Sebagai komponen kunci perangkat elektronik, ketepatan dan efisiensi proses pembuatan PCB secara langsung mempengaruhi kinerja dan kualitas produk elektronik. Dengan terus berkembangnya produk elektronik menuju miniaturisasi dan kinerja tinggi, persyaratan yang lebih tinggi telah diajukan untuk desain dan pembuatan PCB. Diantaranya,teknologi pengeboranadalah bagian penting dari pembuatan PCB, dan pengeboran mekanis tradisional secara bertahap tidak mampu memenuhi persyaratan yang semakin ketat. Teknologi pengeboran laser, dengan keunggulan uniknya, menjadi semakin penting dalam pembuatan PCB.
1, Prinsip Teknologi Pengeboran Laser
Pengeboran laser, juga dikenal sebagai pengeboran laser, didasarkan pada prinsip pemanfaatan energi tinggi dan sifat fokus tinggi dari laser. Laser menghasilkan-sinar laser berenergi tinggi, yang difokuskan pada posisi tertentu pada papan PCB melalui sistem lensa. Ketika sinar laser berenergi tinggi-disinari ke papan PCB, material pada posisi yang disinari langsung menyerap energi laser, menyebabkan peningkatan suhu yang tajam dan pencairan atau bahkan gasifikasi material yang cepat, sehingga mengakibatkan terbentuknya lubang. Metode pemesinan non-kontak ini menghindari tekanan mekanis dan masalah keausan yang disebabkan oleh kontak antara mata bor dan material dalam pengeboran mekanis.
Ada dua mekanisme utama interaksi antara laser dan material: ablasi fototermal dan ablasi fotokimia. Ablasi fototermal mengacu pada penyerapan laser berenergi tinggi-secara terus-menerus oleh bahan yang diproses, yang dipanaskan hingga berbentuk cair dalam waktu yang sangat singkat. Temperatur yang terus meningkat menyebabkan material menguap dan akhirnya menguap membentuk mikropori. Dan ablasi fotokimia disebabkan oleh foton berenergi tinggi (lebih dari 2eV) dari laser dengan panjang gelombang pendek, yang dapat menghancurkan rantai molekul panjang bahan organik, mengubahnya menjadi partikel dan memisahkannya dari bahan pemrosesan. Di bawah aksi laser eksternal yang berkelanjutan, bahan substrat terus menerus keluar untuk membentuk mikropori. Dalam pengeboran laser PCB sebenarnya, kedua mekanisme ini sering kali hidup berdampingan, dan mekanisme spesifiknya bergantung pada faktor-faktor seperti panjang gelombang, energi, dan sifat material laser.
2, Keunggulan teknologi pengeboran laser
(1) Presisi tinggi
Pengeboran laser dapat mencapai bukaan yang sangat kecil dan akurasi posisi lubang yang tinggi, dengan bukaan umumnya sekecil puluhan mikrometer dan deviasi posisi lubang dikontrol dalam kisaran yang sangat kecil. Dibandingkan dengan pengeboran mekanis tradisional, pengeboran laser memiliki keunggulan signifikan dalam hal akurasi, yang dapat memenuhi persyaratan pengkabelan PCB modern dengan kepadatan tinggi, memastikan keakuratan dan stabilitas sambungan sirkuit, dan sangat meningkatkan kinerja dan keandalan PCB.
(2) Bukaan kecil yang dapat dikerjakan
Dengan tren miniaturisasi pada produk elektronik, permintaan akan lubang yang lebih kecil pada PCB semakin meningkat. Teknologi pengeboran laser dapat dengan mudah mengebor lubang kecil dengan diameter minimal 2 mil (0,002 inci), sedangkan pengeboran mekanis mencapai diameter minimum sekitar 6 mil (0,006 inci). Kemampuan memproses lubang kecil memberikan kemungkinan desain miniaturisasi PCB, memungkinkan produk elektronik mengintegrasikan lebih banyak fungsi dalam ruang yang lebih kecil.
(3) Pemrosesan non-kontak
Karena metode non-kontak yang digunakan dalam pengeboran laser, gesekan fisik dan tekanan kontak antara mata bor dan material PCB dapat dihindari, yang tidak akan menyebabkan kerusakan mekanis pada papan dan secara efektif mengurangi terjadinya masalah seperti deformasi papan dan retakan. Hal ini sangat penting terutama untuk bahan PCB yang relatif lunak atau memerlukan akurasi pemrosesan yang sangat tinggi, yang dapat meningkatkan tingkat hasil produk secara signifikan.
(4) Kecepatan pemrosesan yang cepat
Meskipun pengeboran laser mungkin tidak memiliki keunggulan absolut dalam waktu pemrosesan untuk satu lubang dibandingkan dengan pengeboran mekanis, karakteristiknya seperti tidak perlu mengganti mata bor dan pemosisian yang cepat sangat meningkatkan efisiensi pemrosesan secara keseluruhan dalam pemrosesan batch. Dan dengan terus berkembangnya teknologi laser, kecepatan pengeboran laser juga terus meningkat, sehingga dapat memenuhi kebutuhan produksi-skala besar.
(5) Fleksibilitas tinggi
Pengeboran laser dapat digunakan untuk memproses PCB dengan berbagai bentuk dan bahan kompleks, baik itu laminasi berlapis tembaga kaku-atau film polimida fleksibel, pengeboran tersebut dapat dengan mudah ditangani. Sementara itu, dengan menyesuaikan parameter laser, seperti daya, lebar pulsa, frekuensi, dll., kedalaman dan diameter lubang bor dapat dikontrol secara fleksibel untuk memenuhi persyaratan desain yang berbeda.
3, Jenis peralatan pengeboran laser
Dalam industri manufaktur PCB, peralatan pengeboran laser yang umum digunakan dibagi menjadi dua kategori berdasarkan sumber cahaya yang berbeda: mesin bor laser nanodetik UV dengan panjang gelombang 355nm dan mesin bor CO₂ dengan panjang gelombang 9400nm.
(1) Mesin bor laser nanodetik UV
Mekanisme pengeboran mesin bor laser nanodetik UV terutama adalah ablasi fotokimia. Foton-energi tinggi dari laser dengan panjang gelombang pendek dapat secara efektif menghancurkan rantai molekul bahan organik. Selama proses pengeboran, hanya terdapat sedikit reaksi ablasi termal, dan sangat sedikit karbida yang dihasilkan, sehingga proses pra-pengolahan tembaga berpori menjadi sangat sederhana. Selain itu, perangkat ini dapat langsung melepaskan lapisan tembaga tanpa memerlukan pra-perawatan tambahan sebelum pengeboran. Perangkat ini cocok untuk situasi di mana kualitas dinding lubang sangat tinggi dan tidak ada persyaratan untuk tidak adanya residu karbonisasi di dalam lubang, seperti dalam pembuatan PCB pada beberapa produk elektronik kelas atas, seperti motherboard ponsel pintar dan tablet.
(2) mesin bor CO₂
Mekanisme pengeboran mesin bor CO ₂ terutama adalah ablasi fototermal. Bahan yang diproses dengan cepat meleleh dan menguap untuk membentuk mikropori setelah penyerapan laser energi tinggi-secara terus-menerus. Akibat proses ablasi fototermal, akan terdapat residu karbida pada dinding lubang, sehingga diperlukan perlakuan awal sebelum dan sesudah pengeboran. Mesin bor CO ₂ biasanya menggunakan foil tembaga ultratipis untuk ablasi langsung (seperti tembaga dasar 12um yang umumnya perlu dikurangi menjadi 9um), dan kecepatan pengeborannya lebih baik daripada pengeboran laser UV. Sangat cocok untuk mengebor PCB yang mengandung bahan fiberglass di lapisan dielektrik dan banyak digunakan dalam pembuatan beberapa produk elektronik biasa dan papan sirkuit kontrol industri.
4, aliran proses pengeboran laser
(1) Persiapan awal
Persiapan papan PCB: Pastikan bahan, ketebalan, ketebalan foil tembaga, dan parameter lain dari papan PCB memenuhi persyaratan desain, dan lakukan perawatan pembersihan permukaan pada papan PCB untuk menghilangkan kotoran seperti minyak dan debu, untuk memastikan interaksi efektif antara laser dan material.
Debugging peralatan: Berdasarkan parameter papan PCB dan persyaratan pengeboran, debug peralatan pengeboran laser dan atur parameter yang sesuai seperti daya laser, lebar pulsa, frekuensi, kecepatan pengeboran, panjang fokus, dll. Pada saat yang sama, periksa apakah sistem jalur optik, sistem pendingin, sistem kontrol, dll. pada peralatan beroperasi secara normal.
(2) Proses pengeboran
Penentuan posisi: Dengan menggunakan sistem penentuan posisi perangkat, tempatkan papan PCB secara akurat di meja kerja dan tentukan posisi pengeboran sesuai dengan persyaratan desain. Peralatan pengeboran laser modern biasanya dilengkapi dengan-sistem penentuan posisi visual presisi tinggi, yang dapat dengan cepat dan akurat mengidentifikasi titik-titik yang ditandai pada papan PCB, mencapai penentuan posisi otomatis, dan meningkatkan akurasi pengeboran.
Pengeboran: Mulai laser, dan sinar laser akan mengebor lubang pada papan PCB sesuai dengan parameter dan jalur yang telah ditetapkan. Selama proses pengeboran, metode pengeboran tunggal atau ganda dapat digunakan sesuai dengan kebutuhan proses yang berbeda. Untuk beberapa lubang yang lebih dalam atau situasi yang memerlukan kualitas dinding yang tinggi, mungkin diperlukan beberapa kali pengeboran, yang secara bertahap diperdalam setiap kali untuk memastikan kualitas lubang.
(3) Pemrosesan selanjutnya
Pembersihan: Setelah pengeboran, akan ada sisa material yang meleleh dan serpihan yang tertinggal di permukaan dan di dalam lubang papan PCB, yang perlu dibersihkan. Biasanya, pembersihan ultrasonik, pembersihan kimia, dan metode lain digunakan untuk merendam papan PCB dalam larutan pembersih. Melalui getaran gelombang ultrasonik atau aksi reagen kimia, residu dan kotoran dihilangkan untuk memastikan kebersihan lubang.
Pengujian: Melakukan pemeriksaan menyeluruh terhadap papan PCB setelah pengeboran, termasuk ukuran bukaan, akurasi posisi lubang, kualitas dinding lubang, dan aspek lainnya. Metode deteksi yang umum digunakan antara lain deteksi mikroskop, deteksi mikroskop pemindaian elektron, deteksi optik otomatis, dll. Melalui pengujian, masalah yang terjadi selama proses pengeboran, seperti deviasi bukaan, deviasi posisi lubang, dinding lubang kasar, residu, dll., dapat dideteksi secara tepat waktu dan disesuaikan serta ditingkatkan.
Perawatan perforasi: Untuk lubang yang memerlukan sambungan listrik, lapisan logam, seperti tembaga, diendapkan pada dinding lubang agar lubang menjadi konduktif. Perawatan perforasi biasanya mengadopsi metode pelapisan tembaga kimia atau pelapisan tembaga. Pertama, pelapisan tembaga kimia dilakukan pada dinding lubang untuk membentuk lapisan konduktif tipis, kemudian lapisan tembaga tersebut selanjutnya ditebalkan dengan pelapisan tembaga untuk memenuhi persyaratan kinerja kelistrikan.
Teknologi pengeboran laser PCB, sebagai teknologi utama dalam manufaktur elektronik modern, mengandalkan presisi tinggi