1 Применение лазерного луча

Высокая плотность Печатной платы представляет собой многослойную структуру, которая разделена изолирующей смолой, смешанной со стекловолоконными материалами, и между ними вставлен проводящий слой из медной фольги. Затем его ламинируют и склеивают. На рисунке 1 показан разрез 4-х слойной платы. Принцип лазерной обработки заключается в использовании лазерных лучей для фокусировки на поверхности печатной платы для мгновенного плавления и испарения материала с образованием небольших отверстий. Поскольку медь и смола – это два разных материала, температура плавления медной фольги составляет 1084 ° C, а температура плавления изоляционной смолы составляет всего 200-300 ° C. Следовательно, необходимо разумно выбирать и точно контролировать такие параметры, как длина волны луча, режим, диаметр и импульс, когда применяется лазерное сверление.

1.1 The influence of beam wavelength and mode on processing

Каковы области применения лазерной обработки при производстве печатных плат высокой плотности

Рис.1.Поперечный разрез 4-слойной печатной платы.

Из рисунка 1 видно, что лазер первым обрабатывает медную фольгу при перфорации, и скорость поглощения меди лазером увеличивается с увеличением длины волны. Степень поглощения YAG / УФ-лазера от 351 до 355 мкм достигает 70%. Для перфорации обычных печатных плат можно использовать YAG / УФ-лазер или метод конформной маски. Чтобы увеличить интеграцию печатной платы высокой плотности, каждый слой медной фольги имеет толщину всего 18 мкм, а подложка из смолы под медной фольгой имеет высокую степень поглощения углекислотного лазера (около 82%), что обеспечивает условия для нанесения. перфорации углекислотным лазером. Поскольку скорость фотоэлектрического преобразования и эффективность обработки углекислотного лазера намного выше, чем у YAG / УФ-лазера, пока имеется достаточно энергии луча и медная фольга обрабатывается для увеличения скорости поглощения лазера, углекислый лазер может использоваться для непосредственного открытия печатной платы.

Поперечная мода лазерного луча имеет большое влияние на угол расходимости и выходную энергию лазера. Для получения достаточной энергии пучка необходим хороший режим вывода пучка. Идеальным состоянием является формирование выходного сигнала гауссовой моды низкого порядка, как показано на рисунке 2. Таким образом может быть получена высокая плотность энергии, которая обеспечивает необходимое условие для хорошей фокусировки луча на линзе.

Каковы области применения лазерной обработки при производстве печатных плат высокой плотности

Figure 2 Low-cost Gaussian mode energy distribution

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)

В формуле: F – фокусное расстояние; d – радиус пятна гауссова луча, проецируемого человеком на поверхность линзы; λ – длина волны лазера.

Из формулы видно, что чем больше падающий диаметр, тем меньше сфокусированное пятно. Когда подтверждаются другие условия, уменьшение фокусного расстояния способствует уменьшению диаметра луча. Однако после уменьшения F расстояние между линзой и заготовкой также уменьшается. Во время сверления шлак может попасть на поверхность линзы, что повлияет на эффект сверления и срок службы линзы. В этом случае сбоку линзы можно установить вспомогательное устройство и использовать газ. Выполните чистку.

1.3 Влияние лучевого импульса

A multi-pulse laser is used for drilling, and the power density of the pulsed laser must at least reach the evaporation temperature of the copper foil. Because the energy of the single-pulse laser has been weakened after burning through the copper foil, the underlying substrate cannot be effectively ablated, and the situation shown in Fig. 3a will be formed, so that the via hole cannot be formed. However, the energy of the beam should not be too high when punching, and the energy is too high. After the copper foil is penetrated, the ablation of the substrate will be too large, resulting in the situation shown in Figure 3b, which is not conducive to the post-processing of the circuit board. It is most ideal to form the micro-holes with a slightly tapered hole pattern as shown in Fig. 3c. This hole pattern can provide convenience for the subsequent copper-plating process.

Каковы области применения лазерной обработки при производстве печатных плат высокой плотности

Рис.3 Типы отверстий, обрабатываемых лазерами с разной энергией

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.

Каковы области применения лазерной обработки при производстве печатных плат высокой плотности

Рис.4 Форма волны импульсного лазера

2 Эффект лазерного луча

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 Отражение и поглощение лазера

Взаимодействие между лазером и печатной платой сначала начинается с того, что падающий лазер отражается и поглощается медной фольгой на поверхности. Поскольку медная фольга имеет очень низкую скорость поглощения инфракрасного лазера на диоксиде углерода с длиной волны излучения, ее трудно обрабатывать, а эффективность чрезвычайно низка. Поглощенная часть световой энергии увеличит кинетическую энергию свободных электронов материала медной фольги, и большая часть ее будет преобразована в тепловую энергию медной фольги за счет взаимодействия электронов и кристаллических решеток или ионов. Это показывает, что при улучшении качества пучка необходимо проводить предварительную обработку поверхности медной фольги. Поверхность медной фольги может быть покрыта материалами, которые увеличивают поглощение света, чтобы увеличить скорость поглощения лазерного света.

2.2 Роль лучевого эффекта

Во время лазерной обработки луч света излучает материал медной фольги, а медная фольга нагревается до испарения, а температура пара высока, что легко разрушает и ионизирует, то есть фотоиндуцированная плазма генерируется при возбуждении света. . Фотоиндуцированная плазма обычно представляет собой плазму материального пара. Если энергия, переданная заготовке плазмой, больше, чем потеря световой энергии, полученная заготовкой, вызванная поглощением плазмы. Вместо этого плазма увеличивает поглощение лазерной энергии заготовкой. В противном случае плазма блокирует лазер и ослабляет поглощение лазера заготовкой. Для лазеров на диоксиде углерода фотоиндуцированная плазма может увеличить скорость поглощения медной фольги. Однако слишком много плазмы приведет к преломлению луча при прохождении через него, что повлияет на точность позиционирования отверстия. Обычно плотность мощности лазера регулируется до соответствующего значения ниже 107 Вт / см2, что позволяет лучше контролировать плазму.

Эффект точечного отверстия играет чрезвычайно важную роль в улучшении поглощения световой энергии в процессе лазерного сверления. Лазер продолжает абляцию подложки после прожигания медной фольги. Подложка может поглощать большое количество световой энергии, сильно испаряться и расширяться, а создаваемое давление может быть таким. Расплавленный материал выбрасывается, образуя небольшие отверстия. Небольшое отверстие также заполнено фотоиндуцированной плазмой, и энергия лазера, попадающая в маленькое отверстие, может почти полностью поглощаться многократными отражениями от стенки отверстия и действием плазмы (рис. 5). Из-за поглощения плазмы плотность мощности лазера, проходящего через небольшое отверстие до дна небольшого отверстия, будет уменьшаться, а плотность мощности лазера на дне небольшого отверстия важна для создания определенного давления испарения, чтобы поддерживать определенную глубину маленькое отверстие, которое определяет глубину проплавления в процессе обработки.

Каковы области применения лазерной обработки при производстве печатных плат высокой плотности

Рисунок 5 Лазерное преломление в отверстии

Заключение 3

Применение технологии лазерной обработки может значительно повысить эффективность сверления микроотверстий в печатной плате с высокой плотностью. Эксперименты показывают, что: ① В сочетании с технологией числового программного управления на печатной плате можно обрабатывать более 30,000 75 микроотверстий в минуту, а апертура составляет от 100 до 50; ② Применение УФ-лазера может сделать апертуру менее XNUMX мкм или меньше, что создает условия для дальнейшего расширения пространства использования печатных плат.