Como um componente chave dos dispositivos eletrônicos, a precisão e a eficiência dos processos de fabricação de placas de circuito impresso afetam diretamente o desempenho e a qualidade dos produtos eletrônicos. Com o desenvolvimento contínuo de produtos eletrônicos em direção à miniaturização e alto desempenho, requisitos mais elevados foram apresentados para o projeto e fabricação de PCBs. Entre eles,tecnologia de perfuraçãoé uma parte importante da fabricação de placas de circuito impresso, e a perfuração mecânica tradicional é gradualmente incapaz de atender aos requisitos cada vez mais rigorosos. A tecnologia de perfuração a laser, com suas vantagens exclusivas, tornou-se cada vez mais importante na fabricação de placas de circuito impresso.
1, Princípios da Tecnologia de Perfuração a Laser
A perfuração a laser, também conhecida como perfuração a laser, é baseada no princípio de utilização da alta energia e das propriedades de foco dos lasers. O laser gera um feixe de laser de alta-energia, que é focado em uma posição designada na placa PCB por meio de um sistema de lentes. Quando um feixe de laser de alta-energia é irradiado em uma placa PCB, o material na posição irradiada absorve instantaneamente a energia do laser, causando um aumento acentuado na temperatura e rápido derretimento ou mesmo gaseificação do material, resultando na formação de buracos. Este método de usinagem sem contato evita o estresse mecânico e os problemas de desgaste causados pelo contato entre a broca e o material na perfuração mecânica.
Existem dois mecanismos principais para a interação entre o laser e os materiais: ablação fototérmica e ablação fotoquímica. A ablação fototérmica refere-se à absorção contínua de laser de alta-energia pelo material processado, que é aquecido até o estado fundido em um período muito curto de tempo. A temperatura continua a subir, fazendo com que o material vaporize e eventualmente evapore para formar microporos. E a ablação fotoquímica se deve à alta energia (acima de 2eV) dos fótons dos lasers de comprimento de onda curto, que podem destruir as longas cadeias moleculares dos materiais orgânicos, transformando-os em partículas e separando-os do material de processamento. Sob ação contínua do laser externo, o material do substrato escapa continuamente para formar microporos. Na perfuração a laser de PCB real, esses dois mecanismos geralmente coexistem, e o mecanismo específico depende de fatores como comprimento de onda, energia e propriedades do material do laser.
2, As vantagens da tecnologia de perfuração a laser
(1) Alta precisão
A perfuração a laser pode atingir abertura extremamente pequena e alta precisão de posição do furo, com abertura geralmente tão pequena quanto dezenas de micrômetros e desvio de posição do furo controlado dentro de uma faixa muito pequena. Em comparação com a perfuração mecânica tradicional, a perfuração a laser tem vantagens significativas em termos de precisão, o que pode atender aos requisitos da moderna fiação de placas de circuito impresso de alta-densidade, garantir a precisão e a estabilidade das conexões do circuito e melhorar significativamente o desempenho e a confiabilidade das placas de circuito impresso.
(2) Pequena abertura usinável
Com a tendência de miniaturização em produtos eletrônicos, há uma demanda crescente por aberturas menores em PCBs. A tecnologia de perfuração a laser pode facilmente fazer pequenos furos com um diâmetro mínimo de 2 mil (0,002 polegadas), enquanto a perfuração mecânica atinge um diâmetro mínimo de cerca de 6 mil (0,006 polegadas). A capacidade de processar pequenas aberturas oferece a possibilidade de miniaturização do design de PCBs, permitindo que produtos eletrônicos integrem mais funções em um espaço menor.
(3) Processamento sem contato
Devido ao método sem contato usado na perfuração a laser, o atrito físico e a pressão de contato entre a broca e o material da placa são evitados, o que não causará danos mecânicos à placa e reduzirá efetivamente a ocorrência de problemas como deformação e rachaduras na placa. Isto é particularmente importante para materiais de PCB que são relativamente macios ou requerem precisão de processamento extremamente alta, o que pode melhorar significativamente a taxa de rendimento dos produtos.
(4) Velocidade de processamento rápida
Embora a perfuração a laser possa não ter uma vantagem absoluta no tempo de processamento para um único furo em comparação com a perfuração mecânica, suas características, como a não necessidade de substituir a broca e o posicionamento rápido, melhoram muito a eficiência geral do processamento no processamento em lote. E com o desenvolvimento contínuo da tecnologia laser, a velocidade da perfuração a laser também está aumentando constantemente, o que pode atender às necessidades de produção em grande-escala.
(5) Alta flexibilidade
A perfuração a laser pode ser usada para processar placas de circuito impresso de vários formatos e materiais complexos, sejam laminados rígidos-revestidos de cobre ou filmes flexíveis de poliimida, ela pode lidar com eles facilmente. Enquanto isso, ajustando os parâmetros do laser, como potência, largura de pulso, frequência, etc., a profundidade e o diâmetro do furo podem ser controlados de forma flexível para atender a diferentes requisitos de projeto.
3, Tipos de equipamento de perfuração a laser
Na indústria de fabricação de PCB, os equipamentos de perfuração a laser comumente usados são divididos principalmente em duas categorias com base nas diferentes fontes de luz: máquinas de perfuração a laser UV de nanossegundos com comprimento de onda de 355 nm e máquinas de perfuração CO ₂ com comprimento de onda de 9400 nm.
(1) Máquina de perfuração a laser UV de nanossegundos
O mecanismo de perfuração da máquina de perfuração a laser UV de nanossegundos é principalmente ablação fotoquímica. Os fótons de alta-energia do seu laser de comprimento de onda curto podem efetivamente destruir as cadeias moleculares de materiais orgânicos. Durante o processo de perfuração, há pouca reação de ablação térmica e muito poucos carbonetos são produzidos, tornando o processo de pré-tratamento do cobre poroso muito simples. Além disso, o dispositivo pode remover diretamente a folha de cobre sem a necessidade de pré-tratamento adicional antes da perfuração. Este dispositivo é adequado para situações onde a qualidade da parede do furo é extremamente alta e há necessidade de não haver resíduos de carbonização no interior do furo, como na fabricação de placas de alguns produtos eletrônicos-de última geração, como placas-mãe de smartphones e tablets.
(2) Máquina de perfuração CO ₂
O mecanismo de perfuração da máquina de perfuração de CO ₂ é principalmente a ablação fototérmica. O material processado derrete e vaporiza rapidamente para formar microporos após absorção contínua do laser de alta{{1}energia. Devido ao processo de ablação fototérmica, haverá resíduos de carboneto na parede do furo, portanto, é necessário pré-tratamento antes e depois da perfuração. A máquina de perfuração de CO ₂ geralmente usa folha de cobre ultra{5}}fina para ablação direta (como cobre base de 12um, que geralmente precisa ser reduzido para 9um), e sua velocidade de perfuração é melhor do que a perfuração a laser UV. É adequado para perfurar PCBs contendo materiais de fibra de vidro na camada dielétrica e é amplamente utilizado na fabricação de alguns produtos eletrônicos comuns e placas de circuito de controle industrial.
4, Fluxo do processo de perfuração a laser
(1) Preparação preliminar
Preparação da placa PCB: Certifique-se de que o material, espessura, espessura da folha de cobre e outros parâmetros da placa PCB atendam aos requisitos de projeto e execute o tratamento de limpeza de superfície na placa PCB para remover impurezas como óleo e poeira, a fim de garantir a interação eficaz entre o laser e os materiais.
Depuração do equipamento: Com base nos parâmetros da placa PCB e nos requisitos de perfuração, depure o equipamento de perfuração a laser e defina os parâmetros apropriados, como potência do laser, largura de pulso, frequência, velocidade de perfuração, distância focal, etc.
(2) Processo de perfuração
Posicionamento: Usando o sistema de posicionamento do dispositivo, coloque com precisão a placa PCB na bancada e determine a posição de perfuração de acordo com os requisitos do projeto. Equipamentos modernos de perfuração a laser geralmente são equipados com sistemas de posicionamento visual de alta-precisão, que podem identificar com rapidez e precisão os pontos marcados na placa PCB, obter posicionamento automático e melhorar a precisão da perfuração.
Perfuração: Inicie o laser e o feixe de laser fará furos na placa PCB de acordo com os parâmetros e caminho predefinidos. Durante o processo de perfuração, métodos de perfuração únicos ou múltiplos podem ser usados de acordo com os diferentes requisitos do processo. Para alguns furos mais profundos ou situações onde é necessária alta qualidade de parede, podem ser necessárias múltiplas perfurações, aprofundando gradualmente a cada vez para garantir a qualidade do furo.
(3) Processamento subsequente
Limpeza: Após a perfuração, restarão alguns resíduos de material derretido e detritos na superfície e dentro dos furos da placa pcb, que precisam ser limpos. Normalmente, limpeza ultrassônica, limpeza química e outros métodos são usados para mergulhar a placa PCB na solução de limpeza. Através da vibração das ondas ultrassônicas ou da ação de reagentes químicos, resíduos e detritos são removidos para garantir a limpeza dos furos.
Teste: Realize uma inspeção abrangente da placa PCB após a perfuração, incluindo tamanho da abertura, precisão da posição do furo, qualidade da parede do furo e outros aspectos. Os métodos de detecção comumente usados incluem detecção por microscópio, detecção por microscópio eletrônico de varredura, detecção óptica automática, etc. Por meio de testes, problemas que ocorrem durante o processo de perfuração, como desvio de abertura, desvio de posição do furo, parede áspera do furo, resíduos, etc., podem ser detectados em tempo hábil e ajustados e melhorados adequadamente.
Tratamento de perfuração: Para furos que requerem conexão elétrica, uma camada de metal, como cobre, é depositada na parede do furo para torná-lo condutivo. O tratamento de perfuração geralmente adota o método de revestimento químico de cobre ou galvanoplastia de cobre. Primeiro, o revestimento químico de cobre é realizado na parede do furo para formar uma fina camada condutora e, em seguida, a camada de cobre é ainda mais espessada por galvanoplastia de cobre para atender aos requisitos de desempenho elétrico.
A tecnologia de perfuração a laser PCB, como tecnologia chave na fabricação eletrônica moderna, depende de sua alta precisão