כמרכיב מרכזי של מכשירים אלקטרוניים, הדיוק והיעילות של תהליכי ייצור PCB משפיעים ישירות על הביצועים והאיכות של מוצרים אלקטרוניים. עם הפיתוח המתמשך של מוצרים אלקטרוניים לקראת מזעור וביצועים גבוהים, הועלו דרישות גבוהות יותר לתכנון וייצור של PCB. ביניהם,טכנולוגיית קידוחמהווה חלק חשוב בייצור PCB, וקידוח מכני מסורתי אינו מסוגל בהדרגה לעמוד בדרישות המחמירות יותר ויותר. טכנולוגיית קידוח בלייזר, עם היתרונות הייחודיים שלה, הפכה חשובה יותר ויותר בייצור PCB.
1, עקרונות טכנולוגיית קידוח בלייזר
קידוחי לייזר, המכונה גם קידוחי לייזר, מבוססים על העיקרון של ניצול האנרגיה הגבוהה ותכונות המיקוד הגבוהות של הלייזרים. הלייזר מייצר קרן לייזר-באנרגיה גבוהה, הממוקדת במיקום ייעודי על לוח ה-PCB באמצעות מערכת עדשות. כאשר קרן לייזר באנרגיה גבוהה- מוקרנת על לוח PCB, החומר במיקום המוקרן סופג באופן מיידי את אנרגיית הלייזר, מה שגורם לעלייה חדה בטמפרטורה ולהתכה מהירה או אפילו לגיזוז של החומר, וכתוצאה מכך להיווצרות חורים. שיטת עיבוד זו ללא-מגע מונעת את הלחץ המכני ואת בעיות הבלאי הנגרמות מהמגע בין המקדחה לחומר בקידוח מכני.
ישנם שני מנגנונים עיקריים לאינטראקציה בין לייזר לחומרים: אבלציה פוטו-תרמית ואבלציה פוטוכימית. אבלציה פוטותרמית מתייחסת לספיגה מתמשכת של לייזר באנרגיה גבוהה- על ידי החומר המעובד, אשר מחומם למצב מותך בפרק זמן קצר מאוד. הטמפרטורה ממשיכה לעלות, מה שגורם לחומר להתאדות ולבסוף להתאדות ליצירת מיקרו-נקבים. ואבלציה פוטוכימית נובעת מהאנרגיה הגבוהה (מעל 2eV) של פוטונים מלייזרים באורך גל קצר, שיכולים להרוס את השרשראות המולקולריות הארוכות של חומרים אורגניים, להפוך אותם לחלקיקים ולנתק אותם מהחומר המעבד. תחת פעולת לייזר חיצונית מתמשכת, חומר המצע בורח ללא הרף ליצירת מיקרו-נקבים. בקידוח לייזר PCB בפועל, שני המנגנונים הללו מתקיימים לעתים קרובות יחד, והמנגנון הספציפי תלוי בגורמים כמו אורך הגל, האנרגיה ותכונות החומר של הלייזר.
2, היתרונות של טכנולוגיית קידוח לייזר
(1) דיוק גבוה
קידוח בלייזר יכול להשיג צמצם קטן במיוחד ודיוק מיקום חורים גבוה, כאשר הצמצם בדרך כלל קטן כמו עשרות מיקרומטרים וסטיית מיקום החורים נשלטת בטווח קטן מאוד. בהשוואה לקידוח מכאני מסורתי, לקידוח בלייזר יתרונות משמעותיים בדייקנות, שיכולים לעמוד בדרישות של חיווט PCB מודרני בצפיפות- גבוהה, להבטיח את הדיוק והיציבות של חיבורי המעגלים ולשפר מאוד את הביצועים והאמינות של PCB.
(2) צמצם קטן שניתן לעיבוד
עם מגמת המזעור במוצרים אלקטרוניים, יש ביקוש הולך וגובר לפתחים קטנים יותר ב-PCB. טכנולוגיית קידוח בלייזר יכולה לקדוח בקלות חורים זעירים בקוטר מינימלי של 2 מיל (0.002 אינץ'), בעוד שקידוח מכני משיג קוטר מינימלי של כ-6 מיל (0.006 אינץ'). היכולת לעבד פתחים קטנים מספקת אפשרות לתכנון מזעור של PCbs, המאפשרת למוצרים אלקטרוניים לשלב יותר פונקציות בחלל קטן יותר.
(3) עיבוד ללא מגע
בשל השיטה ללא-מגע המשמשת בקידוח לייזר, נמנעים חיכוך פיזי ולחץ מגע בין המקדחה לחומר ה-PCB, אשר לא יגרום נזק מכני ללוח ויפחית ביעילות את התרחשותן של בעיות כגון עיוות לוח וסדקים. זה חשוב במיוחד לחומרי pcb שהם רכים יחסית או דורשים דיוק עיבוד גבוה במיוחד, שיכול לשפר משמעותית את קצב התפוקה של המוצרים.
(4) מהירות עיבוד מהירה
למרות שלקידוח לייזר אולי אין יתרון מוחלט בזמן עיבוד של חור בודד בהשוואה לקידוח מכני, המאפיינים שלו כגון אי צורך בהחלפת המקדחה ומיקום מהיר משפרים מאוד את יעילות העיבוד הכוללת בעיבוד אצווה. ועם הפיתוח המתמשך של טכנולוגיית הלייזר, גם מהירות קידוח הלייזר עולה כל הזמן, מה שיכול לענות על הצרכים של ייצור בקנה מידה גדול.-
(5) גמישות גבוהה
ניתן להשתמש בקידוח בלייזר כדי לעבד PCbs של צורות וחומרים מורכבים שונים, בין אם זה למינציה- קשיחה בציפוי נחושת או סרטי פוליאמיד גמישים, הוא יכול לטפל בהם בקלות. בינתיים, על ידי התאמת הפרמטרים של הלייזר, כגון הספק, רוחב דופק, תדר וכו', ניתן לשלוט בעומק ובקוטר של הקידוח בצורה גמישה כדי לעמוד בדרישות עיצוב שונות.
3, סוגי ציוד קידוח לייזר
בתעשיית ייצור ה-PCB, ציוד קידוח הלייזר הנפוץ מחולק בעיקר לשתי קטגוריות המבוססות על מקורות האור השונים: מכונות קידוח לייזר UV ננו-שניות עם אורך גל של 355nm ומכונות קידוח CO ₂ באורך גל של 9400nm.
(1) מכונת קידוח לייזר UV ננו-שנייה
מנגנון הקידוח של מכונת קידוח לייזר UV ננו-שניות הוא בעיקר אבלציה פוטוכימית. הפוטונים באנרגיה גבוהה- של הלייזר באורך הגל הקצר שלו יכולים להרוס ביעילות את השרשראות המולקולריות של חומרים אורגניים. במהלך תהליך הקידוח, יש תגובת אבלציה תרמית מועטה, ומייצרים מעט מאוד קרבידים, מה שהופך את תהליך הטיפול המקדים של נחושת נקבובית לפשוט מאוד. יתרה מכך, המכשיר יכול להסיר ישירות נייר כסף ללא צורך ב-טיפול מקדים נוסף לפני הקידוח. מכשיר זה מתאים למצבים שבהם איכות דופן החור גבוהה במיוחד וישנה דרישה ללא שאריות פחממות בתוך החור, כמו למשל בייצור PCB של כמה מוצרים אלקטרוניים-יוקרתיים, כגון לוח האם של סמארטפונים וטאבלטים.
(2) מכונת קידוח CO ₂
מנגנון הקידוח של מכונת קידוח CO ₂ הוא בעיקר אבלציה פוטותרמית. החומר המעובד נמס במהירות ומתאדה ליצירת מיקרו-נקבים לאחר ספיגה מתמשכת של לייזר באנרגיה גבוהה-. עקב תהליך האבלציה הפוטותרמית, יהיו שאריות קרביד על דופן החור, ולכן נדרש טיפול מקדים לפני ואחרי הקידוח. מכונת הקידוח CO ₂ משתמשת בדרך כלל בנייר נחושת דק במיוחד- לאבלציה ישירה (כגון נחושת בסיס 12um שבדרך כלל צריך להפחית ל-9um), ומהירות הקידוח שלה טובה יותר מקידוחי לייזר UV. זה מתאים לקידוח PCbs המכילים חומרי פיברגלס בשכבה הדיאלקטרית ונמצא בשימוש נרחב בייצור של כמה מוצרים אלקטרוניים רגילים ומעגלי בקרה תעשייתיים.
4, זרימת תהליך קידוח בלייזר
(1) הכנה מוקדמת
הכנת לוח ה-PCB: יש לוודא שהחומר, העובי, עובי רדיד הנחושת ופרמטרים נוספים של לוח ה-PCB עומדים בדרישות העיצוב, ולבצע טיפול ניקוי פני השטח על לוח ה-PCB להסרת זיהומים כגון שמן ואבק, על מנת להבטיח אינטראקציה יעילה בין לייזר לחומרים.
איתור באגים בציוד: בהתבסס על הפרמטרים של לוח ה-PCB ודרישות הקידוח, יש לנפות באגים בציוד קידוח הלייזר ולהגדיר פרמטרים מתאימים כגון כוח לייזר, רוחב דופק, תדר, מהירות קידוח, אורך מוקד וכו'. במקביל, בדקו האם מערכת הנתיב האופטי, מערכת הקירור, מערכת הבקרה וכו' של הציוד פועלות כרגיל.
(2) תהליך קידוח
מיקום: באמצעות מערכת המיקום של המכשיר, הנח במדויק את לוח ה-PCB על שולחן העבודה וקבע את מיקום הקידוח בהתאם לדרישות התכנון. ציוד קידוח לייזר מודרני מצויד בדרך כלל במערכות מיקום חזותי-בדיוק גבוה, שיכולות לזהות במהירות ובדייקנות את הנקודות המסומנות על לוח ה-PCB, להשיג מיקום אוטומטי ולשפר את דיוק הקידוח.
קידוח: הפעל את הלייזר, וקרן הלייזר תקדח חורים בלוח ה-PCB לפי הפרמטרים והנתיב שנקבעו מראש. במהלך תהליך הקידוח, ניתן להשתמש בשיטות קידוח בודדות או מרובות בהתאם לדרישות התהליך השונות. עבור כמה חורים עמוקים יותר או מצבים שבהם נדרשת איכות קיר גבוהה, ייתכן שיהיה צורך בקידוח מרובים, המעמיקים בהדרגה בכל פעם כדי להבטיח את איכות החור.
(3) עיבוד שלאחר מכן
ניקוי: לאחר הקידוח, יישארו שאריות חומר מומס ופסולת על פני השטח ובתוך החורים של לוח ה-PCB, אותם יש לנקות. בדרך כלל, נעשה שימוש בניקוי קולי, ניקוי כימי ושיטות אחרות כדי לטבול את לוח ה-PCB בתמיסת ניקוי. באמצעות רטט של גלים קוליים או פעולה של ריאגנטים כימיים, שאריות ופסולת מוסרים כדי להבטיח את ניקיון החורים.
בדיקה: ערכו בדיקה מקיפה של לוח ה-PCB לאחר הקידוח, כולל גודל צמצם, דיוק מיקום החור, איכות קיר החור והיבטים נוספים. שיטות הזיהוי הנפוצות כוללות זיהוי מיקרוסקופ, זיהוי מיקרוסקופ סריקת אלקטרונים, זיהוי אופטי אוטומטי וכו'. באמצעות בדיקה, ניתן לאתר בזמן הבדיקה בעיות המתרחשות במהלך תהליך הקידוח, כגון סטיית צמצם, סטיית מיקום חור, דופן חור מחוספס, שאריות וכו', ניתנות לזיהוי בזמן ולהתאים ולשפר בהתאם.
טיפול בניקוב: עבור חורים הדורשים חיבור חשמלי, שכבת מתכת, כגון נחושת, מונחת על דופן החור כדי להפוך את החור למוליך. טיפול ניקוב מאמץ בדרך כלל את השיטה של ציפוי נחושת כימי או ציפוי נחושת אלקטרוני. ראשית, ציפוי נחושת כימי מבוצע על דופן החור כדי ליצור שכבה מוליכה דקה, ולאחר מכן שכבת הנחושת מעובה עוד יותר על ידי ציפוי נחושת אלקטרו כדי לעמוד בדרישות הביצועים החשמליים.
טכנולוגיית קידוח לייזר pcb, כטכנולוגיית מפתח בייצור אלקטרוני מודרני, מסתמכת על הדיוק הגבוה שלה