陶瓷基板激光加工成功的五個關(guān)鍵性問題

由于陶瓷板材料、電路布局和分割方法，選擇從激光加工里進(jìn)行切割陶瓷基板。但所需的成本、制造時間、尺寸、重量和產(chǎn)量才是關(guān)鍵問題。在激光加工成型、鉆孔和分割電路時陶瓷基板方面與機(jī)械切割（使用鋸或模具）、水刀切割和機(jī)械鉆孔等其他方法相比，激光具有關(guān)鍵性優(yōu)勢。

但在利用這些優(yōu)勢時并不像那么簡單使用激光加工，關(guān)于如何對陶瓷基板進(jìn)行激光加工以及材料的選擇和本身電路布局地影響，在影響下制造的時間、尺寸和重量、產(chǎn)量及盈利能力會不會有所發(fā)生。

了解功率激光切割是比水刀切割和機(jī)械切割有著更高的精度，因?yàn)樗鼈兺ǔ？梢郧懈畹诫娐吩蛱卣骰宓摹?002以內(nèi)，而具體取決于厚度相比之下的±.010到.015中會使用水刀切割。因此在激光加工時電路可以更小，并且更緊密地在封裝單片陶瓷材料上切割。有能力生產(chǎn)更小、更密集的零件意味著每個零件的成本制造會更快，并且在更小的零件中產(chǎn)量會更高。

激光刻劃陶瓷在單片化過程中被機(jī)械“折斷”，其電路可以封裝得最緊密，但也有一些缺點(diǎn)。

與機(jī)械鉆孔相比，激光還可以鉆出直徑更小的通孔，激光鉆孔為0.003英寸，機(jī)械鉆孔為0.020英寸。然而與機(jī)械鉆孔（其壁是直的）不同，而激光鉆孔的壁將逐漸變細(xì)。因此，光束出口點(diǎn)的孔直徑將小于入口點(diǎn)的直徑，通常與10%材料的厚度。在使用稍長的聚焦透鏡可以實(shí)現(xiàn)更?的錐。

與機(jī)械切相比，激光切割在一個重要優(yōu)勢是避免了制造模具的費(fèi)用，而且模具昂貴，給制造模具所需的時間可能比設(shè)置激光器所需的時間長幾天或幾周。因此，激光加工在制造時間要少很多。如果在制造要求下發(fā)生變化，那么制造另一個芯片的費(fèi)用和延遲必須重新產(chǎn)生。

電路設(shè)計(jì)是激光器固有的優(yōu)勢，因?yàn)榭梢酝ㄟ^控制激光器來調(diào)節(jié)大小的變量來限制最大地利用優(yōu)勢。其中包括分割方法（切割與劃線）、激光加工步驟的順序、電路布局及材料選擇。那么這些變量高度是相互依賴的，因此影響一個變量的決策通常涉及影響其他變量。以下就是激光加工的五個最佳實(shí)踐陶瓷基板關(guān)鍵性問題：

1、在切割時進(jìn)行激光劃線或激光切割，而是否切割或劃線取決于控制程序，激光加工可以接受劃線或穿孔的邊緣。在刻劃時激光不會將材料完全切割，而是將一排小孔脈沖到一個表面上，在孔之間有微小的材料條（見圖1）。一旦整個片材被劃線，可以通過沿著穿孔打破片材來分割零件，這些零件的邊緣會出現(xiàn)鋸齒狀。

因此，在切割時一個優(yōu)點(diǎn)是它可以產(chǎn)生干凈的邊緣，而劃線則不會，另一個優(yōu)點(diǎn)是更高的精度。那么切割線到特征最小距離為0.002，而切割線在最小距離為0.005劃線，這種差異主要是由于零件彼此分離的方式。當(dāng)然按照下面的解釋進(jìn)行切縫考慮時，通常會失去這種優(yōu)勢。但是考慮到手動咬合，本質(zhì)上會受到不必要的開裂困擾，并且不能在曲線上進(jìn)行時那么這種優(yōu)勢又會重新獲得。

如果優(yōu)先考慮零件周圍是否有干凈邊緣、彎曲邊緣或較窄邊緣，則切割時可能適合你的分割方法。但切割時也有設(shè)計(jì)師應(yīng)該需要考慮的缺點(diǎn)。一是激光切割比劃線需要更長的時間，因?yàn)榧す馔耆懈钐沾苫?，那這也可能會增加制造成本。

那是因?yàn)橥耆懈钐沾苫逍枰蟮墓β?，而這意味著激光束會更寬（即它的切口更大），因此部件必須相距更遠(yuǎn)，光束在部件之間的路徑稱為“廢條”或“街道”對于較厚的陶瓷基板也會更寬，因?yàn)檩^厚的基板需要更多的能量才能穿過。在切割特征之間的距離必須至少為材料的厚度或更大，（圖2所示）這也意味著陶瓷基板越厚可以從單個陶瓷片上切割的零件數(shù)量就越少。

但不僅因?yàn)榍懈盥窂礁鼘?，在切割時產(chǎn)量更低，因?yàn)榧す馐诹慵g的通過次數(shù)增加了一倍。（圖3所示）換句話說激光不能進(jìn)行“干凈切割”或只進(jìn)行一次切割以分割陶瓷基板上的兩個相鄰電路需要兩次切割。那是因?yàn)榱旱膶挾仁腔谇懈钐沾苫逅璧墓β?，在路徑的一?cè)切割到所需的公差會在其留下太寬的邊緣。因此，激光束必須再次通過以去除多余的材料。

2、在金屬化時有三個關(guān)鍵制造步驟的順序，通過鉆孔、分割和金屬化，也就是對激光加工所需的成本和時間產(chǎn)生 重大影響。顯然在相同部件必須激光處理次數(shù)越多，所涉及的總時間和費(fèi)用就越大。在關(guān)鍵選擇是電路是否被金屬化之前被分割，如果金屬化最后出現(xiàn)，那么只需要激光處理器一次就可以鉆出任何通孔并分割的陶瓷基板。但是，如果在單片化之前對板材進(jìn)行金屬化處理，則可能需要兩次是鉆通孔，以便它們可用于連接電路路徑，然后第二次是在金屬化后對零件進(jìn)行單片化。如果零件是預(yù)先金屬化的，那么單片化本身也需要更長時間。這是因?yàn)槠叫星懈罨騽澗€多張?zhí)魬?zhàn)必須單獨(dú)處理，而不是批量處理。

3、了解電路布局的限制，因此與激光加工成本和加工時間最相關(guān)的是電路布局。顯然，它也是電路設(shè)計(jì)人員最能控制的一個變量，電路布局決定了電路元件與分割過程中它們將受到損害的區(qū)域，無論是在切割過程中加熱還是在劃線和折斷過程中開裂。

電路設(shè)計(jì)通常可以控制在另一個布局參數(shù)是在鉆孔時激光將穿透區(qū)域周圍中的間隙，一般來說應(yīng)該有至少0.003的間隙，以便潛在的渣塊或芯?不會損壞附近的特征。

間隙也是規(guī)劃曲線半徑的一個因素，使用激光的一個關(guān)鍵優(yōu)勢是能夠切割幾乎任何形狀。然而陶瓷很脆容易破裂，為了減少功能缺損的機(jī)會，設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮在內(nèi)角周圍設(shè)置一個半徑至少為0.005的“安全區(qū)”，圓化外角還可以減少切屑。

4、為了選擇合適的陶瓷基材，在四種基材中是微電子領(lǐng)域最流行的陶瓷基板，而是96%的氧化鋁也是目前生產(chǎn)中90%是電路中最受歡迎的。氧化鋁96%、氧化鋁99%、氧化鈹、氮化鋁

5、電鍍的新微電子電路設(shè)計(jì)時，最好的建議是提前將制造問題納入設(shè)計(jì)，很多時候簡單陶瓷基板上重新定位一個特征或用一種材料代替另一種材料，就可以在零件是否能以合理的成本制造之間產(chǎn)生巨大的差異。

審核編輯：湯梓紅