专利名称：对覆铜箔叠层板印制标记的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种对覆铜箔叠层板印制标记的装置和方法。覆铜箔叠层板被用作生产印制电路板的基材。印制电路板是用带有覆铜的，即铜覆层，高度电绝缘的叠层材料做的。通常，中间层包括一个有树脂基的，即环氧树脂的玻璃布叠层板。中间层也可以用玻璃纤维织物，aramide纤维织物或羊毛制作，或用酚醛纸叠层板制作。将一个带有覆铜箔叠层板的工件用普通的方法加工成印制电路，做法是腐蚀掉铜覆层的一部分，使留下的铜表面形成在绝缘中间层顶上的所需要的导电图形。在进行加工之前，需要对工件作标记，使工件可以清楚地辨认。为达到此目的，通常的做法是在制作上述电路板的操作中，对工件作出标记，即在不需要加工的地方贴上符号。这种方法的结果是造成铜叠层板的永久性机械变形。这种变形可能出现在工件的被标记的拐角，这对以后的加工极为不利。此外，每当需要变更符号时，需要花费比较长的时间来更换印制标记的装置。还有，做标记很难做到在铜层已经被腐蚀掉后仍然使标记的符号留在中间层上清晰可见。
为此，本发明的任务是提供一种能克服上述缺点的对覆铜箔叠层板进行标记的方法和装置。
根据本发明，这一任务的解决是通过权利要求1中所述的装置和权利要求9中所述的方法。
根据本发明的装置，配备有一个激光器，在该激光器的谐振器内有一个屏，用来控制所产生的激光束的强度。谐振器发射出的激光束开始由一个扩大透镜，例如发散透镜扩大，然后由一个聚焦透镜，例如会聚透镜将光束聚焦在准备印制标记的工件的覆铜箔叠层板的表面上。
在会聚透镜的聚焦点上，叠层板的铜表面被加热，并被激光束汽化，从而使叠层板的中间层暴露。中间层的环氧材料的表面因受热而碳化，即在环氧材料表面上形成碳化物，从而使表面变黑。
这个工序需要非常高的激光强度，因为铜的导热性极高，因此在聚焦点上很难获得所需要的温度。这就是为什么所产生的聚焦点必须非常小的原因。也是激光束在聚焦之前首先扩大的理由。例如，激光束扩大6倍时，可以获得小于50μm的聚焦直径。另一方面，激光强度必须进行适当调节，以避免中间层与顶面的铜层一起被烧透。强度的调节由配置在谐振器内的屏来完成。通过调节屏的大小，所产生的激光束的强度可以非常精确地调配。因此用激光器对工件进行扫描，可以得到所需要的印制标记。为此装置的光学部件应有利地组合在一起，以形成一个在工件表面上运动的扫描头。
本发明装置的优点是在印制标记过程中不会变形，并且在随后的工序中在这方面也不会出现问题。当需要变更符号时，只有简单地改编装置的程序，而不需要更换印制标记装置。这样，与现行的方法相比，极大地节省了时间。另外，烧上的符号，即使在铜层被腐蚀掉之后仍存在。
除了上述的对叠层板的中间层进行印制标记的工艺外，还可以用较低强度的激光束只对铜层表面进行标记。铜层表面因加热而氧化变黑。这里也同样存在一个如何在聚焦点上获得可能最高的强度，因此也必须扩大光束，然后通过屏来控制强度。
激光器最好是脉冲式地工作，即产生变强度的光脉冲。这样，通过控制脉冲频率可以确定关于时间间隔的平均强度，因为平均强度随脉冲的连续密度而增大。脉冲频率最好由配置在谐振器内的声-光调制器来控制，也可以用普通方法通过激光灯电流来控制强度。
在一个最佳实施例中，印制标记装置配备有一个夹紧装置，用来将工件上准备印制标记的区域固定在焦点平面内。重要的是，在进行印制标记时，准备做标记的工件的表面必须十分准确地被固定在焦点平面内，以保证获得满意的强度，制出图形。在一个最佳实施例中，夹紧装置包括一个固定平台，工件或标记区域被置于平台上，一个框架式的带开口的压力板，该压力板可相对于固定平台运动。准备标记的工件的表面被置于固定平台上，移动压力板，将工件固定在固定平台上应有的位置上，从而可以通过压力板的开口处对工件进行印制标记。
一个送料装置，可以准确地将工件送到标记位置，并在工件被标记之后将工件移出。在一个最佳实施例中，送料装置包括两个滚轴输送器，沿一个平面配置，并朝两个彼此垂直的方向输送工件。这样的配置有利于确定作标记的位置，并使每个滚轴输送器的输送路线由制动件限定在一个输送方向。也就是说，工件开始运动到抵靠在一个滚轴输送器上的第一制动件上，以确定在此方向上的作标记的位置，然后由垂直于前一方向的第二个滚轴输送器将工件运到抵靠在第二制动件上。这样一来，印制标记的位置便会十分清楚地被确定在运动平面上。
权利要求9中描述了用权利要求1中所述的装置对覆铜箔叠层板进行印制标记的方法。在从属权利要求10至13中分别指出了这种方法的最佳实施例。
下面将结合附图较详细地解释一个最佳实施例，附图中
图1是本发明印制标记装置的光学部件的示意图；图2是装有图1中所示部件的印制标记装置的侧面示意图；图3是图2中所示印制标记装置的正面图；图4是送料装置工作示意图；图5和图6是进行印制标记的工件的两个截段，分别示出了本发明的印制标记装置的功能。
图1示出了本发明的对覆铜箔叠层板印制标记的装置的光学结构。一个激光器10，它包括一个谐振器12，谐振器装有一个完全反射镜14和一个部分穿透镜16，谐振器12产生的激光束18通过该穿透镜发射出去。谐振器12内装有激活媒质20，这里用的是NdYAG水晶，用闪光管激励水晶，起动激光器工作流程，这里对激励的方法不评谈。谐振器12还包括一个声-光调制器22，声-光调制器使激光器10以脉冲方式进行工作。在激活媒质20和声-光调制器22之间装有一个屏24，对反射境14和可部分穿透镜16之间的部分的反射强度进行屏蔽。这样，可以通过扩大或缩小屏24的开口来控制激光束18的强度。另外，还可以通过控制声-光调制器22的脉冲频率，或者通过改变闪光管的灯电流来控制强度。
激光器10发射的激光束18被导向一个发散透镜26上，该透镜扩大激光束18。然后，被扩大的圆锥形的光束28碰在一个会聚透镜30上，该会聚透镜将激光束聚焦在示意的工件32的表面上的聚焦点f上。
发散透镜26和会聚透镜30基本上形成一个望远镜。通过该望远镜对光束18进行扩大，然后聚焦，使可以获得非常小的聚焦点f，因此，聚焦在工件32表面上的光束强度是非常高的。会聚透镜30的聚焦距离为240mm，扩大约6倍，使聚焦直径小于50μm。这样一来，高的强度使得可以根据下面图5和图6所述的原理来对覆铜箔叠层板进行印制标记。图2中所示的装置包括一个激光印制标记装置34，该装置有一个装在保护舱38内的激光头40，保护舱安装在一个机架36上，还包括一个供应装置42，其内特别装有一个电压馈送线和激光头40的冷却水。激光头40的组成如图1所示，即包括激光器10和由两个透镜26、30构成的望远镜44。如果需要，激光头40还可以包括其它光学部件，例如反射镜或类似的物件。
图2中的印制标记装置还包括一个送料装置46，在图2中只示出一部分，一个滚轴输送器48，工件32被平置于输送器上运送。滚轴输送器48沿箭头X所示方向输送工件32，直到工件32的前缘接触到制动件50，这时工件32在X方向的标记位置便确定了。
在标记位置上，如图2所示，工件32的右边部分位于配置在激光头40下面的固定平台52和配置在平台上方一定距离的压力板54之间的间隙内。压力板54是框架式的，即在其中部有一个开口，开口形成一个印制标记区。通常，标记区为方形，例如尺寸为160mm×160mm。
通过一个气动装置使压力板54向平台52垂直运动，将工件32置于平台52和压力板54之间，工件32的表面位于望远镜44的聚焦面内。这样，如前文图1所述，激光器10的光束18通过压力板54的开口被聚焦在工件32的表面上。当为了实施标记工作需要改动工件表面上的聚焦点f的位置时，可以沿水平面移动激光头40，移动的情况图中未示出。将激光头40的一部分光学部件集中在一起形成一个扫描装置是极为有利的，只需活动扫描装置，而激光器10可以保持不动。
图3示出了送料装置46的其它部件，即另一个滚轴输送器56，它垂直于图2中所示的滚轴输送器48运动，沿垂直于X方向的Y方向输送工件32。在Y方向上，工件32也会接触到一个可竖向替换的制动件58，从而确定下Y方向的标记位置。如图4所示，送料的工序如下开始由滚轴输送器56，如图3所示，将工件32在激光头40下送至制动件58。然后由第二滚轴输送器48，如图2所示，沿垂直于Y方向的X方向，将工件送到制动件50。至此工件到达了它的标记位置，由平台52和压力板54将工件的标记区固定于标记位置上。然后，聚焦激光束18和移动激光头40进行印制标记。标记印制完后，将压力板54提起，松开工件32，向下移动制动件58，沿Y方向将工件32从印制标记装置中移出。然后用另一工件重复前述的工序。
图5说明了本发明的印制标记方法和工作原理。图中的工件32的截段表示环氧树脂做的中间层60，环氧树脂被用作构成工件32表面的两个铜层62、64的基层。通过透镜30对圆锥形激光束28聚焦，铜表面62被高度加热，使铜汽化和氧化，并由铜自身的蒸气压力将铜除去。这样，便使基层60的表面暴露。基层也被加热，从而起化学反应，并在表面上形成黑色碳化物类。此种黑化使中间层60被做上标记。如果铜层62、64相继从基层除掉，印制标记便保留在中间层60上。
图6示出以较低的激光强度进行标记的情况。在这种情况下，激光的强度不足以使铜层62汽化，铜表面只是被氧化，铜表面也会变黑。
权利要求
1．一种对覆铜箔叠层板印制标记的装置，其特征在于，它包括一个激光器(10)，在激光器的谐振器(12)内有一个强度控制屏(24)，一个扩大激光束(18)的发散透镜(26)，以及一个会聚透镜(30)，用来将扩大的激光束(28)聚焦在由覆铜箔叠层板做成的工件(32)的表面上。
2．如权利要求1所述的装置，其特征在于，激光器(10)是被做成以脉冲方式工作的。
3．如权利要求2所述的装置，其特征在于，在谐振器(12)内装有一个声-光调制器(22)，用来使激光器(10)发出脉冲。
4．如上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，有夹紧装置(52,54)，用来将工件(32)固定在会聚透镜(30)的焦点平面内。
5．如权利要求4所述的装置，其特征在于，夹紧装置(52,54)包括一个固定平台(52)，工件(32)被置于平台上，和一个框架式的压力板(54)，可以被移向平台(52)。
6．如上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，有一个送料装置(46)，用来将工件(32)送进印制标记的位置，和将做好标记的工件(32)移去。
7．如权利要求6所述的装置，其特征在于，送料装置(46)包括两个滚轴输送器(48,56)，用来将工件(32)输送到两个相互垂直的方向(X,Y)。
8．如权利要求7所述的装置，其特征在于，为了确定作标记的位置，滚轴输送器(48,56)的输送路线由制动件(50,58)限定。
9．一种对覆铜箔叠层板印制标记的方法，其特征在于，对激光束(18)扩大，然后，将扩大的激光束(28)聚焦在用覆铜箔叠层板制成的工件(32)的表面上，用一个屏(24)来控制激光谐振器(12)内的激光强度。
10．如权利要求9所述的方法，其特征在于，激光束(18)是脉冲式的。
11．如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在进行印制标记工作之前，由一个送料装置(46)将工件(32)送进标记位置，做好标记之后，再从标记位置移出。
12．如权利要求11所述的方法，其特征在于，在进行印制标记工作之前，工件(32)在第一滚轴输送器(56)上，朝第一方向(Y)被送至第一制动件(58)，然后，由第二滚轴输送器(48)朝垂直于第一方向的第二方向(X)将工件送至第二制动件(50)，工件在此位置上被标记，然后，沿第一方向(Y)从标记位置上移去。
13．如权利要求9至12中的任一项要求中所述的方法，其特征在于，在对工件进行标记时，工件(32)被固定在标记位置上。
全文摘要
一种对覆铜箔叠层板印制标记的装置,它包括一个激光器(10),在激光器的谐振器(12)内有一个强度控制屏(24),一个扩大激光束(18)的发散透镜(26),以及一个会聚透镜(30),用来将扩大的激光束(28)聚焦在由覆铜箔叠层板做成的工件(32)的表面上。在对覆铜箔叠层板印制标记的相应方法中,激光束(18)被扩大,然后,将扩大的激光束(28)聚焦在由覆铜箔叠层板做成的工件(32)的表面上,由一个屏(24)控制激光谐振器(12)内的激光强度。
文档编号H05K1/02GK1325780SQ01116159
公开日2001年12月12日 申请日期2001年5月21日 优先权日2000年5月27日
发明者克利斯朵夫·凯恩, 特奥·舒马赫 申请人:伊佐拉股份公司