激光蚀刻钻孔工艺.docx

激光蚀刻钻孔工艺 Newmaker 在孔径大于 0.008 吋(200μm)的场合基本上都使用机械式钻孔，而较小孔径则主 要应用激光钻孔。激光钻孔的孔径最小为 0.001 吋(25μm)，一般标准孔径为 0.004 吋(100μm)至 0.006 吋(150μm)。 直到 1999 年年底，激光钻孔还仅在少数几个产品中使用，那时全世界只有 400 台设备，其中 300 台在日本，均用于第一代激光钻孔工艺：未覆铜材料的 CO2 钻孔。预计到 2002 年激光钻孔的数量将会有很大的增加，因为那时移动电话需 求量估计会达到 3.5 亿部。为生产出足够的印刷线路板，将需要 2000 台激光钻孔设备，这个数字还没包括小型因特网接入设备、个人电脑和其他设备的需求。 激光蚀刻钻孔工艺包括直接电介体钻孔、共形掩膜钻孔和完孔成形三种。直接电介体钻孔是用 CO2 激光束照射材料表面，每发出一次激光脉冲就有一部分材料被蚀刻掉，然后在下一步工序中对材料整个表面进行电镀。该工艺的特点是钻孔速度快，但由于CO2 激光的分辨率太低，其孔径不能低于0.004 吋(100μm)；另外未覆铜材料还存在共面和精确度等问题。 共形掩膜钻孔是用 CO2 激光在覆铜层已经经过腐蚀的电介材料上钻孔。在光刻工艺中，覆铜层通过化学方法先作完腐蚀，这时它就如同一个掩膜，使 CO2 激光只作用于电介材料上。目前使用的是无需装备外部激光气的必威体育精装版式射频激励密封 CO2 激光，这种激光束具有质量好(TEM00)、重复率高(20kHz 以上)及持久耐用等特点。 将这些特点和快速扫描仪(每秒超过 1000 点)及快速操纵系统如带线性马达(最高2500ipm)的工作台等结合起来，可以使钻孔速度达到每分钟 60000 孔(1mm 间隔)。由于覆铜层已预先腐蚀掉，所以孔的直径与激光波长无关，在 25μm 至 250μm 之间。 完孔成形使用两种激光，即 UV 激光与 CO2 激光，目前必威体育精装版的技术是固态 UV 激光，它利用二极管吸收方式激励激光棒。一个典型的完孔成形系统可产生两种激 光：吸收二极管产生的 355μm UV 激光(脉冲重复率高达 100kHz)以及CO2 激光。UV 激光用来除去铜层，CO2 激光用来去除电介质，该工艺已在很多不同的工业中分别得到开发应用，其中主要是在美国和欧洲的一些国家。 UV 激光以一种称为环钻的方式移动，激光束开始照在孔的中心，然后环绕中心作同心圆移动，同心圆直径依次增大直至将整个区域的覆铜层都蚀刻掉。铜层去掉以后再用 CO2 激光去除电介质，这时剩余的覆铜层就作为CO2 激光的掩膜。 这种工艺的优点是孔径可以小至 0.002 吋(50μm)而且很精确，同时每分钟钻孔数量可达 5000 个以上。该工艺也可用于多层线路板的钻孔。 传统弧灯只有 400～500 小时寿命，而二极管的使用寿命一般都超过 10000 小时， 所以二极管吸收式激光有助于提高产量和延长使用寿命。由于激光二极管的寿命 可以预测得到，因此维修更换就可以事先计划好，减少了维修时间和意外停机。 另外二极管吸收式激光稳定性很高，波动小，所以孔的一致性很高。 为了适应生产的需要，多数激光钻孔系统都带有自动化装置。必威体育精装版式设备配有为两套激光系统供料的自动装卸装置，该装置位于机器中间，装有送料架和堆叠装货的小车，为两台激光钻孔系统送料和卸料，并可在钻孔的同时将线路板翻转过来。每两台激光系统使用一台自动装卸装置可以节省投资和场地。 线路板装到真空吸盘上后，要用对位标记使钻孔光束与线路板相配，可利用通孔或线路板上的图形作为标记。对位标记既可以用机械方法形成，也可以用激光对最上层铜箔蚀刻制成。图形处理系统读取到对位标记后，程序就可对线路板进行自动对位、偏位补偿、旋转、伸长以及缩小等处理。由于供应商不同，有时会使用两个、三个、四个或更多对位标记。 钻孔工艺的加工时间取决于所用的硬件(如扫描仪、工作台)以及使用的方法。可提高激光系统产量的步进技术能使激光源频率更高、扫描仪每秒扫描区域更大及工作台速度更快；缩短加工时间的方法则包括将激光束分到多个工作台上、使扫描仪和工作台移动同步以便在工作台移动时钻孔以及同时对两个或多个区域进行并行处理等等。 应用实例 用户 A：中小规模 PCB 制造商，所需过孔的孔径为 0.006 吋(0.15mm)或更大， 产量相对较低。该用户合适的选择是机械钻孔系统。 用户 B：过孔要求为孔径 0.004～0.006 吋(0.1～0.15mm)，中等产量。加工这种孔不需要用激光，但采用激光钻孔可提高产量，是否采用激光钻孔取决于资金的多少。此例中机械钻孔和激光钻孔都可以满足加工要求。 用户 C：过孔要求为孔径 0.004 吋(0.1mm)或更小。这时即使产量很低也要采用激光钻孔，因为用机械钻孔方