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利用一氧化碳激光器在印刷电路板中钻导通孔制造技术

技术编号:13463948 阅读:123 留言:0更新日期:2016-08-04 17:46
用于在印刷电路板(PCB)(74)中钻导通孔的装置(10)包括输送激光辐射线脉冲的一氧化碳激光器(12)。脉冲具有相对宽的波长范围,以及慢速的上升沿和下降沿。利用声光调制器(52)来对脉冲的上升沿和下降沿进行剪取。分散补偿器(64)补偿由AOM(52)引入的剪取脉冲的分散。消色差聚焦光学器件(70)将分散补偿用的、剪取的脉冲聚焦到PCB(74)上,用于钻导通孔。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】用于在印刷电路板(PCB)(74)中钻导通孔的装置(10)包括输送激光辐射线脉冲的一氧化碳激光器(12)。脉冲具有相对宽的波长范围,以及慢速的上升沿和下降沿。利用声光调制器(52)来对脉冲的上升沿和下降沿进行剪取。分散补偿器(64)补偿由AOM(52)引入的剪取脉冲的分散。消色差聚焦光学器件(70)将分散补偿用的、剪取的脉冲聚焦到PCB(74)上,用于钻导通孔。【专利说明】利用一氧化碳激光器在印刷电路板中钻导通孔
本专利技术一般涉及在印刷电路板(PCB)中导通孔的激光钻孔。本专利技术尤其涉及利用来自气体放电激光器的长波长红外辐射线对PCB进行激光钻孔。
技术介绍
加封射频(RF)激励二氧化碳(CO2)激光器当前在PCB中钻导通孔(导通钻孔)方面受欢迎。这些激光器关于可用输出功率相对紧凑。通过示例的方式,长度小于一米(m)的激光器能够输送波长约为10.6微米(μπι)的长波长红外(IR)辐射线束,平均功率为400瓦特(W)或更大。虽然CO2激光器导通钻孔快速且高效,但是最终受限于由于激光束的长波长而导致钻出的最小孔尺寸。在所谓的“智能手机”中使用的PC板对于最小孔尺寸和间距的要求日益快速增长,实际上所考虑的“智能手机”是具有许多功能的手持式便携计算机设备,而不仅仅产生和接收电话呼叫。在当前现有技术的智能手机中,PCB可以具有多达30,000个导通孔。随着更多功能添加到智能手机中,将需要具有更多导通孔的更复杂的电路系统,并且最终将需要更短的钻孔波长来实现更小的孔尺寸和更近的间距。假设优选的导通孔钻孔波长将是在大约2μπι与大约8μπι之间的所谓的中IR(MIR)波长。除了更小的孔尺寸和更近的间距的可能之外,MIR波长在PCB材料中比在更长的CO2激光辐射波长下具有更高的吸收系数。这将允许更快速地将热吸入PCB,这一般将导致具有更清洁的壁及更少的附带热损伤的孔。MIR波长可利用和频率产生或光学参量产生由商业方式可得到的近IR(NIR)发射、固态激光器、纤维激光器、或光学栗浦半导体激光器来产生。然而,这将需要具有能够在CO2激光器系统中可实现的每瓦特成本很多倍的装置。可以论证的是,用于导通钻孔的用于取代CO2激光器的唯一可能可行的候选MIR激光器是⑶激光器。关于加封CO激光器的近期调查指向加封⑶激光器,其是仅经过简单修改的加封CO2激光器,但是具有不同的激光气体混合物。已经实现了对应CO2激光器的功率输出的大约80%的功率输出。在导通钻孔操作中,CO2激光器在脉冲模式被驱动。CO激光器的问题在于,当在脉冲模式下驱动时,脉冲上升时间和下降时间相对长。脉冲的长的上升时间和下降时间会造成激光钻孔的导通孔周围有不可接受的附带热损伤。至少在理论上,激光脉冲的上升时间和下降时间能够利用声光调制器(AOM)通过激光脉冲的调制“剪取”来缩短。然而,由于⑶激光器输出的宽波长范围,这是复杂的。CO激光器输出发生在大约4.5μπι与大约6.Ομπι之间的激光器波长范围内。AOM借助通过对晶体施加高RF电压而在诸如锗(Ge)晶体的敏感晶体中诱发的折射率格栅来起作用。诱发格栅将激光器从在不诱发格栅的情况下通过晶体的一个路径转向到与未转向(RF施加)路径成一角度的交替路径。当然,转向路径的角度是波长相关的。由于准直束具有CO激光器的全带宽,转向束将扩散到射线扇中,这将使得将束聚焦到PCB上进行钻孔变得复杂。通过限制CO激光器带宽,例如通过使用激光器-共振器内的标准器或格栅的光谱选择性设备,能够缓解AOM的该束扩散。然而,CO激光器的本质是,输出功率将与光谱带宽减少程度成正比地减少。将光谱带宽减少至与AOM兼容的比例可以降低CO激光器功率低至相当尺寸和栗浦的CO2激光器的功率的五分之一。对于CO激光器而言,必须克服该问题和有关问题来变成用于导通钻孔的CO2激光器的商业上可行的替代物。专利技术概述在一个方面,根据本专利技术的装置包括声光调制器(AOM)和一氧化碳(CO)激光器。CO激光器发射激光辐射线脉冲,在所述脉冲中的辐射线具有波长范围在大约4.5微米与6.0微米之间的多个波长。辐射线脉冲具有临时上升沿和临时下降沿。激光辐射线脉冲沿入射方向入射到AOM上。AOM布置成接收辐射线脉冲,在与入射方向成一角度的波长相关分散方向的第一范围内,分散脉冲的除了上升沿的部分和下降沿的部分之外的中央临时部分。脉冲的残留部分由AOM沿着入射方向发送。分散补偿器布置成接收脉冲的中央临时部分且将分散方向的范围减至小于第一范围的第二范围。至少一个光学元件布置成将临时脉冲部分从分散补偿器消色差地聚焦到工件上。【附图说明】并入说明书并构成本说明书的一部分的附图示意性图示了本专利技术的优选实施方案,并且与上文给出的一般性描述和下面给出的优选实施方案的详细描述一起用于解释本专利技术的原理。图1是示意性地示出根据本专利技术的导通钻孔装置的框图,包括:以脉冲方式工作的图1的CO激光器,脉冲具有CO激光器的宽波长范围特性;声光调制器(AOM),用于对CO激光器发射的脉冲进行选择和剪取;分散补偿器,其用于校正在选定的和剪取的脉冲中由AOM引入的分散;以及消色差聚焦光学器件,其将进行了分散校正的脉冲聚焦到印刷电路板(PCB)上用于进行导通钻孔。图2示意性地示出了图1的装置的优选实施方案,其中分散补偿器是棱镜,并且所述消色差聚焦光学器件包括凹镜,AOM由多个顺序开关的RF发生器来驱动。图2A是示意性地示出作为图2的装置中的波长的函数的分散补偿的示例的曲线图,其中AOM是锗晶体AOM并且所述棱镜是硫化锌棱镜。图3A和图3B是示意性地示出用于图2的RF发生器的顺序开关方案的曲线图。图4示意性地示出了一个分散补偿布置,其中AOM在双通模式下用于脉冲剪取,而且还用于剪取脉冲的分散补偿。图5示意性地示出了另一分散补偿布置,其中AOM在双通模式下用于脉冲剪取,而且还用于剪取脉冲的分散补偿。图6示意性地示出了又一分散补偿布置,其中AOM在双通模式下用于脉冲剪取,而且还用于剪取脉冲的分散补偿。图7示意性地示出了分散补偿布置,其中一个AOM用于脉冲剪取,另一AOM用于剪取脉冲的分散补偿。图8示意性地示出了类似于图5的布置的分散补偿布置,但是其中AOM的正负衍射级产生了入射到AOM上的每个脉冲的两个剪取脉冲。图9示意性地示出了分散补偿布置,其中在两个不同频率下顺序地驱动AOM以从入射到AOM上的每个脉冲提供在不同角度下衍射的两个剪取脉冲,一个棱镜提供用于一个剪取脉冲的分散补偿,两个棱镜提供用于另一个剪取脉冲的分散补偿。图10示意性地示出了类似于图8的布置的分散补偿布置,但是其中两个剪取脉冲中的每一个均由对应棱镜进行分散补偿。专利技术详述现在参考附图,其中相似的组件由相似的标记来指代,图1以框图形式示意性地示出了根据本专利技术的导通钻孔装置10。装置10包括加封CO激光器12,其发射激光辐射线,该激光福射线的波长在大约4.5μηι与大约6.Ομπι之间的范围内。激光器在脉冲方式下工作。通过示例的方式,在大约0.5千赫兹(kHz)与2.0(kHz)之间的选定脉冲重复频率(PRF)下,脉冲可以具有在大约100微秒(ys)与160ys之间的选定持续时间。该激光器可从本专利技术的受让人的Santa Clara Cal本文档来自技高网...
利用一氧化碳激光器在印刷电路板中钻导通孔

【技术保护点】
用于对工件进行激光钻孔的装置,包括:第一声光调制器(AOM);一氧化碳(CO)激光器,其发射激光‑辐射线脉冲,所述脉冲中的辐射线具有波长范围在大约4.5微米与大约6.0微米之间的多个波长,所述辐射线脉冲具有临时上升沿和临时下降沿,并且所述激光辐射线脉冲沿入射方向入射到所述AOM上;所述AOM布置成接收所述辐射线脉冲,分散脉冲的中央临时部分,在与所述入射方向成一角度的波长相关分散方向的第一范围内,排除所述上升沿的部分和所述下降沿的部分,以及沿着所述入射方向发射所述脉冲的残留部分;分散补偿器,其布置成接收脉冲的中央临时部分以及减少分散方向的范围至小于所述第一范围的第二范围;以及至少一个光学元件,其布置成将来自所述分散补偿器的临时脉冲部分消色差聚焦到所述工件上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:华恭学E·R·米勒
申请(专利权)人:相干公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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