预置图形式激光调阻机系统的设计与实现

引 言

激光调阻机是利用激光工艺对薄膜电阻进行精密修整的关键设备，是集光学、精密机械、计算机控制、和精密测量等技术于一体的高技术微电子设备。其工作原理是把激光器发出的脉冲激光束聚焦成很小的光点，达到适当的能量密度，对薄膜电阻的导电体进行切割，使之膜层熔融、蒸发，以改变薄膜电阻导电体的有效导电面积或有效导电长度，达到调整薄膜电阻单元阻值的目的。由于切割中没有化学过程并能在大气中加工，所以可以实时测量的结果，并实现激光加工过程自动化。该设备具有精度高、效率高和工艺简便的特点[1][2]。

激光调阻时首先对电阻的刻蚀图形预先利用AutoCAD设计好，并输入到计算机。计算机根据预置图形产生光束的强度与位置使激光按照一定的轨迹和路径切割电阻，直到阻值达到预定值。它实现了激光加工过程的自动化，并具有高精度、高效率等特点。

1 激光调阻系统整体设计

激光调阻系统主要由以下几部分构成：

1)光学系统，包括激光器、调整激光光束质量的光路、二维振镜系统、机器视觉成像监控系统等。

2 ) 机械运动系统，实现平台的精密二维运动、垂直方向高度调节等功能。

3)自动控制系统，对机械运动系统、二维振镜系统等运动参数进行精密控制，与工控 PC 之间通信，实现整机分布式控制。

整体设计思想：脉冲激光器输出的激光束经扩束器、二维振镜扫描系统后，由透镜组聚焦入射至样品表面。主控计算机可控制激光器的脉冲频率、平均输出功率、工作时间等参数，从而改变入射至样品表面的功率密度，对不同材料和厚度的薄膜进行加工处理；同时，主控计算机可控制二维振镜扫描系统和样品台的电机，使光束偏转不同的角度实现聚焦光斑在样品表面不同位置处的扫描，配合对激光器参数的控制，即可实现对任意预置图形的激光直写加工。

系统的内部结构包括两个可选方案：方案一和方案二，见图1和图2。

方案一、将成像光路和激光光路同轴设计，利用波长选择型反射镜和滤色片将可见光成像到相机而不影响激光透射，从而有效地对样品进行定位和刻蚀。

方案二、把成像光路独立出来，将成像光路和激光刻蚀的初始光路平行放置，两者相隔固定距离 D，样品先移动到相机视场下进行定位导航，然后根据距离D再水平（沿x轴）移动到激光聚焦的位置进行刻蚀处理。比较两个方案，方案一在光路中多了一个反射镜，其确定激光通过此反射镜会有一定的损耗，一定程度上减小了激光光束的功率，需对反射镜的膜层结构进行研究设计；方案二在实施方式上简单了很多，只需在调试安装过程中确定出D的具体数值，以后每次定位导航之后水平（沿 x 轴）移动 D 即可开始刻蚀。