1 लेजर बीम का अनुप्रयोग

उच्च घनत्व पीसीबी बोर्ड एक बहु-परत संरचना है, जिसे ग्लास फाइबर सामग्री के साथ मिश्रित राल को इन्सुलेट करके अलग किया जाता है, और उनके बीच तांबे की पन्नी की एक प्रवाहकीय परत डाली जाती है। फिर इसे लैमिनेट किया जाता है और बंधुआ किया जाता है। चित्र 1 4-परत बोर्ड के एक भाग को दिखाता है। लेजर प्रसंस्करण का सिद्धांत पीसीबी की सतह पर ध्यान केंद्रित करने के लिए लेजर बीम का उपयोग करना है ताकि सामग्री को तुरंत पिघलाया जा सके और छोटे छेद बनाने के लिए वाष्पीकृत किया जा सके। चूंकि तांबा और राल दो अलग-अलग सामग्री हैं, तांबे की पन्नी का पिघलने का तापमान 1084 डिग्री सेल्सियस है, जबकि इन्सुलेट राल का पिघलने का तापमान केवल 200-300 डिग्री सेल्सियस है। इसलिए, लेजर ड्रिलिंग लागू होने पर बीम तरंगदैर्ध्य, मोड, व्यास और पल्स जैसे पैरामीटर को उचित रूप से चुनना और सटीक रूप से नियंत्रित करना आवश्यक है।

1.1 प्रसंस्करण पर बीम तरंग दैर्ध्य और मोड का प्रभाव

उच्च घनत्व पीसीबी निर्माण में लेजर प्रसंस्करण के अनुप्रयोग क्या हैं?

चित्रा 1 4-परत पीसीबी का क्रॉस-अनुभागीय दृश्य

यह चित्र 1 से देखा जा सकता है कि लेज़र सबसे पहले कॉपर फ़ॉइल को प्रोसेस करता है, और लेज़र में कॉपर की अवशोषण दर तरंग दैर्ध्य की वृद्धि के साथ बढ़ जाती है। 351 से 355 मीटर की YAG/UV लेजर अवशोषण दर 70% जितनी अधिक है। साधारण मुद्रित बोर्डों को छिद्रित करने के लिए YAG/UV लेजर या अनुरूप मुखौटा विधि का उपयोग किया जा सकता है। उच्च घनत्व वाले पीसीबी के एकीकरण को बढ़ाने के लिए, तांबे की पन्नी की प्रत्येक परत केवल 18μm है, और तांबे की पन्नी के नीचे राल सब्सट्रेट में कार्बन डाइऑक्साइड लेजर (लगभग 82%) की उच्च अवशोषण दर होती है, जो आवेदन के लिए स्थितियां प्रदान करती है। कार्बन डाइऑक्साइड लेजर वेध की। चूंकि कार्बन डाइऑक्साइड लेजर की फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दर और प्रसंस्करण दक्षता वाईएजी / यूवी लेजर की तुलना में काफी अधिक है, जब तक पर्याप्त बीम ऊर्जा होती है और तांबे की पन्नी को लेजर की अवशोषण दर बढ़ाने के लिए संसाधित किया जाता है, कार्बन डाइऑक्साइड लेजर पीसीबी को सीधे खोलने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

लेजर बीम के अनुप्रस्थ मोड मोड का लेजर के विचलन कोण और ऊर्जा उत्पादन पर बहुत प्रभाव पड़ता है। पर्याप्त बीम ऊर्जा प्राप्त करने के लिए, एक अच्छा बीम आउटपुट मोड होना आवश्यक है। आदर्श स्थिति एक निम्न-क्रम गाऊसी मोड आउटपुट बनाने के लिए है जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। इस तरह, एक उच्च ऊर्जा घनत्व प्राप्त किया जा सकता है, जो बीम को लेंस पर अच्छी तरह से केंद्रित करने के लिए एक पूर्वापेक्षा प्रदान करता है।

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चित्र 2 कम लागत वाली गाऊसी मोड ऊर्जा वितरण

गुंजयमान यंत्र के मापदंडों को संशोधित करके या एक डायाफ्राम स्थापित करके निम्न-क्रम मोड प्राप्त किया जा सकता है। हालांकि डायाफ्राम की स्थापना बीम ऊर्जा के उत्पादन को कम कर देती है, यह उच्च-क्रम मोड लेजर को वेध में भाग लेने और छोटे छेद की गोलाई में सुधार करने में मदद करने के लिए सीमित कर सकती है। .

1.2 माइक्रोप्रोर्स प्राप्त करना

तरंग दैर्ध्य और बीम के मोड का चयन करने के बाद, पीसीबी पर एक आदर्श छेद प्राप्त करने के लिए, स्पॉट के व्यास को नियंत्रित किया जाना चाहिए। केवल अगर स्पॉट का व्यास काफी छोटा है, तो ऊर्जा प्लेट को अलग करने पर ध्यान केंद्रित कर सकती है। स्पॉट व्यास को समायोजित करने के कई तरीके हैं, मुख्यतः गोलाकार लेंस फ़ोकसिंग के माध्यम से। जब गॉसियन मोड बीम लेंस में प्रवेश करती है, तो लेंस के पिछले फोकल प्लेन पर स्पॉट व्यास की गणना लगभग निम्न सूत्र के साथ की जा सकती है:

डी≈λएफ/(πडी)

सूत्र में: F फोकस दूरी है; d लेंस की सतह पर किसी व्यक्ति द्वारा प्रक्षेपित गाऊसी बीम की स्पॉट त्रिज्या है; लेजर तरंग दैर्ध्य है।

यह सूत्र से देखा जा सकता है कि घटना का व्यास जितना बड़ा होगा, केंद्रित स्थान उतना ही छोटा होगा। जब अन्य स्थितियों की पुष्टि हो जाती है, तो बीम के व्यास को कम करने के लिए फोकल लंबाई को छोटा करना अनुकूल होता है। हालाँकि, F को छोटा करने के बाद, लेंस और वर्कपीस के बीच की दूरी भी कम हो जाती है। ड्रिलिंग के दौरान स्लैग लेंस की सतह पर छप सकता है, जो ड्रिलिंग प्रभाव और लेंस के जीवन को प्रभावित करेगा। इस मामले में, लेंस के किनारे एक सहायक उपकरण स्थापित किया जा सकता है और गैस का उपयोग किया जाता है। शुद्धिकरण करें।

1.3 बीम पल्स का प्रभाव

ड्रिलिंग के लिए एक बहु-पल्स लेजर का उपयोग किया जाता है, और स्पंदित लेजर की शक्ति घनत्व कम से कम तांबे की पन्नी के वाष्पीकरण तापमान तक पहुंचनी चाहिए। क्योंकि तांबे की पन्नी के माध्यम से जलने के बाद सिंगल-पल्स लेजर की ऊर्जा कमजोर हो गई है, अंतर्निहित सब्सट्रेट को प्रभावी ढंग से अलग नहीं किया जा सकता है, और चित्र 3 ए में दिखाई गई स्थिति का गठन किया जाएगा, ताकि छेद के माध्यम से नहीं बनाया जा सके। हालांकि, छिद्रण करते समय बीम की ऊर्जा बहुत अधिक नहीं होनी चाहिए, और ऊर्जा बहुत अधिक है। कॉपर फ़ॉइल में प्रवेश करने के बाद, सब्सट्रेट का एब्लेशन बहुत बड़ा होगा, जिसके परिणामस्वरूप चित्र 3बी में दिखाया गया है, जो सर्किट बोर्ड के पोस्ट-प्रोसेसिंग के लिए अनुकूल नहीं है। जैसा कि चित्र 3ग में दिखाया गया है, थोड़ा पतला होल पैटर्न के साथ सूक्ष्म-छेद बनाना सबसे आदर्श है। यह छेद पैटर्न बाद की तांबा-चढ़ाना प्रक्रिया के लिए सुविधा प्रदान कर सकता है।

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चित्र 3 विभिन्न ऊर्जा लेज़रों द्वारा संसाधित होल प्रकार

चित्र 3cमें दिखाए गए छेद पैटर्न को प्राप्त करने के लिए, सामने की चोटी के साथ एक स्पंदित लेजर तरंग का उपयोग किया जा सकता है (चित्र 4)। सामने के छोर पर उच्च पल्स ऊर्जा तांबे की पन्नी को अलग कर सकती है, और पीछे के छोर पर कम ऊर्जा वाली कई दालें इन्सुलेट सब्सट्रेट को अलग कर सकती हैं और निचले तांबे की पन्नी तक छेद को गहरा कर सकती हैं।

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चित्रा 4 पल्स लेजर तरंग

2 लेजर बीम प्रभाव

क्योंकि कॉपर फ़ॉइल और सब्सट्रेट के भौतिक गुण बहुत भिन्न होते हैं, लेज़र बीम और सर्किट बोर्ड सामग्री विभिन्न प्रकार के प्रभाव उत्पन्न करने के लिए परस्पर क्रिया करती है, जिसका माइक्रोप्रोर्स के एपर्चर, गहराई और छेद प्रकार पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

2.1 लेजर का परावर्तन और अवशोषण

लेज़र और पीसीबी के बीच की बातचीत सबसे पहले उस घटना से शुरू होती है जब लेज़र सतह पर कॉपर फ़ॉइल द्वारा परावर्तित और अवशोषित होता है। क्योंकि तांबे की पन्नी में अवरक्त तरंग दैर्ध्य कार्बन डाइऑक्साइड लेजर की बहुत कम अवशोषण दर होती है, इसे संसाधित करना मुश्किल होता है और दक्षता बेहद कम होती है। प्रकाश ऊर्जा का अवशोषित हिस्सा तांबे की पन्नी सामग्री की मुक्त इलेक्ट्रॉन गतिज ऊर्जा को बढ़ाएगा, और इसका अधिकांश भाग इलेक्ट्रॉनों और क्रिस्टल जाली या आयनों की बातचीत के माध्यम से तांबे की पन्नी की गर्मी ऊर्जा में परिवर्तित हो जाएगा। इससे पता चलता है कि बीम की गुणवत्ता में सुधार करते हुए, तांबे की पन्नी की सतह पर पूर्व-उपचार करना आवश्यक है। तांबे की पन्नी की सतह को उन सामग्रियों से लेपित किया जा सकता है जो लेजर प्रकाश की अवशोषण दर को बढ़ाने के लिए प्रकाश अवशोषण को बढ़ाती हैं।

2.2 बीम प्रभाव की भूमिका

लेजर प्रसंस्करण के दौरान, प्रकाश किरण तांबे की पन्नी सामग्री को विकीर्ण करती है, और तांबे की पन्नी को वाष्पीकरण के लिए गर्म किया जाता है, और भाप का तापमान अधिक होता है, जिसे तोड़ना और आयनित करना आसान होता है, अर्थात प्रकाश-उत्तेजना द्वारा फोटो-प्रेरित प्लाज्मा उत्पन्न होता है। . फोटो-प्रेरित प्लाज्मा आम तौर पर भौतिक वाष्प का प्लाज्मा होता है। यदि प्लाज्मा द्वारा वर्कपीस को प्रेषित ऊर्जा प्लाज्मा के अवशोषण के कारण वर्कपीस द्वारा प्राप्त प्रकाश ऊर्जा के नुकसान से अधिक है। प्लाज्मा इसके बजाय वर्कपीस द्वारा लेजर ऊर्जा के अवशोषण को बढ़ाता है। अन्यथा, प्लाज्मा लेजर को अवरुद्ध करता है और वर्कपीस द्वारा लेजर के अवशोषण को कमजोर करता है। कार्बन डाइऑक्साइड लेजर के लिए, फोटो-प्रेरित प्लाज्मा तांबे की पन्नी की अवशोषण दर को बढ़ा सकता है। हालांकि, बहुत अधिक प्लाज़्मा से गुजरने पर बीम अपवर्तित हो जाएगी, जो छेद की स्थिति सटीकता को प्रभावित करेगी। आम तौर पर, लेजर पावर घनत्व को 107 डब्ल्यू / सेमी 2 से नीचे उचित मूल्य पर नियंत्रित किया जाता है, जो प्लाज्मा को बेहतर ढंग से नियंत्रित कर सकता है।

पिनहोल प्रभाव लेजर ड्रिलिंग प्रक्रिया में प्रकाश ऊर्जा के अवशोषण को बढ़ाने में एक अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। तांबे की पन्नी के माध्यम से जलने के बाद लेजर सब्सट्रेट को अलग करना जारी रखता है। सब्सट्रेट बड़ी मात्रा में प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित कर सकता है, हिंसक रूप से वाष्पीकृत और विस्तार कर सकता है, और उत्पन्न दबाव हो सकता है पिघला हुआ पदार्थ छोटे छेद बनाने के लिए बाहर फेंक दिया जाता है। छोटा छेद भी फोटो-प्रेरित प्लाज्मा से भरा होता है, और छोटे छेद में प्रवेश करने वाली लेजर ऊर्जा को छेद की दीवार के कई प्रतिबिंबों और प्लाज्मा (चित्रा 5) की क्रिया द्वारा लगभग पूरी तरह से अवशोषित किया जा सकता है। प्लाज्मा अवशोषण के कारण, छोटे छेद से छोटे छेद के नीचे से गुजरने वाली लेजर शक्ति घनत्व कम हो जाएगी, और छोटे छेद के नीचे लेजर शक्ति घनत्व एक निश्चित गहराई बनाए रखने के लिए एक निश्चित वाष्पीकरण दबाव उत्पन्न करने के लिए आवश्यक है। छोटा छेद, जो निर्धारित करता है मशीनिंग प्रक्रिया की प्रवेश गहराई।

उच्च घनत्व पीसीबी निर्माण में लेजर प्रसंस्करण के अनुप्रयोग क्या हैं?

चित्रा 5 छेद में लेजर अपवर्तन

3 निष्कर्ष

लेजर प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग उच्च घनत्व पीसीबी सूक्ष्म छेद की ड्रिलिंग दक्षता में काफी सुधार कर सकते हैं। प्रयोगों से पता चलता है कि: संख्यात्मक नियंत्रण प्रौद्योगिकी के साथ, मुद्रित बोर्ड पर प्रति मिनट 30,000 से अधिक सूक्ष्म छिद्रों को संसाधित किया जा सकता है, और एपर्चर 75 और 100 के बीच है; यूवी लेजर का अनुप्रयोग एपर्चर को 50μm से कम या छोटा बना सकता है, जो पीसीबी बोर्डों के उपयोग स्थान को और विस्तारित करने के लिए स्थितियां बनाता है।