به عنوان یکی از اجزای کلیدی دستگاه های الکترونیکی، دقت و کارایی فرآیندهای تولید PCB به طور مستقیم بر عملکرد و کیفیت محصولات الکترونیکی تأثیر می گذارد. با توسعه مداوم محصولات الکترونیکی به سمت کوچک سازی و عملکرد بالا، الزامات بالاتری برای طراحی و ساخت PCB مطرح شده است. در میان آنها،تکنولوژی حفاریبخش مهمی از تولید PCB است و حفاری مکانیکی سنتی به تدریج قادر به برآورده کردن الزامات سختگیرانه فزاینده نیست. فناوری حفاری لیزری با مزایای منحصر به فرد خود، اهمیت فزاینده ای در تولید PCB پیدا کرده است.
1، اصول فناوری حفاری لیزری
حفاری لیزری که به عنوان حفاری لیزری نیز شناخته می شود، بر اساس اصل استفاده از انرژی بالا و خواص تمرکز بالای لیزرها است. لیزر یک پرتو لیزر پرانرژی- تولید میکند که از طریق یک سیستم لنز بر روی یک مکان مشخص بر روی برد PCB متمرکز میشود. هنگامی که یک پرتو لیزر پرانرژی بر روی یک برد PCB تابش میکند، ماده در موقعیت تابش شده فوراً انرژی لیزر را جذب میکند و باعث افزایش شدید دما و ذوب سریع یا حتی گازی شدن مواد میشود و در نتیجه سوراخهایی ایجاد میشود. این روش ماشینکاری بدون تماس از استرس مکانیکی و مشکلات سایشی ناشی از تماس بین مته و مواد در حفاری مکانیکی جلوگیری می کند.
دو مکانیسم اصلی برای برهمکنش لیزر و مواد وجود دارد: فرسایش فتوترمال و فرسایش فتوشیمیایی. فرسایش فتوترمال به جذب مداوم لیزر با انرژی بالا توسط مواد پردازش شده اشاره دارد که در مدت زمان بسیار کوتاهی به حالت مذاب گرم می شود. دما همچنان در حال افزایش است و باعث می شود که مواد تبخیر شوند و در نهایت تبخیر شوند و منافذ ریز تشکیل شوند. و فرسایش فتوشیمیایی به دلیل انرژی بالای (بیش از 2eV) فوتونهای لیزرهای با طول موج کوتاه است که میتواند زنجیرههای مولکولی بلند مواد آلی را از بین ببرد و آنها را به ذرات تبدیل کرده و از مواد پردازش جدا کند. تحت اثر لیزر خارجی مداوم، مواد زیرلایه به طور مداوم فرار می کند تا ریز منافذ ایجاد کند. در حفاری لیزری واقعی pcb، این دو مکانیسم اغلب با هم وجود دارند و مکانیسم خاص به عواملی مانند طول موج، انرژی و خواص مواد لیزر بستگی دارد.
2، مزایای تکنولوژی حفاری لیزری
(1) دقت بالا
حفاری لیزری می تواند به دیافراگم بسیار کوچک و دقت موقعیت سوراخ بالا دست یابد، با دیافراگم معمولاً به اندازه ده ها میکرومتر و انحراف موقعیت سوراخ در محدوده بسیار کوچکی کنترل می شود. در مقایسه با حفاری مکانیکی سنتی، حفاری لیزری مزایای قابلتوجهی در دقت دارد که میتواند الزامات سیمکشی PCB با چگالی بالا{1} را برآورده کند، دقت و پایداری اتصالات مدار را تضمین کند و عملکرد و قابلیت اطمینان PCB را بسیار بهبود بخشد.
(2) دیافراگم کوچک قابل ماشین کاری
با روند کوچک سازی در محصولات الکترونیکی، تقاضای فزاینده ای برای دیافراگم های کوچکتر روی PCB وجود دارد. فناوری حفاری لیزری به راحتی می تواند سوراخ های ریز با حداقل قطر 2 میلی (0.002 اینچ) را سوراخ کند، در حالی که حفاری مکانیکی به حداقل قطر حدود 6 میل (0.006 اینچ) می رسد. توانایی پردازش دیافراگمهای کوچک امکان طراحی کوچکسازی PCB را فراهم میکند و محصولات الکترونیکی را قادر میسازد تا عملکردهای بیشتری را در فضای کوچکتر ادغام کنند.
(3) پردازش غیر تماسی
با توجه به روش غیر تماسی مورد استفاده در حفاری لیزری، از اصطکاک فیزیکی و فشار تماس بین مته و مواد pcb جلوگیری میشود که باعث آسیب مکانیکی به برد نمیشود و به طور موثری از بروز مشکلاتی مانند تغییر شکل تخته و ترکها میکاهد. این امر به ویژه برای مواد PCB که نسبتاً نرم هستند یا به دقت پردازش بسیار بالایی نیاز دارند، مهم است که می تواند به طور قابل توجهی نرخ بازده محصولات را بهبود بخشد.
(4) سرعت پردازش سریع
اگرچه حفاری لیزری ممکن است مزیت مطلقی در زمان پردازش برای یک سوراخ در مقایسه با حفاری مکانیکی نداشته باشد، ویژگیهای آن مانند عدم نیاز به تعویض مته و موقعیتیابی سریع، کارایی کلی پردازش را در پردازش دستهای بهبود میبخشد. و با توسعه مداوم فناوری لیزر، سرعت حفاری لیزری نیز به طور مداوم در حال افزایش است، که می تواند نیازهای تولید-در مقیاس بزرگ را برآورده کند.
(5) انعطاف پذیری بالا
حفاری لیزری را می توان برای پردازش صفحات پی سی با اشکال و مواد پیچیده مختلف، خواه ورقه های مسی{0} سفت و یا لایه های پلی آمیدی انعطاف پذیر، استفاده کرد، به راحتی می تواند آنها را کنترل کند. در همین حال، با تنظیم پارامترهای لیزر مانند قدرت، عرض پالس، فرکانس و غیره، می توان عمق و قطر گمانه را به طور انعطاف پذیر کنترل کرد تا نیازهای طراحی مختلف را برآورده کند.
3، انواع تجهیزات حفاری لیزری
در صنعت تولید PCB، تجهیزات حفاری لیزری که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند، عمدتاً بر اساس منابع مختلف نور به دو دسته تقسیم می شوند: دستگاه های حفاری لیزری نانوثانیه UV با طول موج 355 نانومتر و دستگاه های حفاری CO2 با طول موج 9400 نانومتر.
(1) دستگاه حفاری لیزری نانوثانیه UV
مکانیسم حفاری دستگاه حفاری لیزری نانوثانیه UV عمدتاً فرسایش فتوشیمیایی است. فوتون های پر انرژی لیزر با طول موج کوتاه آن می تواند به طور موثر زنجیره های مولکولی مواد آلی را از بین ببرد. در طول فرآیند حفاری، واکنش فرسایشی حرارتی کمی وجود دارد، و کاربیدهای بسیار کمی تولید میشوند، که فرآیند قبل{3}}تصفیه مس متخلخل را بسیار ساده میکند. علاوه بر این، دستگاه میتواند مستقیماً فویل مسی را بدون نیاز به عملیات قبلی قبل از سوراخکاری حذف کند. این دستگاه برای شرایطی مناسب است که کیفیت دیواره سوراخ بسیار بالا است و نیازی به عدم وجود باقیمانده کربنیزه شدن در داخل سوراخ وجود دارد، مانند تولید pcb برخی محصولات الکترونیکی پیشرفته، مانند مادربرد گوشیهای هوشمند و تبلتها.
(2) دستگاه حفاری CO2
مکانیسم حفاری دستگاه حفاری CO2 عمدتاً فرسایش فتوترمال است. مواد فرآوری شده به سرعت ذوب و تبخیر می شوند تا پس از جذب مداوم لیزر{1} با انرژی بالا، ریز منافذ تشکیل شود. با توجه به فرآیند ابلیشن فتوترمال، بقایای کاربید روی دیواره سوراخ وجود خواهد داشت، بنابراین قبل و بعد از حفاری، نیاز به تصفیه اولیه است. دستگاه حفاری CO2 معمولاً از فویل مسی فوق{5} نازک برای فرسایش مستقیم استفاده می کند (مانند مس پایه 12 میلی متری که معمولاً باید به 9 میلی متر کاهش یابد) و سرعت حفاری آن بهتر از حفاری لیزر UV است. برای حفاری پی سی های حاوی مواد فایبرگلاس در لایه دی الکتریک مناسب است و به طور گسترده در ساخت برخی از محصولات الکترونیکی معمولی و بردهای مدار کنترل صنعتی استفاده می شود.
4، جریان فرآیند حفاری لیزری
(1) آماده سازی اولیه
آماده سازی برد pcb: اطمینان حاصل کنید که مواد، ضخامت، ضخامت فویل مسی و سایر پارامترهای برد pcb الزامات طراحی را برآورده می کند و برای اطمینان از برهم کنش موثر بین لیزر و مواد، عملیات تمیز کردن سطح را روی برد PCB انجام دهید تا ناخالصی هایی مانند روغن و گرد و غبار را حذف کنید.
اشکال زدایی تجهیزات: بر اساس پارامترهای برد pcb و نیازمندی های حفاری، تجهیزات حفاری لیزری را اشکال زدایی کنید و پارامترهای مناسب مانند توان لیزر، عرض پالس، فرکانس، سرعت حفاری، فاصله کانونی و غیره را تنظیم کنید و در عین حال بررسی کنید که آیا سیستم مسیر نوری، سیستم خنک کننده، سیستم کنترل و غیره تجهیزات در حالت عادی کار می کنند یا خیر.
(2) فرآیند حفاری
موقعیت یابی: با استفاده از سیستم موقعیت یابی دستگاه، برد pcb را به طور دقیق روی میز کار قرار دهید و با توجه به نیازهای طراحی، موقعیت سوراخ کاری را تعیین کنید. تجهیزات حفاری لیزری مدرن معمولاً مجهز به-سیستمهای تعیین موقعیت بصری با دقت بالا هستند، که میتواند به سرعت و با دقت نقاط علامتگذاری شده روی برد PCB را شناسایی کند، به موقعیتیابی خودکار دست یابد و دقت حفاری را بهبود بخشد.
حفاری: لیزر را راه اندازی کنید و پرتو لیزر با توجه به پارامترها و مسیر از پیش تعیین شده، سوراخ هایی را روی برد pcb ایجاد می کند. در طول فرآیند حفاری، می توان از روش های حفاری تک یا چندگانه با توجه به نیازهای فرآیند مختلف استفاده کرد. برای برخی از سوراخهای عمیقتر یا موقعیتهایی که کیفیت بالای دیوار مورد نیاز است، ممکن است حفاریهای متعدد لازم باشد که هر بار به تدریج عمیقتر شوند تا از کیفیت سوراخ اطمینان حاصل شود.
(3) پردازش بعدی
تمیز کردن: پس از سوراخ کردن، مقداری بقایای مواد ذوب شده و آشغال روی سطح و داخل سوراخ های برد pcb باقی می ماند که نیاز به تمیز کردن دارد. معمولاً از تمیز کردن اولتراسونیک، تمیز کردن شیمیایی و روش های دیگر برای غوطه ور کردن برد pcb در محلول تمیز کننده استفاده می شود. از طریق ارتعاش امواج اولتراسونیک یا عمل معرف های شیمیایی، باقی مانده ها و زباله ها حذف می شوند تا از تمیزی سوراخ ها اطمینان حاصل شود.
آزمایش: یک بازرسی جامع از برد PCB پس از سوراخ کردن، از جمله اندازه دیافراگم، دقت موقعیت سوراخ، کیفیت دیوار سوراخ و سایر جنبهها انجام دهید. روشهای تشخیص متداول شامل تشخیص میکروسکوپ، تشخیص میکروسکوپ اسکن الکترونی، تشخیص خودکار نوری و غیره است. از طریق آزمایش، مشکلاتی که در طول فرآیند حفاری رخ میدهند، مانند انحراف دیافراگم، انحراف موقعیت سوراخ، دیواره سوراخ ناهموار، باقیمانده و غیره را میتوان بهموقع تشخیص داد و بهموقع تنظیم و بهبود داد.
درمان سوراخ: برای سوراخ هایی که نیاز به اتصال الکتریکی دارند، یک لایه فلز مانند مس روی دیواره سوراخ قرار می گیرد تا سوراخ را رسانا کند. درمان سوراخسازی معمولاً از روش آبکاری شیمیایی مس یا آبکاری مس استفاده میکند. ابتدا، آبکاری شیمیایی مس روی دیوار سوراخ انجام می شود تا یک لایه رسانای نازک تشکیل شود، و سپس لایه مس با آبکاری مس بیشتر ضخیم می شود تا الزامات عملکرد الکتریکی را برآورده کند.
فناوری حفاری لیزری pcb، به عنوان یک فناوری کلیدی در ساخت الکترونیک مدرن، بر دقت بالای آن متکی است.