激光技術(shù)在印制電路板行業(yè)的應(yīng)用

宋金月

摘要：激光直接成型（LDS）技術(shù)，指利用激光將數(shù)字化的圖形照射到高分子材料表面，通過(guò)對(duì)照射過(guò)的區(qū)域進(jìn)行直接金屬化，最終在高分子材料表面形成圖案的技術(shù)。它可以在高分子殼體上直接形成金屬化的圖案。本文詳細(xì)探討了LDS技術(shù)的原理、加工方法、應(yīng)用方向、在印制電路板中的應(yīng)用前景以及目前存在的應(yīng)用缺陷。

關(guān)鍵詞：激光技術(shù)；印制電路；應(yīng)用

引言：

激光（Laser）是20世紀(jì)科技領(lǐng)域中與原子能、半導(dǎo)體及計(jì)算機(jī)齊名的4項(xiàng)重大發(fā)明之一。50年來(lái)，激光技術(shù)發(fā)展異常迅猛。以激光器為基礎(chǔ)的激光技術(shù)在我國(guó)得到了迅速的發(fā)展，現(xiàn)已廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)、通信、信息處理、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、文化教育以及科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域。隨著電子產(chǎn)品朝著多功能、便攜式、小型化的方向發(fā)展，對(duì)印制電路板高密度化和小型化提出了越來(lái)越高的需求。提高印制板高密度化水平的關(guān)鍵在于越來(lái)越窄的線寬、線距和越來(lái)越小的層間互連孔直徑、連接盤(pán)，以及嚴(yán)格的尺寸精度，于是激光技術(shù)被引入印制板加工中。

一、概述

關(guān)于激光的起源，最早還要追溯到科學(xué)家愛(ài)因斯坦，愛(ài)因斯坦在上世紀(jì)初就提出了受激輻射的理念。隨后，上世紀(jì)中期，美國(guó)微波領(lǐng)域的著名科學(xué)家肖洛和湯斯發(fā)表了關(guān)于“紅外與光學(xué)激射器”的論文，全文明確闡述了受激輻射發(fā)光的可能性，同時(shí)也闡述了受激輻射發(fā)光的條件――“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”。1960年，美國(guó)科學(xué)家梅曼成功發(fā)明了一臺(tái)世界上最早的紅寶石激光器。至此，激光和激光技術(shù)開(kāi)始了迅猛的發(fā)展。而我國(guó)的第一臺(tái)激光器是在王志江院士的主持之下于1961年成功制造出來(lái)的。而關(guān)于我國(guó)的激光和激光技術(shù)起源，主要還是受到國(guó)外的影響。但是激光技術(shù)自從在我國(guó)起源就得到了良好的發(fā)展，無(wú)論是發(fā)展成果的質(zhì)量還是數(shù)量都與世界水平差異不大。

二、激光技術(shù)組成和特性

（一）激光器的主要組成結(jié)構(gòu)

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和完善，激光器的主要結(jié)構(gòu)已基本定型，主要由三個(gè)部分共同組成。首先是激光工作介質(zhì)，激光工作介質(zhì)是激光器最為基礎(chǔ)也是最為重要的組成部分，激光器要產(chǎn)生激光必須要選擇恰當(dāng)?shù)墓ぷ鹘橘|(zhì)，例如固體、液體、氣體或者是半導(dǎo)體。選擇了恰當(dāng)?shù)墓ぷ鹘橘|(zhì)，介質(zhì)就可以受激輻射而產(chǎn)生出激光。其次，激勵(lì)源也是激光器的主要組成結(jié)構(gòu)，激勵(lì)源是讓工作介質(zhì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的根本，一般激勵(lì)源有光、電、熱等多種化學(xué)激勵(lì)方式。最后，激光的能量要產(chǎn)生并放大，主要依賴的就是諧振腔。

（二）激光的特性

激光的特性是激光技術(shù)得以廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)，也是激光最為明顯的現(xiàn)象。通常說(shuō)來(lái)，激光有單色性純、亮度高、相干性好、方向性強(qiáng)等方面的特性。

首先，就單色性純來(lái)說(shuō)，其實(shí)質(zhì)就是激光的顏色相當(dāng)純。通常肉眼可見(jiàn)的激光譜線的寬度最小僅有萬(wàn)分之一埃。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，普通白熾燈只需要1毫微米的干涉濾光片就可以透過(guò)波長(zhǎng)600毫微米的光。而氦氖激光器發(fā)射出的激光波長(zhǎng)一般都是633毫微米。而且，普通的光束中，光子簡(jiǎn)并度往往不會(huì)超過(guò)10-3，無(wú)法進(jìn)行大量信息的傳遞。唯有通過(guò)簡(jiǎn)并度很高的激光才能實(shí)現(xiàn)正兒八經(jīng)的光通訊。

其次，就激光亮度高這一特性來(lái)說(shuō)，亮度高從幾何光學(xué)的理論觀點(diǎn)來(lái)看就是光子簡(jiǎn)并度很高。正常情況下，激光焦點(diǎn)位置的輻射亮度比普通白熾燈的光亮度高了上千倍。

最后，方向性是激光一個(gè)很重要的特點(diǎn)，現(xiàn)代衛(wèi)星技術(shù)也憑借激光的方向性能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位。激光高強(qiáng)的方向性也造成了其發(fā)散角很小。與普通探照燈相比，如果從地球到月球，激光光斑的直徑一般不會(huì)超過(guò)2千米，而普通探照燈的光斑直徑則會(huì)達(dá)到幾千千米。

三、激光技術(shù)在印制電路板中的應(yīng)用

（一）激光用于PP裁切

傳統(tǒng)的PP預(yù)浸材料（半固化片）的分切采用機(jī)械裁刀的方式，機(jī)械裁刀裁切存在下面幾個(gè)缺點(diǎn)：

（1）在機(jī)械裁切過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的PP粉和玻璃絲落在機(jī)臺(tái)和裁切好的PP料上，同時(shí)PP粉對(duì)人體會(huì)帶來(lái)過(guò)敏癥狀，這樣既不利于機(jī)臺(tái)的維護(hù)，又對(duì)加工環(huán)境的潔凈度造成破壞。而且一旦粉和絲進(jìn)入線路板的夾層中，勢(shì)必會(huì)造成線路板報(bào)廢，給線路板的品質(zhì)帶來(lái)影響。

（2）機(jī)械裁切過(guò)的PP料還要經(jīng)過(guò)烤邊的工藝，在進(jìn)行封邊時(shí)對(duì)線路板的疊放要求較高，疊放的邊要整齊，否則伸在外面的邊烤焦了，縮在里面的邊烤不到，達(dá)不到全部封邊的要求。另外，疊摞的PP在利用紅外線進(jìn)行封邊時(shí)，很容易把PP的層與層之間膠結(jié)在一起，如果強(qiáng)行分開(kāi)，會(huì)造成邊緣的厚薄不均。

（3）安全問(wèn)題。經(jīng)常發(fā)生在機(jī)械裁切時(shí)，由于操作不慎，造成人身傷害事故。此外，由于PP本身的特性，導(dǎo)致在切割過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的靜電，如果處理不及時(shí)，同樣會(huì)造成對(duì)操作人員的人身傷害。

激光裁切PP料的原理是利用CO2激光的高能量將PP材料切開(kāi)，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）不會(huì)產(chǎn)生PP粉，設(shè)備操作安全可靠，靜電消除效果明顯，對(duì)環(huán)境和人體無(wú)害。特別是對(duì)環(huán)境的改善是革命性的。

（2）提高產(chǎn)品品質(zhì)。由于采用激光切割，在切割過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生PP粉和玻璃絲，便于機(jī)臺(tái)維護(hù)保養(yǎng)和提高線路板品質(zhì)，不會(huì)產(chǎn)生凹陷不良。

（3）經(jīng)過(guò)激光裁切之后，已經(jīng)進(jìn)行了封邊工藝，無(wú)需另外進(jìn)行烘烤，所以可將烘烤過(guò)程有可能產(chǎn)生的問(wèn)題完全消除。

采用激光裁切PP料的工藝已經(jīng)被全球大部分頂尖的HDI板生產(chǎn)廠家采用，這一工藝在不久的將來(lái)將成為HDI生產(chǎn)廠家采用的主流工藝

（二）激光用于打標(biāo)

激光打標(biāo)技術(shù)是激光加工最大的應(yīng)用領(lǐng)域之一。激光打標(biāo)是利用高能量密度的激光對(duì)工件進(jìn)行局部照射，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學(xué)反應(yīng)，從而留下永久性標(biāo)記的一種打標(biāo)方法。激光打標(biāo)可以打出各種文字、圖案等，可以小到微米量級(jí)。激光打標(biāo)熱影響區(qū)域小，加工精細(xì)，成本低，易操作，無(wú)污染。隨著人們對(duì)環(huán)保的重視，激光打標(biāo)相對(duì)于傳統(tǒng)噴墨標(biāo)記的優(yōu)越性越來(lái)越突出，而且廠家對(duì)質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，而激光標(biāo)記可以加工流水號(hào)及二維碼，在PCB行業(yè)的應(yīng)用正呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

（三）激光用于去除阻焊劑

在制作阻焊層時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)通孔被堵住或者圖形轉(zhuǎn)移錯(cuò)誤導(dǎo)致連接盤(pán)被阻焊蓋住的情況，如果采用激光的方法則可以完全解決這兩個(gè)問(wèn)題。用激光打穿部分被阻焊劑堵住的孔，再用藥水將其他部分去除，速度既快又不傷板，激光可以快速精確的直接清除連接盤(pán)上的阻焊劑。

（四）激光用于鉆孔

激光鉆機(jī)用于HDI及IC載板的盲埋孔鉆孔，是目前激光在PCB行業(yè)中應(yīng)用最多的，至今已有近20年的歷史，而且隨著電子產(chǎn)品進(jìn)一步向著輕、薄、短、小的方向發(fā)展，采用HDI工藝的線路板種類(lèi)越來(lái)越多，激光用于盲埋孔鉆孔也會(huì)越來(lái)越多。但現(xiàn)在相對(duì)較新的一個(gè)應(yīng)用是紫外激光在撓性板上鉆通孔。隨著撓性板上通孔孔徑越來(lái)越小，目前直徑0.1 mm已有量產(chǎn)，下一步向直徑0.08 mm和0.05 mm方向發(fā)展，機(jī)械鉆孔的成本越來(lái)越高，而紫外激光鉆孔的成本則越來(lái)越低，有著很好的孔形和電鍍效果。

四、結(jié)束語(yǔ)

激光技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)使激光技術(shù)行業(yè)的規(guī)模不斷提升，激光技術(shù)對(duì)于世界發(fā)展和人類(lèi)社會(huì)的生產(chǎn)生活的重要價(jià)值將會(huì)不斷提升。因此，激光技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)能夠影響人類(lèi)社會(huì)生活和生產(chǎn)。但是，激光技術(shù)也有一定的危害。因此，在激光技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中一定要積極規(guī)避激光技術(shù)帶來(lái)的一些威脅，讓激光技術(shù)造福于人類(lèi)。

參考文獻(xiàn)

[1]牛芳.激光技術(shù)發(fā)展的啟示[J].山西科技，2005，03：84-85.

（作者單位：德中（天津）技術(shù)發(fā)展股份有限公司）