1 Εφαρμογή δέσμης λέιζερ

Η υψηλή πυκνότητα PCB συμβούλιο είναι μια πολυστρωματική κατασκευή, η οποία διαχωρίζεται με μονωτική ρητίνη αναμεμειγμένη με υλικά από ίνες γυαλιού και μεταξύ τους παρεμβάλλεται ένα αγώγιμο στρώμα από φύλλο χαλκού. Στη συνέχεια πλαστικοποιείται και συγκολλάται. Το σχήμα 1 δείχνει ένα τμήμα μιας σανίδας 4 επιπέδων. Η αρχή της επεξεργασίας λέιζερ είναι η χρήση ακτίνων λέιζερ για εστίαση στην επιφάνεια του PCB για να λιώσει και να εξατμιστεί αμέσως το υλικό για να σχηματιστούν μικρές τρύπες. Δεδομένου ότι ο χαλκός και η ρητίνη είναι δύο διαφορετικά υλικά, η θερμοκρασία τήξης του φύλλου χαλκού είναι 1084°C, ενώ η θερμοκρασία τήξης της μονωτικής ρητίνης είναι μόνο 200-300°C. Επομένως, είναι απαραίτητο να επιλέγονται εύλογα και να ελέγχονται με ακρίβεια οι παράμετροι όπως το μήκος κύματος δέσμης, ο τρόπος λειτουργίας, η διάμετρος και ο παλμός όταν εφαρμόζεται διάτρηση με λέιζερ.

1.1 The influence of beam wavelength and mode on processing

Ποιες είναι οι εφαρμογές της επεξεργασίας λέιζερ στην κατασκευή PCB υψηλής πυκνότητας

Εικόνα 1 Όψη διατομής PCB 4 στρώσεων

Μπορεί να φανεί από το Σχήμα 1 ότι το λέιζερ επεξεργάζεται πρώτο το φύλλο χαλκού κατά τη διάτρηση και ο ρυθμός απορρόφησης του χαλκού στο λέιζερ αυξάνεται με την αύξηση του μήκους κύματος. Ο ρυθμός απορρόφησης λέιζερ YAG/UV από 351 έως 355 m φτάνει το 70%. Η μέθοδος λέιζερ YAG/UV ή σύμμορφης μάσκας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διάτρηση συνηθισμένων τυπωμένων σανίδων. Προκειμένου να αυξηθεί η ενσωμάτωση PCB υψηλής πυκνότητας, κάθε στρώμα φύλλου χαλκού είναι μόνο 18μm και το υπόστρωμα ρητίνης κάτω από το φύλλο χαλκού έχει υψηλό ποσοστό απορρόφησης λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα (περίπου 82%), το οποίο παρέχει συνθήκες για την εφαρμογή διάτρηση λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα. Επειδή ο ρυθμός φωτοηλεκτρικής μετατροπής και η απόδοση επεξεργασίας του λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα είναι πολύ υψηλότερη από αυτή του λέιζερ YAG/UV, εφόσον υπάρχει αρκετή ενέργεια δέσμης και το φύλλο χαλκού υποβάλλεται σε επεξεργασία για να αυξηθεί ο ρυθμός απορρόφησης του λέιζερ, του λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για απευθείας άνοιγμα του PCB.

Ο εγκάρσιος τρόπος λειτουργίας της δέσμης λέιζερ έχει μεγάλη επίδραση στη γωνία απόκλισης και στην παραγωγή ενέργειας του λέιζερ. Προκειμένου να ληφθεί επαρκής ενέργεια δέσμης, είναι απαραίτητο να υπάρχει καλή λειτουργία εξόδου δέσμης. Η ιδανική κατάσταση είναι να σχηματιστεί μια έξοδος λειτουργίας Gaussian χαμηλής τάξης όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Με αυτόν τον τρόπο, μπορεί να επιτευχθεί υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, η οποία παρέχει την προϋπόθεση για την καλή εστίαση της δέσμης στον φακό.

Ποιες είναι οι εφαρμογές της επεξεργασίας λέιζερ στην κατασκευή PCB υψηλής πυκνότητας

Figure 2 Low-cost Gaussian mode energy distribution

The low-order mode can be obtained by modifying the parameters of the resonator or installing a diaphragm. Although the installation of the diaphragm reduces the output of the beam energy, it can limit the high-order mode laser to participate in the perforation and help improve the roundness of the small hole. .

1.2 Obtaining micropores

After the wavelength and mode of the beam are selected, in order to obtain an ideal hole on the PCB, the diameter of the spot must be controlled. Only if the diameter of the spot is small enough, the energy can concentrate on ablating the plate. There are many ways to adjust the spot diameter, mainly through spherical lens focusing. When the Gaussian mode beam enters the lens, the spot diameter on the back focal plane of the lens can be approximately calculated with the following formula:

D≈λF/(πd)

Στον τύπο: F είναι η εστιακή απόσταση. d είναι η ακτίνα κηλίδας της ακτίνας Gaussian που προβάλλεται από ένα άτομο στην επιφάνεια του φακού. λ είναι το μήκος κύματος του λέιζερ.

Μπορεί να φανεί από τον τύπο ότι όσο μεγαλύτερη είναι η διάμετρος πρόσπτωσης, τόσο μικρότερο είναι το εστιασμένο σημείο. Όταν επιβεβαιώνονται άλλες συνθήκες, η μείωση της εστιακής απόστασης συμβάλλει στη μείωση της διαμέτρου της δέσμης. Ωστόσο, μετά τη συντόμευση του F, η απόσταση μεταξύ του φακού και του τεμαχίου εργασίας μειώνεται επίσης. Η σκωρία μπορεί να εκτοξευθεί στην επιφάνεια του φακού κατά τη διάρκεια της διάτρησης, κάτι που θα επηρεάσει το αποτέλεσμα διάτρησης και τη διάρκεια ζωής του φακού. Σε αυτή την περίπτωση, μπορεί να εγκατασταθεί μια βοηθητική συσκευή στο πλάι του φακού και χρησιμοποιείται αέριο. Εκτελέστε εκκαθάριση.

1.3 Η επίδραση του παλμού της δέσμης

A multi-pulse laser is used for drilling, and the power density of the pulsed laser must at least reach the evaporation temperature of the copper foil. Because the energy of the single-pulse laser has been weakened after burning through the copper foil, the underlying substrate cannot be effectively ablated, and the situation shown in Fig. 3a will be formed, so that the via hole cannot be formed. However, the energy of the beam should not be too high when punching, and the energy is too high. After the copper foil is penetrated, the ablation of the substrate will be too large, resulting in the situation shown in Figure 3b, which is not conducive to the post-processing of the circuit board. It is most ideal to form the micro-holes with a slightly tapered hole pattern as shown in Fig. 3c. This hole pattern can provide convenience for the subsequent copper-plating process.

Ποιες είναι οι εφαρμογές της επεξεργασίας λέιζερ στην κατασκευή PCB υψηλής πυκνότητας

Εικόνα 3 Τύποι οπών που επεξεργάζονται με διαφορετικά ενεργειακά λέιζερ

In order to achieve the hole pattern shown in Figure 3c, a pulsed laser waveform with a front peak can be used (Figure 4). The higher pulse energy at the front end can ablate the copper foil, and the multiple pulses with lower energy at the back end can ablate the insulating substrate and Make the hole deepen until the lower copper foil.

Ποιες είναι οι εφαρμογές της επεξεργασίας λέιζερ στην κατασκευή PCB υψηλής πυκνότητας

Εικόνα 4 Κυματομορφή παλμικού λέιζερ

2 Εφέ δέσμης λέιζερ

Because the material properties of the copper foil and the substrate are very different, the laser beam and the circuit board material interact to produce a variety of effects, which have an important impact on the aperture, depth, and hole type of the micropores.

2.1 Ανάκλαση και απορρόφηση λέιζερ

Η αλληλεπίδραση μεταξύ του λέιζερ και του PCB ξεκινά πρώτα από το γεγονός ότι το προσπίπτον λέιζερ ανακλάται και απορροφάται από το φύλλο χαλκού στην επιφάνεια. Επειδή το φύλλο χαλκού έχει πολύ χαμηλό ρυθμό απορρόφησης υπέρυθρου μήκους κύματος λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα, είναι δύσκολο να επεξεργαστεί και η απόδοση είναι εξαιρετικά χαμηλή. Το απορροφούμενο μέρος της φωτεινής ενέργειας θα αυξήσει την κινητική ενέργεια των ελεύθερων ηλεκτρονίων του υλικού φύλλου χαλκού και το μεγαλύτερο μέρος της θα μετατραπεί σε θερμική ενέργεια του φύλλου χαλκού μέσω της αλληλεπίδρασης ηλεκτρονίων και κρυσταλλικών δικτύων ή ιόντων. Αυτό δείχνει ότι ενώ βελτιώνεται η ποιότητα της δοκού, είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθεί προεπεξεργασία στην επιφάνεια του φύλλου χαλκού. Η επιφάνεια του φύλλου χαλκού μπορεί να επικαλυφθεί με υλικά που αυξάνουν την απορρόφηση φωτός για να αυξήσουν τον ρυθμό απορρόφησης του φωτός λέιζερ.

2.2 Ο ρόλος του εφέ δέσμης

Κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας με λέιζερ, η δέσμη φωτός ακτινοβολεί το υλικό φύλλου χαλκού και το φύλλο χαλκού θερμαίνεται μέχρι εξάτμισης και η θερμοκρασία του ατμού είναι υψηλή, η οποία είναι εύκολο να διασπαστεί και να ιονιστεί, δηλαδή, το φωτοεπαγόμενο πλάσμα δημιουργείται από διέγερση φωτός . Το φωτοεπαγόμενο πλάσμα είναι γενικά ένα πλάσμα ατμού υλικού. Εάν η ενέργεια που μεταδίδεται στο τεμάχιο εργασίας από το πλάσμα είναι μεγαλύτερη από την απώλεια φωτεινής ενέργειας που λαμβάνεται από το τεμάχιο εργασίας που προκαλείται από την απορρόφηση του πλάσματος. Αντίθετα, το πλάσμα ενισχύει την απορρόφηση της ενέργειας λέιζερ από το τεμάχιο εργασίας. Διαφορετικά, το πλάσμα μπλοκάρει το λέιζερ και εξασθενεί την απορρόφηση του λέιζερ από το τεμάχιο εργασίας. Για λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα, το φωτοεπαγόμενο πλάσμα μπορεί να αυξήσει τον ρυθμό απορρόφησης του φύλλου χαλκού. Ωστόσο, πάρα πολύ πλάσμα θα προκαλέσει τη διάθλαση της δέσμης κατά τη διέλευση, γεγονός που θα επηρεάσει την ακρίβεια τοποθέτησης της οπής. Γενικά, η πυκνότητα ισχύος λέιζερ ελέγχεται σε μια κατάλληλη τιμή κάτω από 107 W/cm2, η οποία μπορεί να ελέγξει καλύτερα το πλάσμα.

Το φαινόμενο pinhole παίζει εξαιρετικά σημαντικό ρόλο στην ενίσχυση της απορρόφησης της φωτεινής ενέργειας στη διαδικασία διάτρησης με λέιζερ. Το λέιζερ συνεχίζει να αφαιρεί το υπόστρωμα αφού καεί μέσα από το φύλλο χαλκού. Το υπόστρωμα μπορεί να απορροφήσει μεγάλη ποσότητα φωτεινής ενέργειας, να εξατμιστεί βίαια και να διασταλεί, και η πίεση που δημιουργείται μπορεί να είναι Το λιωμένο υλικό εκτοξεύεται για να σχηματίσει μικρές τρύπες. Η μικρή τρύπα γεμίζει επίσης με πλάσμα που προκαλείται από τη φωτογραφία και η ενέργεια λέιζερ που εισέρχεται στη μικρή τρύπα μπορεί να απορροφηθεί σχεδόν πλήρως από τις πολλαπλές ανακλάσεις του τοιχώματος της οπής και τη δράση του πλάσματος (Εικόνα 5). Λόγω της απορρόφησης πλάσματος, η πυκνότητα ισχύος λέιζερ που διέρχεται από τη μικρή οπή στο κάτω μέρος της μικρής οπής θα μειωθεί και η πυκνότητα ισχύος λέιζερ στο κάτω μέρος της μικρής οπής είναι απαραίτητη για τη δημιουργία μιας ορισμένης πίεσης εξάτμισης για τη διατήρηση ενός συγκεκριμένου βάθους η μικρή τρύπα, που καθορίζει Το βάθος διείσδυσης της διαδικασίας κατεργασίας.

Ποιες είναι οι εφαρμογές της επεξεργασίας λέιζερ στην κατασκευή PCB υψηλής πυκνότητας

Εικόνα 5 Διάθλαση λέιζερ στην οπή

Συμπέρασμα 3

Η εφαρμογή της τεχνολογίας επεξεργασίας λέιζερ μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αποτελεσματικότητα διάτρησης μικρο-οπών PCB υψηλής πυκνότητας. Τα πειράματα δείχνουν ότι: ①Σε συνδυασμό με την τεχνολογία αριθμητικού ελέγχου, περισσότερες από 30,000 μικρο-οπές μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία ανά λεπτό στον τυπωμένο πίνακα και το διάφραγμα είναι μεταξύ 75 και 100. ② Η εφαρμογή λέιζερ UV μπορεί περαιτέρω να κάνει το διάφραγμα μικρότερο από 50μm ή μικρότερο, γεγονός που δημιουργεί συνθήκες για περαιτέρω επέκταση του χώρου χρήσης των πλακών PCB.