UV激光基板钻孔新工艺讲解
- 格式:doc
- 大小:92.50 KB
- 文档页数:5
激光加工的工艺方法
激光加工是指使用激光束来加工材料的一种方法。
具体的工艺方法包括以下几种:
1. 激光切割:激光束在工件表面进行定位,同时通过加热和蒸发的方式将材料切割成所需的形状。
激光切割广泛应用于金属、塑料、木材等材料的加工。
2. 激光钻孔:激光束通过对工件表面进行高能量的瞬间照射,使工件表面材料产生熔化和蒸发,从而形成孔洞。
激光钻孔适用于金属、陶瓷、玻璃等材料的加工。
3. 激光焊接:激光束聚焦在工件接触面上,加热材料使其熔化,并通过表面张力形成稳定的焊缝。
激光焊接广泛应用于金属、塑料等材料的连接。
4. 激光打标:激光束通过对工件表面进行定位、照射,使工件表面材料氧化、蒸发或改变颜色,从而形成文字、图形或标记。
激光打标适用于金属、塑料、玻璃等材料的加工。
5. 光刻:利用激光通过光刻胶将图形或图案映射到工件表面,然后使用化学腐蚀或其他方法将非光刻胶保护的部分进行加工或蚀刻。
光刻常用于半导体、平板显示器等微电子领域的制造。
总的来说,激光加工的工艺方法可以根据不同的应用需求选择不同的工艺来实现对材料的精确加工和处理。
镭射钻孔培训一、镭射钻孔的基本原理镭射钻孔是利用激光光束对材料表面进行高能量、高密度的照射,使其瞬间融化并蒸发,从而形成钻孔。
在实际操作中,通常使用的是CO2激光器或者纤维激光器。
通过调节激光的功率、频率和聚焦等参数,可以对不同材料进行精确的钻孔加工。
镭射钻孔技术在微加工领域尤为突出,它可以实现微小孔径、高效率和高精度的加工,因此在电子、航天、医疗等领域都有着广泛的应用。
二、镭射钻孔培训内容1. 理论知识培训镭射钻孔培训的第一步就是对其基本原理和工艺进行详细讲解。
学员需要了解不同类型的激光器、钻孔参数的选择、材料的特性等相关知识。
此外,还需要学习镭射钻孔的适用范围、优缺点和发展趋势等内容。
这些理论知识对于后续的实际操作至关重要。
2. 设备操作培训镭射钻孔设备的操作对于培训课程来说也是至关重要的一环。
学员需要学习各种激光器的操作技巧,以及设备的维护和保养方法。
在实验室或工厂中,学员应该能够熟练地操作镭射钻孔设备,并且能够灵活应对各种情况。
3. 安全培训镭射钻孔是一项高能量的工艺,操作时必须要注意安全。
因此,在培训课程中,应该包含一些相关的安全知识,如激光辐射的危害、防护措施等。
学员需要了解镭射钻孔设备的安全操作规程,以及在紧急情况下的应急处理方法。
三、实践操作在掌握了相关的理论知识和实际操作技能后,学员需要进行一定的实践操作。
这可以在实验室或者工厂生产线上进行。
通过实际的操作,学员可以更加深入地了解镭射钻孔技术的应用和特点,丰富自己的经验,提高工作效率和准确性。
通过上述的镭射钻孔培训,学员可以全面掌握镭射钻孔的理论知识和实际操作技能,为日后的工作和研究打下良好的基础。
随着镭射技术的不断发展和应用,镭射钻孔技术也将逐渐成为各行业的主流加工方法。
因此,学员应该不断提升自己的技能,跟上时代的步伐,为企业的发展贡献自己的力量。
四、应用领域镭射钻孔技术在现代工业生产中有着广泛的应用领域,包括但不限于以下几个方面:1. 电子领域在电子元器件的制造过程中,通常需要进行微细加工,如 PCB 板的孔径加工、印刷电路板的加工等。
PCB钻孔的流程、分类和技巧电路板((PCB))用盖板和垫板(简称为盖/垫板)是PCB(机械)钻孔加工必备的重要材料之一。
它在PCB孔加工中,无论是确保(产品)品质、工艺的实施,还是经济效益,都起到非常重要的作用。
在电路板进行机械钻孔加工时,放置在待加工覆铜板(或电路板)的上/下表面,以满足加工工艺要求的板状材料,称为盖/垫板。
其中,盖放于待加工基板材料上表面的,最先与钻针入钻时接触的板状材料,称为“盖板”;钻孔时垫在待加工基板材料下表面的,与钻孔设备台面直接接触的板状垫料,称为垫板。
钻孔是PCB制造中最昂贵和最耗时的过程。
PCB钻孔过程必须小心实施,因为即使是很小的错误也会导致很大的损失。
钻孔工艺是PCB制造过程中最关键的工艺。
钻孔工艺是通孔和不同层之间连接的基础,因此钻孔技巧十分重要。
PCB钻孔一、PCB钻孔技术主要有2 种PCB 钻孔技术:机械钻孔和激光钻孔。
PCB钻孔技术1、机械钻孔机械钻头的精度较低,但易于执行。
这种钻孔技术实现了钻头。
这些钻头可以钻出的最小孔径约为6密耳(0.006 英寸)。
机械钻孔的局限性当用于FR4 等较软的材料时,机械钻可用于800 次冲击。
对于密度比较大的材料,寿命会减少到200 计数。
如果PCB 制造商忽视这一点,则会导致出现错误的孔,从而导致电路板报废。
2、激光钻孔另一方面,激光钻可以钻出更小的孔。
激光钻孔是一种非接触式工艺,工件和工具不会相互接触。
激光束用于去除电路板材料并创建精确的孔,可以毫不费力地控制钻孔深度。
激光技术用于轻松钻出受控深度的过孔,可以精确钻出最小直径为2 密耳(0.002”)的孔。
激光钻孔限制电路板由铜、玻璃纤维和树脂制成,这些PCB 材料具有不同的(光学)特性,这使得激光束很难有效地烧穿电路板。
在激光钻孔的情况下,该过程的成本也相对较高。
二、PCB钻孔流程对于PCB(工程师)来说,如果设计电路板,也必须要了解PCB 的制造。
这样才能保证(PCB设计)是可制造,也是可靠的,反过来如果在设计时就注意到制造上的工艺,可以降低成本,并且可以在规定的时间内交付产品。
我们都知道激光切割技术已越来越成熟,发展至今运用的行业领域越来越多,尤其是在加工制造业上其高效的切割速度的加工质量笑傲加工制造业,俯视线切割、水切割、冲模、电加工等诸多豪强。
同样,在利用激光切割机对工件进行穿孔加工的时候同样笑傲诸多传统工艺,那么究竟是怎么实现的呢?所谓激光穿孔加工,其主要的加工工艺手段分为两种,一种是脉冲切割,另外一种是爆破切割,下面我们来一一讲解两种工艺模式。
任何一种热切割技术,除少数情况可以从板边缘开始外,一般都必须在板上穿一小孔。
早先在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一孔,然后再用激光从小孔处开始进行切割。
弄清楚了它的工作原理,下面我们来讲解工艺模式。
在激光切割加工中经常会碰到穿孔,我们所说的激光切割穿孔是指在板材上穿个小孔,主要应用领域就是精密仪器设备方面。
我们早期激光切割穿孔一般是应用在手表行业,而且都是用机械钻孔,贴别容易导致破碎,目前激光切割穿孔有两种不错的方法。
1、爆破穿孔——工作原理是材料经连续激光的照射后在中心形成一个凹坑,然后由与激光束同轴的氧流很快将熔融材料去除形成一个孔。
一般孔的大小与板厚有关,爆破穿孔平均直径为板厚的一半,因此对较厚的板爆破穿孔孔径较大,且不圆,不宜在加工精度要求较高的零件上使用,只能用于废料上。
此外由于穿孔所用的氧气压力与切割时相同,飞溅较大。
2、脉冲穿孔——激光切割机采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽化,常用空气或氮气作为辅助气体,以减少因放热氧化使孔扩展,气体压力较切割时的氧气压力小。
每个脉冲激光只产生小的微粒喷射,逐步深入,因此厚板穿孔时间需要几秒钟。
一旦穿孔完成,立即将辅助气体换成氧气进行切割。
其优点是质量要好,缺点是成本相对高点,而且需要有较可靠的气路控制系统。
为此所使用的激光器不但应具有较高的输出功率;更重要的是光束的时间和空间特性,因此一般横流CO2激光器不能适应激光切割的要求。
此外脉冲穿孔还须要有较可靠的气路控制系统,以实现气体种类、气体压力的切换及穿孔时间的控制。
UV激光基板钻孔新工艺
目前,UV激光钻孔设备只占全球市场的15%,但该类设备市场需求的增长要
比新型的CO2激光钻孔设备的需求高3倍。孔的直径甚至小于50μm,1~2的多
层导通孔和较小 的通孔也是当前竞争的焦点,UV激光为当前的竞争提出了解决方
案;除此之外,它还是一种用于精确地剥离阻焊膜以及生成精密的电路图形的工
具。本文概述了目 前UV激光钻孔和绘图系统的特性和柔性。还给出了各种材料
的不同类型导通孔的质量和产量结果以及在各种蚀刻阻膜上的绘图结果。本文通
过展望今后的发展,讨 论了UV激光的局限性。
本文还对UV激光工具和CO2激光工具进行了比较,阐明了二者在哪些方面是
可以竞争的,在哪些方面是不可竞争的,以及在哪些方面二者可以综合应用作为
互补的工具。
UV与CO2的对比
UV激光工具不仅与CO2的波长不同,而且各自在加工材料,如像PCB和基
板,也是两种不同的工具。光点尺寸小于10倍,较短的脉冲宽度和极高频使得在
一般的钻孔应用中不得不使用不同的操作方法,并且为不同的应用开辟了其它的
窗口。
表1给出了目前激光系统中通常采用的两种激光装置的最主要技术特性的比
较。
表1:CO2激光与UV激光钻孔技术特性比较
UV在极小的脉冲宽度内具有高频和极大的峰值功率。工作面上光点尺寸决定
了能量密度。CO2能量密度达到50~70J/cm2,而UV激光由于光点尺寸小得多,所
以能量密度可达50~200J/cm2。
由于UV光点尺寸比目标孔直径还要小,激光光束以一种所谓的套孔方式聚焦
于孔的目标直径内。
图1给出了套孔方式。
图1 套孔方式示意图
对于UV激光,钻一个完整的孔所需的脉冲数在30到120之间,而CO2激光
则只需2到10个脉冲。UV激光的频率要比CO2的高5到15倍。在去除了顶部铜
层后,可使用第二步,通过扩大的光点清理孔中的灰色区域。
当然还可使用UV激光进行冲压,不过光点的大小决定了能量密度,且不同材
料的烧蚀极限值决定了所需的最小能量密度。这样根据不同材料的烧蚀极限就可
导出UV冲压方式使用和最大光点尺寸。
由于UV激光所具有的能量,目前仅将冲压方式用于孔直径小于75im、烧蚀极
限极低的软材料如TCD,或用于小焊盘开口的阻焊膜烧蚀。
通过套孔方式将必要的能量带进孔内的时间在很大程度上取决于孔自身尺寸,
孔直径越小,UV激光工具就钻的越快。CO2与UV激光之间的切换点为75到50im
的孔直径之间。
CO2激光的三种局限性:
第一:由于10im光波在孔边缘的绕射,需要考虑最小的孔尺寸。
第二:在铜上该波长的反射。
第三:厚度达波长1/2的底层铜上的残留物。
波长短得多的且在铜上有较高吸收率的UV激光就不存在上述三种局限性,因
此,UV激光就成为一种理想的工具,它可用来在涂覆了任意一种铜材料的高档PCB
和基板即高密度互连技术(HDI)上钻小孔。
HDI一 瞥
HDI的要求是:成孔直径在75im~30im的范围内;线及其间距为2mil/mil~1
mil/1mil;焊盘在250im~200im;并且阻焊膜开口的精度要达到15到10im。新设
计不仅要求盲孔为1层~2层,而且要求多层导通孔和通 孔。还要求孔的外形能够
实现采用镀覆的方法,并支持导通孔的填充。据预测,市场的发展要求在2到3年
内不只要降低倒芯片基板的价值,还要降低批量生产的价 值。
UV激光的钻孔方法
CO2激光只有两种主要的运行功能:在电场之间的工作台步进运行功能和电场
范围内孔之间的电运行功能。峰值功率会降低,可在1到100ns之间选择脉冲宽
度,频率范围在1到4kHz之间。对于不同的材料,只有这三个参数和脉冲/孔的数
量可用来描述钻孔工具。
首先,UV激光多了一种运行功能即第三种功能--成型孔径内的电微聚焦。这种套
孔充许根据孔径对内部和外部形状(同心圆=形状)进行调整。形状的重复适应 于
材料厚度,聚集内外光点的大小确定了能量密度以适应材料的烧蚀极限。由激光频
率和电循环速度形成的脉冲顺序重叠确定了各形状的能量。
就UV激光特性而言,激光频率、脉冲宽度和平均最大功率相互之间关系相当
密切。黄色区域表明有直接的关系,红色区域则有相反的关系。
要在一序列不同的材料上钻孔,UV激光可提供所谓顺序步骤,例如达8个不
同的独立钻孔工序。 在整个孔的钻孔过程中,可根据联机的各工序调整表2中所
有的工具参数。
表2 工具参数
图2所示是顺序工序钻孔的原理。
图2紫外激光成孔示意图
由于环氧树脂的烧蚀极限比铜(黄色)的低,清洁工序(绿色)就不能探入底
层铜。光束柔和地照射,均衡了材料的厚度和一致性的公差。
通过UV开发HDI的导通孔工艺
A工艺:4步工艺工序,混合了润湿和激光工序,掩膜公差在50到70im之
间,一般最小的孔尺寸为100到125im.
B工艺:2步激光工序,1步润湿工序,由于CO2在掩膜上的绕射,小孔的直
径约为60im。对经过特殊处理的铜材料CO2可提供的铜开口厚度的极限为7im。这
种工艺仍需去除钻污。
C工艺:1步激光工序,UV激光对内层和外层铜的钻孔无限制,UV还多了一个
清洁工序,从而使去除钻污工序降到了最低限度,甚至可取代去钻污工序。
UV激光具有将一个完整孔的工艺步骤减至1种单独的激光工序的能力,特别
是取消了对去钻污的需求,甚至完全可以不用这一工序,尤其是对于脉冲图形电
镀。不需要使用侵蚀性去钻污工序,例如对CO2激光而言,孔的形状的粗糙度、芯
吸和桶形畸变得到了改善。
UV激光的其它应用和质量结果
●盲孔
●双层导通孔
●通孔
采用了柔性新的激光系统除了能够实施常用聚焦照射操作孔内,还可进行复杂的绘
图操作,可用它切割出细线图形或用于埋入掩膜后的阻焊膜去除。几乎可以对任何
形状的加工区域进行加工处理。
到目前为止,当阻焊膜上的缺陷仅是一些小毛病、无关紧要时,仅把激光烧蚀
阻焊膜用于修复一些被损坏的焊盘,这样就不会使整个面板废掉,但是HDI技术要
求开口尺寸和定位更精确一些,下图所示是在压力蒸汽测试和热循环后所形成的圆
形和方形的阻焊膜开口及横截面。速度每秒可达100多个焊盘,对于BGA和FC,
每个IC上128个焊盘的成本约0.5美分。
在绘制细线时,通过激光轨刻划出图形,如下图所示,激光轨的速度可达
1000mm/s。激光烧蚀1im厚的锡后,宽度在15~25im之间。在 绘制了锡图形后,
对图形进行蚀刻,并保持激光的轨迹宽度的间距和蚀刻的副作用。对于厚度为
12im的铜可以得到低于2mil/2mil的图形。
下图所示是2mil/2mil 结构的IC和MCM图形的扇出。直接绘制细线图形的应
用受到了绘图速度的限制,如下图所示的扇出只需不到1秒,而在40×40mm的面
积内一个完整图形的扇出就需要10到15秒。
图3 IC和MCM图形的扇出
结 论
激光制造网总结:UV激光系统为现有的CO2钻孔工具提供了一个补充解决方
案。对于钻孔而言,短波长和小光点具有更大的柔性和更高的复杂性。UV激光的
目标更多 是为满足HDI的需求。与CO2性能相比,尤其是对于大孔,UV在产量上
仍存在着差距,但是随着高功率和高频率的UV激光的发展,这种差别将越来越
小。用 UV激光生成导通孔的加工工序数将减少到一个单独的激光工序,并且所需
的去钻污工序降到了最低限度。
UV系统除了主要的钻孔用途外,还可用来直接绘图和精密的烧蚀阻焊膜。这
就为UV激光提供了附加值。
对产量,改善UV激光系统仍有足够的空间。较小的脉冲宽度,高频、较高的
功率和高速伺服运行都将增加生产率,而且在不久的将来,作为一个完善的工具,
市场将会越来越广泛地接受UV激光系统。