[发明专利]利用一氧化碳激光器在印刷电路板中钻导通孔

说明书

技术领域

本发明一般涉及在印刷电路板(PCB)中导通孔的激光钻孔。本发明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。

背景技术

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(μm)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2μm与大约8μm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、或光学泵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CO激光器。关于加封CO激光器的近期调查指向加封CO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CO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4.5μm与大约6.0μm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泵浦的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。

发明概述

在一个方面，根据本发明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