目前,用于在印刷電路板上制作微孔的激光器有四種:CO 2 激光器、YAG激光器、準分子激光器和銅蒸汽激光器。 CO2 激光器通常用于產(chǎn)生約 75% μM,但由于光束會從銅表面反射回來,因此它僅適用于去除電介質(zhì)。 CO 2 激光器非常簡潔、便宜且免維護。 準分子激光器是生產(chǎn)高質(zhì)量、小直徑孔的最佳選擇,典型孔徑值小于10μm。這些類型最適合微型BGA設(shè)備中聚氨酯基板的高密度陣列鉆孔。 銅蒸氣激光器的發(fā)展還處于早期階段,但在需要高成品率的時候還是有優(yōu)勢的。 銅蒸氣激光可以去除介質(zhì)和銅,但是會在PCB生產(chǎn)過程中帶來嚴重的問題,這會使氣流只能在有限的環(huán)境中生產(chǎn)產(chǎn)品。
PCB行業(yè)最常用的激光器是Q開關(guān)Nd:YAG激光器,其波長為355nm,在紫外范圍內(nèi)。 PCB PCB 鉆孔時,該波長可以熔化大多數(shù)金屬(Gu、Ni、Au、Ag),其吸收率超過 50%(Meier 和 Schmidt,2002)。 也可以熔化有機材料。 紫外激光的光子能量可高達3.5-7.5 eV,在熔化過程中能使化學(xué)鍵斷裂,部分是通過紫外激光的光化學(xué)作用,部分是通過光熱作用。 這些功能使紫外激光器成為PCB行業(yè)應(yīng)用的首選。
YAG激光系統(tǒng)有一個激光源,提供超過4J/cm2的能量密度(流量),這是在微通孔表面鉆銅循環(huán)所必需的。 有機材料熔融過程所需的能量密度僅為100mJ/cm2左右,如環(huán)氧樹脂、聚氨酯等。 為了在如此寬的光譜范圍內(nèi)準確運行,必須準確控制激光能量。 微通孔的鉆孔過程需要兩個步驟。 第一步是用高能量密度激光打開銅箔,第二步是用低能量密度激光去除電介質(zhì)。
當(dāng)激光波長為355nm時,典型的光斑直徑約為20μm。當(dāng)脈沖時間小于140ns時,激光頻率在10-50kHz之間,此時材料不會發(fā)熱。
激光束由計算機控制的掃描/反射系統(tǒng)定位,并可通過焦孔透鏡聚焦,使光束以準確的角度鉆孔。 掃描過程通過軟件生成矢量圖案,以補償材料和設(shè)計偏差。 掃描區(qū)域為 55 x 55mm。 該系統(tǒng)與 CAM 軟件兼容,支持所有常用的數(shù)據(jù)模式。
激光系統(tǒng)由德國Mis LPKF提出。 其機械設(shè)計以堅硬的花崗巖為基礎(chǔ),表面拋光精度不低于3μm。工作臺支架置于氣體軸承上,由線性發(fā)電機控制。 定位精度由玻璃尺控制,重復(fù)精度保證在±1μm以內(nèi)。PCB工作臺配備光學(xué)傳感器,可精確調(diào)整激光在不同反射點的位置,以補償光學(xué)變形和 長期漂移。 調(diào)整后,軟件生成的一系列校正數(shù)據(jù)可以覆蓋整個掃描區(qū)域。 漂移比例補償大約需要 lmin 才能運行。 基板的任何變化,例如與參考的位置偏差,都可以通過高分辨率 CCD 相機檢測到,并通過軟件控制進行補償。
該系統(tǒng)非常適合原型制作。 因為它可以鉆孔和成型,所以它可以用于從柔性PCB到剛性PCB,包括金屬聚合物,如阻焊層、保護層、電介質(zhì)等。Raman等。 介紹了最先進的固態(tài)紫外激光系統(tǒng)及其在高密度互連微孔生產(chǎn)中的應(yīng)用。
Lange 和 Vollrath 解釋了紫外激光系統(tǒng)(mICrowire drilling 600 系統(tǒng))在鉆孔、配置和切割方面的各種應(yīng)用。 該系統(tǒng)可鉆孔和微通孔,銅層孔徑縮小至30μm。 該系統(tǒng)還可以生產(chǎn)最小寬度為20μm的PCB外層導(dǎo)線的生產(chǎn)能力,遠高于光化學(xué)。 該系統(tǒng)的生產(chǎn)速度可高達 250 次鉆孔作業(yè),并可允許所有規(guī)模的輸入,例如 Gerber 和 HPGL。 其操作區(qū)域為 640 毫米 x 560 毫米(25.2 英寸 x 22 英寸),最大材料高度為 50 毫米(2 英寸),可用于大多數(shù)常用的 PCB 基板。 機器工作臺底座及其導(dǎo)軌采用天然花崗巖制成,精度為±3μm。PCB工作臺采用直線驅(qū)動,空氣軸承支撐; 位置由帶熱補償?shù)牟AС呖刂?,其精度為土i μ m??刂婆_上的底板由真空設(shè)備安裝。
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