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紫外线激光器在印制电路板钻孔中的运用

2010-11-26 10:59
孤身万里游
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  当时用于制作印制电路板微通孔的激光器有四种类型:CO2 激光器、YAG激光器准分子激光器和铜蒸气激光器。CO2 激光器典型地用于出产大约75μm的孔,可是由于光束会从铜面上反射回来,所以它只是适合于除掉电介质。CO2激光器十分安稳、廉价,且不需保护。准分子激光器是出产高质量、小直径孔的最佳挑选,典型的孔径值为小于10μm。这些类型最适合用于微型球栅阵列封装( microBGA) 设备中聚酷亚胶基板的高密度阵列钻孔。铜蒸气激光器的开展尚在初期,但是在需求高出产率时仍具有优势。铜蒸气激光器能除掉电介质和铜,但是在出产进程中会带来严峻问题,会使得气流只能在受限的环境中出产产品。

  在印制电路板工业中运用最遍及的激光器是调QNd: YAG 激光器,其波长为355nm ,在紫外线规模内。这个波长可以在印制电路板钻孔时使大多数金属(Gu , Ni , Au , Ag) 消融,其吸收率超越50% (Meier 和Schmidt , 2002) ,有机资料也能被消融。紫外线激光的光子能量可高达3.5 -7.5eV ,在消融进程中可以使化学键开裂,部分经过紫外线激光的光化学作用,部分经过光热作用。这些性能使紫外线激光成为印制电路板工业运用的首选。

  YAG 激光体系有一个激光源,供给的能量密度(流量)超越4J/cm 2 ,这个能量密度是钻开微通孔外表铜循所必需的。有机资料的消融进程需求的能量密度大约只要100mJ/cm 2 ,例如环氧树脂和聚酷亚肢。为了在这样宽的频谱规模正确操作,需求十分准确和精细的操控激光能量。微通孔的钻孔进程需求两步,第一步用高能量密度激光翻开铜箔,第二步用低能量密度激光除掉电介质。

  激光的波长为355nm 时,其典型的光点直径大约为20μm。在脉冲时刻小于140ns 时,激光的频率在10 - 50kHz 之间,这时的资料是不会发生热量的。

  上图给出了这种体系根本的原理图。经过核算机操控扫描器/反射体系定位激光束,经过焦阑透镜聚集,可以使得光束以正确的视点钻孔。扫描进程经过软件发生一个矢量形式,以补偿资料和规划的误差。扫描面积为55 x55mm 。这个体系与CAM 软件兼容,支撑一切常用的数据格式。

  激光体系是德国人Mis LPKF 提出的,其机械规划的基座是将坚固的花岗岩,其外表磨光精度不低于3μm 。工作台支座放置在气体轴承上,由线性发动机来操控。定位的准确性由玻璃标尺来操控,其可重复性保证在± 1μm 。工作台自身装置了光学传感器,可以在不同的反射点对激光方位进行准确调整,补偿光学变形和长时刻漂移的误差。调整后,由软件所发生的一系列批改数据,可掩盖整个扫描区域。漂移刻度补偿大约需求lmin 的时刻进行操作。基板的任何改变,例如方位违背基准,可以经过高分辨率的CCD 相机检测到,经过软件操控进行补偿。

 

  这种体系十分适用于原型的出产,由于它可以钻孔和构形,从柔性到刚性印制电路板均可运用,包含金属聚合物,如阻焊剂、保护层、电介质等。Raman等人介绍了最先进的固态紫外线激光体系,以及其在高密度互连微通孔出产中的运用。

 

  Lange 和Vollrath 解说了紫外线激光体系(微线钻孔600 体系)在钻孔、构形和切开中的各种运用。该体系可以钻孔和微通孔,铜层孔径减小到了30μm ,而且关于必定规模内的基材能进行单步操作,这种体系也能出产最小宽度为20μm 的印制电路板外层导线,其出产能力大大超越了光化学。这种体系的出产速度可高达250 钻的操作,并可以答应一切规范输入,例如Gerber 和HPGL 。它的操作面积是640mm x 560mm (25. 2in x 22in) ,最大的资料高度为50mm (2in) ,可适用于大部分常用基板。机器工作台的基座和它的导轨都是用天然的花岗岩制作的,准确度为±3μm 。工作台由线性驱动器驱动,由空气轴承支撑;方位由具有热量补偿的玻璃标尺操控,其精度为土iμm 。操作台上基板的装置是经过真空设备完结的。

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