1 Lasersäteen käyttö

Korkea tiheys PCB-aluksella on monikerroksinen rakenne, joka erotetaan eristävällä hartsilla sekoitettuna lasikuitumateriaaliin ja joiden väliin on asetettu johtava kerros kuparikalvoa. Sitten se laminoidaan ja liimataan. Kuvassa 1 on leikkaus 4-kerroksisesta levystä. Laserkäsittelyn periaate on käyttää lasersäteitä keskittymään PCB:n pintaan materiaalin välittömästi sulattamiseksi ja höyrystämiseksi pienten reikien muodostamiseksi. Koska kupari ja hartsi ovat kaksi eri materiaalia, kuparikalvon sulamislämpötila on 1084 °C, kun taas eristävän hartsin sulamislämpötila on vain 200-300 °C. Siksi on tarpeen kohtuudella valita ja säätää tarkasti parametrit, kuten säteen aallonpituus, tila, halkaisija ja pulssi, kun käytetään laserporausta.

1.1 Säteen aallonpituuden ja moodin vaikutus käsittelyyn

Mitkä ovat laserkäsittelyn sovellukset korkeatiheyksisten piirilevyjen valmistuksessa

Kuva 1 Poikkileikkauskuva 4-kerroksisesta piirilevystä

Kuvasta 1 nähdään, että laser prosessoi kuparifoliota ensin rei’itettäessä ja kuparin absorptionopeus laseriin kasvaa aallonpituuden kasvaessa. YAG/UV-laserin absorptionopeus 351-355 m on jopa 70 %. YAG/UV-laser- tai conformal mask -menetelmää voidaan käyttää tavallisten painolevyjen rei’ittämiseen. Korkeatiheyksisen PCB:n integroinnin lisäämiseksi jokainen kuparikalvokerros on vain 18 μm, ja kuparikalvon alla olevalla hartsisubstraatilla on korkea hiilidioksidilaserin absorptionopeus (noin 82 %), mikä tarjoaa olosuhteet käyttöön. hiilidioksidilaserrei’itys. Koska hiilidioksidilaserin valosähköinen muunnosnopeus ja prosessointitehokkuus ovat paljon korkeammat kuin YAG/UV-laserin, niin kauan kuin sädeenergiaa on tarpeeksi ja kuparikalvoa käsitellään laserin absorptionopeuden lisäämiseksi, hiilidioksidilaserin. voidaan käyttää piirilevyn suoraan avaamiseen.

Lasersäteen poikittaismoodilla on suuri vaikutus laserin hajaantumiskulmaan ja energian ulostuloon. Riittävän säteen energian saamiseksi tarvitaan hyvä säteen lähtötila. Ihanteellinen tila on muodostaa matala-asteinen Gauss-moodin ulostulo kuvan 2 mukaisesti. Tällä tavalla voidaan saavuttaa korkea energiatiheys, joka on edellytys sille, että säde on hyvin fokusoitu linssiin.

Mitkä ovat laserkäsittelyn sovellukset korkeatiheyksisten piirilevyjen valmistuksessa

Kuva 2 Edullinen Gauss-moodin energian jakautuminen

Alhainen tila saadaan muuttamalla resonaattorin parametreja tai asentamalla kalvo. Vaikka kalvon asennus vähentää säteen energian tuottoa, se voi rajoittaa korkealuokkaisen laserin osallistumista rei’itykseen ja auttaa parantamaan pienen reiän pyöreyttä. .

1.2 Mikrohuokosten saaminen

Kun säteen aallonpituus ja muoto on valittu, pisteen halkaisijaa on säädettävä, jotta piirilevyyn saadaan ihanteellinen reikä. Vain jos pisteen halkaisija on tarpeeksi pieni, energia voi keskittyä levyn poistamiseen. Pistehalkaisijaa voidaan säätää monella tavalla, pääasiassa pallomaisen linssin tarkennuksella. Kun Gauss-moodin säde tulee linssiin, pisteen halkaisija linssin takapolttotasolla voidaan laskea suunnilleen seuraavalla kaavalla:

D≈λF/(πd)

Kaavassa: F on polttoväli; d on henkilön linssin pinnalle projisoiman Gaussin säteen pistesäde; λ on laserin aallonpituus.

Kaavasta voidaan nähdä, että mitä suurempi tulohalkaisija, sitä pienempi on fokusoitu piste. Kun muut olosuhteet vahvistetaan, polttovälin lyhentäminen vähentää säteen halkaisijaa. Kuitenkin, kun F on lyhennetty, myös linssin ja työkappaleen välinen etäisyys pienenee. Kuona voi roiskua linssin pinnalle porauksen aikana, mikä vaikuttaa poraustehoon ja linssin käyttöikään. Tässä tapauksessa linssin sivulle voidaan asentaa apulaite ja kaasua käytetään. Suorita puhdistus.

1.3 Säteen pulssin vaikutus

Poraukseen käytetään monipulssilaseria ja pulssilaserin tehotiheyden tulee saavuttaa vähintään kuparikalvon haihtumislämpötila. Koska yksipulssisen laserin energia on heikentynyt kuparikalvon läpi palamisen jälkeen, alla olevaa substraattia ei voida tehokkaasti poistaa ja muodostuu kuvan 3a tilanne, jolloin läpivientireikää ei voida muodostaa. Säteen energia ei kuitenkaan saa olla liian korkea lävistettäessä, ja energia on liian korkea. Kun kuparikalvo on läpäissyt, substraatin ablaatio on liian suuri, mikä johtaa kuvan 3b tilanteeseen, joka ei ole suotuisa piirilevyn jälkikäsittelylle. Ihanteellisinta on muodostaa mikroreiät hieman kapenevalla reikäkuviolla kuvan 3c mukaisesti. Tämä reikäkuvio voi tarjota mukavuutta myöhempään kuparipinnoitusprosessiin.

Mitkä ovat laserkäsittelyn sovellukset korkeatiheyksisten piirilevyjen valmistuksessa

Kuva 3 Eri energialasereilla käsitellyt reikätyypit

Kuvassa 3c esitetyn reikäkuvion saavuttamiseksi voidaan käyttää pulssi laseraaltomuotoa, jossa on etuhuippu (kuva 4). Korkeampi pulssienergia etupäässä voi poistaa kuparikalvon, ja useat pulssit, joilla on pienempi energia takapäässä, voivat abloida eristävän alustan ja saada reiän syvenemään, kunnes kuparikalvo on alempi.

Mitkä ovat laserkäsittelyn sovellukset korkeatiheyksisten piirilevyjen valmistuksessa

Kuva 4 Pulssilaserin aaltomuoto

2 Lasersädeefekti

Koska kuparikalvon ja alustan materiaaliominaisuudet ovat hyvin erilaisia, lasersäde ja piirilevymateriaali ovat vuorovaikutuksessa tuottaen erilaisia ​​efektejä, joilla on tärkeä vaikutus mikrohuokosten aukkoon, syvyyteen ja reikätyyppiin.

2.1 Laserin heijastus ja absorptio

Laserin ja piirilevyn välinen vuorovaikutus alkaa ensin siitä, että pinnalla oleva kuparikalvo heijastuu ja absorboi tulevan laserin. Koska kuparikalvolla on erittäin alhainen infrapuna-aallonpituushiilidioksidilaserin absorptionopeus, sitä on vaikea käsitellä ja tehokkuus on erittäin alhainen. Valoenergian absorboitunut osa lisää kuparikalvomateriaalin vapaiden elektronien kineettistä energiaa ja suurin osa siitä muuttuu kuparikalvon lämpöenergiaksi elektronien ja kidehilojen tai ionien vuorovaikutuksen kautta. Tämä osoittaa, että samalla kun parannetaan palkin laatua, kuparikalvon pintaan on suoritettava esikäsittely. Kuparikalvon pinta voidaan päällystää materiaaleilla, jotka lisäävät valon absorptiota sen laservalon absorptionopeuden lisäämiseksi.

2.2 Sädevaikutuksen rooli

Laserkäsittelyn aikana valonsäde säteilee kuparifoliomateriaalia, ja kuparifolio kuumennetaan höyrystymään ja höyryn lämpötila on korkea, mikä on helppo hajottaa ja ionisoida, eli valovirityksellä syntyy valon aiheuttamaa plasmaa. . Valo-indusoitu plasma on yleensä materiaalihöyryn plasmaa. Jos plasman työkappaleeseen välittämä energia on suurempi kuin plasman absorption aiheuttama työkappaleen vastaanottaman valoenergian menetys. Plasma sen sijaan parantaa laserenergian imeytymistä työkappaleeseen. Muuten plasma tukkii laserin ja heikentää laserin absorptiota työkappaleeseen. Hiilidioksidilasereissa valon aiheuttama plasma voi lisätä kuparifolion absorptionopeutta. Liian paljon plasmaa saa kuitenkin säteen taittumaan sen läpi kulkiessaan, mikä vaikuttaa reiän paikannustarkkuuteen. Yleensä laserin tehotiheys säädetään sopivaan arvoon alle 107 W/cm2, mikä voi paremmin hallita plasmaa.

Neulanreikäefektillä on erittäin tärkeä rooli valoenergian absorption parantamisessa laserporausprosessissa. Laser jatkaa substraatin poistamista kuparifolion läpi palamisen jälkeen. Substraatti voi absorboida suuren määrän valoenergiaa, rajusti höyrystyä ja laajentua, ja syntyvä paine voi olla. Sula materiaali heitetään ulos pienten reikien muodostamiseksi. Pieni reikä täytetään myös valoindusoidulla plasmalla, ja pieneen reikään tuleva laserenergia voi absorboitua lähes kokonaan reiän seinämän useiden heijastusten ja plasman toiminnan vaikutuksesta (kuva 5). Plasman absorptiosta johtuen pienen reiän läpi pienen reiän pohjalle kulkeva lasertehon tiheys pienenee, ja lasertehon tiheys pienen reiän pohjassa on välttämätöntä tietyn höyrystymispaineen luomiseksi tietyn syvyyden ylläpitämiseksi. pieni reikä, joka määrittää koneistusprosessin tunkeutumissyvyyden.

Mitkä ovat laserkäsittelyn sovellukset korkeatiheyksisten piirilevyjen valmistuksessa

Kuva 5 Lasertaitto reiässä

3-päätelmä

Laserkäsittelytekniikan soveltaminen voi parantaa huomattavasti korkeatiheyksisten PCB-mikroreikien poraustehokkuutta. Kokeet osoittavat, että: ①Yhdessä numeerisen ohjaustekniikan kanssa painetulla levyllä voidaan käsitellä yli 30,000 75 mikroreikää minuutissa, ja aukko on 100-50; ② UV-laserin käyttö voi edelleen tehdä aukosta alle XNUMX μm tai pienemmäksi, mikä luo edellytykset piirilevyjen käyttötilan laajentamiselle.