激光技术在印制电路板行业的应用
时间：2020-11-27 16:05:58 来源：达达文档网 本文已影响 人 
宋金月
摘要：激光直接成型（LDS）技术，指利用激光将数字化的图形照射到高分子材料表面，通过对照射过的区域进行直接金属化，最终在高分子材料表面形成图案的技术。它可以在高分子壳体上直接形成金属化的图案。本文详细探讨了LDS技术的原理、加工方法、应用方向、在印制电路板中的应用前景以及目前存在的应用缺陷。
关键词：激光技术；
印制电路；
应用
引言：
激光（Laser）是20世纪科技领域中与原子能、半导体及计算机齐名的4项重大发明之一。50年来，激光技术发展异常迅猛。以激光器为基础的激光技术在我国得到了迅速的发展，现已广泛用于工业生产、通信、信息处理、医疗卫生、军事、文化教育以及科学研究等各个领域。随着电子产品朝着多功能、便携式、小型化的方向发展，对印制电路板高密度化和小型化提出了越来越高的需求。提高印制板高密度化水平的关键在于越来越窄的线宽、线距和越来越小的层间互连孔直径、连接盘，以及严格的尺寸精度，于是激光技术被引入印制板加工中。
一、概述
关于激光的起源，最早还要追溯到科学家爱因斯坦，爱因斯坦在上世纪初就提出了受激辐射的理念。随后，上世纪中期，美国微波领域的著名科学家肖洛和汤斯发表了关于“红外与光学激射器”的论文，全文明确阐述了受激辐射发光的可能性，同时也阐述了受激辐射发光的条件――“粒子数反转”。1960年，美国科学家梅曼成功发明了一台世界上最早的红宝石激光器。至此，激光和激光技术开始了迅猛的发展。而我国的第一台激光器是在王志江院士的主持之下于1961年成功制造出来的。而关于我国的激光和激光技术起源，主要还是受到国外的影响。但是激光技术自从在我国起源就得到了良好的发展，无论是发展成果的质量还是数量都与世界水平差异不大。
二、激光技术组成和特性
（一）激光器的主要组成结构
经过多年的发展和完善，激光器的主要结构已基本定型，主要由三个部分共同组成。首先是激光工作介质，激光工作介质是激光器最为基础也是最为重要的组成部分，激光器要产生激光必须要选择恰当的工作介质，例如固体、液体、气体或者是半导体。选择了恰当的工作介质，介质就可以受激辐射而产生出激光。其次，激励源也是激光器的主要组成结构，激励源是让工作介质实现粒子数反转的根本，一般激励源有光、电、热等多种化学激励方式。最后，激光的能量要产生并放大，主要依赖的就是谐振腔。
（二）激光的特性
激光的特性是激光技术得以广泛应用的基础，也是激光最为明显的现象。通常说来，激光有单色性纯、亮度高、相干性好、方向性强等方面的特性。
首先，就单色性纯来说，其实质就是激光的颜色相当纯。通常肉眼可见的激光谱线的宽度最小仅有万分之一埃。举个例子来说，普通白炽灯只需要1毫微米的干涉滤光片就可以透过波长600毫微米的光。而氦氖激光器发射出的激光波长一般都是633毫微米。而且，普通的光束中，光子简并度往往不会超过10-3，无法进行大量信息的传递。唯有通过简并度很高的激光才能实现正儿八经的光通讯。
其次，就激光亮度高这一特性来说，亮度高从几何光学的理论观点来看就是光子简并度很高。正常情况下，激光焦点位置的辐射亮度比普通白炽灯的光亮度高了上千倍。
最后，方向性是激光一个很重要的特点，现代卫星技术也凭借激光的方向性能够实现精确定位。激光高强的方向性也造成了其发散角很小。与普通探照灯相比，如果从地球到月球，激光光斑的直径一般不会超过2千米，而普通探照灯的光斑直径则会达到几千千米。
三、激光技术在印制电路板中的应用
（一）激光用于PP裁切
传统的PP预浸材料（半固化片）的分切采用机械裁刀的方式，机械裁刀裁切存在下面几个缺点：
（1）在机械裁切过程中会产生大量的PP粉和玻璃丝落在机台和裁切好的PP料上，同时PP粉对人体会带来过敏症状，这样既不利于机台的维护，又对加工环境的洁净度造成破坏。而且一旦粉和丝进入线路板的夹层中，势必会造成线路板报废，给线路板的品质带来影响。
（2）机械裁切过的PP料还要经过烤边的工艺，在进行封边时对线路板的叠放要求较高，叠放的边要整齐，否则伸在外面的边烤焦了，缩在里面的边烤不到，达不到全部封边的要求。另外，叠摞的PP在利用红外线进行封边时，很容易把PP的层与层之间胶结在一起，如果强行分开，会造成边缘的厚薄不均。
（3）安全问题。经常发生在机械裁切时，由于操作不慎，造成人身伤害事故。此外，由于PP本身的特性，导致在切割过程中会产生很强的静电，如果处理不及时，同样会造成对操作人员的人身伤害。
激光裁切PP料的原理是利用CO2激光的高能量将PP材料切开，它具有以下优点：
（1）不会产生PP粉，设备操作安全可靠，静电消除效果明显，对环境和人体无害。特别是对环境的改善是革命性的。
（2）提高产品品质。由于采用激光切割，在切割过程中不会产生PP粉和玻璃丝，便于机台维护保养和提高线路板品质，不会产生凹陷不良。
（3）经过激光裁切之后，已经进行了封边工艺，无需另外进行烘烤，所以可将烘烤过程有可能产生的问题完全消除。
采用激光裁切PP料的工艺已经被全球大部分顶尖的HDI板生产厂家采用，这一工艺在不久的将来将成为HDI生产厂家采用的主流工艺
（二）激光用于打标
激光打标技术是激光加工最大的应用领域之一。激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标可以打出各种文字、图案等，可以小到微米量级。激光打标热影响区域小，加工精细，成本低，易操作，无污染。随着人们对环保的重视，激光打标相对于传统喷墨标记的优越性越来越突出，而且厂家对质量的要求也越来越高，而激光标记可以加工流水号及二维码，在PCB行业的应用正呈现快速增长的趋势。
（三）激光用于去除阻焊剂
在制作阻焊层时，经常会出现通孔被堵住或者图形转移错误导致连接盘被阻焊盖住的情况，如果采用激光的方法则可以完全解决这两个问题。用激光打穿部分被阻焊剂堵住的孔，再用药水将其他部分去除，速度既快又不伤板，激光可以快速精确的直接清除连接盘上的阻焊剂。
（四）激光用于钻孔
激光钻机用于HDI及IC载板的盲埋孔钻孔，是目前激光在PCB行业中应用最多的，至今已有近20年的历史，而且随着电子产品进一步向着轻、薄、短、小的方向发展，采用HDI工艺的线路板种类越来越多，激光用于盲埋孔钻孔也会越来越多。但现在相对较新的一个应用是紫外激光在挠性板上钻通孔。随着挠性板上通孔孔径越来越小，目前直径0.1 mm已有量产，下一步向直径0.08 mm和0.05 mm方向发展，机械钻孔的成本越来越高，而紫外激光钻孔的成本则越来越低，有着很好的孔形和电镀效果。
四、结束语
激光技术的发展，将会使激光技术行业的规模不断提升，激光技术对于世界发展和人类社会的生产生活的重要价值将会不断提升。因此，激光技术的发展趋势能够影响人类社会生活和生产。但是，激光技术也有一定的危害。因此，在激光技术的发展过程中一定要积极规避激光技术带来的一些威脅，让激光技术造福于人类。
参考文献
[1]牛芳.激光技术发展的启示[J].山西科技，2005，03：84-85.
（作者单位：德中（天津）技术发展股份有限公司）
