1 Aplikácia laserového lúča

Vysoká hustota Doska s plošnými spojmi je viacvrstvová štruktúra, ktorá je oddelená izolačnou živicou zmiešanou s materiálmi zo sklenených vlákien a medzi ne je vložená vodivá vrstva medenej fólie. Potom sa laminuje a lepí. Obrázok 1 znázorňuje rez 4-vrstvovou doskou. Princípom laserového spracovania je použitie laserových lúčov na zaostrenie na povrch PCB, aby sa materiál okamžite roztavil a odparil, aby sa vytvorili malé otvory. Keďže meď a živica sú dva rôzne materiály, teplota topenia medenej fólie je 1084 °C, zatiaľ čo teplota topenia izolačnej živice je iba 200-300 °C. Preto je pri použití laserového vŕtania potrebné rozumne zvoliť a presne riadiť parametre, ako je vlnová dĺžka lúča, režim, priemer a pulz.

1.1 Vplyv vlnovej dĺžky a režimu lúča na spracovanie

Aké sú aplikácie laserového spracovania pri výrobe DPS s vysokou hustotou

Obrázok 1 Pohľad v reze na 4-vrstvovú DPS

Z obrázku 1 je možné vidieť, že laser najskôr spracuje medenú fóliu pri perforácii a rýchlosť absorpcie medi laserom sa zvyšuje so zvyšujúcou sa vlnovou dĺžkou. Miera absorpcie YAG/UV lasera 351 až 355 m je až 70 %. Na perforáciu bežných dosiek s plošnými spojmi je možné použiť YAG/UV laser alebo metódu konformnej masky. Aby sa zvýšila integrácia PCB s vysokou hustotou, každá vrstva medenej fólie je iba 18 μm a živicový substrát pod medenou fóliou má vysokú mieru absorpcie lasera oxidu uhličitého (asi 82 ​​%), čo poskytuje podmienky pre aplikáciu. perforácie laserom oxidu uhličitého. Pretože miera fotoelektrickej konverzie a účinnosť spracovania lasera s oxidom uhličitým je oveľa vyššia ako u lasera YAG/UV, pokiaľ je k dispozícii dostatok energie lúča a medená fólia je spracovaná tak, aby sa zvýšila rýchlosť absorpcie lasera, laser s oxidom uhličitým možno použiť na priame otvorenie dosky plošných spojov.

Režim priečneho režimu laserového lúča má veľký vplyv na uhol divergencie a energetický výstup lasera. Na získanie dostatočnej energie lúča je potrebné mať dobrý režim výstupu lúča. Ideálnym stavom je vytvorenie výstupu v gaussovskom móde nízkeho rádu, ako je znázornené na obrázku 2. Týmto spôsobom možno získať vysokú hustotu energie, ktorá poskytuje predpoklad na to, aby bol lúč dobre zaostrený na šošovku.

Aké sú aplikácie laserového spracovania pri výrobe DPS s vysokou hustotou

Obrázok 2 Nízkonákladová distribúcia energie v Gaussovom režime

Režim nízkeho rádu možno získať úpravou parametrov rezonátora alebo inštaláciou membrány. Hoci inštalácia membrány znižuje výstup energie lúča, môže obmedziť laser v režime vysokého rádu, aby sa podieľal na perforácii a pomohol zlepšiť zaoblenie malého otvoru. .

1.2 Získanie mikropórov

Po výbere vlnovej dĺžky a režimu lúča, aby sa získal ideálny otvor na DPS, je potrebné kontrolovať priemer bodu. Len ak je priemer miesta dostatočne malý, energia sa môže sústrediť na odstránenie platničky. Existuje mnoho spôsobov, ako upraviť priemer bodu, najmä pomocou sférického zaostrovania. Keď lúč Gaussovho režimu vstúpi do šošovky, priemer bodu na zadnej ohniskovej rovine šošovky možno približne vypočítať podľa nasledujúceho vzorca:

D≈λF/(πd)

Vo vzorci: F je ohnisková vzdialenosť; d je bodový polomer Gaussovho zväzku premietaného osobou na povrch šošovky; λ je vlnová dĺžka lasera.

Zo vzorca je zrejmé, že čím väčší je priemer dopadu, tým menšie je zaostrené miesto. Keď sa potvrdia iné podmienky, skrátenie ohniskovej vzdialenosti vedie k zníženiu priemeru lúča. Po skrátení F sa však zmenší aj vzdialenosť medzi šošovkou a obrobkom. Troska môže počas vŕtania striekať na povrch šošovky, čo ovplyvní účinok vŕtania a životnosť šošovky. V tomto prípade je možné na šošovku inštalovať pomocné zariadenie a použiť plyn. Vykonajte čistenie.

1.3 Vplyv impulzu lúča

Na vŕtanie sa používa multipulzný laser, pričom hustota výkonu pulzného lasera musí dosahovať aspoň teplotu vyparovania medenej fólie. Pretože energia jednopulzného lasera bola po prepálení medenou fóliou zoslabená, podkladový substrát sa nedá efektívne odstrániť a vytvorí sa situácia znázornená na obr. 3a, takže sa nedá vytvoriť priechodný otvor. Energia lúča by však pri razení nemala byť príliš vysoká a energia je príliš vysoká. Po preniknutí medenej fólie bude ablácia substrátu príliš veľká, čo vedie k situácii znázornenej na obrázku 3b, ktorá neprispieva k následnému spracovaniu dosky plošných spojov. Najideálnejšie je vytvoriť mikrootvory s mierne skoseným vzorom otvorov, ako je znázornené na obr. 3c. Tento vzor otvorov môže poskytnúť pohodlie pre následný proces pokovovania medi.

Aké sú aplikácie laserového spracovania pri výrobe DPS s vysokou hustotou

Obrázok 3 Typy otvorov spracované rôznymi energetickými lasermi

Aby sa dosiahol vzor otvorov znázornený na obrázku 3c, možno použiť pulzný laserový tvar vlny s predným vrcholom (obrázok 4). Vyššia energia impulzu na prednom konci môže odstrániť medenú fóliu a viac impulzov s nižšou energiou na zadnom konci môže odstrániť izolačný substrát a prehĺbiť dieru, až kým nebude spodná medená fólia.

Aké sú aplikácie laserového spracovania pri výrobe DPS s vysokou hustotou

Obrázok 4 Tvar vlny pulzného lasera

2 Efekt laserového lúča

Pretože materiálové vlastnosti medenej fólie a substrátu sú veľmi odlišné, laserový lúč a materiál dosky plošných spojov interagujú a vytvárajú rôzne efekty, ktoré majú dôležitý vplyv na otvor, hĺbku a typ otvoru mikropórov.

2.1 Odraz a absorpcia lasera

Interakcia medzi laserom a doskou plošných spojov začína najskôr odrazom dopadajúceho lasera a jeho pohltením medenou fóliou na povrchu. Pretože medená fólia má veľmi nízku mieru absorpcie infračerveného lasera na báze oxidu uhličitého, je ťažké ju spracovať a účinnosť je extrémne nízka. Absorbovaná časť svetelnej energie zvýši kinetickú energiu voľných elektrónov materiálu medenej fólie a väčšina z nej sa premení na tepelnú energiu medenej fólie prostredníctvom interakcie elektrónov a kryštálových mriežok alebo iónov. To ukazuje, že pri zlepšovaní kvality lúča je potrebné vykonať predbežnú úpravu na povrchu medenej fólie. Povrch medenej fólie môže byť potiahnutý materiálmi, ktoré zvyšujú absorpciu svetla, aby sa zvýšila rýchlosť absorpcie laserového svetla.

2.2 Úloha lúčového efektu

Počas laserového spracovania svetelný lúč vyžaruje materiál medenej fólie a medená fólia sa zahrieva na odparovanie a teplota pary je vysoká, čo sa ľahko rozkladá a ionizuje, to znamená, že fotoindukovaná plazma sa generuje excitáciou svetla. . Foto-indukovaná plazma je vo všeobecnosti plazma materiálových pár. Ak je energia prenášaná plazmou na obrobok väčšia ako strata svetelnej energie prijatej obrobkom spôsobená absorpciou plazmy. Plazma namiesto toho zvyšuje absorpciu laserovej energie obrobkom. V opačnom prípade plazma blokuje laser a oslabuje absorpciu lasera obrobkom. V prípade laserov na báze oxidu uhličitého môže fotoindukovaná plazma zvýšiť rýchlosť absorpcie medenej fólie. Príliš veľa plazmy však spôsobí lom lúča pri prechode, čo ovplyvní presnosť polohovania otvoru. Vo všeobecnosti je hustota výkonu lasera riadená na vhodnú hodnotu pod 107 W/cm2, čo môže lepšie kontrolovať plazmu.

Efekt dierkovej dierky hrá mimoriadne dôležitú úlohu pri zvyšovaní absorpcie svetelnej energie v procese laserového vŕtania. Po prepálení cez medenú fóliu laser pokračuje v odstraňovaní substrátu. Substrát môže absorbovať veľké množstvo svetelnej energie, prudko sa vyparovať a expandovať a vytvorený tlak môže byť. Roztavený materiál sa vyhodí a vytvorí malé otvory. Malý otvor je tiež vyplnený fotoindukovanou plazmou a laserová energia vstupujúca do malého otvoru môže byť takmer úplne absorbovaná viacnásobnými odrazmi steny otvoru a pôsobením plazmy (obrázok 5). V dôsledku absorpcie plazmy sa hustota výkonu lasera prechádzajúceho cez malý otvor na dno malého otvoru zníži a hustota výkonu lasera na dne malého otvoru je nevyhnutná na vytvorenie určitého tlaku odparovania na udržanie určitej hĺbky. malý otvor, ktorý určuje hĺbku prieniku procesu obrábania.

Aké sú aplikácie laserového spracovania pri výrobe DPS s vysokou hustotou

Obrázok 5 Refrakcia lasera v otvore

Záver 3

Aplikácia technológie laserového spracovania môže výrazne zlepšiť účinnosť vŕtania mikrootvorov PCB s vysokou hustotou. Experimenty ukazujú, že: ①V kombinácii s technológiou numerického riadenia možno na doske s plošnými spojmi spracovať viac ako 30,000 75 mikrootvorov za minútu a otvor je medzi 100 a 50; ② Aplikácia UV lasera môže ďalej skrátiť otvor menší ako XNUMXμm alebo menší, čo vytvára podmienky pre ďalšie rozšírenie priestoru použitia dosiek plošných spojov.