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使用紫外激光設備對PCB印刷電路板加工的工藝

更新時間??2022-04-02 16:28 閱讀

紫外線激光器——這是一種最通用、最高效的印刷電路板(PCB)加工技術。來自激光器的光束通常為機械PCB加工方法(如銑削或布線)提供低應力替代方案,但紫外激光器提供了其他激光源所不具備的額外好處,即限制熱應力的能力。這是可能的,因為大多數紫外激光系統都在低功率水平下運行。通過利用有時稱為“冷燒蝕”的工藝,來自紫外激光器的光束會產生一個減少的熱影響區(HAZ),從而最大限度地減少通常與高功率激光器相關的熱應力的毛刺、炭化和其他負面影響。

紫外激光的波長比可見光短,因此肉眼看不見。雖然您可能看不到激光束,但正是這些相同的短波長使紫外激光能夠精確聚焦,從而在保持卓越定位精度的同時創建非常精細的電路特征。

除了短波長和較低的工件溫度外,紫外光中的高光子能量使紫外激光器成為處理大量PCB材料組合的理想選擇,從標準材料(如FR4)到高頻陶瓷復合材料,再到包括聚酰亞胺在內的柔性PCB材料。

激光的不同波長




圖1中的圖表顯示了六種激光器的三種常見PCB材料的吸收率。其中包括一個準分子激光器(248nm波長)、一個紅外激光器(1064nm)和兩個二氧化碳激光器(9.4μm和10.6μm)。紫外激光器(Nd:YAG,355nm)是稀有的激光器之一,在所有三種材料類型中都具有高質量的吸收。

紫外激光器在處理樹脂和銅時顯示出非常高的吸收率,并且在處理玻璃時也記錄了不錯的吸收。在這些主要材料組中,只有昂貴的準分子激光器(248nm)具有更好的全面吸收率。這種材料的多樣性使紫外激光器非常適合許多行業的各種PCB應用,從創建最基本的電路板特征、電路跡線到執行高級工藝,例如為嵌入芯片創建口袋。

紫外系統直接從CAD數據處理電路板,這意味著電路板創建過程中的任何中間人都被淘汰了。這與紫外線的精確聚焦能力相結合,使紫外線系統能夠以高特征分辨率和定位重復性運行。

應用1:表面蝕刻/電路創建

紫外激光器在創建電路時工作迅速,只需幾分鐘即可將表面圖案蝕刻到電路板上。這使得紫外成為PCB原型制作的最快方法。隨著越來越多的原型實驗室配備了內部紫外激光系統,研發部門也注意到了這一點。

根據光學校準,紫外激光束的尺寸可以在10-20μm范圍內,允許創建細線電路跡線。

雖然使用激光束創建電路是PCB原型制作的最快方法,但生產大規模表面蝕刻應用通常最好留給化學工藝。也就是說,有許多公司擁有高度混合的制造環境,使用紫外線系統蝕刻中小批量。

應用2:PCB分板

紫外激光切割是大規模或小規模生產的絕佳選擇,適用于PCB分板,尤其是在柔性或剛柔結合應用方面。鑒于柔性PC材料的興起,從面板上移除單個板的分板面臨著巨大的挑戰。V-scoring和布線等機械分板方法很容易損壞敏感和薄的基板,給對柔性和剛柔結合應用進行分板的電子制造服務(EMS)公司帶來問題。紫外激光切割不僅消除了分板過程中出現的機械應力的影響,例如毛刺、變形和對電路元件的損壞,而且還減少了其他激光分板選項(例如二氧化碳切割)所產生的熱應力影響。

圖2顯示了使用二氧化碳激光(左)和紫外激光(右)切割的相同柔性基板(聚酰亞胺)。使用熱二氧化碳激光器發現的炭化和燃燒明顯比使用紫外激光器的要多,如前所述,紫外激光器利用了冷燒蝕工藝。

 不同激光器的切割效果

在當今的小型化時代,這種壓力的減輕意義重大。考慮到“切割緩沖”減少后節省的空間意味著可以將組件放置在更靠近電路邊緣的位置,并且每個面板上可以安裝更多電路,從而最大限度地提高效率并突破柔性電路處理的極限。


應用3:鉆孔

利用紫外激光器的小光束尺寸和低應力特性的另一個應用是通孔鉆孔,包括通孔、微通孔以及盲孔和埋孔。紫外激光系統通過聚焦垂直光束以直接穿過基板的方式在板上鉆孔。根據所使用的材料,可以鉆出小至10μm的孔。

紫外在鉆孔方面特別有效的一個領域是多層應用。多層PCB用熱壓在一起的層壓材料固定在一起。眾所周知,這些所謂的“預浸料”材料會發生分層,尤其是在使用較熱的激光源時。然而,紫外激光器相對無應力的特性消除了這個問題。在這個橫截面中,在14mil的多層板上鉆了一個4mil的孔。該應用由柔性聚酰亞胺上的Cu組成,層與層之間沒有分層。當談到紫外激光器的低應力特性時,它還提出了一個更大的問題:提高產量數據的能力。產量是已從面板中移除的可用板的百分比。

在整個制造過程中,電路板的損壞方式有很多種,包括焊點破裂、組件破裂或分層。這些因素中的任何一個都可能導致電路板被存放在生產線的垃圾箱中,而不是裝運箱中。紫外激光器大大減少(如果不能完全消除)這些有害影響,以高產率的形式提供快速的投資回報。

激光雕刻


應用四:深度雕刻

另一個展示紫外激光器多功能性的應用是深度雕刻,它有多種形式。利用激光系統軟件中的控制,可以將光束設置為執行受控燒蝕,即能夠在材料中切割到所需深度、停止、行進并完成必要的加工,然后再移動到另一個深度和義務。各種深度應用包括口袋創建,可用于嵌入芯片和刮削,從金屬中去除有機材料。圖3顯示了由紫外激光執行的刮削應用。在這里,您可以看到激光束提供的干凈切口,以及已去除的有機材料下方未損壞的金屬表面。

 

如圖4所示,紫外激光器還可用于在基板基板上創建多個臺階。在這種聚乙烯材料中,激光器設置為在2密耳深度處創建一個臺階,在此深度下再創建一個8密耳,再在10密耳處創建一個臺階在此之下。這說明了紫外激光系統提供的全面用戶控制。深度雕刻與鉆孔一樣,是一種可以通過小、中或大批量的紫外激光器有效處理的應用。

 紫外激光雕刻

結論:一種統治它們的方法

紫外激光器的真正非凡之處在于,它們可以一步完成上述所有應用。這對那些制造電路板意味著什么?無需使用相互競爭的工藝和方法在不同的設備上完成每個應用程序,而是可以一次加工整個零件。

這種簡化的生產方案有助于消除電路板從工藝過渡到工藝時出現的質量控制問題。紫外的無碎屑燒蝕質量也意味著不需要后處理清潔方法。

將這種流線型方法與紫外光的低應力、材料多樣性特性相結合,很容易看出為什么紫外激光作為一種加工電路板的方法越來越受歡迎。很快,紫外線將不僅僅是一項您不應忽視的技術——它將成為您不容錯過的東西。

 


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