激光技术在PCB加工中的应用

机械

激光技术在PCB加工中的应用

丁黎光，徐梦廓

（广西工学院机械系 广西 柳州 545006；）

摘要: 介绍高密度PCB中微细孔制造的难度越来越高，用传统机械钻孔难以满足其精度要求。应用激光技术可有效的解决这一问题。分析研究了激光打孔时的几个重要效应，提出了用激光加工高密度PCB微孔，试验查明能较好达到加工强度要求。

关键词： 高密度PCB；激光技术；微细孔加工

Laser Application on PCB Manufacture

DING Li-guang ，XU Meng-kuo

(Guangxi University of Technology, Liuzhou, 545006 China)

Abstract：The microvia formation on PCB manufacture become more difficult which is can’t appease the requirement by machine drill. Laser technology can effective solve the problem. Analysis some important effects for high quality product microvia with laser. The result of test shows the outcome reach the demand.

Key word：High-Density PCB；laser technology；microvia formation

便携多功能电子产品的普及使得对印刷电路板（Printed Circuie Board，PCB）的要求越来越高。PCB的孔径和线宽进一步缩小，以便能集中更多的元器件。在这种情况下高密度互连技术（Hight-Density Interconnects，HDI）应运而生，它是一种在有限面积内将众多元器件拼接起来并保持线路稳定的技术。高密度PCB表面很大一部分是用在微细孔上，微孔的主要作用是：在加工过程中为其它元器件提供安装定位点；在多层PCB板联接各导电层，因此微孔加工的重要性不言而喻。

目前高密度PCB的电路层数可达十层以上，在同一块板上的微孔数多达50000个而间距却小到0.05mm。这给传统数控机械钻孔带来了很大的困难，具体表现在：钻孔时难于定

位；微小钻头的材料组成和几何形状不合理，造成排屑困难增加了道具的发热和磨损，易使钻头折断；钻头（≤0.25mm）本身的成本过高，需要机床配有高速主轴来获得理想的切削速度[1,2]。针对这些情况将激光打孔引入PCB微细孔加工。 1激光打孔的应用

PCB上开孔是一项精密加工，对孔的大小和定位精度有很高的要求。激光加工微小孔是利用激光束聚焦在材料表面，是材料瞬间融化、汽化形成小孔[3]。激光加工的主要优点是：能精确的控制能量；能用光纤灵活的传递能量；非常适应数控加工，可达到较理想稳定的打孔质量。

应用激光加工时影响微孔质量的因素主

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要与激光波长、光束模式、光束直径、光束脉冲和PCB材料组成这几个因素有关。 1.1激光波长

通常准分子激光、YAG激光、CO2激光都可用于微孔加工，但PCB材料对不同波长激光的吸收并不一样，材料对波长短的激光有较好的吸收，但是由于成本限制，打孔中较常使用的还是CO2激光。表1为这三种激光的波长

1.2光束模式

激光束的横模模式对激光发散角、能量输出都有很大的影响。理想的状态是形成如图1所示的低阶高斯模态输出[4]。这样可以获得很高的能量密度，为光束在透镜上良好的聚焦提供前提条件。

低阶模可通过修改谐振腔参数或加装光栏获得，加装光栏后虽然减小了能量的输出，但它可以限制高阶模参与打孔，并有助于小孔圆度的改善。 1.3光束的直径

要获得理想的孔径，对光斑直径的控制很重要，只有光斑的直径足够小才能将能量集中烧蚀板材。调整光斑直径的方式有很多，主要是通过球面透镜聚焦获得，当高斯模光束射入透镜时，透镜后焦平面上的光斑直径可以近似

的用下面的公式计算：

D

F

d

式中F为焦距、d为入射在透镜表面上高

斯光束的光斑半径、λ为激光波长。

从式中可以看出入射直径越大，聚焦后的光斑越小。在其他条件都确定的情况下，减少焦距有利于缩小光束直径。但F减小后透镜与工件间的距离也缩小了，打孔时熔渣可能会飞溅在透镜表面，影响打孔效果及透镜的寿命，针对这种情况可以在透镜边加装辅助气体进行吹扫。 1.4光束脉冲

激光束脉冲的宽度对打孔质量也有影响，如表2所示：在能量一定的情况下长脉宽激光的打孔深度要大于短脉宽激光，而孔径却反而缩小了。因此，应用调Q技术打通孔时可用长脉冲激光，打盲孔时可用短脉冲激光。

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1.5 PCB材料特性

高密度PCB板为多层板设计，它由绝缘树脂和玻璃纤维（基材）相隔，其间插入铜箔导电层，再经层压黏合而成[5]。图2为四层PCB板切面图。铜箔和基材的材料特性完全不同，打孔时能量若太高，由于光致等离子体的影响会使得基材上的孔径不一致，甚至造成铜箔的突起和裂纹，影响PCB质量。而能量太低则不易烧蚀铜箔或会延长打孔时间，影响加工效率。一般控制激光功率密度在107W/cm2以下某个恰当的值[6]。

基材

图2 四层PCB结构

2结论

应用激光加工技术可以极大的增加高密度PCB的微孔的效率，实验表明：○1配合数控技术打孔速度可达30000孔每分钟，可实现高速化、自动化生产。○2应用UV激光，孔

径可小于50μm或更小，为进一步扩大PCB板的使用空间创造了条件。

○3激光束加工出的孔型为锥形，这将为后续工艺中在孔壁上镀金属提供方便，减少了后期处理。 参考文献：

[1] 马星辉，高国富，赵波等. 精密微小孔加工技术进展[J]. 电加工与模具，2008(5):13～18

[2] 田民波等. 高密度印制板制造技术[M]， 北京：清华大学出版社 2003

[3] 陈壹华. CO2激光成孔技术在HDI的应用研究[J]，应用激光 2007,27(02) 144～147 [4] 丁黎光等. 激光切割在汽油机排气净化装置研制中的应用[J]，电加工与模具. 2008(4):38～39

[5] 金玉丰等. 微系统封装技术概论. 北京：科学出版社，2006

[6] 丁黎光,吴德林,丁伟.光致等离子体在PCB制作能量传输中的作用[J].激光杂志，

2002,23(06) 50～51