[发明专利]一种封装基板表面平底盲孔的激光加工方法

权利要求书

1.一种封装基板表面平底盲孔的激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)搭建激光加工系统，激光加工系统包括短脉冲激光器(1)，短脉冲激光器(1)输出激光束经过扩束镜(2)对其进行扩束，扩束光依次经过小孔光阑(3)、第一反射镜(4)、第二反射镜(5)进入扫描振镜(6)和聚焦场镜(7)，聚焦场镜(7)将激光进行聚焦后垂直照射在移动加工平台(8)的加工工位上，短脉冲激光器(1)、扫描振镜(6)、移动加工平台(8)和计算机(9)连接；

2)将封装基板放置于超声清洗机中进行清洗，将吹干后的封装基板固定在移动加工平台(8)的加工工位上，调节移动加工平台(8)的高度，使激光聚焦于封装基板上表面；

3)通过计算机(9)控制短脉冲激光器(1)的通断，并设置短脉冲激光器(1)的激光加工参数；

4)通过计算机(9)绘制激光加工路径，并设置路径轨迹参数；

在计算机(9)上打开扫描振镜(6)的控制软件，绘制激光加工路径图，根据预加工盲孔设置圆图案，在圆图案内部采用井字型填充轨迹，设置填充间距d，即圆图案内部横纵方向上线条之间的间距；激光的加工扫描顺序为先加工圆图案轨迹，再加工井字型填充轨迹；

5)通过计算机(9)控制短脉冲激光器(1)输出激光，利用扫描振镜(6)控制激光沿设定路径在封装基板上进行盲孔加工；

6)盲孔加工完成后，取下封装基板，先后用丙酮和无水乙醇分别超声清洗20分钟，得到封装基板加工成品。

2.根据权利要求1所述的一种封装基板表面平底盲孔的激光加工方法，其特征在于：所述的步骤1)中短脉冲激光器(1)为脉冲宽度≤15ns的纳秒激光器、皮秒激光器或飞秒激光器。

3.根据权利要求1所述的一种封装基板表面平底盲孔的激光加工方法，其特征在于：所述的步骤2)中封装基板材料为环氧树脂材料、金属材料、陶瓷材料、硅基板、金刚石或功能复合材料。

4.根据权利要求1所述的一种封装基板表面平底盲孔的激光加工方法，其特征在于，所述的步骤4)中绘制激光加工路径具体为：激光先从坐标原点O通过跳转轨迹①到达圆图案扫描起始点A，开始扫描圆图案轨迹②，扫描次数为N₁次，扫描结束后激光从A点经跳转轨迹③到达圆图案内部井字型填充轨迹的扫描起始点B₁，准备开始井字型填充轨迹的加工；激光先扫描横向线条④，在线条之间的跳转遵循最短路径原则，即以S型进行扫描和跳转，从B₁点开始到B₂点结束；再从B₂点跳转到C₁点开始扫描纵向线条⑤，依然以S型进行扫描和跳转，到达C₂点完成一轮扫描；此时激光通过跳转轨迹⑥回到B₁点继续第二轮扫描，重复以上井字型填充轨迹的扫描过程，直到扫描次数为N₂次时完成井字型填充轨迹的加工，激光从C₂点直接跳转回原点O，扫描结束。

5.根据权利要求4所述的一种封装基板表面平底盲孔的激光加工方法，其特征在于：所述的圆图案轨迹②的半径为r，盲孔半径为R，聚焦光斑半径为ω，圆图案轨迹的半径等于盲孔半径减去聚焦光斑半径，r＝R-ω。

6.根据权利要求5所述的一种封装基板表面平底盲孔的激光加工方法，其特征在于：所述的圆图案内部井字型填充轨迹的填充线间距为d，填充线间距应等于聚焦光斑半径，即d＝ω，此时激光扫描时垂直于扫描方向的光斑重叠率为50％。

7.根据权利要求5所述的一种封装基板表面平底盲孔的激光加工方法，其特征在于：所述的步骤4)中路径轨迹参数包括激光扫描速度、激光跳转速度和激光扫描次数，激光扫描次数根据盲孔深度进行确定，圆图案轨迹的扫描次数N₁为井字型填充轨迹扫描次数N₂的一半，即N₁＝1/2N₂，以保证盲孔底部材料均匀去除。

8.一种封装基板表面平底盲孔的激光加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)搭建激光加工系统，激光加工系统包括短脉冲激光器(1)、扩束镜(2)、小孔光阑(3)、第一反射镜(4)、第二反射镜(5)、扫描振镜(6)、聚焦场镜(7)、移动加工平台(8)和计算机(9)；短脉冲激光器(1)为纳秒激光器，短脉冲激光器(1)输出激光束经过扩束镜(2)对其进行扩束，数值孔径增大，以便于减小聚焦后的激光光斑尺寸；扩束光依次经过小孔光阑(3)、第一反射镜(4)、第二反射镜(5)进入扫描振镜(6)和聚焦场镜(7)，聚焦场镜(7)将激光进行聚焦后垂直照射在移动加工平台(8)的加工工位上，短脉冲激光器(1)、扫描振镜(6)、移动加工平台(8)和计算机(9)连接；小孔光阑(3)用于滤去光斑边缘的衍射光圈，扫描振镜(6)内含一对偏转镜片，通过伺服电机控制偏转镜片偏转以完成对激光束的高速精准控制，实现二维图案的扫描加工；计算机(9)控制整个激光加工过程；

2)将厚度为0.38mm，质量分数为96％的氧化铝陶瓷封装基板用有机溶剂超声清洗30分钟，去除表面的油脂、灰尘物质，清洗后使用压缩空气吹干；将吹干后的封装基板固定在移动加工平台(8)的加工工位上，使用逐层划线法寻找激光的焦平面位置，划线时的激光功率设置为0.05W，重复频率50kHz，激光扫描速度为0.3mm/s，扫描次数为1次；调整移动加工平台(8)的高度至聚焦光斑照射在封装基板上表面呈现出肉眼可见的最小光点时，打开短脉冲激光器(1)，控制移动加工平台(8)以100μm的步长沿Z轴正负方向分别移动10次，分别在不同焦平面内对封装基板上表面的不同位置进行划线，划线完成后选取封装基板上宽度最细的线条，其对应的加工高度即为激光聚焦于封装基板上表面的位置，使聚焦场镜(7)照射到封装基板上表面的聚焦光斑直径为20μm；

3)通过计算机(9)控制短脉冲激光器1的通断，并设置短脉冲激光器(1)的激光加工参数，激光波长为355nm，脉宽为11ns，单脉冲能量为120μJ，重复频率为50kHz，使激光功率为6W；

4)通过计算机(9)绘制激光加工路径，并设置路径轨迹参数；

在计算机(9)上打开扫描振镜(6)的控制软件ScanMasterDesigner，绘制激光加工路径图，预加工直径为200μm，深度为100μm的盲孔，设置圆图案半径r为90μm，在圆图案内部采用井字型填充轨迹，设置填充间距d为10μm，即圆图案内部横纵方向上线条之间的间距均为10μm；激光的加工扫描顺序为先加工圆图案轨迹，再加工井字型填充轨迹；

具体为：激光先从坐标原点O通过跳转轨迹①到达圆图案扫描起始点A，开始扫描圆图案轨迹②，扫描次数为N₁次，扫描结束后激光从A点经跳转轨迹③到达圆图案内部井字型填充轨迹的扫描起始点B₁，准备开始井字型填充轨迹的加工；激光先扫描横向线条④，在线条之间的跳转遵循最短路径原则，即以S型进行扫描和跳转，从B₁点开始到B₂点结束；再从B₂点跳转到C₁点开始扫描纵向线条⑤，依然以S型进行扫描和跳转，到达C₂点完成一轮扫描；此时激光通过跳转轨迹⑥回到B₁点继续第二轮扫描，重复以上井字型填充轨迹的扫描过程，直到扫描次数为N₂次时完成井字型填充轨迹的加工，激光从C₂点直接跳转回原点O，扫描结束；设置激光扫描速度为300mm/s，激光跳转速度为4000mm/s，圆图案轨迹扫描次数N₁为10次，井字型填充轨迹扫描次数N₂为20次；

5)通过计算机(9)控制短脉冲激光器(1)输出激光，利用扫描振镜(6)控制激光沿设定路径在封装基板上进行盲孔加工；

6)盲孔加工完成后，取下封装基板，先后用丙酮和无水乙醇分别超声清洗20分钟，得到封装基板加工成品。