1 Ứng dụng của chùm tia laze

Mật độ cao PCB hội đồng quản trị là một cấu trúc nhiều lớp, được ngăn cách bằng nhựa cách nhiệt trộn với vật liệu sợi thủy tinh, và một lớp lá đồng dẫn điện được chèn vào giữa chúng. Sau đó, nó được dát mỏng và liên kết. Hình 1 cho thấy một mặt cắt của bảng 4 lớp. Nguyên lý của quá trình xử lý laser là sử dụng chùm tia laser hội tụ vào bề mặt của PCB để làm nóng chảy và bốc hơi ngay lập tức vật liệu tạo thành các lỗ nhỏ. Vì đồng và nhựa thông là hai vật liệu khác nhau nên nhiệt độ nóng chảy của lá đồng là 1084 ° C, trong khi nhiệt độ nóng chảy của nhựa cách điện chỉ 200-300 ° C. Do đó, cần lựa chọn hợp lý và kiểm soát chính xác các thông số như bước sóng chùm tia, chế độ, đường kính, xung khi khoan laser.

1.1 Ảnh hưởng của bước sóng và chế độ chùm đến quá trình xử lý

Các ứng dụng của xử lý laser trong sản xuất PCB mật độ cao là gì

Hình 1 Mặt cắt ngang của PCB 4 lớp

Hình 1 có thể thấy rằng tia laser đầu tiên xử lý lá đồng khi đục lỗ, và tốc độ hấp thụ của đồng đối với tia laser tăng lên khi bước sóng tăng. Tỷ lệ hấp thụ tia laser YAG / UV trong phạm vi 351 đến 355 m cao tới 70%. Phương pháp mặt nạ bằng laser YAG / UV hoặc mặt nạ phù hợp có thể được sử dụng để đục các bảng in thông thường. Để tăng khả năng tích hợp PCB mật độ cao, mỗi lớp lá đồng chỉ có kích thước 18μm và chất nền nhựa dưới lá đồng có tỷ lệ hấp thụ laser carbon dioxide cao (khoảng 82%), tạo điều kiện cho ứng dụng của thủng laser carbon dioxide. Bởi vì tỷ lệ chuyển đổi quang điện và hiệu suất xử lý của laser carbon dioxide cao hơn nhiều so với laser YAG / UV, miễn là có đủ năng lượng chùm và lá đồng được xử lý để tăng tỷ lệ hấp thụ của laser, laser carbon dioxide có thể được sử dụng để mở trực tiếp PCB.

Chế độ mode ngang của chùm tia laze có ảnh hưởng lớn đến góc phân kỳ và năng lượng phát ra của tia laze. Để có đủ năng lượng chùm tia, cần phải có chế độ phát tia tốt. Trạng thái lý tưởng là tạo ra đầu ra chế độ Gauss bậc thấp như thể hiện trong Hình 2. Bằng cách này, mật độ năng lượng cao có thể thu được, điều này tạo điều kiện tiên quyết để chùm tia được hội tụ tốt trên thấu kính.

Các ứng dụng của xử lý laser trong sản xuất PCB mật độ cao là gì

Hình 2 Phân bố năng lượng chế độ Gaussian chi phí thấp

Chế độ bậc thấp có thể đạt được bằng cách sửa đổi các thông số của bộ cộng hưởng hoặc lắp đặt màng ngăn. Mặc dù việc lắp đặt màng chắn làm giảm năng lượng chùm tia đầu ra, nhưng nó có thể hạn chế tia laser ở chế độ bậc cao tham gia vào quá trình thủng và giúp cải thiện độ tròn của lỗ nhỏ. .

1.2 Thu nhận các lỗ nhỏ

Sau khi bước sóng và chế độ của chùm tia được chọn, để có được một lỗ lý tưởng trên PCB, đường kính của vết này phải được kiểm soát. Chỉ khi đường kính của vết này đủ nhỏ, năng lượng mới có thể tập trung vào việc mài mòn tấm. Có nhiều cách để điều chỉnh đường kính điểm, chủ yếu thông qua việc lấy nét thấu kính hình cầu. Khi chùm chế độ Gauss đi vào thấu kính, đường kính điểm trên mặt phẳng tiêu sau của thấu kính có thể được tính gần đúng theo công thức sau:

D≈λF / (πd)

Trong công thức: F là tiêu cự; d là bán kính điểm của chùm Gaussian do một người chiếu lên mặt thấu kính; λ là bước sóng laser.

Từ công thức có thể thấy rằng đường kính tới càng lớn thì điểm hội tụ càng nhỏ. Khi các điều kiện khác được xác nhận, việc rút ngắn độ dài tiêu cự có lợi cho việc giảm đường kính chùm tia. Tuy nhiên, sau khi F được rút ngắn, khoảng cách giữa thấu kính và phôi cũng giảm xuống. Xỉ có thể văng trên bề mặt thấu kính trong quá trình khoan, điều này sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả khoan và tuổi thọ của thấu kính. Trong trường hợp này, một thiết bị phụ trợ có thể được lắp vào mặt bên của ống kính và khí được sử dụng. Thực hiện thanh lọc.

1.3 Ảnh hưởng của xung chùm

Một tia laser đa xung được sử dụng để khoan và mật độ công suất của tia laser xung ít nhất phải đạt đến nhiệt độ bay hơi của lá đồng. Bởi vì năng lượng của laser xung đơn đã bị suy yếu sau khi đốt qua lá đồng, chất nền bên dưới không thể được mài mòn một cách hiệu quả, và tình huống như trong Hình 3a sẽ được hình thành, do đó không thể hình thành lỗ xuyên qua. Tuy nhiên, năng lượng của tia không được quá cao khi đấm, và năng lượng quá cao. Sau khi lá đồng bị xuyên thủng, sự mài mòn của đế sẽ quá lớn, dẫn đến tình trạng như hình 3b, không có lợi cho quá trình xử lý sau của bảng mạch. Lý tưởng nhất là tạo các lỗ siêu nhỏ có dạng lỗ hơi thuôn nhọn như trong Hình 3c. Mẫu lỗ này có thể mang lại sự thuận tiện cho quá trình mạ đồng tiếp theo.

Các ứng dụng của xử lý laser trong sản xuất PCB mật độ cao là gì

Hình 3 Các loại lỗ được xử lý bằng các tia laser năng lượng khác nhau

Để đạt được dạng lỗ như trong Hình 3c, có thể sử dụng dạng sóng laser xung với đỉnh phía trước (Hình 4). Năng lượng xung cao hơn ở đầu phía trước có thể làm mài mòn lá đồng và nhiều xung có năng lượng thấp hơn ở đầu phía sau có thể làm mài mòn lớp nền cách điện và Làm cho lỗ sâu hơn cho đến khi lá đồng thấp hơn.

Các ứng dụng của xử lý laser trong sản xuất PCB mật độ cao là gì

Hình 4 Dạng sóng laser xung

2 hiệu ứng tia laze

Do đặc tính vật liệu của lá đồng và chất nền rất khác nhau, nên chùm tia laze và vật liệu bảng mạch tương tác để tạo ra nhiều hiệu ứng khác nhau, có tác động quan trọng đến khẩu độ, độ sâu và loại lỗ của vi lỗ.

2.1 Phản xạ và hấp thụ tia laser

Sự tương tác giữa laser và PCB đầu tiên bắt đầu từ việc tia laser tới được phản xạ và hấp thụ bởi lá đồng trên bề mặt. Bởi vì lá đồng có tỷ lệ hấp thụ tia laser carbon dioxide bước sóng hồng ngoại rất thấp, rất khó xử lý và hiệu quả cực kỳ thấp. Phần năng lượng ánh sáng bị hấp thụ sẽ làm tăng động năng electron tự do của vật liệu lá đồng, và phần lớn nó sẽ được chuyển thành nhiệt năng của lá đồng thông qua tương tác của electron và mạng tinh thể hoặc ion. Điều này cho thấy trong khi nâng cao chất lượng chùm tia thì cần phải tiến hành xử lý sơ bộ trên bề mặt lá đồng. Bề mặt của lá đồng có thể được phủ một lớp vật liệu làm tăng khả năng hấp thụ ánh sáng để tăng tỷ lệ hấp thụ ánh sáng laser của nó.

2.2 Vai trò của hiệu ứng chùm tia

Trong quá trình xử lý bằng tia laze, chùm sáng bức xạ vật liệu lá đồng và lá đồng được đốt nóng để hóa hơi, và nhiệt độ hơi nước cao, dễ bị phá vỡ và ion hóa, tức là plasma cảm ứng quang được tạo ra do kích thích ánh sáng. . Plasma cảm ứng quang nói chung là plasma hơi vật chất. Nếu năng lượng plasma truyền tới phôi lớn hơn sự mất mát năng lượng ánh sáng mà phôi nhận được do plasma hấp thụ. Thay vào đó, plasma tăng cường sự hấp thụ năng lượng laser của phôi. Nếu không, plasma sẽ chặn tia laser và làm suy yếu sự hấp thụ tia laser của phôi. Đối với laser carbon dioxide, plasma cảm ứng quang có thể làm tăng tỷ lệ hấp thụ của lá đồng. Tuy nhiên, quá nhiều plasma sẽ làm cho chùm tia bị khúc xạ khi đi qua, điều này sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác định vị của lỗ. Nói chung, mật độ công suất laser được kiểm soát đến một giá trị thích hợp dưới 107 W / cm2, điều này có thể kiểm soát plasma tốt hơn.

Hiệu ứng lỗ kim đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc tăng cường khả năng hấp thụ năng lượng ánh sáng trong quá trình khoan laser. Tia laser tiếp tục mài mòn chất nền sau khi đốt qua lá đồng. Chất nền có thể hấp thụ một lượng lớn năng lượng ánh sáng, bốc hơi và giãn nở dữ dội, và áp suất tạo ra có thể Vật liệu nóng chảy bị văng ra ngoài tạo thành các lỗ nhỏ. Lỗ nhỏ cũng chứa đầy plasma cảm ứng quang, và năng lượng laser đi vào lỗ nhỏ có thể bị hấp thụ gần như hoàn toàn bởi nhiều phản xạ của thành lỗ và hoạt động của plasma (Hình 5). Do sự hấp thụ plasma, mật độ công suất laser đi qua lỗ nhỏ đến đáy lỗ nhỏ sẽ giảm, và mật độ công suất laser ở đáy lỗ nhỏ cần thiết để tạo ra một áp suất hóa hơi nhất định để duy trì độ sâu nhất định của lỗ nhỏ, xác định độ sâu thâm nhập của quá trình gia công.

Các ứng dụng của xử lý laser trong sản xuất PCB mật độ cao là gì

Hình 5 Sự khúc xạ laser trong lỗ

Kết luận 3

Việc áp dụng công nghệ xử lý laser có thể cải thiện đáng kể hiệu quả khoan của các lỗ vi PCB mật độ cao. Các thí nghiệm cho thấy: ①Kết hợp với công nghệ điều khiển số, hơn 30,000 lỗ siêu nhỏ có thể được xử lý mỗi phút trên bảng in và khẩu độ từ 75 đến 100; ② Việc ứng dụng tia UV có thể làm cho khẩu độ nhỏ hơn 50μm hoặc nhỏ hơn, tạo điều kiện để mở rộng hơn nữa không gian sử dụng của bảng mạch PCB.