1 Primena laserskog snopa

Visoka gustina PCB ploča je višeslojna struktura, koja je odvojena izolacijskom smolom pomiješanom sa materijalima od staklenih vlakana, a između njih je umetnut provodljivi sloj bakrene folije. Zatim se laminira i lijepi. Slika 1 prikazuje presjek 4-slojne ploče. Princip laserske obrade je korištenje laserskih zraka za fokusiranje na površinu PCB-a kako bi se trenutno otopio i ispario materijal kako bi se formirale male rupe. Kako su bakar i smola dva različita materijala, temperatura topljenja bakarne folije je 1084°C, dok je temperatura topljenja izolacione smole samo 200-300°C. Stoga je neophodno razumno odabrati i precizno kontrolisati parametre kao što su talasna dužina snopa, mod, prečnik i puls kada se primenjuje lasersko bušenje.

1.1 Utjecaj talasne dužine i moda snopa na obradu

Koje su primjene laserske obrade u proizvodnji PCB-a visoke gustine

Slika 1 Prikaz poprečnog presjeka 4-slojne PCB-a

Sa slike 1 se može vidjeti da laser prvi obrađuje bakarnu foliju prilikom perforacije, a brzina apsorpcije bakra u laser raste sa povećanjem valne dužine. Stopa apsorpcije YAG/UV lasera od 351 do 355 m je čak 70%. YAG/UV laser ili metoda konformne maske može se koristiti za perforiranje običnih štampanih ploča. Kako bi se povećala integracija PCB-a visoke gustine, svaki sloj bakarne folije je samo 18μm, a smolna podloga ispod bakrene folije ima visoku stopu apsorpcije lasera sa ugljičnim dioksidom (oko 82%), što pruža uslove za primjenu laserske perforacije ugljen-dioksida. Budući da je stopa fotoelektrične konverzije i efikasnost obrade ugljičnog dioksidnog lasera mnogo veća od one kod YAG/UV lasera, sve dok postoji dovoljno energije zraka i bakarna folija se obrađuje kako bi se povećala brzina apsorpcije lasera, laser ugljični dioksid može se koristiti za direktno otvaranje PCB-a.

Poprečni mod laserskog snopa ima veliki uticaj na ugao divergencije i izlaznu energiju lasera. Da bi se dobila dovoljna energija snopa, potrebno je imati dobar izlazni režim snopa. Idealno stanje je formiranje izlaznog Gaussovog moda nižeg reda kao što je prikazano na slici 2. Na ovaj način se može dobiti visoka gustina energije, što predstavlja preduslov da snop bude dobro fokusiran na sočivo.

Koje su primjene laserske obrade u proizvodnji PCB-a visoke gustine

Slika 2 Gausova distribucija energije niske cijene

Režim nižeg reda može se dobiti modifikacijom parametara rezonatora ili ugradnjom dijafragme. Iako instalacija dijafragme smanjuje izlaz energije zraka, ona može ograničiti laser moda visokog reda da učestvuje u perforaciji i pomoći u poboljšanju zaobljenosti male rupe. .

1.2 Dobivanje mikropora

Nakon odabira talasne dužine i moda snopa, da bi se dobila idealna rupa na PCB-u, mora se kontrolisati prečnik tačke. Samo ako je promjer mrlje dovoljno mali, energija se može koncentrirati na uklanjanje ploče. Postoji mnogo načina za podešavanje prečnika tačke, uglavnom kroz fokusiranje sfernog sočiva. Kada snop Gaussovog moda uđe u sočivo, prečnik tačke na zadnjoj žižnoj ravni sočiva može se približno izračunati sljedećom formulom:

D≈λF/(πd)

U formuli: F je žižna daljina; d je radijus tačke Gaussovog snopa koji osoba projektuje na površinu sočiva; λ je talasna dužina lasera.

Iz formule se može vidjeti da što je veći promjer upada, to je manja fokusna tačka. Kada se potvrde drugi uslovi, skraćivanje žižne daljine pogoduje smanjenju prečnika zraka. Međutim, nakon što se F skrati, razmak između sočiva i radnog komada se također smanjuje. Zgura može prskati po površini sočiva tokom bušenja, što će uticati na efekat bušenja i životni vek sočiva. U tom slučaju može se postaviti pomoćni uređaj sa strane sočiva i koristi se plin. Izvršite čišćenje.

1.3 Utjecaj impulsa zraka

Za bušenje se koristi laser sa više impulsa, a gustina snage impulsnog lasera mora da dostigne najmanje temperaturu isparavanja bakarne folije. Budući da je energija jednopulsnog lasera oslabljena nakon izgaranja kroz bakarnu foliju, temeljni supstrat ne može biti efikasno ablaran, a situacija prikazana na slici 3a će se formirati, tako da se ne može formirati prolazna rupa. Međutim, energija zraka ne bi trebala biti previsoka prilikom probijanja, a energija je previsoka. Nakon što se bakarna folija probije, ablacija podloge će biti prevelika, što će rezultirati situacijom prikazanom na slici 3b, koja nije pogodna za naknadnu obradu ploče. Najidealnije je formirati mikro-rupe sa malo suženim uzorkom rupa kao što je prikazano na slici 3c. Ovaj uzorak rupa može pružiti pogodnost za naknadni proces bakrovanja.

Koje su primjene laserske obrade u proizvodnji PCB-a visoke gustine

Slika 3 Tipovi rupa obrađeni različitim energetskim laserima

Da bi se postigao uzorak rupe prikazan na slici 3c, može se koristiti impulsni laserski talasni oblik sa prednjim vrhom (slika 4). Veća energija impulsa na prednjem kraju može ukloniti bakarnu foliju, a višestruki impulsi sa nižom energijom na stražnjem kraju mogu ablairati izolacijsku podlogu i učiniti da se rupa produbi do donje bakarne folije.

Koje su primjene laserske obrade u proizvodnji PCB-a visoke gustine

Slika 4 Talasni oblik pulsnog lasera

2 Efekat laserskog snopa

Budući da su svojstva materijala bakrene folije i supstrata vrlo različita, laserski snop i materijal štampane ploče u interakciji stvaraju različite efekte, koji imaju važan utjecaj na otvor, dubinu i tip otvora mikropora.

2.1 Refleksija i apsorpcija lasera

Interakcija između lasera i PCB-a prvo počinje tako što se upadni laser reflektuje i apsorbuje bakrenom folijom na površini. Budući da bakarna folija ima veoma nisku stopu apsorpcije infracrvenog lasera sa ugljičnim dioksidom talasne dužine, teško se obrađuje, a efikasnost je izuzetno niska. Apsorbirani dio svjetlosne energije povećat će kinetičku energiju slobodnih elektrona materijala bakarne folije, a većina će se pretvoriti u toplinsku energiju bakarne folije kroz interakciju elektrona i kristalnih rešetki ili jona. To pokazuje da je za poboljšanje kvaliteta grede potrebno izvršiti prethodnu obradu površine bakarne folije. Površina bakarne folije može biti obložena materijalima koji povećavaju apsorpciju svjetlosti kako bi se povećala njena brzina apsorpcije laserske svjetlosti.

2.2 Uloga efekta zraka

Tokom laserske obrade, svjetlosni snop zrači materijal bakarne folije, a bakarna folija se zagrijava do isparavanja, a temperatura pare je visoka, koju je lako razbiti i ionizirati, odnosno foto-inducirana plazma se stvara svjetlosnom pobudom. . Foto-indukovana plazma je općenito plazma materijalne pare. Ako je energija koju plazma prenosi na radni predmet veća od gubitka svjetlosne energije koju primi radni komad uzrokovan apsorpcijom plazme. Umjesto toga, plazma poboljšava apsorpciju laserske energije od strane radnog komada. Inače, plazma blokira laser i slabi apsorpciju lasera od strane radnog komada. Za lasere s ugljičnim dioksidom, foto-inducirana plazma može povećati brzinu apsorpcije bakarne folije. Međutim, previše plazme će uzrokovati prelamanje zraka prilikom prolaska kroz njega, što će uticati na tačnost pozicioniranja rupe. Generalno, gustina snage lasera se kontroliše na odgovarajuću vrednost ispod 107 W/cm2, što može bolje da kontroliše plazmu.

Efekt rupice igra izuzetno važnu ulogu u poboljšanju apsorpcije svjetlosne energije u procesu laserskog bušenja. Laser nastavlja ablaciju podloge nakon izgaranja kroz bakarnu foliju. Podloga može apsorbirati veliku količinu svjetlosne energije, nasilno ispariti i proširiti se, a stvoreni pritisak može biti. Otopljeni materijal se izbacuje i formira male rupe. Mala rupa je takođe ispunjena foto-indukovanom plazmom, a laserska energija koja ulazi u malu rupu može se skoro potpuno apsorbovati višestrukim refleksijama zida rupe i delovanjem plazme (slika 5). Zbog apsorpcije plazme, gustina snage lasera koja prolazi kroz malu rupu do dna male rupe će se smanjiti, a gustoća snage lasera ​​na dnu male rupe je neophodna za stvaranje određenog pritiska isparavanja kako bi se održala određena dubina mala rupa, koja određuje dubinu prodiranja procesa obrade.

Koje su primjene laserske obrade u proizvodnji PCB-a visoke gustine

Slika 5 Refrakcija lasera u rupi

Zaključak 3

Primjena tehnologije laserske obrade može uvelike poboljšati efikasnost bušenja mikro rupa na PCB-u visoke gustine. Eksperimenti pokazuju da: ①U kombinaciji sa tehnologijom numeričke kontrole, više od 30,000 mikro rupa se može obraditi u minuti na štampanoj ploči, a otvor blende je između 75 i 100; ② Primena UV lasera može dodatno da učini otvor manjim od 50μm ili manjim, što stvara uslove za dalje proširenje upotrebnog prostora PCB ploča.