[发明专利]一种封装基板表面导通孔小锥度高质高效加工装置及方法

权利要求书

1.一种封装基板表面导通孔小锥度高质高效加工装置，其特征在于：包括超声辅助激光加工系统，超声辅助激光加工系统包括光路系统和超声振动辅助装置，光路系统包括短脉冲激光器(1)，短脉冲激光器(1)输出的激光束依次经过扩束镜(2)、小孔光阑(3)、第一反射镜(4)、第二反射镜(5)、扫描振镜(6)和聚焦场镜(7)后作用在封装基片上，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)和聚焦场镜(7)构成光路系统；

封装基片装夹在激光打孔用夹具(8)上，激光打孔用夹具(8)固定在超声振动加工平台(9)上，超声振动加工平台(9)连接在超声换能器(10)上，超声换能器(10)连接在超声发生器(11)，超声发生器11固定在精密运动工作台(12)上，超声振动加工平台(9)、超声换能器(10)和超声发生器(11)构成超声振动辅助装置；

短脉冲激光器(1)、扫描振镜(6)、超声发生器(11)、精密运动工作台(12)和计算机(13)连接。

2.一种封装基板表面导通孔小锥度高质高效加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)搭建超声辅助激光加工系统，超声辅助激光加工系统包括光路系统和超声振动辅助装置，光路系统包括短脉冲激光器(1)，短脉冲激光器(1)输出的激光束依次经过扩束镜(2)、小孔光阑(3)、第一反射镜(4)、第二反射镜(5)、扫描振镜(6)和聚焦场镜(7)后作用在封装基片上，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)和聚焦场镜(7)构成光路系统；

封装基片装夹在激光打孔用夹具(8)上，激光打孔用夹具(8)固定在超声振动加工平台(9)上，超声振动加工平台(9)连接在超声换能器(10)上，超声换能器(10)连接在超声发生器(11)，超声发生器11固定在精密运动工作台(12)上，超声振动加工平台(9)、超声换能器(10)和超声发生器(11)构成超声振动辅助装置；

短脉冲激光器(1)、扫描振镜(6)、超声发生器(11)、精密运动工作台(12)和计算机(13)连接；

2)将封装基板放置于超声清洗机中超声清洗20分钟，将风干后的封装基板装夹在激光打孔用夹具(8)上；

3)通过计算机(13)控制精密运动工作台(12)沿X、Y轴两个方向进行移动，将超声振动辅助装置移动到聚焦场镜(7)的正下方，同时控制精密运动工作台(12)通过Z轴调节超声振动辅助装置的高度，使激光聚焦于封装基板上表面；

4)通过计算机(13)控制超声发生器(11)的通断，使用超声振动辅助装置的自动调频功能寻找封装基板的耦合振动频率，并设置相应的超声振动辅助加工参数；

5)通过计算机(13)设置短脉冲激光器(1)的激光加工参数，包括激光输出波长、激光脉冲宽度、单脉冲能量和脉冲重复频率；

6)通过计算机(13)在扫描振镜(6)的控制软件上绘制激光多圆环切加工轨迹，并设置激光扫描轨迹参数；

7)通过计算机(13)控制短脉冲激光器(1)输出激光，激光经过光路系统后聚焦到封装基板上表面，同时，超声振动辅助装置输出超声波，并通过激光打孔用夹具(8)将超声振动传导到封装基板上，激光在扫描振镜(6)的控制下沿设定路径在封装基板上进行通孔加工；

8)通孔加工完成后，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。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的封装基板表面导通孔直径≥100μm。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的短脉冲激光器(1)为脉冲宽度≤15ns的纳秒激光器、皮秒激光器或飞秒激光器。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的激光打孔用夹具(8)采用铝合金材料以提高超声波传导性能。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的封装基板为厚度≥0.1mm的陶瓷材料、金属材料、硅基板、金刚石或功能复合材料。