PCB Tecnico - Tecnologia di elaborazione laser nella produzione di PCB

I prodotti elettronici multifunzionali portatili hanno requisiti molto elevati sui circuiti stampati (PCB). Interconnettere strettamente molti componenti in un'area limitata e stabilizzare il circuito. I circuiti stampati stanno diventando sempre più densi. Ad esempio, l'apertura e la larghezza della linea sono ulteriormente ridotte, la distanza e la precisione tra loro sono continuamente migliorate e il rapporto diametro-profondità è continuamente migliorato. Il numero di strati del circuito può raggiungere più di 10 strati. Il numero di micropori nello stesso strato è superiore a 50.000, ma la distanza dovrebbe essere piccola di 0,05 mm e il diametro dei pori dovrebbe essere inferiore a 150 μm. Quando perforano meccanicamente tali circuiti stampati, è difficile superare i problemi di materiali di perforazione, raffreddamento, rimozione di trucioli e posizionamento di elaborazione. L'applicazione dell'elaborazione laser può meglio soddisfare i requisiti di qualità.

1. Applicazione del raggio laser

Il PCB ad alta densità fabbricato da iPCB è una struttura multistrato separata da resina isolante mista a materiale in fibra di vetro e uno strato conduttivo di foglio di rame è inserito nel mezzo. Poi sono laminati e combinati. Il principio dell'elaborazione laser è quello di utilizzare un raggio laser per concentrarsi sulla superficie del PCB per fondere e vaporizzare istantaneamente il materiale per formare un piccolo foro. Poiché rame e resina sono due materiali diversi, la temperatura di fusione del foglio di rame è 1084Â ° C, mentre la temperatura di fusione della resina isolante è solo 200-300Â ° C. Pertanto, quando si utilizza la perforazione laser, i parametri quali lunghezza d'onda del fascio, modalità, diametro e impulso devono essere ragionevolmente selezionati e controllati.

1.1 Influenza della lunghezza d'onda del fascio e del modo sulla lavorazione

Durante la perforazione dei fori, il laser prima elabora la lamina di rame e l'assorbimento del laser da parte del rame aumenta con l'aumento della lunghezza d'onda. Ad esempio, il tasso di assorbimento del laser ad anidride carbonica con una lunghezza d'onda da 9,4 a 10,6 μm è alto da 351 a 355 m, mentre il tasso di assorbimento del laser YAG / UV è alto fino al 70%, contro solo 0,15%. È possibile utilizzare il laser YAG / UV o il metodo della maschera conforme per perforare fori su schede stampate convenzionali. Al fine di migliorare l'integrazione del PCB ad alta densità, ogni strato di lamina di rame è solo 18μm e il substrato di resina sotto la lamina di rame ha un alto tasso di assorbimento del laser ad anidride carbonica (circa 82%), che è una condizione per l'applicazione. Fornire perforazione laser a anidride carbonica. Il tasso di conversione fotoelettrico e l'efficienza di elaborazione dei laser a anidride carbonica sono molto più alti di quelli dei laser YAG / UV, quindi finché c'è abbastanza energia del fascio e la lamina di rame viene elaborata per aumentare il tasso di assorbimento del laser, il PCB laser a anidride carbonica può essere utilizzato per aprire direttamente. La modalità trasversale del raggio laser ha una grande influenza sull'angolo di divergenza e sull'uscita di energia del laser. Per ottenere un'energia del fascio sufficiente, è necessario innanzitutto stabilire un modo di uscita del fascio adatto. Lo stato ideale è quello di formare un output in modalità gaussiana inferiore. Questo permette una densità energetica molto elevata. Questo fornisce un prerequisito affinché il fascio sia ben focalizzato sulla lente. La modalità low-order può essere ottenuta modificando i parametri del risonatore o installando un diaframma. L'installazione di un diaframma ridurrà l'uscita di energia del fascio, ma può limitare e assistere i laser ad alta modalità a partecipare alla perforazione. Migliorare la rotondità dei piccoli fori.

1.2 Influenza dell'impulso del fascio

Un laser multi-impulso è utilizzato per la perforazione e la densità di uscita del laser pulsato deve almeno raggiungere la temperatura di evaporazione del foglio di rame. Dopo che il foglio di rame è bruciato, l'energia del laser a impulso singolo è indebolita e il substrato sottostante non può essere efficacemente ablato e il foro passante non può essere formato. Tuttavia, se l'energia è troppo alta, è necessario assicurarsi che l'energia del fascio non sia troppo alta durante la perforazione. Dopo che il foglio di rame penetra, il circuito stampato è eccessivamente ablato e non può essere utilizzato per la post-elaborazione del circuito stampato. Un modello di foro leggermente affusolato formato da microfori è ideale e questo modello di foro è utile per i successivi processi di rivestimento in rame.

2. Effetto del fascio laser

A causa della grande differenza tra le proprietà del materiale del foglio di rame e del substrato, l'interazione tra il raggio laser e il materiale del circuito stampato produce effetti diversi, che hanno un impatto significativo sull'apertura, la profondità e il tipo di foro dei micropori.

2.1 Riflessione e assorbimento laser

L'interazione tra il laser e il PCB inizia quando il laser incidente viene riflesso e assorbito dalla lamina di rame sulla superficie. La lamina di rame ha un basso tasso di assorbimento del laser infrarosso ad anidride carbonica di lunghezza d'onda, che è difficile da elaborare e ha alta efficienza. molto basso. L'energia luminosa assorbita aumenta l'energia cinetica dell'elettrone libero del materiale della lamina di rame, la maggior parte dei quali viene convertita nell'energia termica della lamina di rame attraverso l'interazione di elettroni e reticoli di cristallo o ioni. Ciò dimostra che mentre migliora la qualità del fascio, è anche necessario pre-trattare la superficie del foglio di rame. Uno strato di materiale che migliora l'assorbimento della luce può essere rivestito sulla superficie del foglio di rame per aumentare il tasso di assorbimento del laser.

2.2 Effetto dell'effetto del fascio

Nella lavorazione laser, la luce irradia il materiale della lamina di rame e la lamina di rame viene riscaldata e vaporizzata. Pertanto, la temperatura del vapore è alta, che è soggetta a decomposizione e ionizzazione, e il plasma fotoindotto è generato dall'eccitazione leggera. .. Il plasma fotoindotto è generalmente un plasma di vapore di sostanza. Quando l'energia fornita dal plasma al pezzo in lavorazione è superiore all'energia luminosa persa dal pezzo in lavorazione a causa dell'assorbimento del plasma. Al contrario, il plasma migliora l'assorbimento dell'energia laser da parte del pezzo in lavorazione. Altrimenti, il plasma bloccherà il laser e ridurrà l'assorbimento del laser da parte del pezzo in lavorazione. Nel caso dei laser ad anidride carbonica, il plasma fotoindotto può aumentare l'assorbimento della lamina di rame. Tuttavia, troppo plasma sarà rifratto quando il fascio passa, influenzando così l'accuratezza del posizionamento del foro. In generale, la densità di potenza del laser è controllata ad un valore ragionevole inferiore a 107W/cm2, in modo che il plasma possa essere controllato meglio. L'effetto foro spilla un ruolo molto importante nell'aumentare l'assorbimento di energia luminosa durante la perforazione laser. Anche se il foglio di rame viene bruciato, il laser continuerà ad ablare il substrato. Il substrato assorbe una grande quantità di energia luminosa, evapora violentemente e si espande., La pressione generata è: Gettare il materiale fuso fuori per formare un piccolo foro. Il piccolo foro è anche riempito con plasma fotoindotto e l'energia laser che entra nel piccolo foro è quasi completamente assorbita dai molteplici riflessi della parete del foro e dall'azione del plasma. L'assorbimento del plasma riduce la densità di potenza del laser che passa attraverso la fossa fino al fondo della fossa. La densità di potenza del laser nella parte inferiore del pozzo è essenziale per generare una pressione di vaporizzazione specifica per mantenere una profondità specifica. Un piccolo foro che determina la profondità di penetrazione durante la lavorazione.

3. Conclusione

Attraverso l'applicazione della tecnologia di elaborazione laser, l'efficienza di perforazione dei micro-fori PCB ad alta densità può essere notevolmente migliorata. Gli esperimenti mostrano (1) Combinando la tecnologia di controllo numerico, i circuiti stampati e le aperture possono elaborare più di 30.000 micro-fori al minuto. Tra i 75 e i 100. (2) Attraverso l'applicazione del laser ultravioletto, l'apertura può essere ulteriormente ridotta al di sotto di 50μm, creando le condizioni per espandere ulteriormente lo spazio di utilizzo della scheda PCB.