1 Applicering av laserstråle

Den höga densiteten PCB-kort är en flerskiktsstruktur, som separeras av isolerande harts blandat med glasfibermaterial, och ett ledande lager av kopparfolie är infört mellan dem. Sedan lamineras och limmas det. Figur 1 visar en sektion av en 4-lagers skiva. Principen för laserbearbetning är att använda laserstrålar för att fokusera på ytan av PCB för att omedelbart smälta och förånga materialet för att bilda små hål. Eftersom koppar och harts är två olika material är smälttemperaturen för kopparfolie 1084°C, medan smälttemperaturen för isolerharts endast är 200-300°C. Därför är det nödvändigt att rimligt välja och noggrant kontrollera parametrar såsom strålens våglängd, mod, diameter och puls när laserborrning tillämpas.

1.1 Inverkan av strålens våglängd och läge på bearbetning

Vilka är tillämpningarna för laserbearbetning vid högdensitets-PCB-tillverkning

Figur 1 Tvärsnittsvy av 4-lagers PCB

Det kan ses från figur 1 att lasern är den första som bearbetar kopparfolien vid perforering, och absorptionshastigheten för kopparn till lasern ökar med ökningen av våglängden. YAG/UV-laserabsorptionshastigheten på 351 till 355 m är så hög som 70 %. YAG/UV laser eller konform mask metod kan användas för att perforera vanliga tryckta skivor. För att öka integrationen av högdensitets-PCB är varje lager av kopparfolie endast 18μm, och hartssubstratet under kopparfolien har en hög absorptionshastighet av koldioxidlaser (ca 82%), vilket ger förutsättningar för applikationen av koldioxidlaserperforering. Eftersom den fotoelektriska omvandlingshastigheten och bearbetningseffektiviteten för koldioxidlaser är mycket högre än för YAG/UV-laser, så länge det finns tillräckligt med strålenergi och kopparfolien bearbetas för att öka laserns absorptionshastighet, kommer koldioxidlasern kan användas för att direkt öppna kretskortet.

Laserstrålens tvärlägesläge har ett stort inflytande på laserns divergensvinkel och energiutgång. För att erhålla tillräcklig strålenergi är det nödvändigt att ha ett bra strålutmatningsläge. Det idealiska tillståndet är att bilda en lågords Gaussisk modutgång som visas i figur 2. På så sätt kan en hög energitäthet erhållas, vilket ger en förutsättning för att strålen ska vara väl fokuserad på linsen.

Vilka är tillämpningarna för laserbearbetning vid högdensitets-PCB-tillverkning

Figur 2 Lågkostnads ​​energifördelning i Gaussiskt läge

Läget för låg ordning kan erhållas genom att modifiera resonatorns parametrar eller installera ett membran. Även om installationen av membranet minskar uteffekten av strålenergin, kan det begränsa lasern i högordningsläge att delta i perforeringen och hjälpa till att förbättra det lilla hålets rundhet. .

1.2 Erhållande av mikroporer

Efter att strålens våglängd och läge har valts, för att få ett idealiskt hål på PCB:n, måste punktens diameter kontrolleras. Endast om diametern på fläcken är tillräckligt liten kan energin koncentreras på att ablatera plattan. Det finns många sätt att justera punktdiametern, främst genom sfärisk linsfokusering. När den gaussiska strålen kommer in i linsen kan punktdiametern på linsens bakre fokalplan beräknas ungefär med följande formel:

D≈λF/(πd)

I formeln: F är brännvidden; d är punktradien för den gaussiska strålen som projiceras av en person på linsens yta; λ är laservåglängden.

Det kan ses från formeln att ju större infallsdiametern är, desto mindre är den fokuserade punkten. När andra förhållanden bekräftas är en förkortning av brännvidden gynnsam för att minska strålens diameter. Men efter att F har förkortats minskas också avståndet mellan linsen och arbetsstycket. Slaggen kan stänka på linsens yta under borrning, vilket kommer att påverka borreffekten och linsens livslängd. I detta fall kan en hjälpanordning installeras på sidan av linsen och gas används. Utför rensning.

1.3 Inverkan av strålpuls

En multipulslaser används för borrning, och den pulsade laserns effekttäthet måste åtminstone nå kopparfoliens förångningstemperatur. Eftersom energin hos enkelpulslasern har försvagats efter att ha bränts genom kopparfolien, kan det underliggande substratet inte effektivt ableras, och situationen som visas i fig. 3a kommer att bildas, så att genomgångshålet inte kan bildas. Strålens energi bör dock inte vara för hög vid stansning, och energin är för hög. Efter att kopparfolien har penetrerats kommer ablationen av substratet att vara för stor, vilket resulterar i situationen som visas i figur 3b, vilket inte är gynnsamt för efterbearbetningen av kretskortet. Det är mest idealiskt att forma mikrohålen med ett något avsmalnande hålmönster som visas i fig. 3c. Detta hålmönster kan ge bekvämlighet för den efterföljande kopparpläteringsprocessen.

Vilka är tillämpningarna för laserbearbetning vid högdensitets-PCB-tillverkning

Figur 3 Håltyper bearbetade av olika energilasrar

För att uppnå hålmönstret som visas i figur 3c kan en pulsad laservågform med en fronttopp användas (figur 4). Den högre pulsenergin vid den främre änden kan ablatera kopparfolien, och de multipla pulserna med lägre energi vid den bakre änden kan ablatera det isolerande substratet och göra hålet djupare tills den nedre kopparfolien.

Vilka är tillämpningarna för laserbearbetning vid högdensitets-PCB-tillverkning

Figur 4 Pulslaservågform

2 Laserstråleeffekt

Eftersom materialegenskaperna hos kopparfolien och substratet är mycket olika, samverkar laserstrålen och kretskortsmaterialet för att producera en mängd olika effekter, som har en viktig inverkan på mikroporernas öppning, djup och håltyp.

2.1 Reflektion och absorption av laser

Interaktionen mellan lasern och PCB:n börjar först från att den infallande lasern reflekteras och absorberas av kopparfolien på ytan. Eftersom kopparfolien har en mycket låg absorptionshastighet för koldioxidlaser med infraröd våglängd är den svår att bearbeta och effektiviteten är extremt låg. Den absorberade delen av ljusenergin kommer att öka den fria elektronkinetiska energin hos kopparfoliematerialet, och det mesta kommer att omvandlas till kopparfoliens värmeenergi genom växelverkan mellan elektroner och kristallgitter eller joner. Detta visar att samtidigt som strålkvaliteten förbättras är det nödvändigt att utföra förbehandling på ytan av kopparfolien. Kopparfoliens yta kan beläggas med material som ökar ljusabsorptionen för att öka dess absorptionshastighet för laserljus.

2.2 Stråleffektens roll

Under laserbearbetning utstrålar ljusstrålen kopparfoliematerialet, och kopparfolien värms upp till förångning, och ångtemperaturen är hög, vilket är lätt att bryta ner och jonisera, det vill säga fotoinducerad plasma genereras av ljusexcitation . Den fotoinducerade plasman är i allmänhet ett plasma av materialånga. Om energin som överförs till arbetsstycket av plasman är större än förlusten av ljusenergi som mottas av arbetsstycket orsakad av absorptionen av plasman. Plasman ökar istället absorptionen av laserenergi av arbetsstycket. Annars blockerar plasman lasern och försvagar absorptionen av lasern av arbetsstycket. För koldioxidlasrar kan fotoinducerad plasma öka absorptionshastigheten för kopparfolie. Men för mycket plasma kommer att göra att strålen bryts när den passerar igenom, vilket kommer att påverka hålets positioneringsnoggrannhet. I allmänhet styrs laserns effekttäthet till ett lämpligt värde under 107 W/cm2, vilket bättre kan kontrollera plasman.

Pinhole-effekten spelar en extremt viktig roll för att förbättra absorptionen av ljusenergi i laserborrningsprocessen. Lasern fortsätter att ablatera substratet efter att ha bränt genom kopparfolien. Substratet kan absorbera en stor mängd ljusenergi, våldsamt förångas och expandera, och det tryck som genereras kan Det smälta materialet kastas ut för att bilda små hål. Det lilla hålet är också fyllt med fotoinducerad plasma, och laserenergin som kommer in i det lilla hålet kan nästan helt absorberas av de multipla reflektionerna av hålväggen och plasmans verkan (Figur 5). På grund av plasmaabsorption kommer lasereffekttätheten som passerar genom det lilla hålet till botten av det lilla hålet att minska, och lasereffekttätheten vid botten av det lilla hålet är väsentlig för att generera ett visst förångningstryck för att bibehålla ett visst djup av det lilla hålet, som bestämmer inträngningsdjupet för bearbetningsprocessen.

Vilka är tillämpningarna för laserbearbetning vid högdensitets-PCB-tillverkning

Figur 5 Laserbrytning i hålet

3 Slutsats

Tillämpningen av laserbearbetningsteknik kan avsevärt förbättra borrningseffektiviteten för högdensitets-PCB-mikrohål. Experiment visar att: ①Kombinerat med numerisk styrteknik kan mer än 30,000 75 mikrohål bearbetas per minut på den tryckta kortet, och bländaren är mellan 100 och 50; ② Appliceringen av UV-laser kan ytterligare göra bländaren mindre än XNUMXμm eller mindre, vilket skapar förutsättningar för att ytterligare utöka användningsutrymmet för PCB-kort.