Cutting and Drilling of PCB Materials Using UV RFH ® Laser

 

In recent years, ultraviolet (UV) wavelength lasers have been proving their worth in many industries when it comes to advanced precision micromachining applications. The driving

 

Faktor für den Einsatz der UV-Lasertechnologie als Lösung ist ihre Fähigkeit, eine Vielzahl von Materialien sauber und genau mit hoher Geschwindigkeit auf kostengünstige Weise abzutragen.

Darüber hinaus ermöglicht die kürzere Wellenlänge eine engere Fokussierung, was für die berührungslose Bearbeitung kleiner, hochpräziser Merkmale von Vorteil ist.

 

 

Laser werden routinemäßig in einer Vielzahl von PCB-Fertigungsprozessen verwendet, einschließlich Durchbohren, Trennen, Profilieren (Schneiden), Laser-Direktbelichtung (LDI), Reparatur, Trimmen und

 

Markierung. Die Lasertechnologie ist ein berührungsloses Verfahren, das mechanische Belastungen des Materials vollständig eliminiert. Auch Gratbildung und Mikrorisse im Material werden vermieden.

 

Der mit UV-Lasern erreichbare engere Fokus kann kleine Materialmengen kontrollierbar entfernen, wodurch Ablagerungen von ausgeworfenem Material auf den Schaltkreisen reduziert werden. Präzisions-Mikrobearbeitung

 

Die mit UV-Lasern erreichbare Möglichkeit ermöglicht es, dass mehr Schaltkreise auf einer einzigen Platte Platz finden, wodurch die nutzbare Nettofläche vergrößert wird. Darüber hinaus werden UV-Wellenlängen von einer Vielzahl von Materialien in Leiterplatten absorbiert,

 

von Kupfer- bis hin zu Polyimidfolien, wodurch Flexibilität für eine Lösung für alle Materialien und Prozesse geboten wird. Zum Beispiel die erreichbare Fernlichtintensität mit straffer

 

Focus UV kann Kupfer entfernen, während eine geringere Strahlintensität, die durch Reduzierung der Laserleistung erreicht wird, dielektrisches Material schneiden kann, ohne die untere Kupferschicht zu beschädigen.

 

SCHNEIDEN UND BOHREN IN DER FLEX-LEITERPLATTEN-HERSTELLUNG

 

Der Trend in der flexiblen PCB-Technologie geht in Richtung Miniaturisierung: dünnere Substratmaterialien und kleinere Lochgrößen sowohl für Sackloch- als auch für Durchgangslöcher, gleichzeitig

 

Erhöhung der Merkmalsdichte. Diese geringen Abmessungen sind mit mechanischen Verfahren oder langwelligeren Lasern nicht zu erreichen. UV-Wellenlängen ermöglichen es, den Strahl auf einen Punkt zu fokussieren

 

Größe, die ausreichend klein ist, um die erforderlichen Lochabmessungen zu bohren – in der Größenordnung von ø 100 &mgr;m bis hinab zu einigen zehn Mikrometern Durchmesser. Abbildung 2 zeigt Löcher, die in eine Flex-Leiterplatte gebohrt wurden

 

Platte, bestehend aus einer 25 µm dicken Polyimid (PI)-Schicht, die sandwichartig zwischen zwei 12 µm dicken Kupfer (Cu)-Schichten angeordnet ist, unter Verwendung eines Spectra-Physics RFH ® 355-15 Lasers. Beide ø30-µm Blind Vias

 

und ø100-µm-Durchkontaktierungen wurden gebohrt. Solche Vias können mit sehr hohen Geschwindigkeiten gebohrt werden – begrenzt nicht durch den Laser, sondern eher durch die Geschwindigkeit und Genauigkeit des Galvanometers

 

Scanner.

 

Neben dem Bohren wird auch das Laserschneiden in der Flex-Leiterplatten-Fertigung eingesetzt. Ob geradliniges Vereinzeln oder konturiertes Profilschneiden, Hochgeschwindigkeitsschneiden mit

 

gute Qualität ist gefragt. Auch für diesen Prozess wurde der  UV-Laser RFH getestet, wobei ein optimierter Parametersatz ergab .

 

SCHNEIDEN VON STARREN FR4-LEITERPLATTEN

 

Ein weiterer wichtiger Herstellungsprozess, der mit UV-Lasern angegangen werden kann, ist das Schneiden von dickeren, starren Leiterplattenplatten, die aus glasfaserbasierten Polymerverbundstoffen wie FR4 bestehen. Zum Trennen (Vereinzeln) fertiger Geräte aus dem größeren Leiterplattennutzen oder zum Anbringen von konturierten Profilschnitten kann ein Zuschnitt erforderlich sein. Abbildung 4 zeigt ein 0,445 mm dickes Stück FR4, das mit einem 15-W-RFH in ein 10-mm-Quadrat geschnitten wurde Laser. Die relativ kürzere Pulsbreite und variable Pulsfrequenz des Lasers ermöglichen einen kontrollierten Wärmeeintrag in das Material. Außerdem wurde durch sorgfältige Prozessoptimierung die Bildung von Kohlenstofftrümmern minimiert. Wie bei vielen Anwendungen gibt es einen Kompromiss zwischen Durchsatz und Qualität. Für den besten Durchsatz werden in wenigen Sekunden kontinuierlich schnelle Abtastschnitte durch das Material durchgeführt, jedoch mit etwas höherer Karbonisierung. Andererseits wird der Prozess für Schnitte mit der besten Qualität verlangsamt, indem Kühlverzögerungen zwischen den Scans eingeführt werden, was zu einem verringerten Durchsatz und einer viel geringeren Karbonisierung führt. Das gezeigte Stück wurde mit einer Nettogeschwindigkeit von 7,5 mm/s geschnitten.

 

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RFH  ist eine neue Familie von gütegeschalteten UV- und grünen diodengepumpten Festkörperlasern (DPSS), die eine beispiellose Kombination aus Leistung, Zuverlässigkeit und Kosten bieten. Basierend auf dem It's in the Box™-Design von Spectra-Physics, bei dem Laser und Controller in einem einzigen, kompakten Paket kombiniert sind,  verwendet der RFH 355-15 eine praxiserprobte Technologie, um >15 W und >300 μJ pro UV-Impuls mit a großer Repetitionsratenbereich von 0 bis 500 kHz, hohe Puls-zu-Puls-Stabilität und exzellente TEM00-Mode-Qualität für Zehntausende von Betriebsstunden. Der RFH Laser wurde speziell für Mikrobearbeitungsanwendungen in einer 24/7-Fertigungsumgebung entwickelt, in der die Systemverfügbarkeit entscheidend ist. UV-ns-Laser bewähren sich in vielen Branchen, wenn es um fortschrittliche Präzisions-Mikrobearbeitungsanwendungen geht, insbesondere bei Hochgeschwindigkeits- und hochwertigen PCB-bezogenen Anwendungen. RFH  bietet ein bahnbrechendes Preis-Leistungs-Verhältnis: niedrigste UV-Betriebskosten in der Branche ohne Kompromisse bei Funktionen, Leistung oder Zuverlässigkeit. Der Preispunkt ist ideal für die hart umkämpften PCB-bezogenen Laser-Materialbearbeitungsanwendungen.