1 Aplikace laserového paprsku

Vysoká hustota PCB deska je vícevrstvá struktura, která je oddělena izolační pryskyřicí smíchanou se skelnými vláknitými materiály a mezi ně je vložena vodivá vrstva měděné fólie. Poté se laminuje a lepí. Obrázek 1 znázorňuje řez 4vrstvou deskou. Principem laserového zpracování je použití laserových paprsků k zaostření na povrch PCB, aby se materiál okamžitě roztavil a odpařil za vzniku malých otvorů. Protože měď a pryskyřice jsou dva různé materiály, je teplota tání měděné fólie 1084 °C, zatímco teplota tání izolační pryskyřice je pouze 200-300 °C. Proto je nutné při aplikaci laserového vrtání rozumně volit a přesně řídit parametry, jako je vlnová délka paprsku, režim, průměr a pulz.

1.1 Vliv vlnové délky a režimu paprsku na zpracování

Jaké jsou aplikace laserového zpracování při výrobě DPS s vysokou hustotou

Obrázek 1 Pohled v řezu na 4vrstvou DPS

Z obrázku 1 je vidět, že laser jako první zpracovává měděnou fólii při perforaci a rychlost absorpce mědi do laseru se zvyšuje se zvyšující se vlnovou délkou. Míra absorpce YAG/UV laseru 351 až 355 m je až 70 %. K perforaci běžných tištěných desek lze použít YAG/UV laser nebo metodu konformní masky. Aby se zvýšila integrace PCB s vysokou hustotou, každá vrstva měděné fólie má pouze 18 μm a pryskyřičný substrát pod měděnou fólií má vysokou míru absorpce laseru oxidu uhličitého (asi 82 ​​%), což poskytuje podmínky pro aplikaci. perforace oxidem uhličitým laserem. Protože rychlost fotoelektrické konverze a účinnost zpracování laseru s oxidem uhličitým je mnohem vyšší než u laseru YAG/UV, pokud je k dispozici dostatek energie paprsku a měděná fólie je zpracována tak, aby se zvýšila rychlost absorpce laseru, laser s oxidem uhličitým lze použít k přímému otevření desky plošných spojů.

Režim příčného módu laserového paprsku má velký vliv na úhel divergence a energetický výstup laseru. Pro získání dostatečné energie paprsku je nutné mít dobrý režim výstupu paprsku. Ideální stav je vytvořit výstup v gaussovském módu nízkého řádu, jak je znázorněno na obrázku 2. Tímto způsobem lze získat vysokou hustotu energie, která poskytuje předpoklad pro to, aby byl paprsek dobře zaostřen na čočku.

Jaké jsou aplikace laserového zpracování při výrobě DPS s vysokou hustotou

Obrázek 2 Nízkonákladová distribuce energie v Gaussově módu

Režim nízkého řádu lze získat úpravou parametrů rezonátoru nebo instalací membrány. Ačkoli instalace membrány snižuje výstup energie paprsku, může omezit laser v režimu vysokého řádu v účasti na perforaci a pomoci zlepšit kulatost malého otvoru. .

1.2 Získání mikropórů

Po zvolení vlnové délky a režimu paprsku, aby se získal ideální otvor na DPS, musí být řízen průměr bodu. Pouze pokud je průměr skvrny dostatečně malý, může se energie soustředit na ablaci desky. Existuje mnoho způsobů, jak upravit průměr bodu, zejména pomocí sférického zaostřování čočky. Když paprsek v Gaussově režimu vstoupí do čočky, průměr bodu na zadní ohniskové rovině čočky lze přibližně vypočítat podle následujícího vzorce:

D≈λF/(πd)

Ve vzorci: F je ohnisková vzdálenost; d je bodový poloměr Gaussova svazku promítaného osobou na povrch čočky; λ je vlnová délka laseru.

Ze vzorce je vidět, že čím větší je průměr dopadu, tím menší je zaostřené místo. Když jsou potvrzeny další podmínky, zkrácení ohniskové vzdálenosti vede ke zmenšení průměru paprsku. Po zkrácení F se však také zmenší vzdálenost mezi čočkou a obrobkem. Struska může během vrtání vystříknout na povrch čočky, což ovlivní účinek vrtání a životnost čočky. V tomto případě lze na straně objektivu nainstalovat pomocné zařízení a použít plyn. Proveďte čištění.

1.3 Vliv pulsu paprsku

Pro vrtání se používá multipulzní laser a hustota výkonu pulzního laseru musí dosahovat minimálně teploty vypařování měděné fólie. Protože energie jednopulzního laseru byla po propálení měděnou fólií zeslabena, nelze podložní substrát účinně ablat a dojde k situaci znázorněné na obr. 3a, takže nelze vytvořit průchozí otvor. Energie paprsku by však při děrování neměla být příliš vysoká a energie je příliš vysoká. Po penetraci měděné fólie bude ablace substrátu příliš velká, což má za následek situaci znázorněnou na obrázku 3b, která neprospívá následnému zpracování desky plošných spojů. Nejideálnější je vytvořit mikrootvory s mírně zkoseným vzorem otvorů, jak je znázorněno na obr. 3c. Tento vzor otvorů může poskytnout pohodlí pro následný proces poměďování.

Jaké jsou aplikace laserového zpracování při výrobě DPS s vysokou hustotou

Obrázek 3 Typy otvorů zpracované různými energetickými lasery

K dosažení vzoru otvorů znázorněného na obrázku 3c lze použít pulzní laserovou vlnu s přední špičkou (obrázek 4). Vyšší energie pulzu na předním konci může odstranit měděnou fólii a více pulzů s nižší energií na zadním konci může odstranit izolační substrát a prohloubit díru až do spodní měděné fólie.

Jaké jsou aplikace laserového zpracování při výrobě DPS s vysokou hustotou

Obrázek 4 Tvar vlny pulzního laseru

2 Efekt laserového paprsku

Vzhledem k tomu, že materiálové vlastnosti měděné fólie a substrátu jsou velmi odlišné, laserový paprsek a materiál desky plošných spojů interagují a vytvářejí různé efekty, které mají důležitý dopad na otvor, hloubku a typ otvoru mikropórů.

2.1 Odraz a absorpce laseru

Interakce mezi laserem a PCB nejprve začíná odrazem dopadajícího laseru a jeho pohlcováním měděnou fólií na povrchu. Protože měděná fólie má velmi nízkou míru absorpce infračerveného laseru na bázi oxidu uhličitého, je obtížné ji zpracovat a účinnost je extrémně nízká. Absorbovaná část světelné energie zvýší kinetickou energii volných elektronů materiálu měděné fólie a většina z ní se interakcí elektronů a krystalových mřížek nebo iontů přemění na tepelnou energii měděné fólie. To ukazuje, že při zlepšování kvality paprsku je nutné provést předúpravu na povrchu měděné fólie. Povrch měděné fólie může být potažen materiály, které zvyšují absorpci světla, aby se zvýšila rychlost absorpce laserového světla.

2.2 Role paprskového efektu

Během laserového zpracování světelný paprsek vyzařuje materiál měděné fólie a měděná fólie se zahřívá k odpařování a teplota páry je vysoká, což se snadno rozkládá a ionizuje, to znamená, že fotoindukované plazma je generováno světelnou excitací. . Foto-indukované plazma je obecně plazma materiálových par. Pokud je energie přenášená plazmou na obrobek větší než ztráta světelné energie přijatá obrobkem způsobená absorpcí plazmatu. Plazma naopak zvyšuje absorpci laserové energie obrobkem. Jinak plazma blokuje laser a oslabuje absorpci laseru obrobkem. U laserů na bázi oxidu uhličitého může fotoindukované plazma zvýšit míru absorpce měděné fólie. Příliš mnoho plazmatu však způsobí lom paprsku při průchodu, což ovlivní přesnost polohování otvoru. Obecně je hustota výkonu laseru řízena na vhodnou hodnotu pod 107 W/cm2, což může lépe řídit plazma.

Efekt dírkové dírky hraje mimořádně důležitou roli při zvyšování absorpce světelné energie v procesu laserového vrtání. Po propálení měděné fólie laser pokračuje v ablaci substrátu. Substrát může absorbovat velké množství světelné energie, prudce se vypařovat a expandovat a vytvořený tlak může být Roztavený materiál je vymrštěn ven a tvoří malé otvory. Malý otvor je také vyplněn fotoindukovaným plazmatem a laserová energie vstupující do malého otvoru může být téměř úplně absorbována vícenásobnými odrazy stěny otvoru a působením plazmatu (obrázek 5). V důsledku absorpce plazmy se hustota výkonu laseru procházející malým otvorem na dno malého otvoru sníží a hustota výkonu laseru na dně malého otvoru je nezbytná pro vytvoření určitého odpařovacího tlaku pro udržení určité hloubky malý otvor, který určuje hloubku průniku obráběcího procesu.

Jaké jsou aplikace laserového zpracování při výrobě DPS s vysokou hustotou

Obrázek 5 Lom laseru v otvoru

Závěr 3

Použití technologie laserového zpracování může výrazně zlepšit účinnost vrtání mikrootvorů PCB s vysokou hustotou. Experimenty ukazují, že: ①V kombinaci s technologií numerického řízení lze na tištěné desce zpracovat více než 30,000 75 mikrootvorů za minutu a otvor je mezi 100 a 50; ② Použití UV laseru může dále zmenšit aperturu menší než XNUMXμm nebo menší, což vytváří podmínky pro další rozšíření prostoru použití desek plošných spojů.