Ласер је снажан сноп светлости који се побуђује када је "зрака" стимулисана спољним стимулусом који повећава његову енергију. Инфрацрвена и видљива светлост имају топлотну енергију, док ултраљубичасто светло има оптичку енергију. Када ова врста светлости удари у површину радног предмета, јављају се три феномена: рефлексија, апсорпција и пенетрација.
Главна функција ласерског бушења је да се може брзо уклонити материјал супстрата који се обрађује, углавном фототермалном аблацијом и фотохемијском аблацијом или такозваном ексцизијом.
- Фото-термална аблација: Принцип формирања рупа у коме материјал који се обрађује апсорбује ласерску светлост високе енергије, загрева се до топљења за врло кратко време и испарава. Ова метода процеса у материјалу подлоге је подвргнута високој енергији, у рупи коју формира зид поцрнелог карбонизованог остатка, рупа се мора претходно очистити.
- Фотохемијска аблација: односи се на ултраљубичасто подручје, има високу енергију фотона (више од 2 еВ електрон волта), ласерска таласна дужина више од 400 нанометара фотона високе енергије игра улогу у резултатима. Ови високоенергетски фотони могу уништити дуги молекуларни ланац органских материјала, постати мање честице, а његова енергија је већа од оригиналних молекула, екстремна сила из које треба побјећи, у случају екстерног усисавања штипања, тако да материјал супстрата се брзо уклања и формирање микропорозних. Ова врста процеса не садржи термичко сагоревање и не производи карбонизацију. Због тога је врло лако очистити пре порирања. Ово су основни принципи формирања ласерских рупа. Тренутно најчешће коришћена два типа ласерског бушења: бушење штампаних плоча са ласерима су углавном ЦО2 гасни ласери са побуђеним РФ и УВ Нд:ИАГ ласери у чврстом стању.
- О апсорбанцији супстрата: стопа успеха ласера има директну везу са апсорпцијом материјала подлоге. Штампане плоче су направљене од бакарне фолије и стаклене тканине и комбинације смоле, апсорбанција ова три материјала је такође различита због различитих таласних дужина, али бакарна фолија и стаклена тканина у ултраљубичастом 0.3мμ испод региона стопа апсорпције је већа, али у видљиву светлост и ИЦ након значајног пада. Материјали од органске смоле, с друге стране, могу одржавати прилично високу стопу апсорпције у сва три спектрална опсега. Ово је карактеристика коју материјали од смоле имају и основа је популарности процеса ласерског бушења.
Које врсте ласерског бушења су доступне у фабрикама ПЦБ-а?
Ласер је моћан сноп светлости који се побуђује када се „зраци“ стимулишу спољашњим стимулусом који повећава његову енергију, при чему инфрацрвена и видљива светлост имају топлотну енергију, а ултраљубичасто светло има оптичку енергију. Када ова врста светлости удари у површину радног предмета, јављају се три феномена: рефлексија, апсорпција и пенетрација. Главна функција ласерског бушења је да се може брзо уклонити материјал супстрата који се обрађује, што је углавном фототермалном аблацијом и фотохемијском аблацијом или такозваном ексцизијом.
Две ласерске технологије се користе за ласерско бушење у комерцијалној производњи ПЦБ-а: ЦО2 ласери са таласним дужинама у далеком инфрацрвеном опсегу и УВ ласери са таласним дужинама у ултраљубичастом опсегу. ЦО2 ласери се широко користе у производњи индустријских микропасс рупа у штампаним плочама , за које се захтева да имају пречнике веће од 100 μм (Раман, 2001). За израду ових отвора великог отвора, ЦО2 ласери су веома продуктивни због веома кратког времена пробијања потребног за производњу великих отвора са ЦО2 ласерима. Технологија УВ ласера се широко користи у изради микровијача пречника мањим од 100 μм, па чак и мањим од 50 μм уз коришћење микрофабрикованих дијаграма ожичења. УВ ласерска технологија је веома продуктивна у производњи рупа пречника мањег од 80 μм. Стога, да би задовољили све већу потражњу за продуктивношћу микровиа, многи произвођачи ПЦБ-а су почели да уводе системе ласерског бушења са двоструком главом.
Ово су три главна типа ласерских система за бушење са двоструком главом који су данас доступни на тржишту:
- Двоглави УВ ласерски системи за бушење
- Двоглави ЦО2 ласерски системи за бушење; и
- Системи за ласерско бушење (ЦО2 и УВ)
Све ове врсте система бушења имају своје предности и мане. Ласерски системи за бушење могу се једноставно поделити на два типа, системи са двоструком бушилицом са једном таласном дужином и системи са двоструком бушењем са две таласне дужине.
Без обзира на врсту, постоје две главне компоненте које утичу на способност бушења рупа:
- Енергија ласера/пулсна енергија
- Систем позиционирања зрака
Енергија ласерског импулса и ефикасност испоруке зрака одређују време бушења, време бушења је време потребно ласерској бушилици да избуши микропролазну рупу, а систем за позиционирање зрака одређује брзину којом се може кретати између два рупе. Заједно, ови фактори одређују брзину којом машина за ласерско бушење може да произведе микропрегледе потребне за дати захтев. УВ ласерски системи са две главе су најпогоднији за бушење рупа мањих од 90 μм у интегрисаним колима са високим односом ширине и висине.
Систем ЦО2 ласера са две главе користи ЦО2 ласер са РФ побуђеном К модулацијом. Главне предности овог система су висока поновљивост (до 100 кХз), кратко време бушења и широка радна површина, која омогућава да се слепа рупа избуши са само неколико пролаза, али квалитет избушених рупа може бити бољи. ниско.
Најчешћи систем ласерског бушења са две главе је хибридни ласерски систем за бушење, који се састоји од УВ ласерске главе и ЦО2 ласерске главе. Овај комбиновани хибридни ласерски метод бушења омогућава истовремено бушење бакра и диелектрика. Бакар се буши УВ ласером да би се створила жељена величина и облик рупе, а ЦО2 ласер се користи за бушење непокривеног диелектрика одмах након тога. Процес бушења се постиже бушењем блока од 2ин Кс 2ин који се зове поље.
ЦО2 ласер ефикасно уклања диелектрике, чак и неуједначене диелектрике ојачане стаклом. Међутим, један ЦО2 ласер не може направити мале рупе (мање од 75 μм) и уклонити бакар, уз неколико изузетака да може уклонити претходно обрађене танке бакарне фолије мање од 5 μм (лустино, 2002). УВ ласер је способан да направи веома мале рупе и уклони све уобичајене бакарне улице (3 - 36 μм, 1оз, чак и обложене бакарне фолије). УВ ласер такође може сам да уклања диелектричне материјале, али спорије. Штавише, за неуједначене материјале, нпр. ојачано стакло ФР-4, резултати су обично лоши. То је зато што се стакло може уклонити само ако се густина енергије повећа на одређени ниво, што такође уништава унутрашње јастучиће. Пошто се систем штап ласера састоји од УВ ласера и ЦО 2 ласера, оптималан је у обе области, УВ ласером се могу направити све бакарне фолије и мале рупе, а ЦО 2 ласером брзо се буши диелектрици. Слика даје илустрацију структуре ласерског система бушења са две главе са програмабилним размаком бушења. Размак између две бушилице се може сам подесити према распореду компоненти, што обезбеђује максималну способност ласерског бушења.
Данас је размак између две бушилице фиксиран у већини ласерских система за бушење са две главе са технологијом позиционирања снопа корака и понављања. Предност самог ласерског даљинског управљача са корак-и-понављањем је велики опсег подешавања домена (до (50 Кс 50) μм). Недостатак је што ласерски телеконвертер мора да се пређе преко фиксног поља и да је размак између две бушилице фиксан. Растојање између две бушилице типичног ласерског даљинског регулатора са две главе је фиксно (приближно 150 μм). За различите величине панела, бушилице са фиксним растојањем се не могу оптимално конфигурисати да заврше операцију, као ни бушилице са програмираним размаком.
Данашњи системи за ласерско бушење са две главе доступни су у широком распону величина и перформанси како за мале произвођаче ПЦБ-а, тако и за произвођаче ПЦБ-а великог обима.
Керамички алуминијум оксид се користи у производњи штампаних плоча због своје високе диелектричне константе. Међутим, због његове крхкости, процес бушења који је потребан за ожичење и монтажу је тежак код стандардних алата, јер се механички стрес мора свести на минимум, што је добра ствар за ласерско бушење. Рангел ет ал. (1997) су показали да је за подлоге од алуминијума, као и за супстрате од алуминијума обложене златом и анкерима, могуће бушити коришћењем подешеног КНд:ИАГ ласера. Употреба кратког импулса, ниске енергије, ласера велике вршне снаге помогла је да се избегне оштећење узорка механичким стресом и произвела је висококвалитетне пролазне рупе пречника мањег од 100 μм. Ова технологија се успешно користи у микроталасним појачавачима са ниским нивоом шума у фреквенцијском опсегу од 8 - 18 ГХз.
Нд:ИАГ ласерска технологија је коришћена за обраду и слепих и пролазних рупа у широком спектру материјала. Међу њима је и бушење пилот рупа у ламинатима обложеним полиимидом бакра са минималним пречником рупе од 25 микрона. Анализирајући трошкове производње, најекономичнији пречник који се користи је 25-125 микрона. Брзина бушења је 10,000 рупа/мин. Може се користити директно ласерско пробијање, пречник рупе до 50 микрона. Унутрашња површина обликованих рупа је чиста и без карбонизације и може се лако обложити. Исто може бити и у ПТФЕ бакарном ламинату за бушење рупа, најмањи пречник рупе од 25 микрона, најекономичнији пречник који се користи за 25-125 микрона. Брзина бушења је 4500 рупа/мин. Није потребно претходно гравирање прозора. Добијене рупе су чисте и не захтевају додатне посебне захтеве за обраду.
