CN100490607C - 软性印刷电路板的激光钻孔系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种软性印刷电路板的激光钻孔系统，其包括一激光二极管，所述激光二极管用于产生一激光束。该激光钻孔系统产生一三次谐波光束。所述激光钻孔系统具有如下参数：所述三次谐波光束波长为355纳米；所述三次谐波光束功率为约5瓦；所述激光二极管的工作方式是TEM00基模或单模输出；所述三次谐波光束脉冲宽度在10千赫脉冲频率时为50纳秒。本发明还提供了一种激光钻孔方法。本发明的激光钻孔系统及方法加工快速，加工稳定及加工精度高且减小热影响区。

Description

软性印刷电路板的激光钻孔系统及方法
【技术领域】
本发明是关于一种激光钻孔系统与及方法，尤其是关于一种软性印刷电路板的激光钻孔方法。
【背景技术】
软性印刷电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)又称柔性电路板、软性电路板或挠性电路板，是以聚脂薄膜或聚酰亚胺为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳曲挠性的印刷电路。此种电路可随意弯曲、折迭，重量轻，体积小，散热性好，安装方便，冲破了传统的互连技术概念。挠性电路作为一种具有薄、轻、可挠曲等可满足三维组需求特点的新产品，在电子及通讯行业得到日趋重视和广泛应用。
软性印刷电路板的制程主要包括以下步骤：选择材料，通常为聚酯或聚酰亚胺，内层成像，表面处理，层压，钻孔，成像，图形电镀，去膜，蚀刻，外形加工。可见，钻孔的快慢直接影响软性印刷电路板制作的快慢，钻孔质量的好坏直接影响软性印刷电路板质量的好坏。
现有软性印刷电路板的钻孔方法一般有传统的机械钻孔方法及激光钻孔方法。机械钻孔方法是利用细小钻头加工通孔或盲孔的方法，该方法耗时且所加工出的通孔或盲孔质量低，有时会有碎片残留其上，造成电铜镀或通孔电镀后电路板短路(short circuit)或断路(open circuit)，使该软性印刷电路板不能使用。激光钻孔的加工方法的优点在于更能够快速加工及使孔径微细化。
现有激光钻孔加工装置的钻孔方法如下。由激光震荡器发出的激光束由包含有反射镜(mirror)的光学通路，导向设置有被称为X-Y扫描仪(scanner)或电流扫描仪(galvano-scanner：一种利用化学作用产生电流的扫描仪)、二维电流镜(galvano-mirror)的扫描(scan)光学系统。通过该扫描光学系统使激光束震荡，并通过加工透镜照射到印刷电路板上(例如，可参照特开平-10-058178号公报)。
另一现有激光钻孔加工装置的钻孔方法如下。请参阅图1，由二氧化碳(CO2)激光器11发出的激光束12经由光学影像转换系统13的准直透镜131及屏框132至导向装置二维的电流镜14(galvano-mirror)扫描(scan)光学系统，在藉由fθ透镜15照射工作台16之印刷电路板161上。
以上所述的利用激光钻孔加工装置的钻孔方法虽能实现电路板通孔的快速加工及孔径微细化，但是，此种激光钻孔的激光束光源通常是采用CO2激光器产生，CO2激光器产生的激光束是脉冲激光束，脉冲不稳定性大于2导致加工过程不稳定，使加工钻孔不均一；且其波长太长功率太大导致加工精度低；另外，CO2激光钻孔后在内层铜箔表面会出现介质材料残膜或炭化残留物，必须加强后续工序的除胶、除残渣处理。此外，CO2激光器钻孔的热影响区范围较大。
鉴于以上缺点，有必要一种快速加工，加工稳定及加工精度高且减小热影响区之软性印刷电路板的激光钻孔系统与方法。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一快速加工，加工稳定及加工精度高且减小热影响区的软性印刷电路板的激光钻孔系统。
本发明的另一目的在于提供一利用所述激光钻孔系统的软性印刷电路板的激光钻孔方法。
本发明软性印刷电路板的激光钻孔系统，包括：一第一凹镜；一第二凹镜，其与第一凹镜间隔设置形成一共鸣腔；一激光二极管，用以产生一激光束，设置于所述共鸣空间；一三次倍频器，设置于所述共鸣腔内；一二次倍频器，设置于所述共鸣腔内；所述激光二极管产生的激光束被导引至所述二次倍频器以产生一二次谐波光束，所述激光束及二次谐波光束被导引至所述三次倍频器以产生一三次谐波光束，所述三次谐波光束被分离且作为输出光束从所述共鸣腔输出。其中所述激光钻孔系统具有如下参数：所述三次谐波光束波长为355纳米(nm)；所述三次谐波光束功率为约5瓦；所述激光二极管的工作方式是TEM00基模或单模输出；所述三次谐波光束脉冲宽度在10千赫脉冲频率时为50纳秒(ns)。
本发明软性印刷电路板的激光钻孔方法利用一个波长为355纳米和一种软性印刷电路板的激光钻孔方法，其包括以下步骤：产生一脉冲激光束；导引该脉冲激光束至印刷电路基板使基板的部份板材汽化。该脉冲激光束是由具有如下的激光参数：波长为355纳米，功率约5瓦，脉冲宽度在10千赫脉冲频率时为50纳秒，光束质量因子M2小于1.1。
本发明相较现有技术，本发明软性印刷电路板的激光钻孔系统与方法选用波长为355纳米，功率约5瓦，在小于50纳秒之小脉冲宽度时，脉冲频率10千赫，高脉冲频率实现软性印刷电路板钻孔之快速而有效的加工，低脉冲宽度则保证了很低的热负荷，即使得热影响区减小。聚焦后的光斑尺寸小0.9mm，光束质量好，脉冲不稳定性低于1，使得加工的钻孔均一、加工稳定，孔深与孔径比大于10:1。本发明的软性印刷电路板的激光钻孔系统与方法加工稳定、加工质量好及加工精度高。
【附图说明】
图1是现有CO2激光器的激光钻孔的示意图；
图2是本发明软性印刷电路板的激光钻孔系统的激光的三次谐波产生的示意图。
【具体实施方式】
请参阅图2，本发明软性印刷电路板的激光钻孔系统包括一第一凹镜21、Q-光纤震荡器22、激光二极管23、透镜24，内腔倍频系统25、截止反射镜26、反射镜27、失真棱镜28、透镜29，该内腔倍频系统25包括棱镜251、三次谐波发生器或三次倍频器(THG：the Third Harmonic Generator)252、二次谐波发生器或二次倍频器(SHG：the Second Harmonic Generator)253，第二凹镜254及一置放软性印刷电路板(图未示)的工作台(图未示)，所述第一凹镜21与第二凹镜254间隔设置形成一共鸣腔(图未示)。Q-光纤震荡器22设置于所述共鸣腔内的第一凹镜21与激光二极管23之间。激光二极管23、透镜24、内腔倍频系统25、截止反射镜26皆设置于所述共鸣腔内。所述激光束被导引至所述二次倍频器253以产生一二次谐波光束，所述基本波长的激光束及二次谐波光束被导引至所述三次倍频器252以产生一三次谐波光束，所述三次谐波光束被分离且作为输出激光束从所述共鸣腔输出。反射镜27、失真棱镜28、透镜29设置于共鸣腔外三次谐波光束出射方向上。所述三次谐波光束具有如下参数：波长为355纳米(nm)；功率为约5瓦；工作方式是TEM00基模或单模输出；其脉冲宽度在10千赫脉冲频率时为50纳秒(ns)。
该激光钻孔系统可产生波长为355纳米，在10千赫脉冲频率时为50纳秒之脉冲宽度，10千赫频率时起脉冲能量为0.5微焦耳，工作方式为TEM00基模或单模输出，光束质量因子M2小于1.1及准直后的光束直径为0.9mm的激光束。
由激光二极管23产生的激光束的波长是1064纳米，然后经由倍频系统25的透镜254聚焦至二次谐波发生器253及三次谐波发生器252，通过二次谐波发生器253将部份波长1064纳米的激光束转化为波长530纳米的激光束，在经由三次谐波发生器252将部份波长530纳米的激光束转化为355纳米波长的激光束，最后经由棱镜251出来的激光束仅为波长为355纳米的紫外(UV)光束(图未示)，该激光束再通过截止反射镜26反射至反射镜27，由反射镜27将该激光束反射至失真棱镜28，经由透镜29出射至工作台的软性印刷电路板上而达到钻孔的目的。
本发明之软性印刷电路板的激光钻孔方法是利用上述激光钻孔系统，其包括是采用具有以下参数的倍频钕-钒酸盐激光器：波长为355纳米(nm)；功率为约5瓦；工作方式是TEM00基模或单模输出；其脉冲宽度在10千赫脉冲频率时为50纳秒(ns)。
本发明的软性印刷电路板的激光钻孔方法包括如下步骤：由所述倍频钕-钒酸盐产生一脉冲激光束；导引该脉冲激光束至印刷电路基板使基板的部份板材汽化；其中该脉冲激光束具有如下的激光参数：波长为355纳米，功率约5瓦，脉冲宽度在10千赫脉冲频率时为50纳秒，光束质量因子M2小于1.1。

Claims (8)

1.一种软性印刷电路板的激光钻孔系统，包括一激光二极管，用于产生一激光束，其特征在于：该激光钻孔系统还包括一第一凹镜、一第二凹镜、一三次倍频器、一二次倍频器，第一凹镜与第二凹镜间隔设置形成一共鸣腔，所述激光二极管、三次倍频器及二次倍频器均设置于所述共鸣腔内，所述激光二极管产生的激光束被导引至所述二次倍频器以产生一二次谐波光束，所述激光束及二次谐波光束被导引至所述三次倍频器以产生一三次谐波光束，所述三次谐波光束被分离且作为输出光束从所述共鸣腔输出，所述激光钻孔系统具有如下参数：所述三次谐波光束波长为355纳米；所述三次谐波光束功率为约5瓦；所述激光二极管的工作方式是TEM00基模或单模输出；所述三次谐波光束脉冲宽度在10千赫脉冲频率时为50纳秒。
2.如权利要求1所述的激光钻孔系统，其特征在于：该激光钻孔系统进一步包括Q-光纤震荡器，设置于所述共鸣腔内的第一凹镜与激光二极管之间。
3.如权利要求2所述的激光钻孔系统，其特征在于：该激光钻孔系统进一步包括一棱镜，设置于所述共鸣腔内，用以将所述三次谐波光束从所述二次谐波光束及激光束中分离出。
4.如权利要求3所述的激光钻孔系统，其特征在于：激光钻孔系统进一步包括一失真棱镜，位于三次谐波光束的出射方向上。
5.如权利要求4所述的激光钻孔系统，其特征在于：激光钻孔系统进一步包括一透镜，位于所述失真棱镜后、三次谐波光束的出射方向上，用以聚焦所述三次谐波光束。
6.一种软性印刷电路板的激光钻孔方法，其包括以下步骤：产生一脉冲激光束；导引该脉冲激光束至印刷电路基板使基板的部份板材汽化，其特征在于：该脉冲激光束是具有如下的激光参数：波长为355纳米，功率约5瓦，脉冲宽度在10千赫脉冲频率时为50纳秒，光束质量因子M2小于1.1。
7.如权利要求6所述的激光钻孔方法，其特征在于：该脉冲激光束是由一钕-钒酸盐激光器产生。
8.如权利要求6所述的激光钻孔方法，其特征在于：该激光钻孔方法还包括如下三个步骤：
由所述钕-钒酸盐激光器产生一等于1064纳米波长的脉冲激光束；
将所述1064纳米波长的脉冲激光束转换为一等于530纳米波长的脉冲激光束；
于530纳米波长脉冲激光束到达所述印刷电路基板前，将所述530纳米波长的脉冲激光束转换为一等于355纳米波长脉冲激光束。
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