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光學元件

紫外激光器在印製電路板鑽孔中的應用

星之球激光 來源:佳工機電網2011-12-23 我要評論(0 )   

當前用於(yu) 製作印製電路板微通孔的激光器有四種類型:CO2 激光器、YAG激光器、準分子激光器和銅蒸氣激光器。CO2 激光器典型地用於(yu) 生產(chan) 大約75m的孔,但是由於(yu) 光束會(hui) 從(cong) 銅麵...

當前用於(yu) 製作印製電路板微通孔的激光器有四種類型:CO2 激光器、YAG激光器、準分子激光器和銅蒸氣激光器。CO2 激光器典型地用於(yu) 生產(chan) 大約75μm的孔,但是由於(yu) 光束會(hui) 從(cong) 銅麵上反射回來,所以它僅(jin) 僅(jin) 適合於(yu) 除去電介質。CO2激光器非常穩定、便宜,且不需維護。準分子激光器是生產(chan) 高質量、小直徑孔的最佳選擇,典型的孔徑值為(wei) 小於(yu) 10μm。這些類型最適合用於(yu) 微型球柵陣列封裝( microBGA) 設備中聚酷亞(ya) 膠基板的高密度陣列鑽孔。銅蒸氣激光器的發展尚在初期,然而在需要高生產(chan) 率時仍具有優(you) 勢。銅蒸氣激光器能除去電介質和銅,然而在生產(chan) 過程中會(hui) 帶來嚴(yan) 重問題,會(hui) 使得氣流隻能在受限的環境中生產(chan) 產(chan) 品。

在印製電路板工業(ye) 中應用最普遍的激光器是調QNd: YAG 激光器,其波長為(wei) 355nm ,在紫外線範圍內(nei) 。這個(ge) 波長可以在印製電路板鑽孔時使大多數金屬(Gu , Ni , Au , Ag) 融化,其吸收率超過50% (Meier 和Schmidt , 2002) ,有機材料也能被融化。紫外線激光的光子能量可高達3.5-7.5eV ,在融化過程中能夠使化學鍵斷裂,部分通過紫外線激光的光化學作用,部分通過光熱作用。這些性能使紫外線激光成為(wei) 印製電路板工業(ye) 應用的首選。

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YAG 激光係統有一個(ge) 激光源,提供的能量密度(流量)超過4J/cm2 ,這個(ge) 能量密度是鑽開微通孔表麵銅循所必需的。有機材料的融化過程需要的能量密度大約隻有100mJ/cm2 ,例如環氧樹脂和聚酷亞(ya) 肢。為(wei) 了在這樣寬的頻譜範圍正確操作,需要非常準確和精密的控製激光能量。微通孔的鑽孔過程需要兩(liang) 步,第一步用高能量密度激光打開銅箔,第二步用低能量密度激光除去電介質。

激光的波長為(wei) 355nm 時,其典型的光點直徑大約為(wei) 20μm。在脈衝(chong) 時間小於(yu) 140ns 時,激光的頻率在10-50kHz 之間,這時的材料是不會(hui) 產(chan) 生熱量的。

上圖給出了這種係統基本的原理圖。通過計算機控製掃描器/反射係統定位激光束,通過焦闌透鏡聚焦,可以使得光束以正確的角度鑽孔。掃描過程通過軟件產(chan) 生一個(ge) 矢量模式,以補償(chang) 材料和設計的偏差。掃描麵積為(wei) 55x55mm 。這個(ge) 係統與(yu) CAM 軟件兼容,支持所有常用的數據格式。

激光係統是德國人Mis LPKF 提出的,其機械設計的基座是將堅硬的花崗岩,其表麵磨光精度不低於(yu) 3μm 。工作台支座放置在氣體(ti) 軸承上,由線性發動機來控製。定位的準確性由玻璃標尺來控製,其可重複性確保在±1μm 。工作台本身安裝了光學傳(chuan) 感器,可以在不同的反射點對激光位置進行精確調整,補償(chang) 光學變形和長期漂移的偏差。調整後,由軟件所產(chan) 生的一係列修正數據,可覆蓋整個(ge) 掃描區域。漂移刻度補償(chang) 大約需要lmin 的時間進行操作。基板的任何變化,例如位置偏離基準,可以通過高分辨率的CCD 相機檢測到,通過軟件控製進行補償(chang) 。

這種係統非常適用於(yu) 原型的生產(chan) ,因為(wei) 它能夠鑽孔和構形,從(cong) 柔性到剛性印製電路板均可使用,包括金屬聚合物,如阻焊劑、保護層、電介質等。Raman等人介紹了最先進的固態紫外線激光係統,以及其在高密度互連微通孔生產(chan) 中的應用。

Lange 和Vollrath 解釋了紫外線激光係統(微線鑽孔600 係統)在鑽孔、構形和切割中的各種應用。該係統可以鑽孔和微通孔,銅層孔徑減小到了30μm ,並且對於(yu) 一定範圍內(nei) 的基材能進行單步操作,這種係統也能生產(chan) 最小寬度為(wei) 20μm 的印製電路板外層導線,其生產(chan) 能力大大超過了光化學。這種係統的生產(chan) 速度可高達250 鑽的操作,並能夠允許所有標準輸入,例如Gerber 和HPGL 。它的操作麵積是640mm x 560mm (25.2in x 22in) ,最大的材料高度為(wei) 50mm (2in) ,可適用於(yu) 大部分常用基板。機器工作台的基座和它的導軌都是用天然的花崗岩製作的,精確度為(wei) ±3μm 。工作台由線性驅動器驅動,由空氣軸承支撐;位置由具有熱量補償(chang) 的玻璃標尺控製。操作台上基板的安裝是通過真空設備完成的。

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