Laser adalah berkas cahaya kuat yang tereksitasi ketika "sinar" distimulasi oleh stimulus eksternal yang meningkatkan energinya. Cahaya inframerah dan cahaya tampak memiliki energi panas, sedangkan sinar ultraviolet memiliki energi optik. Ketika cahaya jenis ini mengenai permukaan benda kerja, terjadi tiga fenomena: pemantulan, penyerapan, dan penetrasi.
Fungsi utama pengeboran laser adalah untuk dapat dengan cepat menghilangkan material substrat yang akan diproses, terutama dengan ablasi fototermal dan ablasi fotokimia atau disebut eksisi.
- Ablasi foto-termal: Prinsip pembentukan lubang di mana bahan yang akan diproses menyerap sinar laser berenergi tinggi, memanas hingga meleleh dalam waktu yang sangat singkat, dan diuapkan. Metode proses ini pada bahan substrat dikenai energi tinggi, pada lubang yang dibentuk oleh dinding residu karbonisasi yang menghitam, lubang tersebut harus dibersihkan terlebih dahulu.
- Ablasi fotokimia: mengacu pada wilayah ultraviolet yang memiliki energi foton tinggi (lebih dari 2 eV elektron volt), panjang gelombang laser lebih dari 400 nanometer foton berenergi tinggi berperan dalam hasil. Foton berenergi tinggi ini dapat menghancurkan rantai molekul panjang bahan organik, menjadi partikel yang lebih kecil, dan energinya lebih besar dari molekul aslinya, gaya ekstrim untuk melepaskan diri, jika terjadi hisapan cubitan eksternal, sehingga bahan substrat cepat dihilangkan dan terbentuknya mikropori. Jenis proses ini tidak mengandung pembakaran termal dan tidak menghasilkan karbonisasi. Oleh karena itu, sangat mudah untuk membersihkannya sebelum porasi. Ini adalah prinsip dasar pembentukan lubang laser. Saat ini, dua jenis pengeboran laser yang paling umum digunakan: pengeboran papan sirkuit cetak dengan laser, terutama laser gas CO2 tereksitasi RF dan laser Nd:YAG solid-state UV.
- Tentang serapan substrat: tingkat keberhasilan laser memiliki hubungan langsung dengan serapan bahan substrat. Papan sirkuit tercetak terbuat dari kombinasi foil tembaga dan kain kaca serta resin, serapan ketiga bahan ini juga berbeda karena panjang gelombang yang berbeda, namun foil tembaga dan kain kaca dalam sinar ultraviolet 0.3mμ di bawah wilayah tingkat penyerapan lebih tinggi, tetapi pada cahaya tampak dan IR setelah penurunan substansial. Bahan resin organik, sebaliknya, dapat mempertahankan tingkat penyerapan yang cukup tinggi di ketiga pita spektral. Karakteristik yang dimiliki bahan resin inilah yang menjadi dasar popularitas proses pengeboran laser.
Jenis pengeboran laser apa yang tersedia di pabrik PCB?
Laser adalah berkas cahaya kuat yang tereksitasi ketika "sinar" distimulasi oleh stimulus eksternal yang meningkatkan energinya, dengan cahaya inframerah dan cahaya tampak memiliki energi panas dan sinar ultraviolet memiliki energi optik. Ketika cahaya jenis ini mengenai permukaan benda kerja, terjadi tiga fenomena: pemantulan, penyerapan, dan penetrasi. Fungsi utama pengeboran laser adalah untuk dapat dengan cepat menghilangkan material substrat yang akan diproses, terutama melalui ablasi fototermal dan ablasi fotokimia atau disebut eksisi.
Dua teknologi laser digunakan untuk pengeboran laser dalam produksi PCB komersial: laser CO2 dengan panjang gelombang pada pita inframerah jauh, dan laser UV dengan panjang gelombang pada pita ultraviolet. Laser CO2 banyak digunakan dalam produksi lubang micropass industri pada papan sirkuit cetak , yang diharuskan memiliki diameter lebih besar dari 100 μm (Raman, 2001). Untuk pembuatan lubang bukaan besar ini, laser CO2 sangat produktif karena waktu pelubangan yang sangat singkat yang diperlukan untuk pembuatan lubang besar dengan laser CO2. Teknologi laser UV banyak digunakan dalam pembuatan mikrovia dengan diameter kurang dari 100 μm, dan bahkan kurang dari 50 μm dengan penggunaan diagram pengkabelan mikrofabrikasi. Teknologi laser UV sangat produktif dalam menghasilkan lubang dengan diameter kurang dari 80 μm. Oleh karena itu, untuk memenuhi meningkatnya permintaan produktivitas mikrovia, banyak produsen PCB mulai memperkenalkan sistem pengeboran laser kepala ganda.
Berikut ini adalah tiga tipe utama sistem pengeboran laser kepala ganda yang tersedia di pasaran saat ini:
- Sistem pengeboran laser UV kepala ganda
- Sistem pengeboran laser CO2 kepala ganda; Dan
- Sistem pengeboran laser tongkat (CO2 dan UV)
Semua jenis sistem pengeboran ini memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Sistem pengeboran laser secara sederhana dapat dibagi menjadi dua jenis, sistem panjang gelombang tunggal bor ganda dan sistem panjang gelombang ganda bor ganda.
Terlepas dari jenisnya, ada dua komponen utama yang mempengaruhi kemampuan mengebor lubang:
- Energi laser/energi pulsa
- Sistem penentuan posisi sinar
Energi pulsa laser dan efisiensi pengiriman sinar menentukan waktu pengeboran, waktu pengeboran adalah waktu yang dibutuhkan bor laser untuk mengebor lubang micropass, dan sistem penentuan posisi sinar menentukan kecepatan pergerakannya di antara dua lubang. Bersama-sama, faktor-faktor ini menentukan kecepatan mesin bor laser dapat menghasilkan mikrovia yang diperlukan untuk kebutuhan tertentu. Sistem laser UV kepala ganda paling cocok untuk mengebor lubang yang lebih kecil dari 90μm di sirkuit terpadu dengan rasio aspek tinggi.
Sistem laser CO2 kepala ganda menggunakan laser CO2 tereksitasi RF termodulasi Q. Keuntungan utama dari sistem ini adalah pengulangan yang tinggi (hingga 100 kHz), waktu pengeboran yang singkat, dan permukaan pengoperasian yang lebar, yang memungkinkan lubang buta dibor hanya dengan beberapa lintasan, namun kualitas lubang yang dibor dapat ditentukan. rendah.
Sistem pengeboran laser dua kepala yang paling umum adalah sistem pengeboran laser hibrida, yang terdiri dari kepala laser UV dan kepala laser CO2. Metode pengeboran laser hibrid gabungan ini memungkinkan pengeboran tembaga dan dielektrik secara bersamaan. Tembaga dibor dengan laser UV untuk membuat ukuran dan bentuk lubang yang diinginkan, dan laser CO2 digunakan untuk mengebor dielektrik yang tidak tertutup segera setelahnya. Proses pengeboran dilakukan dengan mengebor blok berukuran 2 inci X 2 inci yang disebut lapangan.
Laser CO2 secara efektif menghilangkan dielektrik, bahkan dielektrik yang diperkuat kaca yang tidak seragam. Namun, laser CO2 tunggal tidak dapat membuat lubang kecil (kurang dari 75 μm) dan menghilangkan tembaga, dengan beberapa pengecualian bahwa laser tersebut dapat menghilangkan foil tembaga tipis yang telah diolah sebelumnya dengan ukuran kurang dari 5 μm (lustino, 2002). Laser UV mampu membuat lubang yang sangat kecil dan menghilangkan semua jalan tembaga yang umum (3 - 36 μm, 1oz, bahkan foil tembaga berlapis). Laser UV juga dapat menghilangkan bahan dielektrik saja, namun dengan kecepatan yang lebih lambat. Terlebih lagi, untuk material yang tidak seragam, misalnya kaca bertulang FR-4, hasilnya biasanya buruk. Hal ini karena kaca hanya dapat dihilangkan jika kepadatan energi ditingkatkan ke tingkat tertentu, yang juga merusak bantalan bagian dalam. Karena sistem laser tongkat terdiri dari laser UV dan laser CO 2, sistem ini optimal di kedua area, dengan laser UV semua foil tembaga dan lubang kecil dapat dibuat, dan dengan laser CO 2 dielektrik dapat dibor dengan cepat. Gambar tersebut memberikan ilustrasi struktur sistem pengeboran laser kepala ganda dengan jarak pengeboran yang dapat diprogram. Jarak antara kedua bor dapat disesuaikan dengan sendirinya sesuai dengan tata letak komponen, yang memastikan kemampuan pengeboran laser maksimum.
Saat ini, jarak antara kedua bor ditetapkan di sebagian besar sistem pengeboran laser kepala ganda dengan teknologi pemosisian sinar langkah-dan-ulang. Keuntungan dari pengendali jarak jauh laser step-and-repeat sendiri adalah rentang penyesuaian domain yang besar (hingga (50 X 50) μm). Kerugiannya adalah telekonverter laser harus dilangkahi pada bidang yang tetap dan jarak antara kedua bor juga tetap. Jarak antara dua bor pada regulator jarak jauh laser dua kepala tipikal adalah tetap (kira-kira 150 μm). Untuk ukuran panel yang berbeda, latihan jarak tetap tidak dapat dikonfigurasi secara optimal untuk menyelesaikan operasi serta latihan jarak yang dapat diprogram.
Sistem pengeboran laser kepala ganda saat ini tersedia dalam berbagai ukuran dan kinerja baik untuk produsen PCB skala kecil maupun untuk produsen PCB volume tinggi.
Keramik aluminium oksida digunakan dalam pembuatan papan sirkuit cetak karena konstanta dielektriknya yang tinggi. Namun, karena kerapuhannya, proses pengeboran yang diperlukan untuk pemasangan kabel dan perakitan sulit dilakukan dengan alat standar, karena tekanan mekanis harus diminimalkan, yang merupakan hal yang baik untuk pengeboran laser. Rangel dkk. (1997) menunjukkan bahwa untuk substrat alumina, serta untuk substrat alumina yang dilapisi dengan emas dan jangkar, pengeboran dapat dilakukan menggunakan laser QNd:YAG yang disetel. Penggunaan laser dengan pulsa pendek, energi rendah, dan daya puncak tinggi membantu menghindari kerusakan sampel akibat tekanan mekanis dan menghasilkan lubang tembus berkualitas tinggi dengan diameter kurang dari 100 μm. Teknologi ini berhasil digunakan pada amplifier gelombang mikro dengan noise rendah pada rentang frekuensi 8 - 18 GHz.
Teknologi laser Nd:YAG telah digunakan untuk memproses lubang buta dan lubang tembus pada berbagai bahan. Diantaranya adalah pengeboran lubang pilot pada laminasi berlapis tembaga polimida dengan diameter lubang minimal 25 mikron. Dari analisa biaya produksi, diameter yang paling ekonomis digunakan adalah 25-125 mikron. Kecepatan pengeboran adalah 10,000 lubang/menit. Proses pelubangan laser langsung dapat digunakan, diameter lubang hingga 50 mikron. Permukaan bagian dalam lubang cetakan bersih dan bebas karbonisasi serta dapat dengan mudah dilapisi. Hal yang sama juga terjadi pada pengeboran lubang tembus laminasi berlapis tembaga PTFE, diameter lubang terkecil 25 mikron, diameter paling ekonomis digunakan untuk 25-125 mikron. Kecepatan pengeboran 4500 lubang/menit. Tidak diperlukan pra-pengetsaan pada jendela. Lubang yang dihasilkan bersih dan tidak memerlukan persyaratan pemrosesan khusus tambahan.
