1 Application ng laser beam

Ang high-density Board ng PCB ay isang multi-layer na istraktura, na pinaghihiwalay ng insulating resin na may halong glass fiber na materyales, at isang conductive layer ng copper foil ay ipinasok sa pagitan nila. Pagkatapos ito ay nakalamina at naka-bonding. Ipinapakita ng Figure 1 ang isang seksyon ng isang 4-layer board. Ang prinsipyo ng pagpoproseso ng laser ay ang paggamit ng mga laser beam upang tumutok sa ibabaw ng PCB upang agad na matunaw at ma-vaporize ang materyal upang bumuo ng maliliit na butas. Dahil ang tanso at dagta ay dalawang magkaibang materyales, ang temperatura ng pagkatunaw ng copper foil ay 1084°C, habang ang temperatura ng pagkatunaw ng insulating resin ay 200-300°C lamang. Samakatuwid, ito ay kinakailangan upang makatwirang piliin at tumpak na kontrolin ang mga parameter tulad ng beam wavelength, mode, diameter, at pulso kapag inilapat ang laser drilling.

1.1 Ang impluwensya ng wavelength ng beam at mode sa pagproseso

Ano ang mga aplikasyon ng laser processing sa high-density PCB manufacturing

Figure 1 Cross-sectional view ng 4-layer na PCB

Makikita mula sa Figure 1 na ang laser ang unang nagpoproseso ng copper foil kapag nagbubutas, at ang rate ng pagsipsip ng tanso sa laser ay tumataas sa pagtaas ng wavelength. Ang YAG/UV laser absorption rate na 351 hanggang 355 m ay kasing taas ng 70%. Ang YAG/UV laser o conformal mask na paraan ay maaaring gamitin upang butasin ang mga ordinaryong naka-print na board. Upang madagdagan ang pagsasama ng high-density PCB, ang bawat layer ng copper foil ay 18μm lamang, at ang resin substrate sa ilalim ng copper foil ay may mataas na rate ng pagsipsip ng carbon dioxide laser (mga 82%), na nagbibigay ng mga kondisyon para sa aplikasyon. ng carbon dioxide laser perforation. Dahil ang photoelectric conversion rate at processing efficiency ng carbon dioxide laser ay mas mataas kaysa sa YAG/UV laser, hangga’t may sapat na beam energy at ang copper foil ay pinoproseso upang mapataas ang absorption rate ng laser, ang carbon dioxide laser ay maaaring gamitin upang direktang buksan ang PCB.

Ang transverse mode mode ng laser beam ay may malaking impluwensya sa divergence angle at energy output ng laser. Upang makakuha ng sapat na enerhiya ng beam, kinakailangan na magkaroon ng isang mahusay na mode ng output ng beam. Ang perpektong estado ay upang bumuo ng isang mababang-order na Gaussian mode na output tulad ng ipinapakita sa Figure 2. Sa ganitong paraan, ang isang mataas na density ng enerhiya ay maaaring makuha, na nagbibigay ng isang paunang kinakailangan para sa beam na mahusay na nakatutok sa lens.

Ano ang mga aplikasyon ng laser processing sa high-density PCB manufacturing

Figure 2 Low-cost Gaussian mode na pamamahagi ng enerhiya

Maaaring makuha ang low-order mode sa pamamagitan ng pagbabago ng mga parameter ng resonator o pag-install ng diaphragm. Bagama’t binabawasan ng pag-install ng diaphragm ang output ng enerhiya ng beam, maaari nitong limitahan ang high-order mode laser upang makilahok sa pagbutas at makatulong na mapabuti ang bilog ng maliit na butas. .

1.2 Pagkuha ng mga micropores

Matapos mapili ang wavelength at mode ng beam, upang makakuha ng perpektong butas sa PCB, dapat kontrolin ang diameter ng spot. Tanging kung ang diameter ng spot ay sapat na maliit, ang enerhiya ay maaaring tumutok sa ablating ang plato. Mayroong maraming mga paraan upang ayusin ang diameter ng lugar, pangunahin sa pamamagitan ng spherical lens na tumututok. Kapag ang Gaussian mode beam ay pumasok sa lens, ang spot diameter sa back focal plane ng lens ay maaaring humigit-kumulang kalkulahin gamit ang sumusunod na formula:

D≈λF/(πd)

Sa formula: F ay ang focal length; d ay ang spot radius ng Gaussian beam na na-project ng isang tao sa ibabaw ng lens; Ang λ ay ang laser wavelength.

Makikita mula sa formula na mas malaki ang diameter ng insidente, mas maliit ang nakatutok na lugar. Kapag nakumpirma ang ibang mga kundisyon, ang pagpapaikli sa focal length ay nakakatulong sa pagbabawas ng diameter ng beam. Gayunpaman, pagkatapos paikliin ang F, ang distansya sa pagitan ng lens at workpiece ay nababawasan din. Maaaring tumalsik ang slag sa ibabaw ng lens sa panahon ng pagbabarena, na makakaapekto sa epekto ng pagbabarena at sa buhay ng lens. Sa kasong ito, maaaring mai-install ang isang pantulong na aparato sa gilid ng lens at ginagamit ang gas. Magsagawa ng paglilinis.

1.3 Ang impluwensya ng beam pulse

Ang isang multi-pulse laser ay ginagamit para sa pagbabarena, at ang power density ng pulsed laser ay dapat na hindi bababa sa maabot ang evaporation temperature ng copper foil. Dahil ang enerhiya ng single-pulse laser ay humina pagkatapos masunog sa pamamagitan ng copper foil, ang pinagbabatayan na substrate ay hindi maaaring epektibong matanggal, at ang sitwasyong ipinapakita sa Fig. 3a ay mabubuo, upang ang via hole ay hindi mabuo. Gayunpaman, ang enerhiya ng sinag ay hindi dapat masyadong mataas kapag sumusuntok, at ang enerhiya ay masyadong mataas. Matapos mapasok ang copper foil, ang ablation ng substrate ay magiging masyadong malaki, na magreresulta sa sitwasyon na ipinapakita sa Figure 3b, na hindi nakakatulong sa post-processing ng circuit board. Pinakamainam na bumuo ng mga micro-hole na may bahagyang tapered na pattern ng butas tulad ng ipinapakita sa Fig. 3c. Ang pattern ng butas na ito ay maaaring magbigay ng kaginhawahan para sa kasunod na proseso ng paglalagay ng tanso.

Ano ang mga aplikasyon ng laser processing sa high-density PCB manufacturing

Figure 3 Mga uri ng butas na naproseso ng iba’t ibang mga laser ng enerhiya

Upang makamit ang pattern ng butas na ipinapakita sa Figure 3c, maaaring gamitin ang pulsed laser waveform na may front peak (Figure 4). Ang mas mataas na enerhiya ng pulso sa harap na dulo ay maaaring magtanggal ng copper foil, at ang maramihang mga pulso na may mas mababang enerhiya sa likod na dulo ay maaaring magtanggal ng insulating substrate at Palalimin ang butas hanggang sa mas mababang copper foil.

Ano ang mga aplikasyon ng laser processing sa high-density PCB manufacturing

Figure 4 Pulse laser waveform

2 Laser beam effect

Dahil ang mga materyal na katangian ng copper foil at substrate ay ibang-iba, ang laser beam at ang circuit board na materyal ay nakikipag-ugnayan upang makagawa ng iba’t ibang epekto, na may mahalagang epekto sa siwang, lalim, at uri ng butas ng micropores.

2.1 Pagninilay at pagsipsip ng laser

Ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng laser at ng PCB ay unang nagsisimula mula sa insidente na laser na nasasalamin at nasisipsip ng copper foil sa ibabaw. Dahil ang copper foil ay may napakababang rate ng pagsipsip ng infrared wavelength na carbon dioxide laser, mahirap itong iproseso at napakababa ng kahusayan. Ang hinihigop na bahagi ng light energy ay magpapataas ng libreng electron kinetic energy ng copper foil material, at karamihan sa mga ito ay mako-convert sa heat energy ng copper foil sa pamamagitan ng interaksyon ng mga electron at crystal lattice o ions. Ipinapakita nito na habang pinapabuti ang kalidad ng beam, kinakailangan na magsagawa ng pre-treatment sa ibabaw ng copper foil. Ang ibabaw ng copper foil ay maaaring lagyan ng mga materyales na nagpapataas ng pagsipsip ng liwanag upang mapataas ang rate ng pagsipsip nito ng laser light.

2.2 Ang papel na ginagampanan ng beam effect

Sa panahon ng pagproseso ng laser, ang light beam ay nagpapalabas ng copper foil na materyal, at ang copper foil ay pinainit hanggang sa singaw, at ang temperatura ng singaw ay mataas, na madaling masira at mag-ionize, iyon ay, ang photo-induced plasma ay nabuo sa pamamagitan ng light excitation . Ang photo-induced plasma ay karaniwang isang plasma ng materyal na singaw. Kung ang enerhiya na ipinadala sa workpiece ng plasma ay mas malaki kaysa sa pagkawala ng liwanag na enerhiya na natanggap ng workpiece na dulot ng pagsipsip ng plasma. Ang plasma sa halip ay pinahuhusay ang pagsipsip ng enerhiya ng laser ng workpiece. Kung hindi, hinaharangan ng plasma ang laser at pinapahina ang pagsipsip ng laser ng workpiece. Para sa mga carbon dioxide laser, ang photo-induced plasma ay maaaring tumaas ang rate ng pagsipsip ng copper foil. Gayunpaman, ang sobrang plasma ay magiging sanhi ng pag-refracte ng sinag kapag dumaraan, na makakaapekto sa katumpakan ng pagpoposisyon ng butas. Sa pangkalahatan, ang laser power density ay kinokontrol sa isang naaangkop na halaga sa ibaba 107 W/cm2, na maaaring mas mahusay na makontrol ang plasma.

Ang epekto ng pinhole ay gumaganap ng isang napakahalagang papel sa pagpapahusay ng pagsipsip ng liwanag na enerhiya sa proseso ng pagbabarena ng laser. Ang laser ay patuloy na nag-aablate sa substrate pagkatapos masunog sa pamamagitan ng copper foil. Ang substrate ay maaaring sumipsip ng isang malaking halaga ng liwanag na enerhiya, marahas na singaw at palawakin, at ang presyon na nabuo ay maaaring Ang tinunaw na materyal ay itinatapon upang bumuo ng maliliit na butas. Ang maliit na butas ay napuno din ng photo-induced plasma, at ang enerhiya ng laser na pumapasok sa maliit na butas ay maaaring halos ganap na hinihigop ng maramihang mga pagmuni-muni ng dingding ng butas at ang pagkilos ng plasma (Larawan 5). Dahil sa pagsipsip ng plasma, ang laser power density na dumadaan sa maliit na butas hanggang sa ilalim ng maliit na butas ay bababa, at ang laser power density sa ilalim ng maliit na butas ay mahalaga upang makabuo ng isang tiyak na vaporization pressure upang mapanatili ang isang tiyak na lalim ng ang maliit na butas, na tumutukoy Ang lalim ng pagtagos ng proseso ng machining.

Ano ang mga aplikasyon ng laser processing sa high-density PCB manufacturing

Figure 5 Laser repraksyon sa butas

3 konklusyon

Ang aplikasyon ng teknolohiya sa pagpoproseso ng laser ay maaaring lubos na mapabuti ang kahusayan ng pagbabarena ng mga high-density na PCB micro-hole. Ipinakikita ng mga eksperimento na: ①Kasama ang numerical control technology, mahigit 30,000 micro-hole ang maaaring iproseso kada minuto sa naka-print na board, at ang aperture ay nasa pagitan ng 75 at 100; ② Ang paglalapat ng UV laser ay maaaring higit pang gawing mas mababa sa 50μm o mas maliit ang aperture, na lumilikha ng mga kondisyon para sa higit pang pagpapalawak ng espasyo sa paggamit ng mga PCB board.