Leiterplattentechnisch - Laserverarbeitungstechnik in der Leiterplattenherstellung

Tragbare multifunktionale elektronische Produkte haben sehr hohe Anforderungen an Leiterplatten ((PCB)). Viele Komponenten in einem begrenzten Bereich eng miteinander verbinden und den Stromkreis stabilisieren. Leiterplatten werden immer dichter und dichter. Zum Beispiel, Öffnungs- und Linienbreite werden weiter reduziert, Abstand und Genauigkeit untereinander werden kontinuierlich verbessert, und das Durchmesser-Tiefe-Verhältnis wird kontinuierlich verbessert. Die Anzahl der Schaltungsschichten kann mehr als 10 Schichten erreichen. Die Anzahl der Mikroporen in der gleichen Schicht beträgt mehr als 50,000, aber der Abstand sollte so klein wie 0 sein.05 mm, und der Porendurchmesser sollte kleiner als 150 μm sein. Beim mechanischen Bohren solcher Leiterplatten, Es ist schwierig, die Probleme der Bohrmaterialien zu überwinden, Kühlung, Spanabbau, Positionierung und Verarbeitung. Die Anwendung der Laserbearbeitung kann die Qualitätsanforderungen besser erfüllen.

1. Anwendung des Laserstrahls

Die von iPCB hergestellte Leiterplatte mit hoher Dichte ist eine mehrschichtige Struktur, die durch Isolierharz getrennt ist, das mit Glasfasermaterial gemischt ist, und eine leitfähige Schicht aus Kupferfolie wird in der Mitte eingesetzt. Dann werden sie laminiert und kombiniert. Das Prinzip der Laserbearbeitung besteht darin, einen Laserstrahl zu verwenden, um sich auf die Oberfläche der Leiterplatte zu konzentrieren, um das Material sofort zu schmelzen und zu verdampfen, um ein kleines Loch zu bilden. Da Kupfer und Harz zwei verschiedene Materialien sind, ist die Schmelztemperatur der Kupferfolie 1084°C, während die Schmelztemperatur des Isolierharzes nur 200-300°C ist. Daher müssen beim Laserbohren Parameter wie Strahlwellenlänge, Modus, Durchmesser und Impuls vernünftigerweise ausgewählt und gesteuert werden.

1.1 Einfluss von Strahlwellenlänge und -modus auf die Bearbeitung

Beim Bohren von Löchern, Der Laser bearbeitet zuerst die Kupferfolie, und die Absorption des Lasers durch das Kupfer steigt mit der Zunahme der Wellenlänge. Zum Beispiel, Die Absorptionsrate des Kohlendioxidlasers mit einer Wellenlänge von 9.4 bis 10.6 μm ist so hoch wie 351 bis 355 m, während die Absorptionsrate von YAG/UV-Laser ist so hoch wie 70%, im Vergleich zu nur 0.15%. Du kannst YAG benutzen/UV-Laser oder konformes Maskenverfahren zum Bohren von Löchern auf konventionellen Leiterplatten. Um die Integration von Leiterplatten mit hoher Dichte zu verbessern, Jede Schicht Kupferfolie beträgt nur 18μm, and the resin substrate under the copper foil has a high absorption rate of carbon dioxide laser (about 82%), die Voraussetzung für die Anwendung ist. Kohlendioxid-Laserbohren. Die photoelektrische Umwandlungsrate und Verarbeitungseffizienz von Kohlendioxidlasern sind viel höher als die von YAG/UV-Laser, So lange es genügend Strahlenergie gibt und die Kupferfolie verarbeitet wird, um die Laserabsorptionsrate zu erhöhen, Die Kohlendioxidlaser-Leiterplatte kann verwendet werden, um direkt zu öffnen.
Der Quermodus des Laserstrahls hat einen großen Einfluss auf den Divergenzwinkel und die Energieabgabe des Lasers. Um ausreichende Strahlenergie zu erhalten, Es ist zunächst notwendig, einen geeigneten Strahlausgangsmodus zu etablieren. Der ideale Zustand ist, einen niedrigeren Gauß-Modus-Ausgang zu bilden. Dies ermöglicht eine sehr hohe Energiedichte. Dies schafft die Voraussetzung dafür, dass der Strahl gut auf die Linse fokussiert ist. Der Low-Order-Modus kann durch Ändern der Resonatorparameter oder Installation einer Membran erreicht werden. Durch die Installation einer Membran wird die Strahlenergie reduziert, aber es kann Hochmodenlaser begrenzen und unterstützen, am Bohren teilzunehmen. Verbesserung der Rundheit von kleinen Löchern.

1.2 Einfluss des Strahlpulses

Zum Bohren wird ein Multipulslaser verwendet, und die Ausgangsdichte des gepulsten Lasers muss mindestens die Verdampfungstemperatur der Kupferfolie erreichen. Nachdem die Kupferfolie verbrannt ist, wird die Energie des einzelnen Impulslasers geschwächt, und das darunterliegende Substrat kann nicht effektiv abgetragen werden, und das Durchgangsloch kann nicht gebildet werden. Wenn die Energie jedoch zu hoch ist, muss sichergestellt werden, dass die Energie des Strahls beim Bohren nicht zu hoch ist. Nachdem die Kupferfolie eingedrungen ist, wird die Leiterplatte übermäßig abgetragen und kann nicht zur Nachbearbeitung der Leiterplatte verwendet werden. Ein leicht verjüngtes Lochmuster, das durch Mikrolöcher gebildet wird, ist ideal, und dieses Lochmuster ist für nachfolgende Kupferbeschichtungsprozesse nützlich.

2. Laserstrahleffekt

Aufgrund des großen Unterschieds zwischen den Materialeigenschaften der Kupferfolie und des Substrats erzeugt die Wechselwirkung zwischen Laserstrahl und Leiterplattenmaterial unterschiedliche Effekte, die einen signifikanten Einfluss auf die Öffnung, Tiefe und Lochtyp der Mikroporen haben.

2.1 Laserreflexion und -absorption

Die Interaktion zwischen dem Laser und der Leiterplatte beginnt, wenn der einfallende Laser zuerst von der Kupferfolie auf der Oberfläche reflektiert und absorbiert wird. Kupferfolie hat eine niedrige Absorptionsrate des Infrarot-Wellenlängen-Kohlendioxidlasers, der schwer zu verarbeiten ist und eine hohe Effizienz hat. sehr niedrig. Die absorbierte Lichtenergie erhöht die kinetische Energie der freien Elektronen des Kupferfolienmaterials, von denen die meisten durch Wechselwirkung von Elektronen und Kristallgittern oder Ionen in die Wärmeenergie der Kupferfolie umgewandelt werden. Dies zeigt, dass bei der Verbesserung der Strahlqualität auch die Oberfläche der Kupferfolie vorbehandelt werden muss. Eine Materialschicht, die die Lichtabsorption verbessert, kann auf der Oberfläche der Kupferfolie beschichtet werden, um die Absorptionsrate des Lasers zu erhöhen.

2.2 Effekt des Strahleffekts

In der Laserbearbeitung, Licht bestrahlt das Kupferfolienmaterial, und die Kupferfolie wird erhitzt und verdampft. Daher, die Dampftemperatur ist hoch, das anfällig für Zersetzung und Ionisation ist, und photoinduziertes Plasma wird durch Lichtanregung erzeugt. .. Photoinduziertes Plasma ist im Allgemeinen ein Substanzdampfplasma. Wenn die vom Plasma an das Werkstück gelieferte Energie größer ist als die Lichtenergie, die das Werkstück aufgrund der Absorption des Plasmas verliert. Im Gegenteil, Das Plasma erhöht die Absorption der Laserenergie durch das Werkstück. Ansonsten, Das Plasma blockiert den Laser und reduziert die Absorption des Lasers durch das Werkstück. Bei Kohlendioxidlasern, Photoinduziertes Plasma kann die Absorption der Kupferfolie erhöhen. Allerdings, Zu viel Plasma wird gebrochen, wenn der Strahl passiert, dadurch die Genauigkeit der Lochpositionierung beeinträchtigt. Im Allgemeinen, Die Laserleistungsdichte wird bei einem vernünftigen Wert unter 107W geregelt/cm2, damit das Plasma besser kontrolliert werden kann.
Der Locheffekt spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Erhöhung der Absorption von Lichtenergie während des Laserbohrens. Auch wenn die Kupferfolie verbrannt wird, Der Laser wird das Substrat weiterhin abtragen. Das Substrat absorbiert eine große Menge an Lichtenergie, stark verdunstet und dehnt sich aus., Der erzeugte Druck ist: Werfen Sie das geschmolzene Material heraus, um ein kleines Loch zu bilden. Das kleine Loch wird auch mit photoinduziertem Plasma gefüllt, und die Laserenergie, die in das kleine Loch eintritt, wird fast vollständig von den mehrfachen Reflexionen der Lochwand und der Wirkung des Plasmas absorbiert. Die Plasmaabsorption reduziert die Leistungsdichte des Lasers, der durch die Grube zum Boden der Grube geht. Die Laserleistungsdichte am Boden der Grube ist wichtig, um einen spezifischen Verdampfungsdruck zu erzeugen, um eine bestimmte Tiefe beizubehalten.. . Ein kleines Loch, das die Eindringtiefe während der Verarbeitung bestimmt.

3. Schlussfolgerung

Durch den Einsatz von Laserbearbeitungstechnologie, Die Bohreffizienz von PCB-Mikrolöchern mit hoher Dichte kann erheblich verbessert werden. Experiments show (1) Combining numerical control technology, Leiterplatten und Öffnungen können mehr als 30 verarbeiten,000 Mikrolöcher pro Minute. Zwischen 75 und 100. (2) Through the application of ultraviolet laser, Die Öffnung kann weiter auf unter 50μm reduziert werden, Schaffung von Bedingungen für die weitere Erweiterung des Nutzungsraums der Leiterplatte.