1 Aplikasi sinar laser

Kepadatan tinggi Papan PCB adalah struktur multi-layer, yang dipisahkan oleh resin isolasi yang dicampur dengan bahan serat kaca, dan lapisan konduktif foil tembaga dimasukkan di antara mereka. Kemudian dilaminasi dan diikat. Gambar 1 menunjukkan bagian dari papan 4-lapisan. Prinsip pemrosesan laser adalah menggunakan sinar laser untuk fokus pada permukaan PCB untuk langsung melelehkan dan menguapkan material hingga membentuk lubang-lubang kecil. Karena tembaga dan resin adalah dua bahan yang berbeda, suhu leleh foil tembaga adalah 1084°C, sedangkan suhu leleh resin isolasi hanya 200-300 °C. Oleh karena itu, perlu untuk memilih secara wajar dan secara akurat mengontrol parameter seperti panjang gelombang sinar, mode, diameter, dan pulsa saat pengeboran laser diterapkan.

1.1 Pengaruh panjang gelombang sinar dan mode pada pemrosesan

Apa aplikasi pemrosesan laser dalam pembuatan PCB densitas tinggi?

Gambar 1 Tampilan penampang PCB 4 lapis

Dapat dilihat dari Gambar 1 bahwa laser pertama kali memproses foil tembaga saat melubangi, dan laju penyerapan tembaga ke laser meningkat dengan meningkatnya panjang gelombang. Tingkat penyerapan laser YAG/UV 351 hingga 355 m mencapai 70%. Laser YAG/UV atau metode topeng konformal dapat digunakan untuk melubangi papan cetak biasa. Untuk meningkatkan integrasi PCB kepadatan tinggi, setiap lapisan foil tembaga hanya 18μm, dan substrat resin di bawah foil tembaga memiliki tingkat penyerapan laser karbon dioksida yang tinggi (sekitar 82%), yang menyediakan kondisi untuk aplikasi perforasi laser karbon dioksida. Karena tingkat konversi fotolistrik dan efisiensi pemrosesan laser karbon dioksida jauh lebih tinggi daripada laser YAG/UV, selama ada energi pancaran yang cukup dan foil tembaga diproses untuk meningkatkan tingkat penyerapan laser, laser karbon dioksida dapat digunakan untuk langsung membuka PCB.

Mode mode transversal sinar laser memiliki pengaruh besar pada sudut divergensi dan keluaran energi laser. Untuk mendapatkan energi pancaran yang cukup, diperlukan mode keluaran pancaran yang baik. Keadaan yang ideal adalah membentuk keluaran mode Gaussian orde rendah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Dengan cara ini, kepadatan energi yang tinggi dapat diperoleh, yang memberikan prasyarat agar berkas dapat difokuskan dengan baik pada lensa.

Apa aplikasi pemrosesan laser dalam pembuatan PCB densitas tinggi?

Gambar 2 Distribusi energi mode Gaussian berbiaya rendah

The low-order mode can be obtained by modifying the parameters of the resonator or installing a diaphragm. Although the installation of the diaphragm reduces the output of the beam energy, it can limit the high-order mode laser to participate in the perforation and help improve the roundness of the small hole. .

1.2 Obtaining micropores

After the wavelength and mode of the beam are selected, in order to obtain an ideal hole on the PCB, the diameter of the spot must be controlled. Only if the diameter of the spot is small enough, the energy can concentrate on ablating the plate. There are many ways to adjust the spot diameter, mainly through spherical lens focusing. When the Gaussian mode beam enters the lens, the spot diameter on the back focal plane of the lens can be approximately calculated with the following formula:

D≈λF/(πd)

Dalam rumus: F adalah panjang fokus; d adalah radius titik berkas Gaussian yang diproyeksikan oleh seseorang pada permukaan lensa; adalah panjang gelombang laser.

Dapat dilihat dari rumus bahwa semakin besar diameter datang, semakin kecil titik fokusnya. Ketika kondisi lain dikonfirmasi, memperpendek panjang fokus kondusif untuk mengurangi diameter pancaran. Namun, setelah F diperpendek, jarak antara lensa dan benda kerja juga berkurang. Terak dapat terciprat ke permukaan lensa selama pengeboran, yang akan memengaruhi efek pengeboran dan masa pakai lensa. Dalam hal ini, perangkat tambahan dapat dipasang di sisi lensa dan gas digunakan. Lakukan pembersihan.

1.3 Pengaruh pulsa sinar

Laser multi-pulsa digunakan untuk pengeboran, dan kerapatan daya laser berdenyut setidaknya harus mencapai suhu penguapan foil tembaga. Karena energi laser pulsa tunggal telah melemah setelah membakar melalui foil tembaga, substrat yang mendasari tidak dapat secara efektif ablasi, dan situasi yang ditunjukkan pada Gambar. 3a akan terbentuk, sehingga melalui lubang tidak dapat dibentuk. Namun, energi balok tidak boleh terlalu tinggi saat meninju, dan energinya terlalu tinggi. Setelah foil tembaga ditembus, ablasi substrat akan terlalu besar, menghasilkan situasi yang ditunjukkan pada Gambar 3b, yang tidak kondusif untuk pasca-pemrosesan papan sirkuit. Paling ideal untuk membentuk lubang mikro dengan pola lubang yang sedikit meruncing seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3c. Pola lubang ini dapat memberikan kemudahan untuk proses pelapisan tembaga selanjutnya.

Apa aplikasi pemrosesan laser dalam pembuatan PCB densitas tinggi?

Gambar 3 Jenis lubang yang diproses oleh laser energi yang berbeda

In order to achieve the hole pattern shown in Figure 3c, a pulsed laser waveform with a front peak can be used (Figure 4). The higher pulse energy at the front end can ablate the copper foil, and the multiple pulses with lower energy at the back end can ablate the insulating substrate and Make the hole deepen until the lower copper foil.

Apa aplikasi pemrosesan laser dalam pembuatan PCB densitas tinggi?

Gambar 4 Bentuk gelombang laser pulsa

2 Efek sinar laser

Karena sifat material foil tembaga dan substrat sangat berbeda, sinar laser dan material papan sirkuit berinteraksi untuk menghasilkan berbagai efek, yang memiliki dampak penting pada bukaan, kedalaman, dan jenis lubang mikropori.

2.1 Refleksi dan penyerapan laser

Interaksi antara laser dan PCB pertama dimulai dari insiden laser yang dipantulkan dan diserap oleh foil tembaga di permukaan. Karena foil tembaga memiliki tingkat penyerapan laser karbon dioksida panjang gelombang inframerah yang sangat rendah, sulit untuk diproses dan efisiensinya sangat rendah. Bagian energi cahaya yang diserap akan meningkatkan energi kinetik elektron bebas bahan tembaga foil, dan sebagian besar akan diubah menjadi energi panas foil tembaga melalui interaksi elektron dan kisi kristal atau ion. Hal ini menunjukkan bahwa sambil meningkatkan kualitas balok, perlu dilakukan pra-perawatan pada permukaan foil tembaga. Permukaan foil tembaga dapat dilapisi dengan bahan yang meningkatkan penyerapan cahaya untuk meningkatkan tingkat penyerapan sinar laser.

2.2 Peran efek sinar

Selama pemrosesan laser, berkas cahaya memancarkan bahan foil tembaga, dan foil tembaga dipanaskan hingga menguap, dan suhu uapnya tinggi, yang mudah terurai dan terionisasi, yaitu plasma yang diinduksi foto dihasilkan oleh eksitasi cahaya. . Plasma yang diinduksi foto umumnya adalah plasma uap material. Jika energi yang ditransmisikan ke benda kerja oleh plasma lebih besar daripada energi cahaya yang hilang yang diterima benda kerja yang disebabkan oleh penyerapan plasma. Plasma malah meningkatkan penyerapan energi laser oleh benda kerja. Jika tidak, plasma memblokir laser dan melemahkan penyerapan laser oleh benda kerja. Untuk laser karbon dioksida, plasma yang diinduksi foto dapat meningkatkan tingkat penyerapan foil tembaga. Namun, terlalu banyak plasma akan menyebabkan sinar dibiaskan saat melewati, yang akan mempengaruhi akurasi posisi lubang. Umumnya, kerapatan daya laser dikontrol ke nilai yang sesuai di bawah 107 W/cm2, yang dapat mengontrol plasma dengan lebih baik.

Efek lubang jarum memainkan peran yang sangat penting dalam meningkatkan penyerapan energi cahaya dalam proses pengeboran laser. Laser terus mengikis substrat setelah membakar melalui foil tembaga. Substrat dapat menyerap sejumlah besar energi cahaya, menguap dan mengembang dengan hebat, dan tekanan yang dihasilkan dapat menjadi Bahan cair dibuang untuk membentuk lubang kecil. Lubang kecil juga diisi dengan plasma yang diinduksi foto, dan energi laser yang memasuki lubang kecil dapat hampir sepenuhnya diserap oleh beberapa pantulan dinding lubang dan aksi plasma (Gambar 5). Karena penyerapan plasma, kepadatan daya laser yang melewati lubang kecil ke dasar lubang kecil akan berkurang, dan kepadatan daya laser di bagian bawah lubang kecil sangat penting untuk menghasilkan tekanan penguapan tertentu untuk mempertahankan kedalaman tertentu. lubang kecil, yang menentukan kedalaman penetrasi proses pemesinan.

Apa aplikasi pemrosesan laser dalam pembuatan PCB densitas tinggi?

Gambar 5 Pembiasan laser di dalam lubang

3 Kesimpulan

Penerapan teknologi pemrosesan laser dapat sangat meningkatkan efisiensi pengeboran lubang mikro PCB berdensitas tinggi. Eksperimen menunjukkan bahwa: Dikombinasikan dengan teknologi kontrol numerik, lebih dari 30,000 lubang mikro dapat diproses per menit di papan cetak, dan bukaannya antara 75 dan 100; Penerapan laser UV selanjutnya dapat membuat aperture kurang dari 50μm atau lebih kecil, yang menciptakan kondisi untuk lebih memperluas ruang penggunaan papan PCB.