1 کاربرد پرتو لیزر

چگالی بالا برد PCB ساختاری چند لایه است که با رزین عایق مخلوط با مواد الیاف شیشه جدا شده و لایه ای رسانا از فویل مسی بین آنها قرار می گیرد. سپس لمینیت و چسبانده می شود. شکل 1 بخشی از یک تخته 4 لایه را نشان می دهد. اصل پردازش لیزری استفاده از پرتوهای لیزر برای تمرکز بر روی سطح PCB است تا فوراً مواد را ذوب و تبخیر کند تا سوراخ‌های کوچکی ایجاد شود. از آنجایی که مس و رزین دو ماده متفاوت هستند، دمای ذوب فویل مس 1084 درجه سانتیگراد است، در حالی که دمای ذوب رزین عایق تنها 200-300 درجه سانتیگراد است. بنابراین، انتخاب و کنترل دقیق پارامترهایی مانند طول موج پرتو، حالت، قطر و پالس هنگام حفاری لیزری ضروری است.

1.1 تأثیر طول موج و حالت پرتو بر پردازش

کاربردهای پردازش لیزری در ساخت PCB با چگالی بالا چیست؟

شکل 1 نمای مقطعی PCB 4 لایه

از شکل 1 می توان دریافت که لیزر در هنگام سوراخ کردن اولین فویل مس را پردازش می کند و با افزایش طول موج، سرعت جذب مس به لیزر افزایش می یابد. میزان جذب لیزر YAG/UV بین 351 تا 355 متر به 70 درصد می رسد. لیزر YAG/UV یا روش ماسک conformal می تواند برای سوراخ کردن تخته های معمولی چاپ شده استفاده شود. به منظور افزایش یکپارچگی PCB با چگالی بالا، هر لایه از فویل مس تنها 18 میکرومتر است و بستر رزین زیر فویل مسی دارای نرخ جذب بالای لیزر دی اکسید کربن (حدود 82٪) است که شرایط را برای کاربرد فراهم می کند. سوراخ شدن لیزر دی اکسید کربن از آنجایی که نرخ تبدیل فوتوالکتریک و راندمان پردازش لیزر دی اکسید کربن بسیار بالاتر از لیزر YAG/UV است، تا زمانی که انرژی پرتو کافی وجود داشته باشد و فویل مسی برای افزایش میزان جذب لیزر، لیزر دی اکسید کربن پردازش شود. می توان از آن برای باز کردن مستقیم PCB استفاده کرد.

حالت عرضی پرتو لیزر تأثیر زیادی بر زاویه واگرایی و انرژی خروجی لیزر دارد. برای به دست آوردن انرژی پرتوی کافی، داشتن حالت خروجی پرتو خوب ضروری است. حالت ایده آل این است که یک خروجی حالت گاوسی درجه پایین را همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، تشکیل دهیم. به این ترتیب، چگالی انرژی بالایی می توان به دست آورد، که پیش نیازی را برای تمرکز پرتو بر روی عدسی فراهم می کند.

کاربردهای پردازش لیزری در ساخت PCB با چگالی بالا چیست؟

شکل 2 توزیع انرژی حالت گاوسی کم هزینه

حالت درجه پایین را می توان با تغییر پارامترهای تشدید کننده یا نصب دیافراگم به دست آورد. اگرچه نصب دیافراگم خروجی انرژی پرتو را کاهش می دهد، اما می تواند لیزر حالت درجه بالا را برای شرکت در سوراخ محدود کند و به بهبود گرد بودن سوراخ کوچک کمک کند. .

1.2 به دست آوردن ریز منافذ

پس از انتخاب طول موج و حالت پرتو، برای به دست آوردن یک سوراخ ایده آل بر روی PCB، باید قطر لکه را کنترل کرد. تنها در صورتی که قطر لکه به اندازه کافی کوچک باشد، انرژی می تواند بر روی از بین بردن صفحه متمرکز شود. راه‌های زیادی برای تنظیم قطر لکه وجود دارد، عمدتاً از طریق فوکوس کروی لنز. هنگامی که پرتو حالت گاوسی وارد لنز می شود، قطر نقطه در صفحه کانونی پشتی لنز را می توان تقریباً با فرمول زیر محاسبه کرد:

D≈λF/(πd)

در فرمول: F فاصله کانونی است. d شعاع نقطه ای پرتو گاوسی است که توسط شخصی روی سطح عدسی پخش می شود. λ طول موج لیزر است.

از فرمول می توان دریافت که هر چه قطر برخورد بزرگتر باشد، نقطه متمرکز کوچکتر است. هنگامی که شرایط دیگر تأیید شد، کوتاه کردن فاصله کانونی برای کاهش قطر پرتو مفید است. با این حال، پس از کوتاه شدن F، فاصله بین عدسی و قطعه کار نیز کاهش می یابد. سرباره ممکن است در حین حفاری روی سطح لنز پاشیده شود که بر اثر سوراخ کاری و عمر لنز تأثیر می گذارد. در این حالت می توان یک دستگاه کمکی در کنار لنز نصب کرد و از گاز استفاده کرد. پاکسازی را انجام دهید.

1.3 تأثیر پالس پرتو

برای حفاری از لیزر چند پالس استفاده می شود و چگالی توان لیزر پالسی حداقل باید به دمای تبخیر ورق مسی برسد. از آنجایی که انرژی لیزر تک پالس پس از سوزاندن از طریق فویل مسی ضعیف شده است، بستر زیرین را نمی توان به طور موثری از بین برد، و وضعیت نشان داده شده در شکل 3a شکل می گیرد، به طوری که سوراخ via نمی تواند تشکیل شود. با این حال، انرژی پرتو در هنگام پانچ نباید خیلی زیاد باشد و انرژی بسیار زیاد است. پس از نفوذ به فویل مسی، فرسایش زیرلایه بسیار بزرگ خواهد بود و در نتیجه وضعیت نشان داده شده در شکل 3b ایجاد می شود که برای پس پردازش برد مدار مساعد نیست. بسیار ایده آل است که ریز سوراخ ها را با الگوی سوراخ کمی مخروطی شکل دهید همانطور که در شکل 3c نشان داده شده است. این الگوی سوراخ می‌تواند راحتی را برای فرآیند آبکاری مس بعدی فراهم کند.

کاربردهای پردازش لیزری در ساخت PCB با چگالی بالا چیست؟

شکل 3 انواع سوراخ پردازش شده توسط لیزرهای انرژی مختلف

به منظور دستیابی به الگوی حفره نشان داده شده در شکل 3c، می توان از شکل موج لیزر پالسی با قله جلویی استفاده کرد (شکل 4). انرژی پالس بالاتر در قسمت جلویی می تواند فویل مسی را از بین ببرد و پالس های متعدد با انرژی کمتر در انتهای پشتی می تواند بستر عایق را از بین ببرد و سوراخ را تا فویل مس پایین عمیق تر کند.

کاربردهای پردازش لیزری در ساخت PCB با چگالی بالا چیست؟

شکل 4 شکل موج لیزر پالسی

2 اثر پرتو لیزر

از آنجایی که خواص مواد فویل مس و زیرلایه بسیار متفاوت است، پرتو لیزر و مواد تخته مدار با هم تعامل دارند تا اثرات مختلفی ایجاد کنند که تأثیر مهمی بر دیافراگم، عمق و نوع سوراخ ریز منافذ دارد.

2.1 بازتاب و جذب لیزر

تعامل بین لیزر و PCB ابتدا از زمانی شروع می شود که لیزر فرودی منعکس شده و توسط فویل مسی روی سطح جذب می شود. از آنجایی که فویل مسی دارای نرخ جذب بسیار کم لیزر دی اکسید کربن با طول موج مادون قرمز است، پردازش آن دشوار است و بازده بسیار پایینی دارد. بخش جذب شده از انرژی نور، انرژی جنبشی الکترون آزاد مواد ورق مس را افزایش می دهد و بیشتر آن از طریق برهمکنش الکترون ها و شبکه های کریستالی یا یون ها به انرژی گرمایی ورق مس تبدیل می شود. این نشان می دهد که ضمن بهبود کیفیت پرتو، لازم است پیش تصفیه روی سطح فویل مسی انجام شود. سطح فویل مسی را می توان با موادی پوشاند که جذب نور را افزایش می دهد تا میزان جذب نور لیزر را افزایش دهد.

2.2 نقش اثر پرتو

در طول پردازش لیزر، پرتو نور مواد فویل مس را تابش می کند و ورق مس تا تبخیر گرم می شود و دمای بخار بالا است که به راحتی تجزیه و یونیزه می شود، یعنی پلاسمای ناشی از عکس با تحریک نور تولید می شود. . پلاسمای ناشی از عکس عموماً پلاسمایی از بخار مواد است. اگر انرژی منتقل شده به قطعه کار توسط پلاسما بیشتر از اتلاف انرژی نور دریافتی قطعه کار ناشی از جذب پلاسما باشد. پلاسما در عوض جذب انرژی لیزر توسط قطعه کار را افزایش می دهد. در غیر این صورت پلاسما لیزر را مسدود کرده و جذب لیزر توسط قطعه کار را ضعیف می کند. برای لیزرهای دی اکسید کربن، پلاسمای ناشی از عکس می تواند نرخ جذب فویل مس را افزایش دهد. با این حال، پلاسما بیش از حد باعث شکست پرتو در هنگام عبور می شود که بر دقت موقعیت سوراخ تأثیر می گذارد. به طور کلی، چگالی توان لیزر به مقدار مناسب زیر 107 W/cm2 کنترل می شود که می تواند پلاسما را بهتر کنترل کند.

اثر سوراخ سوراخ نقش بسیار مهمی در افزایش جذب انرژی نور در فرآیند حفاری لیزری دارد. لیزر پس از سوزاندن از طریق فویل مسی به جدا کردن بستر ادامه می دهد. بستر می تواند مقدار زیادی انرژی نور را جذب کند، به شدت تبخیر و منبسط شود، و فشار ایجاد شده می تواند باشد. مواد مذاب به بیرون پرتاب می شوند تا سوراخ های کوچکی تشکیل دهند. سوراخ کوچک نیز با پلاسمای ناشی از عکس پر می شود و انرژی لیزری که وارد سوراخ کوچک می شود می تواند تقریباً به طور کامل توسط بازتاب های متعدد دیواره سوراخ و عمل پلاسما جذب شود (شکل 5). به دلیل جذب پلاسما، چگالی توان لیزری که از سوراخ کوچک به پایین سوراخ کوچک می گذرد کاهش می یابد و چگالی توان لیزر در پایین سوراخ کوچک برای ایجاد فشار تبخیر مشخص برای حفظ عمق مشخص ضروری است. سوراخ کوچک، که عمق نفوذ فرآیند ماشینکاری را تعیین می کند.

کاربردهای پردازش لیزری در ساخت PCB با چگالی بالا چیست؟

شکل 5 شکست لیزر در سوراخ

نتیجه گیری 3

استفاده از فناوری پردازش لیزری می تواند راندمان حفاری میکرو سوراخ های PCB با چگالی بالا را تا حد زیادی بهبود بخشد. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که: ①در ترکیب با فناوری کنترل عددی، بیش از 30,000 میکرو سوراخ در دقیقه روی برد چاپی قابل پردازش است و دیافراگم بین 75 تا 100 است. ② استفاده از لیزر UV می تواند دیافراگم را کمتر از 50μm یا کوچکتر کند، که شرایطی را برای گسترش بیشتر فضای استفاده بردهای PCB ایجاد می کند.