CN114521061B - 一种印刷线路板短路激光修复方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及印刷线路板技术领域，尤其涉及一种印刷线路板短路激光修复方法及设备。一种印刷线路板短路激光修复方法包括以下步骤：步骤S1、获取样品的线路板的局部图像，锁定短路位置，确定待去除区域的大小、形状和位置；步骤S2、控制激光束的直径大小，使激光束的激光焦点聚焦于待去除区域的表面，且聚焦于待去除区域表面的光斑为小尺寸聚焦光斑。所述印刷线路板短路激光修复方法，可以充分避免修复加工后的局部铜层和导电产物的残留，大幅减少激光修复时对正常铜层的损伤及基材的损伤，解决了目前激光修复方法去除表面铜层时容易形成局部残留、容易造成基材高分子层的损伤、出现导电产物的残留导致修复失败的问题。

Description

一种印刷线路板短路激光修复方法及设备

技术领域

本发明涉及印刷线路板技术领域，尤其涉及一种印刷线路板短路激光修复方法及设备。

背景技术

印刷线路板（PCB）是电子元器件电气互连的载体，主要由绝缘底板、连接导线和焊盘组成，具有导电线路和绝缘底板的双重作用，可以代替复杂的布线实现电路中元器件的电气连接、简化装配、焊接等工作，大幅提高设备的集成度，减少设备体积。

印刷线路板的制造过程包括曝光、显影、电镀、蚀刻等主要流程，由于各制造流程的良率问题，最终制备的导电线路可能存在局部短路，即原本设计不连通的位置存在导电线路，造成印刷线路板整体报废。由于印刷线路板中导电线路的密度不断增加，线宽不断减小，短路问题更加频繁，造成了大量的经济损失。

为了修复印刷线路板中的局部短路，目前存在如下解决方案：（1）中国发明专利CN1960602B提出了一种自动检测及修补印刷电路板的装置及方法，该自动修补装置主要包括激光和快速转向反射镜等组成的激光扫描组，通过激光对短路部分进行扫描，去除短路部分。中国发明专利CN111867268A提出了一种激光修复PCB板的方法，也使用了类似原理，通过扫描振镜配合场镜，扫描紫外激光，将多余线路或残铜去除；（2）中国专利CN109587967A提出了一种电路板短路修复方法，通过在短路缺陷处的非使用面控深钻孔，对内层短路进行修复。

上述方法目前均存在基材损伤大、表面易残留导电加工产物等缺点。在PCB制作过程中，铜箔一般通过热压方法粘接在高分子基板上，使用常规的激光扫描方法去除表面铜层时，容易形成局部残留。为了确保铜层的完全去除，不可避免的增加材料的去除深度，造成基材高分子层的损伤。同时，激光烧蚀高分子材料容易形成导电的无定型碳等产物，烧蚀产物回落到加工表面，也易形成铜纳米颗粒等导电残留产物，这些残留在加工区域的导电产物易导致线路的局部导通，导致修复失效。而当使用机械钻孔等方法进行修复时，不仅会造成显著的基材损伤，甚至会影响线路板的整体机械强度。

发明内容

针对背景技术提出的问题，本发明的目的在于提出一种印刷线路板短路激光修复方法，可以有效完成印刷线路板的短路修复，且充分避免修复加工后的局部铜层和导电产物的残留，能够大幅减少激光修复时对正常铜层的损伤及基材的损伤，解决了目前激光修复方法去除表面铜层时容易形成局部残留、容易造成基材高分子层的损伤、出现导电产物的残留导致修复失败的问题。

本发明的另一目的在于提出一种印刷线路板短路激光修复设备，能够实现印刷线路板的短路修复，对铜层的去除效率高，修复效果好，且能够避免修复后的导电产物残留以及对正常铜层和基材的损伤。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种印刷线路板短路激光修复方法，包括以下步骤：

步骤S1、获取样品的线路板的局部图像，锁定短路位置，确定待去除区域的大小、形状和位置；

步骤S2、控制激光束的直径大小，使激光束的激光焦点聚焦于待去除区域的表面，且聚焦于待去除区域表面的光斑为小尺寸聚焦光斑，控制激光束对待去除区域的边缘进行扫描，形成隔绝槽；

步骤S3、控制激光束的直径大小，使激光束的激光焦点聚焦于待去除区域的表面，且聚焦于待去除区域表面的光斑为大尺寸聚焦光斑，控制激光束对待去除区域进行填充扫描，使基材与铜层接触的区域发生改性；

步骤S4、控制激光束的直径大小，使激光束的激光焦点聚焦于待去除区域的表面，且聚焦于待去除区域表面的光斑为小尺寸聚焦光斑，控制激光束对待去除区域进行填充扫描，直至待去除区域的铜层完全去除；

步骤S5、获取样品的线路板的局部图像，锁定样品的表面残留产物的位置和区域大小，控制激光束的直径大小，使激光束的激光焦点聚焦于待去除区域的表面，且聚焦于待去除区域表面的光斑为大尺寸聚焦光斑，控制激光束对有表面残留产物的区域进行填充扫描，去除表面残留产物；

步骤S6、获取样品的待去除区域的图像，确定是否达到修复要求；若是，则对样品的下一个待去除区域执行步骤S1至S5的操作；若否，则重复步骤S4至S5。

更进一步说明，所述小尺寸聚焦光斑的光斑直径为1～5μm，所述大尺寸聚焦光斑的光斑直径为所述小尺寸聚焦光斑的光斑直径的1.5倍及以上。

更进一步说明，所述隔绝槽的槽宽＜10μm。

一种印刷线路板短路激光修复设备，应用于所述的印刷线路板短路激光修复方法，包括激光光学系统、视觉照明成像系统、运动定位系统和控制系统；

所述激光光学系统包括沿激光束的移动路径依次设置的激光器、第一光束调整镜组、光束大小控制单元、光学扫描单元和激光聚焦单元；

所述激光器用于发射激光束；

所述第一光束调整镜组用于将所述激光束调整为近平行光束；

所述光束大小控制单元用于控制激光束的直径大小；

所述光学扫描单元用于控制所述激光束的摆动以实现所述激光束在样品表面的二维平面扫描；

所述激光聚焦单元用于聚焦所述激光束；

所述运动定位系统设置于所述激光聚焦单元的下方，所述运动定位系统用于固定所述样品，并带动所述样品移动；

所述视觉照明成像系统用于获取样品的线路板的图像，所述视觉照明成像系统设置于所述激光聚焦单元的上方；

所述激光器、光束大小控制单元、光学扫描单元、激光聚焦单元、视觉照明成像系统和运动定位系统分别与所述控制系统通信连接。

更进一步说明，所述光束大小控制单元包括内部镜片组和第一滑移操作装置，所述第一滑移操作装置与所述控制系统通信连接，所述第一滑移操作装置用于控制所述内部镜片组中的部分镜片的移动，实现经过所述光束大小控制单元的激光束的直径大小发生变化。

更进一步说明，所述内部镜片组包括依次设置于同一水平线上的第一光束调整镜、第二光束调整镜组、第三光束调整镜组、第二光束调整镜和第四光束调整镜组，所述第一滑移操作装置用于控制所述第二光束调整镜组和所述第三光束调整镜组的水平运动。

更进一步说明，所述内部镜片组包括依次设置于同一水平线上的第三光束调整镜、第四光束调整镜、第五光束调整镜和第六光束调整镜，所述第一滑移操作装置用于控制所述第四光束调整镜和所述第五光束调整镜做上下移动的运动。

更进一步说明，所述光学扫描单元包括沿所述激光束的移动路径依次设置的扫描振和扫描光束调整镜组，所述扫描振镜与所述控制系统通信连接，所述扫描振镜用于控制所述激光束摆动，所述扫描光束调整镜组用于调整所述激光束的摆动角度和摆动方向。

更进一步说明，所述激光聚焦单元包括激光聚焦镜组和第二滑移操作装置，所述第二滑移操作装置与所述控制系统通信连接，所述第二滑移操作装置用于控制所述激光聚焦镜组的上下运动，以使所述激光束的激光焦点处于铜层的表面。

更进一步说明，所述视觉照明成像系统包括第一二向色镜、第二二向色镜、匀光透镜、照明灯、成像镜组和CCD相机；所述激光聚焦单元的上方依次设置有第一二向色镜、第二二向色镜、匀光透镜和照明灯；所述第二二向色镜的一侧沿光路方向依次设有所述成像镜组和所述CCD相机，所述CCD相机与所述控制系统通信连接。

与现有技术相比，本发明的实施例具有以下有益效果：

本发明提出的印刷线路板短路激光修复方法，可以有效完成印刷线路板的短路修复，且充分避免修复加工后的局部铜层和导电产物的残留，能够大幅减少激光修复时对正常铜层的损伤及基材的损伤，解决了目前激光修复方法去除表面铜层时容易形成局部残留、容易造成基材高分子层的损伤、出现导电产物的残留导致修复失败的问题；

进而提出应用于上述印刷线路板短路激光修复方法的印刷线路板短路激光修复设备，能够实现印刷线路板的短路修复，对铜层的去除效率高，修复效果好，且能够避免修复后的导电产物残留以及对正常铜层和基材的损伤。

附图说明

图1是本发明一个实施例的印刷线路板短路激光修复方法的流程图；

图2是本发明一个实施例的印刷线路板短路激光修复设备的结构示意图；

图3是本发明一个实施例的印刷线路板短路激光修复设备的光束大小控制单元的内部镜片组的结构示意图；

图4是本发明一个实施例的印刷线路板短路激光修复设备的光束大小控制单元的内部镜片组的结构示意图；

图5是本发明一个实施例的修复效果图；

图6是本发明一个对比例的修复效果图；

图7是本发明一个对比例的修复效果图；

其中：激光光学系统100、激光器1、第一光束调整镜组2、第一反射镜3、光束大小控制单元4、内部镜片组6、第一滑移操作装置5、光学扫描单元70、扫描振镜7、扫描光束调整镜组9、第二反射镜10、激光聚焦单元120、激光聚焦镜组12、第二滑移操作装置19、视觉照明成像系统200、第一二向色镜11、第二二向色镜13、匀光透镜14、照明灯15、成像镜组17、CCD相机18、运动定位系统16、控制系统8、第一光束调整镜21、第二光束调整镜组22、第三光束调整镜组23、第二光束调整镜24、第四光束调整镜组25、第三光束调整镜26、第四光束调整镜27、第五光束调整镜28、第六光束调整镜29、入射光束20。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，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，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，一种印刷线路板短路激光修复方法，包括以下步骤：

步骤S1、获取样品的线路板的局部图像，锁定短路位置，确定待去除区域的大小、形状和位置；

步骤S2、控制激光束的直径大小，使激光束的激光焦点聚焦于待去除区域的表面，且聚焦于待去除区域表面的光斑为小尺寸聚焦光斑，控制激光束对待去除区域的边缘进行扫描，形成隔绝槽；

步骤S3、控制激光束的直径大小，使激光束的激光焦点聚焦于待去除区域的表面，且聚焦于待去除区域表面的光斑为大尺寸聚焦光斑，控制激光束对待去除区域进行填充扫描，使基材与铜层接触的区域发生改性；

步骤S4、控制激光束的直径大小，使激光束的激光焦点聚焦于待去除区域的表面，且聚焦于待去除区域表面的光斑为小尺寸聚焦光斑，控制激光束对待去除区域进行填充扫描，直至待去除区域的铜层完全去除；

步骤S5、获取样品的线路板的局部图像，锁定样品的表面残留产物的位置和区域大小，控制激光束的直径大小，使激光束的激光焦点聚焦于待去除区域的表面，且聚焦于待去除区域表面的光斑为大尺寸聚焦光斑，控制激光束对有表面残留产物的区域进行填充扫描，去除表面残留产物；

步骤S6、获取样品的待去除区域的图像，确定是否达到修复要求；若是，则对样品的下一个待去除区域执行步骤S1至S5的操作；若否，则重复步骤S4至S5。

由于铜具有较高的热导率、较高的熔点（大于1000 ℃），而基材高分子及基材与铜层间的粘接剂具有较低的热导率、较低的分解温度（低于350 ℃）。本发明首先通过小尺寸聚焦光斑，对待去除区域的边缘进行扫描，将待去除区域与其他正常电路间的铜层去除，形成隔绝槽，把需要去除掉的铜层区域进行隔离；然后通过大尺寸聚焦光斑激光填充扫描待去除部分时，激光脉冲的中心能流密度较低，在去除表面铜层的同时，可以造成铜层的加热，由于铜层较薄，基材与表面铜层接触的区域也会被快速加热并发生改性（改性包括快速分解形成气体产物或碳化等），从而降低待去除区域的铜层与基材的结合力；随后通过小尺寸聚焦光斑扫描加工待去除区域的表面铜层，由于此时表面铜层与基材的结合力较弱，去除效率可大幅提高，同时可抑制局部铜层的残留，从而避免了对局部残留铜层的二次加工造成的严重基材损伤，所述隔绝槽的作用是将待去除区域与正常电路上的铜层隔开，避免大尺寸聚焦光斑扫描时，热量传递到正常铜层，造成正常区域的损伤。同时，由于表面残留产物在基材表面的结合力较弱，使用大尺寸聚焦光斑对有表面残留产物的区域进行填充扫描，可以在去除表面残留产物的同时，避免对基材和附近铜层造成损伤。

所述印刷线路板短路激光修复方法，可以有效完成印刷线路板的短路修复，且充分避免修复加工后的局部铜层和导电产物的残留，能够大幅减少激光修复时对正常铜层的损伤及基材的损伤，解决了目前激光修复方法去除表面铜层时容易形成局部残留、容易造成基材高分子层的损伤、出现导电产物的残留导致修复失败的问题。

更进一步说明，所述小尺寸聚焦光斑的光斑直径为1～5μm，所述大尺寸聚焦光斑的光斑直径为所述小尺寸聚焦光斑的光斑直径的1.5倍及以上。

具体地，所述小尺寸聚焦光斑的光斑直径为1～5μm，使用小尺寸聚焦光斑时，聚焦激光脉冲的平均能流密度是铜层单脉冲烧蚀阈值的2倍及以上。

所述大尺寸聚焦光斑的光斑直径为所述小尺寸聚焦光斑的光斑直径的1.5倍及以上，此时激光脉冲的中心能流密度较低，在去除表面铜层的同时，可以造成铜层的加热，由于铜层较薄，基材与表面铜层接触的区域也会被快速加热并发生改性；

所述步骤S3中的改性是指高分子材料的化学基团、成分或状态发生改变，包括但不限于碳化、氧化、部分化学键断裂、融化、气化等；

所述的表面残留产物主要包括激光烧蚀铜层形成的铜、氧化亚铜或氧化铜的颗粒物以及激光烧蚀基材形成的非晶碳等产物。

所述的基材包括高分子复合材料、陶瓷材料等材料。

更进一步说明，所述隔绝槽的槽宽＜10μm。

通过设置所述隔绝槽，能够将待去除区域与正常电路上的铜层隔开，避免大尺寸聚焦光斑扫描时造成正常区域的损伤，限定所述隔绝槽的槽宽，避免所述隔绝槽的槽宽过大而影响正常电路上的铜层。

如图2所示，一种印刷线路板短路激光修复设备，应用于所述的印刷线路板短路激光修复方法，包括激光光学系统100、视觉照明成像系统200、运动定位系统16和控制系统8；

所述激光光学系统100用于形成所需的聚焦光斑和实现聚焦光斑的运动，所述激光光学系统100包括沿激光束的移动路径依次设置的激光器1、第一光束调整镜组2、光束大小控制单元4、光学扫描单元70和激光聚焦单元120；

所述激光器1用于发射激光束；

所述第一光束调整镜组2用于将所述激光束调整为近平行光束；

所述光束大小控制单元4用于控制激光束的直径大小；

所述光学扫描单元70用于控制所述激光束的摆动以实现所述激光束在样品表面的二维平面扫描；

所述激光聚焦单元120用于聚焦所述激光束；

所述运动定位系统16设置于所述激光聚焦单元120的下方，所述运动定位系统16用于固定所述样品，并带动所述样品移动；

所述视觉照明成像系统200用于获取样品的线路板的图像，所述视觉照明成像系统200设置于所述激光聚焦单元120的上方；

所述激光器1、光束大小控制单元4、光学扫描单元70、激光聚焦单元120、视觉照明成像系统200和运动定位系统16分别与所述控制系统8通信连接，受所述控制系统8控制。

具体地，所述通过激光器1发射脉冲激光，发生的激光束通过所述第一光束调整镜组2，获得近平行光束，激光束随后进入所述光束大小控制单元4，所述光束大小控制单元4可以控制所述激光束的直径大小，经过光束大小控制单元4的光束进入所述光学扫描单元70，所述光学扫描单元70控制所述激光束的摆动以实现所述激光束在样品表面的二维平面扫描；

更进一步说明，所述第一光束调整镜组2由多片光学透镜组合安装而成；

更进一步说明，所述运动定位系统16包括多轴运动平台和样品吸附装置，所述样品吸附装置用于固定样品，所述多轴运动平台用于带动所述样品吸附装置移动，从而带动样品移动。

所述控制系统8包括可接收和输出信号的计算机、与各执行机构相连的信号传输线和信号转换装置。

所述印刷线路板短路激光修复装置，能够实现印刷线路板的短路修复，对铜层的去除效率高，修复效果好，且能够避免修复后的导电产物残留以及对正常铜层和基材的损伤。

更进一步说明，所述光束大小控制单元4包括内部镜片组6和第一滑移操作装置5，所述第一滑移操作装置5与所述控制系统8通信连接，所述第一滑移操作装置5的运动受所述控制系统8的控制，所述第一滑移操作装置5用于控制所述内部镜片组6中的部分镜片的移动，实现经过所述光束大小控制单元4的激光束的直径大小发生变化。

在本发明的一个实施例中，所述内部镜片组6包括依次设置于同一水平线上的第一光束调整镜21、第二光束调整镜组22、第三光束调整镜组23、第二光束调整镜24和第四光束调整镜组25，所述第一滑移操作装置5用于控制所述第二光束调整镜组22和所述第三光束调整镜组23的水平运动。

如图3所示，在本实施例中，所述第一光束调整镜21、所述第二光束调整镜24和所述第四光束调整镜组25的位置固定不动，所述第一滑移操作装置5可控制所述第二光束调整镜组22和所述第三光束调整镜组23的水平运动，当所述第二光束调整镜组22和所述第三光束调整镜组23处于不同位置时，入射光束20经过所述光束大小控制单元4后的光束直径大小不同。两个典型位置组合分别如图3中的A和B所示，当所述第二光束调整镜组22和所述第三光束调整镜组23位于位置A时，出射的激光束的直径较小；当所述第二光束调整镜组22和所述第三光束调整镜组23位于位置B时，出射的激光束的直径较大；

需要说明的是，所述第二光束调整镜组22、第三光束调整镜组23和所述第四光束调整镜组25均由多片光学透镜组合安装而成。

在本发明的另一些实施例中，所述内部镜片组6包括依次设置于同一水平线上的第三光束调整镜26、第四光束调整镜27、第五光束调整镜28和第六光束调整镜29，所述第一滑移操作装置5用于控制所述第四光束调整镜27和所述第五光束调整镜28做上下移动的运动。

如图4所示，其中所述第三光束调整镜26和所述第六光束调整镜29的位置固定不动，所述第一滑移操作装置5可控制所述第四光束调整镜27和所述第五光束调整镜28的上下运动，当所述第四光束调整镜27和所述第五光束调整镜28处于不同位置时，入射光束20经过所述光束大小控制单元4后的光束直径大小不同；两个典型位置组合分别如图4中C和D所示，当所述第四光束调整镜27和所述第五光束调整镜28位于位置C时，出射的激光束的直径较小；当所述第四光束调整镜27和所述第五光束调整镜28位于位置D时，出射的激光束的直径较大。

更进一步说明，所述光学扫描单元70包括沿所述激光束的移动路径依次设置的扫描振7和扫描光束调整镜组9，所述扫描振镜7与所述控制系统8通信连接，所述扫描振镜7用于控制所述激光束摆动，所述扫描光束调整镜组9用于调整所述激光束的摆动角度和摆动方向。

具体地，经过所述光束大小控制单元4的激光束进入所述扫描振镜7，所述扫描振镜7可实现激光束的二维摆动，摆动的轨迹和速度受所述控制系统8控制，经过所述扫描振镜7的激光束经过所述扫描光束调整镜组9，所述扫描光束调整镜组9由多片光学透镜组合安装而成，可以使光束的二维摆动转变为二维小角度摆动，以使得激光束入射所述激光聚焦单元120时的入射角和入瞳位置发生变化，并最终转变为光斑在聚焦镜组焦点平面附近的二维平面扫描。

具体地，所述光学扫描单元70由单片或多片反射镜及所述扫描光束调整镜组9组成，其中的单片或多片反射镜可在电机控制下实现两轴快速摆动，摆动的激光束经过所述扫描光束调整镜组9后的摆动角度和方向发生改变，之后进入所述激光聚焦单元120，光束的摆动转变为光斑在聚焦系统焦点平面附近的二维平面移动，以实现激光束在样品表面的二维平面扫描。

更进一步说明，所述激光聚焦单元120包括激光聚焦镜组12和第二滑移操作装置19，所述第二滑移操作装置19与所述控制系统8通信连接，所述第二滑移操作装置19用于控制所述激光聚焦镜组12的上下运动，以使所述激光束的激光焦点处于铜层的表面。

具体地，所述激光聚焦镜组12由多片光学透镜组合安装而成，可以使入射的激光束聚焦，聚焦光斑直径与入射的激光束的直径有关，入射的激光束的直径越小，聚焦光斑的直径越大。

更进一步说明，所述激光聚焦镜组12可在所述第二滑移操作装置19的控制下做上下移动的运动，所述第二滑移操作装置19的运动受所述控制系统8控制。

更进一步说明，所述视觉照明成像系统200包括第一二向色镜11、第二二向色镜13、匀光透镜14、照明灯15、成像镜组17和CCD相机18；

所述激光聚焦单元120的上方依次设置有第一二向色镜11、第二二向色镜13、匀光透镜14和照明灯15；

所述第二二向色镜13的一侧沿光路方向依次设有所述成像镜组17和所述CCD相机18，所述CCD相机18与所述控制系统8通信连接。

具体地，所述成像镜组17和所述CCD相机18的设置方向与第一二向色镜11、第二二向色镜13、匀光透镜14和照明灯15的设置方向相垂直。

更进一步说明，所述第一二向色镜11反射入射的激光束，但允许其他波长的光透过，所述第一二向色镜11的上方布置有所述第二二向色镜13、匀光透镜14和照明15灯，所述照明灯15具体为LED照明灯，所述照明灯15可发出多种单色光，每种单色光的谱线宽度不大于50 nm。

更进一步说明，所述第二二向色镜13允许所述照明灯15发出的光透过，但反射其他波段的光，所述照明灯15发出的光依次经过所述匀光透镜14、第二二向色镜13和第一二向色镜11后，被所述激光聚焦单元120聚焦；样品的表面反射或发射的光依次经过所述激光聚焦单元120、第一二向色镜11后被所述第二二向色镜13反射，进入所述成像镜组17和所述CCD相机18，在所述CCD相机18上形成的样品表面的图像被传输到所述控制系统8。

具体地，所述成像镜组17由多片光学透镜组合安装而成。

更进一步说明，所述第一光束调整镜组2与所述光束大小控制单元4之间还设有第一反射镜3，所述第一反射镜3用于将所述激光束反射至所述光束大小控制单元4的入射端；所述扫描光束调整镜组9的出射端与所述第一二向色镜11之间还设有第二反射镜10，经过所述扫描振镜7的激光束经过所述扫描光束调整镜组9和所述第二反射镜10反射至所述第一二向色镜11，再经过所述第一二向色镜11反射，进入所述激光聚焦镜组12。

以下具体说明所述印刷线路板短路激光修复设备的动作过程：

步骤S1、所述运动定位系统16将样品的待去除区域移动到激光聚焦镜组12的下方，所述CCD相机18获取待去除区域的图像，确定待去除区域的大小、形状和位置；

步骤S2、控制所述光束大小控制单元4中的所述第一滑移操作装置5，从而改变所述内部镜片组6中的可移动镜片的位置，使激光束经过所述光束大小控制单元4后成为大尺寸光斑，此时经过所述激光聚焦镜组12后的聚焦光斑为小尺寸聚焦光斑，通过所述第二滑移操作装置19控制所述激光聚焦镜组12运动，使经过所述激光聚焦镜组12的激光束聚焦于待去除区域的表面，所述激光器1发射激光束，所述扫描振镜7控制激光束二维偏转，在待去除区域的边缘加工形成隔绝槽；

步骤S3、控制所述光束大小控制单元4中的第一滑移操作装置5，从而改变所述内部镜片组6中的可移动镜片的位置，使激光束经过所述光束大小控制单元4后成为小尺寸光斑，此时经过所述激光聚焦镜组12后的聚焦光斑为大尺寸聚焦光斑，通过所述第二滑移操作装置19控制所述激光聚焦镜组12运动，使经过所述激光聚焦镜组12的激光束聚焦于待去除区域的表面，所述激光器1发射激光束，所述扫描振镜7控制激光束二维偏转，对待去除区域进行二维填充扫描，使基材与铜层接触的区域发生改性，降低铜层与基材的结合力；

步骤S4、控制所述光束大小控制单元4中的第一滑移操作装置5，从而改变所述内部镜片组6中的可移动镜片位置，使激光束经过所述光束大小控制单元4后成为大尺寸光斑，此时经过所述激光聚焦镜组12后的聚焦光斑为小尺寸聚焦光斑，通过所述第二滑移操作装置19控制所述激光聚焦镜组12运动，使经过所述激光聚焦镜组12的激光束聚焦于待去除区域的表面，所述激光器1发射激光束，所述扫描振镜7控制激光束二维偏转，对待去除区域进行二维填充扫描，直至待去除区域的铜层完全去除；

步骤S5、通过所述CCD相机18获取样品的线路板的局部图像，锁定样品的表面残留产物的位置和区域大小，控制所述光束大小控制单元4中的第一滑移操作装置5，从而改变所述内部镜片组6中的可移动镜片位置，使激光束经过所述光束大小控制单元4后成为小尺寸光斑，此时经过所述激光聚焦镜组12后的聚焦光斑为大尺寸光斑，通过所述第二滑移操作装置19控制所述激光聚焦镜组12运动，使经过所述激光聚焦镜组12的激光束聚焦于待去除区域的表面，所述激光器1发射激光束，所述扫描振镜7控制激光束二维偏转，对有残留产物的区域进行填充扫描，去除表面残留产物；

步骤S6、通过所述CCD相机18获取样品的待加工区域的图像，确定是否达到修复要求；若是，则运动定位系统16将样品的下一个待去除区域移动到所述激光聚焦镜组12的下方，对样品的下一个待去除区域执行步骤S1至S5的操作；若否，则重复步骤S4至S5。

为了便于理解本发明，下面对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

实施例1

待修复PCB板为玻璃纤维环氧树脂覆铜板，基材为玻璃纤维和环氧树脂组成的复合材料，表面铜层的厚度约为30μm。

使用的激光器1（脉冲激光器）的参数为：最大单脉冲能量7μJ，脉冲重频20kHz，脉冲宽度5ns，激光波长532nm。使用如图2所示的设备，其中光束大小控制单元采用图3所示的方案，加工步骤为：

步骤S1、运动定位系统16将样品的待去除区域移动到激光聚焦镜组12的下方，CCD相机18获取待去除区域的图像，确定待去除区域的大小、形状和位置；

步骤S2、控制光束大小控制单元4中的第一滑移操作装置5，使内部镜片组6中的镜片位置如图3中的B所示，此时经过激光聚焦镜组12后的聚焦光斑的直径约为2 μm，第二滑移操作装置19控制激光聚焦镜组12运动，使经过激光聚焦镜组12的激光束聚焦于待去除区域的表面，激光器1发射激光束，扫描振镜7控制激光束二维偏转，在待去除区域的边缘加工出宽度约为5 μm的隔绝槽；

步骤S3、控制光束大小控制单元4中的第一滑移操作装置5，使内部镜片组6中的镜片位置如图3中的A所示，此时经过激光聚焦镜组12后的聚焦光斑直径约为8μm，第二滑移操作装置19控制激光聚焦镜组12运动，使经过激光聚焦镜组12的激光束聚焦于待去除区域表面，激光器1发射激光束，扫描振镜7控制激光束二维偏转，对待去除区域进行二维填充扫描，使铜层底部的温度升高到350 ℃以上，与铜层底部接触的环氧树脂发生热分解反应；

步骤S4、控制光束大小控制单元4中的第一滑移操作装置5，使内部镜片组6中的镜片位置如图3中的B所示，此时经过激光聚焦镜组12后的聚焦光斑直径约为2μm，第二滑移操作装置19控制激光聚焦镜组运动，使经过激光聚焦镜组12的激光束聚焦于待去除区域表面，激光器1发射激光束，扫描振镜7控制激光束二维偏转，对待去除区域进行二维填充扫描，将待去除区域表面的铜层去除；

步骤S5、通过CCD相机18获取样品的线路板的局部图像，锁定样品的表面残留产物的位置和区域大小，控制光束大小控制单元中的第一滑移操作装置5，使内部镜片组6中的镜片位置如图3中的A所示，此时经过激光聚焦镜组12后的聚焦光斑直径约为8 μm，第二滑移操作装置19控制激光聚焦镜组12运动，使经过激光聚焦镜组12的激光束聚焦于待去除区域表面，激光器1发射激光束，扫描振镜7控制激光束二维偏转，对有残留产物的区域进行填充扫描，去除表面残留产物；

步骤S6、CCD相机18获取样品的待加工区域的图像，确定是否有残留铜层，若无，则运动定位系统16将样品的下一个待去除区域移动到激光聚焦镜组12的下方，对样品的下一个待去除区域执行步骤S1至S5的操作；如果存在残留铜层，则则重复步骤S4至S5。

典型缺陷的修复效果如图5所示，该区域设计有100×100μm²的无覆铜区域，但由于电镀缺陷，整个表面均有覆铜，经修复后，中心100×100μm²区域的覆铜被去除，加工边缘无明显的残留产物。

实施例2

待修复PCB板为PTFE覆铜板，基材为聚四氟乙烯和陶瓷颗粒组成的复合材料，表面铜层厚度约25μm。

使用的激光器1（脉冲激光器）参数为：最大单脉冲能量4μJ，脉冲重频50 kHz，脉冲宽度2ns，激光波长515nm。使用如图2所示的设备，其中光束大小控制单元采用图4所示的方案，加工步骤为：

步骤S1、运动定位系统16将样品的待去除区域移动到激光聚焦镜组12的下方，CCD相机18获取待去除区域的图像，确定待去除区域的大小、形状和位置。

步骤S2、控制光束大小控制单元4中的第一滑移操作装置5，使内部镜片组6中的镜片位置如图4中的D所示，此时经过激光聚焦镜组12后的聚焦光斑的直径约为3 μm，第二滑移操作装置19控制激光聚焦镜组12运动，使经过激光聚焦镜组12的激光束聚焦于待去除区域的表面，激光器1发射激光束，扫描振镜7控制激光束二维偏转，在待去除区域的边缘加工出宽度约为6 μm的隔绝槽；

步骤S3、控制光束大小控制单元4中的第一滑移操作装置5，使内部镜片组6中的镜片位置如图4中的C所示，此时经过激光聚焦镜组12后的聚焦光斑直径约为9 μm，第二滑移操作装置19控制激光聚焦镜组12运动，使经过激光聚焦镜组12的激光束聚焦于待去除区域表面，激光器发射激光束，扫描振镜7控制激光束二维偏转，对待去除区域进行二维填充扫描，使铜层底部的温度升高到300 ℃以上，与铜层底部接触的聚四氟乙烯发生熔融；

步骤S4、控制光束大小控制单元4中的第一滑移操作5装置，使内部镜片组6中的镜片位置如图4中的D所示，此时经过激光聚焦镜组12后的聚焦光斑直径约为3 μm，第二滑移操作装置19控制激光聚焦镜组12运动，使经过激光聚焦镜组12的激光束聚焦于待去除区域表面，激光器1发射激光束，扫描振镜7控制激光束二维偏转，对待去除区域进行二维填充扫描，将待去除区域表面的铜层去除；

步骤S5、通过CCD相机18获取样品的线路板的局部图像，锁定样品的表面残留产物的位置和区域大小，控制光束大小控制单元4中的第一滑移操作装置5，使内部镜片组6中的镜片位置如图4中的C所示，此时经过激光聚焦镜组12后的聚焦光斑直径约为9 μm，第二滑移操作装置19控制激光聚焦镜组12运动，使经过激光聚焦镜组12的激光束聚焦于待去除区域表面，激光器1发射激光束，扫描振镜7控制激光束二维偏转，对有残留产物的区域进行填充扫描，去除表面残留产物；

步骤S6、CCD相机18获取样品的待加工区域的图像，确定是否有残留铜层，若无，则运动定位系统16将样品的下一个待去除区域移动到激光聚焦镜组12的下方，对样品的下一个待去除区域执行步骤S1至S5的操作；如果存在残留铜层，则则重复步骤S4至S5。

对比例1

待修复的PCB板与实施例1相同，为玻璃纤维环氧树脂覆铜板，表面铜层厚度约为30 μm。

使用的激光器1（脉冲激光器）的参数与实施例1相同：最大单脉冲能量7μJ，脉冲重频20kHz，脉冲宽度5ns，激光波长532nm。使用的设备与实施例1相同，如图2所示，其中光束大小控制单元采用图3所示的方案，加工步骤为：

步骤S1、运动定位系统16将样品的待去除区域移动到激光聚焦镜组12的下方，CCD相机18获取待去除区域的图像，确定待去除区域的大小、形状和位置；

步骤S2、控制光束大小控制单元4中的第一滑移操作装置5，使内部镜片组6中的镜片位置如图3中的B所示，此时经过激光聚焦镜组12后的聚焦光斑直径约为2μm，第二滑移操作装置19控制激光聚焦镜组12运动，使经过激光聚焦镜组12的激光束聚焦于待去除区域表面，激光器1发射激光束，扫描振镜7控制激光束二维偏转，对待去除区域进行二维填充扫描，将待去除区域表面的铜层去除；

步骤S3、CCD相机18获取样品的待加工区域的图像，确定表面铜层是否去除完毕，如果去除完毕，则运动定位系统16将样品的下一个待去除区域移动到激光聚焦镜组12的下方，如果没有去除完毕，则重复步骤S2。

典型缺陷的修复效果如图6所示，该区域设计有100×100μm²的无覆铜区域，但由于电镀缺陷，整个表面均有覆铜，经修复后，中心100×100μm²区域的覆铜被去除，但由于没有进行隔绝槽的加工，没有使用大尺寸聚焦光斑使基材与铜层接触的区域发生改性，以及没有使用大尺寸聚焦光斑对表面残留产物进行去除，加工区域残留了大量残铜，且加工边缘可见明显的黑色残留产物。

对比例2

待修复PCB板与实施例1相同，为玻璃纤维环氧树脂覆铜板，表面铜层厚度约30 μm。

使用的激光器1（脉冲激光器）参数与实施例1相同：最大单脉冲能量7μJ，脉冲重频20kHz，脉冲宽度5ns，激光波长532nm。使用的设备与实施例1相同，如图2所示，其中光束大小控制单元采用图3所示的方案，加工步骤为：

步骤S1、运动定位系统16将样品的待去除区域移动到激光聚焦镜组12的下方，CCD相机18获取待去除区域的图像，确定待去除区域的大小、形状和位置；

步骤S2、控制光束大小控制单元4中的第一滑移操作装置5，使内部镜片组6中的镜片位置如图3中的B所示，此时经过激光聚焦镜组12后的聚焦光斑的直径约为2 μm，第二滑移操作装置19控制激光聚焦镜组12运动，使经过激光聚焦镜组12的激光束聚焦于待去除区域的表面，激光器1发射激光束，扫描振镜7控制激光束二维偏转，在待去除区域的边缘加工出宽度约为5 μm的隔绝槽；

步骤S3、控制光束大小控制单元4中的第一滑移操作装置5，使内部镜片组6中的镜片位置如图3中的A所示，此时经过激光聚焦镜组12后的聚焦光斑直径约为8μm，第二滑移操作装置19控制激光聚焦镜组12运动，使经过激光聚焦镜组12的激光束聚焦于待去除区域表面，激光器1发射激光束，扫描振镜7控制激光束二维偏转，对待去除区域进行二维填充扫描，使铜层底部的温度升高到350 ℃以上，与铜层底部接触的环氧树脂发生热分解反应；

步骤S4、控制光束大小控制单元4中的第一滑移操作装置5，使内部镜片组6中的镜片位置如图3中的B所示，此时经过激光聚焦镜组12后的聚焦光斑直径约为2μm，第二滑移操作装置19控制激光聚焦镜组12运动，使经过激光聚焦镜组12的激光束聚焦于待去除区域表面，激光器1发射激光束，扫描振镜7控制激光束二维偏转，对待去除区域进行二维填充扫描，将待去除区域表面的铜层去除；

步骤S5、CCD相机18获取样品的待加工区域的图像，确定表面铜层是否去除完毕，如果去除完毕，则运动定位系统16将样品的下一个待去除区域移动到激光聚焦镜组12的下方，对样品的下一个待去除区域执行步骤S1至S4的操作，如果没有去除完毕，则重复步骤S4。

典型缺陷的修复效果如图7所示，该区域设计有100×100μm²的无覆铜区域，但由于电镀缺陷，整个表面均有覆铜，经修复后，中心100×100μm²区域的覆铜被去除，加工区域无明显铜层残留，但由于没有使用大尺寸聚焦光斑进行表面残留产物的去除，加工边缘可见明显的黑色残留产物。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种印刷线路板短路激光修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、获取样品的线路板的局部图像，锁定短路位置，确定待去除区域的大小、形状和位置；

步骤S2、控制激光束的直径大小，使激光束的激光焦点聚焦于待去除区域的表面，且聚焦于待去除区域表面的光斑为小尺寸聚焦光斑，控制激光束对待去除区域的边缘进行扫描，形成隔绝槽；

步骤S3、控制激光束的直径大小，使激光束的激光焦点聚焦于待去除区域的表面，且聚焦于待去除区域表面的光斑为大尺寸聚焦光斑，控制激光束对待去除区域进行填充扫描，使基材与铜层接触的区域发生改性；

步骤S4、控制激光束的直径大小，使激光束的激光焦点聚焦于待去除区域的表面，且聚焦于待去除区域表面的光斑为小尺寸聚焦光斑，控制激光束对待去除区域进行填充扫描，直至待去除区域的铜层完全去除；

步骤S5、获取样品的线路板的局部图像，锁定样品的表面残留产物的位置和区域大小，控制激光束的直径大小，使激光束的激光焦点聚焦于待去除区域的表面，且聚焦于待去除区域表面的光斑为大尺寸聚焦光斑，控制激光束对有表面残留产物的区域进行填充扫描，去除表面残留产物；

步骤S6、获取样品的待去除区域的图像，确定是否达到修复要求；若是，则对样品的下一个待去除区域执行步骤S1至S5的操作；若否，则重复步骤S4至S5。

2.根据权利要求1所述的印刷线路板短路激光修复方法，其特征在于，所述小尺寸聚焦光斑的光斑直径为1～5μm，所述大尺寸聚焦光斑的光斑直径为所述小尺寸聚焦光斑的光斑直径的1.5倍及以上。

3.根据权利要求1所述的印刷线路板短路激光修复方法，其特征在于，所述隔绝槽的槽宽＜10μm。

4.一种印刷线路板短路激光修复设备，其特征在于，应用于如权利要求1～3任意一项所述的印刷线路板短路激光修复方法，包括激光光学系统、视觉照明成像系统、运动定位系统和控制系统；

所述激光光学系统包括沿激光束的移动路径依次设置的激光器、第一光束调整镜组、光束大小控制单元、光学扫描单元和激光聚焦单元；

所述激光器用于发射激光束；

所述第一光束调整镜组用于将所述激光束调整为近平行光束；

所述光束大小控制单元用于控制激光束的直径大小；

所述光学扫描单元用于控制所述激光束的摆动以实现所述激光束在样品表面的二维平面扫描；

所述激光聚焦单元用于聚焦所述激光束；

所述运动定位系统设置于所述激光聚焦单元的下方，所述运动定位系统用于固定所述样品，并带动所述样品移动；

所述视觉照明成像系统用于获取样品的线路板的图像，所述视觉照明成像系统设置于所述激光聚焦单元的上方；

所述激光器、光束大小控制单元、光学扫描单元、激光聚焦单元、视觉照明成像系统和运动定位系统分别与所述控制系统通信连接。

5.根据权利要求4所述的印刷线路板短路激光修复设备，其特征在于，所述光束大小控制单元包括内部镜片组和第一滑移操作装置，所述第一滑移操作装置与所述控制系统通信连接，所述第一滑移操作装置用于控制所述内部镜片组中的部分镜片的移动，实现经过所述光束大小控制单元的激光束的直径大小发生变化。

6.根据权利要求5所述的印刷线路板短路激光修复设备，其特征在于，所述内部镜片组包括依次设置于同一水平线上的第一光束调整镜、第二光束调整镜组、第三光束调整镜组、第二光束调整镜和第四光束调整镜组，所述第一滑移操作装置用于控制所述第二光束调整镜组和所述第三光束调整镜组的水平运动。

7.根据权利要求5所述的印刷线路板短路激光修复设备，其特征在于，所述内部镜片组包括依次设置于同一水平线上的第三光束调整镜、第四光束调整镜、第五光束调整镜和第六光束调整镜，所述第一滑移操作装置用于控制所述第四光束调整镜和所述第五光束调整镜做上下移动的运动。

8.根据权利要求4所述的印刷线路板短路激光修复设备，其特征在于，所述光学扫描单元包括沿所述激光束的移动路径依次设置的扫描振和扫描光束调整镜组，所述扫描振镜与所述控制系统通信连接，所述扫描振镜用于控制所述激光束摆动，所述扫描光束调整镜组用于调整所述激光束的摆动角度和摆动方向。

9.根据权利要求4所述的印刷线路板短路激光修复设备，其特征在于，所述激光聚焦单元包括激光聚焦镜组和第二滑移操作装置，所述第二滑移操作装置与所述控制系统通信连接，所述第二滑移操作装置用于控制所述激光聚焦镜组的上下运动，以使所述激光束的激光焦点处于铜层的表面。

10.根据权利要求4所述的印刷线路板短路激光修复设备，其特征在于，所述视觉照明成像系统包括第一二向色镜、第二二向色镜、匀光透镜、照明灯、成像镜组和CCD相机；所述激光聚焦单元的上方依次设置有第一二向色镜、第二二向色镜、匀光透镜和照明灯；所述第二二向色镜的一侧沿光路方向依次设有所述成像镜组和所述CCD相机，所述CCD相机与所述控制系统通信连接。

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