1レーザービームの応用

高密度 PCBボード は多層構造で、ガラス繊維材料を混合した絶縁樹脂で分離され、その間に銅箔の導電層が挿入されています。 それからそれは積層され、結合されます。 図1は、4層ボードの断面を示しています。 レーザー加工の原理は、レーザービームを使用してPCBの表面に焦点を合わせ、材料を瞬時に溶融および気化させて小さな穴を形成することです。 銅と樹脂は異なる材料であるため、銅箔の溶融温度は1084°Cですが、絶縁樹脂の溶融温度はわずか200〜300°Cです。 したがって、レーザー穴あけを行う場合は、ビームの波長、モード、直径、パルスなどのパラメータを合理的に選択し、正確に制御する必要があります。

1.1処理に対するビーム波長とモードの影響

高密度PCB製造におけるレーザー加工の用途は何ですか

図1層PCBの断面図

図1から、穴を開けるときにレーザーが最初に銅箔を処理し、レーザーへの銅の吸収率が波長の増加とともに増加することがわかります。 351〜355mのYAG / UVレーザー吸収率は70％にも達します。 YAG / UVレーザーまたはコンフォーマルマスク法を使用して、通常のプリントボードに穴を開けることができます。 高密度PCBの集積度を高めるために、銅箔の各層はわずか18μmであり、銅箔の下の樹脂基板は炭酸ガスレーザーの高い吸収率（約82％）を備えており、アプリケーションの条件を提供します炭酸ガスレーザー穿孔の。 炭酸ガスレーザーの光電変換率と処理効率はYAG / UVレーザーよりもはるかに高いため、十分なビームエネルギーがあり、銅箔がレーザーの吸収率を高めるように処理されている限り、炭酸ガスレーザーPCBを直接開くために使用できます。

レーザービームの横モードモードは、レーザーの発散角とエネルギー出力に大きな影響を与えます。 十分なビームエネルギーを得るためには、良好なビーム出力モードが必要です。 理想的な状態は、図2に示すように、低次のガウスモード出力を形成することです。このようにして、高いエネルギー密度を得ることができます。これは、ビームがレンズに十分に集束するための前提条件を提供します。

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図2低コストのガウスモードのエネルギー分布

低次モードは、共振器のパラメータを変更するか、ダイアフラムを取り付けることで取得できます。 絞りを設置するとビームエネルギーの出力が低下しますが、高次モードレーザーがミシン目に関与するのを制限し、小さな穴の丸みを改善するのに役立ちます。 。

1.2ミクロポアの取得

ビームの波長とモードを選択した後、PCBに理想的な穴を開けるために、スポットの直径を制御する必要があります。 スポットの直径が十分に小さい場合にのみ、エネルギーはプレートのアブレーションに集中できます。 主に球面レンズの焦点合わせによって、スポット径を調整する方法はたくさんあります。 ガウスモードビームがレンズに入ると、レンズの後側焦点面のスポット径は、次の式で概算できます。

D≈λF/（πd）

式では、Fは焦点距離です。 dは、人がレンズ表面に投影したガウスビームのスポット半径です。 λはレーザーの波長です。

式から、入射径が大きいほど集束スポットが小さくなることがわかります。 他の条件が確認された場合、焦点距離を短くするとビーム径が小さくなります。 ただし、Fを短くすると、レンズとワークの距離も短くなります。 スラグは、穴あけ中にレンズの表面に飛散する可能性があり、穴あけ効果とレンズの寿命に影響を与えます。 この場合、レンズの側面に補助装置を取り付けることができ、ガスが使用されます。 パージを実行します。

1.3ビームパルスの影響

穴あけにはマルチパルスレーザーが使用され、パルスレーザーの出力密度は少なくとも銅箔の蒸発温度に到達する必要があります。 銅箔を焼き尽くした後、シングルパルスレーザーのエネルギーが弱くなっているため、下にある基板を効果的にアブレーションできず、図3aに示すような状況が形成され、ビアホールが形成されません。 ただし、パンチング時にビームのエネルギーが高すぎないようにする必要があり、エネルギーが高すぎます。 銅箔を貫通した後、基板のアブレーションが大きくなりすぎて、図3bに示す状況になりますが、これは回路基板の後処理に役立ちません。 図3cに示すように、わずかに先細りの穴パターンでマイクロホールを形成するのが最も理想的です。 この穴のパターンは、その後の銅メッキプロセスに便利です。

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図3さまざまなエネルギーレーザーで処理された穴の種類

図3cに示す穴のパターンを実現するために、フロントピークのあるパルスレーザー波形を使用できます（図4）。 フロントエンドのより高いパルスエネルギーは銅箔をアブレーションすることができ、バックエンドのより低いエネルギーの複数のパルスは絶縁基板をアブレーションし、より低い銅箔まで穴を深くすることができます。

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図4パルスレーザー波形

2レーザービーム効果

銅箔と基板の材料特性が大きく異なるため、レーザービームと回路基板の材料が相互作用してさまざまな効果を生み出し、微細孔の開口、深さ、穴の種類に重要な影響を与えます。

2.1レーザーの反射と吸収

レーザーとPCBの間の相互作用は、最初に、入射レーザーが表面の銅箔によって反射および吸収されることから始まります。 銅箔は赤外線波長炭酸ガスレーザーの吸収率が非常に低いため、加工が難しく、効率が非常に低くなります。 光エネルギーの吸収された部分は、銅箔材料の自由電子運動エネルギーを増加させ、そのほとんどは、電子と結晶格子またはイオンの相互作用によって銅箔の熱エネルギーに変換されます。 これは、ビーム品質を向上させる一方で、銅箔の表面に前処理を行う必要があることを示しています。 銅箔の表面は、レーザー光の吸収率を高めるために光吸収を高める材料でコーティングすることができます。

2.2ビーム効果の役割

レーザー加工では、光線が銅箔材料を放射し、銅箔が加熱されて気化するため、蒸気温度が高く、分解・イオン化が容易であり、光励起により光誘起プラズマが発生します。 。 光誘起プラズマは一般に物質蒸気のプラズマです。 プラズマによってワークピースに伝達されるエネルギーが、プラズマの吸収によってワークピースが受け取る光エネルギーの損失よりも大きい場合。 代わりに、プラズマはワークピースによるレーザーエネルギーの吸収を高めます。 そうしないと、プラズマがレーザーをブロックし、ワークピースによるレーザーの吸収を弱めます。 炭酸ガスレーザーの場合、光誘起プラズマは銅箔の吸収率を高める可能性があります。 ただし、プラズマが多すぎると、通過時にビームが屈折し、穴の位置決め精度に影響します。 一般に、レーザー出力密度は、プラズマをより適切に制御できる107 W / cm2未満の適切な値に制御されます。

ピンホール効果は、レーザー穴あけプロセスでの光エネルギーの吸収を高める上で非常に重要な役割を果たします。 レーザーは、銅箔を焼き尽くした後も基板をアブレーションし続けます。 基板は大量の光エネルギーを吸収し、激しく気化して膨張し、発生する圧力は次のようになります。溶融した材料を捨てて小さな穴を形成します。 小さな穴も光誘起プラズマで満たされ、小さな穴に入るレーザーエネルギーは、穴の壁の多重反射とプラズマの作用によってほぼ完全に吸収されます（図5）。 プラズマ吸収により、小穴を通過して小穴の底に達するレーザー出力密度は低下し、小穴の底のレーザー出力密度は、特定の深さを維持するために特定の気化圧力を生成するために不可欠です。機械加工プロセスの侵入深さを決定する小さな穴。

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図5穴のレーザー屈折

3まとめ

レーザー加工技術の適用により、高密度PCBマイクロホールの穴あけ効率を大幅に向上させることができます。 実験によると、①数値制御技術と組み合わせると、プリント基板上で毎分30,000を超えるマイクロホールを処理でき、開口部は75〜100です。 ②UVレーザーを照射することで、開口部をさらに50μm以下にすることができ、プリント基板の使用スペースをさらに拡大するための条件を整えています。