1 Приложение на лазерен лъч

Високата плътност PCB борда е многослойна структура, която е разделена от изолационна смола, смесена с материали от стъклени влакна, а между тях е вмъкнат проводящ слой от медно фолио. След това се ламинира и залепва. Фигура 1 показва разрез на 4-слойна дъска. Принципът на лазерната обработка е да се използват лазерни лъчи за фокусиране върху повърхността на печатната платка, за да се стопи и изпари незабавно материала, за да се образуват малки дупки. Тъй като медта и смолата са два различни материала, температурата на топене на медното фолио е 1084°C, докато температурата на топене на изолационната смола е само 200-300°C. Следователно е необходимо разумно да се избират и точно контролират параметри като дължина на вълната на лъча, режим, диаметър и импулс, когато се прилага лазерно пробиване.

1.1 Влияние на дължината на вълната и режима на лъча върху обработката

Какви са приложенията на лазерната обработка в производството на печатни платки с висока плътност

Фигура 1 Изглед на напречно сечение на 4-слойна печатна платка

От фигура 1 може да се види, че лазерът първи обработва медното фолио при перфориране и скоростта на поглъщане на медта от лазера се увеличава с увеличаване на дължината на вълната. Степента на поглъщане на YAG/UV лазера от 351 до 355 m е до 70%. Методът на YAG/UV лазер или конформна маска може да се използва за перфориране на обикновени печатни платки. За да се увеличи интегрирането на печатни платки с висока плътност, всеки слой от медно фолио е само 18 μm, а смолистият субстрат под медното фолио има висока степен на абсорбция на лазер с въглероден диоксид (около 82%), което осигурява условия за приложението на лазерна перфорация с въглероден диоксид. Тъй като скоростта на фотоелектрично преобразуване и ефективността на обработка на лазера с въглероден диоксид са много по-високи от тези на YAG/UV лазера, стига да има достатъчно енергия на лъча и медното фолио се обработва, за да увеличи степента на поглъщане на лазера, лазерът с въглероден диоксид може да се използва за директно отваряне на печатната платка.

Напречният режим на лазерния лъч оказва голямо влияние върху ъгъла на дивергенция и енергийната мощност на лазера. За да се получи достатъчна енергия на лъча, е необходимо да има добър изходен режим на лъч. Идеалното състояние е да се формира изходен режим на Гаус от нисък порядък, както е показано на Фигура 2. По този начин може да се получи висока плътност на енергията, което осигурява предпоставка за лъча да бъде добре фокусиран върху лещата.

Какви са приложенията на лазерната обработка в производството на печатни платки с висока плътност

Фигура 2 Енергийно разпределение на гаусов режим с ниска цена

Режимът от нисък порядък може да се получи чрез модифициране на параметрите на резонатора или инсталиране на диафрагма. Въпреки че инсталирането на диафрагмата намалява изхода на енергията на лъча, тя може да ограничи лазера от висок порядък да участва в перфорацията и да помогне за подобряване на закръглеността на малкия отвор. .

1.2 Получаване на микропори

След като са избрани дължината на вълната и режима на лъча, за да се получи идеален отвор на печатната платка, трябва да се контролира диаметърът на петното. Само ако диаметърът на петното е достатъчно малък, енергията може да се концентрира върху премахването на плочата. Има много начини за регулиране на диаметъра на петното, главно чрез фокусиране на сферична леща. Когато лъчът на гаусовия режим навлезе в обектива, диаметърът на петното в задната фокална равнина на лещата може да бъде приблизително изчислен със следната формула:

D≈λF/(πd)

Във формулата: F е фокусното разстояние; d е радиусът на петна на гаусовия лъч, проектиран от човек върху повърхността на лещата; λ е дължината на лазерната вълна.

От формулата може да се види, че колкото по-голям е диаметърът на падането, толкова по-малко е фокусираното петно. Когато се потвърдят други условия, скъсяването на фокусното разстояние е благоприятно за намаляване на диаметъра на лъча. След съкращаване на F обаче разстоянието между лещата и детайла също се намалява. Шлаката може да се пръсне върху повърхността на лещата по време на пробиване, което ще повлияе на ефекта на пробиване и живота на лещата. В този случай може да се монтира допълнително устройство отстрани на обектива и се използва газ. Извършете прочистване.

1.3 Влияние на импулса на лъча

За пробиване се използва многоимпулсен лазер, като плътността на мощността на импулсния лазер трябва да достигне поне температурата на изпаряване на медното фолио. Тъй като енергията на едноимпулсния лазер е отслабена след изгаряне през медното фолио, основният субстрат не може да бъде ефективно аблиран и ситуацията, показана на фиг. 3а, ще се образува, така че не може да се образува междинен отвор. Въпреки това, енергията на лъча не трябва да е твърде висока при пробиване, а енергията е твърде висока. След проникване на медното фолио, аблацията на субстрата ще бъде твърде голяма, което ще доведе до ситуацията, показана на фигура 3b, която не е благоприятна за последваща обработка на платката. Най-идеално е микроотворите да се оформят с леко заострен шаблон на дупките, както е показано на фиг. 3в. Този модел на дупки може да осигури удобство за последващия процес на медно покритие.

Какви са приложенията на лазерната обработка в производството на печатни платки с висока плътност

Фигура 3 Типове дупки, обработени от различни енергийни лазери

За да се постигне моделът на дупката, показан на Фигура 3в, може да се използва импулсна лазерна вълна с преден пик (Фигура 4). По-високата импулсна енергия в предния край може да отстрани медното фолио, а множеството импулси с по-ниска енергия в задния край могат да премахнат изолационния субстрат и да направят дупката да се задълбочи до долното медно фолио.

Какви са приложенията на лазерната обработка в производството на печатни платки с висока плътност

Фигура 4 Форма на вълната на импулсен лазер

2 Ефект на лазерен лъч

Тъй като свойствата на материала на медното фолио и субстрата са много различни, лазерният лъч и материалът на платката си взаимодействат, за да произведат различни ефекти, които имат важно влияние върху отвора, дълбочината и типа на отвора на микропорите.

2.1 Отражение и поглъщане на лазера

Взаимодействието между лазера и печатната платка първо започва от падащия лазер, който се отразява и абсорбира от медното фолио на повърхността. Тъй като медното фолио има много ниска степен на поглъщане на инфрачервения лазер с дължина на вълната на въглероден диоксид, то е трудно за обработка и ефективността е изключително ниска. Погълнатата част от светлинната енергия ще увеличи кинетичната енергия на свободните електрони на материала от медно фолио и по-голямата част от нея ще се преобразува в топлинната енергия на медното фолио чрез взаимодействието на електрони и кристални решетки или йони. Това показва, че при подобряване на качеството на лъча е необходимо да се извърши предварителна обработка на повърхността на медното фолио. Повърхността на медното фолио може да бъде покрита с материали, които увеличават поглъщането на светлина, за да се увеличи скоростта на поглъщане на лазерната светлина.

2.2 Ролята на ефекта на лъча

По време на лазерната обработка светлинният лъч излъчва материала от медно фолио, а медното фолио се нагрява до изпаряване, а температурата на парата е висока, която лесно се разгражда и йонизира, тоест фотоиндуцираната плазма се генерира от светлинно възбуждане . Фотоиндуцираната плазма обикновено е плазма от материални пари. Ако енергията, предавана на детайла от плазмата, е по-голяма от загубата на светлинна енергия, получена от детайла, причинена от абсорбцията на плазмата. Вместо това плазмата подобрява усвояването на лазерната енергия от детайла. В противен случай плазмата блокира лазера и отслабва поглъщането на лазера от детайла. За лазерите с въглероден диоксид, фотоиндуцираната плазма може да увеличи скоростта на абсорбция на медно фолио. Въпреки това, твърде много плазма ще доведе до пречупване на лъча при преминаване, което ще повлияе на точността на позициониране на отвора. Обикновено плътността на мощността на лазера се контролира до подходяща стойност под 107 W/cm2, което може да контролира по-добре плазмата.

Ефектът на точкова дупка играе изключително важна роля за подобряване на усвояването на светлинната енергия в процеса на лазерно пробиване. Лазерът продължава да премахва субстрата след изгаряне на медното фолио. Субстратът може да абсорбира голямо количество светлинна енергия, да се изпарява и разширява, а генерираното налягане може да бъде. Разтопеният материал се изхвърля, за да образува малки дупки. Малката дупка също е запълнена с фотоиндуцирана плазма и лазерната енергия, влизаща в малката дупка, може да бъде почти напълно абсорбирана от множеството отражения на стената на отвора и действието на плазмата (Фигура 5). Поради абсорбцията на плазмата, плътността на мощността на лазера, преминаваща през малкия отвор до дъното на малката дупка, ще намалее, а плътността на мощността на лазера в дъното на малкия отвор е от съществено значение за генериране на определено налягане на изпаряване, за да се поддържа определена дълбочина на малкият отвор, който определя дълбочината на проникване на процеса на обработка.

Какви са приложенията на лазерната обработка в производството на печатни платки с висока плътност

Фигура 5 Пречупване на лазера в отвора

3 Заключение

Прилагането на технологията за лазерна обработка може значително да подобри ефективността на пробиване на микро-отвори на печатни платки с висока плътност. Експериментите показват, че: ①В комбинация с технологията за цифрово управление, повече от 30,000 75 микродупки могат да бъдат обработени в минута на печатната платка, а отворът е между 100 и 50; ② Прилагането на UV лазер може допълнително да направи отвора по-малък от XNUMX μm или по-малък, което създава условия за допълнително разширяване на пространството за използване на печатни платки.