Lazer, enerjisini artıran bir dış uyaran tarafından bir "ışın" uyarıldığında uyarılan güçlü bir ışık ışınıdır. Kızılötesi ve görünür ışık termal enerjiye sahipken, ultraviyole ışık optik enerjiye sahiptir. Bu tür ışık bir iş parçasının yüzeyine çarptığında üç olay meydana gelir: yansıma, soğurma ve nüfuz etme.
Lazer delmenin ana işlevi, işlenecek alt tabaka malzemesini, esas olarak fototermal ablasyon ve fotokimyasal ablasyon veya sözde eksizyon yoluyla hızlı bir şekilde çıkarabilmektir.
- Foto-termal ablasyon: İşlenecek malzemenin yüksek enerjili lazer ışığını emerek çok kısa sürede erime noktasına kadar ısındığı ve buharlaştığı delik oluşumu prensibi. Bu işlem yönteminde altlık malzeme yüksek enerjiye maruz bırakıldığında, duvarın oluşturduğu delikte kararmış karbonlaşmış kalıntının temizlenmesi gerekir.
- Fotokimyasal ablasyon: Yüksek foton enerjisine (2 eV elektron volttan fazla) sahip ultraviyole bölgesini ifade eder, lazer dalga boyu 400 nanometreden fazla yüksek enerjili fotonların sonuçlarda rol oynadığını ifade eder. Bu yüksek enerjili fotonlar, organik malzemelerin uzun moleküler zincirini yok edebilir, daha küçük parçacıklar haline gelebilir ve enerjisi orijinal moleküllerden daha büyüktür; bu, harici sıkıştırma emme durumunda kaçılacak aşırı kuvvettir, böylece substrat malzemesi hızla uzaklaştırılır ve mikro gözenekli oluşumu. Bu tip proses termal yanma içermez ve karbonizasyon oluşturmaz. Bu nedenle gözeneklenmeden önce temizlenmesi çok kolaydır. Bunlar lazer deliği oluşumunun temel prensipleridir. Şu anda en yaygın olarak kullanılan iki tip lazer delme vardır: Baskılı devre kartını lazerle delmek esas olarak RF uyarımlı CO2 gaz lazerleri ve UV katı hal Nd: YAG lazerleridir.
- Substrat absorbansında: Lazerin başarı oranı, substrat materyalinin absorbansı ile doğrudan ilişkilidir. Baskılı devre kartları bakır folyo ve cam kumaş ve reçine kombinasyonundan yapılmıştır, bu üç malzemenin absorbansı da farklı dalga boylarından dolayı farklıdır, ancak bakır folyo ve cam kumaşın ultraviyole 0.3mμ bölgesinin altında olması soğurma oranı daha yüksektir, ancak görünür ışıkta ve IR'de önemli bir düşüşten sonra. Öte yandan organik reçine malzemeleri, her üç spektral bantta da oldukça yüksek bir soğurma oranını koruyabilir. Bu, reçine malzemelerinin sahip olduğu özelliktir ve lazer delme işleminin popülaritesinin temelini oluşturur.
PCB fabrikalarında ne tür lazer delme mevcuttur?
Lazer, termal enerjiye sahip kızılötesi ve görünür ışık ve optik enerjiye sahip ultraviyole ışık ile enerjisini artıran harici bir uyaran tarafından "ışınlar" uyarıldığında heyecanlanan güçlü bir ışık ışınıdır. Bu tür ışık bir iş parçasının yüzeyine çarptığında üç olay meydana gelir: yansıma, soğurma ve nüfuz etme. Lazer delmenin ana işlevi, işlenecek alt tabaka malzemesini hızlı bir şekilde çıkarabilmektir; bu, esas olarak fototermal ablasyon ve fotokimyasal ablasyon veya sözde eksizyon yoluyla gerçekleştirilir.
Ticari PCB üretiminde lazer delme için iki lazer teknolojisi kullanılmaktadır: uzak kızılötesi bantta dalga boylarına sahip CO2 lazerler ve ultraviyole bantta dalga boylarına sahip UV lazerler. CO2 lazerler, baskılı devre kartlarında endüstriyel mikro geçiş deliklerinin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. 100 μm'den büyük çaplara sahip olması gerekir (Raman, 2001). Bu geniş açıklıklı deliklerin imalatı için, CO2 lazerleri, geniş açıklıkların CO2 lazerleriyle imalatı için gereken çok kısa delme süresi nedeniyle oldukça verimlidir. UV lazer teknolojisi, mikrofabrik kablo şemalarının kullanımıyla çapı 100 μm'den küçük ve hatta 50 μm'den küçük mikro yolların imalatında yaygın olarak kullanılmaktadır. UV lazer teknolojisi, çapı 80 μm'den küçük deliklerin üretiminde oldukça verimlidir. Bu nedenle, mikrovia verimliliğine yönelik artan talebi karşılamak için birçok PCB üreticisi, çift kafalı lazer delme sistemlerini piyasaya sürmeye başladı.
Bugün piyasada mevcut olan üç ana çift kafalı lazer delme sistemi türü şunlardır:
- Çift kafalı UV lazer delme sistemleri
- Çift kafalı CO2 lazer delme sistemleri; Ve
- Çubuk lazer delme sistemleri (CO2 ve UV)
Tüm bu tip sondaj sistemlerinin kendine göre avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. Lazer delme sistemleri basitçe iki türe ayrılabilir: çift matkaplı tek dalga boyu sistemleri ve çift matkaplı çift dalga boyu sistemleri.
Türü ne olursa olsun delik açma yeteneğini etkileyen iki ana bileşen vardır:
- Lazer enerjisi/darbe enerjisi
- Işın konumlandırma sistemi
Lazer darbesinin enerjisi ve ışın dağıtımının verimliliği delme süresini belirler; delme süresi, lazer matkabın bir mikro geçiş deliği delmesi için gereken süredir ve ışın konumlandırma sistemi, iki nokta arasında hareket edebileceği hızı belirler. delikler. Bu faktörler birlikte, lazer delme makinesinin belirli bir gereksinim için gerekli mikro geçişleri üretebileceği hızı belirler. Çift kafalı UV lazer sistemleri, yüksek en-boy oranlarına sahip entegre devrelerde 90μm'den küçük deliklerin açılması için en uygunudur.
Çift kafalı CO2 lazer sistemi, Q modülasyonlu RF uyarımlı bir CO2 lazeri kullanır. Bu sistemin temel avantajları, yüksek tekrarlanabilirlik (100 kHz'e kadar), kısa delme süreleri ve yalnızca birkaç geçişle kör bir delik açılmasına olanak tanıyan geniş çalışma yüzeyidir, ancak açılan deliklerin kalitesi de ayarlanabilir. Düşük.
En yaygın çift kafalı lazer delme sistemi, bir UV lazer kafası ve bir CO2 lazer kafasından oluşan hibrit lazer delme sistemidir. Bu kombine hibrit lazer delme yöntemi, bakır ve dielektriklerin eş zamanlı olarak delinmesine olanak tanır. Bakır, istenen delik boyutunu ve şeklini oluşturmak için UV lazerle delinir ve hemen ardından kaplanmamış dielektrik malzemeyi delmek için CO2 lazer kullanılır. Delme işlemi, alan adı verilen 2 inç X 2 inçlik bir bloğun delinmesiyle gerçekleştirilir.
CO2 lazeri, dielektrikleri, hatta düzgün olmayan cam takviyeli dielektrikleri bile etkili bir şekilde ortadan kaldırır. Bununla birlikte, tek bir CO2 lazeri küçük delikler (75 μm'den az) açamaz ve bakırı kaldıramaz; birkaç istisna dışında, ön işleme tabi tutulmuş 5 μm'den küçük ince bakır folyoları kaldırabilir (lustino, 2002). UV lazer, çok küçük delikler açma ve tüm yaygın bakır şeritleri (3 - 36 μm, 1oz, hatta kaplamalı bakır folyolar) kaldırma kapasitesine sahiptir. UV lazer ayrıca dielektrik malzemeleri tek başına da kaldırabilir, ancak daha yavaş bir hızda. Ayrıca, güçlendirilmiş cam FR-4 gibi tekdüze olmayan malzemeler için sonuçlar genellikle zayıftır. Bunun nedeni, camın ancak enerji yoğunluğunun belirli bir seviyeye yükseltilmesi durumunda çıkarılabilmesidir, bu da iç pedlere zarar verir. Çubuk lazer sistemi bir UV lazer ve bir CO 2 lazerden oluştuğu için her iki alanda da optimaldir, UV lazerle tüm bakır folyolar ve küçük delikler yapılabilir, CO 2 lazerle dielektrikler hızlı bir şekilde delinebilir. Şekilde programlanabilir delme aralığına sahip çift kafalı lazer delme sisteminin yapısının bir örneği verilmektedir. İki matkap arasındaki mesafe, bileşenlerin yerleşimine göre kendiliğinden ayarlanabilir, bu da maksimum lazer delme kabiliyeti sağlar.
Günümüzde, iki matkap arasındaki aralık, adım ve tekrarlı ışın konumlandırma teknolojisine sahip çift kafalı lazer delme sistemlerinin çoğunda sabittir. Adım ve tekrarlı lazer uzaktan kumandanın avantajı, alanın geniş ayar aralığıdır ((50 X 50) μm'ye kadar). Dezavantajı ise lazer tele dönüştürücünün sabit bir alan üzerine basılmasının gerekmesi ve iki matkap arasındaki aralığın sabit olmasıdır. Tipik bir çift kafalı lazer uzaktan regülatörün iki matkabı arasındaki mesafe sabittir (yaklaşık 150 μm). Farklı panel boyutları için sabit mesafeli matkaplar, programlanabilir aralıklı matkapların yanı sıra işlemi tamamlamak üzere en uygun şekilde yapılandırılamaz.
Günümüzün çift kafalı lazer delme sistemleri, hem küçük ölçekli PCB üreticileri hem de yüksek hacimli PCB üreticileri için geniş bir boyut ve performans yelpazesinde mevcuttur.
Seramik alüminyum oksit, yüksek dielektrik sabiti nedeniyle baskılı devre kartlarının imalatında kullanılır. Bununla birlikte, kırılganlığı nedeniyle, mekanik stresin en aza indirilmesi gerektiğinden, kablolama ve montaj için gereken delme işlemi standart aletlerle zordur ve bu, lazer delme için iyi bir şeydir.Rangel ve ark. (1997), alümina substratlar için ve ayrıca altın ve ankrajlarla kaplanmış alümina substratlar için ayarlanmış bir QNd:YAG lazer kullanılarak delmenin mümkün olduğunu gösterdi. Kısa darbeli, düşük enerjili, yüksek tepe güçlü lazerin kullanılması, numunenin mekanik stres nedeniyle hasar görmesini önlemeye yardımcı oldu ve çapı 100 μm'den küçük, yüksek kaliteli açık delikler üretti. Bu teknoloji, 8 - 18 GHz frekans aralığındaki düşük gürültülü mikrodalga amplifikatörlerinde başarıyla kullanılmaktadır.
Nd:YAG lazer teknolojisi, çok çeşitli malzemelerde hem kör hem de açık delikleri işlemek için kullanılmıştır. Bunlar arasında minimum 25 mikron delik çapına sahip poliimid bakır kaplı laminatlarda pilot deliklerin açılması da yer alıyor. Üretim maliyetine bakıldığında kullanılan en ekonomik çap 25-125 mikrondur. Delme hızı 10,000 delik/dakikadır. Direkt lazer delme işlemi kullanılabilir, delik çapı 50 mikrona kadardır. Kalıplanmış deliklerin iç yüzeyi temiz ve karbonizasyondan arındırılmış olup, kolaylıkla kaplanabilir. Aynı durum, en küçük delik çapı 25 mikron olan ve 25-125 mikron için kullanılan en ekonomik çap olan açık delikler açan PTFE bakır kaplı laminatta da olabilir. Delme hızı 4500 delik/dakikadır. Pencerelerin önceden aşındırılmasına gerek yoktur. Ortaya çıkan delikler temizdir ve ek özel işlem gereksinimleri gerektirmez.
