用于双头激光微加工系统的合成脉冲重复率处理的制作方法

专利名称：用于双头激光微加工系统的合成脉冲重复率处理的制作方法
技术领域：
本发明关于激光处理一工件，且尤指组合两个或更多个激光的输出以一给 定功率水平达成脉冲重复频率，其大于在给定功率水平独立操作的各个激光的
重复频率。
背景技术：
激光处理可在诸多不同工件上进行，运用各种的激光以实现各种处理。关 于本发明的特定型式的激光处理为单层或多层工件的激光处理以实现孔 (hole)和/或盲通孔(blind via)的形成、及半导体晶片的处理以实现晶片切
而不限于半导体连结(熔丝)的移除及热退火或修整被动式的厚或薄膜构件。 关于多层工件的通孔和/或孔的激光处理，Owen等人的美国专利第 5,593,606号与第5,841,099号描述了操作一紫外线(UV )激光系统以产生激 光输出脉冲的方法，特征为脉沖参数是设定以形成于一多层元件的通孔或是于 不同材料型式的二层或更多层的盲通孔。这种激光系统包括一非准分子激光 器，以大于200Hz的脉冲重复率而发射激光输出脉冲，其具有小于100ns的暂 时脉冲宽度、具有直径小于100 jam的光点面积、以及在光点面积上的大于 lOOmW的平均强度或辐照度。认定的较佳的非准分子UV激光器为一种二极 管泵浦、固态(DPSS, diode- pumped solid-state)激光器。
Dunsky等人的已公开的美国专利申请案编号US/2002/ 0185474描述了操 作一种脉冲式C02激光系统以产生激光输出脉冲的一种方法，在一多层元件 的一介电层中形成盲通孔。这种激光系统以大于200Hz的脉冲重复率而发射 激光输出脉冲，其具有小于200ns的暂时脉冲宽度且具有直径为在50nm与 300 |ii m之间的光点面积。
一目标(target)材料的激光烧蚀(尤其是当运用一 UVDPSS激光器时) 仰赖于指引至目标材料的一激光输出，其具有大于目标材料的烧蚀阈值的流量200680016604.9
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或能量密度。一UV激光器发射一激光输出，其可聚焦以具有在1/e 直径下的 介于约10jum与约30jum之间的一光点尺寸。在某些情形下，此光点尺寸小 于期望的通孔直径，诸如当期望的通孔直径是在约50lum与300jam之间。 光点尺寸的直径可放大以具有如同期望通孔直径的相同直径，但该放大将降低 激光能量密度至小于目标材料烧蚀阈值的程度且无法实现目标材料移除。因 此，运用10jam至30jam聚焦的光点尺寸，且聚焦的激光输出典型为以一螺 旋、同心圓、或"环锯(trepan)"型态移动以形成具有期望直径的通孔。螺旋、 环锯、同心圓处理是所谓的非打孔通孔形成处理的型式。就约70ium或较小 的通孔直径而言，直接打孔产生较高的通孔形成处理量。
反之， 一脉冲式C02激光器的输出典型为大于50pm且能够维持能量密 度，以足以形成具有直径50pm或较大的通孔于传统的目标材料上。因此， 打孔处理一般是使用在当使用一 co2激光器来形成通孔时。然而，具有光点 面积直径为小于50|am的通孔无法运用一C02激光器而形成。
在C02波长下的铜的高度反射性使得运用一 C02激光器在具有厚度大于
约5微米的一铜片上形成穿孔式通孔非常困难。因此，C02激光器可典型为仅 用以在具有约3微米与约5微米之间的厚度的铜片上或是已经表面处理以加强 C02激光能量吸收的铜片上形成穿孔式通孔。
用以作成用于印刷电路板(PCB)与电子式封装装置(其中有通孔形成) 的多层结构的最为常用的材料典型包括金属(例如铜)与介电材料(例如 聚合物、聚酰亚胺(polyimide )、树脂(resin)、或FR-4 )。在UV波长的激光 能量呈现与金属及介电材料的良好的耦接效率，故UV激光可容易达到在铜片 及介电材料上形成通孔。此外，聚合物材料的UV激光处理广义视为一种组合 式的光化学与光热处理，其中，UV激光输出通过光子激发化学反应以游离其 分子键而部分烧蚀聚合物材料，因而相比发生在介电材料暴露于较长的激光波 长时的光热处理，产生优越的处理质量。针对这些理由，固态UV激光器是用 于处理这些材料的较佳的激光源。
介电与金属材料的C02激光处理及金属的UV激光处理主要为光热处理， 其中，介电材料或金属材料吸收激光能量，致使该材料温度升高，软化或成为 熔化，且最终为烧蚀、蒸发、或爆炸。对于一给定型式的材料而言，烧蚀率与
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通孔形成处理量是激光能量密度(激光能量(J)除以光点尺寸(cm2))、功率
密度(激光能量密度除以脉沖宽度(秒))、脉冲宽度、激光波长、与脉冲重复 率的函数。
因此，激光处理量(例如在PCB或其它电子封装装置上形成通孔或是 在金属或其它材料上钻孔)受限于可利用的激光功率密度与脉冲重复率以及该 束定位器可在通孔位置之间且以一螺旋、同心圆或环锯型态移动激光输出的速 度。UV DPSS激光器的一个实例是由美国加州Mountain View的Lightwave Electronics公司所贩卖的型号LWE Q302 (355nm )。此激光器运用于美国俄勒 岡州Portland的Electro-Scientific Industries公司(本专利申请案的受让人)所 制造的一系列的型号5330激光系统或其它系统。这种系统能够以30kHz的脉 沖重复率传递8W的UV功率。此激光器及系统的典型的通孔形成处理量为， 在棵树脂上每秒钟约600个通孔。脉沖式C02激光的一个实例是美国康乃迪 克州Bloomfield的Coherent-DEOS公司所贩卖的型号Q3000 ( 9.3 ju m )。此 激光器运用于Electro -Scientific Industries公司所制造的其系列的型号5385激 光系统或其它系统。该系统能够以60kHz的脉冲重复率传递18W的激光功率。 此种激光器及系统的典型的通孔形成处理量为，在棵树脂上每秒钟约1000个 通孔且于FR-4上每秒钟250-300个通孔。
通过提高足以引起如上所述的烧蚀的脉冲能量的脉沖重复率，可提高通孔 形成处理量。然而，针对于UVDPSS激光器与脉冲式C02激光器，随着脉冲 重复率增大，脉沖能量以一非线性方式减小，即二倍的脉冲重复率造成小于 一半的脉冲能量用于各个脉冲。因此，针对于一给定的激光器，将存在一最大 的脉冲重复率，且因此存在引起烧蚀所需的最小脉冲能量所支配的最大的通孔 形成率。
关于切割一半导体晶片，有二种常用的切割方法机械锯开(sawing)与 激光切割(dicing)。机械锯开典型需要运用一钻锯以切割厚度为大于约150 微米的晶片而形成宽度为大于约100微米的行列(street )。机械锯开厚度为小 于约100微米的晶片会造成晶片的破裂(cracking )。
激光切割典型需要运用一脉冲式IR、绿光、或UV激光器以切割半导体 晶片。激光切割提供优于机械式锯开半导体晶片的各种优点，诸如运用一
UV激光器以降低该行列的宽度至约50微米的能力、沿着一曲线轨迹以切割 一晶片的能力、及有效切割比运用机械式锯开可切割的晶片更薄的硅晶片的能 力。举例而言，具有厚度为约75微米的硅晶片可借着以约8W的功率与约 30kHz的重复率且以120mm/sec的切割速度操:作的一种DPSS UV激光器所切 割，以形成具有宽度为约35微米的一切痕(kerf)。然而，激光切割半导体晶 片的一个缺点是会形成碎屑与熔渣，二者可能附着在晶片上且难以移除。激光 切割半导体晶片的另一个缺点在于工件通过率由激光的功率能力所限制。
因此，需要一种方法与激光系统，用于以高处理率实现工件的高速激光处 理，运用UV、绿光、IR与C02激光器以形成通孔和/或孔，及运用UV、绿光、 与IR激光器以有效率且准确切割半导体晶片。

发明内容
因此，本发明的一个目的是^f是出一种方法及一种激光系统，用于改良下列 处理的速度和/或效率(1 )在单层与多层工件中的激光处理通孔和/或孔；及 (2)切割半导体晶片，使材料移除率与工件处理量提高且处理质量改善。
本发明的方法是通过在一种双激光系统中以给定功率水平使脉冲重复率 最大化，实现自工件快速移除材料。该种方法需要触发两个激光器，使得个别 的脉冲在不同的时间出现于激光的输出。这两个束接着组合成为单个束，其中， 这两个束的脉冲是交错的。该单个束具有等于各束的组合脉冲率的脉冲重复频 率(PRF)，且在组合的束中的各个脉沖具有如同在组合之前所具有的相同脉 冲特征。组合的束可随后分割成为具有相同的PRF的两个束。在分割的束中， 一些脉沖特征(诸如脉冲持续期间与整体脉沖形状)将维持实质上与未分割的 束的类似。然而， 一些脉冲特征(诸如脉冲峰值功率与脉沖能量)将分割于这 两个光束之间，使脉冲特征的线性总和将大约等于未分割的束的脉冲特征的线 性总和。
本发明的一个较佳实施例需要同步两个激光器以于期望PRF下达成交替 的脉冲。产生于激光输出的两个脉冲式激光束接着受准直处理及指引以入射于 一束组合器，其组合该两个束成为单个束。组合的束可保留于固有的高斯轮廓 或选用为成形和/或成像以产生一期望的非高斯轮廓。组合的束接着分割成为 两个束，其可受指引而入射于工件的不同位置以实行微加工。因为PRF与功
率之间的关系的非线性性质，相较于在每个激光器以等效的PRF产生脉冲并
指引至工件的两个位置时所将能达成的功率密度，该两个束的组合及分离在工
件的两个位置上造成较大的功率密度。以此方式而达成较大的功率密度的结果
是，提高了微加工系统的处理量。
由本发明所提供的优点不限于两个激光器。运用类似的技术，三个或更多
个激光器可组合及分割成为三个或多个束；然而，偶数个激光器较容易组合及
分割成为类似的输出束。
通过参照图式而详细说明以下的较佳实施例，将可清楚地了解本发明的另
外目的与优点。


图1是一种范例的多层工件的片段图，该型式的工件由根据本发明的方法 所形成的 一激光束所处理。
图2是一种较佳系统的简化示意图，该较佳系统根据本发明的方法配合选 用束成形及成像光学组件以组合两个激光束且稍后将其分割；图2亦以虚拟线 而显示光学构件，其进而分割组合的激光束成为选用式第三与第四激光束。
图3是显示脉冲能量与PRF之间的关系曲线图，其用于一个范例的现有 技术激光器。
图4是显示脉冲能量与PRF之间的关系曲线图，其用于根据本发明所形 成的 一种双激光系统束输出。
图5A是曲线图，显示各个激光器为独立才乘作的一种现有技术的双激光系 统所产生的脉冲串PRF与峰值能量。
图5B是曲线图，显示根据本发明所产生的一种组合激光束的脉冲串PRF 与峰值能量。
图5C是曲线图，显示根据本发明所产生的一种分离激光束的脉冲串PRF 与峰值能量。
主要组件符号说明
20多层工件 34、 38金属层 36 介电层
40 强化构件层 50、 52 激光器 54 同步器源
56、 58、 70、 71、 80、 82、 88、 90、 96、 98 束 60、 62 准直器 64、 86、 100、 106 #; 66、 74、 92、 102 !/2波片 68 组合器 72 束成形光学元件 78、 94、 104 分割器 132 脉冲串 134 脉冲 138 间隔 142 脉冲串 144、 146 脉冲 148 间隔 152 脉冲串 154、 156 脉冲 158 间隔
具体实施例方式
在本发明的较佳实施例的第 一 实施中，由这里揭示的发明所产生的激光脉 冲通过以足够的能量将激光瞄准在一工件的至少两个特定区域引起烧蚀，来在 单层或多层的工件中形成通孔。假设的是单个脉冲不足以自工件上的一特定 位置移除所有期望材料。因此，多个脉冲被指引至工件以实现在各个指定位置 移除期望材料。处理时间及该系统处理量取决于高于工件烧蚀阈值的能量时的 每个单位时间递送至工件的脉冲数目。
4交佳的单层工件包括用于电气应用的薄铜片、聚酰亚胺片、以及用于一4殳 产业与医疗应用的其它的金属件，诸如铝、钢、与热塑料。较佳的多层工件 包括 一多芯片模组(MCM)、电路板、或半导体微电路封装。图l显示了一
种任意型式的范例多层工件20,其包括层34、 36、 38、与40。层34与38较 佳为金属层，其每个层包括一金属，诸如而不限于铝、铜、金、钼、镍、钯、 铂、银、钛、鴒、 一金属氮化物、或其组合。金属层34与38较佳具有约9ja m与约36lim之间的厚度，但是其可比9nm薄或与72jum—样厚。
各层36较佳包括一标准有机介电材料，诸如苯并环丁烷(BCB， benzocyclobutane )、双顺丁烯二酰亚胺三氮杂苯(BT, bismaleimide triazine )、 纸4反(cardboard )、氰酉交盐酉旨(cyanate ester )、工不氧4勿(epoxy )、 i^醛物(phenolic )、 聚酰亚胺、聚四氟乙烯(PTFE, polytetrafluorethylene )、聚合物合金、或其组 合。各个有机介电层36典型的比金属层34与38厚。有机介电层36的4交佳厚 度在约20 in m与约400 jli m之间，但有机介电层36可置放在厚度为1.6mm的 一堆叠中。
有机介电层36可包括一个薄的强化构件层40。强化构件层40可包括纤 维缠结(matte)或分散的粒子(例如芳族聚酰胺(aramid)纤维、陶瓷、或 玻璃)，其为已经编织或分散至有机介电层36。强化构件层40典型相比有机 介电层36薄许多，且可具有在约lym与约10jLim之间的厚度。熟悉本项技 术人士将理解的是强化材料也可以如同粉末而引入至有机介电层36。包括 此粉末状强化材料的强化构件层40可以是非邻接及非均匀的。
熟悉本项技术人士将理解的是每个层34、 36、 38与40可能为内部非邻 接、非均匀、及非等高的。具有数层的金属、有机介电质、与强化构件材料的 堆叠可具有大于2mm的总厚度。虽然图1中作为一个实例显示的任意的工件 20具有五层，本发明可实行于具有任何期望的层数的工件上。
图2为本发明的一个较佳实施例的简化示意图，该实施例是由两个处理激 光器50与52所构成，激光器50与52由一同步器源54驱动。源54可采用若 干种方法的任何一种来同步激光器50与52,包括同步传送至照明源(其泵 浦能量至激光器)的触发信号或可以同步定位于激光50与52之内的Q开关 以便使它们以交替方式产生脉冲。激光器50与52在它们的输出端提供各自的 处理束56与58,每个处理束由一激光脉冲串所组成。激光器50与52配置成 使得各自的输出处理束56与58的固有线性极化平面实质上平行。激光束56 与58通过各自的准直器60与62，每个准直器减小入射的激光束的直径而且
维持其焦点于无限远。
处理激光器50与52可为UV激光器、IR激光器、绿光激光器、或C02 激光器。较佳的处理激光器的输出具有在约O.OlMJ与约l.OJ之间的脉冲能量。 较佳的UV处理激光器是一种Q切换式UV DPSS激光器，该Q切换式UV DPSS激光器包括固态激光材料(lasant)，诸如Nd:YAG、 Nd:YLF、 Nd:YAP、 Nd:YV04、或掺杂具有镱(Yb )、钬(Ho)、或铒(Er)的YAG晶体。UV激 光器4交佳为提供波长为诸如355nm (频率为三倍的Nd:YAG)、 266nm (频 率为四倍的Nd:YAG )、或213nm (频率为五倍的Nd:YAG )的谐波产生的UV 激光输出。
较佳C02处理激光器是一脉冲式C02激光器，其以约9jiim与约11 mm 之间的一波长来操作。 一个范例的商购的脉冲式co2激光器是由美国康乃狄
器(9.3ym)。因为C02激光器不能够有效钻孔穿过金属层34与38,利用C02 处理激光器所钻孔的多层工件20缺乏金属层34与38，或是其制造方式是使 得一 目标位置为已利用一 UV激光器预先钻孔或运用另 一种制程(例如化学 蚀刻)所预先蚀刻而暴露介电层36。
熟习本项技术人士将理解的是其它的固态激光材料或其操作于不同波长 的co2激光器可运用于本发明的激光系统中。各种型式的激光腔部配置、固 态激光的谐波产生、固态激光器与C02激光器的Q切换操作、泵浦设计与C02 激光器的脉冲产生方法是熟悉本项:f支术人士所熟知的。
激光器50发射一处理束56，其反射离开一镜/组合器64 (其在两个激光 器的情形下实施为一镜)，且随后为遭遇第一^波片66。第一^波片66设定成 使入射的激光束56的极化平面旋转卯度。激光束56与58的光学路径配置成 汇合于束组合器68,束组合器68构成来透射以一第一角度极化的实质上所有 的激光束58且反射以一第二角度极化(其相对于第一角度旋转90度)的实质 上所有的激光束56。光学构件配置成使得透射的束58与反射的束56组合以 形成一组合的同轴束70，该同轴束具有它的能量的约一半极化于一第一角度 以及它的其余能量极化于一第二角度(其相对于第一角度旋转90度)。自束组 合器68传播的组合束70通过选用的束成形光学元件72,束成形光学元件72
将本质为高斯(Gaussian)的束轮廓转变成为更期望的束轮廓。所期望的束轮 廓的一个实例是"顶帽(top hat)"轮廓，其提供本质为均匀的照明。选用的 束成形光学元件72也作为成像光学元件，使该束在投射至工件上时实现适当 的性质，诸如光点尺寸与形状。熟悉本项技术人士也将知悉的是类似的方 法可运用来组合超过两个激光器以产生具有相应的更高功率的组合束70。
组合束70接着被指引以供入射于第二i/2波片74,第二K波片74旋转22.5 度的结果是旋转组合束70的极化平面45度，提供具有实质相等的p (垂直) 与s (水平)极化分量的一束。组合且旋转后的束71被指引至一布鲁斯特
(Brewster)极化束分割器78,束分割器78的极化轴相对于组合且旋转后的 束71的极化平面设定为45度。第二个A皮片74不存在时，束分割器78将透 射极化为平行于束分割器极化轴的组合且旋转后的束71的实质所有部分，且 反射极化为垂直于束分割器极化轴的组合且旋转后的束71的实质所有部分。 这样将本质地分离该组合且旋转后的束71成为其组成部分，而重新产生激光 束56与58。然而，由于组合且旋转后的束71的极化已经旋转了 45度，组合 且旋转后的束71的正交极化分量的每个由束分割器78部分透射且部分反射。 这样具有的结果为，混合该组合且旋转后的束71的两个极化分量、传送约为 一半的功率、及反射约为分离的激光束80与82中一半的功率。这些分离的束 80与82的每个由激光束56与58 二者的脉冲组成，且因此具有等于这两个束 的脉沖率的总和的一脉冲率。该两个分离的束80与82的功率比可通过从标称 角度22.5度改变该^波片74的角度而调整。
组合且旋转后的束71可择性地分割成为四个激光束80、 82、 88与90， 其每个为等于激光50与52的组合功率的约四分之一，且具有一脉冲率为等于 由激光50与52所分别发射的束56与58的脉冲率总和。此分割由显示于一虚
(dashed)线的界限且为由图2的虚拟(phantom)线所代表的构件而达成。 组合且旋转后的束71 (其为选用的实施例而初始自一^波片92传送)通过选 用式分割器94分割成为两个大约相等的束而产生选用的束96与98。通过选 用式镜100、选用式K波片102、选用式分割器104、与选用式镜106,以产生 总共四个输出束80、 82、 88、与90，束96与98的每个可由众所周知的技术 指引至工件上的所需位置。可用于各束的功率比可通过调整^波片74、 92、与102而设定，如上所述。熟悉本项技术人士将知悉的是此种方法可如所期望 地被扩大以产生附加的激光束对。
图3的曲线图IIO说明了单个激光的在PRF (kHz)与脉冲能量(juJ) 之间的非线性关系。曲线112代表一给定激光的峰值脉冲能量，其可做为PRF 的函数。熟悉本项技术人士将知悉的是此关系一般运用于微加工应用的大范 围的激光型式。直线114代表特定工件的烧蚀所需的最小峰值脉冲能量，约为 80jaJ。线112与114相交于代表可用于烧烛所选择的工件的最大PRF的一点 116，其在此情况下约为62kHz。如果一系统是以独立操作的两个激光所构成， 则该系统的最大处理量将受限于两个光点，每个以62kHz烧蚀。
图4中的曲线图12(H兌明了根据本文所述的原理而构成的一种双激光系统 的性能。具有与图3所示的相同的PRF/脉冲能量特征的两个激光器如图2所 示组合。曲线图120中的曲线122显示了由来自激光器50与52的交替脉冲所 组成的组合束70的PRFW永冲能量关系。曲线图120中的直线124显示了烧蚀 选择工件所需的最小峰值脉冲能量。由于组合束70实质上相等地分割于两个 束之间，因此所需的峰值脉冲能量约为图3的直线104所示的峰值脉沖能量的 二倍，或约为160iliJ。线122与124相交于代表可用于烧蚀所选工件的最大 组合PRF (约为87 kHz)的一点126。由于PRF与脉冲能量之间的非线性关 系，从而此PRF大于图3所示的62 kHz的PRF以烧蚀相同的材料。因此，根 据这里揭示的技术所实施的一种双激光系统将具有等于在87 kHz的PRF所烧 蚀的两个光点的一最大系统处理量。由于最大烧蚀率且因此该系统处理量系是 PRF的一函数，从而根据本文这里揭示的原理所构成的一种双激光系统系将具 有高达利用独立操作的每个激光所构成的系统的140%的处理量。
在较佳实施例的第二实施中，由这里揭示的本发明所产生的激光脉冲用于 实现一晶片或基板的单独化或切割成为多个独立的零件。电子制造中常见的 是，在单个基板上构造一给定的电路或电路元件的多个副本。用于半导体切割 的较佳的工件包括硅晶片、其它的硅基材料(包括碳化硅与氮化硅)、以及 III-V与II-VI族的化合物(诸如砷化镓)，其中，集成电路运用光刻技术而 构成。 一第二实例是厚膜电路，其中，电路组件或电子装置网印在一般由一烧 结(sintered)陶瓷材料所作成的一基板上。 一第三实例是薄膜电路，其中，
导线与被动电^各元件通过溅镀或蒸镀而应用于例如由一半导体材料、陶瓷、或
其它材料所作成的一基板上。 一第四实例为显示器技术，其中，用于制造LCD
或等离子体显示器的塑料膜可使用此技术而单独化。所有这些应用的共同处是 期望将含有多个电路、电路元件的一基板或仅仅该基板的区域有效地分割成为 单独的零件。
将这里揭示的发明应用于单独化的优点类似于通孔钻孔的上述的优点。将 两个或更多个激光器应用于该处理可提高系统的处理量，因为多个并行线性切 割一般被要求来单独化大多数的基板。运用这里揭示的本发明将提高系统的处 理量，因为在能量大于各个单位时间所递送的烧蚀阈值的能量时，如同通孔钻 孔的单独化速率是脉冲数目的一函数。
图5A、 5B、与5C通过将以独立激光器构成的一种双激光系统每个单位 时间递送的脉冲数与根据这里揭示的发明构成的一种双激光系统每个单位时 间递送的脉沖数目相比较，来说明此处理。
图5A中的曲线图130说明了一种现有技术系统的两个类似范例激光器的 其中一个的脉冲能量与PRF之间的关系，其中，该现有技术系统使用两个独 立的激光器以同时处理一工件上的两个位置。曲线图130显示一脉冲串132， 每个脉冲134具有一脉冲能量e。且需要时间to以完成在一工件上的一特定位 置的处理。间隔138显示了相邻脉冲134之间的时间，其为PRF的倒数。由 于其代表一种双激光系统，因此这个系统可在时间to之内处理在一工件上的 两个位置。
图5B中的曲线图140说明了由一脉沖串142所组成的组合束70。脉冲串 142由已由束组合器68组合的、来自激光50的实线的脉沖144与来自激光52 的虚线的脉沖146所组成。每个脉冲144、 146的峰值能量e,等于超过图5A 所示的PRF的一类似的激光所递送的束的各个脉冲134的峰值能量eQ的二倍，
的间隔148每个小于间隔138的二倍。这是图3与图4所示的脉冲能量与PRF 之间的非线性关系的结果。
图5C中的曲线图150说明了利用束分割器78分割脉冲串142而形成两 个脉冲串的结果，其中一个脉冲串显示为脉冲串152,其为来自激光50的实
线的脉冲154与来自激光52的虚线的脉冲156所组成。分割的束152的峰值 能量e2等于如于图5A所示的单个激光器的峰值能量eQ,但是脉冲间的间隔 158小于脉冲间的间隔138。因此，来自两个激光束所合成的PRF大于独立运 作的两个激光器的任何一个的PRF。因此，所需的脉冲数目在时间t2之内递送 至工件，时间t2小于时间t。。由于两个脉沖串152由分割的激光束56与58递 送至工件，相比这些激光独立运作时所需要的时间，这里所述的发明可在较少 的时间内处理两个《立置。
熟悉本项技术人士将理解的是对于由不同材料所构成的不同的单层或多 层工件，诸如脉冲重复率、每个脉冲的能量、与束光点尺寸的变化的激光参数 可在不同的处理阶段期间被规划，以实现最佳化的激光微加工处理量与质量。 参阅例如Owen等人的美国专利第5,841,099号与Dunsky等人的美国专利第 6,407,363号，二者均转让给本专利申请案的受让人。熟悉本项技术人士将理 解的是诸如功率、能量分布轮廓、与光点尺寸的加热源的操作参数可在激光 处理的不同阶段期间保持为固定或是改变。
熟悉本项技术人士皆可清楚地了解在未脱离本发明根本原理前提下，可 对本发明的上述实施例的细节进行改变。因此，本发明的范畴应仅由权利要求 所决定。
权利要求
1.一种产生第一与第二处理激光束及将其运用以同时且迅速处理在个别第一与第二目标材料位置上的目标材料的方法，包含提供一第一激光，其以一脉冲重复频率发射一连串的输出脉冲，特征为随着增大脉冲重复频率而减小的峰值脉冲能量；提供一第二激光，其以一脉冲重复频率发射一连串的输出脉冲，特征为随着增大脉冲重复频率而减小的峰值脉冲能量；形成一组合激光输出，其中，第一与第二激光的输出脉冲交错，该组合激光输出以一处理脉冲重复频率操作，该处理脉冲重复频率由第一与第二激光的连串的输出脉冲的脉冲重复频率的合成所建立；分割该组合激光输出成为第一与第二处理激光束，其包括特征为峰值处理脉冲能量的连串的组合激光处理输出脉冲；及指引第一与第二处理激光束，用于入射在个别第一与第二目标材料位置上以同时自其移除目标材料，这些组合激光处理输出脉冲的峰值处理脉冲能量大于以该处理脉冲重复频率独立操作的第一与第二激光所能达成的峰值脉冲能量，因而致能一峰值处理脉冲能量的选择为有效以供目标材料以一处理率进行处理，该处理率大于由第一与第二激光的独立操作所能实现的处理率。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，第一与第二激光的连串的输出脉冲 的脉冲重复频率实质相同。
3. 如权利要求2所述的方法，其中，第一与第二处理激光束的每个的输 出脉冲形成于第 一与第二激光的 一连串的交替输出脉冲中。
4. 如权利要求1所述的方法，其中，目标材料的处理包括自第一与第 二目标材料位置移除目标材料。
5. 如权利要求1所述的方法，其中，第一与第二激光的连串的输出脉冲 的脉冲重复频率实质相同，且该等输出脉冲的交错包括以一相位移置关系总 和第一与第二激光的连串的输出脉冲，以合成处理脉冲重复频率的一值，其大 于第 一与第二激光的连串的输出脉冲的任何一个的脉冲重复频率。
6. 如权利要求l所述的方法，进一步包含分割该组合激光输出成为第三与第四处理激光束，其包括特征为峰值处理脉冲能量的连串的组合激光处理输出脉冲；及指引第三与第四处理激光束，用于入射在个别第三与第四目标材料位置上 以同时自其移除目标材料，这些组合激光处理输出脉冲的峰值处理脉沖能量大 于独立操作的第一与第二激光所能达成的峰值脉冲能量，且在处理脉冲重复频 率下该第一与第二激光每个分割成为两个束，因而致能一峰值处理脉沖能量的 选择为有效以供目标材料以一处理率进行处理，该处理率大于第一与第二激光 的独立操作所能实现的处理率，第 一与第二激光每个分割成为两个束。
7. 如权利要求1所述的方法，其中，自第一与第二目标位置移除目标材 料是形成孔于其内。
8. 如权利要求7所述的方法，其中，这些孔是盲通孔的形式。
全文摘要
一种用于提高激光微加工系统的处理量的方法及系统，其运用超过一个激光器。两个或更多个脉冲式激光束(56，58)组合且接着分离成为多个激光束(80，82)，这使得系统以大于独立操作的激光所能达成的脉冲率而同时运作在工件(20)上的多个位置，而且维持脉冲能量为等于或大于原始独立激光束的每个的脉冲能量。大多数的激光微加工应用需要多个序列脉冲以处理一工件。提高脉冲率而且维持脉冲能量可更为快速地移除材料，且因而提高激光微加工系统的处理量。
文档编号B23K26/00GK101175598SQ200680016604
公开日2008年5月7日 申请日期2006年5月18日 优先权日2005年5月19日
发明者卢可伟, 布莱恩·乔汉森, 马克·A.·昂瑞斯 申请人:伊雷克托科学工业股份有限公司