激光技術在印制電路板行業的應用

宋金月

摘要：激光直接成型（LDS）技術，指利用激光將數字化的圖形照射到高分子材料表面，通過對照射過的區域進行直接金屬化，最終在高分子材料表面形成圖案的技術。它可以在高分子殼體上直接形成金屬化的圖案。本文詳細探討了LDS技術的原理、加工方法、應用方向、在印制電路板中的應用前景以及目前存在的應用缺陷。

關鍵詞：激光技術；印制電路；應用

引言：

激光（Laser）是20世紀科技領域中與原子能、半導體及計算機齊名的4項重大發明之一。50年來，激光技術發展異常迅猛。以激光器為基礎的激光技術在我國得到了迅速的發展，現已廣泛用于工業生產、通信、信息處理、醫療衛生、軍事、文化教育以及科學研究等各個領域。隨著電子產品朝著多功能、便攜式、小型化的方向發展，對印制電路板高密度化和小型化提出了越來越高的需求。提高印制板高密度化水平的關鍵在于越來越窄的線寬、線距和越來越小的層間互連孔直徑、連接盤，以及嚴格的尺寸精度，于是激光技術被引入印制板加工中。

一、概述

關于激光的起源，最早還要追溯到科學家愛因斯坦，愛因斯坦在上世紀初就提出了受激輻射的理念。隨后，上世紀中期，美國微波領域的著名科學家肖洛和湯斯發表了關于“紅外與光學激射器”的論文，全文明確闡述了受激輻射發光的可能性，同時也闡述了受激輻射發光的條件――“粒子數反轉”。1960年，美國科學家梅曼成功發明了一臺世界上最早的紅寶石激光器。至此，激光和激光技術開始了迅猛的發展。而我國的第一臺激光器是在王志江院士的主持之下于1961年成功制造出來的。而關于我國的激光和激光技術起源，主要還是受到國外的影響。但是激光技術自從在我國起源就得到了良好的發展，無論是發展成果的質量還是數量都與世界水平差異不大。

二、激光技術組成和特性

（一）激光器的主要組成結構

經過多年的發展和完善，激光器的主要結構已基本定型，主要由三個部分共同組成。首先是激光工作介質，激光工作介質是激光器最為基礎也是最為重要的組成部分，激光器要產生激光必須要選擇恰當的工作介質，例如固體、液體、氣體或者是半導體。選擇了恰當的工作介質，介質就可以受激輻射而產生出激光。其次，激勵源也是激光器的主要組成結構，激勵源是讓工作介質實現粒子數反轉的根本，一般激勵源有光、電、熱等多種化學激勵方式。最后，激光的能量要產生并放大，主要依賴的就是諧振腔。

（二）激光的特性

激光的特性是激光技術得以廣泛應用的基礎，也是激光最為明顯的現象。通常說來，激光有單色性純、亮度高、相干性好、方向性強等方面的特性。

首先，就單色性純來說，其實質就是激光的顏色相當純。通常肉眼可見的激光譜線的寬度最小僅有萬分之一埃。舉個例子來說，普通白熾燈只需要1毫微米的干涉濾光片就可以透過波長600毫微米的光。而氦氖激光器發射出的激光波長一般都是633毫微米。而且，普通的光束中，光子簡并度往往不會超過10-3，無法進行大量信息的傳遞。唯有通過簡并度很高的激光才能實現正兒八經的光通訊。

其次，就激光亮度高這一特性來說，亮度高從幾何光學的理論觀點來看就是光子簡并度很高。正常情況下，激光焦點位置的輻射亮度比普通白熾燈的光亮度高了上千倍。

最后，方向性是激光一個很重要的特點，現代衛星技術也憑借激光的方向性能夠實現精確定位。激光高強的方向性也造成了其發散角很小。與普通探照燈相比，如果從地球到月球，激光光斑的直徑一般不會超過2千米，而普通探照燈的光斑直徑則會達到幾千千米。

三、激光技術在印制電路板中的應用

（一）激光用于PP裁切

傳統的PP預浸材料（半固化片）的分切采用機械裁刀的方式，機械裁刀裁切存在下面幾個缺點：

（1）在機械裁切過程中會產生大量的PP粉和玻璃絲落在機臺和裁切好的PP料上，同時PP粉對人體會帶來過敏癥狀，這樣既不利于機臺的維護，又對加工環境的潔凈度造成破壞。而且一旦粉和絲進入線路板的夾層中，勢必會造成線路板報廢，給線路板的品質帶來影響。

（2）機械裁切過的PP料還要經過烤邊的工藝，在進行封邊時對線路板的疊放要求較高，疊放的邊要整齊，否則伸在外面的邊烤焦了，縮在里面的邊烤不到，達不到全部封邊的要求。另外，疊摞的PP在利用紅外線進行封邊時，很容易把PP的層與層之間膠結在一起，如果強行分開，會造成邊緣的厚薄不均。

（3）安全問題。經常發生在機械裁切時，由于操作不慎，造成人身傷害事故。此外，由于PP本身的特性，導致在切割過程中會產生很強的靜電，如果處理不及時，同樣會造成對操作人員的人身傷害。

激光裁切PP料的原理是利用CO2激光的高能量將PP材料切開，它具有以下優點：

（1）不會產生PP粉，設備操作安全可靠，靜電消除效果明顯，對環境和人體無害。特別是對環境的改善是革命性的。

（2）提高產品品質。由于采用激光切割，在切割過程中不會產生PP粉和玻璃絲，便于機臺維護保養和提高線路板品質，不會產生凹陷不良。

（3）經過激光裁切之后，已經進行了封邊工藝，無需另外進行烘烤，所以可將烘烤過程有可能產生的問題完全消除。

采用激光裁切PP料的工藝已經被全球大部分頂尖的HDI板生產廠家采用，這一工藝在不久的將來將成為HDI生產廠家采用的主流工藝

（二）激光用于打標

激光打標技術是激光加工最大的應用領域之一。激光打標是利用高能量密度的激光對工件進行局部照射，使表層材料汽化或發生顏色變化的化學反應，從而留下永久性標記的一種打標方法。激光打標可以打出各種文字、圖案等，可以小到微米量級。激光打標熱影響區域小，加工精細，成本低，易操作，無污染。隨著人們對環保的重視，激光打標相對于傳統噴墨標記的優越性越來越突出，而且廠家對質量的要求也越來越高，而激光標記可以加工流水號及二維碼，在PCB行業的應用正呈現快速增長的趨勢。

（三）激光用于去除阻焊劑

在制作阻焊層時，經常會出現通孔被堵住或者圖形轉移錯誤導致連接盤被阻焊蓋住的情況，如果采用激光的方法則可以完全解決這兩個問題。用激光打穿部分被阻焊劑堵住的孔，再用藥水將其他部分去除，速度既快又不傷板，激光可以快速精確的直接清除連接盤上的阻焊劑。

（四）激光用于鉆孔

激光鉆機用于HDI及IC載板的盲埋孔鉆孔，是目前激光在PCB行業中應用最多的，至今已有近20年的歷史，而且隨著電子產品進一步向著輕、薄、短、小的方向發展，采用HDI工藝的線路板種類越來越多，激光用于盲埋孔鉆孔也會越來越多。但現在相對較新的一個應用是紫外激光在撓性板上鉆通孔。隨著撓性板上通孔孔徑越來越小，目前直徑0.1 mm已有量產，下一步向直徑0.08 mm和0.05 mm方向發展，機械鉆孔的成本越來越高，而紫外激光鉆孔的成本則越來越低，有著很好的孔形和電鍍效果。

四、結束語

激光技術的發展，將會使激光技術行業的規模不斷提升，激光技術對于世界發展和人類社會的生產生活的重要價值將會不斷提升。因此，激光技術的發展趨勢能夠影響人類社會生活和生產。但是，激光技術也有一定的危害。因此，在激光技術的發展過程中一定要積極規避激光技術帶來的一些威脅，讓激光技術造福于人類。

參考文獻

[1]牛芳.激光技術發展的啟示[J].山西科技，2005，03：84-85.

（作者單位：德中（天津）技術發展股份有限公司）