一种封装基板的激光加工方法及激光加工系统与流程

1.本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种封装基板的激光加工方法及激光加工系统。


背景技术：

2.线路板作为电子元器件的支撑体。线路板覆铜可以提高抗噪声能力，缩小电位差值，减小地线阻抗等。
3.为了在覆铜封装基板上的绝缘层填充导电材料，需要对覆铜封装基板上的绝缘层开设台阶槽。目前封装基板的台阶槽的常用制备方法主要分两类：一种是采用机械刀具进行铣槽、钻孔等一系列机械加工；另一种是多层板材二次压合。
4.采用机械加工的制备方式存在以下缺陷：1、机械刀具切割时作用力过大容易破坏线路板上其他元件；2、机械刀具无法加工曲线或其他复杂图形的凹槽；3、受限于机械刀具本身的结构特性，形成的凹槽的槽宽尺寸精度较低；4、凹槽的深度不易把控，导致容易破坏线路板上的覆铜层。而采用多层板材二次压合的方式存在加工工艺复杂，容易出现分层爆板等现象的问题。
5.故此，亟需一种新型的封装基板的激光加工方法。


技术实现要素：

6.本发明实施例的目的在于解决现有封装基板的台阶槽的制备方法存在加工精度较低、效率较低、良品率较低的技术问题。
7.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种封装基板的激光加工方法，其中，所述封装基板包括层叠设置的绝缘层和覆铜层；该封装基板的激光加工方法采用了如下所述步骤：
8.根据第一加工轨迹，沿所述绝缘层至所述覆铜层的方向上，采用第一激光束对所述绝缘层加工出第一凹槽；
9.根据第二加工轨迹，于所述第一凹槽的槽底，采用激光束组对所述绝缘层依次进行至少两次分层加工以加工出第二凹槽，并露出所述覆铜层；
10.其中，所述第一激光束的激光加工参数为第一激光加工参数；所述激光束组中各激光束的激光加工参数与所述第一激光加工参数不同；
11.所述第一凹槽的横截面积大于所述第二凹槽的横截面积，且所述第一凹槽通过所述第二凹槽与所述覆铜层连通设置。
12.在一些实施例中，所述激光束组包括具有层级激光加工参数的第二激光束和具有终级激光加工参数的第三激光束，所述第二激光束预备有至少一束；
13.在所述采用激光束组对所述绝缘层依次进行至少两次分层加工以加工出第二凹槽，并露出所述覆铜层的步骤中，具体包括如下步骤：
14.采用各所述层级激光加工参数的第二激光束对所述绝缘层依次进行至少一次分
层加工以加工出所述第二凹槽，并露出所述覆铜层；
15.于所述第二凹槽的槽底，采用所述终级激光加工参数的第三激光束对所述覆铜层的表面进行激光抛光及去除加工残屑。
16.在一些实施例中，所述层级激光加工参数包括第二激光加工参数、第三激光加工参数和第四激光加工参数；
17.在所述采用各所述层级激光加工参数的第二激光束对所述绝缘层依次进行至少一次分层加工以加工出所述第二凹槽，并露出所述覆铜层的步骤中，具体包括如下步骤：
18.依次采用所述第二激光加工参数、第三激光加工参数和第四激光加工参数的第二激光束对所述绝缘层依次进行三次分层加工以加工出所述第二凹槽，并露出所述覆铜层。
19.在一些实施例中，所述第二激光加工参数和第三激光加工参数均包括：扫描重复次数为1～10次，激光功率为5～40w，重复频率100khz；
20.所述第四激光加工参数包括：扫描重复次数为1～5次，激光功率为5～20w，重复频率100khz；
21.其中，所述第二激光加工参数和第三激光加工参数中的激光功率均大于所述第四激光加工参数的激光功率。
22.在一些实施例中，所述第一激光加工参数包括：扫描重复次数为1～5次，激光功率为10～40w，重复频率为100khz。
23.在一些实施例中，所述终级激光加工参数包括：扫描重复次数为1～5次，激光功率为5～20w，重复频率为100khz。
24.在一些实施例中，所述第一加工轨迹包括至少两条第一轮廓线，各所述第一轮廓线之间不相重合，所述第一激光束依次沿所述至少两条第一轮廓线对所述绝缘层进行至少两次加工。
25.在一些实施例中，所述第二加工轨迹包括至少两条第二轮廓线，各所述第二轮廓线之间不相重合，所述激光束组中的各激光束依次沿所述至少两条第二轮廓线对所述绝缘层进行至少两次加工。
26.在一些实施例中，采用的激光器为紫外激光器。
27.为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种激光加工系统，采用了如下所述的技术方案：该激光加工系统用于执行上述的封装基板的激光加工方法，包括：加工平台、激光器和控制系统；
28.所述加工平台用于放置封装基板；
29.所述激光器位于所述加工平台的顶部，用于射出不同激光加工参数的激光束以对封装基板的绝缘层进行逐次、逐层加工以先后得到第一凹槽和第二凹槽；
30.所述控制系统与所述激光器、所述加工平台电连接。
31.与现有技术相比，本发明实施例提供的封装基板的激光加工方法及激光加工系统主要有以下有益效果：
32.该封装基板的激光加工方法通过采用不同激光加工参数的激光束依次对绝缘层进行逐次、逐层加工，能够有效聚焦于封装基板的绝缘层上进行加工形成第一凹槽和第二凹槽，且形成的第一凹槽和第二凹槽的槽宽精度高；此外，通过采用激光束组对绝缘层依次进行至少两次分层加工以加工出第二凹槽，能够精确控制第二凹槽的槽深，且能够有效减
小残留于覆铜层表面的加工残屑如树脂残屑，有效避免激光束在加工过程中对覆铜层造成损伤。综上，本发明提供了一种简单快速、成本低、加工精度高、良品率高的封装基板的加工方法。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
34.图1是本发明一个实施例中封装基板的激光加工方法的流程示意图；
35.图2是本发明另一个实施例中封装基板的激光加工方法的流程示意图；
36.图3是本发明一个实施例中封装基板的纵截面结构示意图；
37.图4是图3中封装基板激光加工后的纵截面结构示意图。
38.附图中的标号如下：
39.100、封装基板；
40.1、绝缘层；11、第一凹槽；12、第二凹槽；2、覆铜层。
具体实施方式
41.除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。
42.本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。
43.此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
44.需说明的是，如图3和图4所示，封装基板100包括层叠设置的绝缘层1和覆铜层2，该封装基板100的激光加工方法主要用于对封装基板100的绝缘层1进行开槽形成用于填充导电材料的凹槽，其中，具体在本实施例中，绝缘层1包括树脂层，树脂层的制备材料包括环氧树脂；进一步地，该树脂层的制备材料还包括二氧化硅和氧化铝中的至少一种。为方便描述下面以对树脂层进行加工为主进行说明。
45.本发明实施例提供一种封装基板100的激光加工方法，如图1、图3和图4所示，该封装基板100的激光加工方法包括如下步骤：
46.s100、根据第一加工轨迹，沿绝缘层1至覆铜层2的方向上，采用第一激光束对绝缘层1加工出第一凹槽11；可以理解地，封装基板100包括由下向上依次层叠的覆铜层2和绝缘层1，第一激光束对绝缘层1相背于覆铜层2的一侧进行加工出第一凹槽11。需要说明的是，第一激光束可以通过振镜扫描系统控制沿第一加工轨迹对绝缘层1进行加工。当然，在其他实施例中，也可以通过将封装基板100放置于加工平台上，通过控制加工平台沿第一加工轨迹运动，从而通过第一激光束对绝缘层1进行加工。
47.s200、根据第二加工轨迹，于第一凹槽11的槽底，采用激光束组对绝缘层1依次进行至少两次分层加工以加工出第二凹槽12，并露出覆铜层2。需要说明的是，采用激光束组对绝缘层1依次进行至少两次分层加工具体可以是：在绝缘层1深度方向上依次分为多层，并设置与该绝缘层1层数相对应的激光束形成激光束组，每一层依次采用激光束组中的对应激光束进行激光加工；例如，在一个具体实施例中，在绝缘层1深度方向上依次分为四层，并设置四束激光束形成激光束组，每一层依次采用激光束组中的对应激光束进行激光加工。此外，该激光束组可以通过振镜扫描系统控制沿第二加工轨迹对绝缘层1进行至少两次分层加工，当然，在其他实施例中，也可以通过将封装基板100放置于加工平台上，通过控制加工平台沿第二加工轨迹运动，从而通过激光束组对绝缘层1进行至少两次分层加工。其中，第一激光束的激光加工参数为第一激光加工参数；激光束组中各激光束的激光加工参数与第一激光加工参数不同。此外，第一凹槽11的横截面积大于第二凹槽12的横截面积，且第一凹槽11通过第二凹槽12与覆铜层2连通设置，以使第一凹槽11和第二凹槽12配合形成台阶槽，该台阶槽用于填充导电材料。
48.可以理解地，该封装基板100的激光加工方法的工作原理大致如下：该封装基板100的激光加工方法首先通过采用第一激光加工参数的第一激光束沿第一加工轨迹对封装基板100的绝缘层1如树脂层进行加工以加工形成第一凹槽11，当第一凹槽11加工完成后，在第一凹槽11的槽底的位置，沿第二加工轨迹，通过激光加工参数与第一激光加工参数不同的激光束组对绝缘层1依次进行至少两次分层加工以加工形成第二凹槽12；当加工完成后，第二凹槽12与覆铜层2的表面连通，以使对应于第二凹槽12位置的覆铜层2的表面露出，使得第一凹槽11和第二凹槽12配合形成用于填充导电材料的台阶槽。
49.综上，相比现有技术，该封装基板100的激光加工方法至少具有以下有益效果：该封装基板100的激光加工方法通过采用不同激光加工参数的激光束依次对绝缘层1进行逐次、逐层加工，能够有效聚焦于封装基板100的绝缘层1上进行加工形成第一凹槽11和第二凹槽12，且形成的第一凹槽11和第二凹槽12的槽宽精度高；此外，通过采用激光束组对绝缘层1依次进行至少两次分层加工以加工出第二凹槽12，能够精确控制第二凹槽12的槽深，且能够有效减小残留于覆铜层2表面的加工残屑如树脂残屑，有效避免激光束在加工过程中对覆铜层2造成损伤。综上，本发明提供了一种简单快速、成本低、加工精度高、良品率高的封装基板100的加工方法。
50.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
51.在一些实施例中，如图2和图4所示，激光束组包括具有层级激光加工参数的第二激光束和具有终级激光加工参数的第三激光束，第二激光束预备有至少一束。
52.在步骤s200中，在采用激光束组对绝缘层1依次进行至少两次分层加工以加工出
第二凹槽12，并露出覆铜层2的步骤中，具体包括如下步骤：
53.s210、采用各层级激光加工参数的第二激光束对绝缘层1依次进行至少一次分层加工以加工出第二凹槽12，并露出覆铜层2。可以理解地，各层级激光加工参数具体包括激光功率、激光重复频率、激光扫描重复次数和光斑深度等。各层级激光加工参数的设置根据绝缘层1的厚度、位置及材料的硬度变化进行调整，从而得到与预设加工图案一致的第二凹槽12。
54.s220、于第二凹槽12的槽底，采用终级激光加工参数的第三激光束对覆铜层2的表面进行激光抛光及去除加工残屑。
55.可以理解地，通过采用具有层级激光加工参数的第二激光束对绝缘层1依次进行分层加工，层级激光加工参数的第二激光束能够适应绝缘层1的结构特性进行加工，在保证快速去除绝缘层1如树脂层的树脂材料形成第二凹槽12的同时，能够同时保证第二激光束准确落在绝缘层1上进行加工，避免对覆铜层2造成损伤；此外，通过采用终级激光加工参数的第三激光束对覆铜层2的表面进行加工，能够进一步去除掉在加工过程中产生的加工残屑以及对覆铜层2进行抛光，保证覆铜层2表面的清洁度和平整度。
56.在一些实施例中，在步骤s210中，层级激光加工参数包括第二激光加工参数、第三激光加工参数和第四激光加工参数；
57.在采用各层级激光加工参数的第二激光束对绝缘层1依次进行至少一次分层加工以加工出第二凹槽12，并露出覆铜层2的步骤中，具体包括如下步骤：
58.依次采用第二激光加工参数、第三激光加工参数和第四激光加工参数的第二激光束对绝缘层1依次进行三次分层加工以加工出第二凹槽12，并露出覆铜层2。
59.可以理解地，具体在本实施例中，将绝缘层1沿深度方向划分为三个子层；沿绝缘层1至覆铜层2的方向上，三个子层依次定义为第一子层、第二子层和第三子层；采用第二激光加工参数的第二激光束对第一子层进行激光加工处理，采用第三激光加工参数的第二激光束对第二子层进行激光加工处理，采用第四激光加工参数的第二激光束对第三子层进行激光加工处理，以得到第二凹槽12。因此，通过第二激光束采用三种不同的激光加工参数对绝缘层1依次进行三次分层加工，不同激光加工参数的激光束能够适应绝缘层1的各子层的结构特性进行加工，能够快速去除绝缘层1如树脂层的树脂材料形成第二凹槽12。需要说明的是，在其他实施例中，可以通过第二激光束采用一种、两种、四种或六种等不同的激光加工参数对绝缘层1对应进行一层加工、两次分层加工、四次分层加工或六次分层加工，具体分层数量的设置根据绝缘层1的厚度、位置及材料的硬度变化进行调整，从而得到与预设加工图案一致的第二凹槽12。
60.在一些实施例中，第二激光加工参数和第三激光加工参数均包括：激光扫描速度为1000～2000mm/s，例如可以为1000mm/s、1300mm/s、1500mm/s、1700mm/s、2000mm/s等；扫描重复次数为1～10次，例如可以为1次、3次、5次、7次、10次等；激光功率为5～40w，例如可以为5w、15w、20w、25w、30w、35w、40w等；重复频率100khz。
61.第四激光加工参数包括：激光扫描速度为1000～2000mm/s，例如可以为1000mm/s、1300mm/s、1500mm/s、1700mm/s、2000mm/s等；扫描重复次数为1～5次，例如可以为1次、3次、5次等；激光功率为5～20w，例如可以为5w、10w、15w、20w等；重复频率100khz。
62.其中，第二激光加工参数和第三激光加工参数的激光功率均大于第四激光加工参
数的激光功率。需要说明的是，激光功率与激光能量成正比，激光功率越高，激光能量越大。
63.可以理解地，由于第二激光加工参数、第三激光加工参数和第四激光加工参数的第二激光束对绝缘层1进行分层加工时对应的各分层依次靠近覆铜层2，且对应于第四激光加工参数的绝缘层1的分层贴合覆铜层2设置，即在本技术中，绝缘层1的第一子层、第二子层和第三子层依次靠近覆铜层2，且第三子层贴合覆铜层2设置。因此，通过将第二激光加工参数和第三激光加工参数的激光功率设置为均大于第四激光加工参数的激光功率，以便第二激光束能够使用较大的能量对绝缘层1的第一子层和第二子层进行加工，从而能够快速去除第一子层和第二子层上的树脂材料以形成凹槽，当对第一子层和第二子层加工完成后，凹槽的槽底离覆铜层2之间有残余的树脂材料形成第三子层，通过使用较小能量的第二激光束对第三子层进行加工，在去除第三子层的树脂材料的同时能够有效避免对覆铜层2造成损伤。
64.优选地，在步骤s210中，第二激光加工参数、第三激光加工参数和第四激光加工参数的激光功率依次减小。
65.在一些实施例中，第一激光加工参数包括：激光扫描速度为1000～2000mm/s，例如可以为1000mm/s、1300mm/s、1500mm/s、1700mm/s、2000mm/s等；激光束的扫描重复次数为1～5次，例如可以为1次、2次、3次、4次、5次等；激光功率为10～40w，例如可以为10w、15w、20w、25w、30w、35w、40w等；激光重复频率为100khz。可以理解地，采用第一激光束对绝缘层1加工第一凹槽11，通过设置激光束的扫描重复次数为1～5次，激光功率为10～40w，激光重复频率为100khz，能够进一步提高加工效率和提高第一凹槽11的加工精度。
66.在一些实施例中，在步骤s220中，终级激光加工参数包括：激光扫描速度为1000～2000mm/s，例如可以为1000mm/s、1300mm/s、1500mm/s、1700mm/s、2000mm/s等；扫描重复次数为1～5次，例如可以为1次、3次、5次等；激光功率为5～20w，例如可以为5w、10w、15w、20w等；激光重复频率为100khz。可以理解地，采用该参数设置的第三激光束对覆铜层2的表面进行加工，能够有效去除掉在加工过程中产生的加工残屑以及对覆铜层2进行抛光，保证覆铜层2表面的清洁度和平整度。
67.以一个具体实施例为例对激光束组加工第二凹槽12的参数进行说明：将绝缘层1沿深度方向划分为三个子层；沿绝缘层1至覆铜层2的方向上，三个子层依次定义为第一子层、第二子层和第三子层。采用第二激光加工参数的第二激光束对第一子层121进行加工的步骤中，第二激光加工参数采用：扫描速度为1600mm/s，扫描重复次数为8次，激光功率为32w，激光重复频率100khz；采用第三激光加工参数的第二激光束对第二子层122进行加工的步骤中，第三激光加工参数采用：扫描速度为1600mm/s，扫描重复次数为6次，激光功率为24w，激光重复频率100khz；采用第四激光加工参数的第二激光束对第三子层123进行加工的步骤中，第四激光加工参数采用：扫描速度为1600mm/s，扫描重复次数为3次，激光功率为16w，激光重复频率100khz；得到第二凹槽12后，采用终级激光加工参数的第三激光束对第二凹槽12槽底处露出的覆铜层2进行激光抛光及去除加工残屑，终级激光加工参数采用：扫描速度为1600mm/s，扫描重复次数为3次，激光功率为10w，激光重复频率100khz。
68.在一些实施例中，在步骤s100中，第一加工轨迹包括至少两条第一轮廓线，各第一轮廓线之间不相重合，第一激光束依次沿至少两条第一轮廓线对绝缘层1进行至少两次加工。
69.可以理解地，第一加工轨迹包括至少两条第一轮廓线组成，相邻两条第一轮廓线的间距根据实际产品效果而设，在此不作特别的限定；优选地，各第一轮廓线以第一凹槽11的中点为中心，以相同的距离相间设置；更进一步优选地，在一些实施例中，相邻两条第一轮廓线的间距在0.01～0.02mm之间，具体可以为0.01mm、0.012mm、0.015mm、0.018mm、0.02mm等；第一激光束依次沿着第一轮廓线对绝缘层1进行至少两次加工，能够得到相比于单线加工更大的切缝，能够减少加工时产生的黏连和热影响情况。
70.在一些实施例中，在步骤s200中，第一加工轨迹包括10～50条第一轮廓线组成，例如可以为10条、20条、30条、40条、50条等，各第一轮廓线之间相互平行，以使绝缘层1在通过第一激光束加工后形成平整的第一凹槽11。
71.在一些实施例中，在步骤s300中，第二加工轨迹包括至少两条第二轮廓线，各第二轮廓线之间不相重合，激光束组依次沿至少两条第二轮廓线对绝缘层1进行至少两次加工。可以理解地，第二加工轨迹包括至少两条第二轮廓线组成，相邻两条第二轮廓线的间距根据实际产品效果而设，在此不作特别的限定；优选地，各第二轮廓线以第二凹槽12的中点为中心，以相同的距离相间设置；更进一步优选地，在一些实施例中，相邻两条第二轮廓线的间距在0.01～0.02mm之间，具体可以为0.01mm、0.012mm、0.015mm、0.018mm、0.02mm等。
72.在一些实施例中，在步骤s300中，第二加工轨迹包括5～20条第二轮廓线组成，例如可以为5条、8条、10条、15条、20条等，各第二轮廓线之间相互平行，以使绝缘层1在通过激光束组加工后形成平整的第二凹槽12。
73.在一些实施例中，采用的激光器为紫外激光器。紫外激光器具有激光光束缝宽小、单脉冲能量高、光斑质量高的特点，能够一方面对绝缘层1进行精确加工，另一方面实现低损伤加工。当然，在其他实施例中，在满足第一凹槽11和第二凹槽12的尺寸精确度的基础上，可以用波长为532nm的激光替代紫外激光，用以缩减成本。需要说明的是，由于绿光激光器和紫外激光器在焦斑大小、单脉冲能量、重复频率上存在区别，需要考虑不同的封装基板100的材料、凹槽的深度重新设置第一凹槽11、第二凹槽12的激光加工参数。
74.在一些实施例中，在步骤s100中，在根据第一加工轨迹，沿绝缘层1至覆铜层2的方向上，采用第一激光束对绝缘层1加工出第一凹槽11的步骤之前，还包括如下步骤：
75.安装、调整封装基板100至目标加工位置，其中，绝缘层1背离覆铜层2的一侧对准激光器。具体在本实施例中，可以将封装基板100安装于加工平台上。
76.综上，针对本发明提供的一种封装基板100的激光加工方法，如图2所示，采用如下一个具体实施例进行说明：
77.s100、根据第一加工轨迹，沿绝缘层1至覆铜层2的方向上，采用第一激光束对绝缘层1加工出第一凹槽11；
78.s210、采用各层级激光加工参数的第二激光束对绝缘层1依次进行至少一次分层加工以加工出第二凹槽12，并露出覆铜层2；
79.s220、于第二凹槽12的槽底，采用终级激光加工参数的第三激光束对覆铜层2的表面进行激光抛光及去除加工残屑。
80.基于上述的封装基板100的激光加工方法，本发明实施例还提供一种激光加工系统，其中，该激光加工系统用于执行上述的封装基板100的激光加工方法，包括：加工平台、激光器和控制系统；加工平台用于放置封装基板100；激光器位于加工平台的顶部，用于射
出不同激光加工参数的激光束以对封装基板100的绝缘层1进行逐次、逐层加工以先后得到第一凹槽11和第二凹槽12；控制系统与激光器、加工平台电连接。
81.综上，相比现有技术，该激光加工系统至少具有以下有益效果：该激光加工系统通过采用上述的封装基板100的激光加工方法，通过采用不同激光加工参数的激光束依次对绝缘层1进行逐次、逐层加工，能够有效聚焦于封装基板100的绝缘层1上进行加工形成第一凹槽11和第二凹槽12，且形成的第一凹槽11和第二凹槽12的槽宽精度高；此外，通过采用激光束组对绝缘层1依次进行至少两次分层加工以加工出第二凹槽12，能够精确控制第二凹槽12的槽深，且能够有效减小残留于覆铜层2表面的加工残屑如树脂残屑，有效避免激光束在加工过程中对覆铜层2造成损伤。
82.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。