1 Applicazione del raggio laser

L’alta densità PCB bordo è una struttura multistrato, che viene separata da resina isolante mista a materiali in fibra di vetro, e tra di essi viene inserito uno strato conduttivo di lamina di rame. Quindi viene laminato e incollato. La Figura 1 mostra una sezione di una scheda a 4 strati. Il principio della lavorazione laser consiste nell’utilizzare i raggi laser per concentrarsi sulla superficie del PCB per fondere e vaporizzare istantaneamente il materiale per formare piccoli fori. Poiché rame e resina sono due materiali diversi, la temperatura di fusione della lamina di rame è di 1084°C, mentre la temperatura di fusione della resina isolante è di soli 200-300°C. Pertanto, è necessario selezionare ragionevolmente e controllare accuratamente parametri come la lunghezza d’onda del raggio, la modalità, il diametro e l’impulso quando viene applicata la perforazione laser.

1.1 L’influenza della lunghezza d’onda e della modalità del fascio sull’elaborazione

Quali sono le applicazioni della lavorazione laser nella produzione di PCB ad alta densità?

Figura 1 Vista in sezione trasversale del PCB a 4 strati

Si può vedere dalla Figura 1 che il laser è il primo a lavorare la lamina di rame durante la perforazione e la velocità di assorbimento del rame al laser aumenta con l’aumento della lunghezza d’onda. Il tasso di assorbimento del laser YAG/UV da 351 a 355 m raggiunge il 70%. Il metodo laser YAG/UV o maschera conforme può essere utilizzato per perforare normali schede stampate. Al fine di aumentare l’integrazione del PCB ad alta densità, ogni strato di lamina di rame è di soli 18μm e il substrato di resina sotto la lamina di rame ha un alto tasso di assorbimento del laser ad anidride carbonica (circa 82%), che fornisce le condizioni per l’applicazione di perforazione laser ad anidride carbonica. Poiché il tasso di conversione fotoelettrica e l’efficienza di elaborazione del laser ad anidride carbonica sono molto superiori a quelli del laser YAG/UV, purché vi sia sufficiente energia del raggio e la lamina di rame venga elaborata per aumentare il tasso di assorbimento del laser, il laser ad anidride carbonica può essere utilizzato per aprire direttamente il PCB.

La modalità trasversale del raggio laser ha una grande influenza sull’angolo di divergenza e sull’emissione di energia del laser. Per ottenere un’energia del raggio sufficiente, è necessario disporre di una buona modalità di uscita del raggio. Lo stato ideale è quello di formare un’uscita in modalità gaussiana di basso ordine come mostrato nella Figura 2. In questo modo, è possibile ottenere un’elevata densità di energia, che fornisce un prerequisito affinché il raggio sia ben focalizzato sulla lente.

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Figura 2 Distribuzione dell’energia in modalità gaussiana a basso costo

La modalità di ordine basso può essere ottenuta modificando i parametri del risonatore o installando un diaframma. Sebbene l’installazione del diaframma riduca l’uscita dell’energia del raggio, può limitare la partecipazione del laser in modalità di ordine superiore alla perforazione e contribuire a migliorare la rotondità del piccolo foro. .

1.2 Ottenere micropori

Dopo aver selezionato la lunghezza d’onda e la modalità del fascio, per ottenere un foro ideale sul PCB, è necessario controllare il diametro dello spot. Solo se il diametro della macchia è abbastanza piccolo, l’energia può concentrarsi sull’ablazione della lastra. Ci sono molti modi per regolare il diametro del punto, principalmente attraverso la messa a fuoco della lente sferica. Quando il raggio in modalità gaussiana entra nell’obiettivo, il diametro del punto sul piano focale posteriore dell’obiettivo può essere calcolato approssimativamente con la seguente formula:

D≈λF/(πd)

Nella formula: F è la lunghezza focale; d è il raggio del raggio gaussiano proiettato da una persona sulla superficie della lente; è la lunghezza d’onda del laser.

Si può vedere dalla formula che maggiore è il diametro incidente, minore è il punto focalizzato. Quando vengono confermate altre condizioni, l’accorciamento della lunghezza focale favorisce la riduzione del diametro del raggio. Tuttavia, dopo l’accorciamento di F, si riduce anche la distanza tra la lente e il pezzo. La scoria potrebbe schizzare sulla superficie dell’obiettivo durante la perforazione, il che influirà sull’effetto di perforazione e sulla durata dell’obiettivo. In questo caso, è possibile installare un dispositivo ausiliario sul lato dell’obiettivo e utilizzare il gas. Eseguire lo spurgo.

1.3 L’influenza dell’impulso del raggio

Per la perforazione viene utilizzato un laser multi-impulso e la densità di potenza del laser a impulsi deve raggiungere almeno la temperatura di evaporazione della lamina di rame. Poiché l’energia del laser a impulso singolo è stata indebolita dopo aver bruciato attraverso la lamina di rame, il substrato sottostante non può essere efficacemente ablato e si formerà la situazione mostrata in Fig. 3a, così che il foro passante non può essere formato. Tuttavia, l’energia del raggio non dovrebbe essere troppo alta durante il pugno e l’energia è troppo alta. Dopo che la lamina di rame è penetrata, l’ablazione del substrato sarà troppo grande, determinando la situazione mostrata in Figura 3b, che non è favorevole alla post-elaborazione del circuito. È più ideale formare i microfori con uno schema di fori leggermente rastremato come mostrato in Fig. 3c. Questo schema di fori può fornire comodità per il successivo processo di ramatura.

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Figura 3 Tipi di fori elaborati da laser a energia diversa

Per ottenere lo schema di fori mostrato in Figura 3c, è possibile utilizzare una forma d’onda laser pulsata con un picco frontale (Figura 4). L’energia dell’impulso più elevata all’estremità anteriore può asportare la lamina di rame e gli impulsi multipli con energia inferiore all’estremità posteriore possono asportare il substrato isolante e rendere il foro più profondo fino alla lamina di rame inferiore.

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Figura 4 Forma d’onda laser a impulsi

2 Effetto raggio laser

Poiché le proprietà del materiale della lamina di rame e del substrato sono molto diverse, il raggio laser e il materiale del circuito stampato interagiscono per produrre una varietà di effetti, che hanno un impatto importante sull’apertura, sulla profondità e sul tipo di foro dei micropori.

2.1 Riflessione e assorbimento del laser

L’interazione tra il laser e il PCB inizia prima dal laser incidente che viene riflesso e assorbito dalla lamina di rame sulla superficie. Poiché la lamina di rame ha un tasso di assorbimento molto basso del laser ad anidride carbonica a lunghezza d’onda infrarossa, è difficile da elaborare e l’efficienza è estremamente bassa. La parte assorbita dell’energia luminosa aumenterà l’energia cinetica degli elettroni liberi del materiale della lamina di rame e la maggior parte di essa sarà convertita nell’energia termica della lamina di rame attraverso l’interazione di elettroni e reticoli cristallini o ioni. Ciò dimostra che, pur migliorando la qualità del fascio, è necessario effettuare un pretrattamento sulla superficie della lamina di rame. La superficie della lamina di rame può essere rivestita con materiali che aumentano l’assorbimento della luce per aumentare il tasso di assorbimento della luce laser.

2.2 Il ruolo dell’effetto raggio

Durante la lavorazione laser, il raggio di luce irradia il materiale della lamina di rame e la lamina di rame viene riscaldata alla vaporizzazione e la temperatura del vapore è elevata, il che è facile da abbattere e ionizzare, ovvero il plasma fotoindotto viene generato dall’eccitazione della luce . Il plasma fotoindotto è generalmente un plasma di vapore materiale. Se l’energia trasmessa al pezzo dal plasma è maggiore della perdita di energia luminosa ricevuta dal pezzo causata dall’assorbimento del plasma. Il plasma invece migliora l’assorbimento dell’energia laser da parte del pezzo. In caso contrario, il plasma blocca il laser e indebolisce l’assorbimento del laser da parte del pezzo. Per i laser ad anidride carbonica, il plasma fotoindotto può aumentare il tasso di assorbimento del foglio di rame. Tuttavia, una quantità eccessiva di plasma causerà la rifrazione del raggio durante il passaggio, il che influirà sulla precisione di posizionamento del foro. Generalmente, la densità di potenza del laser è controllata ad un valore appropriato inferiore a 107 W/cm2, che può controllare meglio il plasma.

L’effetto pinhole svolge un ruolo estremamente importante nel migliorare l’assorbimento dell’energia luminosa nel processo di perforazione laser. Il laser continua ad ablare il substrato dopo aver bruciato la lamina di rame. Il substrato può assorbire una grande quantità di energia luminosa, vaporizzare ed espandersi violentemente e la pressione generata può essere Il materiale fuso viene espulso per formare piccoli fori. Il piccolo foro è anche riempito con plasma fotoindotto e l’energia laser che entra nel piccolo foro può essere quasi completamente assorbita dalle riflessioni multiple della parete del foro e dall’azione del plasma (Figura 5). A causa dell’assorbimento del plasma, la densità di potenza del laser che passa attraverso il piccolo foro fino al fondo del piccolo foro diminuirà e la densità di potenza del laser nella parte inferiore del piccolo foro è essenziale per generare una certa pressione di vaporizzazione per mantenere una certa profondità di il piccolo foro, che determina la profondità di penetrazione del processo di lavorazione.

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Figura 5 Rifrazione laser nel foro

Conclusione 3

L’applicazione della tecnologia di elaborazione laser può migliorare notevolmente l’efficienza di perforazione dei micro-fori PCB ad alta densità. Gli esperimenti mostrano che: In combinazione con la tecnologia a controllo numerico, è possibile elaborare più di 30,000 microfori al minuto sul pannello stampato e l’apertura è compresa tra 75 e 100; ② L’applicazione del laser UV può ulteriormente rendere l’apertura inferiore a 50μm o inferiore, creando le condizioni per espandere ulteriormente lo spazio di utilizzo delle schede PCB.