PCB行業(yè)中的UV激光加工應用

　　對于電路板行業(yè)的激光切割或者鉆孔，只需幾瓦或十多瓦的UV 激光即可，無(wú)需千瓦級別的激光功率，在消費類(lèi)電子產(chǎn)品、汽車(chē)行業(yè)或機器人制造技術(shù)中，柔性電路板的使用變得日趨重要。由于UV激光加工系統具有柔性的加工方式、高精度的加工效果以及靈活可控的加工過(guò)程，因而成為了柔性電路板以及薄型PCB 激光鉆孔與切割的首選。

　　圖1：CO2激光（左）與 UV 激光（右）的切割槽比較。UV 激光產(chǎn)生熱效應較小，其切割邊沿干凈、整齊。

　　如今，激光系統配置的長(cháng)壽命激光源已基本接近免維護，在生產(chǎn)過(guò)程中，激光等級為1級，安全無(wú)需其他保護裝置。LPKF激光系統配備吸塵裝置，不會(huì )造成有害物質(zhì)的排放。加上其直觀(guān)易操作的軟件控制，使得激光技術(shù)正在取代傳統機械工藝，節省了特殊刀具的成本。

　　CO2激光還是UV 激光？

　　例如PCB分板或切割時(shí)，可以選擇波長(cháng)約為10.6μm 的 CO2 激光系統。其加工成本相對較低，提供的激光功率也可達數千瓦。但是它會(huì )在切割過(guò)程中產(chǎn)生大量熱能，從而造成邊緣嚴重碳化。

　　UV 激光波長(cháng)為355 nm。這種波長(cháng)的激光束非常容易光學(xué)聚焦。小于20瓦激光功率的UV 激光聚焦后光斑直徑只有20μm – 而其產(chǎn)生的能量密度甚至可媲美太陽(yáng)表面。

　　UV 激光加工的優(yōu)勢

　　UV 激光尤其適用于硬板、軟硬結合板、軟板及其輔料的切割以及打標。那么這種激光工藝究竟有哪些優(yōu)點(diǎn)呢？

　　在SMT行業(yè)的電路板分板以及PCB行業(yè)的微鉆孔等領(lǐng)域，UV 激光切割系統展現出極大的技術(shù)優(yōu)勢。 根據電路板材料厚度的不同，激光沿著(zhù)所需的輪廓一次或者多次切割。材料越薄，切割的速度越快。如果累積的激光脈沖低于穿透材料所需的激光脈沖，只會(huì )在材料表面上出現劃痕；因此，可以在材料上進(jìn)行二維碼或者條形碼的打標，以便后續制程的信息追蹤。

　　圖2：一個(gè)基板多個(gè)元器件，即使緊貼線(xiàn)路也可安全分板。

　　UV激光的脈沖能量?jì)H在材料上作用微秒級的時(shí)間，在切口旁的幾微米處，已無(wú)明顯熱影響，因此無(wú)需考慮其產(chǎn)生的熱量對元件造成的損壞?？拷吘壍木€(xiàn)路和焊點(diǎn)完好無(wú)損，無(wú)毛刺。

　　此外，LPKF UV激光系統集成CAM 軟件可直接導入從CAD中導出的數據，對激光切割路徑進(jìn)行編輯，形成激光切割輪廓，選擇適用于不同材料的加工參數庫，就可以直接激光加工。該激光系統既適合大批量的量產(chǎn)加工，也適用于試樣生產(chǎn)。

　　鉆孔應用

　　電路板中的通孔用于連接雙面板的正反面間線(xiàn)路，或用于連接多層板中任意層間線(xiàn)路。為了其導電，需要在鉆孔后將孔壁鍍上金屬層。如今采用傳統的機械方法已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足鉆孔直徑越來(lái)越小的要求：盡管提高了主軸轉速，但精密鉆孔刀具的徑向速度會(huì )因直徑太小而降低，甚至無(wú)法完成要求的加工效果。另外，從經(jīng)濟層面考慮，易于磨損的刀具耗材也是一個(gè)限制性因素。

　　針對柔性電路板的鉆孔，LPKF公司研發(fā)了一種新型的激光鉆孔系統。LPKFMicroLine 5000激光設備配有533mm x 610 mm的工作臺面，可以卷對卷的自動(dòng)化作業(yè)。鉆孔時(shí)，激光可以先從孔的中心出發(fā)切出微孔輪廓，這比普通方法更為精確。系統可以在高徑深比的情況下，在有機或非有機的基板上鉆制最小直徑為20μm的微孔。柔性電路板、IC基板或HDI電路板都非常需要這樣的精度。

　　半固化片切割

　　在電子組件制造過(guò)程中，哪些情況要求切割半固化片材料？早在初期，半固化片材料就已經(jīng)被應用于多層電路板中。多層電路板中的各個(gè)電路層通過(guò)半固化片的作用被壓合在一起；根據電路設計，一些區域的半固化片需要事先切割開(kāi)窗然后被壓合。

　　圖3：通過(guò)激光工藝可以在敏感的覆蓋層上形成精確的輪廓。

　　類(lèi)似的過(guò)程也適用于FPC覆蓋膜。覆蓋膜通常由聚酰亞胺以及厚度為25μm或12.5μm的膠層構成，且容易變形。單個(gè)區域（例如焊盤(pán)）無(wú)需覆蓋膜遮蓋，以便后期進(jìn)行裝配、連接等工作。

　　這種薄性材料對于機械應力非常敏感——靠非接觸式的激光加工可以輕松完成。同時(shí)，真空吸附臺能夠很好固定其位置，保持其平整度。

　　軟硬結合板加工

　　在軟硬結合板中，將剛性PCB與柔性PCB壓合一起形成多層板。壓合過(guò)程時(shí)，柔性PCB上方并沒(méi)有和剛性PCB壓合粘接在一起，通過(guò)激光定深切割把覆蓋在柔性PCB上面的剛性蓋子切割、分離，留下柔性部分，形成軟硬結合板。

　　這樣的定深加工同樣適用于多層板中表面嵌入集成元件的盲槽加工。UV激光會(huì )精確切割從多層電路板中分離出來(lái)的目標層的盲槽。在該區域內，目標層與其上面所覆蓋的材料不可形成連接。

　　PCB和FPC的高效分板

　　SMT后分板即切割多種電子元器件已被裝配的電路板，該工序已經(jīng)處在生產(chǎn)鏈的末端。對于分板，可選擇不同的技術(shù)：對于通常用的PCB，優(yōu)先考慮使用傳統的刀切、沖壓和輪廓銑削等工藝。對于較為復雜的電子線(xiàn)路以及薄型基板尤其是對機械應力、粉塵和尺寸偏差非常敏感的情況，則采用UV激光切割分板更有優(yōu)勢。以下三個(gè)圖表從不同因素對這三種方法進(jìn)行了評估。

　　圖4：分板方法比較：其他方法無(wú)法達到 UV激光器的分板質(zhì)量。

　　對于完整輪廓的切割，德國LPKF公司會(huì )根據使用的不同激光源，建議切割材料厚度不超過(guò)1.6mm。針對某些較厚的材料，以及價(jià)格昂貴的裝配組件，優(yōu)先考慮安全和質(zhì)量層面，而切割時(shí)長(cháng)則是其次。

　　圖5 ： 在 Tab-Cut 中，激光切割斷點(diǎn)分板。

　　切割斷點(diǎn)分板，激光系統會(huì )通過(guò)一個(gè)前面所述的加工過(guò)程切斷連接點(diǎn)。這個(gè)切割過(guò)程可緊挨靠近邊緣的元器件進(jìn)行，對于較厚的電路板來(lái)說(shuō)也是非常經(jīng)濟的。

　　其他應用領(lǐng)域

　　由于UV激光波長(cháng)較短，可適用于大多數的材料加工。例如，在電子工業(yè)領(lǐng)域可將其用于：

　　● 加工TCO/ITO玻璃且基底無(wú)損傷

　　● 在柔性或薄型材料上鉆孔

　　● 阻焊層或覆蓋膜開(kāi)窗

　　● 剛柔/柔性電路板分板

　　● 開(kāi)槽

　　● 已裝配或未裝配電路板的返修

　　● 切割燒結陶瓷

　　● 精密切割 LTCC

　　不僅限于對電路板的加工，UV激光系統還可在一個(gè)加工作業(yè)中同時(shí)完成LTCC組件的切割、直寫(xiě)和鉆孔。