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Tecnologia PCB
Tecnologia laser del circuito stampato HDI PCB
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Tecnologia laser del circuito stampato HDI PCB

Tecnologia laser del circuito stampato HDI PCB

2021-12-26
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Author:pcb

Con il rapido sviluppo della tecnologia microelettronica, il wide application of large-scale and ultra-large-scale integrated circuits, e il progresso della tecnologia di microassemblaggio, the Produzione di circuiti stampati HDI is developing toward layered and multifunctional direction, E i fili grafici del circuito stampato PCB sono sottili e micro-porosi con spaziatura stretta. La tecnologia di perforazione meccanica utilizzata nella lavorazione non può più soddisfare i requisiti e ha rapidamente sviluppato un nuovo metodo di lavorazione del micro-foro, namely laser drilling technology.


Principio di formazione del foro laser per il PWB HDI

Il laser è un potente fascio di luce che viene stimolato da uno stimolo esterno per aumentare l'energia, in cui la luce infrarossa e visibile hanno energia termica e la luce ultravioletta hanno energia ottica. Ci sono tre fenomeni che si verificano quando questo tipo di luce colpisce la superficie del pezzo in lavorazione: riflessione, assorbimento e penetrazione.

Colpendo un punto laser su un substrato attraverso un altro pezzo di ottica, ci sono molteplici modalità di composizione e ci sono tre reazioni con il punto illuminato.

La funzione principale della perforazione laser è quella di rimuovere rapidamente il materiale del substrato da elaborare. Dipende principalmente dall'ablazione fototermica e dall'ablazione fotochimica o cosiddetta escissione.

1. ablazione fototermica: il principio dei fori formati da un materiale in lavorazione che assorbe la luce laser ad alta energia ed è riscaldato per fondere ed evaporare in un tempo molto breve. Sotto l'azione di alta energia, il residuo carbonizzato nero sulla parete porosa formata da questo processo deve essere pulito prima della porizzazione.

2. ablazione fotochimica: si riferisce all'alta energia fotonica nella regione ultravioletta che supera 2eV volt elettrone. Il risultato di fotoni ad alta energia con lunghezza d'onda laser oltre 400 nanometri. Questo fotone ad alta energia distrugge la lunga catena molecolare dei materiali organici e diventa particelle più piccole, ma la sua energia è più grande della molecola originale ed è costretto a fuggire da esso, in modo che il materiale del substrato viene rapidamente rimosso e i micro-pori si formano sotto il pizzico esterno.

Pertanto, Questo tipo di processo non contiene ebollizione e non si verificherà carbonizzazione. Therefore, La pulizia della pre-porosizzazione è molto semplice.

Questi sono i principi di base della formazione dei pori laser. Attualmente, ci sono due metodi di perforazione laser più comunemente usati: il laser utilizzato per la perforazione dei fori nei circuiti stampati consiste principalmente del laser a gas CO2 eccitato RF e del laser UV a stato solido Nd: YAG.

3. About the absorbance of the base plate: The success rate of laser has a direct relationship with the absorbance of the base material. Il circuito stampato è una combinazione di fogli di rame, glass cloth and resin. L'assorbimento di questi tre materiali varia in base alla lunghezza d'onda, but the copper foil and glass cloth are 0.3m in luce ultravioletta. μ The following regions have higher absorption rates, ma cadono bruscamente dopo aver inserito la luce visibile e IR. Organic resin materials maintain fairly high absorption rates in all three spectral segments. Questa è la caratteristica dei materiali in resina e la base per la popolarità della tecnologia di perforazione laser.

PCB HDI

Different HDI PCB Processes for CO2 Laser Hole Formation

Ci sono due metodi principali di perforazione per la perforazione laser CO2, la perforazione diretta e la perforazione della maschera della medicazione. La cosiddetta tecnologia di foratura diretta consiste nel modulare il diametro del raggio laser attraverso il sistema di controllo principale del dispositivo allo stesso diametro del foro sul circuito stampato e direttamente elaborare il foro sulla superficie dielettrica senza foglio di rame. Il processo della maschera di rivestimento consiste nel rivestire la superficie del cartone stampato con una maschera speciale e rimuovere il foglio di rame dalla superficie del foro mediante esposizione / sviluppo / incisione con il processo convenzionale. Questi fori vengono poi irradiati con un raggio laser più grande dell'apertura per rimuovere la resina dello strato dielettrico esposto. Sono descritti separatamente quanto segue:

1. Metodo di apertura della finestra in bronzo:

Per prima cosa premere uno strato di foglio di rame rivestito in resina RCC sul pannello interno. Una finestra è fatta dalla fotochimica, quindi la resina è incisa per esporla e quindi il materiale del substrato all'interno della finestra è ablato dal laser per formare un foro micro-cieco:

Quando il fascio è migliorato, passa attraverso l'apertura per raggiungere due gruppi di scanner micro riflettenti tipo galvanometro, che sono allineati verticalmente una volta all'obiettivo F Î positivo. L'area del tubo viene raggiunta dove si può realizzare l'emozionante piano di lavoro e quindi i fori micro-ciechi vengono bruciati uno ad uno.

Una volta posizionato da un fascio rapido di elettroni in un'area tubolare di pollice quadrato, il foro cieco da 0,15 mm può essere perforato con tre colpi. La larghezza dell'impulso del primo cannone è di circa 15 μ S, che fornisce energia per la formazione del foro. Successivamente, la pistola può essere utilizzata per pulire il residuo nella parte inferiore della parete del foro e per correggere il foro.

Sezione trasversale SEM e vista completa di 45 gradi del foro micro-cieco da 0.15mm con buon controllo dell'energia del laser. Questo processo di apertura della finestra è utilizzato come piastra di destinazione di supporto. Quando la tipografia di grandi dimensioni o fori ciechi di secondo ordine non sono necessari molto spesso, il loro allineamento è difficile.

2. Metodo di apertura della finestra:

Il diametro dei fori formati dal precedente processo è lo stesso di quello della finestra di rame aperta. Un leggero errore di funzionamento può causare la deviazione della posizione della finestra aperta, con conseguente disallineamento della posizione del foro cieco con il centro del pad base. La deviazione della finestra di rame può essere dovuta all'espansione e alla contrazione del materiale della matrice e alla distorsione del negativo utilizzato per il trasferimento dell'immagine. Quindi il processo di apertura della grande finestra di rame è quello di allargare il diametro della finestra di rame a 0,05 mm più grande di quello del pad di base. Di solito, la dimensione del foro è determinata dalla dimensione del foro. Quando il foro è 0.15mm, il diametro del pad base dovrebbe essere di circa 0.25mm e il diametro della grande finestra dovrebbe essere di 0.30mm. Quindi la perforazione laser può essere fatta per allineare la posizione di burnout precisamente al foro micro-cieco del pad base. La sua caratteristica principale è che ha un grande grado di libertà di scelta. Durante la perforazione dei fori laser, è possibile scegliere di premere il programma del pad di base interno per fare fori. Questo evita efficacemente il disallineamento causato dallo stesso diametro della finestra in rame di quello dei fori, che impedisce al punto laser di puntare verso la finestra anteriore e provoca la comparsa di molti semifori incompleti o fori residui su grandi lotti di lastre.

3. Processo diretto di formazione dei pori sulla superficie della resina del PCB HDI

Ci sono diversi tipi di metodi di perforazione laser che utilizzano il laser PCB HDI per perforare i fori:

A. La piastra di base è rivestita con foglio di rame rivestito in resina sullo strato interno e quindi inciso fuori tutto il foglio di rame, laser CO2 può essere utilizzato per formare direttamente fori sulla superficie della resina nuda e quindi i fori possono essere ulteriormente trattati secondo il processo di placcatura.

B. La piastra di base è un processo simile che utilizza il foglio semi-indurito FR-4 e la lamina di rame invece della lamina di rame rivestita in resina.

C. Processo per successiva laminazione del foglio di rame con resina fotosensibile rivestita.

D. Fatto da film secco come strato dielettrico e processo di pressatura della lamina di rame.

E. Il processo di rivestimento di altri tipi di film caldo con lamina di rame.

4. ablazione diretta del foglio di rame ultra-sottile

Dopo che il foglio di rame della resina è premuto su entrambi i lati della piastra interna del nucleo, lo spessore del foglio di rame di 17m può essere ridotto a 5micron con il metodo "mezza incisione" e quindi trattato con ossidazione nera, i fori possono essere formati dal laser CO2.

Il principio di base è che la superficie nera ossidata assorbirà la luce intensamente, in modo che il foglio di rame super sottile e la superficie della resina possano essere porati direttamente sulla premessa di aumentare l'energia del fascio del laser CO2. Tuttavia, la cosa più difficile è garantire che il "metodo di mezza incisione" possa ottenere strati di rame uniformemente spessi, quindi una particolare attenzione dovrebbe essere prestata alla loro fabbricazione. Naturalmente, il materiale strappabile con supporto di rame UTC. Foglio di rame è equivalente a un libro di circa 5um.

Secondo questo tipo di lavorazione delle lastre, the following main aspects are currently adopted in the process:

Ciò stabilisce principalmente rigorosi criteri di qualità e tecnici per i fornitori di materiali per garantire che la differenza di spessore dello strato dielettrico sia 510 μ M a M. Poiché solo l'uniformità dello spessore dielettrico del foglio di rame rivestito in resina può essere garantita, l'accuratezza del passaggio e la pulizia del fondo del foro possono essere garantite con la stessa energia laser. Allo stesso tempo, è necessario adottare le migliori condizioni di processo per rimuovere lo sporco di perforazione nell'operazione successiva per garantire che il fondo del foro cieco sia pulito e privo di residui dopo la perforazione laser. Ha un buon effetto sulla qualità della placcatura elettrolitica e galvanica del foro cieco.


Nd: Processo del PWB di perforazione del laser di YAG HDI

Nd: YAG è granato di alluminio al neodimio e ittrio. UV laser emitted by two solid crystals together. Recentemente, most commonly used laser beams excited by a diode pulse can be used to make an effective laser sealing system without water cooling. La terza lunghezza d'onda armonica di questo laser è 355 nanometri. The fourth harmonic wavelength is 266 nanometers. La lunghezza d'onda è modulata da un cristallo ottico.

La più grande caratteristica di questo tipo di perforazione laser è UV ultravioletto. Regione dello spettro, mentre la lamina di rame e le fibre di vetro costituite da laminati rivestiti di rame assorbono fortemente nella regione ultravioletta, insieme alla piccola energia di tali punti luce laser, possono penetrare fortemente attraverso la lamina di rame e il panno di vetro e formare fori direttamente. Poiché il calore laser del tipo di cui sopra è piccolo, non produce scorie di carbone dopo la perforazione laser CO2, che fornisce una buona superficie per le successive operazioni della parete del foro.

Nd: la tecnologia laser YAG elabora i fori ciechi del logo e passa attraverso i fori su una varietà di materiali. Esegue fori nel laminato rivestito di rame poliimide con un diametro minimo di 25 micron. Dall'analisi dei costi, il diametro più economico utilizzato è 25125 micron. La velocità di perforazione è 10000 fori/min. La punzonatura laser diretta può essere utilizzata con un'apertura massima di 50 micron. La superficie interna del foro formato è pulita e priva di carbonizzazione e facile da galvanizzare. Può anche perforare fori in laminato rivestito di rame PTFE con un diametro minimo di 25 micron e un diametro più economico di 25125 micron. La velocità di perforazione è di 4500 fori/min. Non è richiesta alcuna pre-incisione della finestra. I fori sono puliti e non richiedono particolari requisiti di lavorazione. Ci sono altri materiali come la lavorazione del foro di sagomatura. I seguenti processi possono essere utilizzati in specifiche lavorazioni: 1. Due processi combinati sono adottati in base alla velocità di due tipi di perforazione laser

Il metodo di funzionamento di base è quello di utilizzare YAG per ablare il foglio di rame sulla superficie della posizione del foro in primo luogo, and then use CO2 laser which is faster than YAG drilling to ablate the resin directly to form the hole.


Problemi di qualità reali Produzione di PCB HDI

In the process of laser drilling, ci sono molti problemi di qualità, which are not ready to be fully described. Solo i problemi di qualità più comuni sono proposti per peer reference.


A. disallineamento tra la posizione di perforazione laser CO_2 e la posizione dell'obiettivo inferiore nel metodo a finestra aperta

In HDI PCB laser drilling, Il sistema di posizionamento del fascio è molto importante per l'accuratezza della sagomatura dell'apertura. Anche se il sistema di posizionamento del fascio è utilizzato per il posizionamento preciso, Le fiamme con forma di foro sono spesso prodotte a causa di altri fattori. The quality problems arising in the production process are analyzed as follows:

1. rendere negativo per il pad interno della saldatura della piastra centrale e la grafica del filo, e RCC con foglio di rame rivestito in resina. Negativo per l'apertura della finestra dopo l'aggiunta dello strato, poiché entrambi sono fattori potenziali per aumentare e diminuire le dimensioni a causa dell'umidità e della temperatura.

2. The size of the base material increases or decreases when the core plate is used to make the pattern of traverse bonding pad, e il RCC di foglio di rame rivestito in resina viene premuto ad alta temperatura. After the addition of layers, i fattori di espansione dimensionale e contrazione dei materiali interni ed esterni esistono.

3. Le dimensioni e la posizione della finestra di rame inciso causeranno anche errori.

4. Errore causato dal punto luce del laser stesso e dallo spostamento della superficie.

5. L'allineamento dei fori ciechi di secondo ordine è più difficile e può facilmente causare errori di posizione.


Based on the above reasons, in base ai dati tecnici pertinenti ottenuti in produzione e all'esperienza operativa effettiva, the main technological strategies adopted are as follows:

1. Per ridurre le dimensioni della tipografia, la maggior parte dei produttori di PCB HDI utilizzano 450 per la tipografia multistrato 600 o 525 600mm. Tuttavia, per i pannelli del telefono cellulare con larghezza del cavo di 0,10 mm e diametro del foro cieco di 0,15 mm, la migliore dimensione del layout è 350. 450mm. Limite superiore.

2. Increase the laser diameter: the purpose is to increase the area covered by the copper window. The specific method is "beam diameter = hole diameter + 90~100" μ M. When the energy density is low, Scatta uno o due scatti in più per risolvere il problema.

3. Prendere il processo di apertura di una grande finestra di rame: in questo momento, solo la dimensione della finestra di rame diventa più grande e l'apertura non viene cambiata, quindi il diametro dei fori laser non è più completamente determinato dalla posizione della finestra, in modo che la posizione del foro può essere direttamente basata sulla posizione del bersaglio base sulla piastra centrale.

4. Cambiare il metodo di apertura della finestra dall'imaging fotochimico e l'incisione al laser YAG: usando i punti luce del laser YAG per aprire la finestra secondo il foro base della piastra centrale in primo luogo, quindi usando il laser CO2 per bruciare il foro sulla sua posizione della finestra, per risolvere l'errore causato dall'imaging.

5. Strato due volte per fare il metodo micro-cieco del foro di secondo ordine: quando la piastra centrale è rivestita con foglio di rame resina RCC su entrambi i lati. After that, se il RCC deve essere accumulato ancora una volta e viene fatto un buco cieco di secondo ordine, il buco cieco di secondo ordine sarà accumulato. In the case of "two" blind hole alignment, I fori devono essere formati puntando a "uno per uno". The original target of the core plate cannot be reused. Questo è, when "accumulate one" into holes and pads, i suoi bordi della tavola faranno anche bersagli. Therefore, dopo aver premuto il RCC di "Ji 2", four additional mechanical datum holes of "Ji 2" can be drilled through the X-ray machine to target on "Ji 1", e poi i fori sono allineati. This method can make "Ji 2" align with "Ji 1" as far as possible.


B. Passaggio errato

Sulla base di molte esperienze di produzione, mainly because of the quality problems in the base material shaping, Il problema principale di qualità è che lo spessore dello strato dielettrico dopo la pressatura della lamina di rame rivestita in resina diverrà inevitabilmente. With the same energy of drilling holes, Il cuscino della parte più sottile dello strato dielettrico non solo porterà più energia, ma anche riflettere più energia. Thus, il muro del foro è battuto in un bollitore espanso verso l'esterno. This will have a significant impact on the quality of electrical interconnection between layers of multilayer layers.


A causa delle dimensioni errate dei pori, l'affidabilità della struttura di interconnessione ad alta densità del circuito stampato multistrato stratificato (MLPCB) porrà una serie di problemi tecnici.

Therefore, process measures must be adopted to control and solve the problem. Vengono utilizzati principalmente i seguenti processi:

1. controllare rigorosamente la differenza di spessore dello strato dielettrico tra foglio di rame rivestito in resina e foglio di rame laminato a 510 μ M a M.

2. Cambiare la densità di energia del laser e il numero di pistole pulsate. The process conditions for mass production can be found through test methods.

3. Le scorie nella parte inferiore del foro e le scorie rotte alla parete del foro non vengono rimosse correttamente.


Questo tipo di problema di qualità PCB HDI è più probabile che si verifichi a causa di un leggero controllo improprio. Especially for the laminates with porous type on big plate, è impossibile garantire la qualità al 100% senza problemi di qualità. Questo perché il numero di fori micro-ciechi sullo stencil di grandi dimensioni elaborato è troppo grande, in media circa 60-90,000 fori. The thickness of the media layer varies, lo spessore del residuo lasciato sulla base quando si utilizza la perforazione laser con la stessa energia. It is not possible to ensure that all residues are thoroughly clean after the treatment of drilling dirt. Inoltre, poor inspection methods often result in subsequent HDI PCB copper plating and the bond between the bottom pad and the hole wall when there is a defect.