專利名稱：片式電阻刻蝕的激光脈寬可調控制方法
技術領域：
本發明屬于激光精細加工領域，涉及到片式電阻激光刻蝕中通過調整激光器輸出脈沖寬度進行加工工藝控制的方法。
激光精細加工技術在信息產業中的作用越來越重要，激光片式電阻刻蝕設備(激光調阻機)近十幾年來得到了廣泛的應用，片式電阻的激光調阻機理主要是用脈沖激光沿電阻基片的橫截面積進行刻蝕，使相應的半導體材料氣化，從而使電阻阻值增大，達到要求的電阻精度，同時滿足相應的后續工藝要求。目前國際上僅有美國、日本等少數幾家公司可以生產這種設備，其對片式電阻的刻蝕工藝、刻蝕速度和控制精度均處于不斷完善和提高階段，刻蝕速度可達每小時二十幾萬只，刻蝕精度可達千分之一，刻蝕形狀、刻痕有著嚴格的工藝要求。目前使用的激光調阻機主要采用的工藝控制參數是激光器的功率(幾瓦的平均功率)、脈沖頻率(10KHZ左右)、刻蝕光斑重疊率以及光束掃描速度等。由于激光調阻機需要對高、中、低不同阻值的片式電阻進行精密調修，且應滿足調修前后的工藝要求，而不同阻值的片式電阻基片是由不同的半導體材料印刷而成，其物理特性和印刷厚度存在著差異，可調片式電阻達數百種之多，應有不同的工藝控制參數。這里除光束掃描速度影響生產效率和刻蝕精度外，其它均可看成是對激光器的控制，反應為刻蝕能量、刻蝕強度、刻蝕頻率以及光斑穩定性。一般YAG脈沖激光器在脈寬恒定時，相同的脈沖頻率，其峰值功率隨平均功率增大而增大；相同的平均功率，其峰值功率隨脈沖頻率增高而減小；相同的峰值功率，其平均功率隨脈沖頻率增高而增大；從光斑穩定性角度考慮，激光器應工作在額定平均功率，但對不同的阻值材料應有不同的要求，功率過低，可造成刻痕不透，功率過高，刻痕邊緣易融化，影響阻值穩定性；從刻蝕效率角度考慮，激光器應工作在高脈沖頻率下，但刻蝕效率還受測量頻率、光束掃描速率、阻值大小等制約；從刻痕工藝角度考慮，激光器應工作在高峰值功率下，但過強的峰值功率可造成基片裂痕，影響電阻功率和穩定性；顯然在脈寬恒定時這三個參數對不同的基片電阻同時最佳是困難的，而只能結合具體基片選擇次優組合。當脈寬可調時，上述三個參數選擇匹配的空間增大了。例如相同的脈沖頻率，通過增加脈沖寬度，可使峰值功率隨平均功率增大而不變或減小；相同的平均功率，通過減小脈沖寬度，可使峰值功率隨脈沖頻率增高而不變或增大；相同的峰值功率，通過減小脈沖寬度，可使平均功率隨脈沖頻率增高而不變或減小。以往的激光調阻機在刻蝕電阻時對激光器的控制主要通過調整激光器的輸出功率和脈沖頻率來實現，忽略了對激光脈沖寬度的控制，具有可改進性。如圖1所示，包括計算機調阻工藝參數數據庫，光束定向器控制單元，可編程脈沖發生器，YAG激光器調Q外同步控制接口，YAG激光器以及激光擴束、聚焦等組成，其中可編程脈沖發生器產生頻率可編程的調Q外同步信號。
本發明的主要目的是在傳統的片式電阻激光刻蝕中增加了對激光器的脈寬控制，解決單純依靠調整激光器的功率和脈沖頻率來選擇不同阻值的工藝參數的匹配空間小的問題，提供一種對數百種片式電阻刻蝕工藝控制參數更容易找到最佳匹配值的激光脈寬可調控制方法。
本發明實現激光脈寬可調及優選調阻控制參數的方法如下主要包括計算機調阻工藝參數數據庫、光束定向器控制單元、YAG激光器調Q外同步控制接口、YAG激光器以及激光擴束、聚焦，片式電阻刻蝕的激光脈寬可調控制的核心單元是可編程脈沖發生器，可有多種實現方式，只要滿足脈沖寬度和頻率編程控制即可。本發明為實現對激光器脈沖寬度的控制，對可編程脈沖發生器的功能進行了改進如圖2所示(1)可編程脈沖發生器滿足對YAG激光器的脈沖寬度和頻率進行編程控制，由可編程脈沖發生器控制調Q開關，可編程脈沖發生器產生脈寬及頻率信號使調Q開關同步工作，使得YAG激光器產生脈寬及頻率可編程控制的脈沖激光，脈沖激光通過相應的光路擴束聚焦，定向在電阻基片上，在光束定向器控制單元作用下，完成一次電阻基片的掃描刻蝕；(2)光束定向器使YAG激光器按設定的光束掃描速度，再使YAG激光器按所選激光功率、脈沖頻率、刻蝕光斑重疊率、脈沖寬度參數進行掃描刻蝕，刻蝕后的電阻基片經后續工藝檢測判斷其是否符合要求，若滿足需要，則將相應的YAG激光器控制參數保留在計算機的工藝參數數據庫中，否則修改上述參數，重新刻蝕電阻基片，直到找到最佳激光刻蝕控制參數后，再進行電阻基片的批量生產。
本發明方法的優點和積極效果如下本發明在傳統的片式電阻激光刻蝕中增加了對激光器輸出脈沖寬度的控制，對數百種的片式電阻工藝控制參數更容易找到最佳匹配值，使激光調阻機主要采用的工藝控制參數由四種(激光功率、脈沖頻率、刻蝕光斑重疊率、光束掃描速度)擴大到五種(激光功率、脈沖頻率、刻蝕光斑重疊率、光束掃描速度、脈沖寬度)，從而使選擇不同阻值的最佳工藝參數的匹配空間增大了，縮短了工藝調整時間，擴大了工藝調整范圍，增強了激光調阻機的工藝控制能力。
圖1是已有的激光調阻機對激光器的控制方法示意2是本發明可編程脈沖發生器實施例示意圖本發明的一個具體實施例如下本發明的方法已在我國首臺高速高精度激光調阻機中得以具體的應用，激光器采用美國LEE激光公司的1.06um聲光調Q的YAG激光器，型號為LEE-812TQ，該激光器具有調Q外同步控制接口。激光脈寬可調控制單元即可編程脈沖發生器由單片機控制的8253定時器組成，如附圖2所示，其中8253定時器的通道A工作在脈沖頻率輸出方式，通道B工作在外觸發計數輸出方式，通道A的輸出作為通道B的外觸發信號，利用單片機對通道A進行脈沖頻率編程，實現連續可變頻率的脈沖輸出，利用單片機對通道B進行計數編程，用設定的計數值控制輸出脈沖寬度，實現脈寬的連續控制。通道B的定時計數輸出作為激光器調Q外同步控制接口的輸入端，從而實現對激光器脈寬及頻率可編程控制。脈寬及頻率的最小分辨率由外部時鐘決定。
權利要求
1.一種片式電阻刻蝕的激光脈寬可調的控制方法，主要包括計算機調阻工藝參數數據庫、光束定向器控制單元、YAG激光器調Q外同步控制接口、YAG激光器以及激光擴束、聚焦，其特征在于(1)可編程脈沖發生器滿足對YAG激光器的脈沖寬度和頻率進行編程控制，由可編程脈沖發生器控制調Q開關，可編程脈沖發生器產生脈寬及頻率信號使調Q開關同步工作，使得YAG激光器產生脈寬及頻率可編程控制的脈沖激光，脈沖激光通過相應的光路擴束聚焦，定向在電阻基片上，在光束定向器控制單元作用下，完成一次電阻基片的掃描刻蝕；(2)光束定向器使YAG激光器按設定的光束掃描速度，再使YAG激光器按所選激光功率、脈沖頻率、刻蝕光斑重疊率、脈沖寬度參數進行掃描刻蝕，刻蝕后的電阻基片經后續工藝檢測判斷其是否符合要求，若滿足需要，則將相應的YAG激光器控制參數保留在計算機的工藝參數數據庫中，否則修改上述參數，重新刻蝕電阻基片，直到找到最佳激光刻蝕控制參數，進行電阻基片的批量生產。
全文摘要
本發明屬于激光精細加工領域,涉及到片式電阻激光刻蝕中通過調整激光器輸出脈沖寬度進行加工工藝控制的方法。本發明在傳統的片式電阻激光刻蝕中增加了對激光器輸出脈沖寬度的控制,使單純依靠調整激光器的輸出功率和脈沖頻率來選擇不同阻值的最佳工藝參數的匹配空間增大了,對數百種的片式電阻工藝控制參數更容易找到最佳匹配值。使激光調阻機主要采用的工藝控制參數由一般的四種擴大到五種。縮短了工藝調整時間,擴大了工藝調整范圍,增強了激光調阻機的工藝控制能力。
文檔編號H01C17/242GK1350306SQ00131928
公開日2002年5月22日 申請日期2000年10月23日 優先權日2000年10月23日
發明者湯建華, 孫繼鳳 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所