PCB制造
微孔PCB
激光钻孔在微孔PCB生产中的介绍

随着科技的发展,电子产品越来越小型化,PCB的尺寸也越来越小,在此情况下,PCB中用于连接和定位的微孔的孔径也逐渐减小,这给微孔PCB钻孔带来了一定的挑战。

激光钻孔技术之所以能广泛应用于许多领域,是因为其技术具有较高的峰值功率和较快的加工速度。但在PCB生产中,微孔PCB加工质量会对PCB的质量产生重要的影响。所以在生产PCB时采用激光钻孔技术进行微孔PCB加工,将获得更高质量的PCB。并且为PCB的装配和使用提供了便利。因此,应加强激光微孔PCB加工技术在印刷电路板生产中的应用研究,以便更好地促进PCB生产行业的发展。

微孔 PCB 中使用的激光钻概述

在微孔PCB设计与生产中,激光微孔加工技术是利用激光钻孔加工技术来加工直径小于50um的微孔,这是一种成熟的微孔加工技术。目前,激光微孔加工技术在微孔PCB中几乎可以用于各种材料的加工,微孔的大小与激光的能量密度、种类、波长、PCB板厚有直接关系。由于不同的材料对激光波长的吸收系数不同,所以我们也要使用特定波长的激光来加工特定的PCB材料。

从原理上看,微孔PCB的激光微孔加工技术主要采用光热烧蚀和化学烧蚀两种方式对微孔PCB进行微孔加工。光热烧蚀使材料在极短的时间内完成对高能激光的吸收,材料被加热至熔融、蒸发的状态,从而达到加工微孔PCB的目的。利用该技术可以使PCB在高能量下形成孔洞,但孔壁会残留发黑的碳化残留物,因此在穿孔前需要对材料进行清洁。

而采用化学烧蚀刻蚀技术,其实就是利用波长小于400nm的激光,将有机材料的长分子链破坏,使分子变成微小的颗粒,当分子的能量大于原分子时,就会脱离材料,在强外力的吸附下,材料会很快被去除,从而成为微孔。采用这种技术,材料表面不会有碳化现象,只需要对孔壁进行简单的清洗即可。

生产微孔 PCB 的激光钻孔所需设备

目前应用于PCB生产的激光微孔加工设备主要有三种:分子激光器、二氧化碳激光器、紫外Nd:YAG激光器。

分子激光

使用分子激光,可以使用248nm的短波紫外激光对PCB进行加工,PCB对这种光的吸收比较好,同时该设备产生的激光脉冲只要持续20ns就可以达到几兆瓦的峰值功率,经过均化后,光束可以产生平顶波形,然后投射到已成型的掩模版上,从而腐蚀PCB材料的底部。使用这种设备可以得到干净光滑的孔,但是由于腐蚀速度较慢,所以需要数百个激光脉冲。

二氧化碳激光

使用二氧化碳激光器,可以输出波长为10.6μm的红外波,与紫外固体激光器相比,使用这种激光器可以获得更大的加工深度,在具体应用中,需要根据金属孔径光阑完成光束中心部分的选择,将光束聚焦在焦距为4英寸的透镜上,然后照射到电路板表面。

紫外线 Nd:YAG 激光

采用紫外Nd:YAG激光器,可输出260-1060nm的激光,与分子激光器相比,该激光脉冲能量较低,但获得的峰值功率相同,由于使用该设备可以获得高斯分布的激光束,因此可以获得更多的微小光斑,因此该设备可以完成小尺寸微孔加工。

相比较而言,采用分子激光加工,可以获得更高的激光分辨率,同时可以完成净孔的加工。目前该技术主要应用于Polyimide材料的加工,可以使用较大的光束掩膜完成孔的同时加工。采用二氧化碳激光加工,则可以完成含有FR4的材料的加工,得到孔壁光滑、孔锥度均匀的微孔。但使用该设备的缺点是得到的孔质量不太好,需要用标准的清洗工艺对完成的孔进行清洗。采用YAG激光,则可以得到光滑平直的孔壁,也可以完成小于50um的孔的加工。目前该类设备主要应用于氧化铝PCB材料的加工。

微孔 PC 中的三种激光钻孔技术

在微孔PCB制作中,由于紫外固体激光器可以更好地溶解铜材料,也可以更好地与玻璃等聚合物耦合,并获得更小的光斑尺寸,因此得到了更好的应用。但在实际生产中,使用激光加工技术进行微孔加工时,在制作微孔PCB时,可以采用三种加工技术,分别是激光冲孔,激光套孔和激光螺旋式加工。

激光打孔技术

在微孔PCB中,激光打孔技术需要在需要时保持激光束保持静止,然后使用高重复率脉冲对材料进行加工。因此孔的大小由光斑的大小决定。使用此技术可以加工小直径的通孔。

激光袖孔技术

激光套孔技术,就是让聚焦的激光光斑绕着通孔走一圈,每转一圈,孔的深度就会加深一圈,使用这种技术需要计算每转一圈的加工深度,但是如果使用这种技术,会在孔的中间留下未溶解的材料,所以不能用这种技术进行盲孔PCB加工。

激光螺旋式加工

激光螺旋式加工,在加工大尺寸过孔时,可以采用激光螺旋式加工,具体来说就是将聚焦后的激光束从孔中心向外移动,移动形状呈螺旋状,从而对PCB材料进行逐层腐蚀,根据过孔尺寸、材料特性、层数参数,确定丝杠螺距、走行次数等参数,通过数控编程,即可完成微孔PCB的加工。

总结

经过分析,激光微孔PCB加工技术在PCB生产过程中可以得到较好的应用。但在实际生产中,仍需结合不同的工艺设备及工艺特点选择合适的加工工艺,才能更好地完成不同PCB材料的加工。

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