1 레이저 빔의 응용

고밀도 PCB 보드 유리섬유 소재를 혼합한 절연성 수지로 분리된 다층 구조로, 그 사이에 동박의 도전층이 삽입되어 있습니다. 그런 다음 라미네이팅되어 접착됩니다. 그림 1은 4층 기판의 단면을 보여줍니다. 레이저 가공의 원리는 레이저 빔을 사용하여 PCB 표면에 집중하여 재료를 즉시 녹이고 기화시켜 작은 구멍을 형성하는 것입니다. 구리와 수지는 두 가지 다른 재료이기 때문에 구리박의 용융 온도는 1084°C인 반면 절연 수지의 용융 온도는 200-300°C에 불과합니다. 따라서 레이저 드릴을 적용할 때 빔의 파장, 모드, 직경, 펄스 등의 매개변수를 합리적으로 선택하고 정확하게 제어하는 ​​것이 필요합니다.

1.1 처리에 대한 빔 파장 및 모드의 영향

고밀도 PCB 제조에서 레이저 가공의 응용 분야는 무엇입니까?

그림 1 4-layer PCB의 단면도

그림 1에서 알 수 있듯이, 천공 시 레이저가 가장 먼저 동박을 가공하며, 파장이 증가함에 따라 레이저에 대한 구리의 흡수율이 증가함을 알 수 있다. 351~355m의 YAG/UV 레이저 흡수율은 70%로 높습니다. YAG/UV 레이저 또는 컨포멀 마스크 방법을 사용하여 일반 인쇄 기판을 천공할 수 있습니다. 고밀도 PCB의 집적도를 높이기 위해 동박의 각 층은 18μm에 불과하고 동박 아래의 수지 기판은 이산화탄소 레이저의 높은 흡수율 (약 82 %)을 가지고있어 응용 조건을 제공합니다. 이산화탄소 레이저 천공. 이산화탄소 레이저의 광전 변환율과 처리 효율은 YAG/UV 레이저보다 훨씬 높기 때문에 충분한 빔 에너지가 있고 레이저의 흡수율을 증가시키기 위해 동박을 가공하는 한, 이산화탄소 레이저는 PCB를 직접 여는 데 사용할 수 있습니다.

레이저 빔의 가로 모드 모드는 레이저의 발산 각도와 에너지 출력에 큰 영향을 미칩니다. 충분한 빔 에너지를 얻기 위해서는 좋은 빔 출력 모드가 필요하다. 이상적인 상태는 그림 2와 같이 낮은 차수의 가우시안 모드 출력을 형성하는 것입니다. 이러한 방식으로 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있으며, 이는 빔이 렌즈에 잘 초점을 맞추기 위한 전제 조건을 제공합니다.

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그림 2 저비용 가우스 모드 에너지 분포

저차 모드는 공진기의 매개변수를 수정하거나 다이어프램을 설치하여 얻을 수 있습니다. 다이어프램을 설치하면 빔 에너지의 출력이 감소하지만 천공에 참여하는 고차 모드 레이저를 제한하고 작은 구멍의 진원도를 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. .

1.2 미세 기공 얻기

빔의 파장과 모드를 선택한 후 PCB에 이상적인 구멍을 얻으려면 스폿의 직경을 제어해야 합니다. 스팟의 직경이 충분히 작은 경우에만 에너지가 플레이트를 제거하는 데 집중할 수 있습니다. 주로 구면 렌즈 초점을 통해 스폿 직경을 조정하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 가우시안 모드 빔이 렌즈에 들어갈 때 렌즈 후면 초점면의 스폿 직경은 다음 공식으로 대략적으로 계산할 수 있습니다.

D≈λF/(πd)

공식에서: F는 초점 거리입니다. d는 렌즈 표면에 사람이 투사한 가우시안 빔의 스폿 반경입니다. λ는 레이저 파장입니다.

입사 직경이 클수록 초점이 맞춰진 스폿이 작아지는 공식을 알 수 있습니다. 다른 조건이 확인되면 초점 거리를 줄이는 것이 빔 직경을 줄이는 데 도움이 됩니다. 그러나 F를 짧게 한 후에는 렌즈와 작업물 사이의 거리도 줄어듭니다. 드릴링 중에 슬래그가 렌즈 표면에 튀면 드릴링 효과와 렌즈 수명에 영향을 줍니다. 이 경우 렌즈 측면에 보조 장치를 설치할 수 있으며 가스를 사용합니다. 퍼지를 수행합니다.

1.3 빔 펄스의 영향

드릴링에는 다중 펄스 레이저가 사용되며 펄스 레이저의 출력 밀도는 최소한 동박의 증발 온도에 도달해야 합니다. 단일 펄스 레이저의 에너지는 구리 호일을 통해 연소된 후 약해지기 때문에 하부 기판을 효과적으로 제거할 수 없으며 그림 3a와 같은 상황이 형성되어 비아 홀을 형성할 수 없습니다. 그러나 펀칭시 빔의 에너지가 너무 높아서는 안되며 에너지가 너무 높아야합니다. 구리 호일이 관통된 후 기판의 제거가 너무 커서 그림 3b와 같은 상황이 발생하여 회로 기판의 후처리에 도움이 되지 않습니다. 그림 3c와 같이 약간 테이퍼진 구멍 패턴으로 미세 구멍을 형성하는 것이 가장 이상적입니다. 이 홀 패턴은 후속 구리 도금 공정에 편리함을 제공할 수 있습니다.

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그림 3 다양한 에너지 레이저로 가공된 구멍 유형

그림 3c에 표시된 구멍 패턴을 달성하기 위해 전면 피크가 있는 펄스 레이저 파형을 사용할 수 있습니다(그림 4). 프론트 엔드에서 더 높은 펄스 에너지는 구리 호일을 절제할 수 있고, 백엔드에서 더 낮은 에너지를 갖는 다중 펄스는 절연 기판을 절제할 수 있고 구멍을 더 깊게 만들 수 있습니다.

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그림 4 펄스 레이저 파형

2 레이저 빔 효과

동박과 기판의 재료 특성이 매우 다르기 때문에 레이저 빔과 회로 기판 재료가 상호 작용하여 다양한 효과를 생성하며, 이는 미세 기공의 개구, 깊이 및 구멍 유형에 중요한 영향을 미칩니다.

2.1 레이저의 반사와 흡수

레이저와 PCB 간의 상호 작용은 먼저 입사 레이저가 표면의 구리 호일에 의해 반사 및 흡수되는 것으로부터 시작됩니다. 동박은 적외선 파장의 이산화탄소 레이저의 흡수율이 매우 낮기 때문에 가공이 어렵고 효율이 극히 낮다. 빛 에너지의 흡수된 부분은 동박 재료의 자유 전자 운동 에너지를 증가시키고, 그 대부분은 전자와 결정 격자 또는 이온의 상호 작용을 통해 동박의 열 에너지로 변환됩니다. 이는 빔 품질을 향상시키면서 동박 표면에 전처리를 수행할 필요가 있음을 보여줍니다. 동박의 표면은 레이저 광의 흡수율을 증가시키기 위해 광 흡수를 증가시키는 재료로 코팅될 수 있습니다.

2.2 빔 효과의 역할

레이저 가공시 광선이 동박 재료를 조사하고 동박을 가열하여 기화시키고 증기 온도가 높아 분해 및 이온화되기 쉬운 즉 광 여기에 의해 광유도 플라즈마가 발생합니다. . 광유도 플라즈마는 일반적으로 물질 증기의 플라즈마입니다. 플라즈마에 의해 공작물에 전달되는 에너지가 플라즈마의 흡수로 인해 공작물이 받는 빛 에너지의 손실보다 큰 경우. 대신 플라즈마는 공작물의 레이저 에너지 흡수를 향상시킵니다. 그렇지 않으면 플라즈마가 레이저를 차단하고 공작물에 의한 레이저 흡수를 약화시킵니다. 이산화탄소 레이저의 경우 광유도 플라즈마는 구리박의 흡수율을 높일 수 있습니다. 그러나 플라즈마가 너무 많으면 통과할 때 빔이 굴절되어 구멍의 위치 정확도에 영향을 줍니다. 일반적으로 레이저 출력 밀도는 107W/cm2 이하로 적절한 값으로 제어하므로 플라즈마를 더 잘 제어할 수 있습니다.

핀홀 효과는 레이저 드릴 공정에서 빛 에너지의 흡수를 높이는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 레이저는 구리 호일을 통해 연소된 후 기판을 계속 제거합니다. 기판은 많은 양의 빛 에너지를 흡수하고 격렬하게 기화 및 팽창할 수 있으며 생성된 압력은 용융된 물질을 버려 작은 구멍을 형성할 수 있습니다. 작은 구멍은 또한 광유도 플라즈마로 채워져 있으며 작은 구멍으로 들어가는 레이저 에너지는 구멍 벽의 다중 반사와 플라즈마의 작용에 의해 거의 완전히 흡수될 수 있습니다(그림 5). 플라즈마 흡수로 인해 작은 구멍을 통해 작은 구멍의 바닥으로 통과하는 레이저 출력 밀도가 감소하고 작은 구멍의 바닥에서 레이저 출력 밀도는 특정 깊이를 유지하기 위해 특정 기화 압력을 생성하는 데 필수적입니다. 가공 공정의 침투 깊이를 결정하는 작은 구멍.

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그림 5 구멍의 레이저 굴절

3 결론

레이저 가공 기술을 적용하면 고밀도 PCB 미세 구멍의 드릴링 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다. 실험은 다음을 보여줍니다. ① 수치 제어 기술과 결합하여 인쇄판에서 분당 30,000개 이상의 미세 구멍을 처리할 수 있으며 조리개는 75에서 100 사이입니다. ② UV 레이저를 적용하면 Aperture를 50μm 이하로 더 작게 만들 수 있어 PCB 기판의 사용 공간을 더욱 확장할 수 있는 여건이 된다.