CN112605542A - 一种激光系统及其加工柔性线路板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激光系统及其加工柔性线路板的方法，其技术方案的要点是：包括有用于产生平行激光光束的激光器，在激光器的输出端设有用于改变激光光束直径的扩束镜，扩束镜的输出端设有对扩散的平行激光光束进行调焦的声光调制器，声光调制器的输出端依次设有用于扫描定位样品平面位置的振镜扫描系统和用于汇聚激光光束的聚焦透镜；采用该系统加工柔性电路板盲孔时，打孔是连续的，用零离焦状态的激光打完孔后，迅速切换到负离焦状态的激光继续打孔；相比现有技术用零离焦状态的激光打完所有孔位后，反过来再用负离焦状态的激光加工一遍的方式，本发明具有快速切换激光状态、缩短加工路径、提高工作效率等优点。

Description

一种激光系统及其加工柔性线路板的方法
【技术领域】
本发明涉及一种激光系统及其加工柔性线路板的方法。
【背景技术】
由于近些年来微电子技术的飞速发展、大规模和超大规模集成电路的广泛应用，印制电路板的制造向着积层化、多功能化方向发展，线路板的制作要求越来越精细。
印制电路图形的导线越来越细微化、导通孔的加工也越来越小，其钻孔难度也越来越高；盲孔加工是线路板制作过程中的一项重要工艺，常见的钻孔方式有机械钻孔、激光钻孔等，而机械钻孔工艺技术已经不能满足高端线路板的要求，能胜任微孔加工方式的技术就是激光钻孔技术。激光钻孔的优势在于可以加工相对较小的微通孔、盲孔，其可加工的孔径在50um-200um之间，而且其加工微孔的成本相对其它方式有较大优势。
多层电路板一般由多层铜层和多层绝缘材料(基材)交替碾压构成，顶层和最底层均为铜层。如由双面铜箔和位于所述双面铜箔之间的基材组成的柔性线路板盲孔加工时，需要除去顶层的铜箔和基材，保留底层的铜箔。因此在加工柔性电路板的盲孔时，需要分两次加工，需要先用正焦激光加工表层铜，再用离焦激光加工内层板。
现有的激光设备，正焦激光和离焦激光切换速度较慢，一般是先用正焦激光加工完所有孔位上的表层铜，再将柔性电路板移回原位重新用离焦激光加工所有孔位的内层板，这种一个盲孔分开两次加工的方法，加工路径很长，效率较低。
【发明内容】
本发明目的是为了克服现有技术的不足，提供一种正焦和离焦激光能快速切换的激光系统及其加工柔性线路板的方法，能够提高加工效率。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种激光系统，其特征在于：包括有用于产生平行激光光束的激光器，在所述激光器的输出端设有用于改变平行激光光束直径的扩束镜，所述扩束镜的输出端设有对扩散的平行激光光束进行调焦的声光调制器，所述声光调制器的输出端依次设有用于扫描定位样品平面位置的振镜扫描系统和用于汇聚激光光束的聚焦透镜。
如上所述的激光系统，其特征在于：所述声光调制器包括有能够输入声波产生梯度折射率变化的声光透镜和用于产生周期性振荡声波的压电驱动器。
如上所述的激光系统，其特征在于：所述声光调制器设有两个，所述声光透镜分为折射率不同的折射层，两个所述声光透镜的折射层界限相互垂直且折射率大小相互匹配。
如上所述的激光系统，其特征在于：所述压电驱动器的材质为压电陶瓷，所述压电驱动器产生的周期性振荡声波振动方向相互垂直。
如上所述的激光系统，其特征在于：所述扩束镜为定倍扩束镜或电动的变倍扩束镜。
如上所述的激光系统，其特征在于：在所述激光器上设有用于控制激光开关的光闸。
如上所述的激光系统，其特征在于：所述振镜扫描系统包括有用于改变光束方向、重量很轻的反射镜和用于微调摆动所述反射镜的旋转电机，所述反射镜设有两面、对应的旋转电机同样设有两个。
如上所述的激光系统，其特征在于：所述聚焦透镜为能够在整个样品平面内形成大小均匀聚焦光斑的f-θ聚焦镜。
一种采用上述激光系统加工柔性线路板的方法，其特征在于：当所述光闸打开，所述激光器发出平行的激光光束，经过所述扩束镜后该激光光束直径变大，而后射入所述声光调制器对所述激光光束进行微调；
在经过所述声光调制器时，所述压电驱动器向所述声光透镜发射不同的周期性振荡声波，所述声光透镜的折射率发生相应的不同层度的改变，同时，激光光束的方向发生向外发散或向内收缩的变化，从而改变了激光光束焦点的位置；当激光光束向外发散时，焦点后移，当激光光束向内收缩时，焦点前移，焦点移动的范围在400微米以内；
而后，所述振镜扫描系统将微调后的激光光束反射向下且对样品平面进行扫描定位，经过所述反射镜反射后激光光束焦点的前后移动转变为上下移动；最后激光光束经过所述聚焦透镜聚焦后射出，射出的激光光束加工样品时能够在样品平面上任一点打出深浅不同的孔；
由于所述声光调制器能够改变激光光束聚焦的焦点(焦平面)与被加工样品的相对位置，且当声波频率变化越快，其相对位置变化越快，所以激光光束可以在正离焦、零离焦和负离焦之间进行快速切换；当聚焦透镜射出的激光处于正离焦状态，即焦点处于被加工样品上方，此时激光不对样品进行加工；当聚焦透镜射出的激光处于零离焦状态，即焦点处于被加工样品上表面，此时激光对样品的表层铜进行加工；当聚焦透镜射出的激光处于负离焦状态，即焦点处于被加工样品内部，此时激光对样品的内层板进行加工；
加工样品时，激光切换到零离焦状态，在柔性线路板的待加工孔位上加工出第一孔；第一孔加工完成后，激光快速切换到负离焦状态，进一步将第一孔加工成第二孔，即为所需的盲孔；加工完该孔位后，移动柔性线路板，继续加工下一个孔位，直到加工完所有的孔位。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
1、本发明激光系统，设有声光调制器，能够快速切换激光的状态(正离焦、零离焦和负离焦)。
2、本发明加工柔性线路板的方法，在加工柔性电路板盲孔时，两次打孔是连续的，用零离焦状态的激光打完孔后，迅速切换到负离焦状态的激光继续打孔；相比现有技术用零离焦状态的激光打完所有孔位后，反过来再用负离焦状态的激光加工一遍，本发明的连续打孔方式能够缩短加工路径，从而提高加工效率。
【附图说明】
图1是本发明光路的方框图；
图2是本发明所述声光透镜折射率分布的示意图；
图3是本发明所述振镜扫描系统示意图；
图4是本发明在柔性电路板上打孔的示意图，图中的Cu和PI分别代表该层的材质。
图中：1为激光器；2为扩束镜；3为声光调制器；4为振镜扫描系统；5为聚焦透镜；6为光闸；7为声光透镜；8为压电驱动器；9为反射镜；10为旋转电机；11为第一孔；12为第二孔。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明技术特征作进一步详细说明以便于所述领域技术人员能够理解。
一种激光系统，如图1～图4所示，包括有用于产生平行激光光束的激光器1，在所述激光器1的输出端设有用于改变平行激光光束直径的扩束镜2，所述扩束镜2的输出端设有对扩散的平行激光光束进行调焦的声光调制器3，所述声光调制器3的输出端依次设有用于扫描定位样品平面位置的振镜扫描系统4和用于汇聚激光光束的聚焦透镜5。
所述声光调制器3包括有能够输入声波产生梯度折射率变化的声光透镜7和用于产生周期性振荡声波的压电驱动器8；所述声光调制器3的英文简称为AOD，是根据声光偏转原理制成的器件，所述声光调制器3可根据声光相互作用机制，改变激光光束的角度；所述声光调制器3设有两个，所述声光透镜7分为折射率不同的折射层，两个所述声光透镜7的折射层界限相互垂直且折射率大小相互匹配。
所述压电驱动器8的材质为压电陶瓷，所述压电驱动器8产生的周期性振荡声波振动方向相互垂直；压电陶瓷是一类具有压电特性的电子陶瓷材料，通过电子线路的控制，可产生不同频率的振动，从而发出各种不同的声波。
所述扩束镜2为定倍扩束镜或电动的变倍扩束镜，所述扩束镜2是能够改变激光光束直径和发散角的透镜组件，使用所述扩束镜2能够得到更小的聚焦光斑。
在所述激光器1上设有用于控制激光开关的光闸6，所述光闸6不是必须的，所述激光器1也可以电动控制出光。
所述振镜扫描系统4包括有用于改变光束方向、重量很轻的反射镜9和用于微调摆动所述反射镜9的旋转电机10，所述反射镜9设有两面、对应的旋转电机10同样设有两个，其中一面所述反射镜用于定位激光光束焦点的X轴坐标、另一面所述反射镜用于定位激光光束焦点的Y轴坐标。
所述聚焦透镜5为能够在整个样品平面内形成大小均匀聚焦光斑的f-θ聚焦镜；一般来说，光学系统中激光光束穿过聚焦透镜系统后会产生离轴偏转现象，相对理想的平面而言，会在平面上出现异常图像或畸变，f-θ聚焦镜也称平场聚焦镜、场镜，是一种专业的透镜系统，目的是将激光光束在整个平面内形成均匀大小的聚焦光斑；在没有变形的情况下，聚焦点的位置取决于透镜的焦距以及偏转角的切线。
本专利还请求保护一种采用上述激光系统加工柔性线路板的方法，如图4所示，其中的柔性线路板为多层线路板，表层和底层均为铜层，内层交替设置为PI层和铜层，PI的中文名称为聚酰亚胺；
该方法具体如下：
当所述光闸6打开，所述激光器1发出平行的激光光束，经过所述扩束镜2后该激光光束直径变大，而后射入所述声光调制器3对所述激光光束进行微调；
在经过所述声光调制器3时，所述压电驱动器8向所述声光透镜7发射不同的周期性振荡声波，所述声光透镜7的折射率发生相应的不同层度的改变，同时，激光光束的方向发生向外发散或向内收缩的变化，从而改变了激光光束焦点的位置；当激光光束向外发散时，焦点后移，当激光光束向内收缩时，焦点前移，焦点移动的范围在400微米以内；
而后，所述振镜扫描系统4将微调后的激光光束反射向下且对样品平面进行扫描定位，经过所述反射镜9反射后激光光束焦点的前后移动转变为上下移动；最后激光光束经过所述聚焦透镜5聚焦后射出，射出的激光光束加工样品时能够在样品平面上任一点打出深浅不同的孔；
由于所述声光调制器3能够改变激光光束聚焦的焦点(焦平面)与被加工样品的相对位置，且当声波频率变化越快，其相对位置变化越快，所以激光光束可以在正离焦、零离焦和负离焦之间进行快速切换；当聚焦透镜5射出的激光处于正离焦状态，即焦点处于被加工样品上方，此时激光不对样品进行加工；当聚焦透镜5射出的激光处于零离焦状态，即焦点处于被加工样品上表面，此时激光对样品的表层铜进行加工；当聚焦透镜5射出的激光处于负离焦状态，即焦点处于被加工样品内部，此时激光对样品的内层板进行加工；
加工样品时，激光切换到零离焦状态，在柔性线路板的待加工孔位上加工出第一孔11；第一孔11加工完成后，激光快速切换到负离焦状态，进一步将第一孔11加工成第二孔12，即为所需的盲孔；加工完该孔位后，移动柔性线路板，继续加工下一个孔位，直到加工完所有的孔位。
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种激光系统，其特征在于：包括有用于产生平行激光光束的激光器(1)，在所述激光器(1)的输出端设有用于改变平行激光光束直径的扩束镜(2)，所述扩束镜(2)的输出端设有对扩散的平行激光光束进行调焦的声光调制器(3)，所述声光调制器(3)的输出端依次设有用于扫描定位样品平面位置的振镜扫描系统(4)和用于汇聚激光光束的聚焦透镜(5)。
2.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于：所述声光调制器(3)包括有能够输入声波产生梯度折射率变化的声光透镜(7)和用于产生周期性振荡声波的压电驱动器(8)。
3.根据权利要求2所述的激光系统，其特征在于：所述声光调制器(3)设有两个，所述声光透镜(7)分为折射率不同的折射层，两个所述声光透镜(7)的折射层界限相互垂直且折射率大小相互匹配。
4.根据权利要求2所述的激光系统，其特征在于：所述压电驱动器(8)的材质为压电陶瓷，所述压电驱动器(8)产生的周期性振荡声波振动方向相互垂直。
5.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于：所述扩束镜(2)为定倍扩束镜或电动的变倍扩束镜。
6.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于：在所述激光器(1)上设有用于控制激光开关的光闸(6)。
7.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于：所述振镜扫描系统(4)包括有用于改变光束方向、重量很轻的反射镜(9)和用于微调摆动所述反射镜(9)的旋转电机(10)，所述反射镜(9)设有两面、对应的旋转电机(10)同样设有两个。
8.根据权利要求1所述的激光系统，其特征在于：所述聚焦透镜(5)为能够在整个样品平面内形成大小均匀聚焦光斑的f-θ聚焦镜。
9.一种采用权利要求1至8任一项所述激光系统加工柔性线路板的方法，其特征在于：当所述光闸(6)打开，所述激光器(1)发出平行的激光光束，经过所述扩束镜(2)后该激光光束直径变大，而后射入所述声光调制器(3)对所述激光光束进行微调；
在经过所述声光调制器(3)时，所述压电驱动器(8)向所述声光透镜(7)发射不同的周期性振荡声波，所述声光透镜(7)的折射率发生相应的不同层度的改变，同时，激光光束的方向发生向外发散或向内收缩的变化，从而改变了激光光束焦点的位置；当激光光束向外发散时，焦点后移，当激光光束向内收缩时，焦点前移，焦点移动的范围在400微米以内；
而后，所述振镜扫描系统(4)将微调后的激光光束反射向下且对样品平面进行扫描定位，经过所述反射镜(9)反射后激光光束焦点的前后移动转变为上下移动；最后激光光束经过所述聚焦透镜(5)聚焦后射出，射出的激光光束加工样品时能够在样品平面上任一点打出深浅不同的孔；
由于所述声光调制器(3)能够改变激光光束聚焦的焦点(焦平面)与被加工样品的相对位置，且当声波频率变化越快，其相对位置变化越快，所以激光光束可以在正离焦、零离焦和负离焦之间进行快速切换；当聚焦透镜(5)射出的激光处于正离焦状态，即焦点处于被加工样品上方，此时激光不对样品进行加工；当聚焦透镜(5)射出的激光处于零离焦状态，即焦点处于被加工样品上表面，此时激光对样品的表层铜进行加工；当聚焦透镜(5)射出的激光处于负离焦状态，即焦点处于被加工样品内部，此时激光对样品的内层板进行加工；
加工样品时，激光切换到零离焦状态，在柔性线路板的待加工孔位上加工出第一孔(11)；第一孔(11)加工完成后，激光快速切换到负离焦状态，进一步将第一孔(11)加工成第二孔(12)，即为所需的盲孔；加工完该孔位后，移动柔性线路板，继续加工下一个孔位，直到加工完所有的孔位。
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