1 Aplicarea fasciculului laser

De înaltă densitate Placă PCB este o structură cu mai multe straturi, care este separată de rășină izolatoare amestecată cu materiale din fibră de sticlă, iar între ele este introdus un strat conductor de folie de cupru. Apoi este laminat și lipit. Figura 1 prezintă o secțiune a unei plăci cu 4 straturi. Principiul prelucrării cu laser este de a utiliza raze laser pentru a se concentra pe suprafața PCB pentru a se topi și vaporiza instantaneu materialul pentru a forma găuri mici. Deoarece cuprul și rășina sunt două materiale diferite, temperatura de topire a foliei de cupru este de 1084 ° C, în timp ce temperatura de topire a rășinii izolatoare este de numai 200-300 ° C. Prin urmare, este necesar să se selecteze în mod rezonabil și să se controleze cu precizie parametrii cum ar fi lungimea de undă a fasciculului, modul, diametrul și pulsul atunci când se aplică găurirea cu laser.

1.1 Influența lungimii de undă a fasciculului și a modului asupra procesării

Care sunt aplicațiile prelucrării cu laser în fabricarea PCB-urilor de înaltă densitate

Figura 1 Vedere în secțiune transversală a PCB-ului cu 4 straturi

Din figura 1 se poate observa că laserul este primul care prelucrează folia de cupru la perforare, iar rata de absorbție a cuprului la laser crește odată cu creșterea lungimii de undă. Rata de absorbție a laserului YAG/UV de 351 până la 355 m este de până la 70%. Laser YAG/UV sau metoda mască conformă poate fi utilizată pentru perforarea plăcilor imprimate obișnuite. Pentru a crește integrarea PCB de înaltă densitate, fiecare strat de folie de cupru are doar 18μm, iar substratul de rășină de sub folia de cupru are o rată mare de absorbție a laserului cu dioxid de carbon (aproximativ 82%), ceea ce oferă condiții pentru aplicare. de perforare cu laser cu dioxid de carbon. Deoarece rata de conversie fotoelectrică și eficiența de procesare a laserului cu dioxid de carbon este mult mai mare decât cea a laserului YAG/UV, atâta timp cât există suficientă energie a fasciculului și folia de cupru este procesată pentru a crește rata de absorbție a laserului, laserul cu dioxid de carbon poate fi folosit pentru a deschide direct PCB-ul.

Modul transversal al fasciculului laser are o mare influență asupra unghiului de divergență și a energiei de ieșire a laserului. Pentru a obține o energie suficientă a fasciculului, este necesar să aveți un mod bun de ieșire a fasciculului. Starea ideală este să se formeze o ieșire în mod Gaussian de ordin scăzut, așa cum se arată în Figura 2. În acest fel, se poate obține o densitate mare de energie, care oferă o condiție prealabilă pentru ca fasciculul să fie bine focalizat pe lentilă.

Care sunt aplicațiile prelucrării cu laser în fabricarea PCB-urilor de înaltă densitate

Figura 2 Distribuția energiei în modul Gaussian cu costuri reduse

Modul de comandă scăzută poate fi obținut prin modificarea parametrilor rezonatorului sau prin instalarea unei diafragme. Deși instalarea diafragmei reduce puterea de ieșire a fasciculului, poate limita laserul în modul de ordin înalt pentru a participa la perforare și poate ajuta la îmbunătățirea rotunjimii găurii mici. .

1.2 Obținerea microporilor

După ce lungimea de undă și modul fasciculului sunt selectate, pentru a obține o gaură ideală pe PCB, trebuie controlat diametrul spotului. Doar dacă diametrul spotului este suficient de mic, energia se poate concentra pe ablația plăcii. Există multe modalități de a regla diametrul spotului, în principal prin focalizarea lentilelor sferice. Când fasciculul în modul Gaussian intră în lentilă, diametrul spotului pe planul focal din spate al lentilei poate fi calculat aproximativ cu următoarea formulă:

D≈λF/(πd)

În formula: F este distanța focală; d este raza punctului a fasciculului gaussian proiectat de o persoană pe suprafața lentilei; λ este lungimea de undă a laserului.

Din formula se poate observa că, cu cât diametrul incidentului este mai mare, cu atât spotul focalizat este mai mic. Când sunt confirmate alte condiții, scurtarea distanței focale conduce la reducerea diametrului fasciculului. Cu toate acestea, după ce F este scurtat, distanța dintre lentilă și piesa de prelucrat este, de asemenea, redusă. Zgura se poate stropi pe suprafața lentilei în timpul forajului, ceea ce va afecta efectul de găurire și durata de viață a lentilei. În acest caz, un dispozitiv auxiliar poate fi instalat pe partea laterală a lentilei și se utilizează gaz. Efectuați purjare.

1.3 Influența impulsului fasciculului

Pentru găurire se folosește un laser cu mai multe impulsuri, iar densitatea de putere a laserului cu impulsuri trebuie să atingă cel puțin temperatura de evaporare a foliei de cupru. Deoarece energia laserului cu un singur impuls a fost slăbită după arderea prin folia de cupru, substratul de dedesubt nu poate fi eliminat eficient, iar situația prezentată în Fig. 3a va fi formată, astfel încât orificiul de trecere nu poate fi format. Cu toate acestea, energia fasciculului nu ar trebui să fie prea mare la perforare, iar energia este prea mare. După ce folia de cupru este pătrunsă, ablația substratului va fi prea mare, rezultând situația prezentată în Figura 3b, care nu este propice post-procesării plăcii de circuite. Cel mai ideal este să formați micro-găurile cu un model de găuri ușor conic, așa cum se arată în Fig. 3c. Acest model de găuri poate oferi confort pentru procesul ulterior de placare cu cupru.

Care sunt aplicațiile prelucrării cu laser în fabricarea PCB-urilor de înaltă densitate

Figura 3 Tipuri de găuri procesate de diferite lasere cu energie

Pentru a obține modelul de găuri prezentat în Figura 3c, poate fi utilizată o formă de undă laser pulsată cu un vârf frontal (Figura 4). Energia pulsului mai mare de la capătul frontal poate elimina folia de cupru, iar impulsurile multiple cu energie mai mică de la capătul din spate pot elimina substratul izolator și pot face ca gaura să se adâncească până la folia inferioară de cupru.

Care sunt aplicațiile prelucrării cu laser în fabricarea PCB-urilor de înaltă densitate

Figura 4 Formă de undă a impulsului laser

2 Efect de fascicul laser

Deoarece proprietățile materialului foliei de cupru și ale substratului sunt foarte diferite, fasciculul laser și materialul plăcii de circuit interacționează pentru a produce o varietate de efecte, care au un impact important asupra deschiderii, adâncimii și tipului de găuri ale microporilor.

2.1 Reflexia și absorbția laserului

Interacțiunea dintre laser și PCB începe mai întâi de la reflectarea și absorbția laserului incident de folia de cupru de pe suprafață. Deoarece folia de cupru are o rată de absorbție foarte scăzută a laserului cu dioxid de carbon cu lungime de undă în infraroșu, este dificil de prelucrat și eficiența este extrem de scăzută. Partea absorbită a energiei luminii va crește energia cinetică a electronilor liberi a materialului foliei de cupru și cea mai mare parte a acesteia va fi convertită în energia termică a foliei de cupru prin interacțiunea electronilor și rețelelor cristaline sau ionilor. Acest lucru arată că, în timp ce se îmbunătățește calitatea fasciculului, este necesar să se efectueze un pretratament pe suprafața foliei de cupru. Suprafața foliei de cupru poate fi acoperită cu materiale care măresc absorbția luminii pentru a crește rata de absorbție a luminii laser.

2.2 Rolul efectului de fascicul

În timpul procesării cu laser, fasciculul de lumină radiază materialul din folie de cupru, iar folia de cupru este încălzită până la vaporizare, iar temperatura aburului este ridicată, ceea ce este ușor de descompus și ionizat, adică plasma foto-indusă este generată de excitația luminii . Plasma foto-indusă este în general o plasmă de vapori de material. Dacă energia transmisă piesei de prelucrat de către plasmă este mai mare decât pierderea de energie luminoasă primită de piesa de prelucrat cauzată de absorbția plasmei. Plasma îmbunătățește în schimb absorbția energiei laser de către piesa de prelucrat. În caz contrar, plasma blochează laserul și slăbește absorbția laserului de către piesa de prelucrat. Pentru laserele cu dioxid de carbon, plasma foto-indusă poate crește rata de absorbție a foliei de cupru. Cu toate acestea, prea multă plasmă va face ca fasciculul să fie refractat la trecere, ceea ce va afecta precizia de poziționare a găurii. În general, densitatea puterii laserului este controlată la o valoare adecvată sub 107 W/cm2, ceea ce poate controla mai bine plasma.

Efectul pinhole joacă un rol extrem de important în îmbunătățirea absorbției energiei luminii în procesul de foraj cu laser. Laserul continuă să elimine substratul după arderea prin folia de cupru. Substratul poate absorbi o cantitate mare de energie luminoasă, se vaporizează și se extinde violent, iar presiunea generată poate fi. Materialul topit este aruncat pentru a forma găuri mici. Orificiul mic este, de asemenea, umplut cu plasmă foto-indusă, iar energia laser care intră în gaura mică poate fi aproape complet absorbită de reflexiile multiple ale peretelui găurii și de acțiunea plasmei (Figura 5). Datorită absorbției de plasmă, densitatea de putere a laserului care trece prin orificiul mic către fundul orificiului mic va scădea, iar densitatea de putere a laserului din partea de jos a orificiului mic este esențială pentru a genera o anumită presiune de vaporizare pentru a menține o anumită adâncime a gaura mică, care determină adâncimea de penetrare a procesului de prelucrare.

Care sunt aplicațiile prelucrării cu laser în fabricarea PCB-urilor de înaltă densitate

Figura 5 Refracția laser în gaură

3 Concluzie

Aplicarea tehnologiei de procesare cu laser poate îmbunătăți considerabil eficiența de găurire a micro-găurilor PCB de înaltă densitate. Experimentele arată că: ①Combinat cu tehnologia de control numeric, mai mult de 30,000 de micro-găuri pot fi procesate pe minut pe placa imprimată, iar deschiderea este între 75 și 100; ② Aplicarea laserului UV poate face ca deschiderea să fie mai mică de 50μm sau mai mică, ceea ce creează condiții pentru extinderea în continuare a spațiului de utilizare al plăcilor PCB.