1 Toepassing van laserstraal:

De hoge dichtheid Printplaat is een meerlagige structuur, die wordt gescheiden door isolerende hars gemengd met glasvezelmaterialen, en een geleidende laag koperfolie wordt ertussen ingevoegd. Daarna wordt het gelamineerd en verlijmd. Figuur 1 toont een doorsnede van een 4-laags bord. Het principe van laserverwerking is om laserstralen te gebruiken om zich op het oppervlak van de PCB te concentreren om het materiaal onmiddellijk te smelten en te verdampen om kleine gaatjes te vormen. Aangezien koper en hars twee verschillende materialen zijn, is de smelttemperatuur van koperfolie 1084°C, terwijl de smelttemperatuur van isolerende hars slechts 200-300°C is. Daarom is het noodzakelijk om parameters zoals straalgolflengte, modus, diameter en puls redelijkerwijs te selecteren en nauwkeurig te regelen wanneer laserboren wordt toegepast.

1.1 De invloed van straalgolflengte en modus op verwerking

Wat zijn de toepassingen van laserverwerking bij de productie van PCB’s met hoge dichtheid?

Figuur 1 Dwarsdoorsnede van 4-laags PCB

Uit figuur 1 blijkt dat de laser als eerste de koperfolie verwerkt tijdens het perforeren, en de absorptiesnelheid van het koper naar de laser neemt toe met de toename van de golflengte. De YAG/UV-laserabsorptiesnelheid van 351 tot 355 m is maar liefst 70%. YAG/UV-laser of conformal mask-methode kan worden gebruikt om gewone printplaten te perforeren. Om de integratie van PCB’s met hoge dichtheid te vergroten, is elke laag koperfolie slechts 18 m en heeft het harssubstraat onder de koperfolie een hoge absorptiesnelheid van kooldioxidelaser (ongeveer 82%), wat voorwaarden biedt voor de toepassing van kooldioxide laserperforatie. Omdat de foto-elektrische conversiesnelheid en verwerkingsefficiëntie van kooldioxidelaser veel hoger is dan die van YAG / UV-laser, zolang er voldoende straalenergie is en de koperfolie wordt verwerkt om de absorptiesnelheid van de laser te verhogen, de kooldioxidelaser kan worden gebruikt om de printplaat direct te openen.

De transversale modus van de laserstraal heeft een grote invloed op de divergentiehoek en energie-output van de laser. Om voldoende bundelenergie te verkrijgen, is het noodzakelijk om een ​​goede bundeluitgangsmodus te hebben. De ideale toestand is om een ​​lage-orde Gauss-modusuitgang te vormen, zoals weergegeven in figuur 2. Op deze manier kan een hoge energiedichtheid worden verkregen, wat een voorwaarde is voor een goede focus van de straal op de lens.

Wat zijn de toepassingen van laserverwerking bij de productie van PCB’s met hoge dichtheid?

Figuur 2 Goedkope energieverdeling in Gauss-modus

De lage-orde-modus kan worden verkregen door de parameters van de resonator te wijzigen of een diafragma te installeren. Hoewel de installatie van het diafragma de output van de straalenergie vermindert, kan het de laser van de hoge-ordemodus beperken om deel te nemen aan de perforatie en de ronding van het kleine gaatje helpen verbeteren. .

1.2 Microporiën verkrijgen

Nadat de golflengte en de modus van de straal zijn geselecteerd, moet de diameter van de vlek worden gecontroleerd om een ​​ideaal gat op de PCB te verkrijgen. Alleen als de diameter van de vlek klein genoeg is, kan de energie zich concentreren op het wegnemen van de plaat. Er zijn veel manieren om de spotdiameter aan te passen, voornamelijk door middel van sferische lensfocus. Wanneer de Gauss-modusbundel de lens binnenkomt, kan de puntdiameter op het achterste brandvlak van de lens bij benadering worden berekend met de volgende formule:

D≈λF/(πd)

In de formule: F is de brandpuntsafstand; d is de spotstraal van de Gauss-bundel die door een persoon op het lensoppervlak wordt geprojecteerd; λ is de lasergolflengte.

Uit de formule blijkt dat hoe groter de diameter van het inval, hoe kleiner de gefocusseerde vlek. Wanneer andere omstandigheden worden bevestigd, is het verkorten van de brandpuntsafstand bevorderlijk voor het verkleinen van de bundeldiameter. Nadat F is ingekort, wordt echter ook de afstand tussen de lens en het werkstuk kleiner. De slak kan tijdens het boren op het oppervlak van de lens spatten, wat het booreffect en de levensduur van de lens beïnvloedt. In dit geval kan een hulpapparaat aan de zijkant van de lens worden geïnstalleerd en wordt gas gebruikt. Voer een zuivering uit.

1.3 De invloed van de straalpuls

Voor het boren wordt een multipulslaser gebruikt en de vermogensdichtheid van de pulserende laser moet minimaal de verdampingstemperatuur van de koperfolie bereiken. Doordat de energie van de enkelpulslaser is verzwakt na het doorbranden van de koperfolie, kan het onderliggende substraat niet effectief worden geablateerd en zal de in figuur 3a getoonde situatie worden gevormd, zodat het via-gat niet kan worden gevormd. De energie van de straal mag echter niet te hoog zijn bij het ponsen en de energie is te hoog. Nadat de koperfolie is gepenetreerd, zal de ablatie van het substraat te groot zijn, waardoor de situatie zoals weergegeven in figuur 3b niet bevorderlijk is voor de nabewerking van de printplaat. Het is het meest ideaal om de microgaatjes te vormen met een licht taps toelopend gatenpatroon zoals getoond in Fig. 3c. Dit gatenpatroon kan gemak bieden voor het daaropvolgende verkoperingsproces.

Wat zijn de toepassingen van laserverwerking bij de productie van PCB’s met hoge dichtheid?

Figuur 3 Gatentypes verwerkt door verschillende energielasers

Om het gatenpatroon weergegeven in figuur 3c te bereiken, kan een gepulste lasergolfvorm met een voorpiek worden gebruikt (figuur 4). De hogere pulsenergie aan de voorkant kan de koperfolie wegnemen en de meerdere pulsen met lagere energie aan de achterkant kunnen het isolerende substraat wegnemen en het gat dieper maken tot de onderste koperfolie.

Wat zijn de toepassingen van laserverwerking bij de productie van PCB’s met hoge dichtheid?

Figuur 4 Pulslasergolfvorm

2 Laserstraaleffect

Omdat de materiaaleigenschappen van de koperfolie en het substraat zeer verschillend zijn, werken de laserstraal en het printplaatmateriaal samen om een ​​verscheidenheid aan effecten te produceren, die een belangrijke invloed hebben op de opening, diepte en het type gaten van de microporiën.

2.1 Reflectie en absorptie van laser

De interactie tussen de laser en de PCB begint eerst met de invallende laser die wordt gereflecteerd en geabsorbeerd door de koperfolie op het oppervlak. Omdat de koperfolie een zeer lage absorptiesnelheid van de infrarode golflengte kooldioxidelaser heeft, is het moeilijk te verwerken en is de efficiëntie extreem laag. Het geabsorbeerde deel van de lichtenergie zal de vrije elektronenkinetische energie van het koperfoliemateriaal verhogen en het meeste ervan zal worden omgezet in de warmte-energie van de koperfolie door de interactie van elektronen en kristalroosters of ionen. Dit toont aan dat bij het verbeteren van de bundelkwaliteit, het noodzakelijk is om een ​​voorbehandeling uit te voeren op het oppervlak van de koperfolie. Het oppervlak van de koperfolie kan worden gecoat met materialen die de lichtabsorptie verhogen om de absorptiesnelheid van laserlicht te verhogen.

2.2 De rol van het straaleffect

Tijdens laserverwerking straalt de lichtstraal het koperfoliemateriaal uit, en de koperfolie wordt verwarmd tot verdamping, en de stoomtemperatuur is hoog, wat gemakkelijk af te breken en te ioniseren is, dat wil zeggen, foto-geïnduceerd plasma wordt gegenereerd door lichtexcitatie . Het fotogeïnduceerde plasma is in het algemeen een plasma van materiaaldamp. Als de energie die door het plasma op het werkstuk wordt overgedragen, groter is dan het verlies aan lichtenergie dat door het werkstuk wordt ontvangen als gevolg van de absorptie van het plasma. Het plasma verbetert in plaats daarvan de absorptie van laserenergie door het werkstuk. Anders blokkeert het plasma de laser en verzwakt de absorptie van de laser door het werkstuk. Voor koolstofdioxidelasers kan foto-geïnduceerd plasma de absorptiesnelheid van koperfolie verhogen. Te veel plasma zal er echter voor zorgen dat de straal wordt gebroken bij het passeren, wat de positioneringsnauwkeurigheid van het gat zal beïnvloeden. In het algemeen wordt de vermogensdichtheid van de laser geregeld tot een geschikte waarde onder 107 W/cm2, waardoor het plasma beter kan worden geregeld.

Het pinhole-effect speelt een uiterst belangrijke rol bij het verbeteren van de absorptie van lichtenergie in het laserboorproces. De laser blijft het substraat ablateren na het doorbranden van de koperfolie. Het substraat kan een grote hoeveelheid lichtenergie absorberen, heftig verdampen en uitzetten, en de gegenereerde druk kan worden. Het gesmolten materiaal wordt eruit gegooid om kleine gaatjes te vormen. Het kleine gaatje is ook gevuld met fotogeïnduceerd plasma en de laserenergie die het kleine gaatje binnenkomt, kan bijna volledig worden geabsorbeerd door de meervoudige reflecties van de gatwand en de werking van het plasma (Figuur 5). Door plasmaabsorptie zal de laservermogensdichtheid die door het kleine gaatje naar de bodem van het kleine gaatje gaat, afnemen, en de laservermogensdichtheid aan de onderkant van het kleine gaatje is essentieel om een ​​bepaalde verdampingsdruk te genereren om een ​​bepaalde diepte van het kleine gaatje, dat de penetratiediepte van het bewerkingsproces bepaalt.

Wat zijn de toepassingen van laserverwerking bij de productie van PCB’s met hoge dichtheid?

Figuur 5 Laserbreking in het gat

3 Conclusie

De toepassing van laserverwerkingstechnologie kan de boorefficiëntie van PCB-microgaten met hoge dichtheid aanzienlijk verbeteren. Experimenten tonen aan dat: ①Gecombineerd met numerieke besturingstechnologie, meer dan 30,000 microgaatjes per minuut op de printplaat kunnen worden verwerkt, en de opening tussen 75 en 100 is; ② De toepassing van UV-laser kan de opening verder kleiner maken dan 50 m of kleiner, wat voorwaarden schept voor verdere uitbreiding van de gebruiksruimte van printplaten.