[发明专利]用于激光微切削的切屑捕获及移除

说明书

相关申请案的交叉参考

本案主张2008年6月18日所申请的美国临时专利申请案第61/073,672号案的权益。

著作权公告

2009伊雷克托科学工业股份有限公司著作权(2009 Electro Scientific Industries，Inc.)。此专利文件的一部分揭示包含有受到著作权保护的资料。著作权所有人并未反对任何人以传真方式复制显示在专利商标局的专利档案或记录中的此专利文件或专利揭示，但若以其它方式则保留著作权。

技术领域

本发明关于激光加工时所产生的碎屑的管理，且特别是通过激光微切削小型目标样本特性部位所产生的碎屑的管理。

背景技术

利用激光束切削金属及其它目标样本时会产生相当大量的熔融碎屑，大部分的碎屑从最接近激光切口周围的区域喷出去，因为激光束会炸穿此目标样本材料。来自激光切口宽度范围内的区域中的碎屑可能会被沿着激光束传播轴线流动的切割头气体的高压喷射而弹射出去，且流出激光束所聚集的一喷嘴外。因此，激光束的传播及切割头气体的流动均沿着一条共同的轴线。剩余的碎屑微粒会沿着垂直于切口的轨迹以高速喷出，这些轨迹位于进行切削的目标表面的轴向方向(亦即：垂直方向)以及平行于目标样本的目标表面的方向上。这些颗粒的尺寸从次毫米到次微米之间的范围内变化，而且，颗粒温度很高，通常为摄氏几百度。假如在激光微切削期间没有妥善控制碎屑的话，则激光系统会被轴向碎屑所污染，且需要每日进行清洁与维修。此外，表面碎屑可能会阻挡激光束切割路径，因而降低切除效率。

在半导体微切削系统中管理碎屑的现有技术水平乃是与其应用情形息息相关。在一些情形中(例如，半导体晶片刻划)，可能仅限制于晶片背面才可以进行加工，通过此完全避开目标表面且避开电路的主动层。其它的应用情形中仅提到碎屑经由进行激光微切削的目标材料底面喷出，但在材料的目标表面上的剩余碎屑则并未受到管理或容纳。大部分的激光微切削系统被设计成具有盖体与护罩，以保护敏感性的子系统零件免于受到水蒸汽与熔融沉淀物的影响，但是这些护罩仅能捕捉一小部分的弹出材料。虽然他们能够保护微切削设备，但是这些护罩并不能确保被加工的电子部件的品质。

钻孔时，可以使用一种「三明治」技术，其中以保护层覆盖目标的两个表面，同时钻穿此保护性覆盖层及目标材料，而稍后一起剥下覆盖层与表面碎屑(参阅Tuan A.Mai的“朝向无碎屑的激光微切削(Toward Debris-free Laser Micromachining)”，工业激光解答23：1，2008)。另一种类似的技术是在一表面上涂上一良性保护层(例如，光阻层)，其能够捕捉碎屑且在激光加工之后可以分解掉。另一种技术是在具有冲洗目标表面的水喷雾或水薄膜时实施切削，然而，液体的存在可能会导致雾气或凝结，因而影响激光光学组件(Sun及d Longtin的“具有一液体薄膜的极速激光微切削(Ultrafast Laser Micromachining with a Liquid Film)”，Proc.ICALEO，2001)。

已经在相关产业中使用刷子作为碎屑管理装置，例如，印刷电路板(PCB)铣床利用端铣床而在塑料PCB的背表面上钻设巨观孔洞，以安排印刷电路的路线。有一些设计运用真空排气管，但是目前实施此种设计的系统并无法完全包含切割表面，因此，相当大量的材料可能会从此碎屑管理系统中外漏。在PCB铣磨的应用情形中，可以将一外部真空软管装附于电路板的背面，以便定期运用真空压力而在钻穿时移走电路板材料。作为另一替代方式，刷子可以围绕钻头(或端铣床)，且与端铣床的心轴结合在一起，而且一个支撑刷子的刷子外壳可以设有真空埠，以便将钻穿电路板材料时所产生的碎屑排放出去。这样的PCB铣磨设备的范例为加州Irvine市「精密PCB产品」中所推出的Final Touch 101型基板切割机路由器系统。

发明内容