1 Aplicación do raio láser

A alta densidade Placa PCB é unha estrutura de varias capas, que está separada por resina illante mesturada con materiais de fibra de vidro, e entre elas insírese unha capa condutora de folla de cobre. Despois, lamínase e únase. A figura 1 mostra unha sección dunha placa de 4 capas. O principio do procesamento con láser é utilizar raios láser para centrarse na superficie do PCB para fundir e vaporizar o material ao instante para formar pequenos buratos. Dado que o cobre e a resina son dous materiais diferentes, a temperatura de fusión da folla de cobre é de 1084 °C, mentres que a temperatura de fusión da resina illante é de só 200-300 °C. Polo tanto, é necesario seleccionar e controlar con precisión parámetros como a lonxitude de onda do feixe, o modo, o diámetro e o pulso cando se aplica a perforación con láser.

1.1 A influencia da lonxitude de onda do feixe e do modo no procesamento

Cales son as aplicacións do procesamento con láser na fabricación de PCB de alta densidade

Figura 1 Vista en sección transversal do PCB de 4 capas

Pódese ver na figura 1 que o láser é o primeiro en procesar a folla de cobre ao perforar, e a taxa de absorción do cobre ao láser aumenta co aumento da lonxitude de onda. A taxa de absorción do láser YAG/UV de 351 a 355 m é ata o 70%. O láser YAG/UV ou o método de máscara conforme pódense usar para perforar placas impresas ordinarias. Para aumentar a integración de PCB de alta densidade, cada capa de folla de cobre ten só 18 μm e o substrato de resina baixo a folla de cobre ten unha alta taxa de absorción de láser de dióxido de carbono (aproximadamente o 82%), o que proporciona condicións para a aplicación. perforación con láser de dióxido de carbono. Debido a que a taxa de conversión fotoeléctrica e a eficiencia de procesamento do láser de dióxido de carbono é moito maior que a do láser YAG/UV, sempre que haxa suficiente enerxía de feixe e se procese a folla de cobre para aumentar a súa taxa de absorción do láser, o láser de dióxido de carbono. pódese usar para abrir directamente o PCB.

O modo transversal do raio láser ten unha gran influencia no ángulo de diverxencia e na saída de enerxía do láser. Para obter enerxía de feixe suficiente, é necesario ter un bo modo de saída do feixe. O estado ideal é formar unha saída en modo gaussiano de orde baixa como se mostra na Figura 2. Deste xeito, pódese obter unha alta densidade de enerxía, o que proporciona un requisito previo para que o feixe estea ben enfocado na lente.

Cales son as aplicacións do procesamento con láser na fabricación de PCB de alta densidade

Figura 2 Distribución de enerxía en modo gaussiano de baixo custo

O modo de orde baixa pódese obter modificando os parámetros do resonador ou instalando un diafragma. Aínda que a instalación do diafragma reduce a saída da enerxía do feixe, pode limitar o modo láser de alta orde para participar na perforación e axudar a mellorar a redondez do pequeno burato. .

1.2 Obtención de microporos

Despois de seleccionar a lonxitude de onda e o modo do feixe, para obter un orificio ideal no PCB, debe controlarse o diámetro do punto. Só se o diámetro da mancha é o suficientemente pequeno, a enerxía pode concentrarse na ablación da placa. Hai moitas formas de axustar o diámetro do punto, principalmente mediante o enfoque de lentes esféricas. Cando o feixe de modo gaussiano entra na lente, o diámetro do punto no plano focal posterior da lente pódese calcular aproximadamente coa seguinte fórmula:

D≈λF/(πd)

Na fórmula: F é a distancia focal; d é o raio puntual do feixe gaussiano proxectado por unha persoa na superficie da lente; λ é a lonxitude de onda do láser.

A partir da fórmula pódese ver que canto maior sexa o diámetro incidente, menor será o punto enfocado. Cando se confirman outras condicións, acurtar a distancia focal é propicia para reducir o diámetro do feixe. Non obstante, despois de que F se acurte, a distancia entre a lente e a peza tamén se reduce. A escoria pode salpicar a superficie da lente durante a perforación, o que afectará o efecto de perforación e a vida útil da lente. Neste caso, pódese instalar un dispositivo auxiliar no lateral da lente e úsase gas. Realizar a purga.

1.3 A influencia do pulso do feixe

Para perforar úsase un láser multipulso e a densidade de potencia do láser pulsado debe alcanzar polo menos a temperatura de evaporación da folla de cobre. Debido a que a enerxía do láser de pulso único debilitouse despois de queimar a lámina de cobre, o substrato subxacente non se pode eliminar eficazmente e formarase a situación mostrada na figura 3a, polo que non se pode formar o orificio de paso. Non obstante, a enerxía do feixe non debe ser demasiado alta ao perforar e a enerxía é demasiado alta. Despois de que se penetre a folla de cobre, a ablación do substrato será demasiado grande, o que resultará na situación mostrada na Figura 3b, que non é propicia para o procesamento posterior da placa de circuíto. O máis ideal é formar os micro-buratos cun patrón de buracos lixeiramente cónico, como se mostra na figura 3c. Este patrón de buracos pode proporcionar comodidade para o proceso de cobre-plating posterior.

Cales son as aplicacións do procesamento con láser na fabricación de PCB de alta densidade

Figura 3 Tipos de buratos procesados ​​por diferentes láseres de enerxía

Para conseguir o patrón de buracos que se mostra na Figura 3c, pódese usar unha forma de onda láser pulsada cun pico frontal (Figura 4). A maior enerxía de pulso na parte dianteira pode eliminar a folla de cobre, e os múltiples pulsos con menor enerxía na parte posterior poden eliminar o substrato illante e facer que o burato se afonde ata a folla de cobre inferior.

Cales son as aplicacións do procesamento con láser na fabricación de PCB de alta densidade

Figura 4 Forma de onda láser de pulso

2 Efecto de raio láser

Debido a que as propiedades do material da folla de cobre e do substrato son moi diferentes, o raio láser e o material da placa de circuíto interactúan para producir unha variedade de efectos, que teñen un impacto importante na apertura, profundidade e tipo de burato dos microporos.

2.1 Reflexión e absorción do láser

A interacción entre o láser e o PCB comeza primeiro cando o láser incidente é reflectido e absorbido pola folla de cobre na superficie. Debido a que a folla de cobre ten unha taxa de absorción moi baixa do láser de dióxido de carbono de lonxitude de onda infravermella, é difícil de procesar e a eficiencia é moi baixa. A parte absorbida da enerxía luminosa aumentará a enerxía cinética dos electróns libres do material da folla de cobre, e a maior parte dela converterase na enerxía térmica da folla de cobre mediante a interacción de electróns e redes cristalinas ou ións. Isto demostra que, mentres se mellora a calidade do feixe, é necesario realizar un pretratamento na superficie da folla de cobre. A superficie da folla de cobre pódese recubrir con materiais que aumenten a absorción da luz para aumentar a súa taxa de absorción da luz láser.

2.2 O papel do efecto feixe

Durante o procesamento con láser, o feixe de luz irradia o material da folla de cobre, e a folla de cobre quéntase ata vaporizarse e a temperatura do vapor é alta, o que é fácil de romper e ionizar, é dicir, o plasma fotoinducido xérase pola excitación da luz. . O plasma fotoinducido é xeralmente un plasma de vapor material. Se a enerxía transmitida á peza polo plasma é maior que a perda de enerxía luminosa recibida pola peza causada pola absorción do plasma. O plasma en cambio mellora a absorción da enerxía do láser pola peza de traballo. En caso contrario, o plasma bloquea o láser e debilita a absorción do láser pola peza de traballo. Para láseres de dióxido de carbono, o plasma fotoinducido pode aumentar a taxa de absorción da folla de cobre. Non obstante, un exceso de plasma fará que o feixe se refracte ao pasar, o que afectará á precisión de posicionamento do burato. Xeralmente, a densidade de potencia do láser contrólase a un valor apropiado inferior a 107 W/cm2, o que pode controlar mellor o plasma.

O efecto pinhole xoga un papel moi importante na mellora da absorción da enerxía luminosa no proceso de perforación con láser. O láser segue eliminando o substrato despois de queimar a folla de cobre. O substrato pode absorber unha gran cantidade de enerxía luminosa, vaporizarse e expandirse violentamente, e a presión xerada pode ser. O material fundido lánzase para formar pequenos buratos. O pequeno burato tamén está cheo de plasma fotoinducido e a enerxía do láser que entra no pequeno burato pode ser absorbida case por completo polos múltiples reflexos da parede do burato e pola acción do plasma (Figura 5). Debido á absorción de plasma, a densidade de potencia do láser que pasa polo pequeno burato ata o fondo do pequeno buraco diminuirá e a densidade de potencia do láser na parte inferior do pequeno burato é esencial para xerar unha certa presión de vaporización para manter unha certa profundidade. o pequeno burato, que determina A profundidade de penetración do proceso de mecanizado.

Cales son as aplicacións do procesamento con láser na fabricación de PCB de alta densidade

Figura 5 Refracción láser no burato

3 Conclusión

A aplicación da tecnoloxía de procesamento con láser pode mellorar moito a eficiencia de perforación dos micro-buracos de PCB de alta densidade. Os experimentos mostran que: ①Combinado coa tecnoloxía de control numérico, pódense procesar máis de 30,000 micro-buratos por minuto na tarxeta impresa e a apertura está entre 75 e 100; ② A aplicación do láser UV pode facer que a apertura sexa inferior a 50 μm ou máis pequena, o que crea condicións para ampliar aínda máis o espazo de uso das placas PCB.