CN113210856B - Pcb短波长脉冲激光钻孔方法及相关钻孔装置 - Google Patents

Abstract

本申请是关于一种PCB短波长脉冲激光钻孔方法。该方法包括：提取PCB数据，所述PCB数据包括：PCB厚度、待钻孔的孔深、待钻孔的孔心位置和待钻孔的孔径；比较所述待钻孔的孔深与所述PCB厚度，判断待钻孔类型；比较结果为所述待钻孔的孔深等于所述PCB厚度，则确定所述待钻孔为通孔，采用环形光束在PCB上待钻孔的孔心位置进行套料钻通孔；比较结果为所述待钻孔的孔深小于PCB厚度，则确定所述待钻孔为盲孔，分别使用高斯光束与环形光束在PCB上对同一待钻孔的孔心位置进行分段钻盲孔。该钻孔方法能够在一台设备上同时实现多层柔性板和多层刚性板的通孔、盲孔加工，解决现有技术在激光钻孔过程中出现孔锥度大、底部残胶、热量累积严重、加工效率低等问题。

Description

PCB短波长脉冲激光钻孔方法及相关钻孔装置

技术领域

本申请涉及PCB激光钻孔技术领域，尤其涉及一种PCB短波长脉冲激光钻孔方法及相关钻孔装置。

背景技术

电子产品在设计上不断提高整机性能，并且追求印制电路板(Printed CircuitBoard，简称PCB)小型化；因此，需要对PCB的通孔或盲孔进行微型钻孔，并进行金属化，从而实现内部线路的导通和信号传输作用，提高性能的同时使得PCB小型化。

目前，在PCB上进行微通孔、微盲孔的钻孔主要采用紫外(UV)激光或CO2激光加工；其中，紫外激光主要用于加工盲孔和少量通孔，而且紫外激光加工孔的深径比(孔深度与直径的比例)有限，同时受激光功率限制，其钻孔速度慢，仅能用于加工柔性印制板或者厚度较小的刚性印制板；而CO2激光主要用于加工刚性印制板，且由于印制板表层的铜箔对其吸收率极低，在加工前必须将印制板表面进行棕化或黑化处理，或者在待加工位置进行开窗处理，预先去除表面的铜箔，再利用CO2激光烧蚀去除内层绝缘材料。

因此，针对柔性板和刚性板的加工，需要分别采用UV激光钻孔机和CO2激光钻孔机，无法在一台设备上实现多层柔性板和多层刚性板的通孔、盲孔加工。并且，UV激光钻孔机对于通孔加工，需要烧蚀孔内所有材料，形成通孔，加工效率低、热量累积严重，且对于含玻璃纤维的多层PCB难以加工。而CO2激光加工对于盲孔加工存在孔锥度大、底部残胶等问题，且工序繁杂，产生大量化学废水。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种PCB短波长脉冲激光钻孔方法，该钻孔方法能够在一台设备上同时实现多层柔性板和多层刚性板的通孔、盲孔加工，解决现有技术在激光钻孔过程中出现孔锥度大、底部残胶、热量累积严重、加工效率低等问题。

本申请第一方面提供一种PCB短波长脉冲激光钻孔方法，包括：

步骤一：提取PCB数据，所述PCB数据包括：PCB厚度、待钻孔的孔深、待钻孔的孔心位置和待钻孔的孔径；

步骤二：比较所述待钻孔的孔深与所述PCB厚度，判断待钻孔类型；

步骤三：步骤二中的比较结果为所述待钻孔的孔深等于所述PCB厚度，则确定所述待钻孔为通孔，采用环形光束在PCB上待钻孔的孔心位置进行套料钻通孔，且所述环形光束照射于PCB的光斑直径等于所述待钻孔的孔径；

步骤四：步骤二中的比较结果为所述待钻孔的孔深小于PCB厚度，则确定所述待钻孔为盲孔，分别使用高斯光束与环形光束在PCB上对同一待钻孔的孔心位置进行分段钻盲孔，且所述高斯光束照射于PCB的光斑直径小于所述待钻孔的孔径，所述环形光束照射于PCB的光斑直径等于待钻孔的孔径。

在一种实施方式中，步骤四中，所述分别使用高斯光束与环形光束在PCB上对同一待钻孔的孔心位置进行分段钻盲孔，包括：

使用高斯光束在PCB上所述待钻孔的孔心位置进行初钻，所述初钻的钻深小于或等于所述待钻孔的孔深，获得锥形预钻孔；使用环形光束对所述锥形预钻孔进行二次钻孔，所述二次钻孔的钻深与所述待钻孔的孔深相等，修齐孔壁。

在一种实施方式中，步骤四中，所述分别使用高斯光束与环形光束在PCB上对同一待钻孔的孔心位置进行分段钻盲孔，包括：

使用环形光束在PCB上所述待钻孔的孔心位置进行初钻，所述初钻的钻深与所述待钻孔的孔深相等，获得环形预钻孔；使用高斯光束对环形预钻孔进行二次钻孔，所述二次钻孔的钻深与所述待钻孔的孔深相等，剔除孔内残留。

在一种实施方式中，在使用高斯光束或环形光束进行钻孔时，

高斯光束或环形光束照射在PCB上的光斑直径小于所述待钻孔的孔径，则高斯光束或环形光束的钻孔路径选用环绕式钻孔或螺旋式钻孔。

本申请第二方面提供一种PCB短波长脉冲激光钻孔装置，适配于上述的PCB短波长脉冲激光钻孔方法，包括：

基座和安装于基座上的移动平台、激光源、分光镜、高斯光路模块和环形光路模块；

所述激光源发出的激光束由所述分光镜分为第一分光束和第二分光束，其中所述第一分光束经所述高斯光路模块处理后射出高斯光束，所述第二分光束经所述环形光路模块处理后射出环形光束；

所述高斯光路模块和所述环形光路模块射出的光束均照射于所述移动平台上，所述移动平台能够相对于所述高斯光路模块和所述环形光路模块进行水平移动，使所述高斯光路模块和所述环形光路模块产生的光束能够先后照射于所述移动平台上的同一点。

在一种实施方式中，所述高斯光路模块包括：第一反射镜组、第一扫描振镜和第一聚焦镜；

由所述分光镜出射的所述第一分光束依次经过所述第一反射镜组、所述第一扫描振镜和所述第一聚焦镜的光学处理，所述第一反射镜组将所述第一分光束反射调整入射角度，使所述第一分光束垂直照射于所述移动平台，所述扫描振镜用于控制所述第一分光束的偏转，所述聚焦镜用于调整所述第一分光束的焦点位置。

在一种实施方式中，所述环形光路模块包括：第二反射镜组、第二扫描振镜、第二聚焦镜和轴锥镜；

所述轴锥镜安装于所述分光镜与所述第二反射镜组之间，对所述分光镜出射的所述第二分光束进行整形，得到环形光束。

在一种实施方式中，所述激光源包括：短波长脉冲激光器和扩束镜；

所述短波长脉冲激光器产生激光束，所述扩束镜安装于短波长脉冲激光器与所述分光镜之间，对所述激光束进行光束面积增大处理和准直处理；所述短波长脉冲激光器的光束质量M2因子小于1.3，其波长为248至355nm之间的紫外波段及波长为532至515nm之间的绿光波段，其脉冲重复频率大于或等于90kHz。

在一种实施方式中，所述高斯光路模块和所述环形光路模块均通过升降机构安装于基座，所述升降机构由竖直固定于基座的Z轴滑轨和电机驱动的滑块构成；

所述高斯光路模块和所述环形光路模块均固定安装于滑块并随滑块沿Z轴滑轨竖直运动；

所述PCB短波长脉冲激光钻孔装置还包括控制模块，所述控制模块分别与所述激光源、所述高斯光路模块、所述环形光路模块、所述移动平台和所述升降机构通信连接；

所述控制模块通过对所述激光源、所述高斯光路模块、所述环形光路模块和所述升降机构发送指令，操控激光源启动或关闭，及所述高斯光路模块和所述环形光路模块射出激光的参数；所述控制模块通过对所述移动平台发送指令，控制所述移动平台承载PCB水平移动。

在一种实施方式中，所述高斯光路模块还包括：光束整形器；

所述光束整形器设置在所述分光镜与所述第一反射镜组之间，所述光束整形器用于将高斯光束整形为平顶光束。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

在本申请实施例中，通过PCB数据可识别PCB的钻孔需求(即，钻通孔或钻盲孔)，选择与该钻孔需求相匹的切换钻孔模式，实现在一台设备上能同时对电路板进行通孔加工和盲孔加工的需求；当需要钻通孔时，采用环形光束进行套料式加工，能够集中去除孔圆周的材料，形成通孔后孔内部材料与孔壁分离而自动掉落，相比传统的高斯激光加工，无需将孔内部材料全部烧蚀，能够减少材料去除量，提高加工效率。当需要钻盲孔时，分别采用高斯光束与环形光束进行组合加工，能有效减少传统高斯激光加工时的热影响，进一步修整孔壁质量，去除底部残胶，提高了钻孔效率，优化了钻孔效果。

附图说明

通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1是本申请实施例示出的PCB短波长脉冲激光钻孔方法的流程示意图；

图2是本申请实施例示出的PCB短波长脉冲激光钻孔方法的另一流程示意图；

图3是本申请实施例示出的PCB短波长脉冲激光钻孔装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的优选实施方式。虽然附图中显示了本申请的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在现有的PCB制作领域中，柔性印制板是指以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳的可挠性印刷电路板；刚性印制板是指有酚醛纸质层压板、环氧纸质层压板、聚酯玻璃毡层压板或环氧玻璃布层压板的印刷电路板。

目前，在PCB上进行微通孔、微盲孔的钻孔主要采用紫外激光或CO2激光(CO2激光是指二氧化碳激光器，发出的激光波长为10.6微米，“身”处红外区，肉眼不能觉察，其中工作方式有连续、脉冲两种)加工；其中，紫外激光可直接用于加工盲孔和通孔，但是用紫外激光加工的孔的深度与直径比例比较有限，且受激光功率限制，使得钻孔速度慢，仅能用于加工柔性印制板或者厚度较小的刚性印制板，尤其对于PCB介质层中的玻璃纤维，只有将能量密度提高到很高程度才可以除去；而CO2激光由于印制板表层的铜箔对其吸收率极低，在加工前必须将印制板表面进行棕化或黑化处理，或者在待加工位置进行开窗处理，预先去除表面的铜箔，再利用CO2激光烧蚀去除内层绝缘材料；上述两种加工方法均比较繁杂，且利用CO2激光时需经过化学处理，易造成化学污染，在加工过程中极易出现孔锥度大、底部残胶等问题。

针对上述问题，本申请实施例提供一种PCB短波长脉冲激光钻孔方法，通过利用短波长脉冲激光对PCB进行钻孔，能够得到孔锥度(锥度是指圆锥的上下孔直径差与锥体高度之比)差异小和底部残胶较小的PCB孔；且该激光钻孔方法无需在激光钻孔前将印制板PCB表面进行棕化或黑化处理，也无需在待加工位置进行开窗处理，减少了PCB激光钻孔的化学前处理步骤，提高了钻孔效率。以下结合附图详细描述本申请实施例的技术方案。

实施例一

图1是本申请实施例示出的PCB短波长脉冲激光钻孔方法的流程示意图。参见图1，本申请提供的技术方案为一种PCB短波长脉冲激光钻孔方法的一个实施例，包括：

101、提取PCB数据，所述PCB数据包括：PCB厚度、待钻孔的孔深、待钻孔的孔心位置和待钻孔的孔径；

在本实施例中，需要在PCB上面加工通孔或盲孔，并且进行金属化，才能实现内部线路的导通和信号传输作用。

其中，待钻孔的孔深是指PCB激光钻孔要求的孔深度；

其中，待钻孔的孔心位置是指PCB激光钻孔要求的孔的孔心位置(如，PCB面上的坐标信号或尺寸信息)；

其中，待钻孔的孔径是指PCB激光钻孔要求的孔直径；

其中，PCB厚是指PCB的板厚度。

102、比较所述待钻孔的孔深与所述PCB厚度，判断待钻孔类型；

若比较结果为所述待钻孔的孔深等于所述PCB厚度，则确定所述待钻孔为通孔。

若比较结果为所述待钻孔的孔深小于所述PCB厚度，则确定所述待钻孔为盲孔。

103、若待钻孔的孔深等于所述PCB厚度，则确定所述待钻孔为通孔，采用环形光束在PCB上待钻孔的孔心位置进行套料钻通孔；

若步骤102比较结果为所述待钻孔的孔深等于所述PCB厚度，则确定所述待钻孔为通孔，采用环形光束在PCB上待钻孔的孔心位置进行套料钻通孔，且所述环形光束照射于PCB的光斑直径等于所述待钻孔的孔径。示例性的，假设待钻孔的孔径为50μm，则直接将环形光束的照射直径设置为50μm。

其中，套料式加工即对于一个实心的固体，要加工通孔(上下穿透的孔)，则只需要去除孔圆周的材料，把中心部分的材料跟孔壁分离，就形成通孔，而不需要把中心的材料全去除。主要作用就是进行孔加工，对于孔径和环形光束直径相当的情况，只需要采套料式脉冲激光加工，就能实现通孔加工，材料去除量比传统脉冲式加工小，能有效提高加工效率。

由PCB短波长脉冲激光钻孔装置出射的环形光束进行脉冲加工，采用套料式加工通孔，由于环形光束的能量聚集在圆周，能够集中烧蚀去除孔圆周部分的材料，形成通孔后孔内部材料与孔壁分离而自动掉落。

104、若待钻孔的孔深小于所述PCB厚度，则确定所述待钻孔为盲孔，分别使用高斯光束与环形光束在PCB上对同一待钻孔的孔心位置进行分段钻盲孔。

若步骤102的比较结果为所述待钻孔的孔深小于所述PCB厚度，则确定所述待钻孔为盲孔，分别使用高斯光束与环形光束在PCB上对同一待钻孔的孔心位置进行分段钻盲孔，且所述高斯光束照射于PCB的光斑直径小于所述待钻孔的孔径，所述环形光束照射于PCB的光斑直径等于待钻孔的孔径。

其中，高斯光束为基模辐射场的横截面的振幅分布遵守高斯函数的激光光速或电子束。进一步的，高斯光束可通过光束整形器整形为平顶光束，平顶光束是一种在圆形区域内有几乎一致通量(能量密度)的激光光束或电子束。在实际应用中，平顶光束可以实现激光能量的均匀分布，有助于提高加工的精度。

在本申请实施例中，所述短波长脉冲激光是指一类激光，该类激光相对于长波长激光(近红外和中红外波段)而言，主要为紫外波段(248nm～355nm)和可见光波段(515nm～532nm)激光，即波长短的激光。

在使用上述高斯光束或环形光束进行钻孔时，若高斯光束或环形光束照射在PCB上的光斑直径小于所述待钻孔的孔径，则选用环绕式钻孔或螺旋式钻孔。具体的，所述螺旋式钻孔是指光束以孔心位置为起点，在待钻孔的孔径范围内进行螺旋形的路径扫描去除PCB孔内的材料，得到PCB孔的钻孔方式；所述环绕式钻孔是指光束以孔心位置为圆心，按不同直径的同心环路径进行逐圈扫描钻孔，得到PCB孔的方式。

对于PCB激光加工，钻孔的激光波长越短，材料对激光的吸收率越高，由于PCB组成材料中一般包括有铜箔、玻璃纤维和环氧树脂等，上述材料均对短波长激光有良好的吸收率，因此可以使用短波长脉冲激光直接对PCB进行加工，能够达到烧蚀去除材料的目的；而相对波长较长的CO2激光，铜箔对其吸收率极低(往往低于1％)，所以不能采用CO2激光直接加工，需要先对板材表面铜箔进行黑化或棕化处理，提高表面吸收率才能用CO2激光对PCB进行加工。

在本申请实施例中，通过PCB数据可识别PCB的钻孔需求(即，钻通孔或钻盲孔)，选择与该钻孔需求相匹的切换钻孔模式，实现在一台设备上能同时对电路板进行通孔加工和盲孔加工的需求；当需要钻通孔时，采用环形光束进行套料式加工，能够集中去除孔圆周的材料，形成通孔后孔内部材料与孔壁分离而自动掉落，相比传统的高斯激光加工，无需将孔内部材料全部烧蚀，能够减少材料去除量，提高加工效率。当需要钻盲孔时，分别采用高斯光束与环形光束进行组合加工，能有效减少传统高斯激光加工时的热影响，进一步修整孔壁质量，去除底部残胶，提高了钻孔效率，优化了钻孔效果。

实施例二

在上述实施例一的步骤104中，描述了“分别使用高斯光束与环形光束在PCB上对同一待钻孔的孔心位置进行分段钻盲孔”的方案，该方案具有可以有以下两种实施方式，包括：

(1)

201a、使用高斯光束在PCB上所述待钻孔的孔心位置进行初钻，所述初钻的钻深小于或等于所述待钻孔的孔深，获得锥形预钻孔(孔壁粗糙)；

202a、使用环形光束对所述锥形预钻孔进行二次钻孔，所述二次钻孔的钻深与所述待钻孔的孔深相等，修齐孔壁。

值得注意的是，在填充式加工过程中，随着加工的深度越大，激光烧蚀形成的等离子体容易聚集在板材上方，从而阻挡激光对孔内材料的烧蚀，导致较大的孔锥度(即盲孔底部直径比入口直径小很多，整个孔截面呈现锥形)，因此本申请提出先用高斯光束进系统填充式加工，去除盲孔内部的材料，再用环形光束对锥形孔进行修整，减小孔的锥度，去除盲孔底部的残胶。

(2)

201b、使用环形光束在PCB上所述待钻孔的孔心位置进行初钻，所述初钻的钻深与所述待钻孔的孔深相等，获得环形预钻孔(孔壁平整中心有残留板屑)；

202b、使用高斯光束对环形预钻孔进行二次钻孔，所述二次钻孔的钻深与所述待钻孔的孔深相等，剔除孔内残留。

在高斯激光多脉冲重复加工同一位置形成孔的过程中，极易因热量累积造成对孔圆周外围的材料造成损伤，形成热影响区。本申请提出使用环形光束进行初钻，将孔内部材料与孔圆周外围材料隔离，再使用高斯光束进行二次钻孔，去除孔内残留材料，同时不会损伤孔圆周外围材料，减小热影响区。

实施例三

本申请实施例还提供了实现上述PCB短波长脉冲激光钻孔方法的PCB短波长脉冲激光钻孔装置，请参阅图3，PCB短波长脉冲激光钻孔装置的一个实施例，包括：

基座60和安装于基座上的移动平台70、激光源(包括短波长脉冲激光器10和扩束镜20)、分光镜30、高斯光路模块(包括：第一扫描振镜B1、第一反射镜组(包括反射镜A1和反射镜A2)和第一聚焦镜C1)和环形光路模块(包括：第二反射镜组(包括反射镜A3和反射镜A4)、第二扫描振镜B2和第二聚焦镜C2)；

所述激光源发出的激光束由所述分光镜分为第一分光束和第二分光束，其中所述第一分光束经所述高斯光路模块处理后射出高斯光束，所述第二分光束经所述环形光路模块处理后射出环形光束；

所述高斯光路模块和所述环形光路模块射出的光束均照射于所述移动平台70上，所述移动平台70能够相对于所述高斯光路模块和所述环形光路模块进行水平移动，使所述高斯光路模块和所述环形光路模块产生的光束能够先后照射于所述移动平台上的同一点。

所述激光源包括：短波长脉冲激光器10和扩束镜20；

所述短波长脉冲激光器10产生激光束，所述扩束镜20安装于短波长脉冲激光器10与所述分光镜30之间，对所述激光束进行光束面积增大处理和准直处理；所述短波长脉冲激光器的光束质量M2因子小于1.3，其波长为248至355nm之间的紫外波段及波长为532至515nm之间的绿光波段，其脉冲重复频率大于或等于90kHz。所述扩束镜20用于接收所述激光束，进行光束面积增大处理。

所述高斯光路模块包括：第一反射镜组(包括反射镜A1和反射镜A2)、第一扫描振镜B1和第一聚焦镜C1；

所述第一反射镜组中的反射镜A1调整光束传播路径，使光束与分光镜30中心保持在同一轴线，并使光束从分光镜30的中心进入；分光镜30出射的第一分光束依次经过所述第一反射镜组中的反射镜A2、所述第一扫描振镜B1和所述第一聚焦镜C1的光学处理，使所述第一分光束垂直照射于所述移动平台70，所述第一扫描振镜B1用于控制所述第一分光束的偏转，所述第一聚焦镜C1用于调整所述第一分光束的焦点位置。

所述环形光路模块包括：第二反射镜组、第二扫描振镜B2、第二聚焦镜C2和轴锥镜40；

所述轴锥镜40安装于所述分光镜30与反射镜A3之间，对所述分光镜出射的所述第二分光束进行整形，得到环形光束。

具体的，本申请使用的衍射轴锥镜是传统轴锥镜的进化版，衍射轴锥镜的发散角也可由可输出同样性质的传统轴锥镜计算出来，即传统轴锥镜的特性参数可以推出产生相同效果的衍射轴锥镜，而两者区别则是衍射轴锥镜胜在精确性更好、参数范围更大、可以消除中心死区，并且衍射轴锥镜更加精细化，能够组成结构更加紧凑精细的光学模组。

下面对PCB短波长脉冲激光钻孔装置执行上述PCB短波长脉冲激光钻孔方法的具体流程进行描述：

控制模块(如，可编程逻辑控制器PLC或CPU)提取PCB数据，所述PCB数据包括：PCB厚度、待钻孔的孔深、待钻孔的孔心位置和待钻孔的孔径。

控制模块比较所述待钻孔的孔深与所述PCB厚度，判断待钻孔类型，若比较结果为所述待钻孔的孔深等于所述PCB厚度，则确定所述待钻孔为通孔；若比较结果为所述待钻孔的孔深小于所述PCB厚度，则确定所述待钻孔为盲孔。

短波长脉冲激光器10发送激光束经扩束镜20、反射镜A1和分光镜30，生成第一分光束和第二分光束。

其中第一分光束进入高斯光路模块进行光学处理，具体为：第一分光束经反射镜A2照射到第一扫描振镜B1中，第一扫描振镜B1控制所述第一分光束的偏转，再照射到第一聚焦镜C1中，调整所述第一分光束的焦点位置，使得第一分光束能照射到移动平台70上放置的PCB，通过第一扫描振镜B1的偏转控制高斯光束在PCB上进行螺旋式钻孔或环绕式钻孔。可选的，若需要将高斯光束进一步处理成平顶光束，则所述分光镜30与所述反射镜A2之间还设置有光束整形器，第一分光束经该光束整形器即可由高斯光束处理成平顶光束。

其中第二分光束进入环形光路模块进行光学处理，具体为：第二分光束经轴锥镜40整形成环形光束，再经反射镜A3以及反射镜A4照射到第二扫描振镜B2中，第二扫描振镜B2控制所述第二分光束的偏转，再照射到第二聚焦镜C2中，调整所述第二分光束的焦点位置，使得第二分光束能照射到移动平台70上放置的PCB，通过第二扫描振镜B2的偏转控制环形光束在PCB上进行螺旋式钻孔或环绕式钻孔。

示例性的，若控制模块识别到当前PCB的待钻孔的孔深等于所述PCB厚度，则确定所述待钻孔为通孔。控制模块控制所述第二分光束对PCB进行套料钻通孔。

示例性的，若控制模块识别到当前PCB的待钻孔的孔深小于所述PCB厚度，则确定所述待钻孔为盲孔。控制模块控制所述分别控制所述第一分光束和第二分光束对PCB进行分段钻盲孔。

实施例四

在实际应用中，高斯光路模块和环形光路模块还有在竖直方向上移动的需求，本申请实施例提供了相应的设计方案，具体为：

基于上述实施例三的PCB短波长脉冲激光钻孔装置，所述高斯光路模块和所述环形光路模块均通过升降机构安装于基座60，所述升降机构由竖直固定于基座的Z轴滑轨50和电机驱动的滑块构成。

请参阅图3，图中的高斯光路模块和环形光路模块均分别连接有Z轴滑轨50，Z轴滑轨50的一端固定于基座60，另一端固定于高斯光路模块或环形光路模块，使得高斯光路模块或环形光路模块可以通过Z轴滑轨50实现在竖直方向的移动。

在本申请实施例中，新增了升降机构(由竖直固定于基座的Z轴滑轨50和电机驱动的滑块构成)，使得本申请中的PCB短波长脉冲激光钻孔装置可以配合上述移动平台70，控制高斯光路模块和环形光路模块相对于待钻孔的PCB分别在X轴、Y轴和Z轴的方向移动，实现精确的位置控制。

实施例五

基于上述实施例三或四的PCB短波长脉冲激光钻孔装置，本申请实施例中的PCB短波长脉冲激光钻孔装置还包括控制模块，所述控制模块分别与所述激光源、所述高斯光路模块、所述环形光路模块、所述移动平台和所述升降机构通信连接。

控制模块通过对所述激光源、所述高斯光路模块、所述环形光路模块和所述升降机构发送指令，操控激光源启动或关闭，及所述高斯光路模块和所述环形光路模块射出激光的参数；所述控制模块通过对所述移动平台发送指令，控制所述移动平台承载PCB水平移动。

具体的，控制模块控制PCB短波长脉冲激光钻孔装置中各个模块执行上述PCB短波长脉冲激光钻孔方法的具体流程，可以参考上述实施例三，此处不再赘述。

在实际应用中，在对PCB进行激光钻孔时，常常因为激光器发射出来的激光光束能量控制不均匀，导致在钻孔过程中损害了PCB，提高了生产产品的出错率，因此在进行激光钻孔过程中，可以通过控制模块将所述短波长脉冲激光器的光束质量M2因子调整至小于1.3，而光束的重复频率一般设置为大于或等于90kHz，以确保加工时有足够的激光能量来去除指定位置的材料。

本申请实施例中的PCB短波长脉冲激光钻孔装置，通过PCB数据可识别PCB的钻孔需求(即，钻通孔或钻盲孔)，选择与该钻孔需求相匹的切换钻孔模式，实现在一台设备上能同时对电路板进行通孔加工和盲孔加工的需求；当需要钻通孔时，采用环形光束进行套料式加工，能够集中去除孔圆周的材料，形成通孔后孔内部材料与孔壁分离而自动掉落，相比传统的高斯激光加工，无需将孔内部材料全部烧蚀，能够减少材料去除量，提高加工效率。当需要钻盲孔时，分别采用高斯光束与环形光束进行组合加工，能有效减少传统高斯激光加工时的热影响，进一步修整孔壁质量，去除底部残胶，提高了钻孔效率，优化了钻孔效果。

上文中已经参考附图详细描述了本申请的方案。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。另外，可以理解，本申请实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减，本申请实施例装置中的模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的系统和方法的可能实现的体系架构、功能和操作。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标记的功能也可以以不同于附图中所标记的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (8)

1.一种PCB短波长脉冲激光钻孔方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：提取PCB数据，所述PCB数据包括：PCB厚度、待钻孔的孔深、待钻孔的孔心位置和待钻孔的孔径；

步骤二：比较所述待钻孔的孔深与所述PCB厚度，判断待钻孔类型；

步骤三：步骤二中的比较结果为所述待钻孔的孔深等于所述PCB厚度，则确定所述待钻孔为通孔，采用环形光束在PCB上待钻孔的孔心位置进行套料钻通孔，且所述环形光束照射于PCB的光斑直径等于所述待钻孔的孔径；

步骤四：步骤二中的比较结果为所述待钻孔的孔深小于所述PCB厚度，则确定所述待钻孔为盲孔，分别使用高斯光束与环形光束在PCB上对同一待钻孔的孔心位置进行分段钻盲孔，且所述高斯光束照射于PCB的光斑直径小于所述待钻孔的孔径，所述环形光束照射于PCB的光斑直径等于待钻孔的孔径；

步骤四中，所述分别使用高斯光束与环形光束在PCB上对同一待钻孔的孔心位置进行分段钻盲孔，包括：

使用高斯光束在PCB上所述待钻孔的孔心位置进行初钻，所述初钻的钻深小于或等于所述待钻孔的孔深，获得锥形预钻孔；使用环形光束对所述锥形预钻孔进行二次钻孔，所述二次钻孔的钻深与所述待钻孔的孔深相等，修齐孔壁；

或，使用环形光束在PCB上所述待钻孔的孔心位置进行初钻，所述初钻的钻深与所述待钻孔的孔深相等，获得环形预钻孔；使用高斯光束对环形预钻孔进行二次钻孔，所述二次钻孔的钻深与所述待钻孔的孔深相等，剔除孔内残留。

2.根据权利要求1所述的PCB短波长脉冲激光钻孔方法，其特征在于：在使用高斯光束或环形光束进行钻孔时，

高斯光束或环形光束照射在PCB上的光斑直径小于所述待钻孔的孔径，则高斯光束或环形光束的钻孔路径选用环绕式钻孔或螺旋式钻孔。

3.一种PCB短波长脉冲激光钻孔装置，适配于权利要求1-2任意一项所述的PCB短波长脉冲激光钻孔方法，其特征在于：

包括基座和安装于基座上的移动平台、激光源、分光镜、高斯光路模块和环形光路模块；

所述激光源发出的激光束由所述分光镜分为第一分光束和第二分光束，其中所述第一分光束经所述高斯光路模块处理后射出高斯光束，所述第二分光束经所述环形光路模块处理后射出环形光束；

所述高斯光路模块和所述环形光路模块射出的光束均照射于所述移动平台上，所述移动平台能够相对于所述高斯光路模块和所述环形光路模块进行水平移动，使所述高斯光路模块和所述环形光路模块产生的光束能够先后照射于所述移动平台上的同一点。

4.根据权利要求3所述的PCB短波长脉冲激光钻孔装置，其特征在于：

所述高斯光路模块包括：第一反射镜组、第一扫描振镜和第一聚焦镜；

由所述分光镜出射的所述第一分光束依次经过所述第一反射镜组、所述第一扫描振镜和所述第一聚焦镜的光学处理，所述第一反射镜组将所述第一分光束反射调整入射角度，使所述第一分光束垂直照射于所述移动平台，所述第一扫描振镜用于控制所述第一分光束的偏转，所述第一聚焦镜用于调整所述第一分光束的焦点位置。

5.根据权利要求4所述的PCB短波长脉冲激光钻孔装置，其特征在于：

所述环形光路模块包括：第二反射镜组、第二扫描振镜、第二聚焦镜和轴锥镜；

所述轴锥镜安装于所述分光镜与所述第二反射镜组之间，对所述分光镜出射的所述第二分光束进行整形，得到环形光束。

6.根据权利要求3所述的PCB短波长脉冲激光钻孔装置，其特征在于：

所述激光源包括：短波长脉冲激光器和扩束镜；

所述短波长脉冲激光器产生激光束，所述扩束镜安装于短波长脉冲激光器与所述分光镜之间，对所述激光束进行光束面积增大处理和准直处理；所述短波长脉冲激光器的光束质量M2因子小于1.3，其波长为248至355nm之间的紫外波段及波长为532至515nm之间的绿光波段，其脉冲重复频率大于或等于90kHz。

7.根据权利要求3所述的PCB短波长脉冲激光钻孔装置，其特征在于：

所述高斯光路模块和所述环形光路模块均通过升降机构安装于基座，所述升降机构由竖直固定于基座的Z轴滑轨和电机驱动的滑块构成；

所述高斯光路模块和所述环形光路模块均固定安装于滑块并随滑块沿Z轴滑轨竖直运动；

所述PCB短波长脉冲激光钻孔装置还包括控制模块，所述控制模块分别与所述激光源、所述高斯光路模块、所述环形光路模块、所述移动平台和所述升降机构通信连接；

所述控制模块通过对所述激光源、所述高斯光路模块、所述环形光路模块和所述升降机构发送指令，操控激光源启动或关闭，及所述高斯光路模块和所述环形光路模块射出激光的参数；所述控制模块通过对所述移动平台发送指令，控制所述移动平台承载PCB水平移动。

8.根据权利要求4所述的PCB短波长脉冲激光钻孔装置，其特征在于：

所述高斯光路模块还包括：光束整形器；

所述光束整形器设置在所述分光镜与所述第一反射镜组之间，所述光束整形器用于将高斯光束整形为平顶光束。

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