A lézer egy erős fénysugár, amely akkor gerjeszt, amikor egy „sugarat” egy külső inger stimulál, ami növeli annak energiáját. Az infravörös és a látható fénynek hőenergiája van, míg az ultraibolya fénynek optikai energiája van. Amikor az ilyen típusú fény eléri a munkadarab felületét, három jelenség következik be: visszaverődés, elnyelés és behatolás.
A lézerfúrás fő funkciója, hogy a megmunkálandó hordozóanyagot gyorsan el tudja távolítani, elsősorban fototermikus ablációval és fotokémiai ablációval vagy úgynevezett kivágással.
- Fototermikus abláció: A lyukképzés elve, amelyben a megmunkálandó anyag nagy energiájú lézerfényt nyel el, nagyon rövid időn belül olvadásig melegszik, majd elpárolog. Ez az eljárás a szubsztrátum anyagában nagy energiának van kitéve, a megfeketedett elszenesedett maradék fala által kialakított furatban a lyukat előtte meg kell tisztítani.
- Fotokémiai abláció: arra utal, hogy az ultraibolya régió magas fotonenergiájú (több mint 2 eV elektronvolt), a lézer hullámhossza több mint 400 nanométer nagy energiájú fotonok játszanak szerepet az eredményekben. Ezek a nagyenergiájú fotonok tönkretehetik a szerves anyagok hosszú molekulaláncát, kisebb részecskévé válhatnak, energiája pedig nagyobb, mint az eredeti molekuláké, az a szélsőséges erő, amelyből megszökik külső csípőszívás esetén, így a szubsztrátum anyaga gyorsan eltávolítják és mikroporózus képződést okoz. Ez a fajta eljárás nem tartalmaz termikus égést és nem karbonizálódik. Ezért a porálás előtt nagyon könnyen tisztítható. Ezek a lézeres lyukképzés alapelvei. A jelenleg leggyakrabban használt kétféle lézerfúrás: a nyomtatott áramköri lapfúrás lézerrel főként RF-gerjesztésű CO2 gázlézerek és UV szilárdtest-Nd: YAG lézerek.
- A hordozó abszorbanciáján: a lézer sikeraránya közvetlen összefüggésben van a hordozóanyag abszorbanciájával. A nyomtatott áramköri lapok rézfólia és üvegszövet és gyanta kombinációból készülnek, ennek a három anyagnak az abszorbanciája is eltérő a különböző hullámhosszak miatt, de a rézfólia és üvegszövet az ultraibolya tartományban 0.3mμ alatt az elnyelési sebesség nagyobb, de a látható fénybe és az IR-be jelentős csökkenés után. A szerves gyanta anyagok viszont meglehetősen magas abszorpciós sebességet tudnak fenntartani mindhárom spektrális sávban. Ez az a jellemző, amellyel a gyanta anyagok rendelkeznek, és ez az alapja a lézeres fúrási eljárás népszerűségének.
Milyen típusú lézerfúrások állnak rendelkezésre a PCB-gyárakban?
A lézer egy erős fénysugár, amely gerjesztődik, amikor a "sugarakat" egy külső inger stimulálja, amely növeli az energiát, az infravörös és a látható fény hőenergiájú, az ultraibolya fény pedig optikai energiával. Amikor az ilyen típusú fény eléri a munkadarab felületét, három jelenség következik be: visszaverődés, elnyelés és behatolás. A lézerfúrás fő funkciója, hogy gyorsan el tudja távolítani a feldolgozandó hordozóanyagot, ami elsősorban fototermikus ablációval és fotokémiai ablációval vagy úgynevezett kivágással történik.
Két lézertechnológiát használnak a lézerfúráshoz a kereskedelmi NYÁK-gyártásban: a távoli infravörös sáv hullámhosszával rendelkező CO2 lézereket és az ultraibolya sávban lévő UV lézereket. A CO2 lézereket széles körben használják a nyomtatott áramköri lapokon lévő ipari mikroáteresztő furatok előállítására. , amelyeknek 100 μm-nél nagyobb átmérővel kell rendelkezniük (Raman, 2001). Ezeknek a nagy apertúrájú lyukaknak a készítéséhez a CO2 lézerek rendkívül termelékenyek, mivel a nagyon rövid lyukasztási idő szükséges a nagy nyílások CO2 lézerekkel történő előállításához. Az UV-lézeres technológiát széles körben alkalmazzák a 100 μm-nél kisebb átmérőjű mikronyílások gyártásában, mikrogyártású kapcsolási rajzok használata esetén pedig még 50 μm-nél is kisebb átmérőjű mikronyílások gyártásánál. Az UV lézeres technológia nagyon eredményes a 80 μm-nél kisebb átmérőjű furatok készítésében. Ezért, hogy kielégítse a microvia termelékenység iránti növekvő keresletet, sok PCB-gyártó megkezdte a kétfejű lézerfúrórendszerek bevezetését.
A kétfejű lézerfúrórendszerek három fő típusa a piacon jelenleg elérhető:
- Kétfejű UV lézeres fúrórendszerek
- Kétfejű CO2 lézeres fúrórendszerek; és
- Pálcás lézerfúró rendszerek (CO2 és UV)
Minden ilyen típusú fúrórendszernek megvannak a maga előnyei és hátrányai. A lézeres fúrórendszerek egyszerűen két típusra oszthatók, kettős fúrós egyhullámhosszú rendszerekre és kettős fúrós kettős hullámhosszú rendszerekre.
A típustól függetlenül két fő összetevő befolyásolja a lyukak fúrásának képességét:
- A lézer energia/impulzus energia
- A gerenda pozicionáló rendszer
A lézerimpulzus energiája és a sugártovábbítás hatékonysága határozza meg a fúrási időt, a fúrási idő az az idő, amely alatt a lézerfúró egy mikroáteresztő lyukat fúr, és a sugárpozícionáló rendszer határozza meg, hogy mekkora sebességgel tud mozogni a fúrás között. lyukakat. Ezek a tényezők együttesen határozzák meg, hogy a lézerfúrógép milyen sebességgel tudja előállítani az adott követelményhez szükséges mikroviákat. A kétfejes UV lézerrendszerek a legalkalmasabbak 90 μm-nél kisebb lyukak fúrására nagy képarányú integrált áramkörökben.
A kétfejű CO2 lézerrendszer Q-modulált RF-gerjesztett CO2 lézert használ. Ennek a rendszernek a fő előnye a nagy ismételhetőség (100 kHz-ig), a rövid fúrási idők, valamint a széles működési felület, amely lehetővé teszi a zsákfurat fúrását néhány menettel, de a fúrt lyukak minősége javítható. alacsony.
A legelterjedtebb kétfejes lézerfúrórendszer a hibrid lézerfúrórendszer, amely egy UV lézerfejből és egy CO2 lézerfejből áll. Ez a kombinált hibrid lézerfúrási módszer lehetővé teszi a réz és a dielektrikumok egyidejű fúrását. A rezet UV-lézerrel fúrják ki a kívánt furatméret és -forma létrehozása érdekében, majd a CO2 lézerrel közvetlenül ezután fúrják ki a fedetlen dielektrikumot. A fúrási folyamat egy 2 hüvelyk X 2 hüvelykes blokk fúrásával valósul meg, amelyet mezőnek neveznek.
A CO2 lézer hatékonyan távolítja el a dielektrikumokat, még a nem egyenletes üvegerősítésű dielektrikumokat is. Egyetlen CO2 lézer azonban nem képes kis lyukakat készíteni (75 μm-nél kisebb) és eltávolítani a rezet, azzal a néhány kivétellel, hogy képes eltávolítani az 5 μm-nél kisebb, előkezelt vékony rézfóliákat (lustino, 2002). Az UV-lézer képes nagyon kis lyukakat készíteni, és eltávolítani az összes szokásos réz utcát (3 - 36 μm, 1 uncia, akár bevont rézfólia). Az UV-lézer önmagában is képes eltávolítani a dielektromos anyagokat, de lassabban. Ezenkívül a nem egyenletes anyagok, például az FR{10}} megerősített üveg esetében az eredmények általában rosszak. Az üveg ugyanis csak akkor távolítható el, ha az energiasűrűséget egy bizonyos szintre növeljük, ami a belső párnákat is tönkreteszi. Mivel a pálcikalézer rendszer UV lézerből és CO 2 lézerből áll, így mindkét területen optimális, az UV lézerrel minden rézfólia, kis lyuk elkészíthető, a CO 2 lézerrel pedig a dielektrikumok gyorsan fúrhatók. Az ábra egy kétfejes lézerfúró rendszer felépítését szemlélteti programozható fúrási távolsággal. A két fúró közötti távolság az alkatrészek elrendezésének megfelelően önmagában állítható, ami maximális lézeres fúrási képességet biztosít.
Napjainkban a legtöbb kétfejes lézerfúrórendszerben a két fúró közötti távolság rögzítve van, lépéses és ismétlődő sugárpozícionáló technológiával. Maga a lépés- és ismétléses lézeres távirányító előnye a tartomány nagy beállítási tartománya (akár (50 X 50) μm). Hátránya, hogy a lézeres telekonvertert fix mezőn kell átlépni és a két fúró közötti távolság fix. Egy tipikus kétfejű lézeres távszabályozó két fúrója közötti távolság rögzített (kb. 150 μm). Különböző panelméretek esetén a rögzített távolságú fúrók nem konfigurálhatók optimálisan a művelet végrehajtásához, valamint a programozható távtartó fúrók.
Napjaink kétfejes lézerfúrórendszerei széles méret- és teljesítményválasztékban állnak rendelkezésre mind a kisméretű PCB-gyártók, mind a nagy volumenű NYÁK-gyártók számára.
A kerámia-alumínium-oxidot a nyomtatott áramköri lapok gyártásához használják nagy dielektromos állandója miatt. Törékenysége miatt azonban a vezetékezéshez és összeszereléshez szükséges fúrási folyamat standard szerszámokkal nehézkes, mivel a mechanikai igénybevételt minimálisra kell csökkenteni, ami lézeres fúrásnál jó.Rangel et al. (1997) bebizonyították, hogy timföldhordozók, valamint arannyal és horgonyokkal bevont timföldhordozók esetében lehetséges a hangolt QNd:YAG lézerrel fúrni. A rövid impulzusú, alacsony energiájú, nagy csúcsteljesítményű lézer alkalmazása segített elkerülni a minta mechanikai igénybevétel általi károsodását, és kiváló minőségű, 100 μm-nél kisebb átmérőjű átmenő furatokat eredményezett. Ezt a technológiát sikeresen alkalmazzák alacsony zajszintű mikrohullámú erősítőkben a 8 - 18 GHz-es frekvenciatartományban.
Az Nd:YAG lézertechnológiát a vak- és átmenőlyukak megmunkálására is alkalmazták számos anyagban. Ezek közé tartozik a legalább 25 mikron furatátmérőjű poliimid rézbevonatú laminátumok előfuratainak fúrása. A gyártási költségeket elemezve a leggazdaságosabb használt átmérő 25-125 mikron. A fúrási sebesség 10,000 lyuk/perc. Közvetlen lézeres lyukasztási eljárás használható, a furat átmérője akár 50 mikron. A fröccsöntött lyukak belső felülete tiszta, karbonizációtól mentes, könnyen bevonható. Ugyanez lehet a PTFE rézbevonatú laminált lyukak fúrásánál is, a legkisebb furat átmérője 25 mikron, a leggazdaságosabb átmérő 25-125 mikron. A fúrási sebesség 4500 lyuk/perc. Az ablakok előmaratása nem szükséges. A keletkező lyukak tiszták, és nem igényelnek további különleges feldolgozási követelményeket.
