레이저는 에너지를 증가시키는 외부 자극에 의해 "광선"이 자극될 때 여기되는 강력한 광선입니다. 적외선과 가시광선에는 열에너지가 있고, 자외선에는 광학에너지가 있습니다. 이러한 종류의 빛이 가공물의 표면에 닿으면 반사, 흡수, 침투라는 세 가지 현상이 발생합니다.
레이저 드릴링의 주요 기능은 주로 광열 절제 및 광화학적 절제 또는 소위 절제를 통해 처리할 기판 재료를 신속하게 제거할 수 있는 것입니다.
- 광열 절제(Photo-thermal ablation): 가공할 재료가 고에너지 레이저 광을 흡수하여 매우 짧은 시간에 가열되어 용융되고 증발되는 홀 형성 원리입니다. 기판 재료의 이 공정 방법은 높은 에너지를 받게 되며, 흑화된 탄화 잔류물의 벽에 의해 형성된 구멍에서 구멍을 먼저 청소해야 합니다.
- 광화학적 제거: 자외선 영역은 높은 광자 에너지(2eV 전자볼트 이상)를 가지며, 400나노미터 이상의 고에너지 광자가 레이저 파장을 통해 결과에 영향을 미칩니다. 이 고에너지 광자는 유기 물질의 긴 분자 사슬을 파괴하고 더 작은 입자가 될 수 있으며, 그 에너지는 원래 분자보다 크며, 외부 핀치 흡입의 경우 탈출하는 극단적인 힘이므로 기판 재료가 빠르게 제거되고 미세다공성이 형성됩니다. 이러한 유형의 공정에는 열 연소가 포함되지 않으며 탄화가 발생하지 않습니다. 따라서 포레이션 전 청소가 매우 쉽습니다. 이것이 레이저 홀 형성의 기본 원리입니다. 현재 가장 일반적으로 사용되는 두 가지 유형의 레이저 드릴링: 레이저를 사용한 인쇄 회로 기판 드릴링은 주로 RF 여기 CO2 가스 레이저와 UV 고체 Nd:YAG 레이저입니다.
- 기판 흡광도: 레이저의 성공률은 기판 재료의 흡광도와 직접적인 관계가 있습니다. 인쇄 회로 기판은 구리 호일과 유리 천 및 수지 조합으로 만들어지며, 이 세 가지 재료의 흡광도는 파장이 다르기 때문에 다르지만, 구리 호일과 유리 천은 자외선 0.3mμ 영역 아래에 있습니다. 흡수율은 더 높지만 상당한 감소 후에 가시광선과 IR로 들어갑니다. 반면, 유기 수지 소재는 세 가지 스펙트럼 대역 모두에서 상당히 높은 흡수율을 유지할 수 있습니다. 이는 수지재료가 갖는 특성이자 레이저 드릴링 가공이 대중화되는 기반이 됩니다.
PCB 공장에서는 어떤 종류의 레이저 드릴링을 사용할 수 있습니까?
레이저는 외부 자극에 의해 "광선"이 자극되어 에너지가 증가할 때 여기되는 강력한 광선으로, 적외선과 가시광선에는 열 에너지가 있고 자외선에는 광학 에너지가 있습니다. 이러한 종류의 빛이 가공물의 표면에 닿으면 반사, 흡수, 침투라는 세 가지 현상이 발생합니다. 레이저 드릴링의 주요 기능은 처리할 기판 재료를 신속하게 제거할 수 있는 것입니다. 이는 주로 광열 절제 및 광화학적 절제 또는 소위 절제에 의해 이루어집니다.
상업용 PCB 생산에서 레이저 드릴링에는 두 가지 레이저 기술이 사용됩니다. 원적외선 대역의 파장을 갖는 CO2 레이저와 자외선 대역의 파장을 갖는 UV 레이저입니다. CO2 레이저는 인쇄 회로 기판의 산업용 마이크로패스 홀 생산에 널리 사용됩니다. , 이는 100μm보다 큰 직경을 가져야 합니다(Raman, 2001). 이러한 대형 조리개 구멍을 제작하는 경우 CO2 레이저는 CO2 레이저를 사용하여 대형 조리개를 제작하는 데 필요한 펀칭 시간이 매우 짧기 때문에 생산성이 높습니다. UV 레이저 기술은 직경이 100μm 미만인 마이크로비아를 제작하는 데 널리 사용되며 미세 가공 배선 다이어그램을 사용하면 50μm 미만도 가능합니다. UV 레이저 기술은 직경이 80μm 미만인 구멍을 생산하는 데 매우 생산적입니다. 따라서 마이크로비아 생산성에 대한 증가하는 요구를 충족하기 위해 많은 PCB 제조업체에서는 듀얼 헤드 레이저 드릴링 시스템을 도입하기 시작했습니다.
다음은 오늘날 시장에서 사용할 수 있는 세 가지 주요 유형의 듀얼 헤드 레이저 드릴링 시스템입니다.
- 듀얼 헤드 UV 레이저 드릴링 시스템
- 듀얼 헤드 CO2 레이저 드릴링 시스템; 그리고
- 스틱 레이저 드릴링 시스템(CO2 및 UV)
이러한 모든 유형의 드릴링 시스템에는 고유한 장점과 단점이 있습니다. 레이저 드릴링 시스템은 간단히 이중 드릴 단일 파장 시스템과 이중 드릴 이중 파장 시스템의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
유형에 관계없이 구멍을 뚫는 기능에 영향을 미치는 두 가지 주요 구성 요소가 있습니다.
- 레이저 에너지/펄스 에너지
- 빔 포지셔닝 시스템
레이저 펄스의 에너지와 빔 전달의 효율성에 따라 드릴링 시간이 결정되고, 드릴링 시간은 레이저 드릴이 마이크로패스 홀을 드릴링하는 데 걸리는 시간이며, 빔 포지셔닝 시스템은 두 구멍 사이를 이동할 수 있는 속도를 결정합니다. 구멍. 이러한 요인들이 함께 레이저 드릴링 머신이 주어진 요구 사항에 필요한 마이크로비아를 생산할 수 있는 속도를 결정합니다. 듀얼 헤드 UV 레이저 시스템은 종횡비가 높은 집적 회로에서 90μm보다 작은 구멍을 드릴링하는 데 가장 적합합니다.
듀얼 헤드 CO2 레이저 시스템은 Q 변조 RF 여기 CO2 레이저를 사용합니다. 이 시스템의 주요 장점은 높은 반복성(최대 100kHz), 짧은 드릴링 시간 및 넓은 작업 표면으로, 몇 번의 패스만으로 막힌 구멍을 뚫을 수 있지만 드릴 구멍의 품질은 좋지 않을 수 있습니다. 낮은.
가장 일반적인 듀얼 헤드 레이저 드릴링 시스템은 UV 레이저 헤드와 CO2 레이저 헤드로 구성된 하이브리드 레이저 드릴링 시스템입니다. 이 결합된 하이브리드 레이저 드릴링 방법을 사용하면 구리와 유전체를 동시에 드릴링할 수 있습니다. 구리는 UV 레이저로 드릴링되어 원하는 구멍 크기와 모양을 만들고, CO2 레이저는 즉시 덮이지 않은 유전체를 드릴링하는 데 사용됩니다. 드릴링 프로세스는 필드라고 불리는 2in X 2in 블록을 드릴링하여 수행됩니다.
CO2 레이저는 유전체, 심지어 불균일한 유리 강화 유전체도 효과적으로 제거합니다. 그러나 단일 CO2 레이저는 작은 구멍(75μm 미만)을 만들고 구리를 제거할 수 없지만, 전처리된 5μm 미만의 얇은 구리 호일을 제거할 수 있다는 점을 제외하면(lustino, 2002). UV 레이저는 매우 작은 구멍을 만들고 모든 일반적인 구리 거리(3 - 36 μm, 1oz, 심지어 도금된 구리 포일까지)를 제거할 수 있습니다. UV 레이저는 유전체 물질만 제거할 수도 있지만 속도는 느립니다. 또한 강화 유리 FR-4과 같은 불균일한 재료의 경우 일반적으로 결과가 좋지 않습니다. 에너지 밀도가 일정 수준까지 높아져야만 유리를 제거할 수 있고, 이로 인해 내부 패드도 파괴되기 때문이다. 스틱 레이저 시스템은 UV 레이저와 CO 2 레이저로 구성되어 있어 두 영역 모두에 최적입니다. UV 레이저를 사용하면 모든 구리 포일과 작은 구멍을 작업할 수 있고 CO 2 레이저를 사용하면 유전체를 빠르게 드릴링할 수 있습니다. 그림은 프로그래밍 가능한 드릴링 간격을 갖춘 듀얼 헤드 레이저 드릴링 시스템의 구조를 보여줍니다. 두 드릴 사이의 간격은 구성 요소의 레이아웃에 따라 자체적으로 조정될 수 있으므로 최대 레이저 드릴링 성능이 보장됩니다.
요즘에는 단계별 빔 포지셔닝 기술을 사용하는 대부분의 듀얼 헤드 레이저 드릴링 시스템에서 두 드릴 사이의 간격이 고정되어 있습니다. 단계별 반복 레이저 리모콘 자체의 장점은 도메인 조정 범위가 크다는 것입니다(최대 (50 X 50) μm). 단점은 레이저 텔레컨버터가 고정된 필드 위로 밟아야 하고 두 드릴 사이의 간격이 고정되어 있다는 것입니다. 일반적인 듀얼 헤드 레이저 원격 조정기의 두 드릴 사이의 거리는 고정되어 있습니다(약 150μm). 다양한 패널 크기의 경우 고정 거리 드릴은 프로그래밍 가능한 간격 드릴뿐만 아니라 작업을 완료하도록 최적으로 구성할 수 없습니다.
오늘날의 듀얼 헤드 레이저 드릴링 시스템은 소규모 PCB 제조업체는 물론 대량 PCB 제조업체 모두를 위한 다양한 크기와 성능으로 제공됩니다.
세라믹 산화알루미늄은 유전율이 높기 때문에 인쇄 회로 기판 제조에 사용됩니다. 그러나 취약성으로 인해 표준 도구로는 배선 및 조립에 필요한 드릴링 공정이 어렵습니다. 기계적 응력을 최소화해야 하기 때문에 레이저 드릴링에 좋은 점입니다. Rangel et al. (1997)은 금과 앵커로 코팅된 알루미나 기판뿐만 아니라 알루미나 기판의 경우 조정된 QNd:YAG 레이저를 사용하여 드릴링하는 것이 가능하다는 것을 입증했습니다. 단펄스, 저에너지, 고피크 출력 레이저를 사용하면 기계적 응력으로 인한 샘플 손상을 방지하고 직경이 100μm 미만인 고품질 스루홀을 생성할 수 있습니다. 이 기술은 8 - 18 GHz 주파수 범위의 저잡음 마이크로파 증폭기에 성공적으로 사용됩니다.
Nd:YAG 레이저 기술은 다양한 재료의 막힌 구멍과 관통 구멍을 모두 가공하는 데 사용되었습니다. 그 중에는 최소 구멍 직경이 25미크론인 폴리이미드 구리 피복 적층판에 파일럿 구멍을 뚫는 작업도 있습니다. 생산원가를 분석해 보면 가장 경제적인 직경은 25-125미크론입니다. 드릴링 속도는 10,000 홀/분입니다. 직접 레이저 펀칭 공정을 사용할 수 있으며 구멍 직경은 최대 50미크론입니다. 성형된 구멍의 내부 표면은 깨끗하고 탄화가 없으며 쉽게 도금할 수 있습니다. 구멍을 통해 구멍을 뚫는 PTFE 구리 피복 라미네이트에서도 마찬가지입니다. 가장 작은 구멍 직경은 25 마이크론이며 25-125 마이크론에 사용되는 가장 경제적인 직경입니다. 드릴링 속도는 4500홀/분입니다. 창을 사전 에칭할 필요가 없습니다. 결과 구멍은 깨끗하며 추가 특수 처리 요구 사항이 필요하지 않습니다.
