Технология PCB - Несколько лазерных скважин на заводе по производству пластин PCB

Лазер - это мощный луч, который возбуждается, когда « лучи» стимулируются внешними источниками и увеличивают энергию. Инфракрасный и видимый свет имеют тепловую энергию, а ультрафиолетовый свет имеет световую энергию. Когда этот свет попадает на поверхность изделия, происходит три явления: отражение, поглощение и проникновение. Основной функцией лазерного бурения является быстрое удаление обрабатываемого материала. Он в основном полагается на фототермальную и фотохимическую абляцию или так называемую резекцию.

В коммерческом производстве ПХБ существуют две лазерные технологии, которые могут быть использованы для лазерного бурения скважин. Длина волны лазера CO2 в дальнем инфракрасном диапазоне, длина волны ультрафиолетового лазера в ультрафиолетовом диапазоне. Лазеры CO2 широко используются в производстве промышленных микроотверстий в печатных платах, требующих диаметра более 100 мкм (Raman, 2001). Для производства этих отверстий с большой апертурой лазеры CO2 имеют высокую производительность, поскольку время штамповки, необходимое для изготовления лазеров с большой апертурой, очень короткое. Ультрафиолетовая лазерная технология широко используется для производства микроотверстий диаметром менее 100 мкм. Используя микросхемы, апертура может быть даже меньше 50 мкм. При изготовлении отверстий диаметром менее 80 мкм ультрафиолетовая лазерная технология может генерировать очень высокую производительность. Поэтому, чтобы удовлетворить растущий спрос на производительность микропористости, многие производители ПХБ начали внедрять двухголовые лазерные буровые системы.

Вот три основных типа лазерных буровых систем, используемых на рынке:

1) Двухголовная ультрафиолетовая буровая система;

2) Двухголовная лазерная буровая система CO2;

3) Лазерные буровые системы (CO2 и UV).

Все эти типы буровых систем имеют свои преимущества и недостатки. Лазерные буровые системы можно просто разделить на два типа: двухбитную одноволновую систему и двухбитную двухволновую систему.

В любом случае, есть две основные части, которые влияют на мощность бурения:

1) Лазерная энергия / импульсная энергия;

2) Система позиционирования луча.

Энергия лазерного импульса и эффективность передачи луча определяют время бурения. Время бурения - это время, когда лазерная буровая установка просверливает микроотверстие, и система позиционирования луча определяет скорость движения между двумя отверстиями. В совокупности эти факторы определяют скорость микропропускания, необходимую лазерному сверлильному станку для изготовления требуемых микроотверстий. Двухголовые ультрафиолетовые лазерные системы лучше всего подходят для бурения отверстий размером менее 90 мкм в интегральных схемах, и их соотношение сторон также велико.

Двухголовая лазерная система CO2 использует Q - переключатель RF для возбуждения лазера CO2. Основными преимуществами системы являются высокая повторяемость (до 100 кГц), короткое время бурения и широкая рабочая поверхность. Для сверления слепого отверстия требуется всего несколько выстрелов, но его качество относительно низкое.

Наиболее часто используемой двухголовой лазерной буровой системой является гибридная лазерная буровая система, состоящая из ультрафиолетовой лазерной головки и лазерной головки CO2. Этот комбинированный метод лазерного бурения может способствовать одновременному бурению меди и диэлектрика. То есть, сверление отверстий в меди с ультрафиолетовым излучением для получения требуемого размера и формы отверстия, а затем сверление на незакрытом диэлектрике с помощью лазера CO2. Процесс бурения осуществляется путем бурения 2 - дюймового X - 2 - дюймового блока, известного как домен.

Лазеры CO2 эффективно удаляют диэлектрики, даже гетерогенные, усиленные стеклом диэлектрики. Тем не менее, один лазер CO2 не может производить небольшие отверстия (менее 75 мкм) и удалять медь. Есть также некоторые исключения, что он может удалить предварительно обработанную медную фольгу менее 5 мкм (Lustino, 2002). Ультрафиолетовый лазер может создавать очень маленькие отверстия, которые удаляют все распространенные медные улицы (3 - 36 мкм, 1оз и даже гальваническую медную фольгу). Ультрафиолетовые лазеры также могут самостоятельно удалять диэлектрические материалы, но медленнее. Кроме того, для неоднородных материалов, таких как усиленное стекло FR - 4, эффект обычно не очень хороший. Это связано с тем, что стекло может быть удалено только тогда, когда плотность энергии увеличивается до определенного уровня, что также может повредить внутреннюю подушку. Поскольку стержневые лазерные системы включают ультрафиолетовые лазеры и лазеры CO2, наилучшие результаты могут быть достигнуты в обеих областях. Ультрафиолетовый лазер может выполнять все медные фольги и отверстия, а лазер CO2 может быстро сверлить диэлектрик. Дырка. На рисунке показана структура двухсторонней лазерной буровой системы с программируемым расстоянием бурения. Расстояние между двумя долотами может быть скорректировано в зависимости от компоновки компонентов, обеспечивая максимальную мощность лазерного бурения.

В настоящее время большинство двухголовых лазерных буровых систем имеют фиксированное расстояние между двумя долотами, и они также имеют технологию шагового повторного позиционирования луча. Преимуществом самих шаговых и повторяющихся лазерных пультов дистанционного управления является большой диапазон регулировки домена (до 50 x 50 мкм). Недостатком является то, что лазерный пульт управления должен постепенно перемещаться в фиксированном поле, а расстояние между двумя долотами фиксировано. Расстояние между двумя долотами типичного двухголового лазерного пульта управления фиксировано (около 150 мкм). Для разных размеров панелей буровые установки с фиксированным расстоянием не могут работать в оптимальной конфигурации, как программируемые винтовые буровые установки.

В настоящее время двухголовые лазерные буровые системы имеют множество характеристик и различных спецификаций и могут использоваться как для мелких производителей печатных плат, так и для крупных производителей ПХБ.

Поскольку керамический оксид алюминия имеет высокую диэлектрическую константу, он используется для изготовления печатных плат. Однако из - за его хрупкости процесс бурения, необходимый для проводки и сборки, трудно выполнить с помощью стандартных инструментов, поскольку механическое давление должно быть сведено к минимуму в это время, что хорошо для лазерного бурения. Rangel et al. (1997) продемонстрировали, что лазеры QNd: YAG могут использоваться для бурения скважин на основе оксида алюминия и на основе оксида алюминия с золотом и якорями. Использование лазеров с короткими импульсами, низкой энергией и высокой пиковой мощностью помогает избежать повреждения образца механическим давлением и может создавать высококачественные отверстия диаметром менее 100 мкм. Эта технология успешно применяется в малошумных микроволновых усилителях с частотным диапазоном 8 - 18 ГГц.

Nd: Лазерная технология YAG используется для обработки слепых и сквозных отверстий на различных материалах PCB. Из них отверстие было пробурено на медной пластине с полиамидным покрытием с минимальной апертурой 25 микрон. Из анализа себестоимости производства наиболее экономичный диаметр составляет 25 - 125 микрон. Скорость бурения скважин составляет 10 000 отверстий в минуту. Можно использовать процесс прямой лазерной штамповки с максимальной апертурой 50 мкм. Внутренняя поверхность образовавшегося отверстия чиста без карбонизации и легко покрыта гальваническим покрытием. Аналогичным образом, отверстие может быть пробурено на пластине с медным покрытием PTFE с минимальным диаметром 25 микрон и наиболее экономичным диаметром 25 - 125 микрон. Скорость бурения составляет 4500 отверстий в минуту. Предварительное травление окон не требуется. Образующиеся отверстия очень чисты и не требуют специальных требований к процессу обработки PCB.