Teknik PCB - Pembor PCB dan teknologi cahaya ultraviolet

Ada empat jenis laser yang digunakan untuk membuat mikro-vial PCB: laser CO 2, laser YAG, laser excimer dan laser vapor tembaga. Laser CO2 biasanya digunakan untuk menghasilkan lubang sekitar 75μm, tetapi kerana sinar mencerminkan dari permukaan tembaga, ia hanya sesuai untuk membuang dielektrik. Laser CO 2 sangat bebas dari kekacauan, murah, dan tidak memerlukan penyelamatan. Laser Excimer adalah pilihan terbaik untuk menghasilkan lubang berkualiti tinggi, diameter kecil, dengan nilai terbuka biasa kurang dari 10μm. Jenis-jenis ini paling sesuai untuk pengeboran tatasusunan densiti tinggi bagi substrat polikarbonat dalam peranti microBGA. Pembangunan laser vapor tembaga masih dalam masa kecil, tetapi ia masih mempunyai keuntungan apabila hasil tinggi diperlukan. Laser vapor tembaga boleh menghapuskan dielektrik dan tembaga, tetapi ia akan membawa masalah serius semasa proses produksi, yang akan membuat aliran udara hanya menghasilkan produk dalam persekitaran yang terbatas.

Laser yang paling biasa digunakan dalam industri papan sirkuit cetak adalah laser Q-switched Nd: YAG dengan panjang gelombang 355 nm dalam julat ultraviolet. Panjang gelombang ini boleh mencair kebanyakan logam (Gu, Ni, Au, Ag) apabila lubang bor dalam papan sirkuit cetak, dengan kadar penyorban lebih dari 50% (Meier dan Schmidt, 2002), dan bahan organik juga boleh mencair. Energi foton laser ultraviolet boleh tinggi 3.5-7.5 eV, yang boleh memecahkan ikatan kimia semasa proses mencair, bahagian itu melalui tindakan fotokimia laser ultraviolet, dan bahagian itu melalui tindakan fototermal. Fungsi ini membuat laser UV pilihan pertama untuk aplikasi papan sirkuit cetak.

Sistem laser YAG mempunyai sumber laser yang menyediakan densiti tenaga (kadar aliran) lebih dari 4J/cm 2, yang diperlukan untuk sirkulasi tembaga permukaan mikrovia. Densitas tenaga yang diperlukan untuk proses mencair bahan organik hanya sekitar 100 mJ/cm 2, seperti resin epoksi dan polikarbonat. Untuk beroperasi dengan tepat dalam julat spektrum yang luas, perlu mengawal tenaga laser dengan tepat dan tepat. Proses pengeboran mikro-via memerlukan dua langkah. Langkah pertama adalah untuk membuka foil tembaga dengan laser padat tenaga tinggi, dan langkah kedua adalah untuk membuang dielektrik dengan laser padat tenaga rendah.

Apabila panjang gelombang laser adalah 355 nm, diameter titik biasa adalah kira-kira 20μm. Apabila masa denyut kurang dari 140n, frekuensi laser adalah antara 10-50 kHz, dan bahan tidak akan menghasilkan panas pada masa ini.

Sistem imbas/refleksi dikawal oleh komputer untuk mencari sinar laser, dan lensa telecentrik digunakan untuk fokus, sehingga sinar boleh dibuang pada sudut yang tepat. Proses imbas menghasilkan corak vektor melalui perisian untuk mengembalikan penyimpangan bahan dan desain. Kawasan pengimbasan 55 x 55 mm. Sistem ini kompatibel dengan perisian CAM dan menyokong semua format data yang biasa digunakan.

Sistem laser telah diusulkan oleh Mis LPKF Jerman. Asas rancangan mekaniknya dibuat dari granit keras, dan keperluan pencerahan permukaannya tidak kurang dari 3μm. Sokongan jadual ditempatkan pada tindakan gas dan dikawal oleh enjin linear. Ketepatan posisi dikawal oleh pengawal kaca, dan kemudahan mengulangnya dijamin untuk berada dalam ± 1μm. Bengkel kerja sendiri dilengkapi dengan sensor optik, yang boleh menyesuaikan dengan tepat kedudukan laser pada titik refleksi yang berbeza untuk mengembalikan distorsi optik dan drift jangka panjang. Selepas penyesuaian, satu siri data penyesuaian yang dijana oleh perisian boleh meliputi seluruh kawasan imbas. Pembalasan skala pemindahan mengambil kira-kira 1 min untuk beroperasi. Setiap perubahan dalam substrat, seperti pelepasan kedudukan dari rujukan, boleh dikesan oleh kamera CCD resolusi tinggi dan dikumpensasi oleh kawalan perisian.

Sistem ini sangat sesuai untuk menghasilkan prototip, kerana ia boleh dibuang dan dikonfigur, dari papan sirkuit cetak fleksibel ke ketat boleh digunakan, termasuk polimer logam, seperti lawan perlindungan, dielektrik, dan sebagainya. Raman et al. memperkenalkan sistem laser ultraviolet kuat-kuat yang paling maju dan aplikasinya dalam produksi mikrofi yang terhubung dengan densiti tinggi.

Lange dan Vollrath menjelaskan pelbagai aplikasi sistem laser ultraviolet (sistem pengeboran garis-mikro 600) dalam pengeboran, bentuk dan memotong. Sistem boleh menggali lubang dan mikro-vias, diameter lubang lapisan tembaga dikurangkan ke 30μm, dan boleh melakukan manipulasi langkah tunggal untuk julat tertentu substrat. Sistem ini juga boleh menghasilkan konduktor luar papan sirkuit cetak dengan lebar minimum 20 μm, kapasitas produksi ia jauh lebih daripada kapasitas fotokimia. Kelajuan produksi sistem ini boleh menjadi 250 latihan, dan ia boleh menerima semua input piawai, seperti Gerber dan HPGL. Kawasan operasinya adalah 640mm x 560mm (25.2in x 22in), dan tinggi materi maksimum adalah 50mm (2in), yang boleh digunakan untuk substrat yang paling umum. Pangkalan meja mesin dan kereta panduannya terbuat dari granit alami, dengan ketepatan ±3μm. Jadual kerja dipandu oleh pemacu linear dan disokong oleh perlindungan udara; kedudukannya dikawal oleh pengawal kaca dengan pembayaran panas, dan akurasinya adalah ± i μm. Pemasangan substrat pada konsol dilakukan oleh peralatan vakum.