Ca o componentă cheie a dispozitivelor electronice, precizia și eficiența proceselor de fabricație a PCB afectează direct performanța și calitatea produselor electronice. Odată cu dezvoltarea continuă a produselor electronice către miniaturizare și performanță înaltă, au fost propuse cerințe mai mari pentru proiectarea și fabricarea PCB-urilor. Printre ei,tehnologie de forajeste o parte importantă a producției de PCB, iar găurirea mecanică tradițională nu poate îndeplini treptat cerințele din ce în ce mai stricte. Tehnologia de foraj cu laser, cu avantajele sale unice, a devenit din ce în ce mai importantă în producția de pcb.
1, Principiile tehnologiei de foraj cu laser
Găurirea cu laser, cunoscută și sub denumirea de foraj cu laser, se bazează pe principiul utilizării energiei ridicate și proprietăților de focalizare ridicate ale laserelor. Laserul generează un fascicul laser de-energie mare, care este focalizat pe o poziție desemnată pe placa PCB printr-un sistem de lentile. Când un fascicul laser de mare-energie este iradiat pe o placă PCB, materialul din poziția iradiată absoarbe instantaneu energia laserului, provocând o creștere bruscă a temperaturii și topirea rapidă sau chiar gazeificarea materialului, ducând la formarea de găuri. Această metodă de prelucrare fără-contact evită stresul mecanic și problemele de uzură cauzate de contactul dintre burghiul și materialul în găurirea mecanică.
Există două mecanisme principale pentru interacțiunea dintre laser și materiale: ablația fototermică și ablația fotochimică. Ablația fototermică se referă la absorbția continuă a laserului cu energie înaltă-de către materialul procesat, care este încălzit până la o stare topită într-o perioadă foarte scurtă de timp. Temperatura continuă să crească, ceea ce face ca materialul să se vaporizeze și în cele din urmă să se evapore pentru a forma micropori. Iar ablația fotochimică se datorează energiei mari (peste 2eV) a fotonilor de la laserele cu lungime de undă scurtă, care pot distruge lanțurile moleculare lungi ale materialelor organice, transformându-le în particule și detașându-le de materialul de procesare. Sub acțiunea laserului extern continuu, materialul substratului scapă continuu pentru a forma micropori. În găurirea cu laser PCB, aceste două mecanisme coexistă adesea, iar mecanismul specific depinde de factori precum lungimea de undă, energia și proprietățile materialului laserului.
2, Avantajele tehnologiei de foraj cu laser
(1) Precizie ridicată
Găurirea cu laser poate obține o deschidere extrem de mică și o precizie ridicată a poziției găurii, cu deschiderea în general la fel de mică ca zeci de micrometri și abaterea poziției găurii controlată într-un interval foarte mic. În comparație cu găurirea mecanică tradițională, găurirea cu laser are avantaje semnificative în ceea ce privește precizia, care poate îndeplini cerințele cablajului PCB modern de înaltă densitate-, asigură acuratețea și stabilitatea conexiunilor circuitelor și îmbunătățește considerabil performanța și fiabilitatea PCB-urilor.
(2) Deschidere mică prelucrabilă
Odată cu tendința de miniaturizare a produselor electronice, există o cerere din ce în ce mai mare pentru deschideri mai mici pe PCB. Tehnologia de găurire cu laser poate găuri cu ușurință găuri mici cu un diametru minim de 2 mil (0,002 inchi), în timp ce găurirea mecanică atinge un diametru minim de aproximativ 6 mil (0,006 inci). Capacitatea de a procesa deschideri mici oferă posibilitatea de proiectare în miniaturizare a PCB-urilor, permițând produselor electronice să integreze mai multe funcții într-un spațiu mai mic.
(3) Prelucrare fără contact
Datorită metodei fără-contact utilizate în găurirea cu laser, frecarea fizică și presiunea de contact dintre burghiul și materialul pcb sunt evitate, ceea ce nu va cauza deteriorarea mecanică a plăcii și va reduce eficient apariția unor probleme precum deformarea plăcii și fisurile. Acest lucru este deosebit de important pentru materialele PCB care sunt relativ moi sau necesită o precizie de procesare extrem de ridicată, ceea ce poate îmbunătăți semnificativ rata de randament a produselor.
(4) Viteză rapidă de procesare
Deși găurirea cu laser poate să nu aibă un avantaj absolut în timpul de procesare pentru o singură gaură în comparație cu găurirea mecanică, caracteristicile sale, cum ar fi lipsa de a înlocui burghiul și poziționarea rapidă, îmbunătățesc considerabil eficiența globală a procesării în procesarea lotului. Iar odată cu dezvoltarea continuă a tehnologiei laser, viteza de găurire cu laser este, de asemenea, în continuă creștere, ceea ce poate satisface nevoile de producție-la scară largă.
(5) Flexibilitate ridicată
Găurirea cu laser poate fi utilizată pentru a procesa pcb-uri de diferite forme și materiale complexe, fie că este vorba de laminate rigide placate cu cupru-sau folii flexibile de poliimidă, le poate manipula cu ușurință. Între timp, prin ajustarea parametrilor laserului, cum ar fi puterea, lățimea impulsului, frecvența etc., adâncimea și diametrul găurii de foraj pot fi controlate în mod flexibil pentru a îndeplini diferite cerințe de proiectare.
3, Tipuri de echipamente de foraj cu laser
În industria de producție de pcb, echipamentele de foraj cu laser utilizate în mod obișnuit sunt împărțite în principal în două categorii pe baza diferitelor surse de lumină: mașini de găurit cu laser UV nanosecunde cu o lungime de undă de 355 nm și mașini de foraj cu CO ₂ cu o lungime de undă de 9400 nm.
(1) Mașină de găurit cu laser UV nanosecundă
Mecanismul de foraj al mașinii de găurit cu laser UV nanosecunde este în principal ablația fotochimică. Fotonii de-energie mare ai laserului său cu lungime de undă scurtă pot distruge în mod eficient lanțurile moleculare ale materialelor organice. În timpul procesului de foraj, există o reacție mică de ablație termică și sunt produse foarte puține carburi, ceea ce face procesul de pre-tratare a cuprului poros foarte simplu. În plus, dispozitivul poate îndepărta direct folia de cupru fără a fi nevoie de un pre-tratament suplimentar înainte de găurire. Acest dispozitiv este potrivit pentru situațiile în care calitatea peretelui găurii este extrem de ridicată și există o cerință pentru lipsa reziduurilor de carbonizare în interiorul găurii, cum ar fi în fabricarea PCB-ului unor produse electronice de ultimă generație, cum ar fi placa de bază a smartphone-urilor și a tabletelor.
(2) Mașină de găurit CO ₂
Mecanismul de foraj al mașinii de găurit CO ₂ este în principal ablația fototermică. Materialul procesat se topește și se vaporizează rapid pentru a forma micropori după absorbția continuă a laserului de-energie mare. Datorită procesului de ablație fototermică, vor exista reziduuri de carbură pe peretele găurii, așa că este necesar un pre-tratament înainte și după găurire. Mașina de găurit cu CO ₂ folosește de obicei folie de cupru ultra-subțire pentru ablația directă (cum ar fi cuprul de bază de 12um care, în general, trebuie redus la 9um), iar viteza sa de găurire este mai bună decât găurirea cu laser UV. Este potrivit pentru găurirea PCB-urilor care conțin materiale din fibră de sticlă în stratul dielectric și este utilizat pe scară largă în fabricarea unor produse electronice obișnuite și a plăcilor de circuite de control industrial.
4, fluxul procesului de foraj cu laser
(1) Pregătirea prealabilă
Pregătirea plăcii PCB: Asigurați-vă că materialul, grosimea, grosimea foliei de cupru și alți parametri ai plăcii PCB îndeplinesc cerințele de proiectare și efectuați un tratament de curățare a suprafeței pe placa PCB pentru a îndepărta impuritățile, cum ar fi uleiul și praful, pentru a asigura interacțiunea eficientă între laser și materiale.
Depanarea echipamentului: Pe baza parametrilor plăcii PCB și a cerințelor de foraj, depanați echipamentul de foraj cu laser și setați parametrii corespunzători, cum ar fi puterea laserului, lățimea impulsului, frecvența, viteza de forare, distanța focală etc. În același timp, verificați dacă sistemul de cale optică, sistemul de răcire, sistemul de control etc. ale echipamentului funcționează normal.
(2) Proces de forare
Poziționare: Folosind sistemul de poziționare al dispozitivului, așezați cu precizie placa PCB pe bancul de lucru și determinați poziția de găurire conform cerințelor de proiectare. Echipamentele moderne de foraj cu laser sunt, de obicei, echipate cu sisteme de poziționare vizuală de înaltă-precizie, care pot identifica rapid și precis punctele marcate de pe placa PCB, pot realiza poziționarea automată și pot îmbunătăți acuratețea găuririi.
Găurire: Porniți laserul, iar fasciculul laser va găuri găuri pe placa PCB în funcție de parametrii și calea prestabilită. În timpul procesului de foraj, metodele de foraj simple sau multiple pot fi utilizate în funcție de diferite cerințe ale procesului. Pentru unele găuri mai adânci sau situații în care este necesară o calitate înaltă a peretelui, poate fi necesară găurirea multiplă, adâncindu-se treptat de fiecare dată pentru a asigura calitatea găurii.
(3) Prelucrare ulterioară
Curățare: După găurire, vor rămâne niște reziduuri de material topit și resturi pe suprafața și în interiorul găurilor plăcii PCB, care trebuie curățate. De obicei, curățarea cu ultrasunete, curățarea chimică și alte metode sunt folosite pentru a scufunda placa PCB în soluție de curățare. Prin vibratia undelor ultrasonice sau actiunea reactivilor chimici, reziduurile si resturile sunt indepartate pentru a asigura curatenia gaurilor.
Testare: Efectuați o inspecție completă a plăcii PCB după găurire, inclusiv dimensiunea deschiderii, precizia poziției găurii, calitatea peretelui găurii și alte aspecte. Metodele de detectare utilizate în mod obișnuit includ detectarea microscopului, detectarea microscopului cu scanare electronică, detectarea optică automată etc. Prin testare, problemele care apar în timpul procesului de foraj, cum ar fi abaterea deschiderii, abaterea poziției găurii, peretele găurii aspru, reziduurile etc., pot fi detectate în timp util și ajustate și îmbunătățite în consecință.
Tratamentul perforației: Pentru găurile care necesită conexiune electrică, un strat de metal, cum ar fi cuprul, este depus pe peretele găurii pentru a face găurile conductive. Tratamentul de perforare adoptă de obicei metoda de placare chimică cu cupru sau galvanizare a cuprului. În primul rând, placarea chimică cu cupru este efectuată pe peretele găurii pentru a forma un strat conductiv subțire, iar apoi stratul de cupru este îngroșat și mai mult prin galvanizarea cuprului pentru a îndeplini cerințele de performanță electrică.
Tehnologia de găurire cu laser PCB, ca tehnologie cheie în fabricarea electronică modernă, se bazează pe precizia sa ridicată