1 Lazer ışını uygulaması

yüksek yoğunluklu PCB board cam elyaf malzemelerle karıştırılmış yalıtkan reçine ile ayrılan ve aralarına iletken bir bakır folyo tabakası yerleştirilmiş çok katmanlı bir yapıdır. Daha sonra lamine edilerek yapıştırılır. Şekil 1, 4 katmanlı bir panonun bir bölümünü göstermektedir. Lazer işlemenin prensibi, küçük delikler oluşturmak üzere malzemeyi anında eritmek ve buharlaştırmak için PCB yüzeyine odaklanmak için lazer ışınları kullanmaktır. Bakır ve reçine iki farklı malzeme olduğundan bakır folyonun erime sıcaklığı 1084°C iken, yalıtkan reçinenin erime sıcaklığı sadece 200-300°C’dir. Bu nedenle, lazer delme uygulandığında ışın dalga boyu, mod, çap ve darbe gibi parametreleri makul bir şekilde seçmek ve doğru bir şekilde kontrol etmek gereklidir.

1.1 Işın dalga boyu ve modunun işleme üzerindeki etkisi

Yüksek yoğunluklu PCB üretiminde lazer işleme uygulamaları nelerdir?

Şekil 1 4 katmanlı PCB’nin kesit görünümü

Şekil 1’den, lazerin delme işlemi sırasında bakır folyoyu ilk işleyen olduğu ve dalga boyunun artmasıyla bakırın lazere soğurma hızının arttığı görülmektedir. 351 ila 355 m YAG/UV lazer absorpsiyon oranı %70 kadar yüksektir. Sıradan baskılı levhaları delmek için YAG/UV lazer veya konformal maske yöntemi kullanılabilir. Yüksek yoğunluklu PCB’nin entegrasyonunu arttırmak için, her bir bakır folyo tabakası sadece 18μm’dir ve bakır folyo altındaki reçine substratı, uygulama için koşullar sağlayan yüksek bir karbondioksit lazer emme oranına (yaklaşık% 82) sahiptir. karbondioksit lazer perforasyonu. Karbondioksit lazerin fotoelektrik dönüşüm oranı ve işleme verimliliği YAG/UV lazerinkinden çok daha yüksek olduğundan, yeterli ışın enerjisi olduğu ve lazerin absorpsiyon oranını artırmak için bakır folyo işlendiği sürece karbondioksit lazeri PCB’yi doğrudan açmak için kullanılabilir.

Lazer ışınının enine mod modu, lazerin sapma açısı ve enerji çıkışı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Yeterli ışın enerjisi elde etmek için iyi bir ışın çıkış moduna sahip olmak gerekir. İdeal durum, Şekil 2’de gösterildiği gibi düşük dereceli bir Gauss modu çıktısı oluşturmaktır. Bu şekilde, ışının merceğe iyi odaklanması için bir ön koşul sağlayan yüksek bir enerji yoğunluğu elde edilebilir.

Yüksek yoğunluklu PCB üretiminde lazer işleme uygulamaları nelerdir?

Şekil 2 Düşük maliyetli Gauss modu enerji dağılımı

Düşük dereceli mod, rezonatörün parametrelerini değiştirerek veya bir diyafram takarak elde edilebilir. Diyaframın kurulumu ışın enerjisinin çıkışını azaltsa da, yüksek dereceli mod lazerin perforasyona katılmasını sınırlayabilir ve küçük deliğin yuvarlaklığını iyileştirmeye yardımcı olabilir. .

1.2 Mikro gözeneklerin elde edilmesi

Işının dalga boyu ve modu seçildikten sonra PCB üzerinde ideal bir delik elde etmek için nokta çapı kontrol edilmelidir. Sadece noktanın çapı yeterince küçükse, enerji plakayı kesmeye konsantre olabilir. Spot çapını ayarlamanın birçok yolu vardır, özellikle küresel lens odaklama yoluyla. Gauss modu ışını merceğe girdiğinde, merceğin arka odak düzlemindeki nokta çapı aşağıdaki formülle yaklaşık olarak hesaplanabilir:

D≈λF/(πd)

Formülde: F odak uzaklığıdır; d, bir kişi tarafından mercek yüzeyine yansıtılan Gauss ışınının nokta yarıçapıdır; λ lazer dalga boyudur.

Olay çapı ne kadar büyükse odaklanılan noktanın o kadar küçük olduğu formülden görülebilir. Diğer koşullar onaylandığında, odak uzunluğunun kısaltılması ışın çapının azaltılmasına yardımcı olur. Ancak F kısaltıldıktan sonra mercek ile iş parçası arasındaki mesafe de azalır. Cüruf, delme sırasında lensin yüzeyine sıçrayabilir, bu da delme etkisini ve lensin ömrünü etkiler. Bu durumda lensin yanına yardımcı bir cihaz takılabilir ve gaz kullanılır. Temizleme işlemini gerçekleştirin.

1.3 Işın darbesinin etkisi

Delme için çok darbeli bir lazer kullanılır ve darbeli lazerin güç yoğunluğu en azından bakır folyonun buharlaşma sıcaklığına ulaşmalıdır. Bakır folyodan yandıktan sonra tek darbeli lazerin enerjisi zayıfladığı için alttaki substrat etkili bir şekilde kesilemez ve Şekil 3a’da gösterilen durum oluşturulacak, böylece geçiş deliği oluşmayacaktır. Bununla birlikte, zımbalama sırasında kirişin enerjisi çok yüksek olmamalıdır ve enerjisi çok yüksektir. Bakır folyoya nüfuz edildikten sonra, alt tabakanın ablasyonu çok büyük olacak ve bu, Şekil 3b’de gösterilen ve devre kartının sonradan işlenmesine elverişli olmayan durumla sonuçlanacaktır. Mikro deliklerin Şekil 3c’de gösterildiği gibi hafifçe sivrilen bir delik deseni ile oluşturulması en idealdir. Bu delik modeli, sonraki bakır kaplama işlemi için kolaylık sağlayabilir.

Yüksek yoğunluklu PCB üretiminde lazer işleme uygulamaları nelerdir?

Şekil 3 Farklı enerji lazerleri tarafından işlenen delik türleri

Şekil 3c’de gösterilen delik modelini elde etmek için, ön tepe noktası olan darbeli bir lazer dalga formu kullanılabilir (Şekil 4). Ön uçtaki daha yüksek darbe enerjisi, bakır folyoyu kesebilir ve arka uçta daha düşük enerjili çoklu darbeler, yalıtım alt tabakasını kesebilir ve deliğin alt bakır folyoya kadar derinleşmesini sağlayabilir.

Yüksek yoğunluklu PCB üretiminde lazer işleme uygulamaları nelerdir?

Şekil 4 Darbe lazer dalga formu

2 Lazer ışını efekti

Bakır folyo ve alt tabakanın malzeme özellikleri çok farklı olduğundan, lazer ışını ve devre kartı malzemesi, mikro gözeneklerin açıklığı, derinliği ve delik tipi üzerinde önemli bir etkisi olan çeşitli efektler üretmek üzere etkileşime girer.

2.1 Lazerin yansıması ve emilimi

Lazer ve PCB arasındaki etkileşim, ilk olarak gelen lazerin yüzeydeki bakır folyo tarafından yansıtılması ve emilmesiyle başlar. Bakır folyo, kızılötesi dalga boyu karbondioksit lazerinin çok düşük bir absorpsiyon oranına sahip olduğundan, işlenmesi zordur ve verim son derece düşüktür. Işık enerjisinin emilen kısmı, bakır folyo malzemesinin serbest elektron kinetik enerjisini artıracak ve çoğu, elektronların ve kristal kafeslerin veya iyonların etkileşimi yoluyla bakır folyonun ısı enerjisine dönüştürülecektir. Bu durum ışın kalitesini iyileştirirken bakır folyo yüzeyine ön işlem yapılması gerektiğini göstermektedir. Bakır folyonun yüzeyi, lazer ışığının absorpsiyon oranını artırmak için ışık absorpsiyonunu artıran malzemelerle kaplanabilir.

2.2 Işın etkisinin rolü

Lazer işleme sırasında, ışık ışını bakır folyo malzemesini yayar ve bakır folyo buharlaşmaya ısıtılır ve buhar sıcaklığı yüksektir, bu da kırılması ve iyonlaşması kolaydır, yani ışık uyarımı ile foto kaynaklı plazma üretilir . Foto-indüklenmiş plazma genellikle malzeme buharından oluşan bir plazmadır. Plazma tarafından iş parçasına iletilen enerji, plazmanın absorpsiyonunun neden olduğu iş parçası tarafından alınan ışık enerjisi kaybından daha büyükse. Plazma bunun yerine iş parçası tarafından lazer enerjisinin emilimini artırır. Aksi takdirde plazma lazeri bloke eder ve lazerin iş parçası tarafından emilmesini zayıflatır. Karbondioksit lazerler için, foto-indüklenmiş plazma bakır folyonun absorpsiyon oranını artırabilir. Bununla birlikte, çok fazla plazma ışının geçerken kırılmasına neden olacak ve bu da deliğin konumlandırma doğruluğunu etkileyecektir. Genel olarak, lazer güç yoğunluğu, plazmayı daha iyi kontrol edebilen 107 W/cm2’nin altında uygun bir değere kontrol edilir.

İğne deliği etkisi, lazer delme işleminde ışık enerjisinin emilimini arttırmada son derece önemli bir rol oynar. Lazer, bakır folyoyu yaktıktan sonra alt tabakayı kesmeye devam eder. Alt tabaka büyük miktarda ışık enerjisini emebilir, şiddetle buharlaşabilir ve genişleyebilir ve üretilen basınç olabilir Erimiş malzeme küçük delikler oluşturmak için dışarı atılır. Küçük delik de foto-indüklenmiş plazma ile doldurulur ve küçük deliğe giren lazer enerjisi, delik duvarının çoklu yansımaları ve plazmanın hareketi tarafından neredeyse tamamen emilebilir (Şekil 5). Plazma absorpsiyonundan dolayı, küçük delikten küçük deliğin dibine geçen lazer güç yoğunluğu azalacaktır ve küçük deliğin altındaki lazer güç yoğunluğu, belirli bir buharlaşma basıncı oluşturmak için belirli bir derinlik sağlamak için esastır. işleme sürecinin penetrasyon derinliğini belirleyen küçük delik.

Yüksek yoğunluklu PCB üretiminde lazer işleme uygulamaları nelerdir?

Şekil 5 Delikte lazer kırılması

3 Sonuç

Lazer işleme teknolojisinin uygulanması, yüksek yoğunluklu PCB mikro deliklerinin delme verimliliğini büyük ölçüde artırabilir. Deneyler şunu gösteriyor: ①Sayısal kontrol teknolojisi ile birlikte, basılı kartonda dakikada 30,000’den fazla mikro delik işlenebilir ve açıklık 75 ile 100 arasındadır; ② UV lazer uygulaması, açıklığı 50μm’den daha az veya daha küçük hale getirebilir, bu da PCB kartlarının kullanım alanını daha da genişletmek için koşullar yaratır.