激光微孔加工技術(shù)在印刷線路板生產(chǎn)中的應(yīng)用分析

王永翔　陳子安　李鴻光　王建兵

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品也變得越來(lái)越小型化，以至于線路板的尺寸也在不斷減小。在這種情況下，線路板上用于連接和定位的微孔孔徑也在逐漸減小，從而給微孔加工帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)?；谶@種認(rèn)識(shí)，本文對(duì)激光微孔加工技術(shù)進(jìn)行了闡述，并對(duì)該技術(shù)在印刷線路板生產(chǎn)中的應(yīng)用問(wèn)題展開(kāi)了分析.從而為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：激光微孔加工技術(shù)；印刷線路板；生產(chǎn)；應(yīng)用

引言：激光微孔加工技術(shù)之所以能夠在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，就是由于其技術(shù)擁有較高峰值的功率和較快的加工速度。而在印刷線路板生產(chǎn)中，微孔加工質(zhì)量將對(duì)線路板質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。應(yīng)用激光微孔加工技術(shù)進(jìn)行線路板生產(chǎn)，則能得到質(zhì)量更好的線路板，從而為線路板的安裝和使用提供便利。因此，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)激光微孔加工技術(shù)在印刷線路板生產(chǎn)中的應(yīng)用研究，以便更好的推動(dòng)線路板生產(chǎn)工業(yè)的發(fā)展。

1激光微孔加工技術(shù)概述

激光微孔加工技術(shù)其實(shí)就是利用激光進(jìn)行孔洞加工的技術(shù)，可以進(jìn)行直徑小于50μm的微孔的加工，是一項(xiàng)較為成熟的微孔加工技術(shù)。就目前來(lái)看，激光微孔加工技術(shù)已經(jīng)成為了西方發(fā)達(dá)國(guó)家電子加工生產(chǎn)的主導(dǎo)技術(shù)，在國(guó)外PCB行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。就目前來(lái)看，激光微孔加工技術(shù)基本能夠用于各種材料的加工，微孔的大小與激光的能量密度、類型、波長(zhǎng)和加工板厚度有著直接的關(guān)系。因?yàn)椋煌陌宀膶?duì)激光波長(zhǎng)有不同的吸收系數(shù)，所以還要利用特定波長(zhǎng)的激光進(jìn)行特定板材的加工。

2激光微孔加工技術(shù)在印刷線路板生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1加工原理

從原理上來(lái)看，激光微孔加工主要是利用光熱燒蝕和光化學(xué)燒蝕進(jìn)行微孔加工。所謂的光熱燒蝕，其實(shí)就是使材料在極短時(shí)間內(nèi)完成高能量激光的吸收，從而使材料被加熱至熔化和蒸發(fā)的狀態(tài)，繼而達(dá)到微孔加工的目的。采用該種原理，能夠使印刷線路板在高能量下形成孔洞，但是孔壁會(huì)留下燒黑的炭化殘?jiān)?，所以還要在板材孔化前完成清理。采用光化學(xué)燒蝕原理，就是利用波長(zhǎng)不超過(guò)400nm的激光進(jìn)行有機(jī)材料長(zhǎng)分子鏈的破壞，從而使分子形成微小顆粒。而在分子能量比原分子大的情況，就會(huì)從材料中逸出。在較強(qiáng)的外力吸附下，材料就會(huì)被快速除去，進(jìn)而形成微孔。采用該種原理，材料表面不會(huì)出現(xiàn)炭化現(xiàn)象，所以只需簡(jiǎn)單進(jìn)行孔壁清理。

2.2加工設(shè)備

就目前來(lái)看，在印刷線路板生產(chǎn)中得到應(yīng)用的激光微孔加工設(shè)備主要有三種，即準(zhǔn)分子激光器、二氧化碳激光器和紫外Nd：YAG激光器。采用準(zhǔn)分子激光器，可以利用248nm的短紫外激光進(jìn)行線路板的加工。而PCB板可以較好完成該種光的吸收，同時(shí)設(shè)備產(chǎn)生的激光脈沖只要持續(xù)20ns就能達(dá)到幾兆瓦的峰值功率。經(jīng)過(guò)均勻化后，光束則能產(chǎn)生平頂波形，然后經(jīng)過(guò)已成型掩模進(jìn)行投影，進(jìn)而使板材底部得到熔蝕。采用該種設(shè)備，能夠獲得干凈和光滑的孔，但是由于溶蝕速度較慢，所以通常需要上百個(gè)脈沖。采用二氧化碳激光器，可以進(jìn)行波長(zhǎng)為10.6μm的紅外波的輸出。相較于紫外固體激光，采用該種激光能夠獲得更大的加工深度。在具體應(yīng)用時(shí)，需要根據(jù)金屬孔徑光闌完成光束中心部分的選擇，并使光束在4英寸焦距的鏡頭聚焦，然后對(duì)線路板表面進(jìn)行照射。此外，應(yīng)用紫外Nd：YAG激光器，可以進(jìn)行260-1060nm激光的輸出。相較于準(zhǔn)分子激光，該種激光的脈沖能量較低，但是獲得的峰值功率卻基本相同。而由于使用該設(shè)備能夠獲得呈高斯形狀的激光束，所以能夠獲得更小的光斑，因此能夠完成尺寸較小的微孔加工。

相比較而言，采用準(zhǔn)分子激光技術(shù)，能夠獲得較高的激光分辨率，并且能夠完成干凈孔的加工。就目前來(lái)看，該種技術(shù)主要在聚醯亞胺材料的加工上得到了應(yīng)用，能夠利用大光束掩模完成多孔的同時(shí)加工。使用二氧化碳激光器，則可以完成含玻璃纖維的FR4材料的加工，能夠得到孔壁光滑和孔錐度均勻的微孔。但是，使用該種設(shè)備得到的孔質(zhì)量較差，需要利用標(biāo)準(zhǔn)清潔技術(shù)完成孔的清理。應(yīng)用YAG激光，則能得到光滑且直的孔壁，并且能夠完成50μm以下的孔的加工。目前，該設(shè)備主要應(yīng)用在氧化鋁線路板材的加工上。

2.3加工工藝

在印刷線路板生產(chǎn)的過(guò)程中，由于紫外固體激光器能夠較好的進(jìn)行銅材的溶蝕，并且能夠較好的與玻璃等聚合物耦合，同時(shí)獲得較小的光斑尺寸，因此得到了較好的應(yīng)用。而在實(shí)際生產(chǎn)中，使用激光微孔加工技術(shù)進(jìn)行印刷線路板的生產(chǎn)可以使用三種工藝技術(shù)，即激光沖孔、激光套孔和激光螺旋式加工。采用激光沖孔工藝，需要時(shí)激光束保持不動(dòng)，然后利用高重復(fù)率脈沖進(jìn)行材料加工。所以，孔的大小與光斑尺寸有關(guān)，采用該工藝能夠完成直徑較小的孔的加工。采用套孔工藝，就是使聚焦的激光光斑沿著孔的周圍進(jìn)行行走。而每走一圈，孔的深度就會(huì)得到加深。采用該種技術(shù)，需要完成每圈激光加工深度的計(jì)算。但是，應(yīng)用該技術(shù)獎(jiǎng)導(dǎo)致孔中心留下未溶蝕的材料，因此無(wú)法在盲孔加工中得到應(yīng)用。此外，在進(jìn)行大尺寸孔的加工時(shí)，可以使用螺旋式激光加工方法。具體來(lái)講，就是使聚焦的激光束從孔的中心向外移動(dòng)，移動(dòng)形狀為螺旋式，從而使線路板材得到一層層溶蝕。根據(jù)孔的尺寸、材料特性和激光參數(shù)，則可以進(jìn)行螺距、行走圈數(shù)等參數(shù)的確定。通過(guò)數(shù)控編程，則能高效完成印刷線路板的微孔加工。

結(jié)論：通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，在印刷線路板生產(chǎn)中，激光微孔加工技術(shù)可以得到較好的應(yīng)用。但在實(shí)際進(jìn)行加工時(shí)，還應(yīng)結(jié)合不同工藝設(shè)備和技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行合適的加工技術(shù)的選擇，以便更好的完成不同材料的線路板加工。因此，相信本文對(duì)激光微孔加工技術(shù)在印刷線路板生產(chǎn)中的應(yīng)用問(wèn)題展開(kāi)的探討，能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作的開(kāi)展帶來(lái)一些啟示。