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Attualmente ci sono quattro tipi di laser utilizzati per realizzare micro-vias PCB: laser CO 2, laser YAG, laser ad eccimeri e laser a vapore di rame. I laser CO2 sono tipicamente utilizzati per produrre fori di circa 75μm, ma poiché il fascio riflette sulla superficie del rame, è adatto solo per rimuovere il dielettrico. Il laser CO 2 è molto disordine-free, economico e non richiede manutenzione. I laser Excimer sono la scelta migliore per la produzione di fori di piccolo diametro di alta qualità, con un valore di apertura tipico inferiore a 10μm. Questi tipi sono più adatti per la perforazione a matrice ad alta densità di substrati in policarbonato in dispositivi microBGA. Lo sviluppo di laser a vapore di rame è ancora agli inizi, ma ha ancora vantaggi quando sono richiesti rendimenti elevati. Il laser a vapore di rame può rimuovere il dielettrico e il rame, ma porterà seri problemi durante il processo di produzione, che farà sì che il flusso d'aria produca solo prodotti in un ambiente limitato.
Il laser più comune utilizzato nell'industria dei circuiti stampati è il Q-switched Nd: laser YAG con una lunghezza d'onda di 355nm nella gamma ultravioletta. Questa lunghezza d'onda può fondere la maggior parte dei metalli (Gu, Ni, Au, Ag) durante la perforazione di fori in circuiti stampati, con un tasso di assorbimento superiore al 50% (Meier e Schmidt, 2002), e i materiali organici possono anche essere fusi. L'energia fotonica del laser ultravioletto può essere alta fino a 3,5-7,5 eV, che può rompere il legame chimico durante il processo di fusione, la parte è attraverso l'azione fotochimica del laser ultravioletto e la parte è attraverso l'azione fototermica. Queste funzioni rendono i laser UV la prima scelta per le applicazioni industriali dei circuiti stampati.
Il sistema laser YAG ha una sorgente laser che fornisce una densità di energia (portata) superiore a 4J/cm 2, necessaria per la circolazione del rame della superficie della microvia. La densità energetica richiesta per il processo di fusione di materiali organici è di soli 100 mJ/cm 2, come resine epossidiche e policarbonati. Per operare con precisione in una gamma così ampia di spettro, è necessario controllare l'energia laser in modo molto preciso e preciso. Il processo di perforazione della micro-via richiede due passaggi. Il primo passo è aprire la lamina di rame con un laser ad alta densità di energia, e il secondo passo è rimuovere il dielettrico con un laser a bassa densità di energia.
Quando la lunghezza d'onda del laser è 355nm, il suo diametro tipico del punto è di circa 20μm. Quando il tempo di impulso è inferiore a 140ns, la frequenza del laser è compresa tra 10-50kHz e il materiale non genererà calore in questo momento.
Lo scanner / sistema di riflessione è controllato dal computer per individuare il raggio laser e la lente telecentrica è utilizzata per mettere a fuoco, in modo che il raggio può essere forato con un angolo preciso. Il processo di scansione genera un modello vettoriale attraverso il software per compensare le deviazioni di materiale e design. L'area di scansione è 55 x55mm. Questo sistema è compatibile con il software CAM e supporta tutti i formati di dati comunemente utilizzati.
Il sistema laser è stato proposto dalla tedesca Mis LPKF. La base del suo design meccanico è fatta di granito duro e la sua precisione di lucidatura superficiale non è inferiore a 3μm. Il supporto del tavolo è posizionato sul cuscinetto a gas e controllato dal motore lineare. La precisione di posizionamento è controllata da un righello di vetro e la sua ripetibilità è garantita entro ± 1μm. Il banco di lavoro stesso è dotato di un sensore ottico, che può regolare accuratamente la posizione del laser in diversi punti di riflessione per compensare la distorsione ottica e la deriva a lungo termine. Dopo la regolazione, una serie di dati di correzione generati dal software può coprire l'intera area di scansione. La compensazione della scala di deriva richiede circa 1min per funzionare. Qualsiasi cambiamento nel substrato, come la deviazione di posizione dal riferimento, può essere rilevato da una telecamera CCD ad alta risoluzione e compensato dal controllo software.
Questo sistema è molto adatto alla produzione di prototipi, perché può essere forato e configurato, da circuiti stampati flessibili a rigidi possono essere utilizzati, compresi polimeri metallici, come resistenza alla saldatura, strato protettivo, dielettrico, ecc. Raman et al. ha introdotto il sistema laser ultravioletto a stato solido più avanzato e la sua applicazione nella produzione di microvie interconnesse ad alta densità.
Lange e Vollrath hanno spiegato le varie applicazioni del sistema laser ultravioletto (micro-line drilling 600 system) nella perforazione, nella sagomatura e nel taglio. Il sistema può perforare fori e micro-vie, il diametro del foro dello strato di rame è ridotto a 30μm e può eseguire la manipolazione a singolo passo per una certa gamma di substrati. Questo sistema può anche produrre conduttori esterni del circuito stampato con una larghezza minima di 20μm, la sua capacità di produzione supera notevolmente quella della fotochimica. La velocità di produzione di questo sistema può arrivare fino a 250 punte e può accettare tutti gli input standard, come Gerber e HPGL. La sua area operativa è 640mm x 560mm (25.2in x 22in), e l'altezza massima del materiale è 50mm (2in), che può essere utilizzato per la maggior parte dei substrati comuni. La base del tavolo macchina e le sue guide sono realizzate in granito naturale, con una precisione di ±3μm. Il piano di lavoro è guidato da un azionamento lineare e sostenuto da un cuscinetto ad aria; La sua posizione è controllata da un righello di vetro con compensazione del calore e la sua precisione è ± iμm. L'installazione del substrato sulla console viene effettuata da apparecchiature sottovuoto.
