[发明专利]使用可程序化的脉冲形状的激光微加工

说明书

背景技术

许多激光微加工过程需要各种形状的激光脉冲。例如，不同材料的多层激光处理要求激光功率、脉冲重复率、脉冲宽度、光点尺寸、以及脉冲形状的相当大的可调整范围，以达成所希的质量与产量的一或两者。以传统式Q切换激光，所有参数、特别是脉冲宽度与脉冲形状，仅可以在有限范围上调整。传统的激光通常限制具有可调整的脉冲宽度与脉冲形状的选择。作为另一个例子，在内存芯片或其它集成电路(IC)芯片上电性传导连接的处理要求具有相当短的前缘上升时间(例如：1奈秒-2奈秒上升时间)的脉冲，以达成所希的品质与良率。以现有的固态激光，此前缘上升时间随着脉冲宽度而改变。此5奈秒-10奈秒宽激光脉冲的传统较长前缘上升时间会导致：在连接处理期间、特别是当此覆盖钝化层太厚或跨一晶圆或在一群组晶圆中宽广范围上变化时，此覆盖钝化层材料过度去除(“过度坑洞陷入”)。

对于某些印刷电路板(PCB)的通孔钻孔，脉冲宽度关键地影响产量与通孔尺寸。某些此等钻孔应用要求次奈秒或甚至微微(pico)秒的脉冲宽度的激光脉冲。此使用具有数奈秒至数十奈秒脉冲宽度的传统激光脉冲的一些激光连接过程，在所覆盖的较厚钝化层中倾向于过度坑洞陷入，且因此造成IC可靠度问题。使用具有特殊形状与快速前缘的激光脉冲(例如经剪裁脉冲)为用于控制连接处理的一种技术。此成形的激光脉冲可以通过将二极管植入于光纤激光与放大器(MOPA)而产生。然而，以光纤激光建构作为功率放大器的MOPA结构是非常复杂且昂贵。此外，光纤放大器会受到相当低的强度损害临界，还会降低激光可靠度且限制可供使用的激光脉冲强度。

在另一方面，传统主动式Q切换固态激光可以提供具有高脉冲能量的奈秒期间脉冲，但其仅提供传统激光脉动形状(即，典型地高斯形状)，其所具有前缘上升时间接近于激光脉冲宽度本身。

虽然有许多技术用于产生具有在1奈秒或更短范围中的非常短的上升时间的激光脉冲，此等技术例如为：被动式Q切换或模式锁定技术，然而其脉冲宽度是接近于短的上升时间。更重要的是，脉冲形状对于此种激光脉冲通常为固定。

揭示摘要

经剪裁脉冲对于激光处理应用是有用的，例如：激光印刷电路板(PCB)通孔钻孔，以达成对PCB铜垫的较佳产量与较少损害；以及激光连接处理，以减少在所覆盖钝化层中产生过度坑洞陷入的危险。此等较佳实施例是以一或更多个电光调变器实施，其接受驱动讯号而选择性地改变入射脉冲激光放射的数量，以形成经剪裁脉冲输出。触发来自脉冲激光放射的驱动讯号抑制了与连接处理系统的其它级有关的扰动(jitter)，以及实质上去除与脉冲激光放射建立时间有关的扰动。

经剪裁脉冲可以被功率调整，用于谐波产生较短波长。此激光成形技术提供广泛机会来处理不同材料，以符合质量要求并提供经济节省且可靠的替代解决方案，而以所使用光纤激光提供高的激光功率。

图式的简单说明

图1为在产生经剪裁激光脉冲输出中操作为激光脉冲切割装置的电光调变器的简化方块图。

图2显示在行(a)、(b)、(c)、(d)、以及(e)中通过图1的激光脉冲切割装置所产生五个可能激光脉冲形状形成的示例。

图3A为使用“快速多状态”(FMS)的电光调变器与脉冲谐波激光源的激光系统的简化方块图。

图3B显示以较佳脉冲谐波激光源所执行的图3A的激光系统。

图4A为使用FMS电光调变器与基本脉冲激光源的激光系统的简化方块图，此两者与二极管泵放大器和谐波转换调变器配合，以产生经剪裁脉冲输出。

图4B-1为类似于图4A激光系统型式的激光系统的简化方块图，其不同处为直接耦合FMS电光调变器的输出而不会放大至谐波转换调变器中以产生经剪裁脉冲输出。

图4B-2与图4B-3说明三个不同对的示波器迹线，其显示图4B-1的激光系统的脉冲激光源、FMS电光调变器、以及谐波转换模块的激光输出脉冲波形。

图4C为激光系统的简化方块图，其使用Q切换激光与谐波转换调变器，此两者配合以形成且对FMS电光调变器施加频率转换激光输出，用于直接产生经剪裁脉冲输出。

图4D为使用主振荡器功率放大器(MOPA)的激光系统的简化方块图，其通过电光调变器执行以产生基本经剪裁脉冲输出，用于随后的放大与谐波转换以形成放大的经剪裁脉冲输出。

图5A为激光系统的简化方块图，其使用MOFPA与FMS电光调变器，此两者与谐波转换调变器配合，以产生经剪裁脉冲输出。