飞秒激光并行加工方法及在FPC微孔加工中的应用研究

发布时间：2020-07-30 08:50

【摘要】：飞秒激光具有超短的脉宽,能够在极短的时间尺度内与材料作用,而不产生烧蚀,属于“冷加工”,有着热影响区域小,精度高等优点。飞秒激光在金属材料上打孔所需的单脉冲能量常为微焦级,而飞秒激光器输出单脉冲能量远远高于所需的能量,若是用传统单光束加工方式,激光器输出能量大部分被浪费,加工效率低。因此,研究飞秒激光并行加工具有重要的研究价值和意义。本文利用液晶空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM),结合GSW算法,产生多光束对FPC进行打孔实验,极大地提高了激光器的能量利用率和加工效率,本文的主要研究内容如下:论文的第二章,介绍了FPC的结构特性以及激光对材料的作用机理,激光对金属材料的作用机理。讨论了现阶段冲击打孔法和轮廓迂回法两种激光打孔方式,另外介绍了影响激光脉冲钻孔的主要影响参数。论文的第三章,设计光路和搭建了飞秒激光单光束打孔实验系统,主要分析脉冲数,单脉冲能量对打孔的影响,为后面多光束打孔提供参考。在论文的第四章,介绍了所设计的飞秒并行加工系统,包括所设计的光路图,详细介绍了空间光调制器的相位调制原理与4F系统,对GSW算法的原理以及特性做出了详细介绍。并且设计了多光束并行加工的同步控制系统,对此系统做了详细介绍。在论文的第五章,运用GSW算法计算了10×10阵列和字符“H”“B”“U”“T”微孔群的多光束全息图,并将这些全息图加载到SLM中利用CCD相机观察多光束效果,并在柔性电路板上进行加工实验。实验结果表明本方法产生多光束数量可达100束,字符并行加工中光束均匀性超过0.75,加工微孔孔径尺寸偏差为1.34um,多光束均匀性超过0.87。因此,本文研究的微孔加工技术是一种高效的并行加工方式。最后,用设计的同步控制系统,在FPC上打出了”HBUT”以及”LASER”字样。最后,是对论文的总结以及展望,并对接下来的研究提供了几点展望与建议。
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG665
【图文】：

柔性电路板,产品

湖北省科技支撑计划：（项目编号：2015BAA066）高速激光打孔装备。.2 课题研究目的及意义柔性印制电路板(Flexible Printed Circuit)又称挠性/软性电路板)简称 FPC 一种酰亚胺(PI,polyimide)为基材,在基材表面覆盖一层铜，是一种弯曲性能良好的板[1]。此种电路板突破了传统互连技术概念,可任意三维互连。可以随意弯折小，重量轻，可以实现电气互连，极大地减小了电子元器件中电路所占的体积达到元器件装配和导线连接的一体化，从而大大缩小电子产品的体积，它的出力地推进了从航空、航天及军事领域到消费电子、医疗仪器等领域的轻薄化化和智能化进程，在电子及通讯行业得到了广泛的应用[2]。然而，随着电子产业的发展，市场上对小型化手持式电子设备需求的持续增长器件封装、电路板的集成度越来越稠密、多层，FPC 在向精密化的方向发展微孔往小型化的方向发展，尺寸要达到微米级，用传统方式很难达到，故 FP加工工艺研究已成为必要[3]。

全息图,成孔,等离子,工件

现高效精密的并行加工。晶空间光调制器的并行加工方法，通过 Labview的全息图，将计算得到的全息图加载到 SLM 中，，用多光束在柔性电路板上并行打孔。此方法可，具有重要的意义。板加工现状业的小型化、精密化的发展，FPC 中线宽，孔间距增高，加工微孔的技术受到的重视与发展日益增方式有：等离子成孔、光致成孔、机械钻孔与激成孔是一种用产生高达数万摄氏度的等离子电弧孔的过程中，主要是以极高温度的电弧对加工材化，随后通过电弧旁不断送出的高压气体带走，需加工的形状。等离子成孔加工的工件如图 1.2

成孔,扫描电镜图,微孔

图 1.3 光制成孔制备的微孔扫描电镜图现有 PCB 制造设备的加工工艺，对 FPC 进，对设备，环境（温度、湿度、空气洁净度PC 的生产。 FPC 上的运用类似于传统钻孔方式，用微度，且孔深易控制[6]。但是受限于钻孔刀具小；在加工过程中，刀具容易与 FPC 粘结，刀具特殊，需要定期更换，成本昂贵。同时，不能满足 FPC 加工产业化的需求。一种非接触式的加工方式，用激光对材料进孔有着精度高，加工速度快等特点[7]，适用于光参数，可以很好地控制所加工微孔的深度何要求，且在加工过程中几乎没有污染，是的发展，飞秒激光技术出现在人们的视野中

【参考文献】