紫外 (UV) 纳秒脉冲激光器被越来越多地用于柔性印刷电路 (FPC) 和微电子材料的加工中，主要是因其高质量的加工结果和短波长的小尺寸加工能力以及稳步提升的可靠性和成本效益。与长波长光相比，紫外光可以更有效地将能量耦合到更多种材料；并且较短的脉冲宽度减小了热效应。
此外，由于 FPC 加工通常需要小的特征尺寸，而 UV 波长更容易聚焦到小光斑尺寸，从而紫外 (UV) 纳秒脉冲激光器提供了额外的效益。FPC 制造加工常见的材料包括铜，聚酰亚胺及其各种层压材料。纳秒紫外激光器的这些优良特性同样也有利于微电子材料的加工。在高密度芯片封装，高温电子基板和 LED 制造相关的应用中，划线、钻孔等是诸如硅和陶瓷等材料的典型加工工艺。对于高功率紫外纳秒材料处加工，Spectra-Physics Talon 355-45激光器在 150 kHz 脉冲重复频率 (PRF) 下提供 45 瓦平均功率和 >300 μJ 脉冲能量。与所有 Talon 系列产品一样，该激光器可在极其高的 PRF (高达 500 kHz ) 下具有持续提供高平均功率和高脉冲能量的稳定性。最近，用该激光器进行了与 FPC 和微电子加工相关的各种工艺测试。在 FPC 制造加工中的一种常见材料是铜-聚酰亚胺-铜(Cu-PI-Cu) 的层压板，通常单层厚度~12-25 μm。在这种材料中，盲孔穿过顶部铜层和中间聚酰亚胺层，露出铜层垫。随后的孔镀铜在两个铜层之间形成导电通路，因此在激光钻孔过程中避免损坏底部铜层是很重要的。在冲击钻孔过程中，Talon 355-45 激光器在 12/25/12 μm Cu/PI/Cu 层压板上钻出的盲孔 (光束静止在加工材料上而没有任何光学偏转)。焦点光斑尺寸为~25 μm，盲孔的入口直径为~24 μm，盲孔的底部直径为~10 μm。下面的图1是顶部 (左侧) 和底部(右侧) 盲孔的成像。
图 1
Talon 355-45 激光器在 FPC 加工出的盲孔，穿过 12μm 厚的铜和 25μm 厚的聚酰亚胺露出底层铜，以用于随后的镀铜
由于焦斑尺寸小且材料层薄，因此在 350 kHz 的高 PRF 下，仅需要 17 个脉冲便可实现最佳工艺效果。高 PRF 和低脉冲数相当于每秒 20,000 个孔的理论值。(注意，这个理论值估算仅反映了激光器的能力，并没有考虑将光束从一个钻孔位置转移到另一个钻孔位置所需的时间) 硅和氧化铝陶瓷是广泛用于微电子/PCB/LED 制造中的两种材料，作为基板或冷却介质等。常见的工艺包括切割，划线和钻孔使用 Talon 355-45 激光器，对划线速度进行表征，并与具有较低功率和较低 PRF 的 Talon 355-30 激光器进行比较。首先我们探索了硅的划线和全切割。图2 显示了两个激光器的划线深度与净划线速度的关系。
图2
30 W 和45 W Talon 紫外激光器的划线深度与净划线速度的关系
令人惊讶的是，与 30W Talon UV 激光器相比，45 W Talon UV 激光器划线深度的增量超过预期值。对于相同的净速度~300 mm/s，划线深度增大80％，而纯粹基于平均功率增加的预期值为50％。在加工氧化铝陶瓷板时发现了类似的结果。下面的图3显示了用于划刻 20-100 μm 深槽的两个激光器的划槽深度与净处理速度的关系。
图 3
氧化铝陶瓷划线中，Talon 355-45 激光表现出更高的加工速度
与硅相比，当使用 45 W 与 30 W Talon UV 激光器时，给定深度的划线速度或给定速度的划线深度大大提高。在氧化铝中，我们观察到 100％ (2x) 的增量，远远超过纯粹基于平均功率增加的预期增量 50%。Talon 355-45 在其最佳 150 kHz PRF 下进行这些测试，Talon 355-30 在其最佳 100 kHz PRF 下进行这些测试。基于已有的实验结果，硅和氧化铝的加工都受益于加工过程中增加的热量随着 45 W Talon 的 PRF 越高，可能会有额外的热量累积，从而提高了激光器的划切效率。然而，如果加热太多，则存在可能损害加工材料并降低加工制造中产品产量的有害热效应的风险。简而言之，材料加热 (通过低扫描速度，高 PRF 或高脉冲持续时间实现) 有时可以有利于材料加工量，但也可能降低质量。然而，利用Talon激光平台，可以在各种能量和 PRF 上将各种脉冲宽度应用于工件，这使其成为解决各种行业中材料加工挑战的灵活工具。
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