[发明专利]一种用于微波陶瓷基板上微孔的CO2

说明书

本发明涉及一种用于微波陶瓷基板上微孔的CO₂激光加工方法。采用直径0.15‑0.3mm光斑的CO₂激光，在厚度0.25‑1mm的微波陶瓷基板上加工小于所述光斑尺寸的的通孔，操作步骤如下：1.微波陶瓷基板前处理，2.在金属微孔模板上采用紫外激光开设开模孔，并加工出定位标识，所述模孔的孔径大于陶瓷基板被加工孔径10‑20μm；3.将金属微孔模板贴敷于微波陶瓷基板上；4.采用CO₂激光，使激光通过金属微孔模板上的模孔，实现在微波陶瓷基板上加工出对应的一个以上的被加工孔；5.将微波陶瓷基板抛光、超声清洗和干燥，完成微波陶瓷基板的微孔加工；金属微孔模板重复使用。本发明实现较小孔径和较低锥度的微孔加工。具有微孔加工质量高、操作简单、重复性能好等优点。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，尤其是涉及电子电路基板的激光加工方法，具体为用于微波陶瓷基板上微孔的CO₂激光加工方法。

背景技术

电路基板主要作为半导体芯片、电子元器件封装的机械支撑载体，并且提供内部电路的电气互连以及电路散热的通道。陶瓷基板因其突出的电绝缘性能、优异的高频特性、较好的导热率、与各电子元件兼容、化学性质稳定等优点使其在微波电路领域的应用越来越广泛。微波电路工作频率高，其接地要求也特别的高。传统的金丝接地方法由于电路连接线过长，形成的附加电感会引起电路的串扰和插入损耗。利用通孔进行基板的接地连接，不仅能减少串扰和损耗，而且可以增加电路散热和可靠性。此外，随着电子装备对小型化、高集成度、高可靠性和低成本的需求，微波电路在垂直方向的模块叠层而形成的垂直互联是组件发展的重点方向。陶瓷穿孔互联技术可以实现垂直方向的高密度互联。因此，微波陶瓷基板通孔的高密度、高质量加工具有重要意义。

激光加工是陶瓷基板通孔加工常采用的方法。利用聚焦的高功率激光束加热陶瓷材料的小块区域，由此引起照射点材料温度急剧上升，到达沸点后，材料开始汽化并形成孔洞，随着光束与工件的相对移动，最终使材料形成切缝。切缝处的熔渣被一定压力的辅助气体吹除，从而形成通孔。激光加工技术具有非接触性、柔性化、效率高、易实现数字化控制、精度高等优点。目前，用于激光加工与处理的激光系统主要有CO₂激光器、Nd:YAG 激光器及准分子激光器等，它们的脉冲宽度涵盖了从连续至纳秒直至皮秒的范围。随着激光技术的发展，脉冲宽度更窄的飞秒激光在微纳加工中的应用也已经引起人们的极大重视。准分子激光的波长很短，因而光束可被聚焦至很小的空间尺寸，从而提高对材料的加工精度，可以对陶瓷材料进行钻孔等微细加工。但是由于准分子激光对材料的破坏主要基于光化学反应过程，限制了其加工深度。只能在较浅的常用的区域进行，不适合较大厚度（大于0.5mm）的陶瓷基板通孔制作。脉冲宽度更短的皮秒、飞秒脉冲激光虽然可更好提高微加工质量和加工精度，但是这些激光器的结构复杂，价格高昂、功率较低。加工效率和加工成本难以满足要求。

陶瓷基板通孔激光加工，Nd:YAG激光器和CO₂激光器相比其他种类激光器，容易实现高功率，价格相对便宜，加工维护成本相对较低。Nd:YAG激光加工陶瓷基板时允许得到更小的聚焦光斑，划片线宽更窄，切割口径更小，更符合精密加工要求。但是陶瓷基板对1.06μm 波长附近的激光反射率很高，可超过80%，导致加工时常常会产生断点、断线、切割深度不一致等问题。而对于CO₂激光，波长为10.6μm。陶瓷激光吸收率非常高，可以达到80%以上。加之CO₂激光每瓦所耗的费用最低，使得CO₂激光器被广泛应用于陶瓷基板加工中。但是CO₂激光加工陶瓷基板通孔时，问题主要在于孔的不圆度、热损伤重熔层以及孔径较大等，趋向产生低质孔，制约了CO₂激光通孔加工技术的深入应用。

目前研究多集中在优化激光参数的方法来改善通孔加工的质量。受制于激光光斑尺寸和热效应的影响，CO₂激光打孔孔径较大，热损伤区域明显。对于光斑大小为150μm，激光能量为100W时，其热损伤区域可达到100μm，降低能量可降低热损伤区域，但是正常情况下仍不能用于加工小于200μm的通孔。