PCB行業(yè)中的紫外激光加工應(yīng)用_－PCB新聞|線路板|印刷電路

對于電路板行業(yè)的激光切割或者鉆孔，只需幾瓦或十多瓦的UV 激光即可，無需千瓦級別的激光功率，在消費類電子產(chǎn)品、汽車行業(yè)或機器人制造技術(shù)中，柔性電路板的使用變得日趨重要。由于UV激光加工系統(tǒng)具有柔性的加工方式、高精度的加工效果以及靈活可控的加工過程，因而成為了柔性電路板以及薄型PCB 激光鉆孔與切割的首選。 

圖1：CO2激光（左）與 UV 激光（右）的切割槽比較。UV 激光產(chǎn)生熱效應(yīng)較小，其切割邊沿干凈、整齊

如今，激光系統(tǒng)配置的長壽命激光源已基本接近免維護，在生產(chǎn)過程中，激光等級為1級，安全無需其他保護裝置。LPKF激光系統(tǒng)配備吸塵裝置，不會造成有害物質(zhì)的排放。加上其直觀易操作的軟件控制，使得激光技術(shù)正在取代傳統(tǒng)機械工藝，節(jié)省了特殊刀具的成本。 

    CO2激光還是UV 激光？ 

    例如PCB分板或切割時，可以選擇波長約為10．6μm 的 CO2 激光系統(tǒng)。其加工成本相對較低，提供的激光功率也可達數(shù)千瓦。但是它會在切割過程中產(chǎn)生大量熱能，從而造成邊緣嚴重碳化。 

    UV 激光波長為355 nm。這種波長的激光束非常容易光學聚焦。小于20瓦激光功率的UV 激光聚焦后光斑直徑只有20μm – 而其產(chǎn)生的能量密度甚至可媲美太陽表面。 

    UV 激光加工的優(yōu)勢 

    UV 激光尤其適用于硬板、軟硬結(jié)合板、軟板及其輔料的切割以及打標。那么這種激光工藝究竟有哪些優(yōu)點呢？ 

    在SMT行業(yè)的電路板分板以及PCB行業(yè)的微鉆孔等領(lǐng)域，UV 激光切割系統(tǒng)展現(xiàn)出極大的技術(shù)優(yōu)勢。 根據(jù)電路板材料厚度的不同，激光沿著所需的輪廓一次或者多次切割。材料越薄，切割的速度越快。如果累積的激光脈沖低于穿透材料所需的激光脈沖，只會在材料表面上出現(xiàn)劃痕；因此，可以在材料上進行二維碼或者條形碼的打標，以便后續(xù)制程的信息追蹤。 

圖2：一個基板多個元器件，即使緊貼線路也可安全分板

UV激光的脈沖能量僅在材料上作用微秒級的時間，在切口旁的幾微米處，已無明顯熱影響，因此無需考慮其產(chǎn)生的熱量對元件造成的損壞。靠近邊緣的線路和焊點完好無損，無毛刺。 

    此外，LPKF UV激光系統(tǒng)集成CAM 軟件可直接導(dǎo)入從CAD中導(dǎo)出的數(shù)據(jù)，對激光切割路徑進行編輯，形成激光切割輪廓，選擇適用于不同材料的加工參數(shù)庫，就可以直接激光加工。該激光系統(tǒng)既適合大批量的量產(chǎn)加工，也適用于試樣生產(chǎn)。 

    鉆孔應(yīng)用 

    電路板中的通孔用于連接雙面板的正反面間線路，或用于連接多層板中任意層間線路。為了其導(dǎo)電，需要在鉆孔后將孔壁鍍上金屬層。如今采用傳統(tǒng)的機械方法已經(jīng)無法滿足鉆孔直徑越來越小的要求：盡管提高了主軸轉(zhuǎn)速，但精密鉆孔刀具的徑向速度會因直徑太小而降低，甚至無法完成要求的加工效果。另外，從經(jīng)濟層面考慮，易于磨損的刀具耗材也是一個限制性因素。 

    針對柔性電路板的鉆孔，LPKF公司研發(fā)了一種新型的激光鉆孔系統(tǒng)。LPKFMicroLine 5000激光設(shè)備配有533mm x 610 mm的工作臺面，可以卷對卷的自動化作業(yè)。鉆孔時，激光可以先從孔的中心出發(fā)切出微孔輪廓，這比普通方法更為精確。系統(tǒng)可以在高徑深比的情況下，在有機或非有機的基板上鉆制最小直徑為20μm的微孔。柔性電路板、IC基板或HDI電路板都非常需要這樣的精度。 

    半固化片切割 

    在電子組件制造過程中，哪些情況要求切割半固化片材料？早在初期，半固化片材料就已經(jīng)被應(yīng)用于多層電路板中。多層電路板中的各個電路層通過半固化片的作用被壓合在一起；根據(jù)電路設(shè)計，一些區(qū)域的半固化片需要事先切割開窗然后被壓合。 

圖3：通過激光工藝可以在敏感的覆蓋層上形成精確的輪廓

類似的過程也適用于FPC覆蓋膜。覆蓋膜通常由聚酰亞胺以及厚度為25μm或12．5μm的膠層構(gòu)成，且容易變形。單個區(qū)域（例如焊盤）無需覆蓋膜遮蓋，以便后期進行裝配、連接等工作。 

    這種薄性材料對于機械應(yīng)力非常敏感——靠非接觸式的激光加工可以輕松完成。同時，真空吸附臺能夠很好固定其位置，保持其平整度。 

    軟硬結(jié)合板加工 

    在軟硬結(jié)合板中，將剛性PCB與柔性PCB壓合一起形成多層板。壓合過程時，柔性PCB上方并沒有和剛性PCB壓合粘接在一起，通過激光定深切割把覆蓋在柔性PCB上面的剛性蓋子切割、分離，留下柔性部分，形成軟硬結(jié)合板。 

    這樣的定深加工同樣適用于多層板中表面嵌入集成元件的盲槽加工。UV激光會精確切割從多層電路板中分離出來的目標層的盲槽。在該區(qū)域內(nèi)，目標層與其上面所覆蓋的材料不可形成連接。 

    PCB和FPC的高效分板 

    SMT后分板即切割多種電子元器件已被裝配的電路板，該工序已經(jīng)處在生產(chǎn)鏈的末端。對于分板，可選擇不同的技術(shù)：對于通常用的PCB，優(yōu)先考慮使用傳統(tǒng)的刀切、沖壓和輪廓銑削等工藝。對于較為復(fù)雜的電子線路以及薄型基板尤其是對機械應(yīng)力、粉塵和尺寸偏差非常敏感的情況，則采用UV激光切割分板更有優(yōu)勢。以下三個圖表從不同因素對這三種方法進行了評估。 

圖4：分板方法比較：其他方法無法達到 UV激光器的分板質(zhì)量

對于完整輪廓的切割，德國LPKF公司會根據(jù)使用的不同激光源，建議切割材料厚度不超過1．6mm。針對某些較厚的材料，以及價格昂貴的裝配組件，優(yōu)先考慮安全和質(zhì)量層面，而切割時長則是其次。 

圖5 ： 在Tab－Cut中，激光切割斷點分板

切割斷點分板，激光系統(tǒng)會通過一個前面所述的加工過程切斷連接點。這個切割過程可緊挨靠近邊緣的元器件進行，對于較厚的電路板來說也是非常經(jīng)濟的。 

    其他應(yīng)用領(lǐng)域 

    由于UV激光波長較短，可適用于大多數(shù)的材料加工。例如，在電子工業(yè)領(lǐng)域可將其用于： 

    ● 加工TCO／ITO玻璃且基底無損傷 

    ● 在柔性或薄型材料上鉆孔 

    ● 阻焊層或覆蓋膜開窗 

    ● 剛?cè)幔嵝噪娐钒宸职?nbsp;

    ● 開槽 

    ● 已裝配或未裝配電路板的返修 

    ● 切割燒結(jié)陶瓷 

    ● 精密切割 LTCC 

不僅限于對電路板的加工，UV激光系統(tǒng)還可在一個加工作業(yè)中同時完成LTCC組件的切割、直寫和鉆孔。