1 Primjena laserske zrake

Visoka gustoća PCB ploča je višeslojna struktura, koja je odvojena izolacijskom smolom pomiješanom s materijalima od staklenih vlakana, a između njih je umetnut vodljivi sloj bakrene folije. Zatim se laminira i lijepi. Slika 1 prikazuje presjek 4-slojne ploče. Princip laserske obrade je korištenje laserskih zraka za fokusiranje na površinu PCB-a kako bi se materijal odmah otopio i ispario kako bi se stvorile male rupe. Budući da su bakar i smola dva različita materijala, temperatura taljenja bakrene folije je 1084°C, dok je temperatura taljenja izolacijske smole samo 200-300°C. Stoga je potrebno razumno odabrati i točno kontrolirati parametre kao što su valna duljina snopa, način rada, promjer i puls kada se primjenjuje lasersko bušenje.

1.1. Utjecaj valne duljine i moda snopa na obradu

Koje su primjene laserske obrade u proizvodnji PCB-a visoke gustoće

Slika 1. Prikaz poprečnog presjeka 4-slojnog PCB-a

Sa slike 1 se može vidjeti da laser prvi obrađuje bakrenu foliju prilikom perforiranja, a brzina apsorpcije bakra u laser raste s povećanjem valne duljine. Stopa apsorpcije YAG/UV lasera od 351 do 355 m iznosi čak 70%. YAG/UV laser ili metoda konformne maske može se koristiti za perforiranje običnih tiskanih ploča. Kako bi se povećala integracija PCB-a visoke gustoće, svaki sloj bakrene folije je samo 18μm, a smolna podloga ispod bakrene folije ima visoku stopu apsorpcije lasera s ugljičnim dioksidom (oko 82%), što osigurava uvjete za primjenu laserske perforacije ugljičnog dioksida. Budući da je stopa fotoelektrične pretvorbe i učinkovitost obrade lasera s ugljičnim dioksidom mnogo veća od one kod YAG/UV lasera, sve dok postoji dovoljno energije snopa i bakrena folija se obrađuje kako bi se povećala brzina njezine apsorpcije lasera, laser ugljični dioksid može se koristiti za izravno otvaranje PCB-a.

Poprečni mod laserske zrake ima veliki utjecaj na kut divergencije i izlaznu energiju lasera. Da bi se dobila dovoljna energija snopa, potrebno je imati dobar način izlaznog snopa. Idealno stanje je formiranje izlaznog Gaussovog moda nižeg reda kao što je prikazano na slici 2. Na taj se način može dobiti visoka gustoća energije, što predstavlja preduvjet da snop bude dobro fokusiran na leću.

Koje su primjene laserske obrade u proizvodnji PCB-a visoke gustoće

Slika 2 Gaussova distribucija energije niske cijene

Način rada nižeg reda može se dobiti izmjenom parametara rezonatora ili ugradnjom dijafragme. Iako instalacija dijafragme smanjuje izlaz energije snopa, može ograničiti laser visokog reda da sudjeluje u perforaciji i pomoći poboljšanju zaobljenosti male rupe. .

1.2 Dobivanje mikropora

Nakon odabira valne duljine i načina snopa, kako bi se dobila idealna rupa na PCB-u, mora se kontrolirati promjer točke. Samo ako je promjer mrlje dovoljno mali, energija se može koncentrirati na uklanjanje ploče. Postoji mnogo načina za podešavanje promjera točke, uglavnom kroz fokusiranje sferne leće. Kada snop Gaussovog načina uđe u leću, promjer točke na stražnjoj žarišnoj ravnini leće može se približno izračunati sljedećom formulom:

D≈λF/(πd)

U formuli: F je žarišna duljina; d je polumjer točke Gaussove zrake koju projicira osoba na površinu leće; λ je valna duljina lasera.

Iz formule se može vidjeti da što je veći promjer upada, to je manje fokusirano mjesto. Kada se potvrde drugi uvjeti, skraćivanje žarišne duljine pogoduje smanjenju promjera snopa. Međutim, nakon što se F skrati, smanjuje se i udaljenost između leće i obratka. Troska može prskati po površini leće tijekom bušenja, što će utjecati na učinak bušenja i vijek trajanja leće. U tom slučaju može se postaviti pomoćni uređaj sa strane leće i koristi se plin. Izvršite čišćenje.

1.3 Utjecaj impulsa snopa

Za bušenje se koristi višeimpulsni laser, a gustoća snage impulsnog lasera mora doseći barem temperaturu isparavanja bakrene folije. Budući da je energija jednopulsnog lasera oslabljena nakon izgaranja kroz bakrenu foliju, temeljni supstrat se ne može učinkovito ablairati, a nastat će situacija prikazana na slici 3a, tako da se ne može formirati prolazna rupa. Međutim, energija snopa ne smije biti previsoka pri probijanju, a energija je previsoka. Nakon prodiranja bakrene folije, ablacija podloge će biti prevelika, što će rezultirati situacijom prikazanom na slici 3b, koja ne pogoduje naknadnoj obradi ploče. Najidealnije je oblikovati mikro-rupe s malo suženim uzorkom rupa kao što je prikazano na slici 3c. Ovaj uzorak rupa može pružiti pogodnost za naknadni postupak bakrenja.

Koje su primjene laserske obrade u proizvodnji PCB-a visoke gustoće

Slika 3 Tipovi rupa obrađeni različitim energetskim laserima

Kako bi se postigao uzorak rupe prikazan na slici 3c, može se koristiti impulsni laserski valni oblik s prednjim vrhom (slika 4). Veća energija impulsa na prednjem kraju može ukloniti bakrenu foliju, a višestruki impulsi s nižom energijom na stražnjoj strani mogu ablairati izolacijsku podlogu i učiniti da se rupa produbi do donje bakrene folije.

Koje su primjene laserske obrade u proizvodnji PCB-a visoke gustoće

Slika 4 Valni oblik pulsnog lasera

2 Učinak laserske zrake

Budući da su svojstva materijala bakrene folije i podloge vrlo različita, laserska zraka i materijal pločice međusobno djeluju kako bi proizveli različite efekte, koji imaju važan utjecaj na otvor blende, dubinu i tip otvora mikropora.

2.1 Refleksija i apsorpcija lasera

Interakcija između lasera i PCB-a prvo počinje tako što se upadni laser reflektira i apsorbira bakrenom folijom na površini. Budući da bakrena folija ima vrlo nisku stopu apsorpcije infracrvenog lasera s ugljičnim dioksidom valne duljine, teško ju je obraditi, a učinkovitost je iznimno niska. Apsorbirani dio svjetlosne energije povećat će kinetičku energiju slobodnih elektrona materijala bakrene folije, a većina će se pretvoriti u toplinsku energiju bakrene folije kroz interakciju elektrona i kristalnih rešetki ili iona. To pokazuje da je za poboljšanje kvalitete grede potrebno izvršiti prethodnu obradu površine bakrene folije. Površina bakrene folije može biti obložena materijalima koji povećavaju apsorpciju svjetlosti kako bi se povećala njena brzina apsorpcije laserske svjetlosti.

2.2 Uloga efekta zraka

Tijekom laserske obrade, svjetlosni snop zrači materijal bakrene folije, a bakrena folija se zagrijava do isparavanja, a temperatura pare je visoka, što se lako razgrađuje i ionizira, odnosno foto-inducirana plazma nastaje uzbudom svjetlosti. . Foto-inducirana plazma je općenito plazma materijalne pare. Ako je energija koju plazma prenosi na izradak veća od gubitka svjetlosne energije koju primi izradak uzrokovan apsorpcijom plazme. Umjesto toga, plazma poboljšava apsorpciju laserske energije od strane obratka. Inače, plazma blokira laser i slabi apsorpciju lasera od strane obratka. Za lasere s ugljičnim dioksidom, foto-inducirana plazma može povećati brzinu apsorpcije bakrene folije. Međutim, previše plazme će uzrokovati lom zraka prilikom prolaska, što će utjecati na točnost pozicioniranja rupe. Općenito, gustoća snage lasera kontrolira se na odgovarajuću vrijednost ispod 107 W/cm2, što može bolje kontrolirati plazmu.

Efekt rupice igra iznimno važnu ulogu u poboljšanju apsorpcije svjetlosne energije u procesu laserskog bušenja. Laser nastavlja ablaciju podloge nakon izgaranja kroz bakrenu foliju. Podloga može apsorbirati veliku količinu svjetlosne energije, nasilno ispariti i proširiti se, a stvoreni pritisak može biti. Otopljeni materijal se izbacuje u male rupe. Mala rupa je također ispunjena foto-induciranom plazmom, a laserska energija koja ulazi u malu rupu može se gotovo u potpunosti apsorbirati višestrukim refleksijama stijenke rupe i djelovanjem plazme (slika 5). Zbog apsorpcije plazme, gustoća snage lasera koja prolazi kroz malu rupu do dna male rupe će se smanjiti, a gustoća snage lasera ​​na dnu male rupe je neophodna za stvaranje određenog tlaka isparavanja kako bi se održala određena dubina mala rupa, koja određuje dubinu prodiranja procesa obrade.

Koje su primjene laserske obrade u proizvodnji PCB-a visoke gustoće

Slika 5 Refrakcija lasera u rupi

3 Zaključak

Primjena tehnologije laserske obrade može uvelike poboljšati učinkovitost bušenja mikro rupa za PCB visoke gustoće. Eksperimenti pokazuju da: ①U kombinaciji s tehnologijom numeričke kontrole, više od 30,000 mikro-rupa može se obraditi u minuti na tiskanoj ploči, a otvor blende je između 75 i 100; ② Primjena UV lasera može dodatno učiniti otvor manjim od 50 μm ili manjim, što stvara uvjete za daljnje proširenje uporabnog prostora PCB ploča.