Teknik PCB - Beberapa jenis pengeboran laser di kilang papan PCB

Laser adalah sinar cahaya yang kuat yang teruja apabila "sinar" disegerakan oleh sumber luar dan meningkat tenaga. Cahaya inframerah dan cahaya terlihat mempunyai tenaga panas, dan cahaya ultraviolet mempunyai tenaga optik. Apabila jenis cahaya ini memukul permukaan bahagian kerja, tiga fenomena berlaku: refleksi, absorpsi dan penetrasi. Fungsi utama pengeboran laser adalah untuk membuang dengan cepat bahan substrat yang akan diproses. Ia bergantung pada ablasi fototermal dan ablasi fotokimia, atau yang disebut excision.

Dalam produksi PCB komersial, terdapat dua teknologi laser yang boleh digunakan untuk pengeboran laser. Panjang gelombang laser CO2 berada dalam band inframerah jauh, dan panjang gelombang laser ultraviolet berada dalam band ultraviolet. Laser CO2 digunakan secara luas dalam produksi mikro-vias industri di papan sirkuit cetak, dan diameter mikro-vias diperlukan untuk lebih dari 100 μm (Raman, 2001). Untuk produksi lubang terbuka besar ini, laser CO2 mempunyai produktifiti tinggi, kerana masa punching yang diperlukan untuk laser CO2 untuk membuat lubang besar adalah sangat pendek. Teknologi laser ultraviolet digunakan secara luas dalam produksi mikropore dengan diameter kurang dari 100 μm. Dengan menggunakan diagram sirkuit miniatur, terbuka bahkan boleh kurang dari 50μm. Teknologi laser ultraviolet menghasilkan hasil yang sangat tinggi apabila membuat lubang kurang dari 80 μm dalam diameter. Oleh itu, untuk memenuhi permintaan yang meningkat untuk produktifiti lubang mikro, ramai pembuat PCB telah mula memperkenalkan sistem pengeboran laser dua kepala.

Berikut adalah tiga jenis utama sistem pengeboran laser dua kepala yang digunakan di pasar hari ini:

1) Sistem pengeboran ultraviolet dua kepala;

2) Sistem pengeboran laser CO2 kepala ganda;

3) Stick laser drilling system (CO2 and UV).

Semua jenis sistem pengeboran ini mempunyai keuntungan dan kelemahan mereka sendiri. Sistem pengeboran laser boleh dibahagi menjadi dua jenis, sistem panjang gelombang tunggal dua bit dan sistem panjang gelombang dua bit.

Walaupun jenis, terdapat dua bahagian utama yang mempengaruhi kemampuan untuk menggali:

1) tenaga laser/tenaga denyut;

2) Sistem posisi sinar.

tenaga denyut laser dan efisiensi pemindahan sinar menentukan masa pengeboran. Masa pengeboran merujuk kepada masa bagi mesin pengeboran laser untuk mengeboran mikro melalui lubang, dan sistem posisi cahaya menentukan kelajuan pergerakan antara dua lubang. Faktor-faktor ini bersama menentukan kelajuan mesin pengeboran laser untuk membuat mikro-vias yang diperlukan oleh keperluan yang diberikan. Sistem laser UV dua kepala paling sesuai untuk lubang pengeboran yang lebih kecil dari 90μm dalam sirkuit terintegrasi, dan nisbah aspeknya juga sangat tinggi.

Sistem laser CO2 dua kepala menggunakan laser RF yang ditukar Q. Keuntungan utama sistem ini adalah kebolehan mengulangi tinggi (sehingga 100kHz), masa pengeboran pendek, dan permukaan operasi lebar. Ia hanya mengambil beberapa tembakan untuk menggali lubang but a, tetapi kualiti menggali akan relatif rendah.

Sistem pengeboran laser dua kepala yang paling biasa digunakan adalah sistem pengeboran laser hibrid, yang terdiri dari kepala laser ultraviolet dan kepala laser CO2. Kaedah pengeboran laser hibrid yang digunakan secara keseluruhan ini boleh memudahkan pengeboran bersamaan tembaga dan dielektrik. Ianya, tembaga dibuang dengan sinar ultraviolet untuk menghasilkan saiz dan bentuk lubang yang diperlukan, dan kemudian laser CO 2 digunakan untuk menggunakan untuk menggunakan dielektrik yang tidak ditemukan. Proses pengeboran dilakukan dengan pengeboran blok 2in X 2in, blok ini dipanggil domain.

Laser CO2 secara efektif menghapuskan dielektrik, walaupun dielektrik kaca tidak seragam. Namun, laser CO2 tunggal tidak boleh membuat lubang kecil (kurang dari 75μm) dan membuang tembaga. Terdapat beberapa pengecualian, iaitu, ia boleh menghapuskan foil tembaga tipis yang telah dirawat dahulu di bawah 5μm (lustino, 2002). Laser ultraviolet boleh membuat lubang yang sangat kecil, dan boleh membuang semua jalan tembaga biasa (3-36μm, 1oz, dan bahkan foil tembaga elektroplad). Laser ultraviolet juga boleh membuang bahan dielektrik sendirian, tetapi dengan kelajuan yang lebih lambat. Selain itu, untuk bahan-bahan yang tidak seragam, seperti kaca kuat FR-4, kesan biasanya tidak baik. Ini kerana kaca hanya boleh dibuang apabila densiti tenaga meningkat ke tahap tertentu, yang juga akan merusak pads dalam. Kerana sistem laser stik termasuk laser ultraviolet dan laser CO 2, ia boleh mencapai yang terbaik dalam kedua-dua medan. Laser ultraviolet boleh menyelesaikan semua foil tembaga dan lubang kecil, dan laser CO 2 boleh menggali dielektrik dengan cepat. lubang. Figur ini menunjukkan struktur sistem pengeboran laser dua kepala dengan jarak pengeboran yang boleh diprogram. Jarak antara dua bit pengeboran boleh disesuaikan mengikut bentangan komponen, yang memastikan kapasitas pengeboran laser maksimum.

Sekarang, kebanyakan sistem pengeboran laser dua kepala mempunyai jarak tertentu antara dua bit pengeboran, dan mereka juga mempunyai teknologi posisi cahaya langkah-dan-ulang. Keuntungan pengawal jauh laser langkah demi langkah adalah julat penyesuaian domain besar (hingga (50 X 50) μm). Kegagalan ialah penegak jauh laser mesti bergerak langkah demi langkah dalam domain tertentu, dan jarak diantara dua bit latihan tetap. Jarak antara dua bit latihan bagi pengendali jarak laser dua kepala biasa ditetapkan (kira-kira 150μm). Untuk saiz panel berbeza, latihan jarak ditetapkan tidak boleh beroperasi dalam konfigurasi terbaik seperti latihan pitch yang boleh diprogram.

Hari ini, sistem pengeboran laser dua kepala mempunyai pelbagai prestasi dengan spesifikasi yang berbeza, yang boleh dilaksanakan kepada penghasil papan sirkuit cetak kecil serta penghasil PCB volum besar.

Kerana alumina keramik mempunyai konstan dielektrik tinggi, ia digunakan untuk menghasilkan papan sirkuit cetak. Namun, disebabkan kelemahannya, proses pengeboran yang diperlukan untuk kabel dan pemasangan adalah sukar untuk disempurnakan dengan alat piawai, kerana tekanan mekanik mesti dikurangi ke minimum pada masa ini, yang adalah perkara yang baik untuk pengeboran laser. Rangel et al. (1997) membuktikan bahawa bagi substrat alumina dan substrat alumina dikelilingi emas dan jangkar, QNd: laser YAG boleh digunakan untuk pengeboran. Penggunaan laser tenaga pendek, rendah dan kuasa tinggi membantu menghindari kerosakan sampel dengan tekanan mekanik, dan boleh menghasilkan kualiti tinggi melalui lubang dengan diameter kurang dari 100 μm. Teknologi ini telah berjaya dilaksanakan dalam penyembah mikrogelombang bunyi rendah dengan julat frekuensi 8-18 GHz.

Nd: Teknologi laser YAG digunakan untuk memproses lubang buta dan melalui lubang pada banyak jenis bahan PCB. Di antara mereka, lubang melalui terbongkar pada laminat tertutup tembaga poliimid, diameter lubang minimum ialah 25 mikron. Dari analisis kos produksi, diameter paling ekonomi ialah 25-125 mikron. Kelajuan pengeboran adalah 10000 lubang/min. Proses tolak laser langsung boleh digunakan, dan terbuka maksimum ialah 50 mikron. Permukaan dalaman lubang terbentuk bersih dan bebas karbonisasi, dan mudah untuk elektroplasi. Dengan cara yang sama, melalui lubang boleh dibuang dalam laminat tertutup tembaga PTFE, diameter paling kecil ialah 25 mikron, dan diameter paling ekonomi ialah 25-125 mikron. Kelajuan pengeboran adalah 4500 lubang/min. Tidak perlu menata-dahulu keluar tetingkap. Lubang terbentuk sangat bersih, dan tidak diperlukan peraturan proses PCB istimewa.