精密鐳射微加工創造了高效能PC板和先進電子封裝所需的優良特性。

鐳射技術極大地改善了微機械應用，並繼續對先進的電子封裝和印刷電路板（PCB）製造產生強大影響，有助於推動效能提高、功耗降低的裝置的發展。脈衝紫外鐳射技術尤其為大批次生產應用鋪平了道路，採用了更一致、更環保的工藝。同時，測量行業也迫切需要跟上最新鐳射發展的步伐。因此，這兩個領域的同步研究和創新對於進一步改進工藝鏈和評估如何使用敏感材料至關重要。

支援5G行動通訊的新材料

移動裝置市場是先進電子封裝和印刷電路板（PCB）製造業發展的驅動力之一，鐳射技術發揮著關鍵作用。從FR4等厚纖維複合材料到薄柔性層壓板（柔性PCB或FPCB），一組高度多樣化的材料現在可以使用多種鐳射源以多種方式進行加工。其中一個發展是5G行動通訊，它可以顯著提高無線資料速率。毫不奇怪，新材料被要求以更高的速度接收、操作和傳輸資料，傳統的聚醯亞胺介電層必須被改性聚醯亞胺（MPI）和液晶聚合物（LCP）等先進材料所取代，這兩種材料在5G頻率下都具有優異的介電效能。出於各種原因，包括其對更高頻率以及天線相關元件的適用性，LCP被視為5G的首選材料。在鐳射加工方面，在FPCB製造中進行全深度輪廓切割/佈線，其中裝置或元件的最終設計形狀從材料板或腹板上切割。

在厚度為100um的銅箔上鑽孔，20WFORMULA系列鐳射器的效率比15W提升了60%，達到250 mm/s。

用於全深度切割的高功率紫外鐳射器

高功率紫外（UV）混合光纖鐳射器非常適合FPCB製造中的全深度切割。MKS工業鐳射應用研究人員更仔細地觀察了切割的質量：他們使用光譜物理類星體鐳射器進行了一系列切割實驗，該類星體鐳射器的平均紫外功率為80 W，每脈衝高達400μJ。測試了基於LCP的FPCB材料，包括裸LCP板和覆銅LCP層壓板。類星體鐳射器提供了時移可程式設計脈衝技術的靈活性，允許在從單次激發到3。5 MHz的寬脈衝重複頻率（PRF）範圍內探索一系列時間定製的脈衝輸出（脈衝寬度、脈衝模式、脈衝整形）。所有測試均使用用於高速多程處理的2軸掃描檢流計進行，f-θ物鏡（f=330 mm）與可變光束擴充套件望遠鏡相結合，以探索焦距範圍（20–35μm，1/e2直徑）。

測量光束的挑戰

鐳射的切割深度在很大程度上取決於施加在材料上的能量。保持鐳射束的脈衝能量在規定範圍內是非常重要的，但是測量鐳射束並不容易，因為高脈衝能量和短脈衝導致鐳射束的峰值功率很高。只有使用能夠承受更高功率密度的專用感測器，才能測量光束的平均功率或間歇功率。透過使用新開發的塗層，Ophir F80（120）a-CM-17等熱感測器能夠在上述應用中測量納秒脈衝紫外鐳射。由於其獨特的吸收體，感測器不會受到通常由非常短的脈衝引起的燒蝕的影響，並且可以在80 W時承受高達7 kW/cm2的高功率密度。

使用LCP板材實現最佳切割效果除了應用於材料的能量外，還有許多其他引數會影響切割質量。該系列的第一次試驗是在厚度為50μm的裸LCP板材上進行的。初步試驗表明，與聚醯亞胺類似，該材料在紫外光下的燒蝕閾值相對較低。然而，與聚醯亞胺不同，LCP對過度加熱敏感，需要仔細最佳化工藝以避免熔化和炭化。最佳切割結果是使用短鐳射脈衝寬度（~2–3 ns）和在高PRF（>750 kHz）下提供的適度脈衝能量。圖1中的光學顯微鏡影象顯示了最終切割的入口、出口和橫截面檢視。

圖1用類星體UV80鐳射切割50μm厚的裸LCP。入口（左上角）、出口（右上角）和橫截面（底部）檢視顯示了卓越的質量和最小的過度加熱。

這些影象顯示了納秒紫外線脈衝的卓越品質，幾乎沒有或幾乎沒有熔化和炭化的跡象。橫截面圖顯示了無熱熔迴流（即表面“平滑”）的精細紋理加工表面。橫截面圖顯示了一些朝向切口出口側的“溝道”。這是由於該過程的高速/低脈衝重疊性質，以及隨著深度增加而出現的燒蝕直徑減小，這導致燒蝕“點”向切口出口側幾乎分離。在實踐中，隨著切割深度的加深，可以透過降低光束掃描速度來減少或消除這種影響。透過以8 m/s的掃描速度進行13次重疊掃描，實現了約615 mm/s的淨切割速度。

覆銅LCP層壓板的高脈衝能量

我們還切割了覆銅LCP層板，使用了兩種不同厚度的Cu / LCP / Cu層板：18 / 100 / 18 μm和9 / 25 / 9 μm。較厚的材料尤其具有挑戰性，較高的脈衝能量有助於避免切割切口寬度變寬（例如透過實施平行線/光柵掃描過程）。由於類星體鐳射器的高脈衝能量高達400μJ，因此不需要採取此類措施。利用鐳射器的時移脈衝剪裁能力，研究了各種條件，包括短脈衝寬度與長脈衝寬度以及突發模式輸出。當脈衝較長（10 ns）時，切割速度在100–120 mm/s時處於較高的一端，質量趨向於較小的邊緣毛刺，但氧化區較大。另一方面，較短（2。5 ns）的脈衝較慢（~90 mm/s），邊緣毛刺較高，但氧化程度顯著降低。使用短脈衝（2 ns）產生最佳的整體結果，其最高切割速度為130 mm/s，且在毛刺高度和氧化量方面質量適中。

光學顯微鏡影象

圖2用類星體UV80鐳射切割的厚覆銅LCP。入口（左上角）、出口（右上角）和橫截面（底部）檢視展示了透過時間定製的ns脈衝實現的乾淨、高質量的切割。

圖2顯示了從入口和出口側的這種切口以及橫截面透檢視。顯微鏡影象顯示，透過仔細的工藝最佳化和脈衝強度輸出的時間裁剪，可以實現整體良好的質量。之前展示的優秀LCP切割即使與銅包層一起切割，也是預先準備好的。此外，由於與聚醯亞胺相比，LCP的銅剝離強度通常要低得多，因此需要注意的是，在Cu-LCP介面上沒有分層的跡象。對於較薄的9/25/9μm分層堆疊，觀察到了類似的結果，但淨切割速度顯著高於350 mm/s。

光學顯微鏡清晰地高亮度顯示了使用ns脈衝鐳射加工銅時出現的任何氧化物生長和熔融銅區域，如毛刺、粗糙邊緣等。掃描電子顯微鏡（SEM）是精細表面結構及其調製的特寫成像的一種替代方法，並用於進一步分析切割樣品。圖3顯示了透過SEM觀察到的18/100/18μm堆疊的宏觀透檢視。

圖3 SEM成像揭示了用類星體UV80鐳射切割的覆銅LCP的光滑材料表面和清晰的幾何結構。

用電子顯微鏡和光學顯微鏡觀察，薄氧化物的光學效應和之前熔融銅的散射/反射性質不太明顯，這使得人們可以關注表面的真實尺寸方面，例如調製、邊緣平直度等。在這裡，SEM影象顯示了一個乾淨且經過精密加工的特徵，具有高質量的表面。

特別值得注意的是LCP切割邊緣的光滑度和垂直度，沒有明顯的“桶裝”或從銅鋪管機的切割邊緣拉回。高度放大的介面SEM檢視如圖4所示，並確認LCP和Cu層之間的結合得到了很好的保留。更詳細的細節還顯示了光滑平坦的LCP表面，沒有任何從切割銅邊緣拉回的痕跡。

圖4 SEM特寫圖顯示，鐳射切割後，銅LCP完全完好，沒有LCP從銅切割邊緣拉回。

紫外鐳射被批准用於高質量切割工藝

新材料往往伴隨著新技術的出現，製造方法和測量裝置必須相應地進行調整。對於5G移動裝置，高資料速率和高速電子裝置需要更換FPCB中的傳統聚醯亞胺電介質，在許多情況下需要LCP薄膜和層壓板。為了最佳化這些材料的製造工藝，必須選擇最合適的鐳射技術，微調引數設定，並在使用鐳射時，使用合適的裝置定期檢查鐳射束的能量。在MKS實驗室進行的實驗表明，使用高功率、高脈衝能譜的物理類星體紫外鐳射器，切割效果非常好。時移可程式設計脈衝技術固有的靈活性有助於解決材料所呈現的廣泛變化的熱和光學特性，從而開發出高質量、高通量的精密鐳射切割工藝。

此文來自開：維科網鐳射