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印刷线路板两种激光光源的蚀孔机理比较
2015/7/4 9:33:16 0人评论 2821次浏览 分类:PCB设计技术精选

采用激光蚀孔法生产印刷线路板时可选激光光源有两种,一是二氧化碳激光,波长属于红外区域,其机理为这热加工过程;二是固态Nd:YAG紫外激光,波长属于紫外区域,其加工过程线路板厂家称之为冷加工微孔。

1 短的激光波长的成孔机理。

   固态Nd:YAG紫外激光的波长是经过第三次和第四高次谐波(调频)调整后,可分别得355mm和266nm到的激光波长,这是属于紫外线范围的。而二氧化碳激光器的激光波长为10600nm和9400nm,这是属于红外线区域的。所以二氧化碳激光是利用高能量的红外线来照射和穿透线路板基板上的环氧树脂等高分子有机物。而环氧树脂等高分子有机物将强烈吸收这些高能量的红外线而转变为热能并引起温升而熔化和燃烧,从而形成气态的二氧化碳和水等逸散离去,因此,这种激光成孔进程线路板厂家称为烧蚀成孔过程。如果熔化后燃烧不允分(如缺氧等)就能在线路板边缘和内层铜表面有残存焦化问题。同时,由于烧蚀作用,还会造成孔壁烧蚀(伤)现象,所以,所线路板形成的微孔往往会成“鼓形孔”,如有玻纤布增强的介质层,还会使玻纤丝头(熔)突出,甚至出现烧不断现象。而且会形成凹蚀,这些都会给印刷线路板下游工艺的孔化电镀带来不利的影响

   而固态Nd:YAG紫外激光器所发射的是具有高能量的紫外激光光束,波长很短,但能量很高且集中。印刷线路板上各种物质吸收高能量UV激光波长后,不是像吸收红外激光波长后产生热效应、进行有机熔化、挥发和燃烧过程,而是破坏了有机物的分子键(如共价键)、金属晶体(如金属键等)和无机物(离了健)等而形成悬浮颗粒或原子团、分子团或原子、分子而逸散离去。因而不会产生烧伤、焦化、鼓形孔、玻纤丝熔头突出,或凹蚀等一系列问题。所以,固态Nd:YAG或钒酸盐晶体的UV光开孔加工过程电路板厂称为冷加工微孔。(由于振动断键过程也会产生热,但比二氧化碳激光产生的热要低得多),而二氧化碳激光烧蚀加工过程称为热加工微孔。

2 线路板成孔过程是由各物质吸收波长差异来决定的。

  在红外光区域中,金属铜对红外线吸收(或吸收率)是很低的,一般都小于5%,因而要烧熔(蚀)去金属铜是不容易的(它的熔点都远高于环氧树脂等有机物)。而线路板基材玻纤布对红外线吸收也在50%左右波动(对二氧化碳激光波长而言),因此烧蚀去玻璃(加上熔点又高)也是较困难的。但是,非金属的环氧树脂等有机物却表现出能强烈吸收的特性,所以能被二氧化碳红外激光烧蚀除去。因此,二氧化碳激光烧蚀微孔只能在线路板的有机绝缘介质层上直接激光加工微孔或/和在敷形窗口来加工微(盲)孔。而不能穿透铜层等来制造微孔。由于二氧化碳激光加上微小孔是采用高能量的红外激光光束来形成鼓形孔,或者内层钢表面易于形成烧焦而形成碳化现象。甚至还会向内层铜传热而引起温升而导致内层铜与底部介质之间“发热”导致分层、起泡(或白斑)等问题。为了避免这些问题的发生,二氧化碳激光加工微孔往往要采用分步激光和逐步减小激光能量(一般都采用减小激光脉宽度的方法)和控制脉冲量来解决,或者采用受激准分子激光(如氩气激光)来处理。其激光波长为193至308nm,能很好除去内层铜上的残留物(通过控制激光能量和脉冲数,避免伤害钢)等以保证线路板盲孔的质量。

   如果采用固态Nd:YAG紫外激光(如经过第一次i皆波调整的UV激光),其波长为355nm,属紫外线范围。这时铜、玻纤布和环氧树脂等诸多物质都具有很高的强烈吸收UV线的特性。这就意味着线路板覆铜箔基材的整体材料都同时具有很高的对UV光的吸率(特别是固态Nd:YAG激光经过第四高次谐波调整后的UV波长可达266nm时,这些材料对UV线吸收率至少在75%以上。因此,可利用很高能量的UV激光于瞬间(几个毫微秒内)除去各种材料。也就是说,采用第三次调波调整的紫外激光便可以直结在线路板基材或半固化上烧蚀出微导通孔来,或者说控制好UV激光光束的能量和脉冲数量与参数便可以对印刷线路板各种材料进行微小于孔加工。