印制電路板混合激光鉆孔過程

商業(yè)生產中，有兩種激光技術可用于激光鉆孔。CO2激光波長在遠紅外線波段內，紫外線激光波長在紫外線波段內。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力，這是因為CO2激光制作大孔所需的沖孔時間非常短。紫外線激光技術廣泛應用在直徑小于100μm 的微孔制作中，隨著微縮線路圖的使用，孔徑甚至可小于50μm 。紫外線激光技術在制作直徑小于80μm 的孔時產量非常高。因此，為了滿足日益增加的微孔生產力的需求，許多制造商已經開始引入雙頭激光鉆孔系統(tǒng)。-以下就是當今市場用雙頭激光鉆孔系統(tǒng)的三種主要類型:

1)雙頭紫外線鉆孔系統(tǒng);

2) 雙頭CO2激光鉆孔系統(tǒng);

3) 棍合激光鉆孔系統(tǒng)( CO2和紫外線)。

所有這些類型的鉆孔系統(tǒng)都有其自身的優(yōu)點和缺點。激光鉆孔系統(tǒng)可以簡單地分成兩種類型，雙鉆頭單一波長系統(tǒng)和雙鉆頭雙波長系統(tǒng)。不論是哪種類型，都有兩個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(tǒng)。

激光脈沖的能量和光束的傳遞效率決定了鉆孔時間，鉆孔時間是指激光鉆孔機鉆一個微通孔的時間，光束定位系統(tǒng)決定了在兩個孔之間移動的速度。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。雙頭紫外線激光系統(tǒng)最適于用在集成電路中小于90μm 的鉆孔，同時其縱橫比也很高。

雙頭CO2激光系統(tǒng)使用的是調Q射頻激勵CO2激光器。這種系統(tǒng)的主要優(yōu)點是可重復率高(達到了100kHz) 、鉆孔時間短、操作面寬，只需要射很少幾下就可以鉆一個盲孔，但是其鉆孔質量會比較低。

使用最普遍的雙頭激光鉆孔系統(tǒng)是混合激光鉆孔系統(tǒng)，它由一個紫外線激光頭和一個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的鉆孔同時進行。即用紫外線鉆銅，生成所需要孔的尺寸和形狀，緊接著用CO 2 激光鉆無遮蓋的電介質。鉆孔過程是通過鉆2in X 2in 的塊完成的，此塊叫做域。

CO2 激光有效地除去電介質，甚至是非均勻玻璃增強電介質。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過預先處理的5μm 以下的薄銅箔(lustino ， 2002) 。紫外線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)。紫外線激光也可以單獨除去電介質材料，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，而這樣也會破壞內層的焊盤。由于棍合激光系統(tǒng)包括紫外線激光和CO 2 激光，因此其在兩個領域內都能達到最佳，用紫外線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進行鉆孔。圖給出了可編程鉆距的雙頭激光鉆孔系統(tǒng)的結構圖，兩個鉆頭之間的間距可根據元器件的布局自行調整，這保證了最大的激光鉆孔能力。

現在，大多數雙頭激光鉆孔系統(tǒng)中兩個鉆頭之間的間距都是固定的，同時具有步進-重復光束定位技術。步進，重復激光遠程調節(jié)器本身的優(yōu)點是域的調節(jié)范圍大(達到了(50 X 50)μm) 。缺點是激光遠程調節(jié)器必須在固定的域內步進移動，而且兩個鉆頭之間的間距是固定的。典型的雙頭激光遠程調節(jié)器兩個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最佳配置完成操作。

如今，雙頭激光鉆孔系統(tǒng)有著各種不同規(guī)格的性能，既能夠適用于小型印制電路板制造廠商，同時也適用于大批量生產的印制電路板制造廠商。

由于陶瓷氧化鋁有很高的介質常數，因此用于制造印制電路板。然而，由于其易碎、布線和裝配時所需的鉆孔過程用標準工具就很難完成，因為此時機械壓力必須減小到最小，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)質通孔。這種技術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) 。