CN115365662A - 一种树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电路板加工技术领域，具体涉及一种树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法，包括以下步骤：S1、采用激光束，激光束的能量密度调节至树脂基材烧蚀阈值以上，使其照射至树脂基材表面，得到目标的开口图案；S2、调整激光束的聚焦光斑直径至100μm～800μm，以及调整该激光束的能量密度为S1的激光束的能量密度的4％～20％，使激光束沿开口图案的边缘辐照，激光束对开口图案的边缘的树脂残渣蒸发去除，实现清洁树脂残渣；其中，S1的激光束与S2的激光束均为长波长激光，长波长激光的波长范围为1020μm～10800μm，该方法使得加工开口图案和清洁树脂残渣在同一程序中进行，具有加工效果好、清洁树脂残渣效率高和生产成本低的优点。

Description

一种树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法

技术领域

本发明涉及电路板加工技术领域，具体涉及一种树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法。

背景技术

以柔性电路板为代表的树脂基金属复合材料由环氧树脂、聚酰亚胺、铜金属叠层压合而成，该类树脂基金属复合材料需要进行开窗处理，即去除表面树脂基材，露出下层金属。

目前出现了采用激光束在树脂基材形成开口图案以进行开窗处理。然而，在树脂基材的加工开口图案的过程中，树脂基材受热快速膨胀破裂，形成的烧蚀熔渣和破裂碎片溅射开口图案的周围，形成树脂残渣。这些残渣需要清除干净，否则影响电路板的性能。传统清除树脂残渣的方式是在完成开口图案后，将整个树脂基材放入等离子清洗机或者超声清洗机中，通过等离子体的轰击或者超声振动的原理使残渣与原始表面分离以清除残渣。这种清洁方式存在不足之处：其在整体制造工艺中增加另外的清洁工序和配备另外的清洁设备，一方面增加生产成本，另一方面由于加工开口图案和清除树脂需两步进行，造成繁琐操作，降低生产效率。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法，该方法使用激光束即可准确地清除加工开口图案后树脂基材上的树脂残渣，使得加工开口图案和清洁树脂残渣在同一程序中进行，其具有加工开口图案效果好、清洁树脂残渣效率高和生产成本低的优点。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

提供一种树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法，包括以下步骤：

S1、采用激光束，所述激光束的能量密度调节至树脂基材烧蚀阈值以上，使其照射至树脂基材表面，所述激光束对树脂基材表面进行烧蚀加工，得到目标的开口图案；

S2、清洁树脂残渣；

所述S2步骤具体包括：调整激光束的聚焦光斑直径至100μm～800μm，以及调整该激光束的能量密度为S1激光束的能量密度的4％～20％，使所述激光束沿所述开口图案的边缘辐照，所述激光束使开口图案的边缘的树脂残渣被蒸发去除，实现清洁树脂残渣；

并且，S1的激光束与S2的激光束均为长波长激光，所述长波长激光的波长范围为1020μm～10800μm。

在一些实施方式中，所述S2中，所述激光束的激光脉冲次数为3-10次。

在一些实施方式中，采用光栅装置，所述光栅装置包括可旋转的光栅板，所述光栅板上开设有通光孔和光栅孔；所述S1中，所述激光束先通过所述光栅孔再照射至树脂基材表面；所述S2中，旋转光栅板以将所述光栅孔切换为所述通光孔，所述激光束先通过所述通光孔再辐照至所述开口图案的边缘。

在一些实施方式中，进入所述通光孔和/或所述光栅孔的入射激光束的直径大于所述通光孔和所述光栅孔的直径。

在一些实施方式中，所述入射激光束的直径为1mm～10mm。

在一些实施方式中，所述光栅板上开设有若干光栅孔，所述若干光栅孔围绕所述光栅板的旋转轴向排布，所述若干光栅孔的形状包括圆形、方形、长方形、不规则多边形。

在一些实施方式中，每种形状的光栅孔设有三个光栅孔，所述三个光栅孔相邻设置且三个光栅孔的尺寸沿其排布方向由小到大逐渐变小。

本发明一种树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法的有益效果：

本发明树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法，发现了树脂基材加工开口图案后所产生的树脂残渣是大于10μm的微米级丝状颗粒和小于500nm的亚微米级烟灰颗粒，该树脂残渣对长波长激光有较高的吸收率，而树脂基材也对该长波长激光有较高吸收率，金属铜则对该长波长激光几乎不吸收，因此本发明采用与加工开口图案相同的长波长激光束对树脂残渣进行处理，使得在同一激光下则既能加工开口图案也能清洁树脂残渣，继而使得无需移动树脂基材也无需无二次装夹或更换设备即可快速使残渣被蒸发去除，实现清洁，有效地提高生产效率。同时，还发现了树脂残渣均沉积在开口图案边缘约10μm-800μm的范围内，本发明将清洁树脂残渣的激光束的聚焦光斑直径调整至100μm～800μm即可保证激光束只需沿着开口图案的边缘辐照，就能完全覆盖并消除树脂残渣，此时清洁树脂残渣的激光只需沿着加工图案边缘辐照即可彻底清洁树脂残渣，无需另外的操作，清洁方式简单便捷；本发明还发现了只有将清洁树脂残渣的激光束的能量密度调节至加工开口图案的激光束的能量密度的4％～20％，才能既有效地去除树脂残渣，也能避免激光束对加工图案造成二次伤害，清洁树脂残渣的激光一旦超出该能量密度则不能去除树脂残渣和会对导致树脂基材表面发生二次损伤以致产生热影响区，降低边缘质量。因此，本发明基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法使得整个电路板开窗进程能快速实现，其保证加工开口图案的质量，也保证树脂残渣的清洁效果，其无需额外的清洁设备，节省了生产成本。由于加工开口图案后即可连续进行树脂残渣清洁，简化了生产程序，大大提高了生产效率，适合于大规模生产应用。

附图说明

图1是实施例的电路板对紫外激光(短波长激光)的吸收率图表。

图2是实施例的电路板对红外激光(长波长激光)的吸收率图表。

图3是实施例的短波长激光加工圆形开口图案和方形开口图案的图。

图4是实施例的长波长激光加工圆形开口图案和方形开口图案的图。

图5是实施例的长波长激光束加工开口图案后的树脂残渣分布图。

图6是实施例的树脂基材与树脂残渣对长波长激光的吸收率对比图。

图7是清洁树脂残渣用的激光束的不同烧蚀阈值对树脂基材产生的烧蚀图。

图8是实施例1的采用树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法获得的树脂基材圆形开窗效果图。

图9是实施例的采用树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法获得的树脂基材方形开窗效果图。

图10是实施例2的采用树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法获得的树脂基材圆形开窗效果图。

图11是实施例3的采用树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法获得的树脂基材圆形开窗效果图。

图12是实施例的光栅装置的结构示意图。

图13是实施例的长波长激光加工树脂基-金属叠层复合材料的工作状态示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明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发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“该”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，尽管在本发明可能采用术语“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，在不脱离本发明范围的情况下，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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

目前主要采用短波长激光进行表面开口图案的定深加工。但金属铜和树脂对短波长(例如355nm的紫外激光)激光均有如图1所示的较高的吸收率，在加工时容易对树脂基材下层的金属层造成烧蚀损伤。由于树脂基材和金属铜在长波长激光的吸收率差异极大，其中树脂基材对长波长激光吸收率达80％以上，而金属铜对长波长激光如图2所示几乎不吸收，能保证表层的树脂基材被长波长激光烧蚀去除而不伤及底层金属铜，在保证加工质量的同时提高加工效率。因此，本实施例选用长波长激光对电路板进行开窗处理，从而去除电路板上的树脂而不会损伤金属铜。例如，图3所示，紫外激光加工圆形开口图案和方形开口图案，图案的底铜出现热损伤。图4所示，长波长激光照射到树脂基材时，树脂基材大量吸收激光能量，使材料表面温度升高而被蒸发去除；同时当长波长激光照射到底层金属铜时，激光能量几乎全部被反射，不会对金属铜表面造成损伤。此外，由于短波长激光与树脂基材相互作用为光化学作用，短波长激光通过打断树脂基材分子链中的化学键从而去除树脂基材，因此，短波长激光加工树脂基材后形成烧蚀残渣是多个断裂的分子碎片，即，形成的残渣与原始树脂基材差异性非常小，以致无法通过调控短波长激光能量密度精确、有区别性地去除短波长激光形成的残渣，也即，如采用短波长激光清除残渣，则会导致残渣下层的树脂基材极易损伤，造成树脂基材二次损伤，因此不适宜采用短波长激光去除树脂残渣。

本实施例发现当使用长波长激光进行加工开口图案时，图5所示，发现在烧蚀加工过程中，金属表面的树脂基材吸热快速膨胀破裂，会产生大量微米级树脂颗粒和亚微米级树脂残渣，分布在加工区域10μm-800μm的范围。

图6所示，本实施例发现树脂残渣组分与原始树脂成分在长波长激光范围具有类似的吸收率。

在此基础上，本实施例公开了一种树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法，

其包括以下步骤：

S1、采用激光束，所述激光束的能量密度调节至树脂基材烧蚀阈值以上，如图13所示，使其照射至树脂基材表面，所述激光束对树脂基材表面进行烧蚀加工，得到直径为100μm的圆形开口图案；

S2、调整激光束的聚焦光斑直径至100μm～800μm，以及调整该激光束的能量密度为S1的激光束的能量密度的8％，脉冲重复频率为100Hz，扫描速度为200mm/s，脉冲数为设定为4、6、8、10进行清洁加工，使所述激光束沿所述开口图案的边缘辐照，所述激光束对开口图案的边缘的树脂残渣蒸发去除，实现清洁树脂残渣，其效果如图8所示和图7(b)所示，观察到开口图案的周围无明显的树脂残渣，效果良好。

其中，S1的激光束与S2的激光束均为长波长激光，所述长波长激光的波长范围为10600μm。

本实施例提出利了用树脂烧蚀残渣与基材近似的光学吸收特性但更低的烧蚀阈值，在同一台装置上完成树脂基材烧蚀加工后，通过将激光能量密度降低至树脂基材的烧蚀阈值8％以内，去除加工区域周围残渣，在同一装置中实现树脂基材的图案烧蚀加工、自清洁一体化，替代传统的等离子体或超声清洗工序。

实施例2

本实施例公开了一种树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法，

其包括以下步骤：

S1、采用激光束，如图13所示，使其照射至树脂基材表面，所述激光束对树脂基材表面进行烧蚀加工，得到直径为100μm的圆形开口图案；

S2、调整激光束的聚焦光斑直径至100μm～800μm，以及调整该激光束的能量密度为S1的激光束的能量密度的4％，脉冲重复频率为100Hz，扫描速度为200mm/s，脉冲数为设定为4、6、8、10进行清洁加工，使所述激光束沿所述开口图案的边缘辐照，所述激光束对开口图案的边缘的树脂残渣蒸发去除，实现清洁树脂残渣，其效果如图10所示，观察到开口图案的周围无明显的树脂残渣，效果良好。

其中，S1的激光束与S2的激光束均为长波长激光，所述长波长激光的波长范围为10600μm。

本实施例提出利了用树脂烧蚀残渣与基材近似的光学吸收特性但更低的烧蚀阈值，在同一台装置上完成树脂基材烧蚀加工后，通过将激光能量密度降低至树脂基材的烧蚀阈值4％以内，去除加工区域周围残渣，在同一装置中实现树脂基材的图案烧蚀加工、自清洁一体化，替代传统的等离子体或超声清洗工序。

实施例3

本实施例公开了一种树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法，

其包括以下步骤：

S1、采用激光束，如图13所示，使其照射至树脂基材表面，所述激光束对树脂基材表面进行烧蚀加工，得到直径为100μm的圆形开口图案；

S2、调整激光束的聚焦光斑直径至100μm～800μm，以及调整该激光束的能量密度为S1的激光束的能量密度的8％，脉冲重复频率为100Hz，扫描速度为200mm/s，脉冲数为设定为4、6、8、10进行清洁加工，使所述激光束沿所述开口图案的边缘辐照，所述激光束对开口图案的边缘的树脂残渣蒸发去除，实现清洁树脂残渣，其效果如图11所示，观察到开口图案的周围无明显的树脂残渣，效果良好。

其中，S1的激光束与S2的激光束均为长波长激光，所述长波长激光的波长范围为10600μm。

本实施例提出利了用树脂烧蚀残渣与基材近似的光学吸收特性但更低的烧蚀阈值，在同一台装置上完成树脂基材烧蚀加工后，通过将激光能量密度降低至树脂基材的烧蚀阈值20％以内，去除加工区域周围残渣，在同一装置中实现树脂基材的图案烧蚀加工、自清洁一体化，替代传统的等离子体或超声清洗工序。

实施例4

本实施例公开了一种树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法，

其包括以下步骤：

S1、采用激光束，使其照射至树脂基材表面，所述激光束对树脂基材表面进行烧蚀加工，得到直径为150μm×50μm的长方形开口图案；

S2、调整激光束的聚焦光斑直径至100μm～800μm，以及调整该激光束的能量密度为S1的激光束的能量密度的8％，脉冲重复频率为100kHz，扫描速度为500mm/s，脉冲次数为4、6、8、10次，使所述激光束沿所述开口图案的边缘辐照，所述激光束对开口图案的边缘的树脂残渣蒸发去除，实现清洁树脂残渣，其效果如图9所示，观察到开口图案的周围无明显的树脂残渣，效果良好。

其中，S1的激光束与S2的激光束均为长波长激光，所述长波长激光的波长范围为1020μm。

实施例5

本实施例公开了一种树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法，

其包括以下步骤：

S1、采用激光束，使其照射至树脂基材表面，所述激光束对树脂基材表面进行烧蚀加工，得到直径为150μm×50μm的长方形开口图案；

S2、调整激光束的聚焦光斑直径至100μm～800μm，以及调整该激光束的能量密度为S1的激光束的能量密度的8％，脉冲重复频率为100Hz，扫描速度为200mm/s，脉冲次数为4、6、8、10次，使所述激光束沿所述开口图案的边缘辐照，所述激光束对开口图案的边缘的树脂残渣蒸发去除，实现清洁树脂残渣，能观察到开口图案的周围无明显的树脂残渣，效果良好。

其中，S1的激光束与S2的激光束均为长波长激光，所述长波长激光的波长范围为10800μm。

对比例1

为了验证本实施例激光束的能量密度的特殊要求，本对比例与实施例1的不同之处在于以柔性电路板表面覆盖膜开窗加工为例，采用能量密度为树脂基材烧蚀阈值的3％的激光束对残渣进行辐照时，如图7(a)所示，可以发现仍旧有大量的树脂颗粒和残渣未被去除干净，依旧分布在加工区域。

对比例2

为了验证本实施例激光束的能量密度的特殊要求，本对比例与实施例1的不同之处在于以柔性电路板表面覆盖膜开窗加工为例，采用能量密度为树脂基材烧蚀阈值的21％的激光束对残渣进行辐照时，如图7(c)所示，由于能量过高，树脂基材残渣虽然被去除，但由于树脂基材对长波长激光，有着与树脂残渣树近似的吸收率，使得树脂基材表面也发生二次损伤，产生热影响区，降低边缘质量。

根据实施例1和对比例1-2，可知清洁加工阶段的能量密度超出加工开口图案的激光烧蚀阈值的4％-20％时，将不能清洁树脂残渣或者会对树脂基材造成二次损伤。本发明正是采用了该激光烧蚀阈值4％-20％时，既有效地去除树脂残渣，也能避免激光束对加工图案造成二次伤害。

实施例6

便于理解，以下提供了一种树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法的一个实施例进行说明，在实际应用中，图12所示，采用光栅装置，所述光栅装置包括可旋转的光栅板，所述光栅板上开设有通光孔和光栅孔；所述S1中，所述激光束先通过所述光栅孔再照射至树脂基材表面；所述S2中，旋转光栅板以将所述光栅孔切换为所述通光孔，所述激光束先通过所述通光孔再辐照至所述开口图案的边缘。

设置光栅装置，通过光栅孔形状对激光束的形状进行约束，便于匹配对应形状的开口图案，同时过滤掉高斯分布激光能量中较低的部分使得激光能量分布更加均匀。由于通光孔供清洁时的激光束通过，另设通光孔能避免对激光形状进行约束，仅对激光能量分布得均匀性进行调控，使得清洁的激光束能均匀地去除树脂残渣。

本实施例中，进入所述通光孔和/或所述光栅孔的入射激光束的直径大于所述通光孔和所述光栅孔的直径。优先地，所述入射激光束的直径为1mm～10mm，优选为7mm。

入射激光束的直径大于所述通光孔和所述光栅孔的直径，使得只有高能量部分的入射激光束能通过通光孔和所述光栅孔，即，通光孔和光栅孔将入射激光束的两侧低能量的激光线遮挡，保证辐照到树脂基材和树脂残渣上的激光为能量均匀的激光，提高了辐照效率。

本实施例中，所述光栅板上开设有若干光栅孔，所述若干光栅孔围绕所述光栅板的旋转轴向排布，所述若干光栅孔的形状包括圆形、方形、长方形、不规则多边形。

通过旋转光栅板，可选择对应形成的光栅孔，满足各种形状的开口图案。本实施例中，每种形状的光栅孔设有三个光栅孔，所述三个光栅孔相邻设置且三个光栅孔的尺寸沿其排布方向由小到大逐渐变小。每种形状有不同的尺寸，能更好地适应多种加工需要，实现指定尺寸和形状图案的激光快速、均匀烧蚀加工，同时能够实现加工状态和清洁状态的自由切换。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法，包括以下步骤：

S1、采用激光束，所述激光束的能量密度调节至树脂基材烧蚀阈值以上，使其照射至树脂基材表面，所述激光束对树脂基材表面进行烧蚀加工，得到目标的开口图案；

S2、清洁树脂残渣；

其特征是，所述S2步骤具体包括：调整激光束的聚焦光斑直径至100μm～800μm，以及调整该激光束的能量密度为S1激光束的能量密度的4％～20％，使所述激光束沿所述开口图案的边缘辐照，所述激光束使开口图案的边缘的树脂残渣被蒸发去除，实现清洁树脂残渣；

并且，S1的激光束与S2的激光束均为长波长激光，所述长波长激光的波长范围为1020μm～10800μm。

2.根据权利要求1所述的树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法，其特征是：所述S2中，所述激光束的激光脉冲次数为3-10次。

3.根据权利要求1所述的树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法，其特征是：采用光栅装置，所述光栅装置包括可旋转的光栅板，所述光栅板上开设有通光孔和光栅孔；所述S1中，所述激光束先通过所述光栅孔再照射至树脂基材表面；所述S2中，旋转光栅板以将所述光栅孔切换为所述通光孔，所述激光束先通过所述通光孔再辐照至所述开口图案的边缘。

4.根据权利要求3所述的树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法，其特征是：进入所述通光孔和/或所述光栅孔的入射激光束的直径大于所述通光孔和所述光栅孔的直径。

5.根据权利要求4所述的树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法，其特征是：所述入射激光束的直径为1mm～10mm。

6.根据权利要求3所述的树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法，其特征是：所述光栅板上开设有若干光栅孔，所述若干光栅孔围绕所述光栅板的旋转轴向排布，所述若干光栅孔的形状包括圆形、正多边形、不规则多边形。

7.根据权利要求6所述的树脂基材激光加工与树脂残渣清洁一步化的方法，其特征是：每种形状的光栅孔设有三个光栅孔，所述三个光栅孔相邻设置且三个光栅孔的尺寸沿其排布方向由小到大逐渐变小。

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