激光加工技术在柔性线路板中的应用
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激光加工技术在柔性线路板中的应用

2009年09月07日14:13

  相比之下,用激光制作微过孔则是一种简单的低成本工艺。激光设备投资非常低,而且激光是一种非接触式工具,不像机械钻孔那样会有一笔昂贵的工具更换费用。此外,现代密封式CO2和UV-DPSS激光器都是免维护的,可将停机时间减到最小,极大地提高了生产率。
  在柔性线路板上产生微过孔的方法与在刚性PCB上一样,但是由于基材和厚度的差异,激光的一些重要参数需要改变。密封CO2和UV-DPSS激光都可以使用同成型加工一样的矢量扫描技术在柔性线路板上直接钻孔,唯一的差异是钻孔应用软件会在扫描反射镜从一个微过孔扫至另外一个微过孔过程中将激光关掉,只有到达另一个钻孔位置时激光束才打开。为了使作出的孔垂直于柔性线路板基材表面,激光束必须垂直照在线路板基材上,这可以通过在扫描反射镜和基材间使用远心透镜系统做到(图2)。
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  图2:利用UV激光在Kapton上钻出的孔
  CO2激光也可以采用共形掩膜技术钻微过孔。使用这种技术时,将铜表面作为掩膜,先用普通印刷腐蚀方法在上面蚀刻出孔,然后将CO2激光束照在铜箔的孔上,除掉那些暴露出来的电介质材料。
  采用准分子激光通过投影掩膜的方法也可以制作微过孔,这项技术需要将一个微过孔或整个微过孔阵列的图像映射到基材上,然后准分子激光束照射掩膜使掩膜图映射到基材表面,从而将孔钻出。准分子激光钻孔的质量很好,它的缺点是速度低、成本高。
  激光选择
  虽然加工柔性线路板的激光类型和加工刚性PCB的一样,但材质和厚度上的差异会极大影响加工参数和速度。有的时候可使用准分子激光和横向激励气体(TEA)CO2激光,但是这两种方法速度慢、维护费用高,限制了生产率的提高。比较起来,由于CO2和UV-DPSS激光用途广、速度快而且成本底,因此柔性线路板微过孔制作和加工成型主要还是使用这两种激光。
  与气流型CO2激光不同,密封式CO2激光(http://www.auto-alt.cn)采用了块释放技术,使激光气体混合物限制在两个矩形电极板规定的激光腔内,激光腔在整个使用寿命(通常约2~3年)期间都是密封的。密封激光腔结构紧凑,不需要换气,激光头可连续工作25,000小时以上而无需维护。密封设计的最大优点是能够产生快速脉冲,如块释放激光可发出功率峰值为1.5kW的高频(100kHz)脉冲。利用高频率和高峰值功率可进行快速加工而不会引起任何热退化。
  UV-DPSS激光器是一种用激光二极管阵列连续吸入钒酸钕(Nd:YVO4)晶体棒的固体器件,它由一个声光Q型开关产生脉冲输出,并用三次谐波晶体发生器改变Nd:YVO4激光的输出,将输出从1,064nm IR基本波长降为355nm UV波长。一般情况下355nm
  UV-DPSS激光在20kHz标称脉冲重复率下平均输出功率在3W以上。
  UV-DPSS激光
  电介质和铜都能很容易地吸收输出波长为355nm的UV-DPSS激光。UV-DPSS激光比CO2激光的光点小而且输出功率低,在电介质加工过程中UV-DPSS激光通常用于小尺寸(小于50μm)工艺,因此要在高密度柔性线路板基材上加工直径小于50μm的微过孔,用UV激光是非常理想的。现在已有了大功率UV-DPSS激光,可以增加UV-DPSS激光的加工和钻孔速度。
  UV-DPSS激光的优点是其高能量UV光子照在多数非金属表面层上时,能直接打断分子的链接,用“冷”光刻工艺使切割边缘平滑,同时热损坏和烧焦程度最小,所以UV微切割加工适用于无法或无需进行后处理的高要求场合。
  CO2激光 (Automation Alternatives)
  密封CO2激光可以发射波长为10.6μm或9.4μm的FIR激光,尽管两个波长都易于被电介质如聚酰亚胺膜基材吸收,但研究表明用9.4μm波长加工这类材料效果要好得多。电介质9.4μm波长的吸收系数较高,用这一波长来钻孔或切割材料比用10.6μm波长快。9.4μm激光不仅在钻孔及切割时优势明显,切片效果也非常突出,因而使用较短波长的激光可以提高生产率和质量。
  一般来说,FIR波长容易被电介质吸收,但是会被铜反射回来,所以绝大多数CO2激光用于电介质的加工成型、切片以及电介质基材和层压板分层。由于CO2激光的输出功率比DPSS激光高,多数情况下使用CO2激光来加工电介质。CO2激光和UV-DPSS激光经常结合起来使用,例如在钻微过孔时,首先用DPSS激光去掉铜层,然后再用CO2激光快速在电介质层中钻孔,直至下一个覆铜层出现再重复该过程。
  由于UV激光本身波长很短,所以它射出的光点比CO2激光的精细,但某些应用中CO2激光产生的大直径光点比UV-DPSS激光更有用。例如切除槽、方块等大面积材料或钻大孔(直径大于50μm)时,用CO2激光加工所需时间更短。一般来说,孔径比50μm大时用CO2激光加工比较合适,孔径小于50μm时则用UV-DPSS激光效果更好。

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