多刀具定位系統的製作方法
2023-06-10 11:43:01
專利名稱:多刀具定位系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種相對於多個相關工件上的目標位置對多個「刀具」例如雷射束或其他射束進行定位的裝置和方法，尤其涉及一種用一多級、多頭定位器準確調整多個刀具和相關目標位置的定位系統。
發明背景各種工藝技術將刀具用於微型機加工或將圖案或材料沉積在工件上目標位置的上面。例如，微型鑽頭可用來製成微型電機的機架；微型衝頭可用來在薄金屬平板中衝孔；雷射器可用來精確地加工或有選擇地蝕刻金屬、晶體或非晶試樣；離子束可用來有選擇地將帶電粒子摻雜到集成電路中。上述所有的方法共有準確而迅速地將相應刀具定位到工件上目標位置上的共同要求。
在某些大批量生產應用中，相對於多個對應的工件同時對多個刀具進行定位以提高加工量並減小總的生產成本。一種這樣的應用是用一多軸鑽床同時在多個電路板上鑽出相同組的孔。這種工具機的加工量高但需要準確地用夾具固定多個工件，它們無法補償工件中的尺寸差，並且易出現頻繁更換鑽頭的停機時間。
在一相關應用中，以前的工作人員使用雷射器加工多層電路板的上層之間的通孔。這種工具機具有高準確度且無需更換鑽頭，但它們沒有多軸鑽床的加工量高。
另外，存在兩個用來調整刀具與工件間的相對運動而暴露出的但卻對立的要求。即，特徵尺寸(feature size)在減小，使得尺寸精度需要提高，而同時工件的整體尺寸在增大。因此，強加給刀具定位器的準確度、尺寸和速度的要求正承受現有定位系統限制的重負。
現有定位器一般的特徵在於低速、長距離運動或高速、短距離運動。象X-Y平移臺這樣的低速、長距離運動定位器的特徵在於高定位準確度；而象檢流計驅動光束偏轉器這樣的高速、短距離運動定位器的特徵在於偏轉角的非線性。
一種長距離運動、高速定位方法在1985年7月30日公布的題為「METHOD AND APPARATUS FOR POSITIONING A FOCUSEDBEAM ON AN INTEGRATED CIRCUIT」的美國專利4,532,402中有所描述，其中把象檢流計這樣的高速短距離運動定位器(「高速定位器」)和象X-Y平移臺這樣的長距離運動、低速、但高準確度定位器(「低速定位器」)組合在一起。這兩種定位器能把短而快的運動與長而準確的運動結合起來，準確而迅速地把象雷射束這樣的刀具定位到一個工件例如一集成電路或一印刷電路板上的目標位置。這兩種定位器的結合運動要求首先將低速定位器移到工件上一目標位置附近的一個已知位置，停止低速定位器，將高速定位器移到準確的目標位置，停止高速定位器，使刀具在目標位置上操作，然後對下一個目標位置重複該過程。
但是，這樣一種定位方法有嚴重的缺陷。顯然，所有起動與停止都要使刀具加工工件所需時間過度增加的延遲時間量。對於用計算機的工具機控制文件或「資料庫」還有一個嚴重的缺陷，即一般指令刀具移到經過該工件的一系列目標位置上。
通過工件的雷射加工(例如具有一些小特徵的規則圖案的集成電路)要求，用一雷射束微調來說明該缺陷。若低速定位器能準確地逐圖案移動雷射束、而且高速定位器能將雷射束迅速對準要求在每個圖案中微調的所有小特徵，則定位器與雷射束會有效地配合工作。
不過，若最大圖案的尺寸超出了高速定位器的運動範圍，則必須把經過工件對刀具定位的資料庫「節段化(panelized)」為鄰接的數據段，每段都在高速定位器的運動範圍之內。上述朝向增高的尺寸精度和更大工件的趨勢實際上確保了對節段化的資料庫的需求。節段化把短、高速定位和長、高準確度定位這兩個相矛盾的任務分配為高速和低速定位器的適當運動任務。
例如，
圖1表示具有電晶體和相關電互連結構的一基本規則圖案的集成電路10，其適於用由一節段化的資料庫定位的離子摻雜刀具進行處理。在此例中，通過將硼離子可控地摻雜到集成電路10的P溝道襯底區內來調節所選電晶體的閾值電壓。待摻雜襯底區覆蓋了比高速定位器的運動範圍更大的區域。因此，低速定位器將離子摻雜刀具推動到相對對準集成電路10的節間(panel)14(用虛線示出的節間)的一原點12的位置上，在這個運動之後，高速定位器執行離子摻雜刀具和集成電路10之間所需的較短運動，以處理資料庫控制的節間14中的襯底區。在處理完節間14之後，低速定位器將離子摻雜刀具移到相對對準集成電路10的節間18的原點16的位置上，在該運動之後，高速定位器執行離子摻雜刀具和集成電路10之間所需較短的運動，以處理資料庫控制的節間18中的襯底區。
通過逐個經過各節間22、26、30、34和38的原點20、24、28、32和36重複執行上述過程，直到完全處理完集成電路10為止。注意，互連焊盤40並不完全包圍在單個節間中。幸而在此例中，互連焊盤40無需離子摻雜處理，並且對節段化的目的來說可忽略。
由於是逐步增加地執行這些運動，所以資料庫節段化至多是一個低效、近似最優法，它將刀具行程分成幾個預定分段的固有低效小運動指令組。
節段化還取決於所用特定定位器的運動能力以及被定位刀具的類型。例如，不僅要根據集成電路10的圖案規律，還要根據高速定位器的運動範圍和分配給離子摻雜刀具的特定目標位置描繪資料庫中分配給集成電路10的節間。若刀具類型改變，則可能需要不同定位器類型來處理不同目標位置上的不同特徵。兩種改變都可能需要重新對資料庫進行節段化以適應新的定位器和刀具。
節段化還要求資料庫內的每個節間都必須與工件內的節間緊鄰而不使刀具操作跨在或重疊在一個節間邊界上。在該集成電路10的例子中，若不用離子摻雜刀具而是用一雷射束刀具來處理互連焊盤40的金屬化層，則圖1所示的節段化可能並不合適，因為互連焊盤40跨過兩個節間。若工件包括不規則圖案(例如用來在一印刷電路板中鑽孔的目標位置)，則會產生相同的問題。有些工件與刀具類型的組合併不完全有助於節段化。當然，即使在一大於特定高速定位器運動範圍的空間距離上也可重複圖案的規律性。採用一種具有足夠大運動範圍的高速定位器，可能因為增大的質量和非線性度而變得適得其反。
因此，需要一種用來對各種刀具相對於各種工件進行定位的高加工量的裝置和方法，而無需一個節段化的刀具行程資料庫。
發明概述因此，本發明的目的在於提供一種在多刀加工系統中的多個定位器中自動和優選分配資料庫定位指令的改進的裝置和方法。
根據本發明的第一方面，提供一種用來在至少一個第一電路板和與該第一電路板相同的一個第二電路板中切割一預定孔圖案的方法，每個電路板具有至少一第一導體層、一介電層和一第二導體層，該方法包括至少產生分別具有第一波長的第一雷射束和具有第二波長的第二雷射束；將第一電路板和第二電路板固定到完成第一雷射束與第一電路板之間以及第二雷射束與第二電路板之間大範圍相對運動的一低速定位級上；設置完成第一雷射束與第一電路板之間以及第二雷射束與第二電路板之間小範圍相對運動的至少一個第一高速定位級和一個第二高速定位級；和調整大範圍和小範圍相對運動，以使第一雷射束在第一電路板的第一導體層中切割預定孔圖案，而第二雷射束在第二電路板的介電層中切割預定孔圖案。
在上述的用來在至少一個第一電路板和與該第一電路板相同的一個第二電路板中切割一預定孔圖案的方法中，還包括產生用來根據預定孔圖案相對於第一電路板對第一雷射束定位以及相對於第二電路板對第二雷射束定位的低速和高速運動控制信號；根據低速運動控制信號在大範圍相對運動中驅動低速定位級；和根據高速運動控制信號在小範圍相對運動中驅動第一高速定位級和第二高速定位級。
在上述的用來在至少一個第一電路板和與該第一電路板相同的一個第二電路板中切割一預定孔圖案的方法中，低速定位級包括一X軸平移級和一Y軸平移級，而且多個高速定位級固定於X軸平移級上。
在上述的用來在至少一個第一電路板和與該第一電路板相同的一個第二電路板中切割一預定孔圖案的方法中，第一電路板和第二電路板固定於Y軸平移級上。
在上述的用來在至少一個第一電路板和與該第一電路板相同的一個第二電路板中切割一預定孔圖案的方法中，第一雷射束由紫外雷射器產生，而且第二雷射束由紅外雷射器產生。
在上述的用來在至少一個第一電路板和與該第一電路板相同的一個第二電路板中切割一預定孔圖案的方法中，第一波長小於或等於355納米，第二波長在1000納米到10000納米範圍內。
在上述的用來在至少一個第一電路板和與該第一電路板相同的一個第二電路板中切割一預定孔圖案的方法中，執行調整步驟以使第一雷射束切割第一電路板的第一導體層，同時使第二雷射束切割第二電路板的介電層。
在上述的用來在至少一個第一電路板和與該第一電路板相同的一個第二電路板中切割一預定孔圖案的方法中，還包括為每個電路板確定相同的一組校準目標；檢測這些組校準目標的定位以確定與每個電路板相關的定位誤差；處理所檢測的定位誤差；和校正小範圍相對運動以補償定位誤差，以使每個雷射束可準確定位於相關電路板上的預定孔圖案上。
根據本發明的第二方面，提供一種用來在一組相同的電路板中切割預定孔圖案的方法，每個電路板具有至少一第一導體層、一介電層和一第二導體層，該方法包括產生適於切割第一導體層的第一組雷射束和適於切割介電層的第二組雷射束；將第一和第二分組電路板固定在一低速定位級上，該低速定位級完成第一組雷射束和第一分組電路板之間以及第二組雷射束與第二分組電路板之間的大範圍相對運動；設置至少第一和第二高速定位級，其完成第一組雷射束和第一分組電路板之間以及第二組雷射束與第二分組電路板之間的小範圍相對運動；和調整大範圍和小範圍相對運動以使第一組雷射束在第一分組電路板的第一導體層中切割預定孔圖案，而第二組雷射束同時在第二分組電路板的介電層中切割預定孔圖案。
在上述的用來在一組相同的電路板中切割預定孔圖案的方法中，還包括執行一工件校準過程，該過程包括檢測固定在低速定位級上每個電路板上的校正目標；和校正相關的那些高速定位級的小範圍相對運動，以便在每個電路板中準確切割預定孔圖案。
在上述的用來在一組相同的電路板中切割預定孔圖案的方法中，還包括從低速定位級上去除第二分組電路板；將第一分組電路板重新固定在低速定位級上，以用第二組雷射束切割；將第三分組電路板固定在低速定位級上，以用第一組雷射束切割；和調整大範圍和小範圍相對運動以使第一組雷射束在第三分組電路板的第一導體層中切割預定孔圖案，而第二組雷射束同時在第一分組電路板的介電層中切割預定孔圖案。
在上述的用來在一組相同的電路板中切割預定孔圖案的方法中，還包括在調整步驟之前執行一工件校準過程，該過程包括檢測固定在低速定位級上每個電路板上的校正目標；和校正相關的那些高速定位級的小範圍相對運動，以便在每個電路板中準確切割預定孔圖案。
本發明的優點在於提供用來在多個工件上同時進行刀具行程操作而無需節段化資料庫的裝置和方法。
本發明的另一個優點在於提供使用多速定位系統提高多個同時刀具行程操作的準確度和加工量的裝置和方法。
本發明的多速定位系統從一資料庫中接收未節段化的定位指令，將這些指令描繪成半正弦波定位信號，並進一步將這些半正弦波定位信號處理成低頻和高頻定位信號，用以起動相應的低速和高速定位器到達資料庫定義的目標位置。低速和高速定位器響應一組定位指令數據移動而無需停止，同時調整它們各自的運動位置從而在資料庫限定的目標位置上產生暫時靜止的刀具位置。該多速定位系統降低了高速定位器運動範圍的要求，同時無需一節段化資料庫就能提供顯著增加的刀具加工量。
將半正弦波定位信號分為加速度和位置分量。通過使位置分量經過一個四階仿形濾波器(profiling filter)實現高刀具加工量，該四階仿形濾波器具有固定延遲量並產生用來驅動低速定位器的低頻位置和加速度分量。用同樣的量(如固定延遲量)來延遲未濾波的位置和加速度分量，以產生用來驅動高速定位器的高頻位置和加速度分量。通過將這些饋通相關誤差作為部分高速定位指令指向高速定位器，來校正由低速定位器對饋通給仿形濾波器的高速級分量的不響應性造成的低速定位誤差。通過將實際刀具位置與修改低速和高速級定位信號的反饋網絡中的指令刀具位置進行比較，來校正由與定位器相關的慣性和摩擦造成的定位誤差。
本發明的多速、多頭定位器實施例，接收和處理如上的未節段化定位指令，起動低速定位器和固定於低速定位器上的多個高速定位器，同時相對於多個相關工件上的目標位置對多刀具進行定位。每個高速定位器連接到一高速級信號處理器上，該高速級信號處理器向每個高速級定位器提供校正過的定位數據，以補償高速級的非線性度和多個工件中的工件位移、偏移、旋轉和尺寸變化。
該多速、多頭定位系統通過用單獨一個系統同時加工多個工件可降低工件加工成本和改善工件加工量。另外，由於具有處理位移、偏移、旋轉和尺寸變化的工件的能力，故減少加工過工件的廢品。
該多速、多頭定位器的一個優選實施例，在印刷電路板(「ECB」)中切割盲通孔(blind via hole)具有提高的產量和加工量。在本實施例中，一半刀具為紫外(「UV」)雷射器，它們易於切割導體層和介電層，而且另一半刀具為紅外(「IR」)雷射器，它們僅易於切割介電層。控制紫外雷射器切割上導體層和下介電層的一部分，控制紅外雷射器切割剩餘的介電層而不切穿或破壞第二下導體層。這些組合雷射加工步驟將一寬加工窗用於在ECB中切割盲通孔。另外，通過在未加工ECB中切割導體層而同時在已切割了它們的導體層的ECB中切割介電層來增加產量。通過在產生任何ECB位移、偏移、旋轉和尺寸變化的每個切割步驟之前執行一個工件校準來增加加工量。
根據以下參照附圖進行的對本發明優選實施例的詳細描述，本發明的其他目的和優點將會顯而易見。
附圖簡述圖1是根據已有技術定位器運動節段化方案而被節段化以用於刀具加工的一個集成電路工作區的平面圖。
圖2是本發明的多級雷射束定位系統的框圖。
圖3A與3B是時間與速度關係曲線圖，分別表示根據本發明的定位指令所處理的兩段和三段定位器的速度曲線。
圖4是表示適於本發明使用的已有技術的檢流計驅動反射鏡定位器的局部零件側視圖。
圖5是表示響應根據本發明的定位信號的高速與低速定位級速度與位置的波形圖。
圖6是表示本發明的多頭雷射加工系統的斜視圖。
圖7是一數位訊號處理系統的簡化電氣框圖，該系統包括用在圖6的多頭雷射加工系統中的多個高速級信號處理器。
圖8是用在圖7的數位訊號處理系統中的多個高速級信號處理器中的一個的簡化電氣框圖。
優選實施例詳述圖2表示一按照本發明具有定位指令執行能力的多級刀具定位系統50。僅參照單頭的雷射切割孔系統舉例說明本定位系統50，該系統利用數位訊號處理器(「DSP」)52控制高速檢流計式定位級54(「高速級54」)、低速X軸平移級56(「低速級56」)和低速Y軸平移級58(「低速級58」)，從而將雷射束60射向單個工件62(例如一印刷電路板)上的目標位置。雖然定位系統50由固定在低速級56上的高速級54和固定在低速級58上的單個工件62具體化，但是刀具定位系統的其他結構，例如其中在低速級56上固定多個高速級54和在低速級58上固定多個工件62的結構，也有利於採用本發明。
系統控制計算機63對存入資料庫存儲子系統64中的刀具行程資料庫進行處理。該資料庫含有利用雷射束60在工件62中切割孔和/或輪廓線所需的加工參數。該資料庫便於利用一刀具行程生成程序(例如由位於Eugene，Oregon的Camex Manufacturing Technologies製作的SMARTCAMTM)編制。系統控制計算機63將該存儲資料庫的分析部分傳輸給雷射器控制器68，並且將該資料庫的定位控制部分作為一數據流傳輸給增量處理部分70。增量處理部分70將該數據流轉變為位置增量(「dx」和「dy」)、速度增量(「dv」)和時間增量(「dt」)分量，令每個分量使經過工件62的雷射束60的路徑變化。因此，雷射束60的每一運動都由dx、dy、dv和dt分量限定，這些分量還由位置仿形器(positionprofiler)72處理成一個半正弦波仿形定位信號。
雷射控制器68由增量處理部分70產生的定時數據控制，還由根據同步技術使雷射器76的發射與高速級54和低速級56和58的動作同步的觸發處理部分調整，該同步技術例如為1995年9月26日公布的美國專利5,453,594中所述的那種，其題目為「RADIATION BEAM POSITIONAND EMISSION COORDINATION SYSTEM」，該專利已轉讓給本申請的受讓人。
增量處理部分70根據參照圖3A與3B描述的一優選BASIC語言信號處理程序生成dx、dy、dv和dt分量。
在調入被稱作「gen_move」的優選程序之前，初始化最大加速度(amax)、最大速度(vmax)和最小時間(tmin)的極值。這些極值是由特定定位器硬體(高速或低速)所施加的實際硬體極值，該特定定位器硬體需要根據一特定定位指令移動大部分距離。例如，若運動距離小於最大高速定位器運動範圍的25％，則設定這些值用於高速定位器。否則設定這些值用於低速定位器。高速級54和低速級56與58的極值如下高速 低速vmax(米/秒) 1 0.25amax(g) 50 1.0tmin(毫秒) 2 20.0程序gen_move可以計算所需用來使定位級在兩個或三個運動段中從任意初始位置和初始速度移動到任意末位置和末速度的dx、dy、dv和dt值。
所有運動段包括一個半正弦波曲線加速度段(「段1」)、一個恆速段(「段2」)和一個半正弦波曲線減速度段(「段3」)的某種組合。如圖3A所示，當一個定位指令大得足以使定位器速度到達+vmax或-vmax時，段2包括於段1與3之間。否則，如圖3B所示，僅包括段1和3(段2等於0)來執行兩段移動指令。熟練工作人員將易於理解程序gen_move通常與以下BASIC語言描述相一致。
程序gen_move(g，h)附註「g」和「h」是指向從資料庫選取的位置與速度的一個變址陣列的指針。
xi＝px(g)！x初始位置！umyi＝py(g)！y初始位置xvi＝vx(g)！x初始速度！um/secyvi＝vy(g)！y初始速度xf＝px(h)！x末位置yf＝py(h)！y末位置xvf＝vx(h+1)！x末速度
yvf+vy(h+1)！y末速度附註根據位置、初始和末速度以及最小運動時間的總變化計算X和Y運動的最大(或最小)絕對速度(上限為vmax)。
dx＝xf-xidy＝yf-yixvmax＝dx/tmin-(xvi+xvf)/2IF xvmax＞vmaxxvmax＝vmaxENDIFIF xvmax＜-vmaxxvmax＝-vmaxENDIF附註假定dt1＝dt3。若dt1與dt3＝tmin，則採用最大速度。
yvmax＝dy/tmin-(yvi+yvf)/2IF yvmax＞vmaxyvmax＝vmaxENDIFIF yvmax＜-vmaxyvmax＝-vmaxENDIF附註計算段1與3的dt，假設需要三段執行該特定定位指令。
kpo2＝(PI/2)/amaxdt1＝MAX(tmin，ABS((xvmax-xvi)*kpo2)，ABS((yvmax-yvi)*kpo2))dt3＝MAX(tmin，ABS((xvf-xvmax)*kpo2)，ABS((yvf-yvmax)*kpo2))附註計算x和y軸的dt2(xdt2和ydt2)。若兩個中的一個的結果為正，則需要一恆速段2。xdt2和ydt2還確定一主軸，即，需要以恆定最大速度移動的最大時間的軸。
IF xvmax＞0 xdt2＝(dx-((xvi+vmax)*dt1/2)-((xvf+vmax)*dt3/2))/vmax ELSE xdt2＝(dx-((xvi-vmax)*dt1/2)-((xvf-vmax)*dt3/2))/-vmax ENDIF IF yvmax＞0 ydt2＝(dy-((yvi+vmax)*dt1/2)-((yvf+vmax)*dt3/2))/vmax ELSE ydt2＝(dy-((yvi-vmax)*dt1/2)-((yvf-vmax)*dt3/2))/-vmax ENDIF IF xdt2＞0 OR ydt2＞0 ！三段運動附註計算每個運動段的dp、dv。
IF xdt2＞ydt2！X主軸 dx1＝(xvi+xvmax)*dt1/2 xdv1＝xvmax-xvi dx2＝((-xvi-xvmax)*dt1/2)+((-xvmax-xvf)*dt3/2)+dx xdv2＝0
!-- SIPO DP --
dp/dx3＝(xvmax+xvf)*dt3/2xdv3＝xvf-xvmaxydt2＝xdt2kb＝1/(2*ydt2+dt3+dt1)dy1＝((yvi-yvf)*((dt1*dt3)/2+(dy+yvi*ydt2)*dt1)*kbydv1＝((-yvi-yvf)*dt3+2*dy-2*yvi*(ydt2+dt1))*kbdy2＝(2*dy-dt1*yvi-dt2*yvf)*ydt2*kbydv2＝0dy3＝((yvf-yvi)*((dt3*dt1)/2+(dy+ydt2*yvf)*dt3)*kbydv3＝((yvi+yvf)*dt1-2*dy+2*(dt3+ydt2)*yvf)*kbELSE！Y主軸dy1＝(yvi+yvmax)*dt1/2ydv1＝yvmax-xvidy2＝((-yvi-yvmax)*dt1/2)+((-yvmax-yvf)*dt3/2)+dyydv2＝0dy3＝(yvmax+yvf)*dt3/2ydv3＝yvf-yvmaxxdt2＝ydt2kb＝1/(2*xdt2+dt3+dt1)dx1＝((xvi-xvf)*((dt1*dt3)/2+(dx+xvi*xdt2)*dt1)*kbxdv1＝((-xvi-xvf)*dt3+2*dx-2*xvi*(xdt2+dt1))*kbdx2＝(2*dx-dt1*xvi-dt3*xvf)*xdt2*kbxdv2＝0dx3＝((xvf-xvi)*((dt3*dt1)/2+(dx+xdt2*xvf)*dt3)*kbxdv3＝((xvi+xvf)*dt1-2*dx+2*(dt3+xdt2)*xvf)*kbENDIFELSE！兩段運動附註計算dtx和dty以確定段1和3的dt。twomovetime(xvi，xvf，xi，xf，xdt)twomovetime(yvi，yvi，yi，yf，ydt)附註對於兩個段運動來說，dt1＝dt3＝dtx或dty中較大者。dt1＝MAX(xdt，ydt)dt3＝dt1附註計算段1和3的dp和dv。twosegmentmovexdt2＝0ydt2＝0dx2＝0dy2＝0xdv2＝0ydv2＝0ENDIFRETURN附註程序gen_move結束。程序twosegmentmovedx1＝dx/2+xvi*dt1/4-xvf*dt1/4xdv1＝dx/dt1-3*xvi/2-xvf/2dy1＝dy/2+yvi*dt1/4-yvf*dt1/4ydv1＝dy/dt1-3*yvi/2-yvf/2dx3＝dx/2-xvi*dt3/4+xvf*dt3/4xdv3＝-dx/dt3+xvi/2+3*xvf/2
dy3＝dy/2-yvi*dt3/4+yvf*dt3/4ydv3＝-dy/dt3+yvi/2+3*yvf/2RETURN程序twomovetime(vi，vf，ip，fp，VARdt) LOCAL k1，k2，k3 dt＝tmin k1＝3*vi+vf k1s＝k1^2 k2＝(32/PI)*amax*(fp-ip) k3＝PI(8*amax) IF k1s+k2＞0 dt＝MAX(dt，k3*(-k1+SQR(k1s-k2))) ENDIF IF k1s-k2＞0 dt＝MAX(dt，k3*(k1+SQR(k1s-k2))) ENDIF k1＝vi+3*vf k1s＝k1^2 IF k1s+k2＞0 dt＝MAX(dt，k3*(-k1+SQR(k1s+k2))) ENDIF IF k1s-k2＞0 dt＝MAX(dt，k3*(k1+SQR(k1s-k2))) ENDIF RETURN再參見圖2，增量處理部分70產生的dx、dy、dv和dt分量，進一步由位置仿形器72處理成所需用來在資料庫的指令下移動高速級54和低速級56與58的半正弦波定位信號。理論上，定位器的加速度與動力成正比，而動力與供給定位器驅動器(例如一線性或旋轉的伺服電動機或一檢流計線圈)的電流成正比。因此，位置仿形器72產生的定位信號是一系列「全譜(full-spectrum)」半正弦波曲線的加速度感應(acceleration-inducing)定位步驟，這些步驟導致如圖3A和3B中所示的那些運動。該全譜帶寬僅需約250赫茲，這麼大的帶寬足以將一典型的檢流計驅動反射鏡定位器以其最大頻率驅動。
全譜定位信號的瞬時值，是由DSP52通過把增量處理70產生的dx、dy、dv和dt分量用作在DSP52中運行的一正弦值生成程序的變量以約每秒10000點的速率產生。另一方面，dx、dy、dv和dt分量可用來尋址和取出存入一正弦值查找表中的相關正弦波值，該表被併入DSP52中。
所得到的全譜定位信號含仿形濾波器78和延遲元件79所接收的加速度與位置分量，該仿形濾波器78有一恆定信號傳送延遲量，而延遲元件79在DSP52中補償仿形濾波器78的恆定信號傳送延遲量。例如，延遲元件79將位置仿形器72產生的雷射觸發脈衝延遲到與高速級54和低速級56與58的延遲運動相一致。如下所述，仿形濾波器78與延遲元件79還共同將低速級56和58穩定移過平均位置曲線而將其加速度限制在±1g，並且共同將高速級54的定位運動限制在±10毫米。
位置分量由仿形濾波器78接收以產生用以驅動低速級56與58的濾出位置指令數據。仿形濾波器78最好是由下式1所表示的一個四階低通濾波器。G(s)=[1(s)2+2s+1]2----(1)]]>在式1中，ω是仿形濾波器78的固有或截止頻率，ζ是其阻尼比。最好ω等於38弧度每秒，而ζ等於0.707。ζ的0.707值稱為臨界阻尼比，因為它產生一個與仿形濾波器78截止頻率ω以內的頻率成線性關係的相位滯後。該線性相位滯後導致具有固有頻率以內一頻率分量的任意半正弦波定位信號的恆定延遲時間。對於式1的濾波器，此延遲時間等於4ζ/ω秒。
由於仿形濾波器78根據半正弦波定位信號位置分量產生具有一恆定延遲時間的濾出位置指令數據，所以該恆定延遲時間由延遲元件79補償。最好在DSP52中把延遲元件79作為把半正弦波定位信號的加速度和位置分量從位置仿形器72傳輸給高速級54的信號處理元件的程序延遲來實現，這些信號處理元件首先是加法器80和82。因此，發送給高速級54的半正弦波定位信號，與發送給低速級56和58的濾出位置指令在時間上同步。
來自位置仿形器72的加速度分量還由仿形濾波器78濾波，從而將一濾出的加速度指令提供給加法器80和前饋處理部分94。加法器80起高通濾波器的作用，它從全譜定位信號的加速度分量中減去被濾出的加速度指令而形成一檢流計式加速度前饋信號，並把該信號傳輸給前饋處理部分86。同樣，分別把來自仿形濾波器78的濾出位置指令和半正弦波定位信號的延遲位置分量，傳輸給分別用於處理與分配的加法器90與82以及低速級56與58和高速級54。檢流計濾波器97和伺服濾波器98是傳統的迴路補償濾波器，起著保持高速級54和低速級56與58穩定的作用。
通過級聯兩個或兩個以上具有臨界阻尼比的二階濾波器來實現仿形濾波器78。當所級聯的濾波器的數目增加到兩個以上時，它們的截止頻率提高到約為濾波器數目的平方根倍(例如，兩個濾波器的截止頻率是單個濾波器截止頻率的1.414倍)。最好級聯兩個濾波器以提供良好的平滑性同時保持整體濾波器裝置簡單。
式1表示的仿形濾波器響應，可通過雙線性變換表達為一離散的等效信號。所得到的數字傳遞函數由下式2表示。Gz(z)=k(z2+2z+1)2(z2+b1z+b2)2----(2)]]>作為給出以前的輸入和輸出的濾波器輸出yK和wK時域方程，由下式3和4表示。
yk＝wk+2wk-1+wk-2-b1yk-1-b2yk-2(3)wK＝k(Vk+2Vk-1+Vk-2)-b1wk-1-b2wk-2(4)公式3與4中的係數由如下式5表示的變量確定。kb1b2=(2T24+4T+T22)2-8+2T224+4T+T22-4T+4+T224+4T+T22----(5)]]>式5中，T為濾波器的採樣周期，ω為其截止頻率，ζ為其阻尼比。
對於仿形濾波器78來說，優選的38弧度每秒截止頻率(約6赫茲)與10千赫速率相比是一極低的頻率，在10千赫速率頻率下DSP52更新低速級56和58的定位數據。若仿形濾波器78在10千赫低速級更新頻率下工作，則離散濾波器係數對捨入誤差敏感，這是因為離散濾波器的極點向單位圓靠近。因此，最好仿形濾波器78在兩個如式3與4表示的二階濾波器的情況下工作，以對濾波器方程降階並使濾波器係數適當受控。仿形濾波器78還接收來自位置仿形器72的加速度指令並生成濾出的加速度指令，並將濾出的加速度指令傳輸給伺服前饋處理部分94和加法器80。
最好在10千赫的更新速率下計算出理想的運動曲線指令，在加法器80和82上從該指令中減去低速級加速度和實際(未指令的)位置，以分別產生高速級加速度和位置指令信號。
通過加法器80和前饋處理部分86處理高速級加速度指令信號，而通過加法器82和檢流計式濾波器97處理高速級位置指令信號。在加法器84中把處理過的高速級信號加在一起並傳輸給檢流計式驅動器88。
同樣，通過前饋處理部分94處理低速級濾出的加速度指令，而通過加法器90和伺服濾波器98處理低速級濾出的位置指令。在加法器92中把處理過的低速級信號加在一起並傳輸給線性伺服電動機驅動器96。
檢流計式驅動器88向高速級54中的一對鏡偏轉檢流計提供偏轉控制電流，而且伺服電動機驅動器96向控制低速級56和58定位的線性伺服電動機提供控制電流。
圖4表示一種適於用作高速級54類型的已有技術的檢流計驅動反射鏡定位器100。檢流計式驅動器88(圖2)在導體102上向各個X軸和Y軸高速響應DC電動機104和106提供旋轉控制電流，電動機104和106使軸承108中的軸107旋轉，以便有選擇地使一對反射鏡110和112迴轉，以將雷射束60通過光學透鏡114偏轉到工件62上的預定目標位置。
另一方面，象壓電元件、音圈致動器或其他限定角度的高速定位裝置這樣的無支承運動定位器，也可用於定位系統50中檢流計驅動反射鏡定位器100的場合。
同樣參照圖2，準確旋轉機構或線性定位機構可代替線性伺服電動機來驅動低速級56和58。但是，在定位系統50中，優選優先響應低速級位置指令的直線電動機。
把兩個信號與低速和高速級位置指令結合在一起，以減小工件62上雷射束60在指令位置與實際位置間的位置誤差。加法器82上被延遲的高速級位置指令和加法器90上被濾出的低速級位置指令，代表對級54、56和58適當定位所需的理想信號值。但是，在未修改的位置指令中並未考慮到象重力、摩擦力、質量和位置仿形器72產生的全譜定位信號中的不準確度這樣的實際因素。
通過用位置傳感器120和122檢測級54、56和58的實際位置引出這些實際因素，可向DSP52中的加法器82和90提供預測位置反饋數據。注意，高速級定位線路中的加法器82接收來自兩個位置傳感器120和122的位置反饋數據。位置傳感器120和122可以是眾所周知的類型，其採用旋轉電容器平板、線性與旋轉編碼器尺度或幹涉儀運動檢測器與適當的模數和/或數模轉換技術相結合。
當雷射束60進行經過工件62的運動時，不斷地把所檢測到的光束位置與指令光束位置作比較，並以其位置差表示實際因素已造成定位誤差所達到的程度。尤其是，通過位置傳感器120和122產生的高速級54和低速級56與58的檢測位置數據，在加法器82中把它們從指令位置中減去，以產生在加法器84中與來自前饋處理部分86的加速度數據結合在一起的位置差數據。同樣，通過位置傳感器122產生的低速級56和58的檢測位置數據，在加法器90中把它們從指令位置中減去，以產生在加法器92中與來自前饋處理部分94的加速度數據結合在一起的位置差數據。
圖5用圖表表示高速級54和低速級56與58怎樣根據一典型全譜定位信號128(以粗黑線表示)調整它們的運動，該全譜定位信號128在DSP52(圖2)中分成高頻位置(「HFP」)信號部分130和低頻位置(「LFP」)信號部分132。HFP信號部分130代表全譜定位信號128的交流耦合、25-250赫茲高通帶部分，而且LFP信號部分132代表全譜定位信號130的直流耦合、0-25赫茲低通帶部分。
全譜定位信號128中每個半正弦波曲線定位步驟(專門用字母尾標標識，例如128A、128B、128C和128D)，產生HFP信號部分130中對應的標識步驟(例如，130A、130B、130C和130D)。在此例中，每個定位步驟與相鄰的定位步驟分開約10毫秒，但若有時間分隔的話，該時間分隔是刀具行程資料庫中定時數據的函數。
圖5還表示出一合成高速級速度波形134和一合成低速級速度波形136，這兩個波形分別揭示了高速級54和低速級56與58是如何響應HFP信號部分130和LFP信號部分132的。
具體地說，HFP信號部分130A、130B、130C和130D中的每個都包括使高速級54經受正弦波曲線速度變化的加速度段，該正弦波曲線速度變化由相應的高速級速度波形脈衝134A、134B、134C和134D表示。高速速度波形134有一沿速度負方向過渡並在約-100毫米每秒的值處固定的底線138。該底線偏移是通過在加法器80中把被延遲與濾出的加速度指令結合在一起而造成的。
HFP信號部分130還表示高速級54是如何在位置上響應每個高速速度脈衝134的。本例中所需尖峰高速級定位位移約為2.8毫米，它恰好在一低質量(low-mass)的檢流計驅動反射鏡定位器的10毫米線性範圍之內。
LFP信號部分132還表示低速級56和58是如何在位置上響應低速速度波形136的。低速級速度波形136沿一速度正方向過渡並在約+100毫米每秒的值處固定。在本例中，低速級位置隨時間線性變化，以使至少一個低速級56和58不停止運動。
全譜定位信號128還表示由波形132和130分別表示的高速與低速級位置結合起來產生的最後位置。平穩段140A、140B、140C和140D表示甚至級54、56和58都在運動所調整的位置也穩定10毫秒時間段。這一點清楚地表示於平穩段140C，波形130和132以基本相等和相反的斜度在平穩段140C的正下方相交。平穩段140對應於可激發雷射器76以加工工件62中的孔的時間段。
上述調整定位尤其有利於例如雷射束切割孔這樣的應用，其要求沿與每個目標位置上用來發射雷射以切割孔的停頓相結合的刀具行程在目標位置之間的高速運動，但當然上述調整定位並不限於該應用。
圖6表示本發明的多頭定位器150實施例，其中同時加工多個工件152A、152B、152C、……152N。(下文把多個元件總稱為不帶字母尾標的名稱，例如「工件152」)。多頭定位器150採用低速級56和58各一個，低速級56和58具體為在Y軸低速級58上固定並承載工件152，而在X軸低速級58上承載多個高速級154A、154B、154C、……154N。當然低速級56和58的角色也可顛倒過來。
當承載於低速級58上的高速級154的數目增加時，它們的累加質量使它們變得愈加難以加速。因此，最好將承載於低速級58上高速級154的數目N限制在四個，不過N可以隨定位器類型和應用變化。
每個工件152都有與其相關的加工刀具，加工刀具最好為雷射器156A、156B、156C、……156N，這些雷射器藉助相關的反射鏡158A、158B、158C、……158N將加工能量射向相關的高速級154A、154B、154C、……154N。高速級154將加工能量偏轉到位於相關工件152上基本上為正方形的20毫米×20毫米加工區域162A、162B、162C、……162N中的目標位置。
視頻攝像機160A、160B、160C、……160N定位在低速級56上，用以觀察相關加工區域162，檢測工件152的對準、偏移、旋轉和尺寸變化，以及瞄準和聚焦雷射器156。
在該優選實施例中，由每個雷射器156和高速級154在工件152上複製同樣的加工圖案。但是，在某些加工應用中，加工圖案變化可能需使圖案與工件的幾何形狀、尺度因素、偏移、旋轉、扭曲間的變化相匹配。還有必要校正固定在低速級58上的工件152中間的固定位置變化引起的高速級的非線性度和「阿貝誤差」(指令刀具位置不與檢測的目標位置相匹配的程度)。與以前的多主軸鑽床不同，多頭定位器150能通過在驅動每個高速級154時採用可編程校正因子補償上述變量，參照圖7與8描述可編程校準因子。
圖7表示多速定位器DSP52(圖2)可如何適於調整多個高速級154和低速級56與58的定位，結果形成多頭DSP170。與DSP52的方式相同，多頭DSP170從系統控制計算機63接收dx、dy、dv和dt分量，這些分量由位置仿形器72進一步處理成半正弦波仿形定位信號。DSP170還包括某些與DSP52同樣的信號處理元件，即仿形濾波器78、延遲元件79、前饋處理部分94、伺服驅動器96、低速級56和位置傳感器122。由於圖7被簡化，所以僅表示出X軸低速級56處理元件。熟練工作人員會理解其中含有相應的Y軸元件。
只需單獨一個系統控制計算機63來驅動低速級56和58以及N個高速級154。多個高速級信號處理器172A、172B、172C、……172N中的每一個接收來自系統控制計算機63的高速級校正數據。按照這種方式，由每個高速級信號處理器172來接收高速級位置指令和當前低速級位置數據，從而將每個高速級154對準一組公共目標位置，這些位置進一步由專門的誤差校正數據定位。
圖8表示典型的高速級信號處理器172之一，它接收來自DSP170的高速和低速級定位數據和來自系統控制計算機63的校正數據。該校正數據包括傳輸給幾何校正處理器180的低速級和與工件有關的校正數據，還包括傳輸給高速級校正處理器182的高速級線性度與比例係數校正數據。
該校正數據可以是公式形式的或查找表形式的。但是，幾何校正處理器180和高速級校正處理器使用的校正數據，最好是按照題為「LIGHTBEAM POSITIONING SYSTEM」的美國專利4,941,082(「第』082號專利」)所述的公式形式，該專利已轉讓給本申請的受讓人。
高速級線性度和比例係數誤差相對恆定，並且大部分取決於高速級154的各個特性。因此，高速級校正處理器182要求校正數據變化較小且很少變化。要產生該校正數據就要求例如將每個高速級154對準相關校準目標上至少13個校準點扣第』082號專利所述。反射能量檢測器檢測所對準的目標點位置與實際的目標點位置之間的任何差，並把差值數據提供給系統控制計算機63處理。把得到的校正數據傳輸給每個高速級校正處理器182並存入其中。而且，所對準的目標點位置與相關視頻攝像機160所檢測到的實際目標點位置之間的差被進行校準和補償。低速級線性度和比例係數誤差也相對恆定，因此無需頻繁改變校正數據。
另一方面，與低速級和工件相關的誤差是相對變化的，並且大部分取決於工件152中間的工件位置、偏移、旋轉和尺寸變化。因此，每次改變工件152，幾何校正處理器180都要較大地改變校正數據。要產生該校正數據就要求例如將低速級56與58和每個高速級154對準每個相關工件152上至少兩個、最好四個預定的校準目標。這些校準目標可以是例如ECB的轉角、刀具加工孔或光刻目標。每個視頻攝像機160檢測被對準的校準目標位置和實際的校準目標位置之間的差，並把差值數據提供給系統控制計算機63處理。把對於每個工件152得到的校正數據傳輸給相關的幾何校正處理器180並存入其中。
對於每個高速級信號處理器172來說，把對Y軸的校正定位數據從校正處理器180和182傳輸給前饋處理部分86、檢流計式驅動器88和高速級154。位置反饋數據由位置傳感器120產生(如圖2)並在加法器184和84中組合在一起用以校正。熟練工作人員會理解同樣的過程用於X軸高速定位。
在把校正數據用於高速級154時，最好將每個高速級限定到其20毫米×20毫米最大線性定位範圍內的18毫米×18毫米定位範圍。剩下的2毫米定位範圍用來做上述校正。
以上描述了對於每個高速級和低速級單軸運動的信號處理。熟練工作人員會易於理解如何重複信號處理以調整兩軸、兩級以及單個或多個高速定位器的運動。
實例本發明的一個典型應用是在多層ECB中雷射切割孔，例如盲通孔。一般通過對齊、疊加在一起、層壓和壓制多個0.05-0.08毫米厚的電路板層來製造多層ECB。每層一般包括一不同的互連焊盤和導體圖案，在加工後它們組成一複雜的電氣元件固定和互連組件。ECB的元件與導體密度趨勢隨同集成電路的趨勢一起在增長。因此，ECB中定位準確度和孔的尺寸公差成比例增長。
遺憾的是，壓制步驟會造成擴展和尺寸變化，這種擴展和尺寸變化可引起ECB中比例係數和正交性變化。另外，當把多個ECB(工件152)裝到低速級58上時，固定工件的變化可在ECB中間造成空間旋轉和偏移誤差。加之，ECB厚度的變化使其難以用機械方法鑽出具有一精確預定深度的孔。
本發明如下解決了上述問題。在每個ECB上，最好在每個轉角的預定位置蝕刻兩到四個校準目標。視頻攝像機160檢測指令校準目標位置與實際校準目標位置之間的差，並將差值數據提供給系統控制計算機63處理。將得到的校正數據傳輸給幾何校正處理器180並存入其中。
兩個校準目標可向系統控制計算機63提供充分的差值數據，以校正ECB中旋轉和偏移變化。三個校準目標可向系統控制計算機63提供充分的差值數據，以校正ECB中旋轉、偏移、比例係數和正交性變化。加入第四校準目標還允許校正每個ECB中的梯形變形。
ECB厚度變化易於在±0.13毫米(±0.005英寸)雷射深度區域內調節。
由於涉及較陡的深度(tight depth)、直徑和定位公差的緣故，加工盲通孔顯示出對任何孔加工刀具的艱難的挑戰。這是因為一般把盲通孔加工成穿過第一導體層(例如銅、鋁、金、鎳、銀、鈀、錫和鉛)、穿過一或多個介電層(例如聚醯亞胺、FR-4合成樹脂、苯並環丁烷、雙對順丁烯二醯抱亞胺三氮雜苯、氰酸鹽酯基合成樹脂、陶瓷)、直到但不穿過第二導體層。用一種導電材料鍍產生的孔，使其與第一和第二導體層電連接。
再參見圖6，多頭定位器150具體為一ECB盲通孔切割裝置，其中N等於偶數，例如2、4或6，但最好為4。雷射器156A和156C為紫外雷射器(波長小於約355納米)，雷射器156B和156N為紅外雷射器(波長在約1000納米到約10000納米範圍內，最好為9000納米)。由於紫外和紅外雷射器實質上具有不同波長，所以反射鏡158和光學系統對於高速級154配置成與每個相關雷射器的波長都相兼容。
紫外雷射器156A和156C能以適當方式切割第一導體層和介電層這兩者。但是，必須仔細控制雷射器功率級和脈衝重複頻率，以防破壞第二導體層。這導致了一個窄「處理窗(process window)」。因此，控制紫外雷射器156A、156C使其僅切穿第一導體層和介電層的一部分，這個過程具有一寬的處理窗。
紅外雷射器156B和156N具有一寬的處理窗，用以切穿剩下的介電層而不切穿或破壞第二導體層。但是，必須預先處理第一導體層。
ECB盲通孔切割裝置採用紫外雷射器156A和156C切穿工件152A和152C的第一導體層，並用紅外雷射器156B和156N切穿工件152B和152N上的介電層。
根據以下優選過程使用多頭定位器150切割盲通孔。假定加工例如ECB的八個工件量(ECB1、ECB2、……和ECB8)。最好導體層為銅而介電層為FR-4合成樹脂。
將未加工的ECB1和ECB2固定在工件位置152A和152C中的低速級58上，通過相應的紫外雷射器156A和156C進行加工。
如下執行工件校準過程將低速級56與58和高速級154對準ECB上的校準目標位置；用視頻攝像機160檢測被對準目標位置和實際目標位置之間的差，並將差值數據提供給系統控制計算機63處理；和把ECB的校正數據存入相關高速級信號處理器172。
將低速級56與58和高速級154定位到一預定組目標位置上，以使紫外雷射器156A和156C在該組目標位置處切穿ECB1和ECB2上的第一導體層。
再將半處理過的ECB1和ECB2固定到工件位置152B和152N中的低速級58上，由相應的紅外雷射器156B和156N進行加工。
將未加工的ECB3和ECB4固定到工件位置152A和152C中的低速級58上，通過相應的紫外雷射器156A和156C進行加工。
執行工件校準過程。
將低速級56與58和高速級154定位，以使紫外雷射器156A和156C在ECB3和ECB4上目標位置處切穿第一導體層，而紅外雷射器156B和156D同時在ECB1和ECB2上目標位置處切穿介電層。
把加工過的ECB1和ECB2從低速級58上卸下。
再將半加工過的ECB3和ECB4固定到工件位置152B和152N中低速級58上，通過相應的紅外雷射器156B和156N進行加工。
將未加工的ECB5和ECB6固定到工件位置152A和152C中低速級58上，通過相應的紫外雷射器156A和156C進行加工。
執行工件校準過程。
將低速級56與58和高速級154定位，以使紫外雷射器156A和156C在ECB5和ECB6上目標位置處切穿第一導體層，而紅外雷射器156B和156D同時在ECB3和ECB4上目標位置處切穿介電層。
把加工過的ECB3和ECB4從低速級58上卸下。
再將半加工過的ECB5和ECB6固定到工件位置152B和152N中低速級58上，通過相應的紅外雷射器156B和156N進行加工。
將未加工的ECB7和ECB8固定到工件位置152A和152C中低速級58上，通過相應的紫外雷射器156A和156C進行加工。
執行工件校準過程。
將低速級56與58和高速級154定位，以使紫外雷射器156A和156C在ECB7和ECB8上目標位置處切穿第一導體層，而紅外雷射器156B和156D同時在ECB5和ECB6上目標位置處切穿介電層。
把加工過的ECB5和ECB6從低速級58上卸下。
再將半加工過的ECB7和ECB8固定到工件位置152B和152N中低速級58上，通過相應的紅外雷射器156B和156N進行加工。
執行工件校準過程。
將低速級56與58和高速級154定位，以使紅外雷射器156B和156D在ECB8和ECB8上目標位置處切穿介電層。
將加工過的ECB7和ECB8從低速級58上卸下。
切割八個工件中盲通孔的過程完成。當然，該過程適於同時加工各種數目的工件，加工量的大小並不限於八個，也不限於ECB。
紫外雷射器156A和156C所需用來切穿導體層的時間，一般比紅外雷射器152B和152N切穿介電層的時間長。因此，較長加工時間限定了加工量。由於目標位置對多刀定位器150上的所有刀具來說基本上都是相同的，所以不同的加工時間是由為紫外和紅外雷射器設置適當的不同雷射功率級和脈衝重複頻率造成的。
有些應用需要切割約為200微米或小於200微米的較大孔徑。由於紫外雷射器154A和154C的光束直徑只有約20微米，所以多刀定位器150必須使紫外光束隨一螺旋形或環形路徑切割導體層中這種孔。因此，切割這些較大的孔要花費相應較長的時間。但是，紅外雷射器154B和154N的光束直徑約為400微米，是紫外雷射器光束直徑的大約20倍。因此，當切割這些穿過介電層的較大直徑孔時，至少一部分紅外雷射束將要覆蓋整個孔，而紫外光束隨螺旋形或環形路徑切割導體層中的孔。在這些情況下，紅外雷射器光束在目標位置上有較長一段時間，通過為紫外和紅外雷射器設置不同的雷射功率級和脈衝重複頻率造成不同的有效加工時間。
若有合適的雷射功率，則通過採用適當的功率分離裝置能使多個工件共享一個雷射器。在本發明中也可採用可轉換波長的雷射器。
本發明提供了定位準確度、定位速度、最小化或消除的中止時間、未節段化刀具行程資料庫和最小化高速級運動範圍的改進的綜合指標，這顯著地提高了加工量，同時減少了空間與取向變化造成的工件廢品。
熟練工作人員會認識到，可以用不同於上述雷射束微加工裝置來實現本發明的各部分。例如，可通過高速定位級移動各種單頭或多頭結構的刀具，例如微型鑽頭、衝頭、雷射器、雷射束、輻射束、粒子束、光束髮生裝置、顯微鏡、透鏡、光學儀器和攝像機等。而且，可以以從檢流計、音圈、壓電傳感器、步進電機和導杆定位器中選出的不同組合採用許多不同的定位裝置。DSP無需完全是數字形式，而它們可以是例如包括模擬和數字子電路的任意組合。當然，本文所述定位信號曲線、光譜帶寬與幅值和濾波器特性都可以修改，以滿足其他定位應用的要求。
對熟練工作人員來說，在不脫離本發明根本原則的情況下可對本發明上述實施例的細節作許多其他的變換是顯而易見的，因此，本發明的範圍應當僅由以下的權利要求
書確定。
權利要求
1.一種用來在至少一個第一電路板和與該第一電路板相同的一個第二電路板中切割一預定孔圖案的方法，每個電路板具有至少一第一導體層、一介電層和一第二導體層，該方法包括至少產生分別具有第一波長的第一雷射束和具有第二波長的第二雷射束；將第一電路板和第二電路板固定到完成第一雷射束與第一電路板之間以及第二雷射束與第二電路板之間大範圍相對運動的一低速定位級上；設置完成第一雷射束與第一電路板之間以及第二雷射束與第二電路板之間小範圍相對運動的至少一個第一高速定位級和一個第二高速定位級；和調整大範圍和小範圍相對運動，以使第一雷射束在第一電路板的第一導體層中切割預定孔圖案，而第二雷射束在第二電路板的介電層中切割預定孔圖案。
2.如權利要求
1的方法，還包括產生用來根據預定孔圖案相對於第一電路板對第一雷射束定位以及相對於第二電路板對第二雷射束定位的低速和高速運動控制信號；根據低速運動控制信號在大範圍相對運動中驅動低速定位級；和根據高速運動控制信號在小範圍相對運動中驅動第一高速定位級和第二高速定位級。
3.如權利要求
1的方法，其中低速定位級包括一X軸平移級和一Y軸平移級，而且多個高速定位級固定於X軸平移級上。
4.如權利要求
3的方法，其中第一電路板和第二電路板固定於Y軸平移級上。
5.如權利要求
1的方法，其中第一雷射束由紫外雷射器產生，而且第二雷射束由紅外雷射器產生。
6.如權利要求
1的方法，其中第一波長小於或等於355納米，第二波長在1000納米到10000納米範圍內。
7.如權利要求
1的方法，其中執行調整步驟以使第一雷射束切割第一電路板的第一導體層，同時使第二雷射束切割第二電路板的介電層。
8.如權利要求
1的方法，還包括為每個電路板確定相同的一組校準目標；檢測這些組校準目標的定位以確定與每個電路板相關的定位誤差；處理所檢測的定位誤差；和校正小範圍相對運動以補償定位誤差，以使每個雷射束可準確定位於相關電路板上的預定孔圖案上。
9.一種用來在一組相同的電路板中切割預定孔圖案的方法，每個電路板具有至少一第一導體層、一介電層和一第二導體層，該方法包括產生適於切割第一導體層的第一組雷射束和適於切割介電層的第二組雷射束；將第一和第二分組電路板固定在一低速定位級上，該低速定位級完成第一組雷射束和第一分組電路板之間以及第二組雷射束與第二分組電路板之間的大範圍相對運動；設置至少第一和第二高速定位級，其完成第一組雷射束和第一分組電路板之間以及第二組雷射束與第二分組電路板之間的小範圍相對運動；和調整大範圍和小範圍相對運動以使第一組雷射束在第一分組電路板的第一導體層中切割預定孔圖案，而第二組雷射束同時在第二分組電路板的介電層中切割預定孔圖案。
10.如權利要求
9的方法，還包括執行一工件校準過程，該過程包括檢測固定在低速定位級上每個電路板上的校正目標；和校正相關的那些高速定位級的小範圍相對運動，以便在每個電路板中準確切割預定孔圖案。
11.如權利要求
9的方法，還包括從低速定位級上去除第二分組電路板；將第一分組電路板重新固定在低速定位級上，以用第二組雷射束切割；將第三分組電路板固定在低速定位級上，以用第一組雷射束切割；和調整大範圍和小範圍相對運動以使第一組雷射束在第三分組電路板的第一導體層中切割預定孔圖案，而第二組雷射束同時在第一分組電路板的介電層中切割預定孔圖案。
12.如權利要求
11的方法，還包括在調整步驟之前執行一工件校準過程，該過程包括檢測固定在低速定位級上每個電路板上的校正目標；和校正相關的那些高速定位級的小範圍相對運動，以便在每個電路板中準確切割預定孔圖案。
專利摘要
一個多速、多頭定位器(150)接收並處理未節段化定位指令以起動低速級(56、58)和固定在低速級之一上的多個高速級(154)，從而相對於多個相關工件(152)上的目標位置對多個刀具(156)同時進行定位。每個高速級連接到一高速級信號處理器(172)上，並由其向每個高速級定位器提供校正過的位置數據，以補償高速級的非線性度和多個工件中工件的位移、偏移、旋轉和尺寸變化。當在印刷電路板(ECB)中切割盲通孔時，通過使一半刀具為紫外(「UV」)雷射器而使另一半刀具為紅外(「IR」)雷射器來實現改進的加工量和處理量，其中紫外雷射器易於切割導體層和介電層，而紅外雷射器只易於切割介電層。控制紫外雷射器切割上導體層和一部分下介電層，控制紅外雷射器切割剩餘的介電層而不切穿或破壞第二下導體層。通過在未加工ECB中切割導體層而同時在已切割了其導體層的ECB中切割介電層來增加加工量。通過在每個引起任何ECB位移、偏移、旋轉和尺寸變化的切割步驟之前執行一工件校準步驟來增加處理量。
文檔編號B23K26/08GKCN1125384SQ97192996
公開日2003年10月22日 申請日期1997年3月4日
發明者多納德·R·卡特勒, 羅伯特·M·帕爾索爾普, 馬克·A·烏恩拉斯, 託馬斯·W·理察森, 阿蘭·J·卡伯爾 申請人:電科學工業公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan