1 Aplicació del raig làser

L’alta densitat Placa PCB és una estructura multicapa, que està separada per resina aïllant barrejada amb materials de fibra de vidre, i s’insereix una capa conductora de làmina de coure entre elles. Després es lamina i s’uneix. La figura 1 mostra una secció d’un tauler de 4 capes. El principi del processament làser és utilitzar raigs làser per centrar-se a la superfície del PCB per fondre i vaporitzar instantàniament el material per formar petits forats. Com que el coure i la resina són dos materials diferents, la temperatura de fusió de la làmina de coure és de 1084 °C, mentre que la temperatura de fusió de la resina aïllant és només de 200-300 °C. Per tant, és necessari seleccionar i controlar amb precisió paràmetres com ara la longitud d’ona del feix, el mode, el diàmetre i el pols quan s’aplica la perforació làser.

1.1 La influència de la longitud d’ona i el mode del feix en el processament

Quines són les aplicacions del processament làser en la fabricació de PCB d’alta densitat

Figura 1 Vista en secció transversal de PCB de 4 capes

A la figura 1 es pot veure que el làser és el primer a processar la làmina de coure quan es perfora, i la taxa d’absorció del coure al làser augmenta amb l’augment de la longitud d’ona. La taxa d’absorció làser YAG/UV de 351 a 355 m és tan alta com el 70%. El làser YAG/UV o el mètode de màscara conforme es pot utilitzar per perforar taulers impresos normals. Per tal d’augmentar la integració de PCB d’alta densitat, cada capa de làmina de coure només té 18 μm, i el substrat de resina sota la làmina de coure té una alta taxa d’absorció de làser de diòxid de carboni (al voltant del 82%), que proporciona condicions per a l’aplicació. de perforació làser de diòxid de carboni. Com que la taxa de conversió fotoelèctrica i l’eficiència de processament del làser de diòxid de carboni és molt superior a la del làser YAG/UV, sempre que hi hagi prou energia del feix i la làmina de coure es processi per augmentar la seva taxa d’absorció del làser, el làser de diòxid de carboni es pot utilitzar per obrir directament el PCB.

El mode transversal del raig làser té una gran influència en l’angle de divergència i la sortida d’energia del làser. Per obtenir l’energia del feix suficient, cal tenir un bon mode de sortida del feix. L’estat ideal és formar una sortida en mode gaussià d’ordre baix com es mostra a la figura 2. D’aquesta manera, es pot obtenir una alta densitat d’energia, que proporciona un requisit previ perquè el feix estigui ben enfocat a la lent.

Quines són les aplicacions del processament làser en la fabricació de PCB d’alta densitat

Figura 2 Distribució d’energia en mode gaussià de baix cost

El mode d’ordre baix es pot obtenir modificant els paràmetres del ressonador o instal·lant un diafragma. Tot i que la instal·lació del diafragma redueix la sortida de l’energia del feix, pot limitar el làser de mode d’ordre alt per participar en la perforació i ajudar a millorar la rodonesa del petit forat. .

1.2 Obtenció de microporus

Després de seleccionar la longitud d’ona i el mode del feix, per obtenir un forat ideal al PCB, s’ha de controlar el diàmetre del punt. Només si el diàmetre de la taca és prou petit, l’energia es pot concentrar en l’ablació de la placa. Hi ha moltes maneres d’ajustar el diàmetre del punt, principalment mitjançant l’enfocament de lents esfèriques. Quan el feix de mode gaussià entra a la lent, el diàmetre del punt al pla focal posterior de la lent es pot calcular aproximadament amb la fórmula següent:

D≈λF/(πd)

En la fórmula: F és la distància focal; d és el radi del punt del feix gaussià projectat per una persona a la superfície de la lent; λ és la longitud d’ona del làser.

Es pot veure a partir de la fórmula que com més gran és el diàmetre incident, més petit és el punt enfocat. Quan es confirmen altres condicions, escurçar la distància focal afavoreix la reducció del diàmetre del feix. Tanmateix, després d’escurçar F, també es redueix la distància entre la lent i la peça de treball. L’escòria pot esquitxar a la superfície de la lent durant la perforació, cosa que afectarà l’efecte de perforació i la vida útil de la lent. En aquest cas, es pot instal·lar un dispositiu auxiliar al costat de la lent i s’utilitza gas. Realitzar la purga.

1.3 La influència del pols del feix

Per a la perforació s’utilitza un làser de polsos múltiples i la densitat de potència del làser polsat ha d’assolir almenys la temperatura d’evaporació de la làmina de coure. Com que l’energia del làser d’un sol pols s’ha debilitat després de cremar-se a través de la làmina de coure, el substrat subjacent no es pot eliminar de manera efectiva i es formarà la situació que es mostra a la figura 3a, de manera que no es pot formar el forat via. Tanmateix, l’energia del feix no ha de ser massa alta quan es perfora i l’energia és massa alta. Després de penetrar la làmina de coure, l’ablació del substrat serà massa gran, donant lloc a la situació que es mostra a la figura 3b, que no és favorable al postprocessament de la placa de circuit. El més ideal és formar els micro-forats amb un patró de forats lleugerament afilats com es mostra a la figura 3c. Aquest patró de forats pot proporcionar comoditat per al procés de coure posterior.

Quines són les aplicacions del processament làser en la fabricació de PCB d’alta densitat

Figura 3 Tipus de forats processats per diferents làsers d’energia

Per aconseguir el patró de forats que es mostra a la figura 3c, es pot utilitzar una forma d’ona làser polsada amb un pic frontal (figura 4). L’energia de pols més alta a l’extrem frontal pot eliminar la làmina de coure, i els múltiples polsos amb menor energia a la part posterior poden eliminar el substrat aïllant i fer que el forat s’aprofundeixi fins a la làmina de coure inferior.

Quines són les aplicacions del processament làser en la fabricació de PCB d’alta densitat

Figura 4 Forma d’ona de pols làser

2 Efecte de raig làser

Com que les propietats del material de la làmina de coure i el substrat són molt diferents, el feix làser i el material de la placa de circuit interactuen per produir una varietat d’efectes, que tenen un impacte important en l’obertura, la profunditat i el tipus de forat dels microporus.

2.1 Reflexió i absorció del làser

La interacció entre el làser i el PCB comença primer quan el làser incident és reflectit i absorbit per la làmina de coure a la superfície. Com que la làmina de coure té una taxa d’absorció molt baixa del làser de diòxid de carboni de longitud d’ona infraroja, és difícil de processar i l’eficiència és extremadament baixa. La part absorbida de l’energia lumínica augmentarà l’energia cinètica d’electrons lliures del material de la làmina de coure, i la major part es convertirà en l’energia tèrmica de la làmina de coure mitjançant la interacció d’electrons i xarxes o ions de cristall. Això demostra que mentre es millora la qualitat del feix, és necessari realitzar un tractament previ a la superfície de la làmina de coure. La superfície de la làmina de coure es pot recobrir amb materials que augmenten l’absorció de la llum per augmentar la seva taxa d’absorció de la llum làser.

2.2 El paper de l’efecte del feix

Durant el processament làser, el feix de llum irradia el material de la làmina de coure i la làmina de coure s’escalfa fins a la vaporització i la temperatura del vapor és alta, cosa que és fàcil de trencar i ionitzar, és a dir, el plasma fotoinduït es genera per excitació de la llum. . El plasma fotoinduït és generalment un plasma de vapor material. Si l’energia transmesa a la peça pel plasma és més gran que la pèrdua d’energia lumínica rebuda per la peça causada per l’absorció del plasma. En canvi, el plasma millora l’absorció d’energia làser per part de la peça. En cas contrari, el plasma bloqueja el làser i debilita l’absorció del làser per part de la peça. Per als làsers de diòxid de carboni, el plasma fotoinduït pot augmentar la taxa d’absorció de la làmina de coure. Tanmateix, un excés de plasma farà que el feix es refracti en passar-hi, cosa que afectarà la precisió de posicionament del forat. En general, la densitat de potència del làser es controla a un valor adequat per sota de 107 W/cm2, que pot controlar millor el plasma.

L’efecte pinhole té un paper extremadament important en la millora de l’absorció d’energia lluminosa en el procés de perforació làser. El làser continua eliminant el substrat després de cremar-se a través de la làmina de coure. El substrat pot absorbir una gran quantitat d’energia lluminosa, vaporitzar-se i expandir-se violentament, i la pressió generada pot ser. El material fos es llança per formar petits forats. El petit forat també s’omple de plasma fotoinduït, i l’energia làser que entra al petit forat pot ser absorbida gairebé completament pels múltiples reflexos de la paret del forat i l’acció del plasma (figura 5). A causa de l’absorció de plasma, la densitat de potència del làser que passa pel petit forat fins a la part inferior del petit forat disminuirà, i la densitat de potència del làser a la part inferior del petit forat és essencial per generar una certa pressió de vaporització per mantenir una certa profunditat de el petit forat, que determina la profunditat de penetració del procés de mecanitzat.

Quines són les aplicacions del processament làser en la fabricació de PCB d’alta densitat

Figura 5 Refracció làser al forat

3 Conclusió

L’aplicació de la tecnologia de processament làser pot millorar considerablement l’eficiència de perforació dels micro-forats de PCB d’alta densitat. Els experiments mostren que: ①Combinat amb la tecnologia de control numèric, es poden processar més de 30,000 microforats per minut a la pissarra imprès i l’obertura està entre 75 i 100; ② L’aplicació del làser UV pot fer que l’obertura sigui inferior a 50 μm o més petita, cosa que crea condicions per ampliar encara més l’espai d’ús de les plaques PCB.