印制電路板混合激光鉆孔過程

商業(yè)生產(chǎn)中，有兩種激光技術(shù)可用于激光鉆孔。CO2激光波長在遠(yuǎn)紅外線波段內(nèi)，紫外線激光波長在紫外線波段內(nèi)。CO2激光廣泛應(yīng)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(duì)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?yàn)镃O2激光制作大孔所需的沖孔時(shí)間非常短。紫外線激光技術(shù)廣泛應(yīng)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(shù)在制作直徑小于80μm 的孔時(shí)產(chǎn)量非常高。因此，為了滿足日益增加的微孔生產(chǎn)力的需求，許多制造商已經(jīng)開始引入雙頭激光鉆孔系統(tǒng)。-以下就是當(dāng)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(diǎn)和缺點(diǎn)。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(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(tǒng)。

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(jī)鉆一個(gè)微通孔的時(shí)間，光束定位系統(tǒng)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(jī)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(shí)其縱橫比也很高。

雙頭CO2激光系統(tǒng)使用的是調(diào)Q射頻激勵(lì)CO2激光器。這種系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是可重復(fù)率高(達(dá)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(gè)紫外線激光頭和一個(gè)CO2 激光頭組成。這種綜合運(yùn)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(zhì)。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(zhì)，甚至是非均勻玻璃增強(qiáng)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(shù)例外，那就是它可以除去經(jīng)過預(yù)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(dú)除去電介質(zhì)材料，只是速度較慢。而且，對(duì)于非均勻材料，例如增強(qiáng)玻璃FR -4，效果通常不好。這是因?yàn)橹挥心芰棵芏忍岣叩揭欢ǔ潭?，才可以除去玻璃，而這樣也會(huì)破壞內(nèi)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(gè)領(lǐng)域內(nèi)都能達(dá)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(duì)電介質(zhì)進(jìn)行鉆孔。圖給出了可編程鉆距的雙頭激光鉆孔系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，兩個(gè)鉆頭之間的間距可根據(jù)元器件的布局自行調(diào)整，這保證了最大的激光鉆孔能力。

現(xiàn)在，大多數(shù)雙頭激光鉆孔系統(tǒng)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(fù)光束定位技術(shù)。步進(jìn)，重復(fù)激光遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)器本身的優(yōu)點(diǎn)是域的調(diào)節(jié)范圍大(達(dá)到了(50 X 50)μm) 。缺點(diǎn)是激光遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)器必須在固定的域內(nèi)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(yuǎn)程調(diào)節(jié)器兩個(gè)鉆頭之間的距離是固定的(大約為150μm) 。對(duì)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(shí)也適用于大批量生產(chǎn)的印制電路板制造廠商。

由于陶瓷氧化鋁有很高的介質(zhì)常數(shù)，因此用于制造印制電路板。然而，由于其易碎、布線和裝配時(shí)所需的鉆孔過程用標(biāo)準(zhǔn)工具就很難完成，因?yàn)榇藭r(shí)機(jī)械壓力必須減小到最小，這對(duì)激光鉆孔卻是一件好事。Rangel 等人( 1997) 證明對(duì)于氧化鋁基板以及覆有金和錨的氧化鋁基板，可使用調(diào)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(jī)械壓力對(duì)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(yīng)用在低噪聲微波放大器中，其頻率范圍為8 - 18GHz (Betancourt 等人， 1996) 。