不斷發(fā)展的PCB加工需求

隨著電子設(shè)備不斷向小型化發(fā)展，如智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、VR 設(shè)備、汽車傳感器和智能家居設(shè)備等，電子產(chǎn)品對(duì)PCB的高密度和高性能需求越來越突出，因?yàn)榕c上一代微電子產(chǎn)品相比，這些小型化電子設(shè)備不僅物理規(guī)格更小、更復(fù)雜，而且更加高效節(jié)能（更長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間）且價(jià)格更低。

在這種需求推動(dòng)下，PCB加工也趨向于廣泛應(yīng)用更薄的傳統(tǒng)電路板、大范圍采用柔性電路撓性電路、更厚的導(dǎo)電層，以及更加充分利用低介電常數(shù)介質(zhì)（尤其在5G技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用）。成本方面的考慮也加強(qiáng)了提高工藝?yán)寐实男枨?。具體來說，就是將板間距離縮小，以增加產(chǎn)量。

這些趨勢(shì)會(huì)促使切割和分板工藝的切口寬度越來越窄，尺寸精度越來越高。切割位置離PCB功能區(qū)域越近，就意味著不論是從機(jī)械應(yīng)力還是溫度角度考慮，切割工藝一定不能影響切割位置周圍的材料或電路。另一項(xiàng)要求是盡可能減少殘?jiān)驗(yàn)槌霈F(xiàn)殘?jiān)鸵馕吨罄m(xù)還要增加清洗步驟。

受到這些限制因素的影響，包括銑削、鋸切、模切、打孔、刻槽和半切等在內(nèi)的傳統(tǒng)PCB機(jī)械分板法都變得不切實(shí)際了，且成本效益會(huì)變低。這促使行業(yè)考慮采用激光切割，因?yàn)榧す饧夹g(shù)可以滿足上述的任何一個(gè)要求，但缺點(diǎn)是切割速度會(huì)降低。

當(dāng)然，激光分板應(yīng)用了一定時(shí)間，已經(jīng)不是新技術(shù)了，但是，了解和區(qū)分各種基于激光的加工技術(shù)仍十分重要。最早的激光切割采用的是發(fā)射遠(yuǎn)紅外線的CO2激光器。這種技術(shù)通過加熱基體材料實(shí)現(xiàn)切割，導(dǎo)致嚴(yán)重的焦（碳化）化現(xiàn)象，因此會(huì)造成明顯的熱影響區(qū)。而且，與較短的紫外波長(zhǎng)相比，這種長(zhǎng)波長(zhǎng)無法集中形成很小的光斑，所以會(huì)導(dǎo)致較寬的切口。

十多年前，二極管泵浦固體 (DPSS)、納秒脈沖寬度紫外波長(zhǎng)的三倍頻激光器成為 PCB 切割的另一種可行工具。這種激光器輸出的紫外線（355nm）帶有足夠的脈沖能量，用“冷”加工的燒蝕方法去除材料。換言之，這種工藝的熱影響區(qū)比CO2激光器小得多（但仍然看得到），而且所產(chǎn)生的毛刺和材料改性層也要少很多。這種激光器的高單脈沖能量和重復(fù)頻率能使切割速度保持在較快水平，成本可控，盡管速度還是比不上CO2激光器。

表 1. 紫外激光器 PCB 切割的主要特征和優(yōu)勢(shì)

PCB激光分板工藝的最新進(jìn)展

PCB激光分板工藝已經(jīng)帶來了諸多優(yōu)勢(shì)，PCB制造商已經(jīng)將這項(xiàng)技術(shù)發(fā)揮到了極致，以滿足在尺寸、材料和成本方面越來越嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。目前正在積極研發(fā)的領(lǐng)域包括：進(jìn)一步減少熱影響區(qū)和毛刺的形成，以及提高納秒紫外固體激光器的切割質(zhì)量。

為了幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，Coherent 相干公司在應(yīng)用研究中利用納秒高脈沖能量的紫外固體激光器（AVIA LX）切割不同PCB與復(fù)合材料得到了多種加工效果和工藝窗口，研發(fā)出一種切割PCB的新方法，并且已證實(shí)這種方法可以減少熱影響區(qū)，使切割邊緣更光滑、切口寬度更窄且切割效率更高。

該方法的一個(gè)關(guān)鍵要素就在于，使用了一種專有方法控制傳輸?shù)焦ぜ砻娴募す饷}沖時(shí)機(jī)和空間定位，可避免熱量積聚。因?yàn)槭褂迷摲椒ú粫?huì)造成熱損傷，所以在切割較厚材料（1 mm及以上）時(shí)可以使用脈沖能量非常高的激光器進(jìn)行加工。

較高脈沖能量的優(yōu)勢(shì)在于無需再使用切割較厚材料時(shí)所用的傳統(tǒng)方式。采用傳統(tǒng)激光器切割厚板時(shí)，一般都需要預(yù)留一個(gè)V槽，避免在切割過程中造成光路中斷而降低激光器功率，影響切割效率。使用Coherent相干公司AVIA LX激光器切割時(shí)，可以充分利用高達(dá)400μJ的脈沖能量沿同一條線反復(fù)劃線，無需V槽，因此切割速度更快，切口寬度明顯減小。

對(duì)于脈沖能量較低的激光器，必須在光束穿透材料時(shí)不斷移動(dòng)光束焦點(diǎn)，使焦點(diǎn)的最小尺寸始終與切割深度精確吻合，才能獲取高于材料燒蝕閾值的激光通量。但在實(shí)際加工過程中，需要將PCB板上移，或者額外使用具有聚焦功能的三軸振鏡。無論哪種方法，都會(huì)極大的影響整體加工效率和進(jìn)度，增加設(shè)備成本和操作復(fù)雜性。

AVIA LX的高脈沖能量可以讓激光聚焦在PCB中間層的深度進(jìn)行切割，因?yàn)榫退慵す獠荒苡米罴呀裹c(diǎn)進(jìn)行切割操作，也具備足夠的激光密度來燒蝕材料。其優(yōu)點(diǎn)就在于切割速度更快、系統(tǒng)更簡(jiǎn)便。

圖1所示是使用新方法后，切口寬度有效減小。

圖1：使用競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手紫外固體激光器切割的0.95mm PCB（左）與使用高脈沖能量紫外固體激光器（AVIA LX）切割的相同電路板（右）的俯視對(duì)比圖，后者的切口寬度更窄、切口更一致。

圖2所示是利用這種新方法切割多層PCB（帶有玻纖層）時(shí)可最大程度地減少毛刺產(chǎn)生、縮小切口寬度并大幅減小HAZ。

圖2：左側(cè)的剖面圖是使用競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手UV DPSS激光器切割的1.6mm多層PCB（有玻纖層），右側(cè)剖面圖是使用Coherent公司高脈沖能量UV DPSS激光器（AVIA LX）及新的Coherent方法切割的相同PCB。后者形成的切槽更窄、HAZ更小。

PCB激光分板機(jī)器推薦：雙工位激光分板機(jī)

雙工位激光分板機(jī)-雙工位臺(tái)加工效率翻倍,非接觸式紫外激光加工，無機(jī)械應(yīng)力與變形,可加工任意復(fù)雜圖形,縮短交貨期。全進(jìn)口圖像定位系統(tǒng),滿足高精密加工需求;切割熱效應(yīng)區(qū)域小,滿足PCB軟、硬板、覆蓋膜等材料精細(xì)激光切割。