Elektroniikkalaitteiden avainkomponenttina piirilevyjen valmistusprosessien tarkkuus ja tehokkuus vaikuttavat suoraan elektroniikkatuotteiden suorituskykyyn ja laatuun. Elektroniikkatuotteiden jatkuvan kehityksen myötä miniatyrisointiin ja korkeaan suorituskykyyn on asetettu korkeampia vaatimuksia piirilevyjen suunnittelulle ja valmistukselle. Heidän joukossaanporaustekniikkaon tärkeä osa piirilevyjen valmistusta, ja perinteinen mekaaninen poraus ei vähitellen pysty täyttämään yhä tiukentuvia vaatimuksia. Laserporausteknologiasta ainutlaatuisine etuineen on tullut yhä tärkeämpi piirilevyjen valmistuksessa.
1, Laserporaustekniikan periaatteet
Laserporaus, joka tunnetaan myös nimellä laserporaus, perustuu laserien korkean energian ja korkean tarkennusominaisuuksien hyödyntämisen periaatteeseen. Laser tuottaa korkean{1}}energisen lasersäteen, joka kohdistetaan tiettyyn kohtaan piirilevyllä linssijärjestelmän kautta. Kun korkeaenerginen lasersäde säteilytetään piirilevylle, säteilytetyssä asennossa oleva materiaali imee välittömästi laserenergian, mikä aiheuttaa jyrkän lämpötilan nousun ja materiaalin nopean sulamisen tai jopa kaasutuksen, mikä johtaa reikien muodostumiseen. Tämä kosketukseton työstömenetelmä välttää mekaaniset jännitys- ja kulumisongelmat, jotka aiheutuvat poranterän ja materiaalin välisestä kosketuksesta mekaanisessa porauksessa.
Laserin ja materiaalien vuorovaikutuksessa on kaksi päämekanismia: fototerminen ablaatio ja fotokemiallinen ablaatio. Fototerminen ablaatio tarkoittaa korkean{1}}energisen laserin jatkuvaa absorptiota prosessoituun materiaaliin, joka kuumennetaan sulaan tilaan hyvin lyhyessä ajassa. Lämpötila jatkaa nousuaan, jolloin materiaali höyrystyy ja lopulta haihtuu muodostaen mikrohuokosia. Ja fotokemiallinen ablaatio johtuu lyhyen aallonpituisten laserien fotonien suuresta energiasta (yli 2 eV), jotka voivat tuhota orgaanisten materiaalien pitkät molekyyliketjut, muuntaa ne hiukkasiksi ja irrottaa ne prosessointimateriaalista. Jatkuvan ulkoisen lasertoiminnan alaisena substraattimateriaali karkaa jatkuvasti muodostaen mikrohuokosia. Varsinaisessa PCB-laserporauksessa nämä kaksi mekanismia esiintyvät usein rinnakkain, ja erityinen mekanismi riippuu tekijöistä, kuten laserin aallonpituudesta, energiasta ja materiaaliominaisuuksista.
2, laserporaustekniikan edut
(1) Suuri tarkkuus
Laserporauksella voidaan saavuttaa äärimmäisen pieni aukko ja korkea reiän sijainnin tarkkuus, jolloin aukko on yleensä niinkin pieni kuin kymmeniä mikrometrejä ja reiän sijainnin poikkeamaa hallitaan hyvin pienellä alueella. Perinteiseen mekaaniseen poraukseen verrattuna laserporauksella on merkittäviä etuja tarkkuuden suhteen, mikä voi täyttää nykyaikaisen korkeatiheyksisen piirilevyjohdotuksen vaatimukset, varmistaa piirien liitäntöjen tarkkuuden ja vakauden sekä parantaa huomattavasti piirilevyjen suorituskykyä ja luotettavuutta.
(2) Koneistettava pieni aukko
Elektroniikkatuotteiden miniatyrisointitrendin myötä piirilevyjen pienempien aukkojen kysyntä kasvaa. Laserporaustekniikalla voidaan helposti porata pieniä reikiä, joiden halkaisija on vähintään 2 mil (0,002 tuumaa), kun taas mekaanisella porauksella saavutetaan noin 6 mil (0,006 tuumaa) minimihalkaisija. Mahdollisuus käsitellä pieniä aukkoja mahdollistaa piirilevyjen miniatyrisoinnin, jolloin elektroniikkatuotteet voivat integroida enemmän toimintoja pienempään tilaan.
(3) Kosketukseton käsittely
Laserporauksessa käytettävän kosketuksettoman -menetelmän ansiosta fyysinen kitka ja kosketuspaine poranterän ja piirilevymateriaalin välillä vältetään, mikä ei aiheuta levylle mekaanisia vaurioita ja vähentää tehokkaasti ongelmien, kuten levyn muodonmuutosten ja halkeamien, esiintymistä. Tämä on erityisen tärkeää pcb-materiaaleille, jotka ovat suhteellisen pehmeitä tai vaativat erittäin korkeaa käsittelytarkkuutta, mikä voi parantaa merkittävästi tuotteiden myötöastetta.
(4) Nopea käsittelynopeus
Vaikka laserporauksella ei välttämättä ole absoluuttista etua yhden reiän käsittelyajassa verrattuna mekaaniseen poraukseen, sen ominaisuudet, kuten poranterän vaihtamisen tarve ja nopea asemointi, parantavat huomattavasti kokonaiskäsittelyn tehokkuutta eräkäsittelyssä. Ja laserteknologian jatkuvan kehityksen myötä myös laserporauksen nopeus kasvaa jatkuvasti, mikä voi vastata suuren-mittakaavan tuotannon tarpeisiin.
(5) Suuri joustavuus
Laserporauksella voidaan käsitellä erilaisia monimutkaisia muotoja ja materiaaleja sisältäviä piirilevyjä, olipa kyseessä sitten jäykkä kupari{0}}pinnoitettu laminaatti tai taipuisa polyimidikalvo, sillä se käsittelee niitä helposti. Sillä välin säätämällä laserin parametreja, kuten tehoa, pulssin leveyttä, taajuutta jne., porausreiän syvyyttä ja halkaisijaa voidaan säätää joustavasti vastaamaan erilaisia suunnitteluvaatimuksia.
3, laserporauslaitteiden tyypit
Piirilevyjen valmistusteollisuudessa yleisesti käytetyt laserporauslaitteet jaetaan pääasiassa kahteen luokkaan eri valonlähteiden perusteella: UV-nanosekunnin laserporakoneet, joiden aallonpituus on 355 nm, ja CO ₂ -porakoneet, joiden aallonpituus on 9400 nm.
(1) UV nanosekunnin laserporakone
UV nanosekunnin laserporakoneen porausmekanismi on pääasiassa fotokemiallinen ablaatio. Sen lyhyen aallonpituuden laserin korkeaenergiset fotonit voivat tuhota tehokkaasti orgaanisten materiaalien molekyyliketjut. Porausprosessin aikana lämpöablaatioreaktiota tapahtuu vain vähän ja karbideja syntyy vain vähän, mikä tekee huokoisen kuparin esikäsittelystä erittäin yksinkertaisen-. Lisäksi laite voi poistaa kuparifolion suoraan ilman ylimääräistä-esikäsittelyä ennen poraamista. Tämä laite sopii tilanteisiin, joissa reiän seinämän laatu on erittäin korkea ja reiän sisällä ei vaadita hiiltymisjäämiä, kuten joidenkin huippuluokan elektroniikkatuotteiden, kuten älypuhelimien ja tablettien emolevyjen, valmistuksessa.
(2) CO ₂ -porakone
CO ₂ -porakoneen porausmekanismi on pääasiassa fototerminen ablaatio. Käsitelty materiaali sulaa ja höyrystyy nopeasti muodostaen mikrohuokosia korkean{1}}energisen laserin jatkuvan absorption jälkeen. Fototermisen ablaatioprosessin vuoksi reiän seinämään jää karbidijäämiä, joten esikäsittely vaaditaan ennen ja jälkeen porauksen. CO ₂ -porakone käyttää yleensä ultraohutta kuparifoliota suoraa ablaatiota varten (kuten 12um:n peruskupari, joka on yleensä vähennettävä 9 um:iin), ja sen porausnopeus on parempi kuin UV-laserporauksessa. Se soveltuu lasikuitumateriaaleja sisältävien piirilevyjen poraamiseen dielektrisessä kerroksessa, ja sitä käytetään laajalti joidenkin tavallisten elektronisten tuotteiden ja teollisuuden ohjauspiirilevyjen valmistuksessa.
4, laserporausprosessin virtaus
(1) Alustava valmistelu
PCB-levyn valmistelu: Varmista, että piirilevyn materiaali, paksuus, kuparikalvon paksuus ja muut parametrit täyttävät suunnitteluvaatimukset, ja suorita piirilevyn pintapuhdistus epäpuhtauksien, kuten öljyn ja pölyn, poistamiseksi laserin ja materiaalien tehokkaan vuorovaikutuksen varmistamiseksi.
Laitteen virheenkorjaus: PCb-levyn parametrien ja porausvaatimusten perusteella debug laserporauslaitteistossa ja aseta sopivat parametrit, kuten laserin teho, pulssin leveys, taajuus, porausnopeus, polttoväli jne. Tarkista samalla, että laitteen optinen polkujärjestelmä, jäähdytysjärjestelmä, ohjausjärjestelmä jne. toimivat normaalisti.
(2) Porausprosessi
Paikannus: Laitteen paikannusjärjestelmää käyttämällä, aseta piirilevy tarkasti työpöydälle ja määritä porausasento suunnitteluvaatimusten mukaan. Nykyaikaiset laserporauslaitteet on yleensä varustettu erittäin-tarkoilla visuaalisilla paikannusjärjestelmillä, jotka voivat nopeasti ja tarkasti tunnistaa piirilevylle merkityt kohdat, saavuttaa automaattisen paikantamisen ja parantaa porauksen tarkkuutta.
Poraus: Käynnistä laser, ja lasersäde poraa reikiä piirilevylle esiaseteltujen parametrien ja polun mukaisesti. Porausprosessin aikana voidaan käyttää yhtä tai useampaa porausmenetelmää eri prosessivaatimusten mukaan. Joissakin syvemmissä rei'issä tai tilanteissa, joissa vaaditaan korkeaa seinän laatua, useita porauksia voi olla tarpeen syventää asteittain joka kerta reiän laadun varmistamiseksi.
(3) Myöhempi käsittely
Puhdistus: Porauksen jälkeen piirilevyn pinnalle ja reikien sisään jää jonkin verran sulaneen materiaalin jäämiä ja roskia, jotka on puhdistettava. Yleensä ultraäänipuhdistusta, kemiallista puhdistusta ja muita menetelmiä käytetään piirilevyn upottamiseksi puhdistusliuokseen. Ultraääniaaltojen värähtelyn tai kemiallisten reagenssien vaikutuksesta jäämät ja roskat poistetaan reikien puhtauden varmistamiseksi.
Testaus: Suorita PCB-levyn kattava tarkastus porauksen jälkeen, mukaan lukien aukon koko, reiän sijainnin tarkkuus, reiän seinämän laatu ja muut näkökohdat. Yleisimmin käytettyjä havainnointimenetelmiä ovat mikroskooppitunnistus, elektronipyhkäisymikroskooppitunnistus, automaattinen optinen tunnistus jne. Testauksen avulla porausprosessin aikana ilmenevät ongelmat, kuten aukon poikkeama, reiän sijainnin poikkeama, karkea reiän seinämä, jäännös jne., voidaan havaita oikea-aikaisesti ja säätää ja parantaa vastaavasti.
Rei'ityskäsittely: Sähköliitäntää vaativissa rei'issä kerros metallia, kuten kuparia, kerrostetaan reiän seinämään, jotta reiästä tulee sähköä johtava. Perforointikäsittelyssä käytetään yleensä kemiallista kuparipinnoitusta tai kuparin galvanointia. Ensin reiän seinämään tehdään kemiallinen kuparipinnoitus ohuen johtavan kerroksen muodostamiseksi, ja sitten kuparikerrosta paksunnetaan edelleen galvanoimalla kuparia sähköisen suorituskyvyn vaatimusten täyttämiseksi.
PCB-laserporaustekniikka, joka on avainteknologia nykyaikaisessa elektroniikkavalmistuksessa, perustuu sen korkeaan tarkkuuteen