[發(fā)明專利]利用一氧化碳激光器在印刷電路板中鉆導(dǎo)通孔

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480051958.1
• 申請(qǐng)日: 2014-08-28
• 公開（公告）號(hào): CN105829011B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 華恭學(xué);E·R·米勒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 相干公司
• 主分類號(hào): B23K26/064
• 分類號(hào): B23K26/064;B23K26/40;B23K26/0622;B23K26/382;B23K26/70;H05K3/00
• 代理公司: 余姚德盛專利代理事務(wù)所(普通合伙)33239
• 代理人: 鄭洪成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及在印刷電路板(PCB)中導(dǎo)通孔的激光鉆孔。本發(fā)明尤其涉及利用來自氣體放電激光器的長(zhǎng)波長(zhǎng)紅外輻射線對(duì)PCB進(jìn)行激光鉆孔。

背景技術(shù)

加封射頻(RF)激勵(lì)二氧化碳(CO₂)激光器當(dāng)前在PCB中鉆導(dǎo)通孔(導(dǎo)通鉆孔)方面受歡迎。這些激光器關(guān)于可用輸出功率相對(duì)緊湊。通過示例的方式，長(zhǎng)度小于一米(m)的激光器能夠輸送波長(zhǎng)約為10.6微米(μm)的長(zhǎng)波長(zhǎng)紅外(IR)輻射線束，平均功率為400瓦特(W)或更大。雖然CO₂激光器導(dǎo)通鉆孔快速且高效，但是最終受限于由于激光束的長(zhǎng)波長(zhǎng)而導(dǎo)致鉆出的最小孔尺寸。在所謂的“智能手機(jī)”中使用的PC板對(duì)于最小孔尺寸和間距的要求日益快速增長(zhǎng)，實(shí)際上所考慮的“智能手機(jī)”是具有許多功能的手持式便攜計(jì)算機(jī)設(shè)備，而不僅僅產(chǎn)生和接收電話呼叫。在當(dāng)前現(xiàn)有技術(shù)的智能手機(jī)中，PCB可以具有多達(dá)30,000個(gè)導(dǎo)通孔。隨著更多功能添加到智能手機(jī)中，將需要具有更多導(dǎo)通孔的更復(fù)雜的電路系統(tǒng)，并且最終將需要更短的鉆孔波長(zhǎng)來實(shí)現(xiàn)更小的孔尺寸和更近的間距。

假設(shè)優(yōu)選的導(dǎo)通孔鉆孔波長(zhǎng)將是在大約2μm與大約8μm之間的所謂的中IR(MIR)波長(zhǎng)。除了更小的孔尺寸和更近的間距的可能之外，MIR波長(zhǎng)在PCB材料中比在更長(zhǎng)的CO₂激光輻射波長(zhǎng)下具有更高的吸收系數(shù)。這將允許更快速地將熱吸入PCB，這一般將導(dǎo)致具有更清潔的壁及更少的附帶熱損傷的孔。

MIR波長(zhǎng)可利用和頻率產(chǎn)生或光學(xué)參量產(chǎn)生由商業(yè)方式可得到的近IR(NIR)發(fā)射、固態(tài)激光器、纖維激光器、或光學(xué)泵浦半導(dǎo)體激光器來產(chǎn)生。然而，這將需要具有能夠在CO₂激光器系統(tǒng)中可實(shí)現(xiàn)的每瓦特成本很多倍的裝置。

可以論證的是，用于導(dǎo)通鉆孔的用于取代CO₂激光器的唯一可能可行的候選MIR激光器是CO激光器。關(guān)于加封CO激光器的近期調(diào)查指向加封CO激光器，其是僅經(jīng)過簡(jiǎn)單修改的加封CO₂激光器，但是具有不同的激光氣體混合物。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)CO₂激光器的功率輸出的大約80％的功率輸出。

在導(dǎo)通鉆孔操作中，CO₂激光器在脈沖模式被驅(qū)動(dòng)。CO激光器的問題在于，當(dāng)在脈沖模式下驅(qū)動(dòng)時(shí)，脈沖上升時(shí)間和下降時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)。脈沖的長(zhǎng)的上升時(shí)間和下降時(shí)間會(huì)造成激光鉆孔的導(dǎo)通孔周圍有不可接受的附帶熱損傷。至少在理論上，激光脈沖的上升時(shí)間和下降時(shí)間能夠利用聲光調(diào)制器(AOM)通過激光脈沖的調(diào)制“剪取”來縮短。

然而，由于CO激光器輸出的寬波長(zhǎng)范圍，這是復(fù)雜的。CO激光器輸出發(fā)生在大約4.5μm與大約6.0μm之間的激光器波長(zhǎng)范圍內(nèi)。AOM借助通過對(duì)晶體施加高RF電壓而在諸如鍺(Ge)晶體的敏感晶體中誘發(fā)的折射率格柵來起作用。誘發(fā)格柵將激光器從在不誘發(fā)格柵的情況下通過晶體的一個(gè)路徑轉(zhuǎn)向到與未轉(zhuǎn)向(RF施加)路徑成一角度的交替路徑。當(dāng)然，轉(zhuǎn)向路徑的角度是波長(zhǎng)相關(guān)的。由于準(zhǔn)直束具有CO激光器的全帶寬，轉(zhuǎn)向束將擴(kuò)散到射線扇中，這將使得將束聚焦到PCB上進(jìn)行鉆孔變得復(fù)雜。

通過限制CO激光器帶寬，例如通過使用激光器-共振器內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)器或格柵的光譜選擇性設(shè)備，能夠緩解AOM的該束擴(kuò)散。然而，CO激光器的本質(zhì)是，輸出功率將與光譜帶寬減少程度成正比地減少。將光譜帶寬減少至與AOM兼容的比例可以降低CO激光器功率低至相當(dāng)尺寸和泵浦的CO₂激光器的功率的五分之一。對(duì)于CO激光器而言，必須克服該問題和有關(guān)問題來變成用于導(dǎo)通鉆孔的CO₂激光器的商業(yè)上可行的替代物。

發(fā)明概述

在一個(gè)方面，根據(jù)本發(fā)明的裝置包括聲光調(diào)制器(AOM)和一氧化碳(CO)激光器。CO激光器發(fā)射激光輻射線脈沖，在所述脈沖中的輻射線具有波長(zhǎng)范圍在大約4.5微米與6.0微米之間的多個(gè)波長(zhǎng)。輻射線脈沖具有臨時(shí)上升沿和臨時(shí)下降沿。激光輻射線脈沖沿入射方向入射到AOM上。AOM布置成接收輻射線脈沖，在與入射方向成一角度的波長(zhǎng)相關(guān)分散方向的第一范圍內(nèi)，分散脈沖的除了上升沿的部分和下降沿的部分之外的中央臨時(shí)部分。脈沖的殘留部分由AOM沿著入射方向發(fā)送。分散補(bǔ)償器布置成接收脈沖的中央臨時(shí)部分且將分散方向的范圍減至小于第一范圍的第二范圍。至少一個(gè)光學(xué)元件布置成將臨時(shí)脈沖部分從分散補(bǔ)償器消色差地聚焦到工件上。

附圖說明