CN108098147B - 一种用于pcb阵列微孔的双面激光加工方法 - Google Patents

一种用于pcb阵列微孔的双面激光加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于PCB阵列微孔的双面激光加工方法，包括以下步骤：S1：测试PCB所需加工各层材料的烧蚀阈值；S2：将PCB固定在超精密平台上并设定超精密平台沿u方向旋转角度；S3：由激光器输出激光束，经由分光模组分为两束，再分别依次通过反射镜以及聚焦模组，以分别对装夹在超精密平台上的PCB的正反面进行激光微孔加工。本加工方法具有高效率，高精度，低成本等优势。

Description

一种用于PCB阵列微孔的双面激光加工方法
技术领域
本发明涉及PCB的加工，具体涉及一种用于PCB阵列微孔的双面激光加工方法。
背景技术
随着信息技术的发展，PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）朝着微型化、轻量化、高密度化的趋势发展，这对PCB的微孔加工提出了更高的要求。传统的PCB钻孔加工中，最常采用的是机械钻孔。随着PCB孔径需求不断的缩小，传统的机械钻孔方式存在容易断针、钻头强度低、刚度低等缺点，不适用于孔径＜100μm的微孔加工。
激光是高能束加工方法，与工件不接触，由于树脂等材料对特定波长激光吸收效率高的特点，激光尤其适用于加工PCB等，当前已广泛运用于PCB微孔加工领域。
当前PCB的激光微孔加工领域当中，为了增加孔的深径比以及降低热影响等，主要采取的措施有：利用其它辅助工艺对孔的深径比进行再修整或者对由热影响产生的不足进行处理等。例如利用超声振动或机械辅助工艺增加已加工孔的深径比；采用化学腐蚀工艺等对激光加工后的微孔进行处理，以去除热影响区；通过测试、调整新的加工参数来增加孔的深径比、降低热影响等。专利CN201210475417.4公开了一种电路板的钻孔方法（包括激光钻孔以及机械钻孔工艺），可以很好的避免因热影响引起的孔变形等问题，但是该方法需要设置功能区与测试区，先在测试区测试调整参数，再在功能区进行加工，这一方面增加了材料成本，另一方面又降低了生产效率。
因此，亟需一种加工效率高，加工精度高，加工成本低的用于PCB阵列微孔的激光加工方法。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种高效率，高精度，低成本的用于PCB阵列微孔的激光加工方法。
一种用于PCB阵列微孔的双面激光加工方法，包括以下步骤：
S1：测试PCB所需加工各层材料的烧蚀阈值；
S2：将PCB固定在超精密平台上并设定超精密平台沿u方向的旋转角度；
S3：由激光器输出激光束，经由分光模组分为两束，再分别依次通过反射镜以及聚焦模组，以分别对装夹在超精密平台上的PCB正反面进行激光微孔加工。
受限于材料无法及时喷出，激光在传递过程中存在能量被吸收、反射以及衰减等缺点，当PCB的激光微孔加工达到一定的深度时，激光加工呈现出饱和的状态，无法继续进行加工，难以满足圆柱微孔大深径比的加工要求。通过同时对PCB正反两面的激光微孔加工，可以大幅度增加激光的可加工深度，故在一定的孔径情况下，可以达到更大的深度加工，即可满足高深径比的加工要求。
由于激光加工过程中存在热影响，为防止双面以及长时间连续加工热影响的累积，通过交替分次加工，有助于散热，以减少热量积累，实现无热损伤加工。
一次双面定位加工，避免分次重新定位存在位置误差，加工精度高。
通过规划PCB的双面激光扫描加工路径进行交替加工，可适用于不同阵列微孔的加工要求。
优选的，分光模组根据PCB的正反面材料的烧蚀阈值以及加工深度调整输出激光束的波长、脉冲宽度、功率、重复频率以及离焦量。
优选的，激光束的波长为355~1064nm，脉冲宽度为0～200ns，输出功率调整范围为0～30W，重复频率范围为2～150kHz，离焦量为-3～3mm。
优选的，聚焦模组用于调整激光束的聚焦位置、加工位置等加工参数，两部分的聚焦模组在加工过程中加工参数的设定相互独立，扫描速度均为0～1000mm/s。
优选的，通过超精密平台固定的PCB正反面均可被聚焦在相应面的激光束加工，超精密加工平台可以沿x、y、z轴三个方向的平移运动，同时可以沿u方向进行角度调节，调节范围为0～45°。
本发明的有益效果：
1、本发明提供的用于PCB阵列微孔的双面激光加工方法，通过同时对PCB正反两面的激光微孔加工，可以大幅度增加激光的可加工深度，故在一定孔径的情况下，可以达到更大的深度可满足高深径比的加工要求，避免一次加工能量大、热影响大、加工效率低，成本高等缺点。
2、本发明提供的用于PCB阵列微孔的双面激光加工方法，通过交替加工阵列孔，有助于散热，减少热量积累，实现无热损伤加工。
3、本发明提供的用于PCB阵列微孔的双面激光加工方法，一次定位，双面加工，避免分次重新定位存在位置误差，加工精度高。
4、本发明提供的用于PCB阵列微孔的双面激光加工方法，通过规划PCB的双面激光扫描加工路径进行交替加工，可适用于不同阵列微孔的加工要求。
附图说明
图1为实施例1中PCB阵列微孔的双面激光加工***结构示意图一；
图2为实施例1中PCB阵列微孔的双面激光加工示意图二；
图3为实施例2中PCB阵列微孔的双面激光加工示意图；
其中：1-激光器；2-激光束；3-分光模组；4-反射镜；5-聚焦模组；6-超精密平台；7-PCB。
实施例1
如图1和2所示，本实施例提供一种用于PCB7阵列微孔的双面激光加工方法，测定PCB7所需加工层材料的烧蚀阈值；将所加工PCB7固定在超精密平台6上并设定好超精密平台6沿u方向旋转角度；激光器1输出激光束2，经过分光模组3分成两道激光束2，两道激光束2分别通过反射镜4经过聚焦模组5，对安装于超精密平台6的PCB7正反面进行加工。
A、B面为对称结构的PCB7且深径比达2:1以上的通孔加工：激光***输出两束激光束2为A、B，输出波长均为355nm、脉冲宽度为80ns、功率为8W、重复频率为100kHz、离焦量为0的激光束2，且调整A、B面所对应的聚焦模组5使得A、B激光束2的加工位置在竖直方向上共线，分别对A、B面进行微孔加工，扫描速度均为700mm/s，当加工深度均略超于所加工PCB7的二分之一时，停止加工，根据所加工圆柱微孔的连通情况进行适当修整。
A、B面为非对称结构的PCB7且深径比达2:1以上的通孔加工：激光***根据A、B面所加工材料烧蚀阈值利用分光模组3分配并输出激光束2为A、B，A为输出波长为532nm、脉冲宽度为80ns、功率为8W、重复频率为100kHz、离焦量为0的激光束2，B为输出波长为355nm、脉冲宽度为80ns、功率为6W、重复频率为100kHz、离焦量为0的激光束2，且调整A、B面所对应的聚焦模组5使得A、B激光束2的加工位置在竖直方向上共线，分别对A、B面进行微孔加工，扫描速度均为800mm/s，当所加工孔连通时，停止加工，根据所加工圆柱微孔的连通情况进行适当修整。
PCB7的A面盲孔的加工或者深径比小于2:1的通孔加工：利用分光模组3关闭B面所对应激光束2的输出，激光***根据所加工材料烧蚀阈值以及微孔加工深度输出激光束A，输出波长为532nm、脉冲宽度为80ns、功率为15W、重复频率为100kHz、离焦量为0，利用聚焦模组5调整激光加工位置对PCB7进行微孔加工，扫描速度900mm/s。
PCB7的A、B面盲孔的加工：激光***根据A、B面所加工材料的烧蚀阈值以及各自所需加工深度，利用分光模组3分配并输出激光束2为A、B，A为输出波长为532nm、脉冲宽度为80ns、功率为10W、重复频率为100kHz、离焦量为-1mm的激光束2，B为输出波长为532nm、脉冲宽度为80ns、功率为6W、重复频率为100kHz、离焦量为1mm的激光束2，且利用A、B面所对应的聚焦模组5调整A、B激光束2的加工位置，分别对A、B面进行微孔加工，扫描速度分别为800mm/s、700mm/s。
实施例2：
本实施例提供一种用于PCB7阵列微孔的双面激光加工方法，用于在PCB7阵列微孔加工过程中增加散热，减小热影响。本实施例以实施例1中的“A、B面为对称结构的PCB7且深径比达2:1以上的通孔加工”情况为例，其他情况也是本实施例的拓展，也应涵盖在本发明的保护范围之内。
测定所加工PCB7各层材料的烧蚀阈值；将所加工PCB7固定在超精密平台6上并设定好超精密平台6沿u方向旋转角度；激光***输出参数一致的两束激光束2为A、B，A、B为输出波长为1064nm、脉冲宽度为80ns、功率为16W、重复频率为100kHz、离焦量为0的激光束2，如图3所示，利用A、B面所对应的聚焦模组5调整A、B激光束2的加工位置，此时A、B激光束2的加工位置为阵列微孔中相互错开的不同一个的微孔，进行激光微孔加工，扫描速度均为800mm/s，当加工深度达到所加工PCB7深度的二分之一时，停止加工，利用聚焦模组5重新调整A、B激光束2的加工位置，分别与B、A激光束2之前的加工位置在竖直方向上共线，进行再一次激光微孔加工，完成通孔的加工，根据所加工圆柱微孔的连通情况进行适当修整。
以上为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。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，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种用于PCB阵列微孔的双面激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：测试PCB所需加工各层材料的烧蚀阈值；
S2：将PCB固定在超精密平台上并设定超精密平台沿u方向的旋转角度；
S3：由激光器输出激光束，经由分光模组分为两束，再分别依次通过反射镜以及聚焦模组，以分别对装夹在超精密平台上的PCB正反面进行激光微孔加工；
其中，聚焦模组用于调整激光束的聚焦位置、加工位置，两部分的聚焦模组在加工过程中加工参数的设定相互独立，扫描速度均为0～1000mm/s；
分光模组根据PCB的正反面材料的烧蚀阈值以及加工深度调整相应激光束的波长、脉冲宽度、功率、重复频率以及离焦量参数；
通过超精密平台固定的PCB正反面均可被聚焦在相应面的激光束加工，超精密加工平台可以沿x、y、z轴三个方向进行平移运动，同时可以沿u方向进行角度调节，调节范围为0～45°；
激光束的波长为355～1064nm，脉冲宽度为0～200ns，输出功率调整范围为0～30W，重复频率范围为2～150kHz，离焦量为-3～3mm。
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