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紫外線激光器在印制電路板鉆孔中的應用
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摘要: 當前用于制作印制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 激光器典型地用于生產(chǎn)大約75μm的孔,但是由于光束會從銅面上反射回來,,所以它僅僅適合于除去電介質(zhì),。CO2激光器非常穩(wěn)定、便宜,,且不需維護,。準分子激光器是生產(chǎn)高質(zhì)量、小直徑孔的最佳選擇,,典型的孔徑值為小于10μm,。這些類型最適合用于微型球柵陣列封裝( microBGA) 設備中聚酷亞膠基板的高密度陣列鉆孔。銅蒸氣激光器的發(fā)展尚在初期,,然而在需要高生產(chǎn)率時仍具有優(yōu)勢,。銅蒸氣激光器能除去電介質(zhì)和銅,然而在生產(chǎn)過程中會帶來嚴重問題,,會使得氣流只能在受限的環(huán)境中生產(chǎn)產(chǎn)品,。
Abstract:
Key words :

 

  當前用于制作印制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 激光器典型地用于生產(chǎn)大約75μm的孔,但是由于光束會從銅面上反射回來,,所以它僅僅適合于除去電介質(zhì),。CO2激光器非常穩(wěn)定、便宜,,且不需維護,。準分子激光器是生產(chǎn)高質(zhì)量、小直徑孔的最佳選擇,,典型的孔徑值為小于10μm,。這些類型最適合用于微型球柵陣列封裝( microBGA) 設備中聚酷亞膠基板的高密度陣列鉆孔。銅蒸氣激光器的發(fā)展尚在初期,,然而在需要高生產(chǎn)率時仍具有優(yōu)勢。銅蒸氣激光器能除去電介質(zhì)和銅,然而在生產(chǎn)過程中會帶來嚴重問題,,會使得氣流只能在受限的環(huán)境中生產(chǎn)產(chǎn)品,。

  在印制電路板工業(yè)中應用最普遍的激光器是調(diào)QNd: YAG 激光器,其波長為355nm ,,在紫外線范圍內(nèi),。這個波長可以在印制電路板鉆孔時使大多數(shù)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印制電路板工業(yè)應用的首選,。

  YAG 激光系統(tǒng)有一個激光源,提供的能量密度(流量)超過4J/cm 2 ,, 這個能量密度是鉆開微通孔表面銅循所必需的,。有機材料的融化過程需要的能量密度大約只有100mJ/cm 2 , 例如環(huán)氧樹脂和聚酷亞肢,。為了在這樣寬的頻譜范圍正確操作,,需要非常準確和精密的控制激光能量。微通孔的鉆孔過程需要兩步,,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(zhì)。

  激光的波長為355nm 時,,其典型的光點直徑大約為20μm ,。在脈沖時間小于140ns 時,激光的頻率在10 - 50kHz 之間,,這時的材料是不會產(chǎn)生熱量的,。

  圖給出了這種系統(tǒng)基本的原理圖。通過計算機控制掃描器/反射系統(tǒng)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鉆孔。掃描過程通過軟件產(chǎn)生一個矢量模式,,以補償材料和設計的偏差,。掃描面積為55 x55mm 。這個系統(tǒng)與CAM 軟件兼容,,支持所有常用的數(shù)據(jù)格式,。

  激光系統(tǒng)是德國人Mis LPKF 提出的,,其機械設計的基座是將堅硬的花崗巖,其表面磨光精度不低于3μm ,。工作臺支座放置在氣體軸承上,,由線性發(fā)動機來控制。定位的準確性由玻璃標尺來控制,,其可重復性確保在± 1μm ,。工作臺本身安裝了光學傳感器,可以在不同的反射點對激光位置進行精確調(diào)整,,補償光學變形和長期漂移的偏差,。調(diào)整后,由軟件所產(chǎn)生的一系列修正數(shù)據(jù),,可覆蓋整個掃描區(qū)域,。漂移刻度補償大約需要lmin 的時間進行操作?;宓娜魏巫兓?,例如位置偏離基準,可以通過高分辨率的CCD 相機檢測到,,通過軟件控制進行補償,。

 

 

  這種系統(tǒng)非常適用于原型的生產(chǎn),因為它能夠鉆孔和構(gòu)形,,從柔性到剛性印制電路板均可使用,,包括金屬聚合物,如阻焊劑,、保護層,、電介質(zhì)等。Raman等人介紹了最先進的固態(tài)紫外線激光系統(tǒng),,以及其在高密度互連微通孔生產(chǎn)中的應用,。

  Lange 和Vollrath 解釋了紫外線激光系統(tǒng)(微線鉆孔600 系統(tǒng))在鉆孔、構(gòu)形和切割中的各種應用,。該系統(tǒng)可以鉆孔和微通孔,,銅層孔徑減小到了30μm ,并且對于一定范圍內(nèi)的基材能進行單步操作,,這種系統(tǒng)也能生產(chǎn)最小寬度為20μm 的印制電路板外層導線,,其生產(chǎn)能力大大超過了光化學。這種系統(tǒng)的生產(chǎn)速度可高達250 鉆的操作,,并能夠允許所有標準輸入,,例如Gerber 和HPGL 。它的操作面積是640mm x 560mm (25. 2in x 22in) ,,最大的材料高度為50mm (2in) ,,可適用于大部分常用基板,。機器工作臺的基座和它的導軌都是用天然的花崗巖制作的,精確度為±3μm ,。工作臺由線性驅(qū)動器驅(qū)動,,由空氣軸承支撐;位置由具有熱量補償?shù)牟A顺呖刂疲渚葹橥羒μm ,。操作臺上基板的安裝是通過真空設備完成的。

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