Jako kluczowy element urządzeń elektronicznych, precyzja i wydajność procesów produkcji płytek drukowanych bezpośrednio wpływa na wydajność i jakość produktów elektronicznych. Wraz z ciągłym rozwojem produktów elektronicznych w kierunku miniaturyzacji i wysokiej wydajności, postawiono wyższe wymagania w zakresie projektowania i produkcji płytek drukowanych. Wśród nichtechnologia wierceniajest ważną częścią produkcji płytek drukowanych, a tradycyjne wiercenie mechaniczne stopniowo nie jest w stanie sprostać coraz bardziej rygorystycznym wymaganiom. Technologia wiercenia laserowego, ze swoimi unikalnymi zaletami, staje się coraz ważniejsza w produkcji płytek drukowanych.
1, Zasady technologii wiercenia laserowego
Wiercenie laserowe, zwane również wierceniem laserowym, opiera się na zasadzie wykorzystania wysokiej energii i właściwości skupiających laserów. Laser generuje wiązkę laserową-o wysokiej energii, która jest skupiana w wyznaczonym miejscu na płytce drukowanej poprzez system soczewek. Kiedy wiązka lasera o wysokiej-energii jest napromieniana na płytkę drukowaną, materiał w napromieniowanym miejscu natychmiast pochłania energię lasera, powodując gwałtowny wzrost temperatury i szybkie topienie, a nawet zgazowanie materiału, w wyniku czego powstają dziury. Ta bezkontaktowa metoda obróbki pozwala uniknąć problemów związanych z naprężeniami mechanicznymi i zużyciem spowodowanych kontaktem wiertła z materiałem podczas wiercenia mechanicznego.
Istnieją dwa główne mechanizmy interakcji między laserem a materiałami: ablacja fototermiczna i ablacja fotochemiczna. Ablacja fototermiczna odnosi się do ciągłej absorpcji-lasera o wysokiej energii przez obrabiany materiał, który jest podgrzewany do stanu stopionego w bardzo krótkim czasie. Temperatura stale rośnie, powodując odparowanie materiału i ostatecznie odparowanie, tworząc mikropory. Natomiast ablacja fotochemiczna wynika z wysokiej energii (ponad 2eV) fotonów z laserów o krótkiej długości fali, które potrafią niszczyć długie łańcuchy molekularne materiałów organicznych, zamieniając je w cząstki i oddzielając je od przetwarzanego materiału. Pod ciągłym zewnętrznym działaniem lasera materiał podłoża w sposób ciągły ucieka, tworząc mikropory. W rzeczywistym wierceniu laserem płytek PCB te dwa mechanizmy często współistnieją, a konkretny mechanizm zależy od takich czynników, jak długość fali, energia i właściwości materiału lasera.
2, Zalety technologii wiercenia laserowego
(1) Wysoka precyzja
Wiercenie laserowe pozwala uzyskać wyjątkowo małą aperturę i wysoką dokładność położenia otworu, przy aperturze na ogół tak małej, jak dziesiątki mikrometrów, a odchylenie położenia otworu jest kontrolowane w bardzo małym zakresie. W porównaniu z tradycyjnym wierceniem mechanicznym, wiercenie laserowe ma znaczną przewagę w zakresie dokładności, co może spełnić wymagania współczesnego okablowania płytek-o dużej gęstości, zapewnić dokładność i stabilność połączeń obwodów oraz znacznie poprawić wydajność i niezawodność płytek drukowanych.
(2) Obrabialny mały otwór
Wraz z tendencją do miniaturyzacji produktów elektronicznych rośnie zapotrzebowanie na mniejsze otwory na płytkach drukowanych. Technologia wiercenia laserowego pozwala z łatwością wywiercić małe otwory o minimalnej średnicy 2 mil (0,002 cala), podczas gdy wiercenie mechaniczne pozwala uzyskać minimalną średnicę około 6 mil (0,006 cala). Możliwość obróbki małych otworów zapewnia możliwość miniaturyzacji projektów płytek drukowanych, umożliwiając produktom elektronicznym zintegrowanie większej liczby funkcji na mniejszej przestrzeni.
(3) Przetwarzanie bezkontaktowe
Dzięki-bezkontaktowej metodzie stosowanej w wierceniu laserowym unika się tarcia fizycznego i nacisku kontaktowego pomiędzy wiertłem a materiałem PCB, co nie spowoduje mechanicznego uszkodzenia płytki i skutecznie ograniczy występowanie problemów, takich jak deformacja i pęknięcia płytki. Jest to szczególnie ważne w przypadku materiałów PCB, które są stosunkowo miękkie lub wymagają wyjątkowo dużej dokładności obróbki, co może znacząco poprawić wydajność produktów.
(4) Duża prędkość przetwarzania
Chociaż wiercenie laserowe może nie zapewniać absolutnej przewagi w czasie przetwarzania pojedynczego otworu w porównaniu z wierceniem mechanicznym, jego cechy, takie jak brak konieczności wymiany wiertła i szybkie pozycjonowanie, znacznie poprawiają ogólną wydajność przetwarzania w przetwarzaniu wsadowym. Wraz z ciągłym rozwojem technologii laserowej prędkość wiercenia laserowego stale rośnie, co może zaspokoić potrzeby produkcji-na dużą skalę.
(5) Wysoka elastyczność
Wiercenie laserowe można stosować do obróbki płytek PCB o różnych skomplikowanych kształtach i z różnych materiałów, niezależnie od tego, czy są to sztywne laminaty-powlekane miedzią, czy elastyczne folie poliimidowe. Można je z łatwością obsłużyć. Tymczasem dostosowując parametry lasera, takie jak moc, szerokość impulsu, częstotliwość itp., można elastycznie kontrolować głębokość i średnicę odwiertu, aby spełnić różne wymagania projektowe.
3, Rodzaje sprzętu do wiercenia laserowego
W branży produkcji płytek PCB powszechnie stosowane urządzenia do wiercenia laserowego dzielą się głównie na dwie kategorie w zależności od różnych źródeł światła: wiertarki laserowe nanosekundowe UV o długości fali 355 nm i wiertarki CO₂ o długości fali 9400 nm.
(1) Wiertarka laserowa nanosekundowa UV
Mechanizm wiertniczy wiertarki laserowej nanosekundowej UV to głównie ablacja fotochemiczna. Wysokoenergetyczne fotony lasera o krótkiej długości fali mogą skutecznie niszczyć łańcuchy molekularne materiałów organicznych. Podczas procesu wiercenia reakcja ablacji termicznej jest niewielka i powstaje bardzo niewiele węglików, co sprawia, że proces-obróbki wstępnej porowatej miedzi jest bardzo prosty. Co więcej, urządzenie może bezpośrednio usunąć folię miedzianą bez konieczności- dodatkowej obróbki wstępnej przed wierceniem. To urządzenie nadaje się do stosowania w sytuacjach, w których jakość ścianki otworu jest wyjątkowo wysoka i nie jest wymagane, aby wewnątrz otworu znajdowały się pozostałości karbonizacji, na przykład przy produkcji płytek PCB niektórych-wysokiej klasy produktów elektronicznych, takich jak płyty główne smartfonów i tabletów.
(2) Wiertarka CO ₂
Mechanizm wiertniczy wiertnicy CO ₂ to głównie ablacja fototermiczna. Przetworzony materiał szybko topi się i odparowuje, tworząc mikropory po ciągłej absorpcji-lasera wysokoenergetycznego. Ze względu na proces ablacji fototermicznej na ściance otworu pozostaną pozostałości węglika, dlatego-wymagana jest wstępna obróbka przed i po wierceniu. Wiertarka CO ₂ zwykle wykorzystuje-ultracienką folię miedzianą do bezpośredniej ablacji (np. miedź bazową o grubości 12 µm, którą zazwyczaj należy zmniejszyć do 9 µm), a jej prędkość wiercenia jest lepsza niż w przypadku wiercenia laserem UV. Nadaje się do wiercenia płytek drukowanych zawierających materiały z włókna szklanego w warstwie dielektrycznej i jest szeroko stosowany w produkcji niektórych zwykłych produktów elektronicznych i przemysłowych płytek drukowanych.
4, Przebieg procesu wiercenia laserowego
(1) Wstępne przygotowanie
przygotowanie płytki PCB: Upewnij się, że materiał, grubość, grubość folii miedzianej i inne parametry płytki PCB spełniają wymagania projektowe, a następnie wykonaj obróbkę czyszczenia powierzchni płytki PCB w celu usunięcia zanieczyszczeń, takich jak olej i kurz, w celu zapewnienia skutecznej interakcji między laserem a materiałami.
Debugowanie sprzętu: W oparciu o parametry płytki drukowanej i wymagania dotyczące wiercenia, debuguj sprzęt do wiercenia laserowego i ustaw odpowiednie parametry, takie jak moc lasera, szerokość impulsu, częstotliwość, prędkość wiercenia, ogniskowa itp. Jednocześnie sprawdź, czy system ścieżki optycznej, system chłodzenia, system sterowania itp. sprzętu działają normalnie.
(2) Proces wiercenia
Pozycjonowanie: Korzystając z systemu pozycjonowania urządzenia, dokładnie umieść płytkę drukowaną na stole warsztatowym i określ pozycję wiercenia zgodnie z wymaganiami projektowymi. Nowoczesne urządzenia do wiercenia laserowego są zwykle wyposażone w-precyzyjne systemy pozycjonowania wizualnego, które mogą szybko i dokładnie zidentyfikować zaznaczone punkty na płytce drukowanej, uzyskać automatyczne pozycjonowanie i poprawić dokładność wiercenia.
Wiercenie: Uruchom laser, a wiązka lasera wywierci otwory w płytce PCB zgodnie z zadanymi parametrami i ścieżką. Podczas procesu wiercenia można zastosować jedną lub wiele metod wiercenia, zgodnie z różnymi wymaganiami procesu. W przypadku niektórych głębszych otworów lub sytuacji, w których wymagana jest wysoka jakość ścian, może być konieczne wielokrotne wiercenie, za każdym razem stopniowo pogłębiając, aby zapewnić jakość otworu.
(3) Późniejsze przetwarzanie
Czyszczenie: Po wierceniu na powierzchni i wewnątrz otworów płytki drukowanej pozostaną pewne pozostałości stopionego materiału i zanieczyszczenia, które należy oczyścić. Zwykle do zanurzenia płytki drukowanej w roztworze czyszczącym stosuje się czyszczenie ultradźwiękowe, czyszczenie chemiczne i inne metody. Poprzez wibracje fal ultradźwiękowych lub działanie odczynników chemicznych usuwane są pozostałości i gruz, zapewniając czystość otworów.
Testowanie: Po wierceniu należy przeprowadzić kompleksową kontrolę płytki drukowanej, obejmującą rozmiar otworu, dokładność położenia otworu, jakość ścianki otworu i inne aspekty. Powszechnie stosowane metody wykrywania obejmują wykrywanie za pomocą mikroskopu, wykrywanie za pomocą elektronowego mikroskopu skaningowego, automatyczne wykrywanie optyczne itp. Dzięki testom problemy występujące podczas procesu wiercenia, takie jak odchylenie apertury, odchylenie położenia otworu, szorstka ściana otworu, pozostałości itp., można wykryć w odpowiednim czasie i odpowiednio dostosować i poprawić.
Obróbka perforacyjna: W przypadku otworów wymagających podłączenia elektrycznego na ściance otworu osadza się warstwę metalu, takiego jak miedź, aby zapewnić przewodzenie otworu. Obróbka perforacyjna zwykle przyjmuje metodę chemicznego miedziowania lub galwanizacji miedzi. Najpierw na ścianie otworu przeprowadza się chemiczne miedziowanie w celu utworzenia cienkiej warstwy przewodzącej, a następnie warstwa miedzi jest dalej pogrubiana przez galwanizację miedzi, aby spełnić wymagania dotyczące parametrów elektrycznych.
Technologia wiercenia laserowego PCB, jako kluczowa technologia w nowoczesnej produkcji elektroniki, opiera się na jej wysokiej precyzji