CN106425126B - 一种多层印刷电路板飞秒激光打孔装置及其打孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层印刷电路板飞秒激光打孔装置及其打孔方法，其原理是利用飞秒激光与多层印刷电路板不同层材质相互作用发出的声纹特征的不同，通过高灵敏度麦克风接收飞秒激光与多层印刷电路板的音频信号，并将音频信号传输到示波器进行滤波，将滤波后的声纹特征传输到工控机，当工控机接收到的声纹特征连续三次发生改变时，工控机发送指令控制飞秒激光器改变加工参数，直至打孔至指定的层或者打穿多层印刷电路板；本发明能有效地提高多层印刷电路板打孔效率，提高孔断面质量，同时可以获得深度精确的盲孔，解决了常规飞秒激光打孔中的难题。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种多层印刷电路板飞秒激光打孔装置及其打孔方法。
背景技术
多层印刷电路板在大规模集成电路中得到了广泛的应用，在多层板中，为了实现层与层之间的电气连接，需要在多层板上制造直径为小于150微米的微孔。
飞秒激光被证明可以在多种材料上进行微孔的加工，获得高质量的微孔。但是，由于多层电路板相邻两层的材质不同，当采用同一种工艺参数对多层印刷电路板进行飞秒激光打孔时，由于材料的热传导率等因素的差异，加工出来的微孔横断面质量无法得到保证，此外，当需要获得特定层数的盲孔时，常规的飞秒激光打孔方式无法实现。
发明内容
本发明目的是：提供一种多层印刷电路板飞秒激光打孔装置及其打孔方法，其可在多层印刷电路板上加工出具有高质量断面的微孔，并实现加工特定层数的盲孔。
本发明的一种技术方案是：一种多层印刷电路板飞秒激光打孔装置，包括飞秒激光器、光束整形系统、多层印刷电路板、高灵敏度麦克风、示波器、数据线和工控机，所述工控机通过数据线分别与飞秒激光器和示波器相连，所述高灵敏度麦克风通过数据线和示波器相连，所述飞秒激光器正对光束整形系统，飞秒激光器工作时，飞秒激光器发出的激光束经光束整形系统整形后辐照到多层印刷电路板。
本发明的另一种技术方案是：一种基于声纹特征控制的多层印刷电路板飞秒激光打孔方法，包括以下步骤：
步骤一：获取多层印刷电路板的导电材质和绝缘材质的优化的飞秒激光打孔工艺参数、获得打孔效率高、孔断面质量好的工艺参数，并将这些优化的工艺参数存储在工控机中；
步骤二：通过高灵敏度麦克风获取多层印刷电路板的导电材质和绝缘材质在优化的飞秒激光工艺参数作用下的音频信号，并将这些音频信号通过数据线传输到示波器，音频信号经示波器滤波后，分别获得多层印刷电路板的导电材质和绝缘材质在激光束作用下的声纹特征，将导电材质和绝缘材质的声纹特征存储在工控机中；
步骤三：读取工控机中多层印刷电路板第一层优化的飞秒激光打孔工艺参数，并通过工控机将优化的工艺参数发送给飞秒激光器；
步骤四：开启飞秒激光器，飞秒激光器发出的激光束由光束整形系统整形后辐照到多层印刷电路板第一层的上表面，利用该层对应的优化的工艺参数进行打孔，直至打孔至多层印刷电路板第一层和第二层的层间界面；
步骤五：当激光束作用到层间界面时，当工控机接收到激光束与多层印刷电路板作用的声纹特征连续发生三次改变后，工控机发送指令给飞秒激光器，使飞秒激光器停止使用当前工艺参数对多层印刷电路板进行打孔，并将多层印刷电路板第二层优化的工艺参数发送给飞秒激光器，控制飞秒激光器对多层印刷电路板第二层的材质进行激光打孔直至多层印刷电路板第二层与第三层的层间界面，如此重复，直至打孔至多层印刷电路板特定的层或者打穿多层印刷电路板。
本发明的工作原理为：利用飞秒激光与多层印刷电路板不同层材质相互作用发出的声纹特征的不同，通过高灵敏度麦克风接收飞秒激光与多层印刷电路板的音频信号，并将音频信号传输到示波器进行滤波，将滤波后的声纹特征传输到工控机，当工控机接收到的声纹特征连续三次发生改变时，工控机发送指令控制飞秒激光器改变加工参数，直至打孔至指定的层或者打穿多层印刷电路板。
本发明的优点是：本发明利用高灵敏度麦克风获得飞秒激光与多层印刷电路板不同层材质相互作用产生的声纹特征差异，通过工控机改变多层印刷电路板不同层的飞秒激光加工工艺参数，可以获得高断面质量的微孔；此外，当飞秒激光作用在多层印刷电路板层间界面时，声纹特征发生改变，此时通过工控机关闭飞秒激光器，可以获得特定深度的盲孔，该盲孔可以精确定位至多层印刷电路板的某一层间界面；工控机检测到声纹特征连续三次发生改变，可以非常可靠的保证多层印刷电路板的某一层已经被打穿。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明中结构示意图；
图2为本发明中多层印刷电路板的结构示意图；
图3为本发明中多层印刷电路板打孔后的结构示意图。
其中：1飞秒激光器；2激光束；3光束整形系统；4多层印刷电路板；41层间界面；42第一层；43第二层；44第三层；45盲孔；5高灵敏度麦克风；6示波器；7数据线；8工控机。
具体实施方式
一种多层印刷电路板飞秒激光打孔装置的实施例：如图1所示，其包括飞秒激光器1、光束整形系统3、多层印刷电路板4、高灵敏度麦克风5、示波器6、数据线7和工控机8，所述工控机8通过数据线7分别与飞秒激光器1和示波器6相连，所述高灵敏度麦克风5通过数据线7和示波器6相连，所述飞秒激光器1正对光束整形系统3，飞秒激光器1工作时，飞秒激光器1发出的激光束2经光束整形系统3整形后辐照到多层印刷电路板4。
一种基于声纹特征控制的多层印刷电路板飞秒激光打孔方法的具体实施例一：
本实施例中，多层印刷电路板4的层数为4层，总厚度为1.8mm，导电材料为紫铜，绝缘材料为FR-4环氧树脂；飞秒激光器1的波长为800nm，脉宽为120fs，最高重复频率为250KHz，最大脉冲能量为6μJ，光强分布为高斯型，线偏振，本是实施例的目标是在多层印刷电路板4上获得直径为60μm的通孔。
实施本发明的具体步骤如下：
步骤一：经过试验可得到：当飞秒激光器1的重复频率为150KHz、脉冲能量为6μJ时，紫铜膜的打孔效率高、孔端面质量好；当飞秒激光器1的重复频率为50KHz、脉冲能量为4μJ时，FR-4环氧树脂的打孔效率高、孔断面质量；将这些优化的工艺参数存储在工控机8中；
步骤二：分别获取多层印刷电路板4所用的导电材料紫铜在飞秒激光束2以重复频率为150KHz，脉冲能量为6μJ作用时，以及绝缘材料FR-4环氧树脂在飞秒激光束2以重复频率为50KHz、脉冲能量为4μJ作用下的声纹特征，并将这些声纹特征存储在工控机8中；
步骤三：读取工控机8中多层印刷电路板4第一层42紫铜箔优化的飞秒激光打孔工艺参数：飞秒激光器1的重复频率为150KHz、脉冲能量为6μJ，并通过工控机8将优化的工艺参数发送给飞秒激光器1；
步骤四：开启飞秒激光器1，飞秒激光器1发出的激光束2由光束整形系统3整形后辐照到多层印刷电路板4第一层42紫铜膜的上表面，利用重复频率为150KHz、脉冲能量为6μJ的工艺参数进行打孔，直至打孔至多层印刷电路板4第一层42紫铜膜和第二层43即FR-4环氧树脂的层间界面41；
步骤五：当激光束2作用到层间界面41时，激光束2与多层印刷电路板4作用的声纹特征发生了改变，工控机8连续三次接收到示波器6发送过来的声纹特征发生改变后，工控机8发送指令给飞秒激光器1，使飞秒激光器1停止使用当前工艺参数对多层印刷电路板4进行打孔，并将多层印刷电路板4第二层43优化的工艺参数重复频率为50KHz、脉冲能量为4μJ，发送给飞秒激光器1，控制飞秒激光器1对多层印刷电路板4第二层43即FR-4环氧树脂进行激光打孔直至多层印刷电路板4第二层43即FR-4环氧树脂与第三层44紫铜膜的层间界面，如此重复，当高灵敏度麦克风5在1秒钟之内没有接收到音频信号时，高灵敏度麦克风5通过数据线7发送一个信号至工控机8，工控机8通过数据线7发出一个停止信号给飞秒激光器1，飞秒激光器1停止打孔，在4层印刷电路板上获得了一个直径为60μm的通孔；经检测，采用本发明后打孔效率比单一参数飞秒激光打孔提高了50％，孔断面质量得到大幅度提高。
一种基于声纹特征控制的多层印刷电路板飞秒激光打孔方法的具体实施例二：
本实施例中，多层印刷电路板4的层数为4层，总厚度为1.8mm，导电材料为紫铜，绝缘材料为FR-4环氧树脂；飞秒激光器1的波长为800nm，脉宽为120fs，最高重复频率为250KHz，最大脉冲能量为6μJ，光强分布为高斯型，线偏振，本是实施例的目标是在多层印刷电路板4打孔至第二绝缘层，孔径为80μm(如图3所示)。
实施本实施例的具体步骤如下：
步骤一：经过试验可得到：当飞秒激光器1的重复频率为150KHz、脉冲能量为6μJ时，紫铜膜的打孔效率高、孔端面质量好；当飞秒激光器1的重复频率为50KHz、脉冲能量为4μJ时，FR-4环氧树脂的打孔效率高、孔断面质量；将这些优化的工艺参数存储在工控机8中；
步骤二：分别获取多层印刷电路板4所用的导电材料紫铜在飞秒激光束2以重复频率为150KHz，脉冲能量为6μJ作用时，以及绝缘材料FR-4环氧树脂在飞秒激光束2以重复频率为50KHz、脉冲能量为4μJ作用下的声纹特征，并将这些声纹特征存储在工控机8中；
步骤三：读取工控机8中多层印刷电路板4第一层42紫铜箔优化的飞秒激光打孔工艺参数：飞秒激光器1的重复频率为150KHz、脉冲能量为6μJ，并通过工控机8将优化的工艺参数发送给飞秒激光器1；
步骤四：开启飞秒激光器1，飞秒激光器1发出的激光束2由光束整形系统3整形后辐照到多层印刷电路板4第一层42紫铜膜的上表面，利用重复频率为150KHz、脉冲能量为6μJ的工艺参数进行打孔，直至打孔至多层印刷电路板4第一层42紫铜膜和第二层43即FR-4环氧树脂的层间界面41；
步骤五：当激光束2作用到层间界面41时，激光束2与多层印刷电路板4作用的声纹特征发生了改变，工控机8连续三次接收到示波器6发送过来的声纹特征发生改变后，工控机8发送指令给飞秒激光器1，使飞秒激光器1停止使用当前工艺参数对多层印刷电路板4进行打孔，并将多层印刷电路板4第二层43优化的工艺参数重复频率为50KHz、脉冲能量为4μJ，发送给飞秒激光器1，控制飞秒激光器1对多层印刷电路板4第二层43即FR-4环氧树脂进行激光打孔直至多层印刷电路板4第二层43即FR-4环氧树脂与第三层44紫铜膜的层间界面，当激光束2与多层印刷电路板4作用的声纹特征再一次连续三次发生改变时，光谱仪5通过数据线7发送一个信号至工控机8，工控机8通过数据线7发出一个停止信号给飞秒激光器1，飞秒激光器1停止打孔，在4层印刷电路板上获得了一个直径为80μm，深度至第二绝缘层44；经检测，孔断面质量良好，盲孔深度方向的位置精确，解决了常规飞秒激光打孔无法精确定位孔深的难题。
综上所述，本发明能有效地提高多层印刷电路板打孔效率，提高孔断面质量，同时可以获得深度精确的盲孔，解决了常规飞秒激光打孔中的难题。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (3)
1.一种基于声纹特征控制的多层印刷电路板飞秒激光打孔方法，包括以下步骤：
步骤一：获取多层印刷电路板(4)的导电材质和绝缘材质的优化的飞秒激光打孔工艺参数、获得打孔效率高、孔断面质量好的工艺参数，并将这些优化的工艺参数存储在工控机(8)中；
步骤二：通过高灵敏度麦克风(5)获取多层印刷电路板(4)的导电材质和绝缘材质在优化的飞秒激光工艺参数作用下的音频信号，并将这些音频信号通过数据线(7)传输到示波器(6)，音频信号经示波器(6)滤波后，分别获得多层印刷电路板(4)的导电材质和绝缘材质在激光束(2)作用下的声纹特征，将导电材质和绝缘材质的声纹特征存储在工控机(8)中；
步骤三：读取工控机(8)中多层印刷电路板(4)第一层(42)优化的飞秒激光打孔工艺参数，并通过工控机(8)将优化的工艺参数发送给飞秒激光器(1)；
步骤四：开启飞秒激光器(1)，飞秒激光器(1)发出的激光束(2)由光束整形系统(3)整形后辐照到多层印刷电路板(4)第一层(42)的上表面，利用该层对应的优化的工艺参数进行打孔，直至打孔至多层印刷电路板(4)第一层(42)和第二层(43)的层间界面(41)；
步骤五：当激光束(2)作用到层间界面(41)时，当工控机(8)接收到激光束(2)与多层印刷电路板(4)作用的声纹特征连续发生三次改变后，工控机(8)发送指令给飞秒激光器(1)，使飞秒激光器(1)停止使用当前工艺参数对多层印刷电路板(4)进行打孔，并将多层印刷电路板(4)第二层(43)优化的工艺参数发送给飞秒激光器(1)，控制飞秒激光器(1)对多层印刷电路板(4)第二层(43)的材质进行激光打孔直至多层印刷电路板(4)第二层(43)与第三层(44)的层间界面，如此重复，直至打孔至多层印刷电路板(4)特定的层或者打穿多层印刷电路板(4)。
2.根据权利要求1所述的一种基于声纹特征控制的多层印刷电路板飞秒激光打孔方法，其特征在于：所述多层印刷电路板(4)的层数为4层，总厚度为1.8mm，导电材料为紫铜，绝缘材料为FR-4环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的一种基于声纹特征控制的多层印刷电路板飞秒激光打孔方法，其特征在于：所述飞秒激光器(1)的波长为800nm，脉宽为120fs，最高重复频率为250KHz，最大脉冲能量为6μJ，光强分布为高斯型，线偏振。
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