CN109640524B - 一种激光盲孔开盖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光盲孔开盖方法，包括将刻槽激光束照射至待开盖电路板基材表层导电层，并按照预设轨迹在待开盖电路板基材表层导电层进行激光刻蚀，并形成环形沟槽；将加热激光束照射至环形沟槽及环形沟槽内侧待开盖的表层导电层区域并加热，使得环形沟槽内侧电路板基材表层导电层受热松动脱落，完成盲孔开盖并形成初级盲孔。本发明采用刻槽激光束对电路板表层导电层进行封闭线路刻槽，得到环形沟槽，利用加热激光束对环形沟槽和环形沟槽内的导电区域进行加热，在加热激光光斑与沟槽内物质作用产生等离子体冲击波作用下，盲孔待开盖保护区域表层导电层松动脱落，完成盲孔开盖并形成初级盲孔，巧妙的解决了盲孔开盖问题。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种激光盲孔开盖方法。
背景技术
目前二氧化碳激光电路板钻孔在硬板和软硬结合板盲孔钻孔领域占据绝对地位，因二氧化碳激光对铜箔吸收不好，因此很多采用了电路板表面铜皮开窗，露出下层的包含玻璃纤维布层和胶层的绝缘层，使得二氧化碳激光直接作用于所述绝缘层，直到下层同层露出，完成盲孔钻孔功能。
这个过程中，把上层铜去除的动作称为盲孔开盖，盲孔开盖的基本要求是要可靠去除表面铜皮，对下层绝缘层要求不伤或者均匀去除一部分，这样有利于后面二氧化碳激光均匀去除对应绝缘层，如果对应绝缘层在盲孔开盖过程中被不均匀去除，那么二氧化碳加工盲孔就极可能不均匀，出现伤底铜或者底铜残胶，这些都属于盲孔加工不良，是绝对不允许的。现有盲孔开盖一般采用紫外激光聚焦后扫描螺旋线的方式去除表面铜皮完成盲孔开盖，这种方法一方面效率低下，另一方面盲孔开盖后中间层绝缘层非常难以保证均匀去除，影响了后续二氧化碳激光加工盲孔的稳定性。
为什么采用紫外激光螺旋线扫描铜皮具有不均匀清除中间层绝缘层隐患？因为只去除铜皮而尽可能少伤及中间绝缘层，需要控制紫外激光器在一个合适的激光功率状态，如果电路板表面不平整度大，则需要一定程度上加大紫外激光加工功率，在一些区域，激光去除材料能力高，就会有多余紫外切入中间绝缘层，导致各待加工盲孔区域内绝缘层厚度不一，为后续二氧化碳激光钻孔的稳定性留下隐患。
传统的激光盲孔开盖，采用一束激光束进行螺旋形清除盲孔待开盖表层导电层，存在效率低下，盲孔孔底绝缘层厚度均匀性差，盲孔孔壁受热易分层等致命缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种激光盲孔开盖方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种激光盲孔开盖方法，包括如下步骤：
步骤1：将刻槽激光束照射至待开盖电路板基材表层导电层，并在所述表层导电层表面形成刻槽激光光斑，控制所述刻槽激光光斑按照预设轨迹在待开盖电路板基材表层导电层进行激光刻蚀，并形成环形沟槽；
步骤2：将加热激光束照射至所述环形沟槽及环形沟槽内侧待开盖的导电区域，并在所述环形沟槽及所述导电区域形成加热激光光斑，控制所述加热激光光斑对所述环形沟槽及所述导电区域加热，使得所述环形沟槽内侧电路板基材表层导电层受热松动脱落，完成盲孔开盖并形成初级盲孔；
其中，所述刻槽激光束与加热激光束经过同一平场聚焦系统聚焦后照射在电路板基材表层导电层，待开盖电路板基材从上至下依次层叠至少设置有表层导电层、中间绝缘层和下层导电层；所述环形沟槽的深度不小于待开盖电路板基材表层导电层的厚度，且不大于待开盖电路板基材表层导电层的厚度与中间绝缘层厚度之和；所述刻槽激光光斑的直径小于40微米，且所述刻槽激光光斑的峰值功率密度大于电路板基材表层导电层的损伤阈值；所述加热激光光斑的直径小于500微米，且所述加热激光光斑的峰值功率密度小于电路板基材表层导电层的损伤阈值。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步：所述刻槽激光光斑中心与所述加热激光光斑中心之间的距离不大于40毫米。
上述进一步方案的有益效果是：通过控制所述刻槽激光光斑中心与所述加热激光光斑中心之间的距离，可以方便在加工的过程中比较方便的将所述加热激光光斑移动至经过所述刻槽激光光斑刻槽后的位置，并直接进行加热开盖处理，非常方便，控制简单，效率较高。
进一步：在所述刻槽激光束照射至待开盖电路板基材表层导电层之前，还包括如下步骤：
采用所述加热激光束按照预设轨迹对待开盖电路板基材表层导电层进行预先加热。
上述进一步方案的有益效果是：通过采用所述加热激光束按照预设轨迹对待开盖电路板基材表层导电层进行预先加热，可以使得后续所述刻槽激光束更加顺利高效地对待开盖电路板基材表层导电层进行激光刻蚀，非常方便，另外，高温的金属导电层对刻槽激光光斑的吸收率更高。
进一步：在所述加热激光束照射至待开盖电路板基材表层导电层的环形沟槽及环形沟槽内侧待开盖的导电区域之前，还包括如下步骤：
采用所述加热激光束对环形沟槽内侧待开盖的导电区域进行加热，使得电路板基材中间绝缘层软化或熔化。
上述进一步方案的有益效果是：通过采用所述加热激光束对环形沟槽内待开盖的导电区域进行加热，使得电路板基材中间绝缘层软化或熔化，非常有利于盲孔开盖的可靠进行，减少盲孔孔壁分层风险，适合于盲孔孔径较大的盲孔开盖。
进一步：所述加热激光光斑对环形沟槽及环形沟槽内侧待开盖的导电区域加热时，所述环形沟槽内侧电路板基材表层导电层连同中间绝缘层的上层粘接层和中间玻璃纤维织布层一起受热松动脱落，完成盲孔开盖并形成初级盲孔；其中，所述中间绝缘层从上至下依次包括上层粘接层、中间玻璃纤维织布层和下层粘接层；所述环形沟槽的深度大于所述表层导电层、上层粘接层和中间玻璃纤维织布层的厚度之和，小于所述表层导电层、上层粘接层、中间玻璃纤维织布层和下层粘接层的厚度之和。
上述进一步方案的有益效果是：通过所述环形沟槽内侧电路板基材表层导电层连同中间绝缘层的上层粘接层和中间玻璃纤维织布层一起受热松动脱落，可以去除部分中间绝缘层，所述初级盲孔孔底下层导电层上只剩下中间绝缘层的下层粘接层，下层粘接层这种粘接物质比较均匀也比较容易去除，这样极大降低了硬板盲孔钻孔难度。
进一步：所述的激光盲孔开盖方法还包括如下步骤：
步骤3：采用所述刻槽激光束和/或加热激光束照射所述初级盲孔底部，去除所述中间绝缘层，直至露出所述下层导电层，其中，所述刻槽激光束和加热激光束分别在所述初级盲孔底部形成刻槽激光光斑和加热激光光斑；
或者，
步骤3：采用清扫绝缘层激光束照射所述初级盲孔底部，去除所述中间绝缘层，直至露出所述下层导电层；其中，所述清扫绝缘层激光束在所述初级盲孔底部形成清扫绝缘层激光光斑。
上述进一步方案的有益效果是：通过对所述初级盲孔底部并进行加热，可以有效去除所述中间绝缘层，并露出所述下层导电层，便于后续进行加工处理。
进一步：所述刻槽激光束、加热激光束和清扫绝缘层激光束通过同一平场聚焦镜光学系统聚焦后对应照射至所述待开盖电路板基材表层导电层或所述初级盲孔底部，且所述清扫绝缘层激光光斑中心距离所述刻槽激光光斑中心和加热激光光斑中心均小于40毫米。
上述进一步方案的有益效果是：通过采用所述刻槽激光束、加热激光束和清扫绝缘层激光束通过同一平场聚焦镜光学系统聚焦，这样可以使得激光光束聚焦后可以方便在孔间空间位置切换，节省加工时间，并且会有比较高的光束运动控制位置精度。
本发明还提供了一种激光盲孔开盖方法，包括：
将刻槽激光束和加热激光束同时照射至待开盖电路板基材表面，所述刻槽激光束按照预设轨迹在待开盖电路板基材表层导电层进行激光刻蚀，直至形成环形沟槽，关闭所述刻槽激光束，所述加热激光束继续出光照射至待开盖电路板基材表层导电层的所述环形沟槽及其内侧的导电区域，直至环形沟槽内侧电路板基材表层导电层受热松动脱落，完成盲孔开盖并形成初级盲孔；
或者，所述加热激光束提前于所述刻槽激光束出光不超过1毫秒照射在电路板基材表层导电层，所述刻槽激光束按照预设轨迹在待开盖电路板基材表层导电层进行激光刻蚀，直至形成环形沟槽，关闭所述刻槽激光束，所述加热激光束继续出光照射至待开盖电路板基材表层导电层的所述环形沟槽及其内侧的导电区域，直至环形沟槽内侧电路板基材表层导电层受热松动脱落，完成盲孔开盖并形成初级盲孔；
其中，所述刻槽激光束与加热激光束经过同一平场聚焦系统聚焦后照射在电路板基材表层导电层表面，并分别形成刻槽激光光斑和加热激光光斑，且所述刻槽激光光斑位于加热激光光斑范围内，这种光斑重合度可以确保加热激光的跟随加热效果。
本发明的有益效果是：本发明的激光盲孔开盖方法，采用刻槽激光束对电路板表层导电层进行封闭线路刻槽，得到环形沟槽，利用加热激光束对环形沟槽和环形沟槽内的导电区域进行加热，在加热激光光斑与沟槽内物质作用产生等离子体冲击波作用下，盲孔待开盖保护区域表层导电层松动脱落，完成盲孔开盖并形成初级盲孔，非常巧妙的解决了盲孔开盖问题，完美解决待加工盲孔孔内绝缘层厚度一致性完美问题，为下一步盲孔孔底加工提供了完美基础。
本发明还提供了一种激光盲孔开盖的通孔钻孔方法，包括：
步骤1：将刻槽激光束和加热激光束同时照射至待开盖电路板基材表面，或者，所述加热激光束提前于所述刻槽激光束出光不超过1毫秒照射在电路板基材表层导电层：
步骤2：所述刻槽激光束和加热激光束按照预设轨迹同步运动，并在待开盖电路板基材表层导电层分别进行激光刻蚀和加热，直至在待开盖电路板基材表面形成环形沟槽；
步骤3：所述刻槽激光束和加热激光束分别继续照射所述环形沟槽及其内侧的导电区域，直至环形沟槽内侧电路板基材表层导电层受热松动脱落，完成盲孔开盖并形成初级盲孔；
步骤4：所述刻槽激光束和加热激光束分别继续照射所述初级盲孔的底部并继续进行刻蚀，直至所述环形沟槽的深度与待开盖电路板基材的厚度相等时，所述环形沟槽内侧形成的孔内钻块脱落并形成通孔，关闭所述刻槽激光束和加热激光束，完成电路板通孔钻孔动作；
其中，所述刻槽激光束与加热激光束经过同一平场聚焦系统聚焦后照射在电路板基材表层导电层表面，并分别形成刻槽激光光斑和加热激光光斑，且所述刻槽激光光斑位于加热激光光斑范围内。
本发明的激光开盖的通孔钻孔方法，刻槽激光光斑和加热激光光斑的如影随形的同步运动，可以加工任意尽可能大的环形沟槽；电路板表层导电层升温使得激光蚀刻加工效率大幅提升；所述刻槽激光光斑和加热激光光斑在电路板基材表层导电层上重合，可以实现较小激光功率对刻槽激光光斑的导电层部位进行精准加热，一方面节省了加热激光功率，另一方面避免了电路板基材大范围区域的过热的可能。
附图说明
图1为本发明一实施例的激光盲孔开盖方法流程示意图；
图2为本发明一实施例的电路板截面示意图；
图3-1为本发明一实施例电路板表层导电层环形沟槽截面示意图；
图3-2为本发明一实施例电路板表层导电层环形沟槽俯视图；
图4-1为本发明一实施例盲孔开盖截面图示意图；
图4-2为本发明一实施例盲孔开盖俯视图；
图5为本发明一实施例加热激光光斑旋圈内外激光重叠度示意图；
图6为本发明另一实施例电路板表层导电层环形沟槽截面示意图；
图7为本发明另一实施例盲孔开盖截面图示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、电路板，11、表层导电层，12、中间绝缘层，13、下层导电层，111、环形沟槽外围区域，112、盲孔待开盖区域,113、环形沟槽，21为加热激光光斑旋圈的外接圆周，22为加热光斑中心运动轨迹圆，23为加热激光光斑旋圈的内切圆周，24为加热激光光斑。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种激光盲孔开盖方法，包括：
步骤1：将刻槽激光束照射至待开盖电路板基材表层导电层，并在所述表层导电层表面形成刻槽激光光斑，控制所述刻槽激光光斑按照预设轨迹在待开盖电路板基材表层导电层进行激光刻蚀，并形成环形沟槽；
步骤2：将加热激光束照射至所述环形沟槽及环形沟槽内侧待开盖的导电区域，并在所述环形沟槽及所述导电区域形成加热激光光斑，控制所述加热激光光斑对所述环形沟槽及所述导电区域加热，使得所述环形沟槽内侧电路板基材表层导电层受热松动脱落，完成盲孔开盖并形成初级盲孔；
其中，所述刻槽激光束与加热激光束经过同一平场聚焦系统聚焦后照射在电路板基材表层导电层，待开盖电路板基材从上至下依次层叠至少设置有表层导电层、中间绝缘层和下层导电层；所述环形沟槽的深度不小于待开盖电路板基材表层导电层的厚度，且不大于待开盖电路板基材表层导电层的厚度与中间绝缘层厚度之和；所述刻槽激光光斑的直径小于40微米，且所述刻槽激光光斑的峰值功率密度大于电路板基材表层导电层的损伤阈值；所述加热激光光斑的直径小于500微米，且所述加热激光光斑的峰值功率密度小于电路板基材表层导电层的损伤阈值。
本发明的激光盲孔开盖方法，采用刻槽激光束对电路板表层导电层进行封闭线路刻槽，得到环形沟槽，利用加热激光束对环形沟槽和环形沟槽内的导电区域进行加热，在加热激光光斑与沟槽内物质作用产生等离子体冲击波作用下，盲孔待开盖保护区域表层导电层松动脱落，形成初级盲孔并完成盲孔开盖，非常巧妙的解决了硬板盲孔开盖问题，完美解决待加工盲孔孔内绝缘层厚度一致性问题，为下一步盲孔孔底加工提供了完美基础。
本发明提供的实施例中，所述刻槽光斑中心的预设轨迹为圆圈，刻槽激光束按照预设圆形轨迹运动进行激光刻蚀，并形成环形沟槽。所述圆形轨迹可以是正圆，也可以是椭圆，也可以是其他形状的封闭图形。
本发明提供的实施例中，所述刻槽激光束和加热激光束的运动由激光扫描振镜和/或声光偏转器件和/或压电偏摆镜和/或直线运动平台控制完成，所述刻槽激光光斑在电路板表层导电层刻画出环形沟槽，环形沟槽内侧区域为激光盲孔开盖区域，环形沟槽深度以刻断电路板表层导电层，不伤及电路板下层导电层为准。
另外，所述加热激光光斑中心沿着环形沟槽运动，或者运动半径小于环形沟槽半径但保持加热激光光斑有部分激光落在沟槽内侧产生等离子体冲击波，使得沟槽内侧电路板表面金属层受热脱落，完成盲孔开盖。
本发明提供的实施例中，所述刻槽激光光斑的直径小于40微米，且所述刻槽激光光斑的峰值功率密度大于电路板基材表层导电层的损伤阈值。通过控制所述刻槽激光光斑大小以及设置所述刻槽激光束的峰值功率密度大于电路板基材表层导电层的损伤阈值，可以按照预设轨迹对待开盖电路板基材表层导电层进行精确激光刻蚀，并顺利得到环形沟槽。
本发明提供的实施例中，所述加热激光光斑的直径小于500μm，且所述加热激光光斑的的峰值功率密度小于电路板基材表层导电层的损伤阈值。通过设置所述加热激光光斑的大小设置所述以及热激光束的的峰值功率密度小于电路板基材表层导电层的损伤阈值，可以使得所述加热激光束可以对所述环形沟槽及环形沟槽内待开盖的导电区域进行加热，并且加热激光束不会对电路板基材表层导电层造成直接损伤。
实际中，所述加热激光光斑直径更优选为大于60μm小于500μm。加热激光光斑越大，盲孔待加盖区域越能够承受高功率加热；且当加热激光光斑绕圈加热时候，加热光斑中心轨迹圈内加热强度明显高于圈外加热强度，这样有利于盲孔待加盖区域与中间绝缘层分层，而圆圈沟槽外侧电路板表层导电层与中间绝缘层因加热强度不够不足以构成分层。另外，所述加热激光光斑对环形沟槽及环形沟槽内侧待开盖的导电区域加热时，还会引起环形沟槽及环形沟槽内侧待开盖的导电区域表面材料汽化。
优选地，本发明提供的实施例中，所述刻槽激光光斑中心与所述加热激光光斑中心之间的距离不大于40毫米。通过控制所述刻槽激光光斑中心与所述加热激光光斑中心之间的距离，可以方便在加工的过程中比较方便的将所述加热激光光斑移动至经过所述刻槽激光光斑刻槽后的位置，并直接进行加热开盖处理，非常方便，控制简单，效率较高。实际中，所述刻槽激光光斑中心和加热激光光斑中心在电路板表层导电层平面内的距离更优选为小于30微米。
本发明提供的实施例中，所述环形沟槽可以为圆环形沟槽和椭圆环形沟槽。
优选地，本发明提供的实施例中，在所述刻槽激光束照射至待开盖电路板基材表层导电层之前，还包括如下步骤：
采用所述加热激光束按照预设轨迹对待开盖电路板基材表层导电层进行预先加热。
通过采用所述加热激光束按照预设轨迹对待开盖电路板基材表层导电层进行预先加热，可以使得后续所述刻槽激光束更加顺利地对待开盖电路板基材表层导电层进行激光刻蚀，非常方便。
优选地，本发明提供的实施例中，在所述加热激光束照射至待开盖电路板基材表层导电层的环形沟槽及环形沟槽内侧待开盖的导电区域之前，还包括如下步骤：
采用所述加热激光束对环形沟槽内侧待开盖的导电区域进行加热，使得电路板基材中间绝缘层软化或熔化。
通过采用所述加热激光束对环形沟槽内待开盖的导电区域进行加热，使得电路板基材中间绝缘层软化或熔化，非常有利于盲孔开盖的可靠进行，减少盲孔孔壁分层风险，适合于盲孔孔径较大的盲孔开盖，所述盲孔孔径较大指盲孔孔径大于100微米小于500微米。
所述加热激光光斑对环形沟槽及环形沟槽内侧待开盖的导电区域加热时，所述环形沟槽内侧电路板基材表层导电层连同中间绝缘层的上层粘接层和中间玻璃纤维织布层一起受热松动脱落；其中，所述中间绝缘层从上至下依次包括上层粘接层、中间玻璃纤维织布层和下层粘接层，所述环形沟槽的深度大于所述表层导电层、上层粘接层和中间玻璃纤维织布层的厚度之和，小于所述表层导电层、上层粘接层、中间玻璃纤维织布层和下层粘接层的厚度之和。
通过所述环形沟槽内侧电路板基材表层导电层连同中间绝缘层的上层粘接层和中间玻璃纤维织布层一起受热松动脱落，可以去除部分中间绝缘层，所述初级盲孔孔底下层导电层上只剩下中间绝缘层12的下层粘接层，下层粘接层这种粘接物质比较均匀也比较容易去除，这样极大降低了硬板盲孔钻孔难度。
本发明提供的实施例中，所述环形沟槽的深度不小于待开盖电路板基材表层导电层的厚度，且不大于待开盖电路板基材表层导电层的厚度与中间绝缘层厚度之和；
其中，待开盖电路板基材从上至下至少依次层叠设置有表层导电层、中间绝缘层和下层导电层。
通过控制所述环形沟槽的深度可以使得所述刻槽激光束对待开盖电路板基材表层导电层进行刻蚀时能够完全切断待开盖电路板基材表层导电层，并且也不会伤及下层导电层，保证刻蚀质量。实际中，所述下层导电层下面可以依次继续再增加绝缘层和导电层，依此类推叠加。
优选地，本发明提供的实施例中，所述的激光盲孔开盖方法还包括如下步骤：
步骤3：采用所述刻槽激光束和/或加热激光束照射所述初级盲孔底部，去除所述中间绝缘层，直至露出所述下层导电层，其中，所述刻槽激光束和加热激光束分别在所述初级盲孔底部形成刻槽激光光斑和加热激光光斑；
或者，
步骤3：采用清扫绝缘层激光束照射所述初级盲孔底部，去除所述中间绝缘层，直至露出所述下层导电层；其中，所述清扫绝缘层激光束在所述初级盲孔底部形成清扫绝缘层激激光光斑。
通过对所述初级盲孔底部并进行加热，可以有效去除所述中间绝缘层，并露出所述下层导电层，便于后续进行加工处理。
需要说明的是，本发明提供的实施例中，所述刻槽激光束和加热激光束的激光波长可以相同，也可以不同；所述加热激光束可以是脉冲激光，也可以是连续激光。
优选地，本发明提供的实施例中，所述刻槽激光束、加热激光束和清扫绝缘层激光束通过同一平场聚焦镜光学系统聚焦后对应照射至所述待开盖电路板基材表层导电层或所述初级盲孔底部，且所述清扫绝缘层激光光斑中心距离所述刻槽激光光斑中心和加热激光光斑中心均小于40毫米。通过采用所述刻槽激光束、加热激光束和清扫绝缘层激光束通过同一平场聚焦镜光学系统聚焦，这样可以使得激光光束聚焦后可以方便在孔间空间位置切换，节省加工时间，且由于是同一套光束运动控制系统，光束运动控制重复精度很高。
所述刻槽激光光斑和加热激光光斑对应的激光束都通过同一套平场聚焦镜光学系统聚焦，如果是同一波长比较好理解，如果波长不同，目前比较常见的波长组合是：例如1064纳米和532纳米的组合，也可以是红光和近红外组合，可以是1064纳米和808纳米的组合，可以是1064纳米和1030纳米组合，可以是1064纳米和980纳米组合等等，这些都可以实现本发明的目的，当然，还有其他的组合也可以实现本发明的目的，这里不再一一列举。
需要补充说明的是，电路板导电层，行业中常见的金属是铜，本发明中的导电层材料包括但不限于铜，也可以是其他金属导电薄膜。绝缘层常见是玻璃纤维和环氧树脂构成的FR4，聚酰亚胺PI，工程塑料，液晶聚合物工程塑料LCP，各种粘胶等材料；电路板的中间绝缘层含有玻璃纤维和粘接物质等，环形沟槽深度以切断玻璃纤维但不伤及下层导电层为标准，加热激光光斑加热环形沟槽槽底，利用激光加热和等离子体冲击波将环形沟槽内侧的玻璃纤维和表层导电层一起掀开。这样做的好处是：中间绝缘层中的玻璃纤维织布是不均匀分布的，后续激光去除绝缘层时候仍然面临玻璃纤维不均匀分布的难题，盲孔一致性相对难控制，而玻璃纤维一旦和表层导电层一起掀掉，那么盲孔孔底下层导电层上只剩下粘接物质，这种粘接物质去除的非常容易了，这样极大降低了硬板盲孔钻孔难度。
本发明还提供了一种激光盲孔开盖方法，包括：
将刻槽激光束和加热激光束同时照射至待开盖电路板基材表面，所述刻槽激光束按照预设轨迹在待开盖电路板基材表层导电层进行激光刻蚀，直至形成环形沟槽，关闭所述刻槽激光束，所述加热激光束继续出光照射至待开盖电路板基材表层导电层的所述环形沟槽及其内侧的导电区域，直至环形沟槽内侧电路板基材表层导电层受热松动脱落，完成盲孔开盖并形成初级盲孔；
或者，所述加热激光束提前于所述刻槽激光束出光不超过1毫秒照射在电路板基材表层导电层，所述刻槽激光束按照预设轨迹在待开盖电路板基材表层导电层进行激光刻蚀，直至形成环形沟槽，关闭所述刻槽激光束，所述加热激光束继续出光照射至待开盖电路板基材表层导电层的所述环形沟槽及其内侧的导电区域，直至环形沟槽内侧电路板基材表层导电层受热松动脱落，完成盲孔开盖并形成初级盲孔。
其中，所述刻槽激光束与加热激光束经过同一平场聚焦系统聚焦后照射在电路板基材表层导电层表面，并分别形成刻槽激光光斑和加热激光光斑，且所述刻槽激光光斑位于加热激光光斑范围内。
本发明的激光盲孔开盖方法，采用刻槽激光光斑对电路板表层导电层进行环形刻槽(路线封闭)，中间盲孔待开盖区域不脱落，说明这种激光刻槽工艺对电路板加热程度有限，环形刻槽区域外侧的区域，电路板表层导电层与中间绝缘层没有发生分层，符合电路板激光盲孔钻孔要求；如果在激光刻槽过程中发生盲孔待开盖区域表层导电层脱落，那么环形刻槽区域以外的区域，电路板表层导电层与中间绝缘层极可能发生分层，严重不符合电路板激光盲孔钻孔要求；采用加热光斑进行加热开盖，可以加大对内层盲孔待开盖区域的加热，使得沟槽内侧电路板表层导电层受热脱落，完成盲孔开盖，而环形刻槽区域外侧的区域，电路板表层导电层与中间绝缘层没有发生分层，符合电路板激光盲孔钻孔要求，同时由于加热激光光斑大，可以大面积快速加热，提高了盲孔开盖效率。
本发明还提供了一种激光盲孔开盖的通孔钻孔方法，包括：
步骤1：将刻槽激光束和加热激光束同时照射至待开盖电路板基材表面，或者，所述加热激光束提前于所述刻槽激光束出光不超过1毫秒照射在电路板基材表层导电层：
步骤2：所述刻槽激光束和加热激光束按照预设轨迹同步运动，并在待开盖电路板基材表层导电层分别进行激光刻蚀和加热，直至在待开盖电路板基材表面形成环形沟槽；
步骤3：所述刻槽激光束和加热激光束分别继续照射所述环形沟槽及其内侧的导电区域，直至环形沟槽内侧电路板基材表层导电层受热松动脱落，完成盲孔开盖并形成初级盲孔；
步骤4：所述刻槽激光束和加热激光束分别继续照射所述初级盲孔的底部并继续进行刻蚀，直至所述环形沟槽的深度与待开盖电路板基材的厚度相等时，所述环形沟槽内侧形成的孔内钻块脱落并形成通孔，关闭所述刻槽激光束和加热激光束，完成电路板通孔钻孔动作；
其中，所述刻槽激光束与加热激光束经过同一平场聚焦系统聚焦后照射在电路板基材表层导电层表面，并分别形成刻槽激光光斑和加热激光光斑，且所述刻槽激光光斑位于加热激光光斑范围内。
所述加热激光束提前于所述刻槽激光束出光不超过1毫秒照射在电路板基材表层导电层是为了提前加热表层导电层，为刻槽激光稳定刻槽提供条件。
本发明的一种激光通孔钻孔方法，刻槽激光光斑和加热激光光斑的如影随形的同步运动，可以加工任意尽可能大的环形沟槽。由于所述刻槽激光束与加热激光束经过同一平场聚焦系统聚焦后照射在电路板基材表层导电层表面，并分别形成刻槽激光光斑和加热激光光斑，且所述刻槽激光光斑位于加热激光光斑范围内，并且，所述刻槽激光束和加热激光束在同一光束偏转控制部件控制下同步运动，按照预设轨迹在待开盖电路板基材表层导电层进行激光刻蚀和同步加热。这种刻槽激光光斑和加热激光光斑的如影随形的同步运动，即，刻槽激光蚀刻到哪里，加热激光就加热到哪里，使得刻槽和同步加热变得非常好控制，可以加工任意尽可能大的环形沟槽，例如500mm*600mm的XY平台幅面区域内，就可以加工XY平台那么大的环形沟槽，例如直径490mm的圆环沟槽；在同一个扫描振镜平场聚焦镜下面，例如平场扫描幅面45mm*45mm，那么就可以蚀刻出直径比例42mm的环形沟槽，这是刻槽激光光斑和加热激光光斑重合且同步运动的好处。环形沟槽的大小不再局限于加热光斑大小。
本发明的一种激光通孔钻孔方法，电路板基材表层导电层在刻槽激光束对电路板基材进行激光蚀刻加工形成环形沟槽时，刻槽激光光斑的运动时候经过的电路板表层导电层在被刻槽激光束激光蚀刻刻槽的同时受到加热激光光斑的加热，此时的刻槽激光束加工的表层导电层加工对象为升温的导电层，相比较对没有升温的导电层进行激光蚀刻，前者获得33％左右的激光蚀刻加工效率的提升，已经被实验所证明，且通孔孔口干净。
另外，所述刻槽激光光斑和加热激光光斑在电路板基材表层导电层上重合，可以实现较小激光功率对刻槽激光光斑的导电层部位进行精准加热，一方面节省了加热激光功率，另一方面避免了电路板基材大范围区域的过热的可能。优先地，所述所述刻槽激光光斑和加热激光光斑中心距离小于30微米。
如图2所示，为本发明的激光盲孔开盖方法的一实例。图中1为玻璃纤维环氧树脂覆铜板或电路板，电路板1的表层导电层11为18微米厚度压延铜，电路板1的中间绝缘层12为厚度100微米的FR4(玻璃纤维环氧树脂)，电路板1的下层导电层13为18微米厚度压延铜。
如图3-1所示，111为电路板表层导电层11上环形沟槽外围区域，112为盲孔待开盖区域(电路板1的表层导电层11上环形沟槽113内侧区域)，在加热激光光斑(图中未标示)加热之前，盲孔待开盖区域112内的表层导电层11还附着在对应区域的中间绝缘层12上，环形沟槽外围区域111和中间绝缘层12之间没有分层。
如图3-2所示，环形沟槽外围区域111和待开盖区域112之间通过刻槽激光刻蚀并形成环形沟槽113，该沟槽深度以完全分割切断环形沟槽外围区域111和待开盖区域112并且不伤及下层导电层13为准，图中没有把中间绝缘层12被刻槽激光光斑刻出沟槽痕迹的情形表达出来，但是实际应用中为了加工的可靠性和工艺余量，中间绝缘层12允许被刻槽激光光斑刻出一定深度的沟槽(环形沟槽113的深度方向)。
如图4-1所示，加热激光光斑在环形沟槽113内加热时候也会产生等离子体冲击，外部还会辅助抽气和/或吹气，此时待开盖区域112被移走，已经不存在，而环形沟槽外围区域111对应的的表层导电层11和中间绝缘层12之间没有分层，完成盲孔开盖工作。图4-2为图4-1的俯视图。
如图5所示，21为加热激光光斑旋圈的外接圆周，22为加热光斑中心运动轨迹圆，23为加热激光光斑旋圈的内切圆周，24为加热激光光斑，可以非常直观的看出，外接圆周21和内切圆周23上，激光光斑重叠度有明显区别，因此，外接圆周21和内切圆周23上面加热激光光斑加热效果差异很大。当加热激光光斑中心轨迹22处于环形沟槽外围区域111和待开盖区域112之间沟槽内部时候，加热激光光斑对环形沟槽外围区域111和待开盖区域112的加热效应区别非常明显，可以做到待开盖区域112内的表层导电层11与其下方的中间绝缘层12之间因待开盖区域112加热而分层，而环形沟槽外围区域111的表层导电层11与中间绝缘层12之间因环形沟槽外围区域111受热强度有限不足以产生分层，这种内外圈加热差异，加热激光光斑24直径越大越明显。
下面以对双面板盲孔开盖过程为例进行说明。
刻槽激光光斑和加热激光光斑对应激光束波长均为532纳米，对应激光功率分别为25瓦、100KHz，和5瓦、100KHz，两束激光通过偏振合束，扫描振镜采用scanlabhurryscan10，镜片承受光束直径10毫米，反射波长532纳米。所述两束激光通过偏振合束后入射扫描振镜，合束激光从振镜出射后入射平场聚焦镜，平场聚焦镜焦距100微米，波长532纳米，品牌是德国sill。本实施例在电路板1表面平面内所述刻槽激光光斑中心和加热激光光斑中心相距大约20微米，在该平面内，所述刻槽激光光斑25微米，激光脉冲宽度25纳秒左右，所述加热激光光斑125微米，激光脉冲宽度25纳秒左右。
激光刻槽：所述刻槽激光光斑和加热激光光斑的运动由激光扫描振镜和/或声光偏转器件和/或压电偏摆镜和/或直线运动平台控制完成，所述刻槽激光光斑在电路板表层导电层刻画出环形沟槽，沟槽中心直径150微米。图3-1中环形沟槽内部区域为盲孔待开盖区域112，环形沟槽113的深度以刻穿电路板表层导电层11，不伤及电路板下层导电层13为标准，盲孔待开盖区域112(环形沟槽113内部的电路板表层导电层11区域)不脱离电路板的中间绝缘层12；
激光加热开盖：所述加热激光光斑24中心沿着环形沟槽113运动，扫描速度500毫米/秒，或者运动半径小于环形沟槽113半径但保持加热激光光斑24有部分激光落在环形沟槽113内侧并产生等离子体冲击波，使得环形沟槽113内部电路板表面导电层11受热松动脱落，完成盲孔开盖；加热光斑中心轨迹22直径小于等于环形沟槽113中心直径。如图5所示，所述加热激光光斑24光斑中心绕环形沟槽113运动时候，加热光斑24内外侧(内切圆周23与外接圆周21加热强度区别很大)，且加热激光光斑24作用在环形沟槽113内物质时产生等离子体冲击波，因此盲孔待开盖区域112被加热从中间绝缘层12上松动并掀起，完成盲孔开盖工作，而环形沟槽外围区域111由于加热强度不够，不足以与中间绝缘层12产生分层，符合盲孔孔壁加工要求。
激光加热分层：如果希望进一步减少盲孔开盖时环形沟槽外围区域111受加热强度，减少环形沟槽外围区域111与中间绝缘层12分层风险，可以在激光刻槽之后，加热激光加热掀盖之前，增加激光加热分层步骤，即所述加热激光光斑24还在环形沟槽113内部的盲孔待开盖区域112上定点加热或者极小幅度运动加热，使得盲孔待开盖区域112温度上升，对应的电路板中间绝缘层12部分软化或者熔化；此时加热激光光斑24以较小激光功率在环形沟槽113内生成等离子体冲击波即可完成盲孔掀盖动作。
如图6所示，为本发明的激光盲孔开盖方法的另一实例。请参见图6，按照上一实施例中的方式在环形沟槽外围区域111和盲孔待开盖区域112之间通过刻槽激光光斑刻蚀出环形沟槽113，中间绝缘层12为FR4，为玻璃纤维织布与环氧树脂组成，环形沟槽113的深度以切断玻璃纤维但不伤及下层导电层13为标准，加热激光光斑24加热环形沟槽槽底，利用激光加热和等离子体冲击波将环形沟槽113内侧的玻璃纤维和表层导电层11一起掀开。请见图7，那么初级盲孔孔底下层导电层13上只剩下中间绝缘层12的一部分粘接物质，这种粘接物质比较容易去除，这样极大降低了硬板盲孔钻孔难度。
下面以对双面板盲孔开盖过程为例进行说明。
刻槽激光光斑和加热激光光斑对应激光束波长均为355纳米，对应激光功率分别为10瓦、100KHz，和5瓦、50KHz，两束激光通过偏振合束。扫描振镜采用scanlabhurryscan10，镜片承受光束直径10毫米，反射波长355纳米。所述两束激光通过偏振合束后入射扫描振镜，合束激光从振镜出射后入射平场聚焦镜，平场聚焦镜焦距100微米，波长355纳米，品牌是德国sill。本实施例在电路板1表面平面内所述刻槽激光光斑中心和加热激光光斑中心相距大约20微米，在该平面内，所述刻槽激光光斑20微米，激光脉冲宽度25纳秒左右，所述加热激光光斑60微米，激光脉冲宽度25纳秒左右。
激光刻槽：所述刻槽激光光斑和加热激光光斑24的运动由激光扫描振镜和/或声光偏转器件和/或压电偏摆镜和/或直线运动平台控制完成，所述刻槽激光光斑在电路板表层导电层刻画出环形沟槽113，沟槽中心直径150微米。图3-1中环形沟槽内部区域为盲孔待开盖区域112，环形沟槽113深度以刻穿电路板表层导电层11，切断玻璃纤维织布，不伤及电路板下层导电层13为标准，盲孔待开盖区域112(环形沟槽内部的电路板表层导电层区域)不脱离电路板基材12；
激光加热掀盖：所述加热激光光斑24中心沿着环形沟槽运动，扫描速度300毫米/秒，激光加热环形沟槽113槽底，将环形沟槽113内侧的玻璃纤维布(图中未标识)连同附着的表层导电层一起掀开，完成盲孔掀盖工作。
在上述盲孔工艺开盖工艺中，由于中间绝缘层中的玻璃纤维织布是不均匀分布的，后续激光去除绝缘层时候仍然面临玻璃纤维不均匀分布的难题，盲孔一致性相对难控制，而玻璃纤维一旦和表层导电层一起掀掉，后续激光只需要清除盲孔孔底残胶，不用考虑非均匀分布的玻璃纤维布问题，极大减少硬板盲孔钻孔难度，开辟全新的盲孔钻孔思路。
本发明中，刻槽激光束、加热激光束、清扫绝缘层激光束，可以是一台激光器激光束通过光开关切换到不同光路再合并获得不同特性的激光光斑，也可以是多台激光器发出的激光束。
本发明提出的方法，其主要的发明点在于：
1、在硬板或者软硬结合板激光盲孔开盖时，采用了高峰值功率密度小光斑的刻槽激光进行电路板表层导电层特别是铜层进行刻槽，采用了大光斑低峰值功率密度加热激光光斑旋圈时内外加热差异，对转圈内侧强烈加热使得盲孔待开盖区域温度上升并从中间绝缘层上松动，并在加热激光光斑与沟槽内物质作用产生等离子体冲击波作用下，盲孔待开盖保护区域导电层被掀开去除，非常巧妙的解决了盲孔开盖问题，完美实现待加工盲孔孔内绝缘层厚度一致性完美问题，为下一步盲孔孔底加工提供了完美基础；
2、进一步为了盲孔孔壁尽可能少受加热激光光斑加热影响，可以把加热激光光斑实现在环形沟槽内部待开盖区域导电层上集中加热，使得导电层温度上升，导电层与绝缘层结合力下降或者丧失，此时只需要很少加热激光光斑能量产生少量等离子体冲击波即可把中间导电层掀掉，完成盲孔开盖工作，且盲孔孔壁内侧受热极大降低，完美避免盲孔孔壁导电层与绝缘层分层隐患；
3、本发明还可以实现硬板盲孔钻孔全新思路方法：待加工盲孔孔内非均匀分布的玻璃纤维织布和附着其上的表层导电层特别是铜层一起掀开，后续激光只需要进行盲孔孔底除胶动作，极大降低硬板盲孔钻孔难度，获得均匀一致可靠的硬板盲孔。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种激光盲孔开盖方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将刻槽激光束照射至待开盖电路板基材表层导电层，并在所述表层导电层表面形成刻槽激光光斑，控制所述刻槽激光光斑按照预设轨迹在待开盖电路板基材表层导电层进行激光刻蚀，并形成环形沟槽；
步骤2：将加热激光束照射至所述环形沟槽及环形沟槽内侧待开盖的导电区域，并在所述环形沟槽及所述导电区域形成加热激光光斑，控制所述加热激光光斑绕圈对所述环形沟槽及所述导电区域加热，使得所述环形沟槽内侧电路板基材表层导电层受热松动脱落，完成盲孔开盖并形成初级盲孔；
其中，所述刻槽激光束与加热激光束经过同一平场聚焦系统聚焦后照射在电路板基材表层导电层，待开盖电路板基材从上至下依次层叠至少设置有表层导电层、中间绝缘层和下层导电层；所述环形沟槽的深度不小于待开盖电路板基材表层导电层的厚度，且不大于待开盖电路板基材表层导电层的厚度与中间绝缘层厚度之和；所述刻槽激光光斑的直径小于40微米，且所述刻槽激光光斑的峰值功率密度大于电路板基材表层导电层的损伤阈值；所述加热激光光斑的直径小于500微米，且所述加热激光光斑的峰值功率密度小于电路板基材表层导电层的损伤阈值。
2.根据权利要求1所述的激光盲孔开盖方法，其特征在于，所述刻槽激光光斑中心与所述加热激光光斑中心之间的距离不大于40毫米。
3.根据权利要求1所述的激光盲孔开盖方法，其特征在于，在所述刻槽激光束照射至待开盖电路板基材表层导电层之前，还包括如下步骤：
采用所述加热激光束按照预设轨迹对待开盖电路板基材表层导电层进行预先加热。
4.根据权利要求1所述的激光盲孔开盖方法，其特征在于，在所述加热激光束照射至待开盖电路板基材表层导电层的环形沟槽及环形沟槽内侧待开盖的导电区域之前，还包括如下步骤：
采用所述加热激光束对环形沟槽内侧待开盖的导电区域进行加热，使得电路板基材中间绝缘层软化或熔化。
5.根据权利要求1-4任一项所述的激光盲孔开盖方法，其特征在于，所述加热激光光斑对环形沟槽及环形沟槽内侧待开盖的导电区域加热时，所述环形沟槽内侧电路板基材表层导电层连同中间绝缘层的上层粘接层和中间玻璃纤维织布层一起受热松动脱落；
其中，所述中间绝缘层从上至下依次包括上层粘接层、中间玻璃纤维织布层和下层粘接层，所述环形沟槽的深度大于所述表层导电层、上层粘接层和中间玻璃纤维织布层的厚度之和，小于所述表层导电层、上层粘接层、中间玻璃纤维织布层和下层粘接层的厚度之和。
6.根据权利要求1-4任一项所述的激光盲孔开盖方法，其特征在于，还包括如下步骤：
步骤3：采用所述刻槽激光束和/或加热激光束照射所述初级盲孔底部，去除所述中间绝缘层，直至露出所述下层导电层，其中，所述刻槽激光束和加热激光束分别在所述初级盲孔底部形成刻槽激光光斑和加热激光光斑；
或者，
步骤3：采用清扫绝缘层激光束照射所述初级盲孔底部，去除所述中间绝缘层，直至露出所述下层导电层；其中，所述清扫绝缘层激光束在所述初级盲孔底部形成清扫绝缘层激光光斑。
7.根据权利要求6所述的激光盲孔开盖方法，其特征在于，所述刻槽激光束、加热激光束和清扫绝缘层激光束通过同一平场聚焦镜光学系统聚焦后对应照射至所述待开盖电路板基材表层导电层或所述初级盲孔底部，且所述清扫绝缘层激光光斑中心距离所述刻槽激光光斑中心和加热激光光斑中心均小于40毫米。
8.一种激光盲孔开盖方法，其特征在于，包括：
将刻槽激光束和加热激光束同时照射至待开盖电路板基材表面，所述刻槽激光束按照预设轨迹在待开盖电路板基材表层导电层进行激光刻蚀，直至形成环形沟槽，关闭所述刻槽激光束，所述加热激光束继续出光照射至待开盖电路板基材表层导电层的所述环形沟槽及其内侧的导电区域，直至环形沟槽内侧电路板基材表层导电层受热松动脱落，完成盲孔开盖并形成初级盲孔；
或者，所述加热激光束提前于所述刻槽激光束出光不超过1毫秒照射在电路板基材表层导电层，所述刻槽激光束按照预设轨迹在待开盖电路板基材表层导电层进行激光刻蚀，直至形成环形沟槽，关闭所述刻槽激光束，所述加热激光束继续出光照射至待开盖电路板基材表层导电层的所述环形沟槽及其内侧的导电区域，直至环形沟槽内侧电路板基材表层导电层受热松动脱落，完成盲孔开盖并形成初级盲孔；
其中，所述刻槽激光束与加热激光束经过同一平场聚焦系统聚焦后照射在电路板基材表层导电层表面，并分别形成刻槽激光光斑和加热激光光斑，且所述刻槽激光光斑位于加热激光光斑范围内，所述加热激光光斑绕圈对所述环形沟槽及所述导电区域加热，待开盖电路板基材从上至下依次层叠至少设置有表层导电层、中间绝缘层和下层导电层；所述环形沟槽的深度不小于待开盖电路板基材表层导电层的厚度，且不大于待开盖电路板基材表层导电层的厚度与中间绝缘层厚度之和；所述刻槽激光光斑的峰值功率密度大于电路板基材表层导电层的损伤阈值，所述加热激光光斑的峰值功率密度小于电路板基材表层导电层的损伤阈值。
9.一种激光盲孔开盖的通孔钻孔方法，其特征在于，包括：
步骤1：将刻槽激光束和加热激光束同时照射至待开盖电路板基材表面，或者，所述加热激光束提前于所述刻槽激光束出光不超过1毫秒照射在电路板基材表层导电层；
步骤2：所述刻槽激光束和加热激光束按照预设轨迹同步运动，并在待开盖电路板基材表层导电层分别进行激光刻蚀和加热，直至在待开盖电路板基材表面形成环形沟槽；
步骤3：所述刻槽激光束和加热激光束分别继续照射所述环形沟槽及其内侧的导电区域，直至环形沟槽内侧电路板基材表层导电层受热松动脱落，完成盲孔开盖并形成初级盲孔；
步骤4：所述刻槽激光束和加热激光束分别继续照射所述初级盲孔的底部并继续进行刻蚀，直至所述环形沟槽的深度与待开盖电路板基材的厚度相等时，所述环形沟槽内侧形成的孔内钻块脱落并形成通孔，关闭所述刻槽激光束和加热激光束，完成电路板通孔钻孔动作；
其中，所述刻槽激光束与加热激光束经过同一平场聚焦系统聚焦后照射在电路板基材表层导电层表面，并分别形成刻槽激光光斑和加热激光光斑，且所述刻槽激光光斑位于加热激光光斑范围内，所述加热激光光斑绕圈对所述环形沟槽及所述导电区域加热，待开盖电路板基材从上至下依次层叠至少设置有表层导电层、中间绝缘层和下层导电层；所述环形沟槽的深度不小于待开盖电路板基材表层导电层的厚度，且不大于待开盖电路板基材表层导电层的厚度与中间绝缘层厚度之和；所述刻槽激光光斑的峰值功率密度大于电路板基材表层导电层的损伤阈值，所述加热激光光斑的峰值功率密度小于电路板基材表层导电层的损伤阈值。
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