紫外線激光器在印制電路板鉆孔中的應用

　　當前用于制作印制電路板微通孔的激光器有四種類型:CO2 激光器、YAG激光器、準分子激光器和銅蒸氣激光器。CO2 激光器典型地用于生產大約75μm的孔，但是由于光束會從銅面上反射回來，所以它僅僅適合于除去電介質。CO2激光器非常穩定、便宜，且不需維護。準分子激光器是生產高質量、小直徑孔的最佳選擇，典型的孔徑值為小于10μm。這些類型最適合用于微型球柵陣列封裝( microBGA) 設備中聚酷亞膠基板的高密度陣列鉆孔。銅蒸氣激光器的發展尚在初期，然而在需要高生產率時仍具有優勢。銅蒸氣激光器能除去電介質和銅，然而在生產過程中會帶來嚴重問題，會使得氣流只能在受限的環境中生產產品。

　　在印制電路板工業中應用最普遍的激光器是調QNd: YAG 激光器，其波長為355nm ，在紫外線范圍內。這個波長可以在印制電路板鉆孔時使大多數金屬(Gu , Ni , Au , Ag) 融化，其吸收率超過50% (Meier 和Schmidt ， 2002) ，有機材料也能被融化。紫外線激光的光子能量可高達3.5 -7.5eV ，在融化過程中能夠使化學鍵斷裂，部分通過紫外線激光的光化學作用，部分通過光熱作用。這些性能使紫外線激光成為印制電路板工業應用的首選。

　　YAG 激光系統有一個激光源，提供的能量密度(流量)超過4J/cm 2 ， 這個能量密度是鉆開微通孔表面銅循所必需的。有機材料的融化過程需要的能量密度大約只有100mJ/cm 2 ， 例如環氧樹脂和聚酷亞肢。為了在這樣寬的頻譜范圍正確操作，需要非常準確和精密的控制激光能量。微通孔的鉆孔過程需要兩步，第一步用高能量密度激光打開銅箔，第二步用低能量密度激光除去電介質。

　　激光的波長為355nm 時，其典型的光點直徑大約為20μm 。在脈沖時間小于140ns 時，激光的頻率在10 - 50kHz 之間，這時的材料是不會產生熱量的。

　　圖給出了這種系統基本的原理圖。通過計算機控制掃描器/反射系統定位激光束，通過焦闌透鏡聚焦，可以使得光束以正確的角度鉆孔。掃描過程通過軟件產生一個矢量模式，以補償材料和設計的偏差。掃描面積為55 x55mm 。這個系統與CAM 軟件兼容，支持所有常用的數據格式。

　　激光系統是德國人Mis LPKF 提出的，其機械設計的基座是將堅硬的花崗巖，其表面磨光精度不低于3μm 。工作臺支座放置在氣體軸承上，由線性發動機來控制。定位的準確性由玻璃標尺來控制，其可重復性確保在± 1μm 。工作臺本身安裝了光學傳感器，可以在不同的反射點對激光位置進行精確調整，補償光學變形和長期漂移的偏差。調整后，由軟件所產生的一系列修正數據，可覆蓋整個掃描區域。漂移刻度補償大約需要lmin 的時間進行操作。基板的任何變化，例如位置偏離基準，可以通過高分辨率的CCD 相機檢測到，通過軟件控制進行補償。