1 Application du faisceau laser

La haute densité PCB bord est une structure multicouche, qui est séparée par une résine isolante mélangée à des matériaux en fibre de verre, et une couche conductrice de feuille de cuivre est insérée entre eux. Ensuite, il est laminé et collé. La figure 1 montre une section d’un panneau à 4 couches. Le principe du traitement laser consiste à utiliser des faisceaux laser pour se concentrer sur la surface du PCB afin de fondre et de vaporiser instantanément le matériau pour former de petits trous. Étant donné que le cuivre et la résine sont deux matériaux différents, la température de fusion de la feuille de cuivre est de 1084°C, tandis que la température de fusion de la résine isolante n’est que de 200-300°C. Par conséquent, il est nécessaire de sélectionner raisonnablement et de contrôler avec précision des paramètres tels que la longueur d’onde du faisceau, le mode, le diamètre et l’impulsion lorsque le perçage laser est appliqué.

1.1 L’influence de la longueur d’onde et du mode du faisceau sur le traitement

Quelles sont les applications du traitement laser dans la fabrication de circuits imprimés haute densité

Figure 1 Vue en coupe d’un circuit imprimé à 4 couches

On peut voir sur la figure 1 que le laser traite d’abord la feuille de cuivre lors de la perforation, et le taux d’absorption du cuivre par le laser augmente avec l’augmentation de la longueur d’onde. Le taux d’absorption laser YAG/UV de 351 à 355 m peut atteindre 70 %. Le laser YAG/UV ou la méthode du masque conforme peut être utilisé pour perforer les cartes imprimées ordinaires. Afin d’augmenter l’intégration des PCB haute densité, chaque couche de feuille de cuivre ne mesure que 18 m et le substrat en résine sous la feuille de cuivre a un taux d’absorption élevé du laser au dioxyde de carbone (environ 82 %), ce qui fournit des conditions pour l’application de perforation au laser au dioxyde de carbone. Étant donné que le taux de conversion photoélectrique et l’efficacité de traitement du laser au dioxyde de carbone sont beaucoup plus élevés que ceux du laser YAG/UV, tant qu’il y a suffisamment d’énergie de faisceau et que la feuille de cuivre est traitée pour augmenter son taux d’absorption du laser, le laser au dioxyde de carbone peut être utilisé pour ouvrir directement le PCB.

Le mode de mode transverse du faisceau laser a une grande influence sur l’angle de divergence et la production d’énergie du laser. Afin d’obtenir une énergie de faisceau suffisante, il est nécessaire d’avoir un bon mode de sortie de faisceau. L’état idéal est de former une sortie de mode gaussien d’ordre faible comme le montre la figure 2. De cette manière, une densité d’énergie élevée peut être obtenue, ce qui constitue une condition préalable pour que le faisceau soit bien focalisé sur la lentille.

Quelles sont les applications du traitement laser dans la fabrication de circuits imprimés haute densité

Figure 2 Distribution d’énergie en mode gaussien à faible coût

Le mode d’ordre faible peut être obtenu en modifiant les paramètres du résonateur ou en installant un diaphragme. Bien que l’installation du diaphragme réduise la sortie de l’énergie du faisceau, elle peut limiter le mode laser d’ordre élevé à participer à la perforation et aider à améliorer la rondeur du petit trou. .

1.2 Obtention des micropores

Après avoir sélectionné la longueur d’onde et le mode du faisceau, afin d’obtenir un trou idéal sur le PCB, le diamètre du spot doit être contrôlé. Ce n’est que si le diamètre de la tache est suffisamment petit que l’énergie peut se concentrer sur l’ablation de la plaque. Il existe de nombreuses façons d’ajuster le diamètre du spot, principalement grâce à la mise au point d’une lentille sphérique. Lorsque le faisceau de mode gaussien pénètre dans la lentille, le diamètre du spot sur le plan focal arrière de la lentille peut être calculé approximativement avec la formule suivante :

D≈λF/(πd)

Dans la formule : F est la distance focale ; d est le rayon du spot du faisceau gaussien projeté par une personne sur la surface de la lentille ; est la longueur d’onde du laser.

On peut voir à partir de la formule que plus le diamètre incident est grand, plus le point focalisé est petit. Lorsque d’autres conditions sont confirmées, le raccourcissement de la distance focale est propice à la réduction du diamètre du faisceau. Cependant, une fois que F est raccourci, la distance entre la lentille et la pièce est également réduite. Le laitier peut éclabousser la surface de la lentille pendant le perçage, ce qui affectera l’effet de perçage et la durée de vie de la lentille. Dans ce cas, un dispositif auxiliaire peut être installé sur le côté de l’objectif et du gaz est utilisé. Effectuez la purge.

1.3 L’influence de l’impulsion du faisceau

Un laser multi-impulsions est utilisé pour le perçage, et la densité de puissance du laser pulsé doit au moins atteindre la température d’évaporation de la feuille de cuivre. Étant donné que l’énergie du laser à impulsion unique a été affaiblie après avoir brûlé à travers la feuille de cuivre, le substrat sous-jacent ne peut pas être efficacement supprimé, et la situation illustrée sur la figure 3a sera formée, de sorte que le trou d’interconnexion ne peut pas être formé. Cependant, l’énergie du faisceau ne doit pas être trop élevée lors du poinçonnage et l’énergie est trop élevée. Une fois la feuille de cuivre pénétrée, l’ablation du substrat sera trop importante, ce qui entraînera la situation illustrée sur la figure 3b, qui n’est pas propice au post-traitement de la carte de circuit imprimé. L’idéal est de former les micro-trous avec un motif de trous légèrement conique, comme le montre la figure 3c. Ce motif de trous peut être pratique pour le processus de placage de cuivre ultérieur.

Quelles sont les applications du traitement laser dans la fabrication de circuits imprimés haute densité

Figure 3 Types de trous traités par différents lasers à énergie

Afin d’obtenir le motif de trous représenté sur la figure 3c, une forme d’onde laser pulsée avec un pic avant peut être utilisée (figure 4). L’énergie d’impulsion plus élevée à l’extrémité avant peut éliminer la feuille de cuivre, et les impulsions multiples avec une énergie plus faible à l’extrémité arrière peuvent éliminer le substrat isolant et approfondir le trou jusqu’à la feuille de cuivre inférieure.

Quelles sont les applications du traitement laser dans la fabrication de circuits imprimés haute densité

Figure 4 Forme d’onde laser à impulsions

2 Effet de faisceau laser

Étant donné que les propriétés matérielles de la feuille de cuivre et du substrat sont très différentes, le faisceau laser et le matériau du circuit imprimé interagissent pour produire divers effets, qui ont un impact important sur l’ouverture, la profondeur et le type de trou des micropores.

2.1 Réflexion et absorption du laser

L’interaction entre le laser et le PCB commence d’abord par la réflexion et l’absorption du laser incident par la feuille de cuivre à la surface. Parce que la feuille de cuivre a un taux d’absorption très faible du laser à dioxyde de carbone à longueur d’onde infrarouge, elle est difficile à traiter et l’efficacité est extrêmement faible. La partie absorbée de l’énergie lumineuse augmentera l’énergie cinétique des électrons libres du matériau en feuille de cuivre, et la majeure partie sera convertie en énergie thermique de la feuille de cuivre par l’interaction d’électrons et de réseaux cristallins ou d’ions. Ceci montre que tout en améliorant la qualité du faisceau, il est nécessaire d’effectuer un prétraitement à la surface de la feuille de cuivre. La surface de la feuille de cuivre peut être recouverte de matériaux qui augmentent l’absorption de la lumière pour augmenter son taux d’absorption de la lumière laser.

2.2 Le rôle de l’effet faisceau

Pendant le traitement au laser, le faisceau lumineux rayonne le matériau de la feuille de cuivre, et la feuille de cuivre est chauffée jusqu’à la vaporisation, et la température de la vapeur est élevée, ce qui est facile à décomposer et à ioniser, c’est-à-dire que le plasma photo-induit est généré par excitation lumineuse . Le plasma photo-induit est généralement un plasma de vapeur de matière. Si l’énergie transmise à la pièce par le plasma est supérieure à la perte d’énergie lumineuse reçue par la pièce provoquée par l’absorption du plasma. Le plasma améliore plutôt l’absorption de l’énergie laser par la pièce. Sinon, le plasma bloque le laser et affaiblit l’absorption du laser par la pièce. Pour les lasers à dioxyde de carbone, le plasma photo-induit peut augmenter le taux d’absorption de la feuille de cuivre. Cependant, trop de plasma entraînera une réfraction du faisceau lors de son passage, ce qui affectera la précision de positionnement du trou. Généralement, la densité de puissance laser est contrôlée à une valeur appropriée inférieure à 107 W/cm2, ce qui permet de mieux contrôler le plasma.

L’effet sténopé joue un rôle extrêmement important dans l’amélioration de l’absorption de l’énergie lumineuse dans le processus de perçage laser. Le laser continue à ablater le substrat après avoir brûlé à travers la feuille de cuivre. Le substrat peut absorber une grande quantité d’énergie lumineuse, se vaporiser et se dilater violemment, et la pression générée peut être Le matériau fondu est jeté pour former de petits trous. Le petit trou est également rempli de plasma photo-induit, et l’énergie laser entrant dans le petit trou peut être presque complètement absorbée par les multiples réflexions de la paroi du trou et l’action du plasma (Figure 5). En raison de l’absorption du plasma, la densité de puissance laser traversant le petit trou jusqu’au fond du petit trou diminuera, et la densité de puissance laser au fond du petit trou est essentielle pour générer une certaine pression de vaporisation afin de maintenir une certaine profondeur de le petit trou, qui détermine la profondeur de pénétration du processus d’usinage.

Quelles sont les applications du traitement laser dans la fabrication de circuits imprimés haute densité

Figure 5 Réfraction laser dans le trou

Conclusion 3

L’application de la technologie de traitement au laser peut grandement améliorer l’efficacité de perçage des micro-trous de PCB haute densité. Les expériences montrent que : ①Combiné à la technologie de commande numérique, plus de 30,000 75 micro-trous peuvent être traités par minute sur la carte imprimée, et l’ouverture est comprise entre 100 et 50 ; ② L’application du laser UV peut en outre rendre l’ouverture inférieure ou inférieure à XNUMX μm, ce qui crée des conditions pour étendre davantage l’espace d’utilisation des cartes de circuits imprimés.