Ako kľúčový komponent elektronických zariadení, presnosť a efektívnosť výrobných procesov PCB priamo ovplyvňuje výkon a kvalitu elektronických produktov. S neustálym vývojom elektronických produktov smerom k miniaturizácii a vysokému výkonu boli kladené vyššie požiadavky na dizajn a výrobu PCB. Medzi nimitechnológia vŕtaniaje dôležitou súčasťou výroby dosiek plošných spojov a tradičné mechanické vŕtanie postupne nedokáže splniť čoraz prísnejšie požiadavky. Technológia laserového vŕtania so svojimi jedinečnými výhodami sa stáva čoraz dôležitejšou pri výrobe dosiek plošných spojov.
1, Princípy technológie laserového vŕtania
Laserové vŕtanie, známe tiež ako laserové vŕtanie, je založené na princípe využitia vysokej energie a vysokej zaostrovacej schopnosti laserov. Laser generuje vysokoenergetický laserový lúč, ktorý je zaostrený na určené miesto na doske plošných spojov cez systém šošoviek. Keď sa vysokoenergetický laserový lúč ožaruje na dosku plošných spojov, materiál v ožiarenej polohe okamžite absorbuje laserovú energiu, čo spôsobí prudké zvýšenie teploty a rýchle topenie alebo dokonca splyňovanie materiálu, čo vedie k tvorbe dier. Táto bez{5}}metóda obrábania zabraňuje mechanickému namáhaniu a problémom s opotrebovaním spôsobeným kontaktom medzi vrtákom a materiálom pri mechanickom vŕtaní.
Existujú dva hlavné mechanizmy interakcie medzi laserom a materiálmi: fototermálna ablácia a fotochemická ablácia. Fototermálna ablácia označuje nepretržitú absorpciu vysokoenergetického lasera spracovávaným materiálom, ktorý sa vo veľmi krátkom čase zahreje do roztaveného stavu. Teplota stále stúpa, čo spôsobuje, že sa materiál vyparuje a nakoniec sa vyparí za vzniku mikropórov. A fotochemická ablácia je spôsobená vysokou energiou (viac ako 2 eV) fotónov z laserov s krátkou vlnovou dĺžkou, ktoré môžu zničiť dlhé molekulárne reťazce organických materiálov, premeniť ich na častice a oddeliť ich od spracovávaného materiálu. Pri nepretržitom externom pôsobení lasera materiál substrátu nepretržite uniká a vytvára mikropóry. Pri skutočnom laserovom vŕtaní do PCB tieto dva mechanizmy často koexistujú a špecifický mechanizmus závisí od faktorov, ako je vlnová dĺžka, energia a materiálové vlastnosti lasera.
2, Výhody technológie laserového vŕtania
(1) Vysoká presnosť
Laserové vŕtanie môže dosiahnuť extrémne malú apertúru a vysokú presnosť polohy otvoru, pričom clona je obyčajne malá ako desiatky mikrometrov a odchýlka polohy otvoru je riadená vo veľmi malom rozsahu. V porovnaní s tradičným mechanickým vŕtaním má laserové vŕtanie významné výhody v presnosti, ktorá môže spĺňať požiadavky moderného-zapojenia plošných spojov s vysokou hustotou, zabezpečiť presnosť a stabilitu pripojení obvodov a výrazne zlepšiť výkon a spoľahlivosť plošných spojov.
(2) Obrobiteľný malý otvor
S trendom miniaturizácie elektronických produktov sa zvyšuje dopyt po menších otvoroch na doskách plošných spojov. Technológia laserového vŕtania môže ľahko vyvŕtať malé otvory s minimálnym priemerom 2 mil (0,002 palca), zatiaľ čo mechanické vŕtanie dosahuje minimálny priemer približne 6 mil (0,006 palca). Schopnosť spracovať malé otvory poskytuje možnosť miniaturizácie dizajnu PCB, čo umožňuje elektronickým produktom integrovať viac funkcií na menšom priestore.
(3) Bezkontaktné spracovanie
Vďaka bez{0}}kontaktnej metóde používanej pri laserovom vŕtaní sa zabráni fyzickému treniu a kontaktnému tlaku medzi vrtákom a materiálom dosky plošných spojov, čo nespôsobí mechanické poškodenie dosky a účinne zníži výskyt problémov, ako je deformácia dosky a praskliny. Toto je obzvlášť dôležité pre materiály plošných spojov, ktoré sú relatívne mäkké alebo vyžadujú extrémne vysokú presnosť spracovania, čo môže výrazne zlepšiť výťažnosť produktov.
(4) Vysoká rýchlosť spracovania
Hoci laserové vŕtanie nemusí mať absolútnu výhodu v čase spracovania jedného otvoru v porovnaní s mechanickým vŕtaním, jeho vlastnosti, ako je potreba výmeny vrtáka a rýchle umiestnenie, výrazne zlepšujú celkovú efektivitu spracovania pri dávkovom spracovaní. A s neustálym vývojom laserovej technológie sa rýchlosť laserového vŕtania tiež neustále zvyšuje, čo môže uspokojiť potreby-výroby vo veľkom meradle.
(5) Vysoká flexibilita
Laserové vŕtanie sa dá použiť na spracovanie dosiek plošných spojov rôznych zložitých tvarov a materiálov, či už ide o pevné meďou-plátované lamináty alebo flexibilné polyimidové fólie, ľahko si s nimi poradí. Medzitým úpravou parametrov lasera, ako je výkon, šírka impulzu, frekvencia atď., je možné flexibilne ovládať hĺbku a priemer vrtu, aby vyhovoval rôznym konštrukčným požiadavkám.
3, Typy laserových vŕtacích zariadení
V priemysle výroby dosiek plošných spojov sa bežne používané laserové vŕtacie zariadenia delia hlavne do dvoch kategórií na základe rôznych svetelných zdrojov: UV nanosekundové laserové vŕtačky s vlnovou dĺžkou 355 nm a vŕtačky CO ₂ s vlnovou dĺžkou 9 400 nm.
(1) UV nanosekundový laserový vŕtací stroj
Vŕtacím mechanizmom UV nanosekundového laserového vŕtacieho stroja je hlavne fotochemická ablácia. Vysokoenergetické fotóny jeho lasera s krátkou vlnovou dĺžkou môžu účinne zničiť molekulárne reťazce organických materiálov. Počas procesu vŕtania dochádza k malej tepelnej ablačnej reakcii a vytvára sa len veľmi málo karbidov, čo robí proces pred{3}}úpravy poréznej medi veľmi jednoduchým. Okrem toho môže zariadenie priamo odstrániť medenú fóliu bez potreby ďalšej pred{5}}úpravy pred vŕtaním. Toto zariadenie je vhodné pre situácie, kde je kvalita steny otvoru extrémne vysoká a vo vnútri otvoru nie sú potrebné žiadne zvyšky karbonizácie, ako napríklad pri výrobe dosiek plošných spojov niektorých špičkových elektronických produktov, ako sú základné dosky smartfónov a tabletov.
(2) Stroj na vŕtanie CO ₂
Vŕtacím mechanizmom vŕtačky CO ₂ je hlavne fototermálna ablácia. Spracovaný materiál sa po nepretržitej absorpcii vysokoenergetického lasera rýchlo topí a vyparuje a vytvára mikropóry. V dôsledku procesu fototermálnej ablácie budú na stene otvoru ostať karbidové zvyšky, takže pred vŕtaním a po ňom je potrebná predbežná úprava-. Vŕtací stroj s CO ₂ zvyčajne používa ultra-tenkú medenú fóliu na priamu abláciu (ako je 12um základná meď, ktorú je vo všeobecnosti potrebné zmenšiť na 9um) a jeho rýchlosť vŕtania je lepšia ako vŕtanie UV laserom. Je vhodný na vŕtanie dosiek plošných spojov obsahujúcich materiály zo sklenených vlákien v dielektrickej vrstve a je široko používaný pri výrobe niektorých bežných elektronických výrobkov a dosiek s plošnými spojmi pre priemyselné riadenie.
4, tok procesu laserového vŕtania
(1) Predbežná príprava
Príprava dosky plošných spojov: Zabezpečte, aby materiál, hrúbka, hrúbka medenej fólie a ďalšie parametre dosky plošných spojov spĺňali požiadavky na dizajn a vykonajte povrchové čistenie dosky plošných spojov, aby sa odstránili nečistoty, ako je olej a prach, aby sa zabezpečila efektívna interakcia medzi laserom a materiálmi.
Ladenie zariadenia: Na základe parametrov dosky plošných spojov a požiadaviek na vŕtanie odlaďte laserové vŕtacie zariadenie a nastavte vhodné parametre, ako je výkon lasera, šírka impulzu, frekvencia, rýchlosť vŕtania, ohnisková vzdialenosť atď. Zároveň skontrolujte, či systém optickej dráhy, chladiaci systém, riadiaci systém atď. zariadenia funguje normálne.
(2) Proces vŕtania
Umiestnenie: Pomocou polohovacieho systému zariadenia presne umiestnite dosku plošných spojov na pracovný stôl a určte polohu vŕtania podľa konštrukčných požiadaviek. Moderné laserové vŕtacie zariadenia sú zvyčajne vybavené-veľmi presnými vizuálnymi pozičnými systémami, ktoré dokážu rýchlo a presne identifikovať označené body na doske plošných spojov, dosiahnuť automatické určovanie polohy a zlepšiť presnosť vŕtania.
Vŕtanie: Spustite laser a laserový lúč vyvŕta otvory na doske plošných spojov podľa prednastavených parametrov a dráhy. Počas procesu vŕtania je možné použiť jednoduché alebo viacnásobné metódy vŕtania podľa rôznych požiadaviek procesu. Pre niektoré hlbšie otvory alebo situácie, kde sa vyžaduje vysoká kvalita steny, môže byť potrebné viacnásobné vŕtanie, ktoré sa zakaždým postupne prehlbuje, aby sa zabezpečila kvalita otvoru.
(3) Následné spracovanie
Čistenie: Po vŕtaní zostanú na povrchu a vnútri otvorov dosky plošných spojov nejaké zvyšky roztaveného materiálu a nečistoty, ktoré je potrebné vyčistiť. Zvyčajne sa na ponorenie dosky plošných spojov do čistiaceho roztoku používa ultrazvukové čistenie, chemické čistenie a iné metódy. Vibráciou ultrazvukových vĺn alebo pôsobením chemických činidiel sa odstraňujú zvyšky a nečistoty, aby sa zabezpečila čistota otvorov.
Testovanie: Po vŕtaní vykonajte komplexnú kontrolu dosky plošných spojov vrátane veľkosti otvoru, presnosti polohy otvoru, kvality steny otvoru a ďalších aspektov. Bežne používané metódy detekcie zahŕňajú detekciu mikroskopom, detekciu pomocou elektrónového skenovacieho mikroskopu, automatickú optickú detekciu atď. Prostredníctvom testovania je možné včas odhaliť problémy, ktoré sa vyskytnú počas procesu vŕtania, ako je odchýlka otvoru, odchýlka polohy otvoru, hrubá stena otvoru, zvyšky atď.
Perforačná úprava: Pri otvoroch, ktoré si vyžadujú elektrické pripojenie, sa na stenu otvoru nanesie vrstva kovu, napríklad medi, aby bol otvor vodivý. Perforačná úprava zvyčajne využíva metódu chemického pokovovania medi alebo galvanického pokovovania medi. Najprv sa na stene otvoru uskutoční chemické pokovovanie medi, aby sa vytvorila tenká vodivá vrstva, a potom sa medená vrstva ďalej zahustí galvanickým pokovovaním medi, aby sa splnili požiadavky na elektrický výkon.
Technológia vŕtania laserom do plošných spojov, ako kľúčová technológia v modernej výrobe elektroniky, sa spolieha na svoju vysokú presnosť