流计台座。
图4B是条线图，显示图4A所示的现有技术的定位器所需要的移动、稳定、钻孔、及总的孔洞处理时间。
图5A是本发明的一种三级定位器的工作包络线的简化示意图，此定位器使用线性台座、检流计台座及FSM台座。
图5B是条线图，显示图5A所示的三级定位器所需要的检流计移动、FSM移动、稳定、钻孔、及总的孔洞处理时间。
图6示意性地展示本发明的一种二轴式FSM应用的侧视图。
具体实施例方式
所述光束定位系统优选使用激光控制器，其控制堆叠式、分轴式、或平面式的定位器系统且与可操纵的反射器相协调，以将激光束瞄准及聚焦至一电子电路工件上的所需目标位置。光束定位系统可替换性地或是额外地使用Cutler等人的美国专利第5,751,585号、第5,798,927号与第5,847,960号中所描述的任何一种改良、光束定位器、与协调动作技术，上述专利被转让给本申请案的让受人，且以参照方式纳入本说明书。也可使用其它固定头或线性动作驱动的传统定位系统，以及在美国俄勒冈州波特兰市电子科学工业公司(ESI)亦即本申请的让受人所制造的9800型系列产品中使用的那些系统。
图2显示本发明的一种三级定位器系统80的分立式台座实施例，该系统是用举例方式、参照一种基于激光的孔切削系统来描述的，其使用计算机如数字信号处理器(DSP)82，来控制激光束偏转台座84、X轴平移台座86、与Y轴平移台座88，从而将激光束90引导至工件92上的目标位置，工件92例如为IC或优选为ECB。虽然定位器系统80被构造成具有安装于X轴平移台座86上的单一激光束偏转台座84，以及安装于Y轴平移台座88上的单一的工件92，其它结构的定位系统也是可能的，例如其中有多个台座84与堆叠式、分立式、或平面式定位器结合使用的那些系统。本领域技术人员将了解，DSP82包括实质相同的X与Y轴部分，虽然图中仅显示且本文仅描述了X轴部分。
由系统控制计算机93来处理工具路径数据库94，该数据库储存于一数据库储存子系统中。工具路径数据库94含有所需处理参数，以便用激光束90在工件92上切削出孔、外形轮廓或连线。系统控制计算机93将所储存数据库的激光控制部分传送至激光控制器96，而将位置控制部分作为数据流而传送至仿形处理装置98。仿形处理装置98将该数据流分解成对应于工件92上的激光束90的路径中的各种预定变化的仿形位置dP(“dx”与“dy”)、仿形速度dV(“dvx”与“dvy”)、与时间分量dT(“dtx”与“dty”)。所以，激光束90的每个移动是以dx、dy、dvx、dvy、dtx、与dty分量来定义的，而这些分量是由位置仿形器100来进一步处理的。
激光控制器96是由仿形处理装置98所产生的定时数据控制的，且为由延迟L+M101来进一步协调，延迟L+M101使得激光器102的触发与激光束偏转台座84和X轴平移台座86及Y轴平移台座88的动作同步。延迟L+M101的更为详细的描述是参照图2进行的。
仿形处理装置98所产生的dx、dy、dvx、dvy、dtx、与dty分量由位置仿形器100所进一步处理，而成为按照数据库命令、移动X轴平移台座86与Y轴平移台座88的所需定位信号。定位信号的瞬间值由DSP82以每秒钟至少10000点的速率产生。
所得的定位信号具有加速度分量与位置分量，它们由低通滤波器103与延迟L元件104所接收，其中低通滤波器103具有恒定信号传播延迟L，延迟L元件104补偿低通滤波器103的该恒定信号传播延迟L。如下所述，低通滤波器103与延迟L元件104也协调动作，以使定位器台座86与88及激光束偏转台座84在其位置轮廓(position profiles)上移动，同时将它们的加速度保持在指定极限值以内。
低通滤波器103所接收到的位置命令使得，经过低通滤波的位置命令通过加法器105传送至低频控制器106，低频控制器接着驱动X轴平移台座86(以立体图和方框图两种形式显示)。经过低通滤波的位置命令数据被与X轴平移台座86和Y轴平移台座88的响应频宽相匹配，与激光束偏转台座84的较高响应频宽定位器相比，X轴平移台座86和Y轴平移台座88的移动及稳定较慢。在DSP82中，低通滤波器103优选是通过级联具有临界阻尼比的两个或更多个二阶滤波器，而实现的四阶低通滤波器。因为低通滤波器103产生滤波后的位置命令数据，此数据具有相对于位置命令的恒定时间延迟L，恒定时间延迟L便借助延迟L元件104而得到了补偿。在DSP 82中，延迟L元件104优选实施为在从位置仿形器100传送未滤波定位命令至信号处理元件以驱动激光束偏转台座84期间的一种被编程延迟。
X轴平移台座86与Y轴平移台座88包括位置传感器107，其中一个位置传感器传送X轴平移台座86的实际位置信号至加法器105。加法器105根据经过低通滤波的命令数据减去该实际位置信号，以闭合控制回路，且引导X轴平移台座86至被命令位置。
另一个加法器108则根据延迟L元件104所产生的被延迟定位命令减去来自位置传感器107的实际位置信号，且产生低频台座位置误差信号，该低频台座位置误差信号被传送至中通滤波器109与延迟M元件110。中通滤波器109所接收到的低频台座位置误差信号使得，经过中通滤波的位置误差数据通过加法器111而传送至中频控制器112，中频控制器112接着驱动激光束偏转台座84中的检流计偏转镜66(以立体图及方框图两种形式显示)。经过中通滤波的位置误差数据被与检流计偏转镜66的响应频宽相匹配。中通滤波器109优选为在DSP82中，通过级联具有临界阻尼比的两个或更多个二阶滤波器来实现的四阶中通滤波器。因为中通滤波器109产生已被滤波位置误差数据，该数据具有相对于误差信号的恒定时间延迟M，恒定时间延迟M便通过延迟M元件110而得到了补偿。在DSP82中，延迟M元件110优选实施为在从加法器108传送误差数据至信号处理元件以驱动激光束偏转台座84时的一种被编程延迟。
检流计偏转镜64与66包括位置传感器113，其中一个位置传感器传送检流计驱动镜66的实际位置信号至加法器111。加法器111根据经过中通滤波的误差数据来减去该实际位置信号，以闭合该控制回路且引导检流计驱动镜66至被命令位置。
又一个加法器114根据延迟M元件110所产生的被延迟误差信号而减去来自位置传感器113的实际位置信号，且产生中频台座位置误差信号，此信号通过可选择的加法器115(以虚线显示)被传送至高频控制器116，高频控制器116接着驱动激光束偏转台座84中的高频台座117(以立体图及方框图两种形式显示)。中频台座位置误差信号被与高频台座117的响应频宽相匹配。高频台座117可包括可选择的位置传感器118，其中一个传感器传送高频台座117的实际位置信号至可选择的加法器115。加法器115根据中频台座误差信号来减去该实际位置信号，以闭合控制回路且引导高频台座117至被命令位置。
回到延迟L+M101，本领域技术人员将了解，在激光束90被适当引导至工件92上的被命令位置之前，不应触发激光器102。为此，来自位置仿形器100的定位命令必须通过延迟L元件104与延迟M元件110传送。因此，延迟L+M101优选包括延迟L元件104与延迟M元件110的延迟总和。
图3显示激光束偏转台座84的一个优选实施例。同时参考图1与图2，检流计驱动X轴镜64与Y轴镜66接收来自中频控制器112的驱动信号。本发明通过在激光束偏转台座84中添加高频台座117，实质减小了低频与中频台座稳定时间的影响。在针对ECB通孔钻孔、电路元件修整、及微加工应用的优选实施例中，高频台座117包括FSM120，FSM120被定位以接收激光束90，通过检流计驱动X轴镜64与Y轴镜66而使之偏转，通过物镜78而到达工件92上的目标位置121。
FSM120由电致伸缩致动器所偏转，与检流计驱动X轴轴镜64和Y轴镜66相比，电致伸缩致动器具有较高的频率响应。FSM120优选是由铌酸镁铅(PMN)致动器122所偏转的，该致动器122将电压转换成为位移。PMN材料类似于更为普通的压电致动器材料，但其具有小于1％的磁滞。优选的PMN致动器122对于10毫米(mm)长的中空圆柱PMN材料而言具有约为5微米的受限位移，但是对于5mm直径的圆柱而言具有每微米约为210牛顿的极高硬度。优选实施例为单一一个PMN材料制成的中空圆柱，其从电气分割成为三个活性(active)区域。激活一个区域就引起一相关侧边膨胀，因而使FSM 120在大约±1毫弧度(“mRad”)的角度范围中倾倒或倾斜。
此外，FSM120可借助于一弯曲部分而连接至三个独立的PMN致动器122，其具有构造成等边三角形的第一端，其中心对准FSM120的中心124。PMN致动器122的第二端机械连接至安装座126，安装座126固定至X轴平移台座86。这三个PMN致动器122优选以三个自由度的结构来实施，其在二个自由度的模式下使用以倾斜和倾倒FSM120。具体地说，该致动器三角形具有5mm侧边，从而使FSM120可偏转到约±4mRad角度，此角度转换为当以80mm物镜78将激光束90投射于工件92上时，使激光束90偏转±640微米。
与检流计驱动X轴镜64与Y轴镜66相比，高频台座117操作于较高频率与加速度。具体地说，PMN致动器122具有约2.0微法的特征电容、1.0欧姆的直流阻抗、在5千赫(kHz)频率下17欧姆的阻抗，并在75伏驱动电压下引出3安培以上电流。驱动FSM120的PMN致动器具有大于约5kHz的一大信号频宽、大于约8kHz的一小信号频宽、及至少约为±1mRad的偏转角度，以在约±0.5微米的定位精度下偏转激光束90。
参照上述的高频台座性能，由加法器114所发展的位置误差信号被传送至可选的加法器115，加法器115的输出则被传送至高频控制器116以驱动PMN致动器122。一可选的FSM位置传感器132提供FSM实际位置信号至可选的加法器115，以供校正任何残余的FSM120定位误差。可选的FSM位置传感器132包括位置激光器134，该激光器产生激光束136，其自FSM120反射至位置感测检测器138，该位置感测检测器例如为四重感测二极管阵列。随着FSM120偏转，激光束136作为偏转角度的函数，而被偏转至偏离位置感测检测器138的中心。位置感测检测器138通过一种或多种代表FSM120的偏转角度的信号来作为响应。替代的FSM位置传感器实施例是可能的，包括电容式与基于应变计的位置传感器。
使用高频台座117的三级定位器系统80通过减少需用于在目标位置118之间移动的时间，且通过减少在各个位置上的处理时间，而提高了电子电路处理生产量。其也能够执行先前所不可能执行的新工艺。附加高频台座117作为第三定位台座提供了较为准确的定位，这是因为由低频与中频台座所引起的定位与稳定时间误差可得到校正。
下文所述是针对三级定位器系统80的某些额外有利应用的实例。
人造(artificial)光斑放大位置仿形器100命令三级定位器系统80遵循一预定的工具路径，而同时也在小圆圈中或以振荡形式移动激光束90的位置。这种光束的移动使激光束90的能量分布于较大面积上，且有效地沿工具路径进行较宽的切削。这种光束的移动也使激光能量散布于较大面积上，这能够帮助控制处理窗且因而降低对于成像光斑的需求。
光束设定FSM120校正定位误差，包括检流计误差，这让检流计驱动X轴镜64与Y轴镜66能够更为有效地调谐，进一步减少目标至目标的移动次数。这也改善了定位精度，因为系统校正了检流计的不准确度、“蠕动(creep)”与容差的变化。具有±5-10微米高速准确度的检流计驱动X轴镜64与Y轴镜66可实质由FSM120所校正。
ECB通孔钻孔随着激光器102的功率增加，需要相应地增加速度用于环锯(trepaning)与螺旋(spiral)钻孔。检流计受到操作频宽的限制，其典型约为1-1.5kHz。因为FSM120具有至少5kHz的操作频宽，以及至少如同所钻的孔的直径的动作范围，所以可透过位置仿形器100发出快速的环锯与螺旋钻孔定位命令，同时保持所命令的光束位置固定。
小角度定位定位器台座的移动范围经常被称为“工作包络线(working envelope)”。若FSM120具有充分大的工作包络线，以在检流计台座64与66的目前位置之前的一新目标位置处定位激光束90，则可在检流计台座64与66被完全重新定位之前，便开始下一个目标位置的处理。检流计台座64与66随着新目标位置受到处理而移动至其最终位置。随着检流计台座64与66移动至其最终位置，FSM120移动回到其中心位置。
为了解三级定位器系统80的生产量优点，图4A代表一种现有技术的定位器，此定位器具有线性台座工作包络线150与检流计台座工作包络线152。图4B显示出总处理时间154，需要以此总处理时间来由目前目标位置156移动500微米(micron)而到达新目标位置158，且在新目标位置158钻孔。此现有技术实例假设的是，检流计台座在1.0ms(毫秒)内执行500微米移动，且具有0.0-1.0ms的稳定时间、及1.0ms的钻孔时间。因此，移动及进行孔处理的总计时间154为2.0ms至3.0ms。
反之，图5A代表本发明的一种三级定位器的性能，此定位器具有线性台座工作包络线150、检流计台座工作包络线152、与FSM工作包络线160。图5B显示出，由目前目标位置156移动500微米而到达新目标位置158、且在新目标位置158处钻孔所需要的总处理时间162。此实例也假设，检流计台座在1.0ms内执行500微米移动，且具有0.0-1.0ms的稳定时间、及1.0ms的钻孔时间。在此实例中，FSM具有±125微米的工作包络线，且总处理时间162包括如图5B所示的下列成分。125微米的FSM移动164与500微米的检流计移动166同时开始。FSM移动164在0.2ms内到达FSM工作窗160的范围，而检流计移动166则继续。FSM移动164加上检流计移动166致使在0.6ms内到达新目标位置158，在此时刻，1.0ms的钻孔时间168开始，而检流计移动166完成且稳定，而且FSM校正因检流计移动166的完成及稳定所产生的定位误差。因此，总计的移动及孔处理时间162为1.6ms，这表示比现有技术的定位器系统的有16％的生产量改善。若稳定时间为1.0ms，则改善为47％。
大角度定位若在上述实例中的FSM有±500微米的工作包络线，则在间隔500微米的孔之间的总移动时间将以因子5减少，且生产量将提高40％。
图6显示一种典型的二轴操纵镜系统200。可使用各种技术在两个轴上围绕枢轴点204而倾斜镜202。这些技术包括使用弯曲机构与音圈致动器的FSM；依赖于压电变形、电致伸缩变形、或是PMN致动器材料变形的压电致动器；以及使镜的表面变形的压电或电致伸缩致动器。适合的音圈驱动FSM可得自美国科罗拉多州Broomfield的BallAerospace公司与美国加州Irvine的Newport公司。适合的压电致动器是由德国卡尔斯鲁厄(Karlsruhe)的Physik Instrumente(“PI”)GmbH&Co.所制造的型号为S-330的超快速压电倾倒/倾斜平台座。
在诸如半导体晶圆处理之类应用中，典型地并不使用检流计偏转镜，因为它们各自仅围绕一轴倾斜一镜。况且，需要一对实际独立的检流计镜用于两个轴的致动。这种独立与下列期望是不兼容的致动发生在位于一靠近聚焦透镜208的入瞳206的枢轴点，以维持在半导体晶圆表面的高品质激光光斑。然而，可能在这样一些应用中使用检流计偏转镜具体地说，是在镜202的前面且在单轴上使用检流计偏转镜以及小偏转结构，以维持准确度与聚焦良好的激光光斑。若使用小偏转结构，可使用操作于比典型频宽更高的频宽上的两个小检流计偏转镜。
当然，其它销售商的或其它型式的镜或致动器设计适用于本发明。
除了所有其它上述优点，本发明借着使用二级或三级系统以校正误差，允许放松对于线性马达与检流计驱动镜的要求(加速度时间、稳定时间)。这能够实质降低线性与检流计定位器的成本，并且也降低了系统生产量与线性台座和检流计台座的加速度限制值的依赖性。
本领域技术人员将理解，本发明的FSM系统可适用于蚀刻电路板的通孔钻孔、微加工、及激光修整应用。
本领域技术人员将认识到，可用不同于上述优选实施例的实施的方式，来实施本发明的各部分。例如，本发明不限于低、中、与高频台座的实施例，而可包括另外的台座，诸如极高频的定位器台座，其响应于位置命令的极高频频率部分。此外，所述DSP可实施为整体或部分离散的部件，其中某些为模拟部件。例如，加法器可实施为模拟式求和接点，但是优选实施为编码程序。
对于本领域技术人员显而易见的是，可对本发明的上述实施例的细节进行诸多修改而不偏离其基础原理。因此，可理解的是，本发明也可应用于其它与电子部件的处理中所遇到的不同的激光束瞄准应用。因此，本发明的范围仅应由所附权利要求所决定。
权利要求
1.一种用于响应位置命令以将激光束导向工件上的目标位置的装置，包括一低频宽定位器台座，其响应所述位置命令的低频部分，相对于彼此地引导所述工件与所述激光束至少其中之一；一中频宽定位器台座，其响应所述位置命令的中频部分，相对于彼此地引导所述工件与所述激光束至少其中之一；及一高频宽定位器台座，其响应所述位置命令的高频部分，相对于彼此地引导所述工件与所述激光束至少其中之一。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述高频宽定位器台座包括一快速操纵镜。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述快速操纵镜是根据所述位置命令所规定的目标位置、与所述低频宽定位器台座与中频宽定位器台座至少其中之一的实际位置之间的差异，来定位的。
4.如权利要求2所述的装置，进一步包括一传感器，其用于测量所述低频宽定位器台座的实际位置；且其中所述快速操纵镜是根据该低频宽定位器台座的实际位置与所述位置命令所规定的目标位置之间的差异来定位的。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述中频宽定位器台座进一步包括至少一个检流计驱动镜及一传感器，用于测量所述中频宽定位器台座的实际位置。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述快速操纵镜是根据所述中频宽定位器台座的实际位置与所述位置命令所规定的目标位置之间的差异来定位的。
7.如权利要求1所述的装置，进一步包括一极高频定位器台座，其响应所述位置命令的极高频部分，相对于彼此地引导所述工件与所述激光束至少其中之一。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述低频宽定位器台座包括线性台座，它们被置于堆叠式结构、分轴式结构、或平面式结构中。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述高频宽定位器台座包括一快速操纵镜，其沿两个轴反射所述激光束。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述快速操纵镜是由音圈致动器、压电致动器、电致伸缩致动器、或铌酸镁铅致动器至少其中之一来定位的。
11.如权利要求9所述的装置，其中所述快速操纵镜进一步包括一位置传感器，用于确定该快速操纵镜的实际位置；且其中所述快速操纵镜是根据该快速操纵镜的实际位置与所述位置命令所规定的目标位置之间的差异来定位的。
12.如权利要求1所述的装置，进一步包括一低通滤波器与一中通滤波器，它们接收所述位置命令且分别通过该位置命令的低频与中频部分。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述低通与中通滤波器具有相关联的第一与第二滤波器延迟，且所述装置进一步包括第一与第二延迟元件，其补偿所述第一与第二滤波器延迟。
14.一种用于响应位置命令以将激光束导向工件上的目标位置的方法，包括响应所述位置命令的低频部分，相对于彼此地引导所述工件与所述激光束至少其中之一；响应所述位置命令的中频部分，相对于彼此地引导所述工件与所述激光束至少其中之一；及响应所述位置命令的高频部分，相对于彼此地引导所述工件与所述激光束至少其中之一。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述处理包括以下至少其中之一钻孔；微加工；颤动调谐；螺旋钻孔、环锯钻孔；以及校正孔的粗糙度。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述工件包括一电子电路，且所述处理包括调谐在所述电子电路上的电路元件。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述工件包括一电子电路衬底，且所述处理包括在所述电子电路衬底上形成孔。
全文摘要
本发明的三级定位器系统(80)运用X与Y轴平移台座(86，88)、检流计驱动镜(64，66)、与快速操纵镜(FSM)(120)，以引导激光束(90)至工件(92)上的目标位置(121)。定位信号由低通滤波器(103)接收，低通滤波器(103)产生滤波后的位置数据以驱动X与Y轴平移台座。从未滤波的定位数据减去X与Y轴平移台座的实际位置，以产生驱动该检流计驱动的X与Y轴镜的X－Y位置误差信号。从该X与Y轴平移台座的实际位置减去实际的镜位置，以产生代表激光束的被命令位置与实际位置之间差异的位置误差信号。位置误差信号驱动FSM以快速校正任何位置误差。
文档编号G02B26/08GK1758984SQ200380110210
公开日2006年4月12日 申请日期2003年10月17日 优先权日2003年2月24日
发明者S·B·巴雷特, M·A·安瑞斯, D·R·卡特勒 申请人:电子科学工业公司