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激光技术在印制电路行业大有作为

激光技术在印制电路行业大有作为

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     简介:
     激光(Laser)是20世纪科技领域中与原子能、半导体及计算机齐名的4项重大发明之一。50年来,激 光技术发展异常迅猛。以激光器为基础的激光技术在我国得到了迅速的发展,现已广泛用于工业生产、通信、信息处理、医疗卫生、军事、文化教育以及科学研究等 各个领域。随着电子产品朝着多功能、便携式、小型化的方向发展,对印制电路板高密度化和小型化提出了越来越高的需求。提高印制板高密度化水平的关键在于越 来越窄的线宽、线距和越来越小的层间互连孔直径、连接盘,以及严格的尺寸精度,于是激光技术被引入印制板加工中。
     20世纪80年代末,AT&T开发了专门用于PCB钻孔的CO2激光钻孔设备,其最大优点是钻孔速度快,但由于使用的是波长为9400nm的红外激光,故通常只能对树脂、玻璃纤维进行加工,无法直接加工铜箔。90年代以后,IBM开发了以惰性气体为光源的钻孔设备,如ArF、KrF、XeF等准分子激光钻孔,其波长达到了193、266、351nm,该类激光能直接加工铜箔,但钻孔速度慢,同时需要提供特殊惰性气体。之后,Siemens和ESI等公司相继开发出了固体Nd:YAG(钇铝石榴石)激光钻机,采用波长355nm的紫外激光(UV激光),其峰值功率可达12kw,这种强功率的紫外激光可以直接加工铜箔,且速度较快。
 目前PCB业界常用的激光钻机有CO2和UV激光钻机两类,CO2激光钻机多为双轴双台面的机种(采用分时或分光的方式将一束激光变换成两束激光同时加工两块板子以提高加工效率)。
 激光钻机通常由基座、运动控制系统(Z向移动机构、X/Y向移动机构、真空吸附工作台等)、光学系统、激光器、图像定位系统、自动上/下板机构等组成,其中最核心部分是光学系统,见图8所示。目前激光器供应商有:JDSU(LightWave)、Coherent、Spectra-Physics等。

                      

激光钻微孔技术

1,红外激光技术

     被加工件吸收红外激光能量后,分子做剧烈热运动,当加热温度达到材料熔点时,材料发生熔化;若持续供给激光能量,材料上的温度在极短的时间内上升使材料气化,而后蒸发飞逸形成孔。因此把红外激光加工技术称作热加工,如下图所示。红外激光常用CO2做激光源。

                         
      利用红外激光热效应进行成孔加工时,有时由于材料熔化后燃烧不充分,孔壁上会残存烧焦的有机碳化物;有时由于能量不恰当会造成孔壁过度烧蚀现象,形成的微盲孔往往呈“鼓形”状;若介质层含有玻纤,当能量控制不恰当时还会使玻璃纤维丝突出,甚至出现烧不断现象,这些需要在生产中注意。
      受CO2激光加工波长和能量高斯分布区域的限制,通过光学系统聚焦的激光光束直径最小一般为60μm左右,实验室可达到40μm~60μm的孔径范围,目前实际量产的最小孔径可达到75μm左右。
      为了使得激光钻微孔效果更好,激光钻机厂商一般都将最初的高斯分布的波形变换为扁平式的波形(Top Hat),见图10和图11所示。
                           
      紫外激光技术
      利用紫外激光(UV激光)的化学能去破坏有机分子的分子键、金属晶体的金属键和无机物的离子键,形成悬浮颗粒或原子团、分子团或原子分子,在局部发生蓬松,配合真空吸力作用,使小微粒极力从孔中逃逸或被强制吸走形成孔的过程。因此把紫外激光加工技术称作冷加工,见图12。紫外激光常用Nd:YAG做激光源。

                        

 

      相对CO2红外激光热加工而言,紫外激光热效应小,因而烧伤、焦化、玻纤熔头等现象比CO2少,故通常把紫外激光加工叫做冷加工。紫外激光钻孔一般孔壁光洁、竖直、无热烧伤、污染现象,孔底也无碳化等现象存在。 
      一般PCB加工用的紫外激光的光斑尺寸为15-20μm,实际量产的最小孔径一般在30μm左右。