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:
把激光光束直徑調制到與被加工孔的直徑相同,在沒有銅箔的絕緣介質(如樹脂層)上直接進行孔加工。
2 敷形掩膜工藝:
在制板表面涂覆一層專用的掩膜,用傳統的曝光/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,切除曝露的介質層樹脂。
要求這種專用的掩膜材料或者能夠反射激光,或者其燒蝕臨界值(ablation threshold)遠遠大于樹脂燒蝕的值。
這樣,掩膜材料不會被激光燒損,而樹脂卻被燒蝕切除。
如果掩膜中只有一個孔被激光照射,一次只形成一個孔。
如果采用大的激光束,在在制板面掃描,一次可產生許多孔。
[ 二 ]YAG/UV激光鉆孔系統的鉆孔技術。
(1)導通孔。
導通孔可以用PCB激光鉆孔加工和激光圓周旋轉挖孔進行制作。
究竟采用那種方法取決于所要求孔的尺寸。
小孔,當直徑小于2mils(50μm)時用激光直接沖孔產生。
而大孔用激光圓周旋轉挖孔產生。
1:PCB激光鉆孔加工:
激光束定位在需要鉆孔的位置,重復發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。
此工藝不會在材料中產生應力。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構。
2:激光圓周旋轉挖孔:
激光束從孔中心開始切挖,然后繞孔作一定數量的圓周開挖運動,再回到孔中心,因而確切的說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。
對增強材料挖孔速度是120~1800孔/分。挖孔速度由材料厚度、結構和孔尺寸決定。
(2)盲孔加工:
孔內所有的必須清除干凈而又不損傷下面的銅箔,激光的能量密度要剛好調整到這樣一個水平———即達到一個燒蝕臨界值。
激光束移動到要求的位置并以一個脈沖快速形成盲孔。孔徑可達150μm。沖孔速度4000孔/分。典型的速度為2500孔/分。
(3)激光螺旋狀旋轉掏孔:
當在FR4/玻璃布上加工孔時。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。孔的尺寸由可編程的螺旋狀激光束控制。
從孔中心開始的激光束向周圍作螺旋運動,所走過的螺旋軌跡能按一定的深度清除孔內的所有材料。
孔干凈且無碳化或焦化,很容易電鍍。
銅箔表面不要預蝕刻出窗孔。此法多用于微盲孔的加工。
[ 三 ]YAG紫外激光的應用:
1 用UV固態:YAG激光鉆孔機在聚酰亞胺覆銅箔層壓板上鉆導通孔,最小孔徑是1mils(25μm)。
最經濟的直徑是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挖孔。孔徑干凈并且無碳化,很容易電鍍,其表面銅箔也不需要預蝕刻出窗孔。
2 在聚四氟乙烯(PTFE)覆銅箔層壓板鉆導通孔,最小孔徑為1mils(25μm),經濟的孔徑是1-6mils(25-152μm)。
鉆孔速度4500孔/分。能切割頂部和底部的銅箔———不需要預蝕刻出窗孔,能穿透內層銅箔,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。
當用激光直接沖孔時最大直徑約35μm。
3 在FR4鉆導通孔,孔徑最小為2mils(50μm)。
經濟的直徑是2-6mils(25-152μm)。鉆孔速度1800孔/分。
能切透頂部與底部的銅箔及內層銅箔,不要求預蝕刻出窗孔,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激光鉆孔加工的優缺點比較:
根據目前激光鉆孔的性能及生產實踐結果、兩種激光鉆孔的優缺點如下:
(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固態激光為10000孔/分以內;而CO2激光可達30000孔/分,所以CO2激光鉆孔生產效率高。
(3)介質材料的適應性:YAG/UV固態激光適用于各種PCB材料(包括銅箔和玻璃布)的鉆孔加工;而CO2激光僅宜用于樹脂介質層。
(4)鉆孔工藝:YAG/UV固態激光為短脈沖紫外激光,波長為266nm,激光功率密度高,可以直接在銅箔上穿(沖)孔,可以進行微貫通孔和盲孔加工;
而CO2激光波長為9400nm的紅外光束,由于銅對紅外線波長吸收率很低,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,才能在附樹脂銅箔介質層上鉆孔,只宜加工盲孔。
(5)鉆孔質量:YAG/UV 固態激光鉆孔后孔內干凈、無殘渣,不需進行去膩污等后續工藝處理就可以進行化學鍍銅;
而CO2激光鉆孔后在內層銅箔表面會出現介質材料殘膜或炭化殘留物,必須加強后續工序的除膠、除殘渣處理,
如:采用準分子(Excimers)激光清除碳化殘留物。
同時,由于CO2激光鉆孔原理為激光燒蝕介質材料,故孔壁質量較差,甚至出現盲孔底銅下面與內部介質層分離的缺陷。
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