En tant que composant clé des appareils électroniques, la précision et l’efficacité des processus de fabrication des circuits imprimés affectent directement les performances et la qualité des produits électroniques. Avec le développement continu des produits électroniques vers la miniaturisation et les hautes performances, des exigences plus élevées ont été mises en avant pour la conception et la fabrication des circuits imprimés. Parmi eux,technologie de forageest une partie importante de la fabrication de circuits imprimés, et le perçage mécanique traditionnel est progressivement incapable de répondre aux exigences de plus en plus strictes. La technologie de perçage au laser, avec ses avantages uniques, est devenue de plus en plus importante dans la fabrication de circuits imprimés.
1, principes de la technologie de perçage laser
Le perçage laser, également connu sous le nom de perçage laser, est basé sur le principe de l'utilisation de la haute énergie et des propriétés de focalisation élevées des lasers. Le laser génère un faisceau laser à haute énergie-, qui est focalisé sur une position désignée sur le circuit imprimé via un système de lentilles. Lorsqu'un faisceau laser à haute énergie-est irradié sur une carte de circuit imprimé, le matériau à la position irradiée absorbe instantanément l'énergie laser, provoquant une forte augmentation de la température et une fusion rapide ou même une gazéification du matériau, entraînant la formation de trous. Cette méthode d'usinage sans contact-évite les contraintes mécaniques et les problèmes d'usure causés par le contact entre le foret et le matériau lors du perçage mécanique.
Il existe deux mécanismes principaux d’interaction entre le laser et les matériaux : l’ablation photothermique et l’ablation photochimique. L'ablation photothermique fait référence à l'absorption continue d'un laser à haute énergie- par le matériau traité, qui est chauffé jusqu'à l'état fondu dans un laps de temps très court. La température continue d’augmenter, provoquant la vaporisation du matériau, qui finit par s’évaporer pour former des micropores. Et l'ablation photochimique est due à la haute énergie (supérieure à 2eV) des photons émis par les lasers à courte longueur d'onde, qui peuvent détruire les longues chaînes moléculaires des matériaux organiques, les transformant en particules et les détachant du matériau de traitement. Sous l’action continue d’un laser externe, le matériau du substrat s’échappe continuellement pour former des micropores. Dans le perçage laser de circuits imprimés, ces deux mécanismes coexistent souvent et le mécanisme spécifique dépend de facteurs tels que la longueur d'onde, l'énergie et les propriétés du matériau du laser.
2, Les avantages de la technologie de perçage laser
(1) Haute précision
Le perçage laser permet d'obtenir une ouverture extrêmement petite et une précision de position de trou élevée, avec une ouverture généralement aussi petite que des dizaines de micromètres et un écart de position de trou contrôlé dans une très petite plage. Par rapport au perçage mécanique traditionnel, le perçage laser présente des avantages significatifs en termes de précision, qui peuvent répondre aux exigences du câblage moderne des circuits imprimés à haute densité, garantir la précision et la stabilité des connexions de circuits et améliorer considérablement les performances et la fiabilité des circuits imprimés.
(2) Petite ouverture usinable
Avec la tendance à la miniaturisation des produits électroniques, il existe une demande croissante d'ouvertures plus petites sur les circuits imprimés. La technologie de perçage au laser peut facilement percer de minuscules trous d'un diamètre minimum de 2 mil (0,002 pouce), tandis que le perçage mécanique atteint un diamètre minimum d'environ 6 mil (0,006 pouce). La capacité de traiter de petites ouvertures offre la possibilité de miniaturiser les circuits imprimés, permettant aux produits électroniques d'intégrer davantage de fonctions dans un espace plus petit.
(3) Traitement sans contact
Grâce à la méthode sans contact-utilisée dans le perçage laser, le frottement physique et la pression de contact entre le foret et le matériau du circuit imprimé sont évités, ce qui ne causera pas de dommages mécaniques à la carte et réduira efficacement l'apparition de problèmes tels que la déformation et les fissures de la carte. Ceci est particulièrement important pour les matériaux de circuits imprimés qui sont relativement mous ou nécessitent une précision de traitement extrêmement élevée, ce qui peut améliorer considérablement le taux de rendement des produits.
(4) Vitesse de traitement rapide
Bien que le perçage laser ne présente pas un avantage absolu en termes de temps de traitement pour un seul trou par rapport au perçage mécanique, ses caractéristiques telles que l'absence de remplacement du foret et son positionnement rapide améliorent considérablement l'efficacité globale du traitement par lots. Et avec le développement continu de la technologie laser, la vitesse de perçage au laser augmente également constamment, ce qui peut répondre aux besoins d'une production à grande échelle-.
(5) Haute flexibilité
Le perçage au laser peut être utilisé pour traiter des circuits imprimés de diverses formes et matériaux complexes, qu'il s'agisse de stratifiés rigides recouverts de cuivre- ou de films de polyimide flexibles, il peut facilement les manipuler. Parallèlement, en ajustant les paramètres du laser, tels que la puissance, la largeur d'impulsion, la fréquence, etc., la profondeur et le diamètre du trou de forage peuvent être contrôlés de manière flexible pour répondre aux différentes exigences de conception.
3, types d'équipements de forage laser
Dans l'industrie de fabrication de circuits imprimés, les équipements de forage laser couramment utilisés sont principalement divisés en deux catégories en fonction des différentes sources de lumière : les machines de forage laser UV nanoseconde avec une longueur d'onde de 355 nm et les machines de forage CO₂ avec une longueur d'onde de 9 400 nm.
(1) Perceuse laser UV nanoseconde
Le mécanisme de forage de la perceuse laser UV nanoseconde est principalement une ablation photochimique. Les photons à haute énergie-de son laser à courte longueur d'onde peuvent détruire efficacement les chaînes moléculaires des matériaux organiques. Pendant le processus de forage, il y a peu de réaction d'ablation thermique et très peu de carbures sont produits, ce qui rend le processus de pré-traitement du cuivre poreux très simple. De plus, l'appareil peut retirer directement la feuille de cuivre sans avoir besoin d'un prétraitement supplémentaire-avant le perçage. Cet appareil convient aux situations où la qualité de la paroi du trou est extrêmement élevée et où il est nécessaire qu'aucun résidu de carbonisation ne soit présent à l'intérieur du trou, comme dans la fabrication de circuits imprimés de certains produits électroniques haut de gamme, tels que les cartes mères de smartphones et de tablettes.
(2) Perceuse CO₂
Le mécanisme de forage de la foreuse CO ₂ est principalement une ablation photothermique. Le matériau traité fond et se vaporise rapidement pour former des micropores après l'absorption continue d'un laser à haute -énergie. En raison du processus d'ablation photothermique, il y aura des résidus de carbure sur la paroi du trou, un pré-traitement est donc nécessaire avant et après le forage. La machine de forage CO ₂ utilise généralement une feuille de cuivre ultra-pour l'ablation directe (comme le cuivre de base de 12 um qui doit généralement être réduit à 9 um), et sa vitesse de forage est meilleure que celle du forage au laser UV. Il convient au perçage de circuits imprimés contenant des matériaux en fibre de verre dans la couche diélectrique et est largement utilisé dans la fabrication de certains produits électroniques ordinaires et de circuits imprimés de contrôle industriel.
4, flux de processus de forage laser
(1) Préparation préliminaire
Préparation du circuit imprimé : assurez-vous que le matériau, l'épaisseur, l'épaisseur de la feuille de cuivre et d'autres paramètres du circuit imprimé répondent aux exigences de conception et effectuez un traitement de nettoyage de surface sur le circuit imprimé pour éliminer les impuretés telles que l'huile et la poussière, afin d'assurer l'interaction efficace entre le laser et les matériaux.
Débogage de l'équipement : en fonction des paramètres de la carte PCB et des exigences de perçage, déboguez l'équipement de forage laser et définissez les paramètres appropriés tels que la puissance du laser, la largeur d'impulsion, la fréquence, la vitesse de perçage, la distance focale, etc. En même temps, vérifiez si le système de chemin optique, le système de refroidissement, le système de contrôle, etc. de l'équipement fonctionnent normalement.
(2) Processus de forage
Positionnement : à l'aide du système de positionnement de l'appareil, placez avec précision la carte PCB sur l'établi et déterminez la position de perçage en fonction des exigences de conception. Les équipements de forage laser modernes sont généralement équipés de systèmes de positionnement visuel de haute-précision, qui peuvent identifier rapidement et précisément les points marqués sur le circuit imprimé, réaliser un positionnement automatique et améliorer la précision du perçage.
Perçage : démarrez le laser et le faisceau laser percera des trous sur la carte PCB en fonction des paramètres et du chemin prédéfinis. Pendant le processus de forage, des méthodes de forage simples ou multiples peuvent être utilisées selon différentes exigences du processus. Pour certains trous plus profonds ou dans les situations où une qualité de paroi élevée est requise, plusieurs forages peuvent être nécessaires, en approfondissant progressivement à chaque fois pour garantir la qualité du trou.
(3) Traitement ultérieur
Nettoyage : Après le perçage, il restera des résidus de matériau fondu et des débris sur la surface et à l'intérieur des trous du circuit imprimé, qui doivent être nettoyés. Habituellement, le nettoyage par ultrasons, le nettoyage chimique et d’autres méthodes sont utilisés pour immerger la carte PCB dans une solution de nettoyage. Grâce à la vibration des ondes ultrasonores ou à l’action de réactifs chimiques, les résidus et débris sont éliminés pour assurer la propreté des trous.
Tests : effectuez une inspection complète de la carte de circuit imprimé après le perçage, y compris la taille de l'ouverture, la précision de la position du trou, la qualité de la paroi du trou et d'autres aspects. Les méthodes de détection couramment utilisées comprennent la détection au microscope, la détection au microscope à balayage électronique, la détection optique automatique, etc. Grâce aux tests, les problèmes qui surviennent pendant le processus de forage, tels que l'écart d'ouverture, l'écart de position du trou, la paroi rugueuse du trou, les résidus, etc., peuvent être détectés en temps opportun et ajustés et améliorés en conséquence.
Traitement de perforation : Pour les trous nécessitant une connexion électrique, une couche de métal, comme du cuivre, est déposée sur la paroi du trou pour rendre le trou conducteur. Le traitement de perforation adopte généralement la méthode de cuivrage chimique ou de galvanoplastie du cuivre. Tout d'abord, un cuivrage chimique est effectué sur la paroi du trou pour former une fine couche conductrice, puis la couche de cuivre est encore épaissie par galvanoplastie du cuivre pour répondre aux exigences de performances électriques.
La technologie de perçage laser pour circuits imprimés, en tant que technologie clé dans la fabrication électronique moderne, repose sur sa haute précision