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商業(yè)生產(chǎn)中,有兩種激光技術(shù)可用于激光鉆孔。CO2激光波長(cháng)在遠紅外線(xiàn)波段內,紫外線(xiàn)激光波長(cháng)在紫外線(xiàn)波段內。CO2激光廣泛應用在印制電路板的工業(yè)微通孔制作中,要求微通孔直徑大于100μm (Raman , 2001) 。對于這些大孔徑孔的制作, CO2激光具有很高的生產(chǎn)力,這是因為CO2激光制作大孔所需的沖孔時(shí)間非常短。紫外線(xiàn)激光技術(shù)廣泛應用在直徑小于100μm 的微孔制作中,隨著(zhù)微縮線(xiàn)路圖的使用,孔徑甚至可小于50μm 。紫外線(xiàn)激光技術(shù)在制作直徑小于80μm 的孔時(shí)產(chǎn)量非常高。因此,為了滿(mǎn)足日益增加的微孔生產(chǎn)力的需求,許多制造商已經(jīng)開(kāi)始引入雙頭激光鉆孔系統。-以下就是當今市場(chǎng)用雙頭激光鉆孔系統的三種主要類(lèi)型:
1)雙頭紫外線(xiàn)鉆孔系統;
2) 雙頭CO2激光鉆孔系統;
3) 棍合激光鉆孔系統( CO2和紫外線(xiàn))。
所有這些類(lèi)型的鉆孔系統都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。激光鉆孔系統可以簡(jiǎn)單地分成兩種類(lèi)型,雙鉆頭單一波長(cháng)系統和雙鉆頭雙波長(cháng)系統。不論是哪種類(lèi)型,都有兩個(gè)主要部分影響鉆孔的能力:
1 )激光能量/脈沖能量;
2) 光束定位系統。
激光脈沖的能量和光束的傳遞效率決定了鉆孔時(shí)間,鉆孔時(shí)間是指激光鉆孔機鉆一個(gè)微通孔的時(shí)間,光束定位系統決定了在兩個(gè)孔之間移動(dòng)的速度。這些因素共同決定了激光鉆孔機制作給定要求的微通孔的速度。雙頭紫外線(xiàn)激光系統適于用在集成電路中小于90μm 的鉆孔,同時(shí)其縱橫比也很高。
雙頭CO2激光系統使用的是調Q射頻激勵CO2激光器。這種系統的主要優(yōu)點(diǎn)是可重復率高(達到了100kHz) 、鉆孔時(shí)間短、操作面寬,只需要射很少幾下就可以鉆一個(gè)盲孔,但是其鉆孔質(zhì)量會(huì )比較低。
使用普遍的雙頭激光鉆孔系統是混合激光鉆孔系統,它由一個(gè)紫外線(xiàn)激光頭和一個(gè)CO2 激光頭組成。這種綜合運用的混合激光鉆孔方法可以便銅和電介質(zhì)的鉆孔同時(shí)進(jìn)行。即用紫外線(xiàn)鉆銅,生成所需要孔的尺寸和形狀,緊接著(zhù)用CO 2 激光鉆無(wú)遮蓋的電介質(zhì)。鉆孔過(guò)程是通過(guò)鉆2in X 2in 的塊完成的,此塊叫做域。
CO2 激光有效地除去電介質(zhì),甚至是非均勻玻璃增強電介質(zhì)。然而,單一的CO2 激光不能制作小孔(小于75μm) 和除去銅,也有少數例外,那就是它可以除去經(jīng)過(guò)預先處理的5μm 以下的薄銅箔(lustino , 2002) 。紫外線(xiàn)激光能夠制作非常小的孔,且可以除去所有普通的銅街(3 - 36μm , 1oz ,甚至電鍍銅箔)。紫外線(xiàn)激光也可以單獨除去電介質(zhì)材料,只是速度較慢。而且,對于非均勻材料,例如增強玻璃FR -4,效果通常不好。這是因為只有能量密度提高到一定程度,才可以除去玻璃,而這樣也會(huì )破壞內層的焊盤(pán)。由于棍合激光系統包括紫外線(xiàn)激光和CO 2 激光,因此其在兩個(gè)領(lǐng)域內都能達到佳,用紫外線(xiàn)激光可以完成所有的銅箔和小孔,用CO 2 激光可以快速地對電介質(zhì)進(jìn)行鉆孔。圖10-14 給出了可編程鉆距的雙頭激光鉆孔系統的結構圖,兩個(gè)鉆頭之間的間距可根據元器件的布局自行調整,這保證了大的激光鉆孔能力。
現在,大多數雙頭激光鉆孔系統中兩個(gè)鉆頭之間的間距都是固定的,同時(shí)具有步進(jìn)-重復光束定位技術(shù)。步進(jìn),重復激光遠程調節器本身的優(yōu)點(diǎn)是域的調節范圍大(達到了(50 X 50)μm) 。缺點(diǎn)是激光遠程調節器必須在固定的域內步進(jìn)移動(dòng),而且兩個(gè)鉆頭之間的間距是固定的。典型的雙頭激光遠程調節器兩個(gè)鉆頭之間的距離是固定的(大約為150μm) 。對于不同的面板尺寸,固定距離的鉆頭不能像可編程間距的鉆頭那樣以佳配置完成操作。
如今,雙頭激光鉆孔系統有著(zhù)各種不同規格的性能,既能夠適用于小型印制電路板制造廠(chǎng)商,同時(shí)也適用于大批量生產(chǎn)的印制電路板制造廠(chǎng)商。
由于陶瓷氧化鋁有很高的介質(zhì)常數,因此用于制造印制電路板。然而,由于其易碎、布線(xiàn)和裝配時(shí)所需的鉆孔過(guò)程用標準工具就很難完成,因為此時(shí)機械壓力必須減小到小,這對激光鉆孔卻是一件好事。Rangel 等人( 1997) 證明對于氧化鋁基板以及覆有金和錨的氧化鋁基板,可使用調QNd: YAG 激光器進(jìn)行鉆孔。使用短脈沖、低能量、高峰值功率的激光器有助于避免機械壓力對樣本的破壞,能夠制造出孔徑小于100μm 的優(yōu)質(zhì)通孔。這種技術(shù)成功地應用在低噪聲微波放大器中,其頻率范圍為8 - 18GHz (Betancourt 等人, 1996) 。
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