PCB激光鉆孔加工:
[ 一 ]CO2激光鉆孔的加工方法主要有:直接加工法(Direct)和敷形掩膜加工法(Conformal mask)兩種。
1 直接加工法:
把激光光束直徑調(diào)制到與被加工孔的直徑相同,在沒(méi)有銅箔的絕緣介質(zhì)(如樹(shù)脂層)上直接進(jìn)行孔加工。
2 敷形掩膜工藝:
在制板表面涂覆一層專(zhuān)用的掩膜,用傳統(tǒng)的曝光/顯影/蝕刻工藝去掉孔表面的銅形成敷形窗口。
然后用大于孔徑的激光束照射這些孔,切除曝露的介質(zhì)層樹(shù)脂。
要求這種專(zhuān)用的掩膜材料或者能夠反射激光,或者其燒蝕臨界值(ablation threshold)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于樹(shù)脂燒蝕的值。
這樣,掩膜材料不會(huì)被激光燒損,而樹(shù)脂卻被燒蝕切除。
如果掩膜中只有一個(gè)孔被激光照射,一次只形成一個(gè)孔。
如果采用大的激光束,在在制板面掃描,一次可產(chǎn)生許多孔。
[ 二 ]YAG/UV激光鉆孔系統(tǒng)的鉆孔技術(shù)。
(1)導(dǎo)通孔。
導(dǎo)通孔可以用PCB激光鉆孔加工和激光圓周旋轉(zhuǎn)挖孔進(jìn)行制作。
究竟采用那種方法取決于所要求孔的尺寸。
小孔,當(dāng)直徑小于2mils(50μm)時(shí)用激光直接沖孔產(chǎn)生。
而大孔用激光圓周旋轉(zhuǎn)挖孔產(chǎn)生。
1:PCB激光鉆孔加工:
激光束定位在需要鉆孔的位置,重復(fù)發(fā)射高頻率脈沖將板材沖透。孔尺寸的取決于聚焦激光束的尺寸。
此工藝不會(huì)在材料中產(chǎn)生應(yīng)力。因而孔距可以非常小。
覆銅箔材料和多層板全可以加工。其鉆孔速度是300~10000孔/分。
影響其沖孔速度的主要因素是材料的厚度與材料的結(jié)構(gòu)。
2:激光圓周旋轉(zhuǎn)挖孔:
激光束從孔中心開(kāi)始切挖,然后繞孔作一定數(shù)量的圓周開(kāi)挖運(yùn)動(dòng),再回到孔中心,因而確切的說(shuō)是切或挖孔而不是鉆孔。
這一方法通常用于一定直徑的通孔加工。
利用5100,S型高速光束定位器,光束切割走的軌跡是單一通路。
其軌跡是可編程的。孔的尺寸與形狀也是可編程的。
材料的厚度是其切割深度的極限。挖孔速度的峰值是6000孔/分。
對(duì)增強(qiáng)材料挖孔速度是120~1800孔/分。挖孔速度由材料厚度、結(jié)構(gòu)和孔尺寸決定。
(2)盲孔加工:
孔內(nèi)所有的必須清除干凈而又不損傷下面的銅箔,激光的能量密度要?jiǎng)偤谜{(diào)整到這樣一個(gè)水平———即達(dá)到一個(gè)燒蝕臨界值。
激光束移動(dòng)到要求的位置并以一個(gè)脈沖快速形成盲孔??讖娇蛇_(dá)150μm。沖孔速度4000孔/分。典型的速度為2500孔/分。
(3)激光螺旋狀旋轉(zhuǎn)掏孔:
當(dāng)在FR4/玻璃布上加工孔時(shí)。其能量密度能燒蝕金屬銅與玻璃布.
YAG淺的穿透深度剛好保證精確的孔深??椎某叽缬煽删幊痰穆菪隣罴す馐刂?。
從孔中心開(kāi)始的激光束向周?chē)髀菪\(yùn)動(dòng),所走過(guò)的螺旋軌跡能按一定的深度清除孔內(nèi)的所有材料。
孔干凈且無(wú)碳化或焦化,很容易電鍍。
銅箔表面不要預(yù)蝕刻出窗孔。此法多用于微盲孔的加工。
[ 三 ]YAG紫外激光的應(yīng)用:
1 用UV固態(tài):YAG激光鉆孔機(jī)在聚酰亞胺覆銅箔層壓板上鉆導(dǎo)通孔,最小孔徑是1mils(25μm)。
最經(jīng)濟(jì)的直徑是1-6mils(25~152μm)。鉆孔速度10000孔/分。
可采用直接激光沖孔,孔徑最大約2mails(50μm)。
也可采用激光圓周旋轉(zhuǎn)挖孔??讖礁蓛舨⑶覠o(wú)碳化,很容易電鍍,其表面銅箔也不需要預(yù)蝕刻出窗孔。
2 在聚四氟乙烯(PTFE)覆銅箔層壓板鉆導(dǎo)通孔,最小孔徑為1mils(25μm),經(jīng)濟(jì)的孔徑是1-6mils(25-152μm)。
鉆孔速度4500孔/分。能切割頂部和底部的銅箔———不需要預(yù)蝕刻出窗孔,能穿透內(nèi)層銅箔,可加工多層板。
可以加工非常大的板厚與孔徑比的孔。
孔很干凈,不需要附加別的處理工藝步驟的要求。
當(dāng)用激光直接沖孔時(shí)最大直徑約35μm。
3 在FR4鉆導(dǎo)通孔,孔徑最小為2mils(50μm)。
經(jīng)濟(jì)的直徑是2-6mils(25-152μm)。鉆孔速度1800孔/分。
能切透頂部與底部的銅箔及內(nèi)層銅箔,不要求預(yù)蝕刻出窗孔,可加工多層板,能加工大的板厚孔徑比的孔。
玻璃纖維能被干凈的切斷而無(wú)損傷。不需要附加別的處理工藝步驟的要求,就能可靠的電鍍。
當(dāng)然也可以鉆盲孔,鉆孔速度1000孔/分。
[ 四 ]兩種PCB激光鉆孔加工的優(yōu)缺點(diǎn)比較:
根據(jù)目前激光鉆孔的性能及生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果、兩種激光鉆孔的優(yōu)缺點(diǎn)如下:
(1)可鉆孔徑:CO2激光加工最小孔徑為50μm;YAG/UV固體激光可以加工25μm直徑的小孔。
(2)鉆孔速度:YAG/UV固體激光鉆孔速度比高能量CO2激光鉆孔速度慢。
YAG/UV固態(tài)激光為10000孔/分以?xún)?nèi);而CO2激光可達(dá)30000孔/分,所以CO2激光鉆孔生產(chǎn)效率高。
(3)介質(zhì)材料的適應(yīng)性:YAG/UV固態(tài)激光適用于各種PCB材料(包括銅箔和玻璃布)的鉆孔加工;而CO2激光僅宜用于樹(shù)脂介質(zhì)層。
(4)鉆孔工藝:YAG/UV固態(tài)激光為短脈沖紫外激光,波長(zhǎng)為266nm,激光功率密度高,可以直接在銅箔上穿(沖)孔,可以進(jìn)行微貫通孔和盲孔加工;
而CO2激光波長(zhǎng)為9400nm的紅外光束,由于銅對(duì)紅外線(xiàn)波長(zhǎng)吸收率很低,因而CO2紅外激光不能燒蝕金屬銅,需要采用敷形掩膜工藝形成窗孔,才能在附樹(shù)脂銅箔介質(zhì)層上鉆孔,只宜加工盲孔。
(5)鉆孔質(zhì)量:YAG/UV 固態(tài)激光鉆孔后孔內(nèi)干凈、無(wú)殘?jiān)恍柽M(jìn)行去膩污等后續(xù)工藝處理就可以進(jìn)行化學(xué)鍍銅;
而CO2激光鉆孔后在內(nèi)層銅箔表面會(huì)出現(xiàn)介質(zhì)材料殘膜或炭化殘留物,必須加強(qiáng)后續(xù)工序的除膠、除殘?jiān)幚恚?/p>
如:采用準(zhǔn)分子(Excimers)激光清除碳化殘留物。
同時(shí),由于CO2激光鉆孔原理為激光燒蝕介質(zhì)材料,故孔壁質(zhì)量較差,甚至出現(xiàn)盲孔底銅下面與內(nèi)部介質(zhì)層分離的缺陷。
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