紫外激光钻孔技术

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激光技术是二十世纪与原子能、半导体及计算机齐名的四项重大发明之一。四十多年来，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、通讯、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，取得了很好的经济效益和社会效益，对国民经济及社会发展将发挥愈来愈重要的作用。由于激光具有很好的单色性、相干性、方向性和高能量密度，它已渗透到各个学科领域，形成了新的学科。激光产业正在我国逐步形成，包括激光加工、激光音像、激光通讯、激光医疗、激光检测、激光印刷设备及激光全息等，这些产业正在作为新的经济增长点而引起高度重视。据ILS (Industrial Laser Solutions) 统计2002年全球工业激光系统产值为485亿美元，比2001年增长9.6%。2003年全球工业激光系统产值约为536亿美元，预计2004年为632亿美元，增长率将在18%左右。  激光加工是激光产业的重要应用，激光加工与常规机械加工相比,激光加工的优点是更精密、更准确和更迅速, 目前激光加工应用范围包括电路板微孔制作和集成电路制板、打标、切割、焊接、深雕刻、曲面加工、热处理、熔覆、材料改性、电容电阻制作和微调、快速原型／模具制造、、眼科和皮肤科治疗等等。尤其是目前世界范围内激光在电子电路板微孔制作和电子电路板直接成型方面的研究成为激光加工应用的热点，利用激光制作微孔及电路板直接成型与其它加工方法相比其优越性更为突出，具有极大的商业价值。 随着电子产品朝着便携式、小型化的方向发展，对电路板小型化提出了越来越高的需求。例如现代手机和数码相机的线路板每平方厘米安装大约为1200条互连线。提高电路板小型化水平的关键在于越来越窄的线宽和不同层面线路之间越来越小的微型过孔。对于微型过孔而言，为了有效地保证各层间的电气连接以及外部器件的固定，在高速、高密度的PCB设计时，设计者总是希望过孔越小越好，这样板上不仅可以留有更多的布线空间,而且过孔越小，越适合用于高速电路，这样通过微型过孔不仅提供了表面安装器件与下面信号面板之间的高速连接，而且有效地减小了面积，印制线路板（PCB）逐步呈现出以高密度互连技术为主体的积层化、多功能化特征。目前微细孔的费用通常占PCB制板费用的30%-40%。传统的机械钻孔最小的尺寸仅为100μm，这显然已不能满足要求，取而代之的是一种新型的激光微型过孔加工方式。目前用CO2激光器加工在工业上可获得过孔直径达到30-40μm的小孔或用UV激光加工10μm 左右的小孔。目前激光微线孔UV激光钻孔设备只占全球市场的15%，但该类设备市场需求的增长要比新型的CO2激光钻孔设备的需求高3倍。另外，由于目前电子产品要求的研发周期越来越短，为了满足研发阶段对电路板快速、单件的要求，设计者要求设备兼具打孔、电路图形雕刻和切割功能。目前，已经具备这些功能的国外激光微线孔设备相当昂贵。   激光微线孔在工业界应用已经相当广泛，主要的方式有两种形式： 1）是使用红外激光：将材料表面的物质加热汽化（蒸发），以除去材料，这种方式通常称为热加工。主要采用CO2（波长10.6μm）或Nd:YAG激光（波长1.064μm）。2）是使用紫外激光：直接将材料的分子键打断，使分子脱离物体的加工方式，这种方式不会产生高的热量，故称为冷加工。主要采用UV-YAG激光（355nm、266nm、213nm）或准分子激光。使用红外激光的热加工方式已经得到了广泛的应用，但使用紫外激光的冷加工方式正在得到广泛的研究。由于紫外激光的很多优异特性，世界上很多的公司正在或已经研制紫外激光微线孔设备。下表是两种加工方式的比较，可以看到这两种方式的能力是不同的。 红外激光和紫外激光钻孔能力比较                                                                           红外激光（CO2激光）                                                                                         紫外激光（UV-YAG）                                                                                                         深径比                                                                                         0.4~0.9:1 用于盲孔                                                  0.25~10:1 通孔、盲孔皆可                                                                                                         孔径                                                                                         150~350μm                                                               10~150μm                                                                               加工速度                                                                                         300孔/min                                                               24000孔/min                                                           因紫外激光可达到10μm直径，1μm精度的钻孔能力，紫外激光在钻孔上的应用随着电子工业微细化的趋势越来越受到重视。以目前的印刷电路板（PCB）而言，已经有一部分由UV-YA G钻孔机取代。钻孔速度快速而精确。另外很多微孔过滤板、医疗用的导管上的钻孔等也必须利用紫外激光才能达到要求。