Leiterplattentechnisch - PCB-Bohren und UV-Licht Technologie

Es gibt derzeit vier Arten von Lasern verwendet, um PCB-MikrodurchgängeCO 2 Laser, YAG-Laser, Excimerlaser und Kupferdampflaser. CO2-Laser werden typischerweise verwendet, um Löcher von ca. 75μm zu produzieren, aber weil der Strahl von der Kupferoberfläche reflektiert, Es eignet sich nur zum Entfernen des Dielektrikums. Der CO 2 Laser ist sehr unordentlich, billig, und erfordert keine Wartung. Excimer Laser sind die beste Wahl für die Herstellung von hochwertigen, Bohrungen mit kleinem Durchmesser, mit einem typischen Blendenwert von weniger als 10μm. Diese Typen eignen sich am besten für hochdichtes Arraybohren von Polycarbonat-Substraten in microBGA-Geräten. Die Entwicklung von Kupferdampflasern steckt noch in den Kinderschuhen, aber es hat immer noch Vorteile, wenn hohe Erträge gefordert werden. Der Kupferdampflaser kann das Dielektrikum und Kupfer entfernen, aber es wird ernsthafte Probleme während des Produktionsprozesses bringen, wodurch der Luftstrom nur Produkte in eingeschränkter Umgebung produziert.

Der am häufigsten verwendete Laser in der Leiterplattenindustrie ist der Q-geschaltete Nd: YAG Laser mit einer Wellenlänge von 355nm im ultravioletten Bereich. This wavelength can melt most metals (Gu, Ni, Au, Ag) when drilling holes in printed circuit boards, with an absorption rate exceeding 50% (Meier and Schmidt, 2002), und organische Materialien können auch geschmolzen werden. Die Photonenenergie des ultravioletten Lasers kann bis zu 3 sein.5-7.5 eV, die chemische Bindung während des Schmelzprozesses brechen kann, Das Teil ist durch die photochemische Wirkung des ultravioletten Lasers, und der Teil ist durch die photothermische Aktion. Diese Funktionen machen UV-Laser zur ersten Wahl für Leiterplattenindustrie Anwendungen.

Das YAG-Lasersystem verfügt über eine Laserquelle, die eine Energiedichte (Durchflussrate) über 4J/cm 2 bereitstellt, die für die Kupferzirkulation der Oberfläche der Mikrovia notwendig ist. Die für den Schmelzprozess von organischen Materialien benötigte Energiedichte beträgt nur etwa 100 mJ/cm 2, wie Epoxidharze und Polycarbonate. Um in einem so breiten Spektrum präzise arbeiten zu können, ist es notwendig, die Laserenergie sehr genau und präzise zu steuern. Der Bohrprozess der Mikro-Via erfordert zwei Schritte. Der erste Schritt besteht darin, die Kupferfolie mit einem Laser mit hoher Energiedichte zu öffnen, und der zweite Schritt besteht darin, das Dielektrikum mit einem Laser mit niedriger Energiedichte zu entfernen.

Wenn die Wellenlänge des Lasers 355nm ist, ist sein typischer Spotdurchmesser etwa 20μm. Wenn die Impulszeit kleiner als 140ns ist, ist die Frequenz des Lasers zwischen 10-50kHz, und das Material erzeugt zu dieser Zeit keine Wärme.

Das Scanner-/Reflexionssystem wird vom Computer gesteuert, um den Laserstrahl zu lokalisieren, und die telezentrische Linse wird verwendet, um zu fokussieren, so dass der Strahl in einem genauen Winkel gebohrt werden kann. Der Scanvorgang generiert über Software ein Vektormuster, um Material- und Designabweichungen auszugleichen. Der Scanbereich beträgt 55 x55mm. Dieses System ist kompatibel mit CAM-Software und unterstützt alle gängigen Datenformate.

Das Lasersystem wurde vom deutschen Mis LPKF vorgeschlagen. Die Basis seines mechanischen Designs besteht aus hartem Granit, und seine Oberflächenpoliergenauigkeit ist nicht weniger als 3μm. Die Tischstütze wird auf das Gaslager gelegt und vom Linearmotor gesteuert. Die Positioniergenauigkeit wird durch ein Glaslineal gesteuert, und seine Wiederholbarkeit ist garantiert innerhalb von ± 1μm. Die Werkbank selbst ist mit einem optischen Sensor ausgestattet, der die Position des Lasers an verschiedenen Reflexionspunkten präzise einstellen kann, um optische Verzerrungen und Langzeitdrift auszugleichen. Nach der Einstellung kann eine Reihe von Korrekturdaten, die von der Software generiert werden, den gesamten Scanbereich abdecken. Die Driftskalenkompensation dauert etwa 1min, um zu arbeiten. Änderungen im Substrat, wie z.B. Positionsabweichungen von der Referenz, können von einer hochauflösenden CCD-Kamera erkannt und durch Softwaresteuerung kompensiert werden.

Dieses System eignet sich sehr gut für die Herstellung von Prototypen, weil es gebohrt und konfiguriert werden kann, von flexibel bis Starre Leiterplatten kann verwendet werden, einschließlich Metallpolymere, wie z. B. Lotresist, Schutzschicht, dielektrisch, etc. Raman et al.. Einführung des fortschrittlichsten Festkörper-Ultraviolett-Lasersystems und seiner Anwendung bei der Herstellung von miteinander verbundenen Mikrovias mit hoher Dichte.

Lange und Vollrath erläuterten die verschiedenen Anwendungen des ultravioletten Lasersystems (Micro-Line Drilling 600 System) beim Bohren, Formen und Schneiden. Das System kann Löcher und Mikrodurchgänge bohren, der Durchmesser des Kupferschichtlochs ist auf 30μ¼m reduziert und kann eine einstufige Manipulation für einen bestimmten Bereich von Substraten durchführen. Dieses System kann auch Leiterplatten-Außenleiter mit einer Mindestbreite von 20μm produzieren, seine Produktionskapazität übersteigt die der Photochemie erheblich. Die Produktionsgeschwindigkeit dieses Systems kann bis zu 250-Bohrern betragen und es kann alle Standardeingänge wie Gerber und HPGL aufnehmen. Sein Einsatzbereich ist 640mm x 560mm (25.2in x 22in), und die maximale Materialhöhe ist 50mm (2in), die für die meisten gängigen Substrate verwendet werden kann. Der Boden des Maschinentisches und seine Führungsschienen sind aus Naturgranit, mit einer Genauigkeit von ± 3μ¼m. Der Arbeitstisch wird von einem Linearantrieb angetrieben und von einem Luftlager gestützt; Seine Position wird durch ein Glaslineal mit Wärmekompensation gesteuert, und seine Genauigkeit ist ± iμm. Die Installation des Substrats auf der Konsole erfolgt durch Vakuumgeräte.