CN109640526B - 一种多层材料盲孔的激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多层材料盲孔的激光加工方法，包括：S110通过运动单元控制第一能量激光束，采用单线画圆的方式扫描上铜层形成环形凹槽，使环形凹槽中间形成有柱状体，其中，光束扫描半径为待加工盲孔半径，所述柱状体包含全部上铜层和部分PI层；S120采用冷气和热气作用在所述柱状体上，以降低柱状体中上铜层与PI层之间的粘合力，使所述柱状体中的上铜层与PI层脱离；S130采用第二能量激光束通过螺旋扫描或者同心圆方式扫描所述PI层，完全清除待加工盲孔内的PI层以露出下铜层，完成盲孔的加工；其中，所述第二能量激光束的能量小于所述第一能量激光束的能量。上述多层材料盲孔的激光加工方法能提高加工质量和加工效率。

Description

一种多层材料盲孔的激光加工方法
技术领域
本发明涉及激光加工领域，特别涉及一种多层材料盲孔的激光加工方法。
背景技术
柔性电子材料板是以聚酰亚胺(简称PI)、铜等柔性基材制成的一种具有高度可靠性、可挠性的多层材料印刷电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)，具有配线密度高、重量轻、厚度薄的特点，可在三维空间随意移动及伸展，散热性能好，可实现轻量化、小型化、薄型化，从而达到电子元器件和导线连接一体化。最近几年FPC的应用几乎涉及所有的电子信息产品，应用十分广泛。
FPC的成型需要在多层材料上进行大量的微孔加工，而随着电子产品不断向轻、薄、短、小的方向发展，FPC也随之不断向高密度方向发展，在同一层板上的微孔数高达50000多个，而且相当一部分都是微盲孔，对钻孔技术提出了更高的要求。
目前主流的FPC多层材料钻孔的加工方法主要有三种，一种是机械方式，这种方式效率高，一致性好，但只能加工100μm以上的孔，对于100μm以下的孔无能为力。第二种是CO2激光钻孔技术，由于PI对于这种激光的波长吸收率很高，这种方式对于部分盲孔加工的优势明显，但对于目前主流的三层板结构(铜-PI-铜)，CO2激光无法加工铜层，只能采用对铜进行处理后再加工或者采用紫外激光的方式开铜的办法，这种方法工艺复杂，适用性极差。最后一种方式是紫外激光的方式加工多层材料，不论是铜层还是PI层对紫外激光的吸收非常好，可一次性成型微盲孔，且紫外激光光斑小，加工精度和质量是所有方式中最高的。
目前主流的采用紫外激光加工多层材料100μm以下的微孔的方法主要是一次性直接加工的方式，采用冲孔、同心圆或者螺旋扫描的方式一次性成型盲孔，这种方式效率高，工艺简单，但由于铜层和PI层的损伤阈值差距悬殊，采用一次性的工艺成型，造成PI层严重内缩且下底面的铜层严重损伤，微孔质量无法满足要求。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种提高质量和加工效率的多层材料盲孔的激光加工方法。
一种多层材料盲孔的激光加工方法，包括：
S110、通过运动单元控制第一能量激光束，采用单线画圆的方式扫描上铜层形成环形凹槽，使环形凹槽中间形成有柱状体，其中，光束扫描半径为待加工盲孔半径，所述柱状体包含上铜层和部分PI层；
S120、采用冷气和热气作用在所述柱状体上，以降低柱状体中上铜层与PI层之间的粘合力，使所述柱状体中的上铜层与PI层脱离；
S130、采用第二能量激光束通过螺旋扫描或者同心圆方式扫描所述PI层，完全清除待加工盲孔内的PI层以露出下铜层，完成盲孔的加工；其中，所述第二能量激光束的能量小于所述第一能量激光束的能量。
在其中一个实施例中，所述柱状体包含的部分PI层占整个PI层的三分之一。
在其中一个实施例中，所述第一能量激光束的激光功率为2～5W，激光频率为40～100KHz，波长为300～360nm。
在其中一个实施例中，所述第二能量激光束的激光功率为0.1～1W，激光频率为40～100KHz，波长为300～360nm。
在其中一个实施例中，所述第一能量激光束和第二能量激光束均为聚焦光束。
在其中一个实施例中，所述上铜层和下铜层的厚度均为10～25μm，所述PI层的厚度为10～60μm。
在其中一个实施例中，所述采用冷气和热气作用在所述柱状体上为：将冷气和热气同时作用在所述柱状体上，或将冷气和热气交替作用在所述柱状体上。
在其中一个实施例中，所述冷气和热气为0.1～0.5MPa的高压气体，所述冷气的温度为-10～10℃，所述热气的温度为20～40℃。
在其中一个实施例中，所述冷气和热气的出风口呈60°-100°放置，所述冷气和热气吹风口的数量均为2～4个。
在其中一个实施例中，在对一个盲孔进行S120加工步骤时，同时对另一个盲孔进行S110步骤。
与现有技术相比，在上述多层材料盲孔的激光加工方法中，由于在去除上铜层时仅仅去除少量PI层材料量，激光对PI层的损伤几乎可以忽略不计。与传统的直接去除铜层加工方式相比，需加工的材料体积明显减少，材料去除量减少，节省了加工时间，可提高20％以上的加工效率。并且在PI层的加工过程中，由于柱状体中上铜层从PI层物理剥离，使PI层非常平整，因此避免了现有技术中产生的PI层加工时底部形貌不均匀，致使部分下铜层先露出从而使激光束在孔内形成反射，对盲孔孔壁造成损伤，对后续镀铜工艺产生不利影响。
附图说明
图1为一实施方式的多层材料盲孔的激光加工方法的流程图；
图2为一实施方式的多层材料盲孔的激光加工方法步骤S110示意图；
图3为一实施方式的多层材料盲孔的激光加工方法步骤S120示意图；
图4为一实施方式的多层材料盲孔的激光加工方法步骤S130示意图。
具体实施方式
请参阅图1～4，本发明提供一实施方式的多层材料盲孔的激光加工方法，包括：
S110、通过运动单元控制第一能量激光束1，采用单线画圆的方式扫描上铜层3并形成环形凹槽，使环形凹槽中间形成有柱状体2，其中，光束扫描半径为待加工盲孔半径，柱状体2包含有上铜层3和部分PI层4。
具体地，在一实施方式中，柱状体2包含的部分PI层4占整个PI层4的三分之一。
S120、采用冷气5和热气6作用在柱状体2上，以降低柱状体2中上铜层3与PI层4之间的粘合力，使柱状体2中的上铜层3与PI层4脱离，参见图2。
在具体操作时，在操作第一个盲孔的S120加工步骤时，可以同时操作另一个待加工的盲孔的S110步骤，从而提高效率。具体地，在一实施方式中，冷气5和热气6为0.1～0.5MPa的高压气体。冷气5的温度为-10～10℃，热气6的温度为20～40℃。
具体地，在一实施方式中，冷气5和热气6的出风口呈60°～100°放置，冷气5和热气6吹风口的数量均为2～4个。
在一实施方式中，采用冷气5和热气6作用在柱状体2上具体为将冷气5和热气6同时作用在柱状体2上，或将冷气5和热气6交替作用在柱状体2上。
具体地，如果上铜层3和PI层4之间的附着力较小，则采用冷气5和热气6同时作用在柱状体2中上铜层3上，去除效率高；如果上铜层3和PI层4之间的附着力较大或者存在胶层时，采用冷气5和热气6交替作用在柱状体2中上铜层3上，以有效的降低柱状体2中上铜层3与PI层4之间的粘合力。
具体地，参见图3，在步骤S120中，柱状体2中的上铜层3被冷气5和热气6同时合力吹开，剥离柱状体2中的上铜层3，使得PI层4完全露出。
S130、采用第二能量激光束7通过螺旋扫描或者同心圆方式扫描PI层4，完全清除待加工盲孔内的PI层4以露出下铜层8，完成盲孔的加工，其中，第二能量激光束7的能量小于第一能量激光束1的能量。
具体地，第二能量激光束7在运动单元的控制下采用同心圆或者螺旋的方式扫描PI层4。具体地，如果PI层4的去除量很大，采用螺旋扫描的方式进行加工，可清理干净PI层4和残留物；如果PI层4的去除量小，采用同心圆的方式扫描PI层4，可提高加工效率。
与现有技术相比，由于步骤S110中在去除上铜层3时仅仅去除少量PI层4中的材料量，激光对PI层4的损伤几乎可以忽略不计。并且在PI层4的加工过程中，由于上铜层3从PI层4物理剥离，使PI层4非常平整，因此避免了现有技术中产生的PI层4加工时底部形貌不均匀，致使部分下铜层8先露出从而使激光束在孔内形成反射，对盲孔孔壁造成损伤，对后续镀铜工艺产生不利影响。
具体地，在一实施方式中，上铜层3和下铜层8的厚度均为10～25μm，PI层4的厚度为10～60μm。
具体地，在一实施方式中，第一能量激光束1和第二能量激光束7为聚焦光束，如通过聚焦镜或者其它光学元件生成。第一能量激光束1的激光功率为2～5W，激光频率为40～100KHz，波长为300～360nm。第二低能量激光束7的激光功率为0.1～1W，激光频率为40～100KHz，波长为300～360nm。
在上述多层材料盲孔的激光加工方法中，首先采用单线画圆的方式在上铜层3加工形成环形沟槽，使环形沟槽中间形成与基体分离的柱状体2，并通过冷气5和热气6同时或者交替方式作用在柱状体2上去除柱状体2中铜层部分，与传统的直接去除铜层加工方式相比，需加工的材料体积明显减少，材料去除量减少，节省了加工时间，可提高20％以上的加工效率。在具体操作时，在操作第一个盲孔的S120加工步骤时，可以同时操作另一个待加工的盲孔的S110步骤，从而提高效率。步骤S120几乎不占用加工时间，不影响效率，从而大大提高FPC的制孔产能。
与传统加工方式相比，步骤S110中仅仅对上铜层3和少量PI层4进行去除，去除量很小，且激光对PI层4的损伤几乎可以忽略不计，在加工PI层4的过程中，由于柱状体2中上铜层3从PI层4上物理剥离，使PI层4非常平整，因此避免了现有技术中产生的PI层4加工时底部形貌不均匀，致使部分下铜层8先露出从而使激光束在孔内形成反射，对盲孔孔壁造成损伤，对后续镀铜工艺产生不利影响，更容易实现良好的盲孔底部形貌和侧壁质量，从而加工效率和加工质量均有提高。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种多层材料盲孔的激光加工方法，其特征在于，包括：
S110、通过运动单元控制第一能量激光束，采用单线画圆的方式扫描上铜层形成环形凹槽，使环形凹槽中间形成有柱状体，其中，光束扫描半径为待加工盲孔半径，所述柱状体包含上铜层和部分PI层；
S120、采用冷气和热气作用在所述柱状体上，以降低柱状体中上铜层与PI层之间的粘合力，使所述柱状体中的上铜层与PI层脱离；
S130、采用第二能量激光束通过螺旋扫描或者同心圆方式扫描所述PI层，完全清除待加工盲孔内的PI层以露出下铜层，完成盲孔的加工；其中，所述第二能量激光束的能量小于所述第一能量激光束的能量；
所述第一能量激光束的激光功率为2~5W，激光频率为40~100KHz，波长为300~360nm；
所述第二能量激光束的激光功率为0.1~1W，激光频率为40~100KHz，波长为300~360nm；
所述柱状体包含的部分PI层占整个PI层的三分之一；
所述采用冷气和热气作用在所述柱状体上为：
将冷气和热气同时作用在所述柱状体上，或将冷气和热气交替作用在所述柱状体上；
所述冷气和热气为0.1~0.5MPa的高压气体，所述冷气的温度为-10~10℃，所述热气的温度为20~40℃；
所述冷气和热气的出风口呈60°~100°放置，所述冷气和热气吹风口的数量均为2~4个；
在对一个盲孔进行S120加工步骤时，同时对另一个盲孔进行S110步骤。
2.根据权利要求1所述的多层材料盲孔的激光加工方法，其特征在于，所述第一能量激光束和第二能量激光束均为聚焦光束。
3.根据权利要求1所述的多层材料盲孔的激光加工方法，其特征在于，所述上铜层和下铜层的厚度均为10~25μm，所述PI层的厚度为10~60μm。
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