CN105562939A - 一种印刷电路板的多波长飞秒激光扫描刻蚀加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种印刷电路板的多波长飞秒激光扫描刻蚀加工方法，其中通过采用配有倍频模块的飞秒激光器作为激光源，其能够发出不同波长的激光束以分别对应地刻蚀加工印刷电路板上不同材质的不同层，能够实现在同一工位完成对印刷电路板各层的刻蚀加工，避免重复定位而引起的加工误差，同时还能够实现更加精细的线宽刻蚀，使得印刷电路板更小、更轻、更薄，其加工方便，加工精度和质量优良。

Description

一种印刷电路板的多波长飞秒激光扫描刻蚀加工方法

技术领域

本发明涉及一种印刷电路板的多波长飞秒激光扫描刻蚀加工方法。

背景技术

随着电子技术的快速发展，市场对PCB板的精密性、可靠性、轻薄性等要求也越来越高，PCB板更加朝着更小、更轻、更薄的方向发展。鉴于激光加工印刷电路板具有精度高、速度快、成本低等特点，而且激光刻蚀的线宽及间距都更加细密、质量更好，因此激光刻蚀加工在印制电路板行业中得到了广泛应用。

在进行激光刻蚀PCB板加工时，考虑到PCB板是一种层合板，而且不同材料对不同波长的吸收率会有较大差异，因此需要针对不同材料选择合适波长的激光进行处理，从而达到高效高质量的PCB板刻蚀加工。

现有的PCB板刻蚀加工工艺中，通常只是选定一个激光器后，只使用一种波长的激光完成PCB板各层不同材料的刻蚀，这种做法的加工效果并不是很好。现有技术中，也有采用多光路输出的激光器来实现多种波长的激光加工，但是由于该工艺中采用的设备出光光路不同，因此在加工时需要更换工位，这样难免会导致误差。不仅如此，现在普遍使用的纳秒激光由于加工时能量扩散、存在不可避免的热效应等影响，降低了激光能量的利用率和加工精度，因此激光刻蚀PCB板技术需要改进，尤其是如何实现高效、低成本、超短脉冲和波长可调谐激光的刻蚀加工尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种印刷电路板的多波长飞秒激光扫描刻蚀加工方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种印刷电路板的多波长飞秒激光扫描刻蚀加工方法，其中待加工的印刷电路板包括多层待刻蚀的基板，所有的所述基板沿厚度方向层叠设置，这多层所述基板中包含n种不同材质的板材，其中n为大于1的正整数，选用配有倍频模块的飞秒激光器作为激光源，其中所述飞秒激光器可切换地输出n种不同波长的激光束以对应地用于切割所述的n种不同材质的板材，

在对所述印刷电路板进行加工时，沿着所述印刷电路板的厚度方向由上至下逐层地按照如下步骤扫描刻蚀所有待刻蚀的所述基板，

a、触发所述飞秒激光器，使其发出对应地用于刻蚀待加工层所述基板的激光束；

b、将所述激光束进行光束准直扩束处理；

c、将经准直扩束处理后的所述激光束通过激光扫描振镜，实现对待加工层所述基板的扫描刻蚀加工。

优选地，所述步骤b中，采用扩束望远镜对所述激光束进行准直扩束处理。

进一步地，所述飞秒激光器的出光路径与所述扩束望远镜之间设有多个反射镜，以用于引导由所述飞秒激光器产生的激光束投射至所述扩束望远镜。

优选地，所述激光扫描振镜包括X向扫描振镜和Y向扫描振镜，以分别引导所述激光束进行X向和Y向的扫描。

优选地，所述激光扫描振镜的出光路径上还设有用于对激光束进行校正和聚焦处理的f-θ场镜。

优选地，所述飞秒激光器为单头激光发射器。

作为一种具体的实施方式，待加工的所述印刷电路板沿厚度方向依次包括顶层铜箔层、环氧树脂基层和底层铜箔层。

作为一种具体的实施方式，所述飞秒激光器能够切换地发出两种不同波长的激光束，分别为波长为λ1以用于刻蚀加工所述顶层铜箔层与所述底层铜箔层的第一激光束、波长为λ2以用于刻蚀加工所述环氧树脂基层的第二激光束，其中λ1≠λ2。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明中通过采用配有倍频模块的飞秒激光器作为激光源，其能够发出不同波长的激光束以分别对应地刻蚀加工印刷电路板上不同材质的不同层，能够实现在同一工位完成对印刷电路板各层的刻蚀加工，避免重复定位而引起的加工误差，同时还能够实现更加精细的线宽刻蚀，使得印刷电路板更小、更轻、更薄，其加工方便，加工精度和质量优良。

附图说明

附图1为本实施例中待加工的印刷电路板的截面图；

附图2为本实施例的加工方法的原理图；

附图3为本实施例中对印刷电路板加工时的示意图；

其中：10、印刷电路板（PCB板）；10a、顶层铜箔；10b、环氧树脂基层；10c、底层铜箔；20、激光扫描刻蚀装置；1、飞秒激光器；2、反射镜；3、扩束望远镜；4、X向扫描振镜；5、Y向扫描振镜；6、f-θ场镜。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

实施例1

参见图1所示为本实施例中待加工的印刷电路板10的截面图，该印刷电路板10为双面覆铜板，其由两种材料进行三层层叠而成，具体包括沿其厚度方向由上而下依次排布的顶层铜箔层10a、环氧树脂基层10b和底层铜箔层10c，其中顶层铜箔层10a与底层铜箔层10c均为铜箔材质的板材，环氧树脂基层10b采用的为玻璃纤维环氧树脂材质的板材。

参见图2所示，在对该印刷电路板10进行激光扫描刻蚀加工时，激光扫描刻蚀装置20中，选用配有倍频模块的飞秒激光器1作为激光源，以满足多层异质材料的加工需要。本实施例中，该飞秒激光器1可切换地输出两种不同波长的激光束以对应地用于切割铜箔材质的板材和环氧树脂材质的板材，分别为波长为λ1以用于刻蚀加工顶层铜箔层10a与底层铜箔层10c的第一激光束、波长为λ2以用于刻蚀加工环氧树脂基层10b的第二激光束，其中λ1≠λ2。在这里，第一激光束为超短脉宽的红外激光，第二激光束为超短脉宽的紫外激光。

在对印刷电路板10进行扫描刻蚀加工时，沿着印刷电路板10的厚度方向由上至下逐层地进行扫描刻蚀所有待刻蚀的基板。在本实施例中，待刻蚀的基板为顶层铜箔层10a和环氧树脂基层10b，则先完成顶层铜箔层10a的扫描刻蚀后，再对环氧树脂基层10b进行扫描刻蚀。

参见图2、图3所示，在本实施例中，激光扫描刻蚀装置20中，激光输光光路按照如下方式设置：在飞秒激光器1的出光路径上依次设置多个反射镜2、扩束望远镜3、激光扫描振镜和f-θ场镜6，最终投射至待刻蚀加工的印刷电路板10上，其中多个反射镜2主要起到激光束的引导作用，用于将飞秒激光器1产生的激光束引导投射进入扩束望远镜3；扩束望远镜3用于对激光束进行准直扩束处理，以增加激光束的直径，同时压缩激光束的发散角，从而获得高质量的激光束；激光扫描振镜用于在X-Y平面控制激光束的偏转，此处，激光扫描振镜包括X向扫描振镜4和Y向扫描振镜5，其分别由高精度伺服电机驱动，从而分别实现激光束在X向和Y向上的偏转。f-θ场镜6则用于对激光束进行校正和聚焦，以实现扫描范围内聚集光斑均匀，直径不变。考虑到激光扫描振镜在扫描时存在扫描图形的线性和非线性失真，在本实施例中，飞秒激光器1采用的为单头激光器，以实现平行往复扫描刻蚀，提高扫描区域的加工精度和质量。

对印刷电路板10进行扫描刻蚀加工时，首先对顶层铜箔层10a进行扫描刻蚀：先调整倍频模块，使得飞秒激光器1被触发而输出用于刻蚀加工铜箔材质板材的第一激光束。该第一激光束为红外光，而顶层铜箔10a下的环氧树脂基层10b对红外激光吸收率小，为避免对环氧树脂基层10b造成过大损伤，可以通过调整飞秒激光器1来调整第一激光束的工艺参数。然后该第一激光束依次经反射镜反射至扩束望远镜3，再经过X向扫描振镜4和Y向扫描振镜5以按照扫描刻蚀路径实现在X-Y平面上的偏转，最后经f-θ场镜6投射至印刷电路板10上对顶层铜箔10a进行扫描刻蚀加工。

接着对环氧树脂基层10b进行扫描刻蚀：先调整倍频模块使飞秒激光器1被触发而输出用于刻蚀加工环氧树脂材质板材的第二激光束。该第二激光束为紫外光，由于聚合物材料对紫外激光有更高的吸收率，因此通过调整飞秒激光器得到适当的工艺参数的第二激光束后，使得该激光束依次经过反射镜2、扩束望远镜3、X向扫描振镜4、Y向扫描振镜5及f-θ场镜6后，实现对印刷电路板10上环氧树脂基层10b的扫描刻蚀加工。该紫外激光能轻易、快速地扫描刻蚀掉厚聚合物的环氧树脂基层10b，并且正好加工到底层铜箔层10c的表面，完成印刷电路板10的刻蚀加工。

在本实施例中，选用飞秒激光器作为激光源还具有如下优点：由于飞秒激光刻蚀能在极短时间和极小空间内与物质相互作用，其作用机制为光化学效应，刻蚀加工时直接切断化学键，蒸发材料，几乎不产生热效应，没有能量扩散等影响，向作用区域集中注入的能量获得有效的高度积蓄，大大提高了激光能量的利用效率。采用飞秒激光刻蚀也在一定程度上实现了相对意义上的冷加工，大大减弱了一般激光加工中热效应带来的诸多负面影响，能够做到微米线宽精细加工，使印刷电路板变得更小、更轻、更薄。

综上，通过调整倍频模块，使得飞秒激光器1发出不同波长的激光束，以分别对应地用于刻蚀印刷电路板10的不同层，可以实现应用不同波长激光束在同一工位完成印刷电路板10各层的加工，这样避免了重复定位而引起的加工误差，提高了加工精度与质量。同时，由于采用飞秒激光器作为激光源，能够实现更加精细的线宽刻蚀，使得印刷电路板变得更小、更轻、更薄，其加工方便，加工精度和质量优良。

当然，若待加工的印刷电路板包括两层以上待刻蚀的基板，且这些基板中包含2种或2种以上不同材质的板材时，可通过调整倍频模块，使得飞秒激光器发出对应种不同波长的激光束，以分别用于不同材质板材的激光扫描刻蚀。在对该印刷电路板进行扫描刻蚀加工时，应按照其厚度方向由上往下逐层地进行。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种印刷电路板的多波长飞秒激光扫描刻蚀加工方法，其中待加工的印刷电路板包括多层待刻蚀的基板，所有的所述基板沿厚度方向层叠设置，这多层所述基板中包含n种不同材质的板材，其中n为大于1的正整数，其特征在于：选用配有倍频模块的飞秒激光器作为激光源，其中所述飞秒激光器可切换地输出n种不同波长的激光束以对应地用于切割所述的n种不同材质的板材，

在对所述印刷电路板进行加工时，沿着所述印刷电路板的厚度方向由上至下逐层地按照如下步骤扫描刻蚀所有待刻蚀的所述基板，

a、触发所述飞秒激光器，使其发出对应地用于刻蚀待加工层所述基板的激光束；

b、将所述激光束进行光束准直扩束处理；

c、将经准直扩束处理后的所述激光束通过激光扫描振镜，实现对待加工层所述基板的扫描刻蚀加工。

2.根据权利要求1所述的印刷电路板的多波长飞秒激光扫描刻蚀加工方法，其特征在于：所述步骤b中，采用扩束望远镜对所述激光束进行准直扩束处理。

3.根据权利要求2所述的印刷电路板的多波长飞秒激光扫描刻蚀加工方法，其特征在于：所述飞秒激光器的出光路径与所述扩束望远镜之间设有多个反射镜，以用于引导由所述飞秒激光器产生的激光束投射至所述扩束望远镜。

4.根据权利要求1所述的印刷电路板的多波长飞秒激光扫描刻蚀加工方法，其特征在于：所述激光扫描振镜包括X向扫描振镜和Y向扫描振镜，以分别引导所述激光束进行X向和Y向的扫描。

5.根据权利要求1所述的印刷电路板的多波长飞秒激光扫描刻蚀加工方法，其特征在于：所述激光扫描振镜的出光路径上还设有用于对激光束进行校正和聚焦处理的f-θ场镜。

6.根据权利要求1所述的印刷电路板的多波长飞秒激光扫描刻蚀加工方法，其特征在于：所述飞秒激光器为单头激光发射器。

7.根据权利要求1至6任一所述的印刷电路板的多波长飞秒激光扫描刻蚀加工方法，其特征在于：待加工的所述印刷电路板沿厚度方向依次包括顶层铜箔层、环氧树脂基层和底层铜箔层。

8.根据权利要求7所述的印刷电路板的多波长飞秒激光扫描刻蚀加工方法，其特征在于：所述飞秒激光器能够切换地发出两种不同波长的激光束，分别为波长为λ1以用于刻蚀加工所述顶层铜箔层与所述底层铜箔层的第一激光束、波长为λ2以用于刻蚀加工所述环氧树脂基层的第二激光束，其中λ1≠λ2。