1 Застосування лазерного променя

Висока щільність Друкованої плати являє собою багатошарову конструкцію, яка розділена ізоляційною смолою, змішаною зі скловолокнистими матеріалами, і між ними вставлений струмопровідний шар мідної фольги. Потім його ламінують і склеюють. На малюнку 1 показаний розріз 4-шарової дошки. Принцип лазерної обробки полягає у використанні лазерних променів для фокусування на поверхні друкованої плати, щоб миттєво розплавити та випарувати матеріал, утворюючи невеликі отвори. Оскільки мідь і смола є двома різними матеріалами, температура плавлення мідної фольги становить 1084°C, а температура плавлення ізоляційної смоли лише 200-300°C. Тому необхідно розумно вибирати та точно контролювати такі параметри, як довжина хвилі променя, мода, діаметр та імпульс при застосуванні лазерного свердління.

1.1 Вплив довжини хвилі і режиму променя на обробку

Яке застосування лазерної обробки у виробництві друкованих плат високої щільності

Малюнок 1 Поперечний переріз 4-шарової друкованої плати

На малюнку 1 видно, що лазер першим обробляє мідну фольгу при перфорації, а швидкість поглинання міді лазером зростає зі збільшенням довжини хвилі. Швидкість поглинання YAG/УФ-лазера від 351 до 355 м досягає 70%. YAG/УФ-лазер або метод конформної маски можна використовувати для перфорації звичайних друкованих дощок. Щоб збільшити інтеграцію друкованої плати високої щільності, кожен шар мідної фольги становить лише 18 мкм, а смоляна підкладка під мідною фольгою має високу швидкість поглинання вуглекислого лазера (близько 82%), що забезпечує умови для застосування. перфорація вуглекислого лазера. Оскільки швидкість фотоелектричного перетворення та ефективність обробки вуглекислого лазера набагато вищі, ніж у YAG/УФ-лазера, доки є достатньо енергії променя і мідна фольга обробляється, щоб збільшити швидкість її поглинання лазером, вуглекислий лазер можна використовувати для безпосереднього відкриття друкованої плати.

Поперечна мода лазерного променя має великий вплив на кут розбіжності та вихід енергії лазера. Для отримання достатньої енергії пучка необхідно мати хороший режим виходу променя. Ідеальним станом є формування виходу гауссової моди низького порядку, як показано на малюнку 2. Таким чином можна отримати високу щільність енергії, що забезпечує передумову для того, щоб промінь був добре сфокусований на лінзі.

Яке застосування лазерної обробки у виробництві друкованих плат високої щільності

Рисунок 2. Розподіл енергії в недорогому режимі Гаусса

Режим нижчого порядку можна отримати шляхом зміни параметрів резонатора або встановлення діафрагми. Хоча встановлення діафрагми зменшує вихід енергії променя, це може обмежити участь лазера високого порядку в перфорації та допомогти покращити округлість невеликого отвору. .

1.2 Отримання мікропор

Після вибору довжини хвилі та режиму променя, щоб отримати ідеальний отвір на друкованій платі, необхідно контролювати діаметр плями. Тільки якщо діаметр плями досить малий, енергія може зосередитися на зняття пластини. Існує багато способів регулювання діаметра плями, в основному за допомогою сферичної лінзи. Коли промінь гаусової моди потрапляє в лінзу, діаметр плями в задній фокальній площині лінзи можна приблизно розрахувати за такою формулою:

D≈λF/(πd)

У формулі: F — фокусна відстань; d – радіус плями гауссового променя, проектованого людиною на поверхню лінзи; λ – довжина хвилі лазера.

З формули видно, що чим більше діаметр падіння, тим менше сфокусована пляма. Коли підтверджуються інші умови, скорочення фокусної відстані сприяє зменшенню діаметра променя. Однак після скорочення F відстань між лінзою та заготовкою також зменшується. Під час свердління шлак може розбризкуватись на поверхню лінзи, що вплине на ефект свердління та термін служби лінзи. У цьому випадку збоку від лінзи можна встановити допоміжний пристрій і використовувати газ. Виконайте очищення.

1.3 Вплив імпульсу променя

Для свердління використовується багатоімпульсний лазер, і щільність потужності імпульсного лазера повинна досягати щонайменше температури випаровування мідної фольги. Оскільки енергія одноімпульсного лазера була ослаблена після випалювання мідної фольги, підкладка, що лежить під ним, не може бути ефективно аблаційована, і буде сформована ситуація, показана на рис. 3а, так що не може утворитися прохідний отвір. Однак енергія променя не повинна бути занадто високою при пробиванні, а енергія занадто високою. Після того, як мідна фольга проникла, видалення підкладки буде занадто великим, що призведе до ситуації, показаної на малюнку 3b, яка не сприяє подальшій обробці друкованої плати. Найбільш ідеально сформувати мікроотвори із злегка звуженим малюнком отворів, як показано на рис. 3в. Цей малюнок отворів може забезпечити зручність для подальшого процесу міднення.

Яке застосування лазерної обробки у виробництві друкованих плат високої щільності

Рисунок 3 Типи отворів, оброблені лазерами різної енергії

Для досягнення діаграми отворів, показаної на малюнку 3c, можна використовувати імпульсний лазерний сигнал із переднім піком (Малюнок 4). Більш висока енергія імпульсу на передньому кінці може видалити мідну фольгу, а численні імпульси з меншою енергією на задньому кінці можуть видалити ізоляційну підкладку і зробити отвір поглибленим до нижньої мідної фольги.

Яке застосування лазерної обробки у виробництві друкованих плат високої щільності

Малюнок 4 Форма хвилі імпульсного лазера

2 Ефект лазерного променя

Оскільки властивості матеріалу мідної фольги та підкладки дуже різні, лазерний промінь і матеріал друкованої плати взаємодіють, створюючи різноманітні ефекти, які мають важливий вплив на апертуру, глибину та тип отворів мікропор.

2.1 Відображення та поглинання лазера

Взаємодія між лазером і друкованою платою спочатку починається з того, що падаючий лазер відбивається і поглинається мідною фольгою на поверхні. Оскільки мідна фольга має дуже низьку швидкість поглинання інфрачервоного вуглекислого лазера з довжиною хвилі, її важко обробляти, а ефективність надзвичайно низька. Поглинута частина світлової енергії збільшить кінетичну енергію вільних електронів матеріалу мідної фольги, і більша її частина буде перетворена в теплову енергію мідної фольги за рахунок взаємодії електронів і кристалічних решіток або іонів. Це свідчить про те, що для підвищення якості променя необхідно проводити попередню обробку поверхні мідної фольги. Поверхня мідної фольги може бути покрита матеріалами, які збільшують поглинання світла, щоб збільшити швидкість його поглинання лазерного світла.

2.2 Роль ефекту променя

Під час лазерної обробки світловий промінь випромінює матеріал мідної фольги, а мідна фольга нагрівається до випаровування, а температура пари висока, яку легко розбити та іонізувати, тобто фотоіндукована плазма генерується світловим збудженням. . Фотоіндукована плазма, як правило, є плазмою парів матеріалу. Якщо енергія, що передається заготовці плазмою, більша за втрати світлової енергії, отриманої заготовкою, викликані поглинанням плазми. Натомість плазма покращує поглинання лазерної енергії заготовкою. В іншому випадку плазма блокує лазер і послаблює поглинання лазера заготовкою. Для лазерів з вуглекислим газом фотоіндукована плазма може збільшити швидкість поглинання мідної фольги. Однак занадто багато плазми призведе до заломлення променя при проходженні, що вплине на точність позиціонування отвору. Як правило, щільність потужності лазера контролюється до відповідного значення нижче 107 Вт/см2, що дозволяє краще контролювати плазму.

Ефект обскури відіграє надзвичайно важливу роль у підвищенні поглинання світлової енергії в процесі лазерного свердління. Лазер продовжує видаляти підкладку після випалювання мідної фольги. Підкладка може поглинати велику кількість світлової енергії, сильно випаровуватися і розширюватися, а створюваний тиск може бути. Розплавлений матеріал викидається, утворюючи невеликі отвори. Маленький отвір також заповнений фотоіндукованою плазмою, і енергія лазера, що надходить у невеликий отвір, може бути майже повністю поглинена багаторазовими відображеннями стінки отвору та дією плазми (Малюнок 5). Через поглинання плазми щільність потужності лазера, що проходить через невеликий отвір до дна невеликого отвору, зменшиться, і щільність потужності лазера на дні невеликого отвору необхідна для створення певного тиску пароутворення для підтримки певної глибини. невеликий отвір, що визначає глибину проплавлення процесу обробки.

Яке застосування лазерної обробки у виробництві друкованих плат високої щільності

Рисунок 5 Заломлення лазера в отворі

Висновок 3

Застосування технології лазерної обробки може значно покращити ефективність свердління мікроотворів на друкованій платі високої щільності. Експерименти показують, що: ①У поєднанні з технологією числового керування, на друкованій дошці можна обробити понад 30,000 75 мікроотворів за хвилину, а апертура становить від 100 до 50; ② Застосування ультрафіолетового лазера може додатково зробити апертуру менше ніж XNUMX мкм або менше, що створює умови для подальшого розширення простору використання друкованих плат.