1 יישום קרן לייזר

הצפיפות הגבוהה לוח PCB הוא מבנה רב שכבתי, המופרד על ידי שרף מבודד מעורבב בחומרי סיבי זכוכית, וביניהם מוכנסת שכבה מוליכה של רדיד נחושת. לאחר מכן הוא למינציה ומלוכד. איור 1 מציג קטע של לוח בן 4 שכבות. העיקרון של עיבוד לייזר הוא להשתמש בקרני לייזר כדי להתמקד על פני השטח של ה-PCB כדי להמיס ולאדות את החומר באופן מיידי ליצירת חורים קטנים. מכיוון שנחושת ושרף הם שני חומרים שונים, טמפרטורת ההיתוך של רדיד נחושת היא 1084 מעלות צלזיוס, בעוד שטמפרטורת ההיתוך של שרף בידוד היא רק 200-300 מעלות צלזיוס. לכן, יש צורך לבחור באופן סביר ולשלוט במדויק בפרמטרים כגון אורך גל אלומה, מצב, קוטר ודופק בעת ביצוע קידוח לייזר.

1.1 השפעת אורך הגל ואופן האלומה על העיבוד

מהם היישומים של עיבוד לייזר בייצור PCB בצפיפות גבוהה

איור 1 תצוגת חתך של PCB 4-שכבתי

ניתן לראות באיור 1 שהלייזר הוא הראשון לעבד את רדיד הנחושת בעת ניקוב, וקצב הספיגה של הנחושת ללייזר עולה עם עליית אורך הגל. שיעור ספיגת הלייזר YAG/UV של 351 עד 355 מ’ מגיע עד 70%. ניתן להשתמש בשיטת לייזר YAG/UV או מסכה קונפורמית לניקוב לוחות מודפסים רגילים. על מנת להגביר את השילוב של PCB בצפיפות גבוהה, כל שכבה של רדיד נחושת היא רק 18μm, ולמצע השרף מתחת לרדיד הנחושת יש קצב ספיגה גבוה של לייזר פחמן דו חמצני (כ-82%), המספק תנאים ליישום של ניקוב לייזר פחמן דו חמצני. מכיוון שקצב ההמרה הפוטואלקטרי ויעילות העיבוד של לייזר פחמן דו חמצני גבוהים בהרבה מזו של לייזר YAG/UV, כל עוד יש מספיק אנרגיית קרן ורדיד הנחושת מעובד כדי להגביר את קצב הספיגה שלו של הלייזר, לייזר הפחמן הדו חמצני ניתן להשתמש כדי לפתוח ישירות את ה-PCB.

למצב הרוחבי של קרן הלייזר יש השפעה רבה על זווית הסטייה ותפוקת האנרגיה של הלייזר. על מנת להשיג אנרגיית קרן מספקת, יש צורך במצב פלט קרן טוב. המצב האידיאלי הוא ליצור פלט מצב גאוסי מסדר נמוך כפי שמוצג באיור 2. בדרך זו ניתן להשיג צפיפות אנרגיה גבוהה, המספקת תנאי מוקדם לכך שהקרן תהיה ממוקדת היטב בעדשה.

מהם היישומים של עיבוד לייזר בייצור PCB בצפיפות גבוהה

איור 2 חלוקת אנרגיה במצב גאוס בעלות נמוכה

ניתן להשיג את מצב הסדר הנמוך על ידי שינוי הפרמטרים של המהוד או התקנת דיאפרגמה. למרות שהתקנת הדיאפרגמה מפחיתה את תפוקת אנרגיית האלומה, היא יכולה להגביל את הלייזר במצב מסדר גבוה להשתתף בניקוב ולעזור לשפר את העגלגלות של החור הקטן. .

1.2 השגת micropores

לאחר בחירת אורך הגל ומצב האלומה, על מנת לקבל חור אידיאלי על ה-PCB, יש לשלוט בקוטר הנקודה. רק אם קוטר הנקודה קטן מספיק, האנרגיה יכולה להתרכז בהשחתת הצלחת. ישנן דרכים רבות להתאים את קוטר הנקודה, בעיקר באמצעות מיקוד עדשה כדורית. כאשר אלומת מצב גאוס נכנסת לעדשה, ניתן לחשב את קוטר הנקודה במישור המוקד האחורי של העדשה בקירוב עם הנוסחה הבאה:

D≈λF/(πd)

בנוסחה: F הוא אורך המוקד; d הוא רדיוס הנקודה של קרן גאוס המוקרנת על ידי אדם על פני העדשה; λ הוא אורך גל הלייזר.

ניתן לראות מהנוסחה שככל שקוטר האירוע גדול יותר, הנקודה הממוקדת קטנה יותר. כאשר תנאים אחרים מאושרים, קיצור אורך המוקד מועיל להקטנת קוטר האלומה. עם זאת, לאחר קיצור F, המרחק בין העדשה לחומר העבודה מצטמצם גם הוא. הסיגים עלולים להתיז על פני העדשה במהלך הקידוח, מה שישפיע על אפקט הקידוח ועל חיי העדשה. במקרה זה, ניתן להתקין מכשיר עזר בצד העדשה ולהשתמש בגז. בצע טיהור.

1.3 השפעת דופק אלומה

לקידוח משתמשים בלייזר רב-פולסי, וצפיפות ההספק של הלייזר הדופק חייבת להגיע לפחות לטמפרטורת האידוי של רדיד הנחושת. מכיוון שהאנרגיה של הלייזר הפולסי הבודד נחלשה לאחר שריפה דרך רדיד הנחושת, לא ניתן לבטל ביעילות את המצע הבסיסי, וייווצר המצב המוצג באיור 3a, כך שלא ניתן ליצור את החור דרך. עם זאת, האנרגיה של הקרן לא צריכה להיות גבוהה מדי בעת אגרוף, והאנרגיה גבוהה מדי. לאחר חדירת רדיד הנחושת, האבלציה של המצע תהיה גדולה מדי, וכתוצאה מכך המצב המוצג באיור 3b, שאינו תורם לעיבוד שלאחר המעגל. זה האידיאלי ביותר ליצור את המיקרו-חורים עם דפוס חורים מעט מחודד כפי שמוצג באיור 3c. דפוס חור זה יכול לספק נוחות עבור תהליך ציפוי הנחושת הבא.

מהם היישומים של עיבוד לייזר בייצור PCB בצפיפות גבוהה

איור 3 סוגי חורים מעובדים בלייזרי אנרגיה שונים

על מנת להשיג את תבנית החורים המוצגת באיור 3c, ניתן להשתמש בצורת גל לייזר פועם עם שיא קדמי (איור 4). אנרגיית הדופק הגבוהה יותר בקצה הקדמי יכולה לבטל את רדיד הנחושת, והפולסים המרובים עם אנרגיה נמוכה יותר בקצה האחורי יכולים לבטל את מצע הבידוד ולגרום לחור להעמיק עד לרדיד הנחושת התחתון.

מהם היישומים של עיבוד לייזר בייצור PCB בצפיפות גבוהה

איור 4 צורת גל לייזר דופק

2 אפקט קרן לייזר

מכיוון שתכונות החומר של רדיד הנחושת והמצע שונות מאוד, קרן הלייזר וחומר המעגל פועלים באינטראקציה כדי לייצר מגוון אפקטים, שיש להם השפעה חשובה על הפתח, העומק וסוג החורים של המיקרו-נקבים.

2.1 השתקפות וספיגה של לייזר

האינטראקציה בין הלייזר ל-PCB מתחילה לראשונה מהלייזר המתרחש מוחזר ונספג ברדיד הנחושת שעל פני השטח. מכיוון שלרדיד הנחושת קצב ספיגה נמוך מאוד של לייזר פחמן דו חמצני באורך גל אינפרא אדום, קשה לעבד אותו והיעילות נמוכה ביותר. החלק הנקלט של אנרגיית האור יגדיל את האנרגיה הקינטית האלקטרונית החופשית של חומר רדיד הנחושת, ורובו יומר לאנרגיית החום של רדיד הנחושת באמצעות אינטראקציה של אלקטרונים וסריגי גביש או יונים. זה מראה כי תוך שיפור איכות הקורה, יש צורך לבצע טיפול מקדים על פני השטח של רדיד הנחושת. ניתן לצפות את פני השטח של רדיד הנחושת בחומרים המגבירים את ספיגת האור כדי להגביר את קצב הספיגה של אור הלייזר.

2.2 תפקיד אפקט האלומה

במהלך עיבוד הלייזר, קרן האור מקרינה את חומר רדיד הנחושת, ורדיד הנחושת מחומם לאידוי, וטמפרטורת הקיטור גבוהה, שקל לפרק וליינן, כלומר, פלזמה הנגרמת על ידי צילום נוצרת על ידי עירור אור. . הפלזמה המושרה בצילום היא בדרך כלל פלזמה של אדי חומר. אם האנרגיה המועברת לחומר העבודה על ידי הפלזמה גדולה מאובדן אנרגיית האור המתקבלת על ידי חומר העבודה שנגרם על ידי ספיגת הפלזמה. הפלזמה במקום זאת משפרת את ספיגת אנרגיית הלייזר על ידי חומר העבודה. אחרת, הפלזמה חוסמת את הלייזר ומחלישה את ספיגת הלייזר בחומר העבודה. עבור לייזרים פחמן דו חמצני, פלזמה המושרה בצילום יכולה להגביר את קצב הספיגה של רדיד נחושת. עם זאת, יותר מדי פלזמה תגרום לשבירת האלומה בעת המעבר, מה שישפיע על דיוק המיקום של החור. באופן כללי, צפיפות הספק הלייזר נשלטת לערך מתאים מתחת ל-107 W/cm2, מה שיכול לשלוט טוב יותר בפלזמה.

לאפקט החורים יש תפקיד חשוב ביותר בהגברת קליטת אנרגיית האור בתהליך קידוח הלייזר. הלייזר ממשיך לבטל את המצע לאחר שריפה דרך רדיד הנחושת. המצע יכול לספוג כמות גדולה של אנרגיית אור, להתאדות ולהתרחב בעוצמה, והלחץ שנוצר יכול להיות החומר המותך נזרק החוצה ליצירת חורים קטנים. החור הקטן מלא גם בפלזמה המושרה על ידי צילום, ואנרגיית הלייזר הנכנסת לחור הקטן יכולה להיספג כמעט לחלוטין על ידי ההשתקפויות המרובות של דופן החור ופעולת הפלזמה (איור 5). עקב ספיגת הפלזמה, צפיפות הספק הלייזר העוברת דרך החור הקטן לתחתית החור הקטן תקטן, וצפיפות הספק הלייזר בתחתית החור הקטן חיונית ליצירת לחץ אידוי מסוים כדי לשמור על עומק מסוים של החור הקטן, שקובע את עומק החדירה של תהליך העיבוד.

מהם היישומים של עיבוד לייזר בייצור PCB בצפיפות גבוהה

איור 5 שבירה של לייזר בחור

סיכום 3

היישום של טכנולוגיית עיבוד לייזר יכול לשפר מאוד את יעילות הקידוח של מיקרו-חורי PCB בצפיפות גבוהה. ניסויים מראים כי: ①בשילוב עם טכנולוגיית בקרה נומרית, ניתן לעבד יותר מ-30,000 מיקרו-חורים בדקה על הלוח המודפס, והפתח הוא בין 75 ל-100; ② היישום של לייזר UV יכול להפוך את הצמצם לפחות מ-50 מיקרומטר או קטן יותר, מה שיוצר תנאים להרחבת עוד יותר את שטח השימוש של לוחות PCB.