Som en nyckelkomponent i elektroniska enheter påverkar precisionen och effektiviteten av PCB-tillverkningsprocesser direkt prestanda och kvalitet hos elektroniska produkter. Med den kontinuerliga utvecklingen av elektroniska produkter mot miniatyrisering och hög prestanda har högre krav ställts på design och tillverkning av kretskort. Bland dem,borrteknikär en viktig del av PCB-tillverkningen och traditionell mekanisk borrning klarar gradvis inte att möta de allt strängare kraven. Laserborrningsteknik, med sina unika fördelar, har blivit allt viktigare vid PCB-tillverkning.
1, principer för laserborrningsteknik
Laserborrning, även känd som laserborrning, bygger på principen att utnyttja lasrarnas höga energi- och högfokuseringsegenskaper. Lasern genererar en hög-laserstråle, som fokuseras på en angiven position på kretskortet genom ett linssystem. När en hög-laserstråle bestrålas på en PCB-skiva, absorberar materialet i den bestrålade positionen omedelbart laserenergin, vilket orsakar en kraftig temperaturökning och snabb smältning eller till och med förgasning av materialet, vilket resulterar i att det bildas hål. Denna beröringsfria bearbetningsmetod undviker de mekaniska påfrestningar och slitageproblem som orsakas av kontakten mellan borrkronan och materialet vid mekanisk borrning.
Det finns två huvudmekanismer för interaktionen mellan laser och material: fototermisk ablation och fotokemisk ablation. Fototermisk ablation hänvisar till den kontinuerliga absorptionen av hög-energilaser av det bearbetade materialet, som värms upp till ett smält tillstånd på mycket kort tid. Temperaturen fortsätter att stiga, vilket gör att materialet förångas och så småningom förångas för att bilda mikroporer. Och fotokemisk ablation beror på den höga energin (över 2 eV) av fotoner från kortvågslasrar, som kan förstöra de långa molekylkedjorna av organiskt material, förvandla dem till partiklar och lossa dem från bearbetningsmaterialet. Under kontinuerlig extern laserverkan försvinner substratmaterialet kontinuerligt för att bilda mikroporer. Vid faktisk PCB-laserborrning existerar dessa två mekanismer ofta samtidigt, och den specifika mekanismen beror på faktorer som laserns våglängd, energi och materialegenskaper.
2, fördelarna med laserborrningsteknik
(1) Hög precision
Laserborrning kan uppnå extremt liten öppning och hög hålpositionsnoggrannhet, med öppning i allmänhet så liten som tiotals mikrometer och hålpositionsavvikelse kontrolleras inom ett mycket litet område. Jämfört med traditionell mekanisk borrning har laserborrning betydande fördelar i noggrannhet, vilket kan uppfylla kraven för moderna kretsledningar med hög-densitet, säkerställa noggrannheten och stabiliteten hos kretsanslutningar och avsevärt förbättra prestanda och tillförlitlighet hos kretskort.
(2) Bearbetbar liten bländare
Med trenden med miniatyrisering av elektroniska produkter finns det en ökande efterfrågan på mindre öppningar på kretskort. Laserborrningsteknik kan enkelt borra små hål med en minsta diameter på 2 mil (0,002 tum), medan mekanisk borrning uppnår en minsta diameter på cirka 6 mil (0,006 tum). Möjligheten att bearbeta små öppningar ger möjlighet till miniatyriseringsdesign av kretskort, vilket gör att elektroniska produkter kan integrera fler funktioner i ett mindre utrymme.
(3) Behandling utan kontakt
På grund av den beröringsfria metoden som används vid laserborrning undviks fysisk friktion och kontakttryck mellan borrkronan och kretskortets material, vilket inte kommer att orsaka mekanisk skada på kortet och effektivt minska förekomsten av problem som bräddeformation och sprickor. Detta är särskilt viktigt för PCB-material som är relativt mjuka eller kräver extremt hög bearbetningsnoggrannhet, vilket avsevärt kan förbättra produktutbytet.
(4) Snabb bearbetningshastighet
Även om laserborrning kanske inte har en absolut fördel när det gäller bearbetningstid för ett enstaka hål jämfört med mekanisk borrning, förbättrar dess egenskaper såsom inget behov av att byta ut borrkronan och snabb positionering avsevärt den totala bearbetningseffektiviteten vid batchbearbetning. Och med den kontinuerliga utvecklingen av laserteknik ökar också hastigheten för laserborrning ständigt, vilket kan möta behoven för stor-produktion.
(5) Hög flexibilitet
Laserborrning kan användas för att bearbeta kretskort av olika komplexa former och material, oavsett om det är styva koppar-klädda laminat eller flexibla polyimidfilmer, den kan enkelt hantera dem. Under tiden, genom att justera parametrarna för lasern, såsom effekt, pulsbredd, frekvens, etc., kan borrhålets djup och diameter flexibelt styras för att möta olika designkrav.
3, typer av laserborrningsutrustning
Inom PCB-tillverkningsindustrin är vanlig laserborrutrustning huvudsakligen indelad i två kategorier baserat på de olika ljuskällorna: UV-nanosekundlaserborrmaskiner med en våglängd på 355nm och CO ₂-borrmaskiner med en våglängd på 9400nm.
(1) UV nanosekund laserborrmaskin
Borrmekanismen för UV nanosekund laserborrmaskin är huvudsakligen fotokemisk ablation. Hög-fotonerna i dess kortvågslaser kan effektivt förstöra molekylkedjorna i organiska material. Under borrningsprocessen sker en liten termisk ablationsreaktion och mycket få karbider produceras, vilket gör förbehandlingsprocessen av porös koppar mycket enkel. Dessutom kan enheten ta bort kopparfolie direkt utan behov av ytterligare förbehandling innan borrning. Den här enheten är lämplig för situationer där kvaliteten på hålväggen är extremt hög och det finns ett krav på att det inte finns några förkolningsrester inuti hålet, till exempel vid PCB-tillverkning av vissa avancerade elektroniska produkter, som moderkortet på smartphones och surfplattor.
(2) CO ₂ borrmaskin
Borrmekanismen för CO ₂-borrmaskinen är huvudsakligen fototermisk ablation. Det bearbetade materialet smälter snabbt och förångas för att bilda mikroporer efter kontinuerlig absorption av hög-energilaser. På grund av den fototermiska ablationsprocessen kommer det att finnas hårdmetallrester på hålväggen, så för-förbehandling krävs före och efter borrning. CO ₂-borrmaskinen använder vanligtvis ultra-tunn kopparfolie för direkt ablation (som 12um baskoppar som i allmänhet måste reduceras till 9um), och dess borrhastighet är bättre än UV-laserborrning. Den är lämplig för borrning av kretskort som innehåller glasfibermaterial i det dielektriska skiktet och används i stor utsträckning vid tillverkning av vissa vanliga elektroniska produkter och industriella styrkretskort.
4, laserborrning processflöde
(1) Preliminär förberedelse
Förberedelse av kretskort: Se till att kretskortets material, tjocklek, kopparfolietjocklek och andra parametrar uppfyller designkraven och utför ytrengöringsbehandling på kretskortet för att avlägsna föroreningar som olja och damm, för att säkerställa en effektiv interaktion mellan laser och material.
Utrustningsfelsökning: Baserat på parametrarna för PCB-kortet och borrkraven, felsök laserborrutrustningen och ställ in lämpliga parametrar som lasereffekt, pulsbredd, frekvens, borrhastighet, brännvidd etc. Kontrollera samtidigt om utrustningens optiska vägsystem, kylsystem, styrsystem etc. fungerar normalt.
(2) Borrprocess
Positionering: Använd enhetens positioneringssystem, placera kretskortkortet på arbetsbänken och bestäm borrpositionen enligt designkraven. Modern laserborrutrustning är vanligtvis utrustad med visuella positioneringssystem med hög-precision, som snabbt och exakt kan identifiera de markerade punkterna på kretskortet, uppnå automatisk positionering och förbättra borrningsnoggrannheten.
Borrning: Starta lasern och laserstrålen borrar hål på kretskortet enligt de förinställda parametrarna och vägen. Under borrningsprocessen kan enstaka eller flera borrmetoder användas enligt olika processkrav. För vissa djupare hål eller situationer där hög väggkvalitet krävs, kan flera borrningar vara nödvändiga, som gradvis fördjupas varje gång för att säkerställa hålets kvalitet.
(3) Efterföljande bearbetning
Rengöring: Efter borrning kommer det att finnas en del rester av smält material och skräp kvar på ytan och inuti hålen på kretskortet, som behöver rengöras. Vanligtvis används ultraljudsrengöring, kemisk rengöring och andra metoder för att sänka ned PCB-kortet i rengöringslösning. Genom vibration av ultraljudsvågor eller inverkan av kemiska reagenser avlägsnas rester och skräp för att säkerställa renheten i hålen.
Testning: Utför en omfattande inspektion av kretskortkortet efter borrning, inklusive öppningsstorlek, hålpositionsnoggrannhet, hålväggskvalitet och andra aspekter. De vanligaste detekteringsmetoderna inkluderar mikroskopdetektering, elektronskanningmikroskopdetektering, automatisk optisk detektering etc. Genom testning kan problem som uppstår under borrningsprocessen, såsom öppningsavvikelse, hålpositionsavvikelse, grov hålvägg, rester etc., upptäckas i tid och justeras och förbättras därefter.
Perforeringsbehandling: För hål som kräver elektrisk anslutning avsätts ett lager av metall, såsom koppar, på hålväggen för att göra hålet ledande. Perforeringsbehandling använder vanligtvis metoden för kemisk kopparplätering eller galvanisering av koppar. Först utförs kemisk kopparplätering på hålväggen för att bilda ett tunt ledande skikt, och sedan förtjockas kopparskiktet ytterligare genom elektroplätering av koppar för att uppfylla kraven på elektrisk prestanda.
PCB-laserborrningsteknik, som en nyckelteknologi i modern elektroniktillverkning, förlitar sig på dess höga precision