1 Uporaba laserskega žarka

Visoka gostota PCB plošča je večplastna struktura, ki je ločena z izolacijsko smolo, pomešano z materiali iz steklenih vlaken, mednje pa je vstavljena prevodna plast bakrene folije. Nato se laminira in lepi. Slika 1 prikazuje del 4-slojne plošče. Načelo laserske obdelave je uporaba laserskih žarkov za fokusiranje na površino tiskanega vezja, da se material takoj stopi in upari, da nastane majhne luknje. Ker sta baker in smola dva različna materiala, je temperatura taljenja bakrene folije 1084°C, medtem ko je temperatura tališča izolacijske smole le 200-300°C. Zato je treba pri laserskem vrtanju razumno izbrati in natančno nadzorovati parametre, kot so valovna dolžina žarka, način, premer in impulz.

1.1 Vpliv valovne dolžine in načina snopa na obdelavo

Kakšne so aplikacije laserske obdelave v proizvodnji PCB z visoko gostoto

Slika 1 Pogled v prerezu 4-slojnega tiskanega vezja

Iz slike 1 je razvidno, da laser prvi obdela bakreno folijo pri perforaciji, stopnja absorpcije bakra v laser pa narašča s povečanjem valovne dolžine. Stopnja absorpcije YAG/UV laserja od 351 do 355 m je kar 70 %. YAG/UV laser ali metodo konformne maske je mogoče uporabiti za perforiranje navadnih tiskanih plošč. Da bi povečali integracijo PCB z visoko gostoto, je vsak sloj bakrene folije le 18 μm, smolni substrat pod bakreno folijo pa ima visoko stopnjo absorpcije laserja ogljikovega dioksida (približno 82%), kar zagotavlja pogoje za uporabo lasersko perforacijo ogljikovega dioksida. Ker sta stopnja fotoelektrične pretvorbe in učinkovitost obdelave laserja z ogljikovim dioksidom veliko višji kot pri YAG/UV laserju, dokler je dovolj energije žarka in je bakrena folija obdelana, da se poveča njena absorpcijska stopnja laserja, laser ogljikov dioksid se lahko uporablja za neposredno odpiranje PCB-ja.

Prečni način laserskega žarka ima velik vpliv na kot divergence in izhodno energijo laserja. Da bi dobili zadostno energijo žarka, je potrebno imeti dober način izhoda žarka. Idealno stanje je, da se oblikuje izhod Gaussovega načina nizkega reda, kot je prikazano na sliki 2. Na ta način je mogoče doseči visoko gostoto energije, kar zagotavlja predpogoj, da je žarek dobro osredotočen na lečo.

Kakšne so aplikacije laserske obdelave v proizvodnji PCB z visoko gostoto

Slika 2 Nizkocenovna distribucija energije Gaussovega načina

Način nižjega reda je mogoče doseči s spreminjanjem parametrov resonatorja ali namestitvijo membrane. Čeprav namestitev membrane zmanjša izhodno energijo žarka, lahko omeji laserski način visokega reda, da sodeluje pri perforaciji in pomaga izboljšati okroglost majhne luknje. .

1.2 Pridobivanje mikropor

Po izbiri valovne dolžine in načina žarka, da bi dobili idealno luknjo na PCB, je treba nadzorovati premer točke. Le če je premer pege dovolj majhen, se energija lahko osredotoči na odstranjevanje plošče. Obstaja veliko načinov za prilagajanje premera točke, predvsem s sferično ostrenje leč. Ko žarek Gaussovega načina vstopi v lečo, lahko premer točke na zadnji goriščni ravnini leče približno izračunamo z naslednjo formulo:

D≈λF/(πd)

V formuli: F je goriščna razdalja; d je polmer točke Gaussovega žarka, ki ga projicira oseba na površino leče; λ je valovna dolžina laserja.

Iz formule je razvidno, da večji kot je vpadni premer, manjša je fokusna točka. Ko so potrjeni drugi pogoji, je skrajšanje goriščne razdalje ugodno za zmanjšanje premera žarka. Ko pa se F skrajša, se zmanjša tudi razdalja med lečo in obdelovancem. Žlindra lahko med vrtanjem brizga na površino leče, kar bo vplivalo na učinek vrtanja in življenjsko dobo leče. V tem primeru se lahko na strani leče namesti pomožna naprava in uporabi se plin. Izvedite čiščenje.

1.3 Vpliv impulza žarka

Za vrtanje se uporablja večimpulzni laser, gostota moči impulznega laserja pa mora dosegati vsaj temperaturo izhlapevanja bakrene folije. Ker je energija enopulznega laserja po prežganju bakrene folije oslabljena, osnovnega substrata ni mogoče učinkovito odstraniti in nastala bo situacija, prikazana na sliki 3a, tako da ne bo mogoče oblikovati prehodne luknje. Vendar pa energija žarka pri prebijanju ne sme biti previsoka, energija pa je previsoka. Po prodiranju bakrene folije bo ablacija podlage prevelika, kar bo povzročilo situacijo, prikazano na sliki 3b, ki ne prispeva k naknadni obdelavi vezja. Najbolj idealno je oblikovati mikro luknje z rahlo zoženim vzorcem lukenj, kot je prikazano na sliki 3c. Ta vzorec lukenj lahko zagotovi udobje za nadaljnji postopek bakrenja.

Kakšne so aplikacije laserske obdelave v proizvodnji PCB z visoko gostoto

Slika 3 Vrste lukenj, obdelane z različnimi energijskimi laserji

Da bi dosegli vzorec lukenj, prikazan na sliki 3c, je mogoče uporabiti impulzno lasersko valovno obliko s sprednjim vrhom (slika 4). Višja impulzna energija na sprednjem koncu lahko odstrani bakreno folijo, več impulzov z nižjo energijo na zadnjem koncu pa lahko odstrani izolacijski substrat in naredi luknjo poglobljeno do spodnje bakrene folije.

Kakšne so aplikacije laserske obdelave v proizvodnji PCB z visoko gostoto

Slika 4 valovna oblika impulznega laserja

2 Učinek laserskega žarka

Ker so lastnosti materiala bakrene folije in substrata zelo različne, laserski žarek in material vezja medsebojno delujeta, da ustvarita različne učinke, ki pomembno vplivajo na odprtino, globino in vrsto lukenj mikropor.

2.1 Odboj in absorpcija laserja

Interakcija med laserjem in PCB se najprej začne tako, da se vpadni laser odbija in absorbira z bakreno folijo na površini. Ker ima bakrena folija zelo nizko stopnjo absorpcije infrardečega laserja z valovno dolžino ogljikovega dioksida, jo je težko obdelati in učinkovitost je izjemno nizka. Absorbirani del svetlobne energije bo povečal kinetično energijo prostih elektronov materiala bakrene folije, večina pa se bo pretvorila v toplotno energijo bakrene folije z interakcijo elektronov in kristalnih rešetk ali ionov. To kaže, da je ob izboljšanju kakovosti žarka potrebno izvesti predhodno obdelavo površine bakrene folije. Površina bakrene folije je lahko prevlečena z materiali, ki povečajo absorpcijo svetlobe, da povečajo stopnjo absorpcije laserske svetlobe.

2.2 Vloga učinka žarka

Med lasersko obdelavo svetlobni žarek seva material bakrene folije, bakrena folija pa se segreje do uparjanja, temperatura pare pa je visoka, ki jo je enostavno razgraditi in ionizirati, to pomeni, da se s svetlobnim vzbujanjem ustvari plazma, ki jo povzroča foto. . Foto inducirana plazma je na splošno plazma materialne pare. Če je energija, ki jo plazma prenaša na obdelovanec, večja od izgube svetlobne energije, ki jo prejme obdelovanec zaradi absorpcije plazme. Plazma namesto tega poveča absorpcijo laserske energije obdelovanca. V nasprotnem primeru plazma blokira laser in oslabi absorpcijo laserja z obdelovancem. Za laserje z ogljikovim dioksidom lahko foto-inducirana plazma poveča stopnjo absorpcije bakrene folije. Vendar pa bo preveč plazme povzročilo, da se žarek pri prehodu lomi, kar bo vplivalo na natančnost pozicioniranja luknje. Na splošno je gostota moči laserja nadzorovana na ustrezno vrednost pod 107 W/cm2, kar lahko bolje nadzoruje plazmo.

Učinek pinhole ima izjemno pomembno vlogo pri povečanju absorpcije svetlobne energije v procesu laserskega vrtanja. Laser nadaljuje z ablacijo substrata po prežganju bakrene folije. Substrat lahko absorbira veliko količino svetlobne energije, močno izhlapi in se razširi, ustvarjeni tlak pa je lahko. Staljeni material se vrže ven, da tvori majhne luknje. Majhna luknja je tudi napolnjena s foto-inducirano plazmo, lasersko energijo, ki vstopa v majhno luknjo, pa lahko skoraj popolnoma absorbira večkratni odboj stene luknje in delovanje plazme (slika 5). Zaradi absorpcije plazme se bo gostota moči laserja, ki prehaja skozi majhno luknjo do dna majhne luknje, zmanjšala, gostota moči laserja na dnu majhne luknje pa je bistvena za ustvarjanje določenega uparjalnega tlaka za vzdrževanje določene globine majhna luknja, ki določa globino penetracije obdelovalnega procesa.

Kakšne so aplikacije laserske obdelave v proizvodnji PCB z visoko gostoto

Slika 5 Refrakcija laserja v luknji

Zaključek 3

Uporaba tehnologije laserske obdelave lahko močno izboljša učinkovitost vrtanja mikro lukenj za PCB visoke gostote. Poskusi kažejo, da: ①V kombinaciji s tehnologijo numeričnega krmiljenja je mogoče na tiskani plošči obdelati več kot 30,000 mikro lukenj na minuto, odprtina pa je med 75 in 100; ② Uporaba UV laserja lahko dodatno naredi odprtino manjšo od 50 μm ali manjšo, kar ustvarja pogoje za nadaljnjo širitev uporabnega prostora PCB plošč.