1 Påføring av laserstråle

Den høye tettheten PCB-kort er en flerlagsstruktur, som er separert av isolerende harpiks blandet med glassfibermaterialer, og et ledende lag av kobberfolie er satt inn mellom dem. Deretter er det laminert og limt. Figur 1 viser et utsnitt av en 4-lags plate. Prinsippet for laserbehandling er å bruke laserstråler for å fokusere på overflaten av PCB for øyeblikkelig å smelte og fordampe materialet for å danne små hull. Siden kobber og harpiks er to forskjellige materialer, er smeltetemperaturen til kobberfolie 1084°C, mens smeltetemperaturen til isolerende harpiks kun er 200-300°C. Derfor er det nødvendig å rimelig velge og nøyaktig kontrollere parametere som strålebølgelengde, modus, diameter og puls når laserboring brukes.

1.1 Påvirkning av strålebølgelengde og modus på prosessering

Hva er bruksområdene for laserbehandling i PCB-produksjon med høy tetthet

Figur 1 Tverrsnitt av 4-lags PCB

Det kan sees fra figur 1 at laseren er den første som behandler kobberfolien ved perforering, og absorpsjonshastigheten til kobberet til laseren øker med økningen av bølgelengden. YAG/UV-laserabsorpsjonshastigheten på 351 til 355 m er så høy som 70 %. YAG/UV-laser eller konform maskemetode kan brukes til å perforere vanlige trykte plater. For å øke integreringen av PCB med høy tetthet er hvert lag med kobberfolie bare 18μm, og harpikssubstratet under kobberfolien har en høy absorpsjonshastighet av karbondioksidlaser (ca. 82%), noe som gir betingelser for applikasjonen av karbondioksidlaserperforering. Fordi den fotoelektriske konverteringshastigheten og prosesseringseffektiviteten til karbondioksidlaseren er mye høyere enn for YAG/UV-laseren, så lenge det er nok stråleenergi og kobberfolien behandles for å øke absorpsjonshastigheten til laseren, vil karbondioksidlaseren kan brukes til å åpne PCB direkte.

Den tverrgående modusen til laserstrålen har stor innflytelse på divergensvinkelen og energiutgangen til laseren. For å oppnå tilstrekkelig stråleenergi er det nødvendig å ha en god stråleutgangsmodus. Den ideelle tilstanden er å danne en lavordens gaussisk modusutgang som vist i figur 2. På denne måten kan man oppnå en høy energitetthet, som gir en forutsetning for at strålen er godt fokusert på linsen.

Hva er bruksområdene for laserbehandling i PCB-produksjon med høy tetthet

Figur 2 Lavpris energifordeling i Gaussisk modus

The low-order mode can be obtained by modifying the parameters of the resonator or installing a diaphragm. Although the installation of the diaphragm reduces the output of the beam energy, it can limit the high-order mode laser to participate in the perforation and help improve the roundness of the small hole. .

1.2 Obtaining micropores

After the wavelength and mode of the beam are selected, in order to obtain an ideal hole on the PCB, the diameter of the spot must be controlled. Only if the diameter of the spot is small enough, the energy can concentrate on ablating the plate. There are many ways to adjust the spot diameter, mainly through spherical lens focusing. When the Gaussian mode beam enters the lens, the spot diameter on the back focal plane of the lens can be approximately calculated with the following formula:

D≈λF/(πd)

I formelen: F er brennvidden; d er punktradiusen til den gaussiske strålen projisert av en person på linsens overflate; λ er laserbølgelengden.

Det kan sees fra formelen at jo større innfallsdiameteren er, desto mindre er det fokuserte punktet. Når andre forhold er bekreftet, vil en forkorting av brennvidden bidra til å redusere strålediameteren. Men etter at F er forkortet, reduseres også avstanden mellom linsen og arbeidsstykket. Slaggen kan sprute på overflaten av linsen under boring, noe som vil påvirke boreeffekten og levetiden til linsen. I dette tilfellet kan en hjelpeenhet installeres på siden av linsen og gass brukes. Utfør rensing.

1.3 Påvirkning av strålepuls

En multi-puls laser brukes til boring, og effekttettheten til den pulsede laseren må minst nå fordampningstemperaturen til kobberfolien. Fordi energien til enkeltpulslaseren har blitt svekket etter brenning gjennom kobberfolien, kan det underliggende substratet ikke effektivt ablateres, og situasjonen vist i fig. 3a vil dannes, slik at gjennomgangshullet ikke kan dannes. Strålens energi bør imidlertid ikke være for høy ved stansing, og energien er for høy. Etter at kobberfolien er penetrert, vil ablasjonen av substratet være for stor, noe som resulterer i situasjonen vist i figur 3b, som ikke bidrar til etterbehandling av kretskortet. Det er mest ideelt å forme mikrohullene med et lett avsmalnet hullmønster som vist i fig. 3c. Dette hullmønsteret kan gi bekvemmelighet for den påfølgende kobberpletteringsprosessen.

Hva er bruksområdene for laserbehandling i PCB-produksjon med høy tetthet

Figur 3 Hulltyper behandlet av forskjellige energilasere

In order to achieve the hole pattern shown in Figure 3c, a pulsed laser waveform with a front peak can be used (Figure 4). The higher pulse energy at the front end can ablate the copper foil, and the multiple pulses with lower energy at the back end can ablate the insulating substrate and Make the hole deepen until the lower copper foil.

Hva er bruksområdene for laserbehandling i PCB-produksjon med høy tetthet

Figur 4 Pulslaserbølgeform

2 Laserstråleeffekt

Because the material properties of the copper foil and the substrate are very different, the laser beam and the circuit board material interact to produce a variety of effects, which have an important impact on the aperture, depth, and hole type of the micropores.

2.1 Refleksjon og absorpsjon av laser

Samspillet mellom laseren og PCB starter først fra den innfallende laseren blir reflektert og absorbert av kobberfolien på overflaten. Fordi kobberfolien har en svært lav absorpsjonshastighet av infrarød bølgelengde karbondioksidlaser, er den vanskelig å behandle og effektiviteten er ekstremt lav. Den absorberte delen av lysenergien vil øke den frie elektronkinetiske energien til kobberfoliematerialet, og det meste vil bli omdannet til varmeenergien til kobberfolien gjennom samspillet mellom elektroner og krystallgitter eller ioner. Dette viser at mens man forbedrer bjelkekvaliteten, er det nødvendig å utføre forbehandling på overflaten av kobberfolien. Overflaten på kobberfolien kan belegges med materialer som øker lysabsorpsjonen for å øke absorpsjonshastigheten for laserlys.

2.2 Stråleeffektens rolle

Under laserbehandling utstråler lysstrålen kobberfoliematerialet, og kobberfolien varmes opp til fordampning, og damptemperaturen er høy, noe som er lett å bryte ned og ionisere, det vil si at fotoindusert plasma genereres av lyseksitasjon . Det fotoinduserte plasmaet er generelt et plasma av materialdamp. Hvis energien som overføres til arbeidsstykket av plasmaet er større enn tapet av lysenergi mottatt av arbeidsstykket forårsaket av absorpsjonen av plasmaet. Plasmaet øker i stedet absorpsjonen av laserenergi av arbeidsstykket. Ellers blokkerer plasmaet laseren og svekker absorpsjonen av laseren av arbeidsstykket. For karbondioksidlasere kan fotoindusert plasma øke absorpsjonshastigheten til kobberfolie. Imidlertid vil for mye plasma føre til at strålen brytes når den passerer gjennom, noe som vil påvirke posisjoneringsnøyaktigheten til hullet. Vanligvis kontrolleres lasereffekttettheten til en passende verdi under 107 W/cm2, noe som kan kontrollere plasmaet bedre.

Pinhole-effekten spiller en ekstremt viktig rolle i å forbedre absorpsjonen av lysenergi i laserboreprosessen. Laseren fortsetter å ablatere substratet etter å ha brent gjennom kobberfolien. Substratet kan absorbere en stor mengde lysenergi, fordampe og utvide seg voldsomt, og trykket som genereres kan bli Det smeltede materialet kastes ut for å danne små hull. Det lille hullet er også fylt med fotoindusert plasma, og laserenergien som kommer inn i det lille hullet kan nesten fullstendig absorberes av de multiple refleksjonene av hullveggen og plasmaets virkning (Figur 5). På grunn av plasmaabsorpsjon vil laserkrafttettheten som går gjennom det lille hullet til bunnen av det lille hullet reduseres, og laserkrafttettheten i bunnen av det lille hullet er avgjørende for å generere et visst fordampningstrykk for å opprettholde en viss dybde på det lille hullet, som bestemmer inntrengningsdybden til bearbeidingsprosessen.

Hva er bruksområdene for laserbehandling i PCB-produksjon med høy tetthet

Figur 5 Laserbrytning i hullet

3 Konklusjon

Anvendelsen av laserbehandlingsteknologi kan i stor grad forbedre boreeffektiviteten til PCB-mikrohull med høy tetthet. Eksperimenter viser at: ①Kombinert med numerisk kontrollteknologi kan mer enn 30,000 75 mikrohull behandles per minutt på det trykte kortet, og blenderåpningen er mellom 100 og 50; ② Påføring av UV-laser kan ytterligere gjøre blenderåpningen mindre enn XNUMXμm eller mindre, noe som skaper forhold for ytterligere å utvide bruksområdet til PCB-kort.