전자 장치의 핵심 부품인 PCB 제조 공정의 정밀도와 효율성은 전자 제품의 성능과 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 소형화 및 고성능을 향한 전자 제품의 지속적인 개발로 인해 PCB 설계 및 제조에 대한 요구 사항이 더욱 높아졌습니다. 그 중,드릴링 기술PCB 제조의 중요한 부분이며 전통적인 기계적 드릴링은 점점 더 엄격해지는 요구 사항을 점차 충족할 수 없습니다. 고유한 장점을 지닌 레이저 드릴링 기술은 PCB 제조에서 점점 더 중요해지고 있습니다.
1, 레이저 드릴링 기술의 원리
레이저 드릴링이라고도 알려진 레이저 드릴링은 레이저의 높은 에너지와 높은 포커싱 특성을 활용하는 원리를 기반으로 합니다. 레이저는 렌즈 시스템을 통해 PCB 보드의 지정된 위치에 초점을 맞추는 고-에너지 레이저 빔을 생성합니다. 고-에너지 레이저 빔을 PCB 기판에 조사하면 조사된 위치의 재료가 즉시 레이저 에너지를 흡수하여 온도가 급격히 상승하고 재료가 급속히 녹거나 심지어 가스화되어 구멍이 형성됩니다. 이 비접촉 가공 방법은 기계적 드릴링 시 드릴 비트와 재료 사이의 접촉으로 인해 발생하는 기계적 응력과 마모 문제를 방지합니다.
레이저와 재료 사이의 상호 작용에는 광열 절제와 광화학적 절제라는 두 가지 주요 메커니즘이 있습니다. 광열 절제는 처리된 재료가 고에너지 레이저를 지속적으로 흡수하는 것을 의미하며, 이는 매우 짧은 시간 내에 용융 상태로 가열됩니다. 온도가 계속 상승하면 재료가 기화되고 결국 증발하여 미세 기공이 형성됩니다. 그리고 광화학적 절제는 단파장 레이저에서 나오는 광자의 높은 에너지(2eV 이상)로 인해 유기 물질의 긴 분자 사슬을 파괴하여 이를 입자로 바꾸고 가공 재료에서 분리할 수 있습니다. 지속적인 외부 레이저 작용으로 기판 재료가 지속적으로 빠져나와 미세기공을 형성합니다. 실제 PCB 레이저 드릴링에서는 이 두 가지 메커니즘이 공존하는 경우가 많으며 구체적인 메커니즘은 레이저의 파장, 에너지, 재료 특성과 같은 요소에 따라 달라집니다.
2, 레이저 드릴링 기술의 장점
(1) 고정밀도
레이저 드릴링은 일반적으로 수십 마이크로미터만큼 작은 구멍과 매우 작은 범위 내에서 구멍 위치 편차를 제어하여 매우 작은 구멍과 높은 구멍 위치 정확도를 달성할 수 있습니다. 기존의 기계식 드릴링에 비해 레이저 드릴링은 정확성 측면에서 상당한 이점을 갖고 있어 최신 고밀도 PCB 배선 요구 사항을 충족하고 회로 연결의 정확성과 안정성을 보장하며 PCB의 성능과 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
(2) 가공 가능한 작은 조리개
전자 제품의 소형화 추세에 따라 PCB의 더 작은 구멍에 대한 요구가 증가하고 있습니다. 레이저 드릴링 기술은 최소 직경 2mil(0.002인치)의 작은 구멍을 쉽게 드릴링할 수 있는 반면, 기계식 드릴링은 최소 직경 약 6mil(0.006인치)를 달성합니다. 작은 구멍을 처리할 수 있는 능력은 PCB의 소형화 설계 가능성을 제공하여 전자 제품이 더 작은 공간에 더 많은 기능을 통합할 수 있게 해줍니다.
(3) 비접촉 처리
레이저 드릴링에 사용되는 비{0}}접촉 방식으로 인해 드릴 비트와 PCB 재료 사이의 물리적 마찰과 접촉 압력이 방지되어 보드에 기계적 손상을 일으키지 않으며 보드 변형 및 균열과 같은 문제 발생을 효과적으로 줄입니다. 이는 상대적으로 부드럽거나 극도로 높은 가공 정확도가 요구되는 PCB 재료에 특히 중요하며, 이는 제품 수율을 크게 향상시킬 수 있습니다.
(4) 빠른 처리 속도
레이저 드릴링은 기계식 드릴링에 비해 단일 구멍의 가공 시간에서 절대적인 이점이 없을 수 있지만 드릴 비트를 교체할 필요가 없고 빠른 위치 지정과 같은 특성은 배치 가공의 전반적인 가공 효율성을 크게 향상시킵니다. 그리고 레이저 기술이 지속적으로 발전함에 따라 레이저 드릴링 속도도 지속적으로 증가하여 대규모 생산 요구 사항을 충족할 수 있습니다.-
(5) 높은 유연성
레이저 드릴링은 경질 구리-적층판이든 유연한 폴리이미드 필름이든 관계없이 다양하고 복잡한 모양과 재료의 PCB를 처리하는 데 사용할 수 있으며 쉽게 처리할 수 있습니다. 한편, 출력, 펄스 폭, 주파수 등과 같은 레이저의 매개변수를 조정하여 시추공의 깊이와 직경을 유연하게 제어하여 다양한 설계 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
3, 레이저 드릴링 장비의 종류
PCB 제조 산업에서 일반적으로 사용되는 레이저 드릴링 장비는 주로 서로 다른 광원을 기반으로 두 가지 범주로 나뉩니다. 파장이 355nm인 UV 나노초 레이저 드릴링 머신과 파장이 9400nm인 CO 2 드릴링 머신입니다.
(1) UV 나노초 레이저 드릴링 머신
UV 나노초 레이저 드릴링 머신의 드릴링 메커니즘은 주로 광화학 제거입니다. 단파장 레이저의 고-에너지 광자는 유기 물질의 분자 사슬을 효과적으로 파괴할 수 있습니다. 드릴링 공정에서는 열절삭 반응이 거의 없고 탄화물도 거의 생성되지 않아 다공성 구리의 전{3}}처리 공정이 매우 간단합니다. 또한, 드릴링 전 추가적인 전처리- 없이 동박을 직접 제거할 수 있습니다. 이 장치는 스마트폰 및 태블릿 마더보드와 같은 일부 고급 전자 제품의 PCB 제조와 같이 홀 벽의 품질이 매우 높고 홀 내부에 탄화 잔류물이 없어야 하는 상황에 적합합니다.{7}}
(2) CO 2 드릴링 머신
CO 2 드릴링 머신의 드릴링 메커니즘은 주로 광열 제거입니다. 처리된 재료는 고에너지 레이저를 지속적으로 흡수한 후 빠르게 녹아 기화하여 미세 기공을 형성합니다. 광열 제거 공정으로 인해 홀 벽에 탄화물 잔류물이 남게 되므로 드릴링 전후에 전-처리가 필요합니다. CO 2 드릴링 머신은 일반적으로 직접 절제를 위해 초-박형 구리 호일을 사용하며(예: 일반적으로 9um로 줄여야 하는 12um 기본 구리) 드릴링 속도는 UV 레이저 드릴링보다 빠릅니다. 유전체 층에 유리 섬유 재료가 포함된 PCB를 드릴링하는 데 적합하며 일부 일반 전자 제품 및 산업용 제어 회로 기판 제조에 널리 사용됩니다.
4, 레이저 드릴링 공정 흐름
(1) 사전 준비
PCB 보드 준비: PCB 보드의 재료, 두께, 구리 호일 두께 및 기타 매개변수가 설계 요구 사항을 충족하는지 확인하고 PCB 보드의 표면 청소 처리를 수행하여 오일 및 먼지와 같은 불순물을 제거하여 레이저와 재료 간의 효과적인 상호 작용을 보장합니다.
장비 디버깅: PCB 보드 매개변수 및 드릴링 요구 사항을 기반으로 레이저 드릴링 장비를 디버그하고 레이저 출력, 펄스 폭, 주파수, 드릴링 속도, 초점 거리 등과 같은 적절한 매개변수를 설정합니다. 동시에 장비의 광학 경로 시스템, 냉각 시스템, 제어 시스템 등이 정상적으로 작동하는지 확인합니다.
(2) 드릴링 공정
위치 지정: 장치의 위치 지정 시스템을 사용하여 PCB 보드를 작업대에 정확하게 배치하고 설계 요구 사항에 따라 드릴링 위치를 결정합니다. 최신 레이저 드릴링 장비에는 일반적으로 PCB 보드의 표시된 지점을 빠르고 정확하게 식별하고 자동 위치 지정을 달성하며 드릴링 정확도를 향상시킬 수 있는 고정밀 시각적 위치 지정 시스템이 장착되어 있습니다.
드릴링: 레이저를 시작하면 레이저 빔이 미리 설정된 매개변수와 경로에 따라 PCB 보드에 구멍을 뚫습니다. 드릴링 프로세스 중에 다양한 프로세스 요구 사항에 따라 단일 또는 다중 드릴링 방법을 사용할 수 있습니다. 더 깊은 구멍이나 높은 벽 품질이 요구되는 상황의 경우 구멍의 품질을 보장하기 위해 매번 점차적으로 깊어지는 여러 번의 드릴링이 필요할 수 있습니다.
(3) 후속 처리
청소: 드릴링 후에는 PCB 보드의 표면과 구멍 내부에 녹은 재료 잔여물과 잔해물이 남아 청소가 필요합니다. 일반적으로 PCB 보드를 세척액에 담그려면 초음파 세척, 화학 세척 및 기타 방법을 사용합니다. 초음파의 진동이나 화학 시약의 작용을 통해 잔류물과 부스러기가 제거되어 구멍의 청결을 보장합니다.
테스트: 구멍 크기, 구멍 위치 정확도, 구멍 벽 품질 및 기타 측면을 포함하여 드릴링 후 PCB 보드에 대한 포괄적인 검사를 수행합니다. 일반적으로 사용되는 감지 방법에는 현미경 감지, 전자 주사 현미경 감지, 자동 광학 감지 등이 있습니다. 테스트를 통해 구멍 편차, 구멍 위치 편차, 거친 구멍 벽, 잔류물 등과 같은 드릴링 과정에서 발생하는 문제를 적시에 감지하고 그에 따라 조정하고 개선할 수 있습니다.
천공 처리: 전기 연결이 필요한 구멍의 경우 구리와 같은 금속 층을 구멍 벽에 증착하여 구멍을 전도성으로 만듭니다. 천공 처리는 일반적으로 화학적 구리 도금 또는 구리 전기 도금 방법을 채택합니다. 먼저 홀 벽에 화학적 구리 도금을 수행하여 얇은 전도성 층을 형성한 다음 전기 성능 요구 사항을 충족하기 위해 구리를 전기 도금하여 구리 층을 더욱 두껍게 만듭니다.
현대 전자 제조의 핵심 기술인 PCB 레이저 드릴링 기술은 높은 정밀도에 의존합니다.