一种微型元件基板的加工方法及使用其的加工设备

1.本发明涉及激光加工制造技术领域，特别是一种微型元件基板的加工方法及使用其的加工设备。


背景技术：

2.微型元件基板是电子元器件的支撑体和电气连接的载体，比如各种线路板，随着电子产品朝着小型化和数字化发展，微型元件基板也朝着高密度、高精度、细孔径、细导线、细间距、高可靠、多层化、高速传输、轻量和薄型方向发展，因此对微型元件基板的加工成型方式有较高的要求。
3.现阶段的微型元件基板的加工成型的方式，在增材和/或减材方面，由于需要加工成型的微型元件基板的体积小等原因，质量和精准度受到了很大限制。


技术实现要素：

4.针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种微型元件基板的加工方法及使用其的加工设备，利用超声波辅助和aoi模块定位，解决了微型元件基板增材和/或减材的质量低和精准度低的问题。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种微型元件基板的加工方法，包括以下步骤：
6.a：利用aoi模块定位微型元件基板的需要加工的部位；
7.b：在所述微型元件基板覆盖加工材料；
8.在对所述微型元件基板的需要加工的部位进行增材时，所述加工材料为纳米铜；在对所述微型元件基板的需要加工的部位进行减材时，所述加工材料为腐蚀溶液；
9.c：通过激光耦合超声波对所述微型元件基板的需要加工的部位进行烧结；
10.其中，超声波作用于所述加工材料，当所述加工材料由于超声波的作用而振动时，激光照射所述微型元件基板的需要加工的部位。
11.值得说明的是，所述步骤c中，在对所述微型元件基板的需要加工的部位进行增材的过程中，超声波于所述加工材料形成正压的振动时，激光照射所述微型元件基板的需要加工的部位；在对所述微型元件基板的需要加工的部位进行减材的过程中，超声波于所述加工材料形成负压的振动时，激光照射所述微型元件基板的需要加工的部位。
12.可选地，在步骤a之前，还包括步骤d；
13.所述步骤d为：将所述微型元件基板放置于被等离子化的加工气体中。
14.具体地，在对所述微型元件基板的需要加工的部位进行增材的过程时，步骤b和步骤c之间，还包括步骤e；
15.所述步骤e为：对所述微型元件基板通入负压的直流电或者通入负压大于正压的交流电。
16.优选的，在对所述微型元件基板的需要加工的部位进行增材的过程中：
17.所述加工材料的ph值为中性、弱酸性或弱碱性；
18.在步骤c之后，还包括步骤f：利用湿法清洗溶液配合超声波作用于烧结完毕的所述微型元件基板，去除所述加工材料的残留颗粒。
19.值得说明的是，在对所述微型元件基板的需要加工的部位进行减材的过程中，还包括步骤g；
20.所述步骤g为：实时监测加工材料的ph值，通过调节所述加工材料的ph值使其稳定在酸性或者碱性。
21.可选地，在对所述微型元件基板的需要加工的部位进行减材的过程中，在步骤a和步骤b之间，还包括步骤h；
22.所述步骤h为：于所述加工材料中加入黑色色素。
23.具体地，在所述步骤c之后，还包括步骤i；
24.所述步骤i为：采用0.1mol/l的2
‑
苯基咪唑溶液对烧结完毕的所述微型元件基板浸泡25s～30s。
25.值得说明的是，一种加工设备，包括aoi模块和机械模块；
26.所述aoi模块的检测端对准所述微型元件基板，所述aoi模块用于定位微型元件基板的需要加工的部位；
27.机械模块用于利用超声波耦合激光对所述微型元件基板的需要加工的部位进行烧结。
28.可选地，所述机械模块包括激光器、振镜、聚焦透镜和超声波发生器；
29.所述激光器的输出端对准所述振镜的输入端，所述振镜用于引导所述激光器射出的激光对准所述微型元件基板的需要加工的部位；所述振镜的输出端朝向所述聚焦透镜的输入端，所述聚焦透镜的输出端朝向所述超声波发生器；
30.所述超声波发生器用于放置并振动所述微型元件基板。
31.上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：激光作为微型元件基板加工的主要手段，在超声波辅助下进行材料的增材和减材。在超声波作用下能提升微型元件基板的加工表面质量，减小内应力和裂纹的产生。另外，由于在进行加工前首先利用aoi模块定位了所述微型元件基板的需要加工的部位，从而能实现精准加工。
32.在使用激光时加入超声波作为辅助，有利于加工材料的烧结组织的均匀性，减少加工材料烧结组织的空隙率，还能提高加工部位的冶金结合强度。超声波作用时，加工材料会产生振动，加工材料在振动处于体积收缩的状态时，激光器才会发射激光。
附图说明
33.图1是本发明的一个实施例中加工方法的流程图；
34.图2是本发明的一个实施例中加工设备的结构示意图；
35.图3是本发明的一个实施例中增材时的示意图；
36.图4是本发明的一个实施例中减材时的示意图；
37.其中：1激光器；2振镜；3聚焦透镜；4超声波发生器；5微型元件基板；6加工材料；7激光。
具体实施方式
38.下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
39.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的实施方式的不同结构。为了简化本发明的实施方式的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明的实施方式可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明的实施方式提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
40.如图1所示，一种微型元件基板的加工方法，包括以下步骤：
41.a：利用aoi模块定位微型元件基板5的需要加工的部位；
42.b：在所述微型元件基板5覆盖加工材料6；
43.在对所述微型元件基板5的需要加工的部位进行增材时，所述加工材料6为纳米铜；在对所述微型元件基板5的需要加工的部位进行减材时，所述加工材料6为腐蚀溶液；
44.c：通过激光7耦合超声波对所述微型元件基板5的需要加工的部位进行烧结；
45.其中，超声波作用于所述加工材料6，当所述加工材料6由于超声波的作用而振动时，激光7照射所述微型元件基板5的需要加工的部位。
46.激光7作为微型元件基板5加工的主要手段，在超声波辅助下进行材料的增材和减材。在超声波作用下能提升微型元件基板5的加工表面质量，减小内应力和裂纹的产生。另外，由于在进行加工前首先利用aoi模块定位了所述微型元件基板5的需要加工的部位，从而能实现精准加工。
47.在使用激光7时加入超声波作为辅助，有利于加工材料6的烧结组织的均匀性，减少加工材料6烧结组织的空隙率，还能提高加工部位的冶金结合强度。超声波作用时，加工材料6会产生振动，加工材料6在振动处于体积收缩的状态时，激光器1才会发射激光7，因此，所述激光7并不是连续的，而是脉冲式的，只有当加工材料6振动时，激光器1才会发射出激光7。
48.aoi模块的作用是提供自动光学检测，是基于光学原理来对焊接生产中遇到的常见缺陷进行检测的设备。当自动检测时，aoi模块通过摄像头自动扫描所述微型元件基板5，采集图像，测试点与数据库中的合格的参数进行比较，经过图像处理，检查所述微型元件基板5上的缺陷，并通过显示器或自动标志把缺陷标示出来，供维修人员修整。
49.纳米铜中，纳米铜颗粒的尺寸为50nm
‑
500nm。纳米铜为单一尺寸的纳米铜颗粒，或者多种尺寸组合(50nm、200nm和/或500nm)的纳米铜颗粒混合。腐蚀溶液为盐酸、氯化铜、双氧水，nacl、nano3溶液、na2so4溶液中的一种或多种的溶液。
50.一些实施例中，所述步骤c中，在对所述微型元件基板5的需要加工的部位进行增材的过程中，超声波于所述加工材料6形成正压的振动时，激光7照射所述微型元件基板5的需要加工的部位；在对所述微型元件基板5的需要加工的部位进行减材的过程中，超声波于所述加工材料6形成负压的振动时，激光7照射所述微型元件基板5的需要加工的部位。
51.在超声波作用下，加工材料6振动，加工材料6的内部会交替出现正压的振动和负压的振动，在加工材料6的内部形成正压的振动时利用激光7增材，和/在加工材料6的内部形成负压的振动时利用激光7减材，能提升零件的加工表面质量，减小内应力和裂纹的产生。
52.值得说明的是，在步骤a之前，还包括步骤d；
53.所述步骤d为：将所述微型元件基板5放置于被等离子化的加工气体中。
54.所述加工气体优选为氩气或氮气等。被等离子化的加工气体带正、负电荷的离子和电子，以及中性的原子和分子所组成的集合体，能提高所述微型元件基板5的表面的洁净度以及改善所述微型元件基板5的表面性能。
55.可选地，在对所述微型元件基板5的需要加工的部位进行增材的过程时，步骤b和步骤c之间，还包括步骤e；
56.所述步骤e为：对所述微型元件基板5通入负压的直流电或者通入负压大于正压的交流电。
57.在增材的过程中，在所述微型元件基板5下方放置一块通直流负电的导电板，使纳米铜的铜离子区域浓度改变，增大电镀区域铜离子的浓度，提高增材效率。纳米铜中游离的cu
2+
离子会与在所述微型元件基板5的需要加工的部位逐渐聚集并还原为cu原子，使得所述微型元件基板5的需要加工的部位被连接修复。
58.可在增材的过程中，还能对所述微型元件基板5通交流电，交流电的负压大于正压，或者交流电在两个负压之间波动，便于cu
2+
离子被还原析出并与纳米铜颗粒紧密结合。
59.一些实施例中，所述微型元件基板5为精细线路板。在增材过程中，施加超声波辅助，有利于cu
2+
离子均匀还原成铜原子，铜原子填充在纳米铜颗粒之间，或与纳米铜颗粒连接，最终形成均匀和致密的线路，并与加工的部位的开路两端的线路结合，形成导电的连续线路。
60.具体地，在对所述微型元件基板5的需要加工的部位进行增材的过程中：
61.所述加工材料6的ph值为中性、弱酸性或弱碱性；
62.在步骤c之后，还包括步骤f：利用湿法清洗溶液配合超声波作用于烧结完毕的所述微型元件基板5，去除所述加工材料6的残留颗粒。
63.弱酸性或弱碱性的加工材料6能保持金属的活性。所述湿法清洗溶液优选为乙醇溶液、丙醇溶液或丙酮溶液中的一种。在采用所述湿法清洗溶液超声清洗烧结完毕的所述微型元件基板5后，未烧结部分的纳米铜被清洗和去除。
64.优选的，在对所述微型元件基板5的需要加工的部位进行减材的过程中，还包括步骤g；
65.所述步骤g为：实时监测加工材料6的ph值，通过调节所述加工材料6的ph值使其稳定在酸性或者碱性。
66.在减材的过程中，腐蚀溶液可加速所述微型元件基板5的需要加工的部位的去除，腐蚀液可采用酸性或者碱性的溶液，在材料的去除过程中，酸性液体消耗h
+
离子，或碱性液体消耗oh
‑
离子。优选的，腐蚀溶液使用容器预先盛装，就能对腐蚀溶液的ph进行实时监测和调节，有利于保持材料除去速度的均匀性。
67.值得说明的是，在对所述微型元件基板5的需要加工的部位进行减材的过程中，在
步骤a和步骤b之间，还包括步骤h；
68.所述步骤h为：于所述加工材料6中加入黑色色素。
69.所述黑色色素为黑米色素、黑糯米黑色素、黑豆红、黑芝麻色素和/或黑向日葵籽壳色素中的一种或多种组合。加工材料6添加所述黑色色素后，增加了加工材料6对激光7能量的吸收率，便于提高材料的加工效率。
70.可选地，在所述步骤c之后，还包括步骤i；
71.所述步骤i为：采用0.1mol/l的2
‑
苯基咪唑溶液对烧结完毕的所述微型元件基板5浸泡25s～30s。
72.所述步骤i能对所述微型元件基板5进行表面的有机防氧化处理。
73.具体的，在本实施例中，通过以下步骤对微型元件基板进行增材:
74.步骤d：将所述微型元件基板5放置于被等离子化的加工气体中；
75.步骤a：利用aoi模块定位微型元件基板5的需要加工的部位；
76.步骤b：在所述微型元件基板5覆盖加工材料6；
77.步骤e：对所述微型元件基板5通入负压的直流电或者通入负压大于正压的交流电；
78.步骤c：通过激光7耦合超声波对所述微型元件基板5的需要加工的部位进行烧结；其中，超声波于所述加工材料6形成正压的振动时，激光7照射所述微型元件基板5的需要加工的部位；
79.步骤f：利用湿法清洗溶液配合超声波作用于烧结完毕的所述微型元件基板5，去除所述加工材料6的残留颗粒；
80.步骤i：采用0.1mol/l的2
‑
苯基咪唑溶液对烧结完毕的所述微型元件基板5浸泡25s～30s。
81.值得说明的是，在本实施例中，通过以下步骤对微型元件基板进行减材:
82.步骤d：将所述微型元件基板5放置于被等离子化的加工气体中；
83.步骤a：利用aoi模块定位微型元件基板5的需要加工的部位；
84.步骤h：于所述加工材料6中加入黑色色素；
85.步骤g：实时监测加工材料6的ph值，通过调节所述加工材料6的ph值使其稳定在酸性或者碱性；
86.步骤b：在所述微型元件基板5覆盖加工材料6；
87.步骤c：通过激光7耦合超声波对所述微型元件基板5的需要加工的部位进行烧结；其中，超声波于所述加工材料6形成负压的振动时，激光7照射所述微型元件基板5的需要加工的部位；
88.步骤i：采用0.1mol/l的2
‑
苯基咪唑溶液对烧结完毕的所述微型元件基板5浸泡25s～30s。
89.值得说明的是，一种加工设备，包括aoi模块和机械模块；
90.所述aoi模块的检测端对准所述微型元件基板5，所述aoi模块用于定位微型元件基板5的需要加工的部位；
91.机械模块用于利用超声波耦合激光7对所述微型元件基板5的需要加工的部位进行烧结。
92.所述机械模块不但能通过运动对所述微型元件基板5进行加工，如激光7的扫描和超声波的产生，还能为所述微型元件基板5和加工材料6提供加工放置和支撑。
93.优选的，如图2所示，所述机械模块包括激光器1、振镜2、聚焦透镜3和超声波发生器4；
94.所述激光器1的输出端对准所述振镜2的输入端，所述振镜2用于引导所述激光器1射出的激光7对准所述微型元件基板5的需要加工的部位；所述振镜2的输出端朝向所述聚焦透镜3的输入端，所述聚焦透镜3的输出端朝向所述超声波发生器4；
95.所述超声波发生器4用于放置并振动所述微型元件基板5。
96.工作时，在超声波发生器4作用于加工材料6使其振动并使其处于体积收缩的状态时，所述激光器1向所述振镜2发射激光7，所述振镜2将所述激光7引导到聚焦透镜3，激光7通过所述聚焦透镜3射向所述微型元件基板5的需要加工的部位。所述振镜2能调节所述激光7于所述微型元件基板5的运动路线，从而能使激光7的运动路线符合加工部位的形状。
97.如图3所示，该实施例中，所述微型元件基板5为精细线路板。将一块待增材的微型元件基板5用aoi模块确认缺陷位置后刷上一层纳米铜，将微型元件基板5放置在超声波发生器4上，将直径为20μm的金属探针移动至微型元件基板5的缺陷位置上方，激光7烧结时超声加正压，使纳米铜粉结合更稳固。成型完毕后，用乙醇溶液、丙醇溶液或丙酮溶液中的一种在加超声条件下对微型元件基板5进行清洗，去除残留颗粒。对清洗完后的微型元件基板5进行钝化，印涂炭油墨。
98.如图4所示，该实施例中，将一块待减材的微型元件基板5用aoi模块确认缺陷位置后刷上腐蚀溶液，将微型元件基板5放置在超声波发生器4上，将直径为30μm的金属探针移动至微型元件基板5的缺陷位置上方，激光7烧结时超声加负压，使烧结后的颗粒易被分离。
99.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
100.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
101.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施实施进行变化、修改、替换和变型。