CN114571103A - 印制线路板的激光加工方法和系统、计算机存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种印制线路板的激光加工方法和系统、计算机存储介质，印制线路板的激光加工方法，所述印制线路板包括绝缘层和层叠至所述绝缘层上的导电层，包括以下过程：发射照射所述绝缘层的加工激光，所述加工激光加工所述绝缘层从而在所述绝缘层上形成加工孔；发射照射所述加工孔的底部的检测激光，检测所述加工孔的底部反射的所述检测激光的反射光强度；根据所述检测激光的反射光强度的变化，确定所述绝缘层的剩余状态，根据所述剩余状态控制所述加工激光的工作状态。本发明能够实时监测加工孔剩余材料状态，并根据所述状态自动调整下一层加工的激光参数和扫描路径，实现全自动化完成激光加工过程。

Description

印制线路板的激光加工方法和系统、计算机存储介质

技术领域

本发明涉及印制线路板的激光加工技术领域，更具体地，涉及一种印制线路板的激光加工方法和系统、计算机存储介质。

背景技术

PCB(Printed Circuit Board，印制线路板)是一种重要的电子元器件支撑体。PCB在制备过程中经常在其绝缘层装配下沉元器件，所以需要对其绝缘层开设贯穿绝缘层至导电层上方的加工孔/槽，以使位于加工孔/槽内的元器件能够电连接至导电层。以往多采用机械加工或多层板材二次压合的方式制备加工孔/槽。

但是，在电子及半导体领域，激光加工技术已经逐渐取代了传统的机械加工方式。激光加工技术具有光束窄、单脉冲能量高、无接式加工、对材料伤害小以及路径灵活等特点，相比传统的加工方式，激光加工出来的加工孔/槽宽精度高，加工孔/槽深易控制，诸多优势使得激光加工在PCB制备中越来越受欢迎。

使用激光加工技术对覆铜PCB完成加工孔/槽的加工的方式，主要方案是分多层逐渐去除覆铜层上表面的树脂层，每层所采用的激光参数、扫描路径不一定相同，如此，加工结束后，加工孔/槽底部无残留树脂，且覆铜层不受加工的伤害，最后得到样品加工孔/槽底的铜表面干净、平整。

然而，现有技术中，采用激光加工每一层后，均需人工观察加工孔/槽状态，并根据加工孔/槽剩余材料状态调整下一层加工的激光参数和扫描路径，该方式占用人工成本和时间成本，很难做到大规模全自动化的工业应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种印制线路板的激光加工方法和系统、计算机存储介质，能够实时监测加工孔/槽剩余材料状态，并根据所述状态自动调整下一层加工的激光参数和扫描路径，实现全自动化完成激光加工过程。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种印制线路板的激光加工方法，所述印制线路板包括绝缘层和层叠至所述绝缘层上的导电层，包括以下过程：

发射照射所述绝缘层的加工激光，所述加工激光加工所述绝缘层从而在所述绝缘层上形成加工孔；

发射照射所述加工孔的底部的检测激光，检测所述加工孔的底部反射的所述检测激光的反射光强度；

根据所述检测激光的反射光强度的变化，确定所述绝缘层的剩余状态，根据所述剩余状态控制所述加工激光的工作状态。

本发明还提供了一种基于上述印制线路板的激光加工方法的印制线路板的激光加工系统，所述印制线路板包括绝缘层和层叠至所述绝缘层上的导电层，包括：

加工激光发射器，用于发射照射所述绝缘层的加工激光，所述加工激光加工所述绝缘层从而在所述绝缘层上形成加工孔；

检测激光发射器，用于发射照射所述加工孔的底部的检测激光；

检测激光接收器，用于接收所述加工孔的底部反射的所述检测激光，检测所述检测激光的反射光强度，并将所述检测激光的反射光强度的信号传送至所述控制系统；

控制系统，用于根据所述检测激光的反射光强度的信号的变化，确定所述绝缘层的剩余状态，根据所述剩余状态控制所述加工激光器的工作状态。

本发明还提供了一种计算机存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述的印制线路板的激光加工方法。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

本发明实施例通过设置检测激光，利用绝缘层和导电层对检测激光的反射率的不同，监测绝缘层的剩余状态，根据剩余状态控制加工激光的工作状态，从而实现全自动化完成激光加工过程。

本发明实施例通过单独设置检测激光，使检测激光仅用于检测功能，与加工激光的功能区别开，可以分别单独控制检测激光和加工激光，由于加工激光不是持续发射激光，可以设置检测激光持续发射，使检测状态持续存在，提高检测激光的灵敏度，以及提高检测激光检测的稳定性。

本发明实施例通过单独设置检测激光，还可以加大绝缘层和导电层分别对检测激光的反射率之间的差值，差值越大，检测灵敏度越高，控制越精准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1是本发明一具体实施例的印制线路板的激光加工方法的流程图。

图2a～2d是本发明一具体实施例的印制线路板的激光加工方法的结构流程图。

图3是本发明一具体实施例的印制线路板的激光加工方法的控制示意图。

图4是本发明一具体实施例的印制线路板的激光加工系统的框架结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1和图2a～2d，本发明公开了一种印制线路板的激光加工方法，加工前，印制线路板包括绝缘层10和层叠至绝缘层10上的导电层20，具体包括以下过程：

S1：发射照射绝缘层10的加工激光，加工激光加工绝缘层10从而在绝缘层10上形成加工孔。

在本过程中，印制线路板至少包括绝缘层10和层叠至绝缘层10单侧的导电层20，将绝缘层10面朝上放置，预采用加工激光加工贯穿绝缘层10的加工孔，加工孔的底部暴露导电层20，加工孔的形状可以为任意形状，例如，可以为圆形、圆台形或槽形等。

在本具体实施例中，印制线路板的绝缘层10为树脂层，导电层20为金属层。

加工激光主要用于去除绝缘层10，当绝缘层10为树脂时，加工激光通常为紫外光或绿光。

S2：发射照射加工孔的底部的检测激光，检测加工孔的底部反射的检测激光的反射光强度。

S3：根据反射光强度的变化，确定绝缘层10的剩余状态，根据剩余状态控制加工激光加工加工孔。

不同的材料层对检测激光的反射率不同，则检测到的检测激光的反射光强度也不同，检测检测激光的反射光强度可以判断检测激光照射的材料是绝缘层10还是导电层20，从而判断绝缘层10的剩余状态，根据剩余状态控制加工激光下一步加工加工孔的扫描路径和激光参数，从而实现全自动化完成激光加工过程。

参考图2a～2d，当绝缘层10未被贯穿时，加工孔的底部为绝缘层10，检测到的检测激光的反射光强度为绝缘层10对检测激光的反射光强度，当绝缘层10被贯穿时，加工孔的底部暴露出导电层20，则导电层20能够反射检测激光，此时检测到的检测激光的反射光强度为剩余绝缘层10和暴露的导电层20对检测激光的反射光强度，反射光强度发生改变，随着加工激光继续去除绝缘层10，暴露的导电层20的面积越来越大，检测到的检测激光的反射光强度持续变化，当绝缘层10被完全去除后，由于加工孔的底部只有导电层20，此时检测到的检测激光的反射光强度只由导电层20提供，不再变化，因此，根据反射光强度的变化，能够确定绝缘层10的剩余状态，且采用本发明的方法，制得的加工孔的底部干净无绝缘层10材料残留，且对导电层20的伤害小，保持其光滑平整。

在一具体实施例中，将检测激光和加工激光合束同时发射，以使检测激光和加工激光的照射点重合，检测激光和加工激光同步沿扫描路径运动，检测激光随着加工激光一起照射在绝缘层10表面发生漫反射，检测激光能够随加工激光的加工进度实时监测每一步加工激光加工后的加工孔内绝缘层10的剩余状态的实时情况，根据绝缘层10的剩余状态控制下一步的加工激光的工作状态，便于实现全自动化激光加工过程。当然，在其它可实施例中，检测激光也可以不与加工激光合束，以任意角度照射加工孔的底部均可。

在本具体实施例中，加工激光和检测激光均垂直照射印制线路板表面，便于检测激光的反射光能够沿原光路返回，便于收集检测激光的反射光。

在一具体实施例中，采用二向色镜将检测激光发射器发射的检测激光反射合束到加工激光中，同时，采用二向色镜将反射的检测激光的反射光反射至接收检测激光的检测激光接收器。检测激光随着加工激光一起照射在绝缘层10表面发生漫反射，垂直照射加工孔底部的检测激光的反射光能够沿原光路返回，返回过程中只有检测激光被二向色镜反射至检测激光接收器中，从而得到检测激光的反射光强度。

在本具体实施例中，二向色镜可以设置在加工激光的发射路径上，可以将检测激光合束至加工激光中，仅仅沿原光路返回的检测激光的反射光能够被二向色镜反射至检测激光接收器中。

在一具体实施例中，持续发射检测激光，持续检测检测激光的反射光强度，由于检测状态持续存在，提高检测激光的灵敏度和检测的准确性，提高绝缘层10的去除效率。本申请通过单独设置检测激光，使检测激光和加工激光相对独立，能够使检测激光持续发射和检测，由于加工激光不是连续发射的，和以加工激光的反射光强度为检测值相比，本发明能够显著提高检测准确性，确保绝缘层10被除净。

在一具体实施例中，检测激光在导电层20中的反射率应大于其在绝缘层10中的反射率，如此可使检测激光明显区别于加工激光，以便能更精确的提取并检测检测激光的反射光强度。

在一具体实施例中，检测激光在导电层20中的反射率与其在绝缘层10中的反射率的比值大于5，该比值越大，检测激光对不同材料的响应越准确，控制精度越高。

可以检测绝缘层10对检测激光的反射光强度，作为监测对象，也可以检测导电层20对检测激光的反射光强度，作为监测对象。在本具体实施例中，当导电层20为金属，绝缘层10为树脂层时，检测激光优选为红光或红外光，因为金属对红光或红外光有较高的反射率，尤其金属为铜金属时，对红光或红外光的反射率可以高达95％，同时，树脂对红光或红外光的反射率不超过1％，本发明利用反射率的该显著差异来获取加工孔底部材料变化的实时信息，灵敏度高，且准确性高。

参考图3，在一具体实施例中，加工孔的形成步骤具体包括以下步骤：

1)加工激光首先按照预设的第一模式加工当前层加工孔，在加工激光采用第一模式加工当前层加工孔的过程中，检测到的反射的检测激光的反射光强度无明显改变时，确定绝缘层10的剩余状态为第一剩余状态，检测激光的反射光强度发生明显改变时，确定绝缘层10的剩余状态为第二剩余状态。

在该步骤中，有无明显改变的标准是检测激光照射的加工孔的底部的材料发生了由绝缘层到导电层的改变，该改变能使检测到的检测激光的反射光强度发生变化。具体的，通常以检测到的检测激光的反射光强度的变化率为判断标准，检测激光的反射光强度的变化率为当前步检测到的检测激光的反射光强度相比上一步检测到的检测激光的反射光强度的变化率，在本具体实施例中，当检测激光的反射光强度的变化率大于50％时为发生明显改变，小于50％时为未发生明显改变。下文出现的“发生明显改变”和“未发生明显改变”与本段相同。

在该步骤中，绝缘层10的第一剩余状态为该层加工激光加工后的加工孔的底部材料仅包括绝缘层10的材料，在该层的加工激光加工过程中，检测到的检测激光的反射光强度均为绝缘层10对检测激光的反射光强度，因此，检测激光的反射光强度无明显变化。

绝缘层10的第二剩余状态为该层加工激光加工后的加工孔的底部包括绝缘层10和暴露的导电层20，在该层的加工激光加工过程中，当孔的底部材料是绝缘层10材料时，检测到的检测激光的反射光强度为绝缘层10对检测激光的反射光强度，在暴露导电层20处时，检测到的检测激光的反射光强度为导电层20对检测激光的反射光强度，因此，检测激光的反射光强度会发生明显变化，一旦发生明显变化，则调整下一层进行第二模式的激光加工。

2)当绝缘层10的剩余状态为第一剩余状态时，加工激光按照第一模式加工下一层加工孔，当绝缘层10的剩余状态为第二剩余状态时，加工激光按照预设的第二模式加工下一层加工孔。

在该步骤中，根据绝缘层10的剩余状态，采用不同的模式进行激光加工，当未暴露导电层20时，即绝缘层10处于第一剩余状态时，说明还剩余较多绝缘层10，此时，加工激光的激光功率可以设置得偏高，以加快去除绝缘层10为目标。当暴露导电层20时，即绝缘层10处于第二剩余状态时，说明剩余的绝缘层10已较少，此时，加工激光的激光功率可以设置得偏低，以适当保护导电层20，防止损坏导电层20。

具体的，在本具体实施例中，第一模式的加工激光的激光功率为10W～40W，重复频率为100KHz，线条为10条～50条，加工路径的间距为0.01mm～0.02mm，扫描重复次数为1次～5次。

具体的，在本具体实施例中，第二模式的加工激光的激光功率为2W～10W，重复频率为100KHz，线条为2条～10条，加工路径的间距为0.01mm～0.02mm，扫描重复次数为1次～5次。

3)在加工激光采用第二模式加工当前层加工孔的过程中，反射光强度发生明显改变时，确定绝缘层10的剩余状态为第二剩余状态，此时，说明加工孔的底部既有绝缘层10材料，也有导电层20材料，随着加工的继续进行，绝缘层10材料越来越少，导电层20材料越来越多，当反射光强度无明显改变时，确定绝缘层10的剩余状态为第三剩余状态，此时，说明加工孔中的绝缘层10材料已被完全清除。此时，可以停止激光加工。

绝缘层10的剩余状态为第三剩余状态为该层加工激光加工后的加工孔的底部材料仅为导电层20的材料，绝缘层10被完全去除，在该层的加工激光加工过程中，检测到的检测激光的反射光强度均为导电层20对检测激光的反射光强度，因此，检测激光的反射光强度无明显变化。

4)为了再次确认加工孔内无绝缘层10材料，当绝缘层10的剩余状态为第三剩余状态时，还可以设置加工激光按照预设的第三模式加工下一层加工孔，完成后，停止加工。该步骤主要为复清洗步骤，进一步确保绝缘层10材料已被完全清除，且导电层20表面光滑整齐。

在该步骤中，第三模式的加工激光的激光功率相较第二模式的加工激光的激光功率进一步减小，以保护导电层20。

具体的，在本具体实施例中，第三模式的加工激光的激光功率小于2W，重复频率为100KHz，线条为2条～10条，加工路径的间距为0.01mm～0.02mm，扫描重复次数为1次。

上述加工孔的形成过程，解决了以下问题：1、准确监测印制线路板表面加工孔变化的实时情况。2、将反射的检测激光的反射光强度的信号迅速反馈给控制系统。3、控制系统根据接受到的检测激光的反射光强度的信号的实时信息及时调节下一层加工方式。4、加工孔符合性能要求时，系统及时结束加工。

参考图4，基于上述的印制线路板的激光加工方法，本发明还提供了一种印制线路板的激光加工系统，印制线路板包括绝缘层10和层叠至绝缘层10上的导电层20，包括：

加工激光发射器，用于发射照射绝缘层10的加工激光，加工激光加工绝缘层10从而在绝缘层10上形成加工孔。

检测激光发射器，用于发射照射加工孔的底部的检测激光。

检测激光接收器，用于接收加工孔的底部反射的检测激光，检测检测激光的反射光强度，并将检测激光的反射光强度的信号传送至控制系统。

控制系统，用于根据检测激光的反射光强度的信号的变化，确定绝缘层10的剩余状态，根据剩余状态控制加工激光器的工作状态。

本发明的印制线路板的激光加工系统还包括二向色镜，二向色镜用于将检测激光合束到加工激光中，以及二向色镜用于将反射的检测激光的反射光反射至检测激光接收器。检测激光随着加工激光一起照射在绝缘层10表面发生漫反射，垂直照射加工孔底部的检测激光的反射光能够沿原光路返回，返回过程中只有检测激光被二向色镜反射至检测激光接收器中，从而得到检测激光的反射光强度。

本发明还提供了一种计算机存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可以实现上述的印制线路板的激光加工方法。。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (16)

1.一种印制线路板的激光加工方法，所述印制线路板包括绝缘层和层叠至所述绝缘层上的导电层，其特征在于，包括以下过程：

发射照射所述绝缘层的加工激光，所述加工激光加工所述绝缘层从而在所述绝缘层上形成加工孔；

发射照射所述加工孔的底部的检测激光，检测所述加工孔的底部反射的所述检测激光的反射光强度；

根据所述检测激光的反射光强度的变化，确定所述绝缘层的剩余状态，根据所述剩余状态控制所述加工激光的工作状态。

2.根据权利要求1所述的印制线路板的激光加工方法，其特征在于，所述检测激光和所述加工激光合束同时发射。

3.根据权利要求2所述的印制线路板的激光加工方法，其特征在于，持续发射所述检测激光，持续检测所述检测激光的反射光强度。

4.根据权利要求1所述的印制线路板的激光加工方法，其特征在于，所述检测激光在所述导电层中的反射率大于其在所述绝缘层中的反射率。

5.根据权利要求4所述的印制线路板的激光加工方法，其特征在于，所述检测激光在所述导电层中的反射率与其在所述绝缘层中的反射率的比值大于5。

6.根据权利要求4所述的印制线路板的激光加工方法，其特征在于，所述绝缘层为树脂层，所述导电层为金属层，所述检测激光为红光或红外光。

7.根据权利要求6所述的印制线路板的激光加工方法，其特征在于，所述金属层为铜层。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的印制线路板的激光加工方法，其特征在于，所述加工孔的形成步骤包括：

所述加工激光首先按照预设的第一模式加工当前层所述加工孔，在所述加工激光采用所述第一模式加工当前层所述加工孔的过程中，所述检测激光的反射光强度无明显改变时，确定所述绝缘层的剩余状态为第一剩余状态，所述检测激光的反射光强度发生明显改变时，确定所述绝缘层的剩余状态为第二剩余状态；

当所述绝缘层的剩余状态为所述第一剩余状态时，所述加工激光按照所述第一模式加工下一层所述加工孔，当所述绝缘层的剩余状态为所述第二剩余状态时，所述加工激光按照预设的第二模式加工下一层所述加工孔；

在所述加工激光采用所述第二模式加工当前层所述加工孔的过程中，所述检测激光的反射光强度发生明显改变时，确定所述绝缘层的剩余状态为所述第二剩余状态，所述检测激光的反射光强度无明显改变时，确定所述绝缘层的剩余状态为第三剩余状态。

9.根据权利要求8所述的印制线路板的激光加工方法，其特征在于，所述第一模式的所述加工激光的激光功率大于所述第二模式的所述加工激光的激光功率。

10.根据权利要求9所述的印制线路板的激光加工方法，其特征在于，

所述第一模式的所述加工激光的激光功率为10W～40W，重复频率为100KHz，线条为10条～50条，加工路径的间距为0.01mm～0.02mm，扫描重复次数为1次～5次；

所述第二模式的所述加工激光的激光功率为2W～10W，重复频率为100KHz，线条为2条～10条，加工路径的间距为0.01mm～0.02mm，扫描重复次数为1次～5次。

11.根据权利要求8所述的印制线路板的激光加工方法，其特征在于，所述加工孔的形成步骤还包括：

当所述绝缘层的剩余状态为所述第三剩余状态时，所述加工激光按照预设的第三模式加工下一层所述加工孔，完成后，停止加工。

12.根据权利要求11所述的印制线路板的激光加工方法，其特征在于，所述第二模式的所述加工激光的激光功率大于所述第三模式的所述加工激光的激光功率。

13.根据权利要求12所述的印制线路板的激光加工方法，其特征在于，所述第三模式的所述加工激光的激光功率小于2W，重复频率为100KHz，线条为2条～10条，加工路径的间距为0.01mm～0.02mm，扫描重复次数为1次。

14.一种印制线路板的激光加工系统，所述印制线路板包括绝缘层和层叠至所述绝缘层上的导电层，其特征在于，包括：

加工激光发射器，用于发射照射所述绝缘层的加工激光，所述加工激光加工所述绝缘层从而在所述绝缘层上形成加工孔；

检测激光发射器，用于发射照射所述加工孔的底部的检测激光；

检测激光接收器，用于接收所述加工孔的底部反射的所述检测激光，检测所述检测激光的反射光强度，并将所述检测激光的反射光强度的信号传送至所述控制系统；

控制系统，用于根据所述检测激光的反射光强度的信号的变化，确定所述绝缘层的剩余状态，根据所述剩余状态控制所述加工激光器的工作状态。

15.根据权利要求14所述的印制线路板的激光加工系统，其特征在于，还包括二向色镜，所述二向色镜用于将所述检测激光合束到所述加工激光中，以及所述二向色镜用于将反射的所述检测激光的反射光反射至所述检测激光接收器。

16.一种计算机存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1～13中任一项所述的印制线路板的激光加工方法。

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