1 การใช้ลำแสงเลเซอร์

ความหนาแน่นสูง PCB บอร์ด เป็นโครงสร้างหลายชั้นซึ่งคั่นด้วยฉนวนเรซินที่ผสมกับวัสดุใยแก้ว และชั้นที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าของฟอยล์ทองแดงสอดแทรกระหว่างกัน แล้วนำมาเคลือบและยึดติด รูปที่ 1 แสดงส่วนของกระดาน 4 ชั้น หลักการของการประมวลผลด้วยเลเซอร์คือการใช้ลำแสงเลเซอร์เพื่อโฟกัสที่พื้นผิวของ PCB เพื่อหลอมละลายและทำให้วัสดุกลายเป็นรูเล็กๆ ในทันที เนื่องจากทองแดงและเรซินเป็นวัสดุสองชนิดที่แตกต่างกัน อุณหภูมิหลอมเหลวของฟอยล์ทองแดงคือ 1084°C ในขณะที่อุณหภูมิหลอมเหลวของฉนวนเรซินจะอยู่ที่ 200-300 °C เท่านั้น ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเลือกอย่างสมเหตุสมผลและควบคุมพารามิเตอร์ได้อย่างแม่นยำ เช่น ความยาวคลื่นของลำแสง โหมด เส้นผ่านศูนย์กลาง และพัลส์ เมื่อใช้การเจาะด้วยเลเซอร์

1.1 อิทธิพลของความยาวคลื่นของลำแสงและโหมดต่อการประมวลผล

การใช้งานของการประมวลผลด้วยเลเซอร์ในการผลิต PCB ความหนาแน่นสูงคืออะไร

รูปที่ 1 มุมมองตัดขวางของ PCB 4 ชั้น

จากรูปที่ 1 จะเห็นได้ว่าเลเซอร์จะทำการแปรรูปฟอยล์ทองแดงเป็นอันดับแรกเมื่อทำการเจาะรู และอัตราการดูดกลืนของทองแดงไปยังเลเซอร์จะเพิ่มขึ้นตามความยาวคลื่นที่เพิ่มขึ้น อัตราการดูดซึมด้วยเลเซอร์ YAG/UV 351 ถึง 355 ม. สูงถึง 70% สามารถใช้เลเซอร์ YAG/UV หรือวิธีมาสก์แบบ Conformal เพื่อเจาะรูแผ่นพิมพ์ธรรมดาได้ เพื่อเพิ่มการรวมตัวของ PCB ความหนาแน่นสูง แต่ละชั้นของฟอยล์ทองแดงมีเพียง 18μm และพื้นผิวเรซินภายใต้ฟอยล์ทองแดงมีอัตราการดูดซับสูงของเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ (ประมาณ 82%) ซึ่งให้เงื่อนไขสำหรับการใช้งาน ของการเจาะด้วยเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ เนื่องจากอัตราการแปลงตาแมวและประสิทธิภาพการประมวลผลของเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์นั้นสูงกว่าเลเซอร์ YAG/UV มาก ตราบใดที่มีพลังงานลำแสงเพียงพอและฟอยล์ทองแดงจะถูกประมวลผลเพื่อเพิ่มอัตราการดูดซับของเลเซอร์ เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ สามารถใช้เปิด PCB ได้โดยตรง

โหมดโหมดตามขวางของลำแสงเลเซอร์มีอิทธิพลอย่างมากต่อมุมไดเวอร์เจนซ์และการส่งออกพลังงานของเลเซอร์ เพื่อให้ได้พลังงานลำแสงที่เพียงพอ จำเป็นต้องมีโหมดเอาท์พุตลำแสงที่ดี สถานะในอุดมคติคือสร้างเอาต์พุตโหมด Gaussian ที่มีลำดับต่ำดังแสดงในรูปที่ 2 ด้วยวิธีนี้ สามารถรับความหนาแน่นของพลังงานสูงได้ ซึ่งเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับลำแสงที่จะโฟกัสไปที่เลนส์ได้ดี

การใช้งานของการประมวลผลด้วยเลเซอร์ในการผลิต PCB ความหนาแน่นสูงคืออะไร

รูปที่ 2 การกระจายพลังงานโหมดเกาส์เซียนต้นทุนต่ำ

สามารถรับโหมดลำดับต่ำได้โดยการปรับเปลี่ยนพารามิเตอร์ของเรโซเนเตอร์หรือติดตั้งไดอะแฟรม แม้ว่าการติดตั้งไดอะแฟรมจะลดการส่งออกของพลังงานลำแสง แต่ก็สามารถจำกัดเลเซอร์โหมดลำดับสูงให้มีส่วนร่วมในการเจาะรูและช่วยปรับปรุงความกลมของรูขนาดเล็ก .

1.2 การได้มาซึ่งไมโครพอร์

หลังจากเลือกความยาวคลื่นและโหมดของลำแสงแล้ว เพื่อให้ได้รูในอุดมคติบน PCB จะต้องควบคุมเส้นผ่านศูนย์กลางของจุดนั้น เฉพาะในกรณีที่เส้นผ่านศูนย์กลางของจุดนั้นเล็กพอ พลังงานก็สามารถมุ่งไปที่การทำลายจานได้ มีหลายวิธีในการปรับเส้นผ่านศูนย์กลางเฉพาะจุด โดยส่วนใหญ่ผ่านการโฟกัสเลนส์ทรงกลม เมื่อลำแสงโหมดเกาส์เซียนเข้าสู่เลนส์ เส้นผ่านศูนย์กลางเฉพาะจุดบนระนาบโฟกัสด้านหลังของเลนส์สามารถคำนวณได้โดยประมาณโดยใช้สูตรต่อไปนี้:

D≈λF/(πd)

ในสูตร: F คือความยาวโฟกัส d คือรัศมีเฉพาะจุดของลำแสงเกาส์เซียนที่ฉายโดยบุคคลบนพื้นผิวเลนส์ λ คือความยาวคลื่นเลเซอร์

สังเกตได้จากสูตรที่ว่ายิ่งเส้นผ่านศูนย์กลางตกกระทบมากเท่าใด จุดโฟกัสก็ยิ่งเล็กลงเท่านั้น เมื่อเงื่อนไขอื่นๆ ได้รับการยืนยัน การลดความยาวโฟกัสจะเอื้อต่อการลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสง อย่างไรก็ตาม หลังจากที่ F สั้นลง ระยะห่างระหว่างเลนส์กับชิ้นงานก็จะลดลงด้วย ตะกรันอาจกระเด็นบนพื้นผิวของเลนส์ระหว่างการเจาะ ซึ่งจะส่งผลต่อเอฟเฟกต์การเจาะและอายุการใช้งานของเลนส์ ในกรณีนี้สามารถติดตั้งอุปกรณ์เสริมที่ด้านข้างของเลนส์และใช้แก๊สได้ ทำการล้าง.

1.3 อิทธิพลของลำแสงพัลส์

เลเซอร์หลายพัลส์ใช้สำหรับการเจาะ และความหนาแน่นกำลังของเลเซอร์พัลซิ่งอย่างน้อยต้องถึงอุณหภูมิการระเหยของฟอยล์ทองแดงเป็นอย่างน้อย เนื่องจากพลังงานของเลเซอร์พัลส์เดี่ยวลดลงหลังจากการเผาไหม้ผ่านฟอยล์ทองแดง ซับสเตรตที่อยู่ข้างใต้ไม่สามารถกำจัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสถานการณ์ที่แสดงในรูปที่ 3a จะถูกสร้างขึ้น เพื่อไม่ให้เกิดรูทะลุ อย่างไรก็ตาม พลังงานของลำแสงไม่ควรสูงเกินไปเมื่อต่อย และพลังงานสูงเกินไป หลังจากเจาะฟอยล์ทองแดงแล้ว การระเหยของซับสเตรตจะมีขนาดใหญ่เกินไป ส่งผลให้เกิดสถานการณ์ดังแสดงในรูปที่ 3b ซึ่งไม่เอื้อต่อขั้นตอนหลังการประมวลผลของแผงวงจร เหมาะที่สุดในการสร้างรูขนาดเล็กที่มีรูปแบบรูเรียวเล็กน้อยดังแสดงในรูปที่ 3c รูปแบบรูนี้สามารถอำนวยความสะดวกให้กับกระบวนการชุบทองแดงที่ตามมา

การใช้งานของการประมวลผลด้วยเลเซอร์ในการผลิต PCB ความหนาแน่นสูงคืออะไร

รูปที่ 3 ประเภทรูที่ประมวลผลด้วยเลเซอร์พลังงานต่างๆ

เพื่อให้ได้รูปแบบรูที่แสดงในรูปที่ 3c สามารถใช้รูปคลื่นเลเซอร์พัลซิ่งที่มีพีคด้านหน้าได้ (รูปที่ 4) พลังงานพัลส์ที่สูงขึ้นที่ส่วนหน้าสามารถระเหยทองแดงฟอยล์ได้ และพัลส์หลายอันที่มีพลังงานต่ำกว่าที่ส่วนหลังสามารถขจัดซับสเตรตที่เป็นฉนวนและทำให้รูลึกจนฟอยล์ทองแดงด้านล่าง

การใช้งานของการประมวลผลด้วยเลเซอร์ในการผลิต PCB ความหนาแน่นสูงคืออะไร

รูปที่ 4 รูปคลื่นเลเซอร์พัลส์

2 เอฟเฟกต์ลำแสงเลเซอร์

เนื่องจากคุณสมบัติของวัสดุของฟอยล์ทองแดงและพื้นผิวแตกต่างกันมาก ลำแสงเลเซอร์และวัสดุแผงวงจรจะโต้ตอบกันเพื่อสร้างเอฟเฟกต์ที่หลากหลาย ซึ่งมีผลกระทบสำคัญต่อรูรับแสง ความลึก และประเภทของรูพรุนของรูพรุน

2.1 การสะท้อนและการดูดซับของเลเซอร์

ปฏิกิริยาระหว่างเลเซอร์กับ PCB เริ่มจากเลเซอร์ตกกระทบที่สะท้อนและดูดซับโดยฟอยล์ทองแดงบนพื้นผิว เนื่องจากฟอยล์ทองแดงมีอัตราการดูดกลืนแสงเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ที่มีความยาวคลื่นอินฟราเรดต่ำมาก จึงยากต่อการประมวลผลและมีประสิทธิภาพต่ำมาก ส่วนที่ดูดซับพลังงานแสงจะเพิ่มพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนอิสระของวัสดุฟอยล์ทองแดง และส่วนใหญ่จะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนของฟอยล์ทองแดงผ่านปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนและผลึกแลตทิซหรือไอออน นี่แสดงให้เห็นว่าในขณะที่ปรับปรุงคุณภาพของลำแสง จำเป็นต้องดำเนินการเตรียมผิวฟอยล์ทองแดงล่วงหน้า พื้นผิวของฟอยล์ทองแดงสามารถเคลือบด้วยวัสดุที่เพิ่มการดูดกลืนแสงเพื่อเพิ่มอัตราการดูดกลืนแสงเลเซอร์

2.2 บทบาทของเอฟเฟกต์ลำแสง

ในระหว่างการประมวลผลด้วยเลเซอร์ ลำแสงจะฉายรังสีวัสดุฟอยล์ทองแดง และฟอยล์ทองแดงถูกทำให้ร้อนจนกลายเป็นไอ และอุณหภูมิไอน้ำสูง ซึ่งง่ายต่อการแตกตัวและแตกตัวเป็นไอออน กล่าวคือ พลาสมาที่เกิดจากแสงจะถูกสร้างขึ้นโดยการกระตุ้นด้วยแสง . พลาสมาที่เกิดจากแสงโดยทั่วไปคือพลาสมาของไอของวัสดุ ถ้าพลังงานที่ส่งไปยังชิ้นงานโดยพลาสม่ามากกว่าการสูญเสียพลังงานแสงที่ได้รับจากชิ้นงานที่เกิดจากการดูดซับของพลาสม่า พลาสมาช่วยเพิ่มการดูดซับพลังงานเลเซอร์โดยชิ้นงานแทน มิฉะนั้น พลาสม่าจะบล็อกเลเซอร์และทำให้การดูดกลืนแสงของเลเซอร์ลดลงโดยชิ้นงาน สำหรับเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ พลาสมาที่เกิดจากแสงสามารถเพิ่มอัตราการดูดซึมของฟอยล์ทองแดงได้ อย่างไรก็ตาม พลาสมาที่มากเกินไปจะทำให้ลำแสงหักเหเมื่อผ่านเข้าไป ซึ่งจะส่งผลต่อความแม่นยำในการวางตำแหน่งของรู โดยทั่วไป ความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์จะถูกควบคุมให้มีค่าที่เหมาะสมต่ำกว่า 107 W/cm2 ซึ่งสามารถควบคุมพลาสม่าได้ดีกว่า

เอฟเฟกต์รูเข็มมีบทบาทสำคัญในการเพิ่มการดูดซับพลังงานแสงในกระบวนการเจาะด้วยเลเซอร์ เลเซอร์จะทำการระเหยพื้นผิวต่อไปหลังจากการเผาไหม้ผ่านฟอยล์ทองแดง ซับสเตรตสามารถดูดซับพลังงานแสงจำนวนมาก กลายเป็นไออย่างรุนแรงและขยายตัว และแรงดันที่เกิดขึ้นได้ วัสดุหลอมเหลวจะถูกโยนออกมาเพื่อสร้างรูเล็กๆ รูเล็กๆ ยังเต็มไปด้วยพลาสมาที่เกิดจากแสง และพลังงานเลเซอร์ที่เข้าสู่รูเล็กๆ นั้นสามารถดูดซับได้เกือบทั้งหมดจากการสะท้อนหลายครั้งของผนังรูและการกระทำของพลาสมา (รูปที่ 5) เนื่องจากการดูดกลืนพลาสมา ความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์ที่ผ่านรูเล็กๆ ไปที่ด้านล่างของรูเล็กๆ จะลดลง และความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์ที่ด้านล่างของรูเล็กๆ เป็นสิ่งสำคัญในการสร้างความดันการกลายเป็นไอเพื่อรักษาระดับความลึก รูเล็ก ๆ ซึ่งกำหนดความลึกการเจาะของกระบวนการตัดเฉือน

การใช้งานของการประมวลผลด้วยเลเซอร์ในการผลิต PCB ความหนาแน่นสูงคืออะไร

รูปที่ 5 การหักเหของแสงเลเซอร์ในรู

ข้อสรุป 3

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการเจาะไมโครรู PCB ความหนาแน่นสูงได้อย่างมาก การทดลองแสดงให้เห็นว่า: ①เมื่อรวมกับเทคโนโลยีการควบคุมเชิงตัวเลขแล้ว สามารถประมวลผลหลุมขนาดเล็กกว่า 30,000 รูต่อนาทีบนบอร์ดที่พิมพ์ได้ และรูรับแสงอยู่ระหว่าง 75 ถึง 100; ② การใช้เลเซอร์ UV สามารถทำให้รูรับแสงมีค่าน้อยกว่า 50μm หรือเล็กกว่า ซึ่งสร้างเงื่อนไขสำหรับการขยายพื้นที่การใช้งานของบอร์ด PCB เพิ่มเติม