PCB 工業(yè)激光成孔原理

　　激光是當(dāng)“射線”受到外來的刺激而增加能量下所激發(fā)的一種強(qiáng)力光束，其中紅外光和可見光具有熱能，紫外光另具有光學(xué)能。此種類型的光射到工件的表面時會發(fā)生三種現(xiàn)象即反射、吸收和穿透。

　　激光鉆孔的主要作用就是能夠很快地除去所要加工的基板材料，它主要靠光熱燒蝕和光化學(xué)燒蝕或稱之謂切除。

　?。?）光熱燒蝕：指被加工的材料吸收高能量的激光，在極短的時間加熱到熔化并被蒸發(fā)掉的成孔原理。此種工藝方法在基板材料受到高能量的作用下，在所形成的孔壁上有燒黑的炭化殘渣，孔化前必須進(jìn)行清理。

　?。?）光化學(xué)燒蝕：是指紫外線區(qū)所具有的高光子能量（超過2eV電子伏特）、激光波長超過400納米的高能量光子起作用的結(jié)果。而這種高能量的光子能破壞有機(jī)材料的長分子鏈，成為更小的微粒，而其能量大于原分子，極力從中逸出，在外力的掐吸情況之下，使基板材料被快速除去而形成微孔。因此種類型的工藝方法，不含有熱燒，也就不會產(chǎn)生炭化現(xiàn)象。所以，孔化前清理就非常簡單。

　　以上就是激光成孔的基本原理。目前最常用的有兩種激光鉆孔方式：印制電路板鉆孔用的激光器主要有RF激發(fā)的CO2氣體激光器和UV固態(tài)Nd：YAG激光器。

　?。?）關(guān)于基板吸光度：激光成功率的高低與基板材料的吸光率有著直接的關(guān)系。印制電路板是由銅箔與玻璃布和樹脂組合而成，此三種材料的吸光度也因波長不同有所不同但其中銅箔與玻璃布在紫外光0．3mμ以下區(qū)域的吸收率較高，但進(jìn)入可見光與IR后卻大幅度滑落。有機(jī)樹脂材料則在三段光譜中，都能維持相當(dāng)高的吸收率。這就是樹脂材料所具有的特性，是激光鉆孔工藝流行的基礎(chǔ)。

　　PCB板廠有哪幾種激光鉆孔

　　激光是當(dāng)“射線”受到外來的刺激而增加能量下所激發(fā)的一種強(qiáng)力光束，其中紅外光和可見光具有熱能，紫外光另具有光學(xué)能。此種類型的光射到工件的表面時會發(fā)生三種現(xiàn)象即反射、吸收和穿透。激光鉆孔的主要作用就是能夠很快地除去所要加工的基板材料，它主要靠光熱燒蝕和光化學(xué)燒蝕或稱之謂切除。

　　商業(yè)PCB生產(chǎn)中，有兩種激光技術(shù)可用于激光鉆孔。CO2激光波長在遠(yuǎn)紅外線波段內(nèi)，紫外線激光波長在紫外線波段內(nèi)。CO2激光廣泛應(yīng)用在印制電路板的工業(yè)微通孔制作中，要求微通孔直徑大于100μm （Raman ， 2001） 。對于這些大孔徑孔的制作， CO2激光具有很高的生產(chǎn)力，這是因為CO2激光制作大孔所需的沖孔時間非常短。紫外線激光技術(shù)廣泛應(yīng)用在直徑小于100μm 的微孔制作中，隨著微縮線路圖的使用，孔徑甚至可小于50μm 。紫外線激光技術(shù)在制作直徑小于80μm 的孔時產(chǎn)量非常高。因此，為了滿足日益增加的微孔生產(chǎn)力的需求，許多PCB制造商已經(jīng)開始引入雙頭激光鉆孔系統(tǒng)。

　　以下就是當(dāng)今市場用雙頭激光鉆孔系統(tǒng)的三種主要類型：

　　1） 雙頭紫外線鉆孔系統(tǒng);

　　2） 雙頭CO2激光鉆孔系統(tǒng);

　　3） 棍合激光鉆孔系統(tǒng)（ CO2和紫外線）。

　　所有這些類型的鉆孔系統(tǒng)都有其自身的優(yōu)點和缺點。激光鉆孔系統(tǒng)可以簡單地分成兩種類型，雙鉆頭單一波長系統(tǒng)和雙鉆頭雙波長系統(tǒng)。

　　不論是哪種類型，都有兩個主要部分影響鉆孔的能力：

　　1 ）激光能量/脈沖能量;

　　2） 光束定位系統(tǒng)。

　　激光脈沖的能量和光束的傳遞效率決定了鉆孔時間，鉆孔時間是指激光鉆孔機(jī)鉆一個微通孔的時間，光束定位系統(tǒng)決定了在兩個孔之間移動的速度。這些因素共同決定了激光鉆孔機(jī)制作給定要求的微通孔的速度。雙頭紫外線激光系統(tǒng)最適于用在集成電路中小于90μm 的鉆孔，同時其縱橫比也很高。

　　雙頭CO2激光系統(tǒng)使用的是調(diào)Q射頻激勵CO2激光器。這種系統(tǒng)的主要優(yōu)點是可重復(fù)率高（達(dá)到了100kHz） 、鉆孔時間短、操作面寬，只需要射很少幾下就可以鉆一個盲孔，但是其鉆孔質(zhì)量會比較低。

　　使用最普遍的雙頭激光鉆孔系統(tǒng)是混合激光鉆孔系統(tǒng)，它由一個紫外線激光頭和一個CO2 激光頭組成。這種綜合運用的混合激光鉆孔方法可以便銅和電介質(zhì)的鉆孔同時進(jìn)行。即用紫外線鉆銅，生成所需要孔的尺寸和形狀，緊接著用CO 2 激光鉆無遮蓋的電介質(zhì)。鉆孔過程是通過鉆2in X 2in 的塊完成的，此塊叫做域。

　　CO2 激光有效地除去電介質(zhì)，甚至是非均勻玻璃增強(qiáng)電介質(zhì)。然而，單一的CO2 激光不能制作小孔（小于75μm） 和除去銅，也有少數(shù)例外，那就是它可以除去經(jīng)過預(yù)先處理的5μm 以下的薄銅箔（lustino ， 2002） 。紫外線激光能夠制作非常小的孔，且可以除去所有普通的銅街（3 - 36μm ， 1oz ，甚至電鍍銅箔）。紫外線激光也可以單獨除去電介質(zhì)材料，只是速度較慢。而且，對于非均勻材料，例如增強(qiáng)玻璃FR -4，效果通常不好。這是因為只有能量密度提高到一定程度，才可以除去玻璃，而這樣也會破壞內(nèi)層的焊盤。由于棍合激光系統(tǒng)包括紫外線激光和CO 2 激光，因此其在兩個領(lǐng)域內(nèi)都能達(dá)到最佳，用紫外線激光可以完成所有的銅箔和小孔，用CO 2 激光可以快速地對電介質(zhì)進(jìn)行鉆孔。圖給出了可編程鉆距的雙頭激光鉆孔系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，兩個鉆頭之間的間距可根據(jù)元器件的布局自行調(diào)整，這保證了最大的激光鉆孔能力。

　　現(xiàn)在，大多數(shù)雙頭激光鉆孔系統(tǒng)中兩個鉆頭之間的間距都是固定的，同時具有步進(jìn)-重復(fù)光束定位技術(shù)。步進(jìn)，重復(fù)激光遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)器本身的優(yōu)點是域的調(diào)節(jié)范圍大（達(dá)到了（50 X 50）μm） 。缺點是激光遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)器必須在固定的域內(nèi)步進(jìn)移動，而且兩個鉆頭之間的間距是固定的。典型的雙頭激光遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)器兩個鉆頭之間的距離是固定的（大約為150μm） 。對于不同的面板尺寸，固定距離的鉆頭不能像可編程間距的鉆頭那樣以最佳配置完成操作。

　　如今，雙頭激光鉆孔系統(tǒng)有著各種不同規(guī)格的性能，既能夠適用于小型印制電路板制造廠商，同時也適用于大批量生產(chǎn)的印制電路板制造廠商。

　　由于陶瓷氧化鋁有很高的介質(zhì)常數(shù)，因此用于制造印制電路板。然而，由于其易碎、布線和裝配時所需的鉆孔過程用標(biāo)準(zhǔn)工具就很難完成，因為此時機(jī)械壓力必須減小到最小，這對激光鉆孔卻是一件好事。Rangel 等人（ 1997） 證明對于氧化鋁基板以及覆有金和錨的氧化鋁基板，可使用調(diào)QNd： YAG 激光器進(jìn)行鉆孔。使用短脈沖、低能量、高峰值功率的激光器有助于避免機(jī)械壓力對樣本的破壞，能夠制造出孔徑小于100μm 的優(yōu)質(zhì)通孔。這種技術(shù)成功地應(yīng)用在低噪聲微波放大器中，其頻率范圍為8 - 18GHz。

　　Nd：YAG激光技術(shù)在很多種材料上進(jìn)行徽盲孔與通孔的加工。其中在聚酰亞胺覆銅箔層壓板上鉆導(dǎo)通孔，最小孔徑是25微米。從制作成本分析，最經(jīng)濟(jì)的所采用的直徑是25—125微米。鉆孔速度為10000孔/分?？刹捎弥苯蛹す鉀_孔工藝方法，孔徑最大50微米。其成型的孔內(nèi)表干凈無碳化，很容易進(jìn)行電鍍。同樣也可在聚四氟乙烯覆銅箔層壓板鉆導(dǎo)通孔，最小孔徑為25微米，最經(jīng)濟(jì)的所采用的直徑為25—125微米。鉆孔速度為4500孔／分。不需預(yù)蝕刻出窗口。所成孔很干凈，不需要附加特別的處理工藝要求。