陶瓷基板激光加工技术

斯利通陶瓷电路板2018-01-16 10:34

伴随着材料技术的发展,在科研应用和工业应用领域中,陶瓷基板因为其优越的物理化学性能得到了越来越多的应用。无论是精密的微电子,或者是航空船舶等重工业,亦或是老百姓的日常生活用品,几乎所有领域都有陶瓷基板的身影。

陶瓷基板激光加工技术

然而,陶瓷基板结构致密,并且具有一定的脆性,普通机械方式尽管可以加工,但是在加工过程中存在应力,尤其针对一些厚度很薄的陶瓷片,极易产生碎裂。这使得陶瓷基板的加工成为了广泛应用的难点。

激光作为一种柔性加工方法,在陶瓷基板加工工艺上展示出了非凡的能力。以下,以微电子应用陶瓷电路基板的切割和钻孔为例做详细说明。

微电子行业中,传统工艺均使用PCB作为电路基底。但是,随着行业的发展,越来越多的客户要求其微电子产品具备更加稳定的性能,包括机械结构的稳定性,电路的绝缘性能等等。因此陶瓷材料收到了越来越多的应用。目前主流的陶瓷材料是氧化铝和氮化铝,材料的主流厚度小于2mm。

为了实现更加复杂的电路设计,客户普遍要求双面设计电路,并且通过导通孔灌注银浆或溅镀金属后形成上下面的导通。同时,为了满足外部封装的需求,电路元器件的外形也有各种变化,包括一些圆角或者其他异性。对于这样的产品设计,机械加工的方法非常困难。哪怕能够加工,其良品率也是非常之低。而广泛引用的金属加工的化学蚀刻方法或者电火花加工方法,也因为陶瓷优越的物理化学性能而无法得到应用。对此,激光的无接触式加工能够大大提高陶瓷激光加工的可行性及加工的良率。

针对0.635mm厚氧化铝以及0.8mm厚氮化铝异型切割的样品。可以看到的是不仅切割边缘光滑没有崩边,切割边缘的热影响更能够得到有效的控制,哪怕陶瓷已经做好金属化,仍然能做到精准的切割而不伤到金属化部分。

当然,上世界七十年代,在美国已经出现陶瓷的激光直线划片加工。但是可以看到的是,当今的陶瓷基板切割技术,已经得到了深远的发展。

传统的CO2高功率激光是目前在陶瓷直线切割应用中的传统工艺。由于其高效的切割以及基本平整的切割断面,目前也是陶瓷分板加工的主流工艺。然而,对于一些更高要求的陶瓷切割加工,比如电路单元外形的直线切割,就无法适用。在80倍显微镜下我们可以看到,高功率CO2激光切割的陶瓷基板,在边缘存在邮票边缘一般的凹凸,起伏范围约50~90um。如何才能保证激光切割陶瓷基板的高效,同时减少类似邮票边缘,提高加工效果。

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