電子機器の重要なコンポーネントである PCB 製造プロセスの精度と効率は、電子製品の性能と品質に直接影響します。電子製品の小型化と高性能化に向けた継続的な開発に伴い、PCB の設計と製造に対してより高い要件が求められています。その中で、掘削技術は PCB 製造の重要な部分であり、従来の機械による穴あけでは、ますます厳しくなる要件に徐々に対応できなくなります。レーザー穴あけ技術は、その独自の利点により、PCB 製造においてますます重要になっています。
1、レーザー穴あけ技術の原理
レーザー穴あけ加工とも呼ばれるレーザー穴あけ加工は、レーザーの高エネルギーと高集束特性を利用する原理に基づいています。レーザーは高エネルギーのレーザー ビームを生成し、レンズ システムを通じて PCB 基板上の指定された位置に焦点を合わせます。-高エネルギーのレーザー ビームが PCB 基板に照射されると、照射された位置の材料がレーザー エネルギーを瞬時に吸収し、温度が急激に上昇し、材料が急速に溶融またはガス化し、穴が形成されます。この非接触加工方法により、機械的穴あけ加工におけるドリルビットと材料との接触によって引き起こされる機械的応力や摩耗の問題が回避されます。
レーザーと材料間の相互作用には、光熱アブレーションと光化学アブレーションという 2 つの主なメカニズムがあります。光熱アブレーションとは、加工材料による高エネルギーレーザーの継続的な吸収を指し、加工材料は非常に短時間で溶融状態まで加熱されます。-温度が上昇し続けると材料が蒸発し、最終的には蒸発して微細孔が形成されます。また、光化学的アブレーションは、短波長レーザーからの光子の高エネルギー (2eV 以上) によるもので、有機材料の長い分子鎖を破壊し、粒子に変えて処理材料から剥離する可能性があります。連続的な外部レーザー作用下では、基板材料が連続的に逃げて微細孔が形成されます。実際の PCB レーザー穴あけ加工では、これら 2 つのメカニズムが共存することが多く、特定のメカニズムはレーザーの波長、エネルギー、材料特性などの要因によって異なります。
2、レーザー穴あけ技術の利点
(1) 高精度
レーザー穴あけ加工は、非常に小さな開口と高い穴位置精度を実現でき、一般に開口は数十マイクロメートルと小さく、穴位置の偏差は非常に小さな範囲内に制御されます。従来の機械的穴あけと比較して、レーザー穴あけは精度において大きな利点があり、現代の高密度 PCB 配線の要件を満たし、回路接続の精度と安定性を確保し、PCB の性能と信頼性を大幅に向上させることができます。-
(2) 加工可能な小口径
電子製品の小型化傾向に伴い、PCB の開口部を小さくする需要が高まっています。レーザー穴あけ技術では最小直径 2 ミル (0.002 インチ) の小さな穴を簡単に開けることができますが、機械式穴あけでは最小直径約 6 ミル (0.006 インチ) を達成できます。小さな開口部を加工できるため、PCB の小型化設計が可能になり、電子製品により多くの機能をより小さなスペースに統合できるようになります。
(3) 非接触処理
レーザー穴あけ加工では非接触方式が使用されるため、ドリルビットと PCB 材料の間の物理的な摩擦や接触圧力が回避され、基板に機械的損傷を与えず、基板の変形や亀裂などの問題の発生を効果的に軽減します。これは、比較的柔らかい PCB 材料や非常に高い加工精度が必要な PCB 材料にとって特に重要であり、製品の歩留まりを大幅に向上させることができます。
(4) 処理速度が速い
レーザー穴あけ加工は、機械的穴あけ加工と比較して、1 つの穴の加工時間に絶対的な利点があるわけではありませんが、ドリルビットの交換が不要で位置決めが速いなどの特徴があり、バッチ加工における全体的な加工効率が大幅に向上します。また、レーザー技術の継続的な発展により、レーザー穴あけの速度も常に向上しており、大規模生産のニーズを満たすことができます。-
(5) 高い柔軟性
レーザー ドリリングを使用すると、さまざまな複雑な形状や材料の PCB を加工できます。リジッド銅張積層板であっても、フレキシブルなポリイミド フィルムであっても、簡単に処理できます。{0}一方、パワー、パルス幅、周波数などのレーザーのパラメータを調整することにより、ボアホールの深さと直径を柔軟に制御して、さまざまな設計要件を満たすことができます。
3、レーザー穴あけ装置の種類
PCB製造業界で一般的に使用されるレーザー穴あけ装置は、光源の違いに基づいて主に2つのカテゴリに分類されます。波長355nmのUVナノ秒レーザー穴あけ機と波長9400nmのCO 2 穴あけ機です。
(1) UVナノ秒レーザー穴あけ機
UVナノ秒レーザー穴あけ機の穴あけ機構は主に光化学アブレーションです。短波長レーザーの高エネルギー光子は、有機材料の分子鎖を効果的に破壊できます。-穴あけプロセス中、熱アブレーション反応はほとんどなく、炭化物もほとんど生成されないため、多孔質銅の前処理プロセスは非常に簡単になります。{3}}さらに、このデバイスは、穴あけ前に追加の前処理を必要とせずに、銅箔を直接除去できます。-このデバイスは、スマートフォンやタブレットのマザーボードなどの一部のハイエンド電子製品の PCB 製造など、穴壁の品質が非常に高く、穴内に炭化残留物がないことが要求される状況に適しています。-
(2) CO₂ボール盤
CO 2 ボール盤の穴あけ機構は主に光熱アブレーションです。高エネルギーレーザーを継続的に吸収すると、加工された材料は急速に溶けて蒸発し、微細孔が形成されます。-光熱アブレーションプロセスにより、穴の壁に炭化物が残るため、穴あけの前後に前処理が必要です。- CO ₂ ドリリングマシンは通常、直接アブレーションに極薄の銅箔 (通常 9 um に減らす必要がある 12 um ベースの銅など) を使用しており、そのドリリング速度は UV レーザードリリングよりも優れています。誘電体層にガラス繊維材料を含む PCB の穴あけに適しており、一部の通常の電子製品や産業用制御回路基板の製造に広く使用されています。
4、レーザー穴あけ加工の流れ
(1) 事前準備
PCB基板の準備：PCB基板の材質、厚さ、銅箔の厚さ、その他のパラメータが設計要件を満たしていることを確認し、レーザーと材料間の効果的な相互作用を確保するために、PCB基板の表面洗浄処理を実行して油やほこりなどの不純物を除去します。
装置のデバッグ：PCBボードのパラメータと穴あけ要件に基づいて、レーザー穴あけ装置をデバッグし、レーザー出力、パルス幅、周波数、穴あけ速度、焦点距離などの適切なパラメータを設定します。同時に、装置の光路システム、冷却システム、制御システムなどが正常に動作しているかどうかを確認します。
(2) 穴あけ加工
位置決め: デバイスの位置決めシステムを使用して、PCB 基板を作業台に正確に配置し、設計要件に従って穴あけ位置を決定します。最新のレーザー穴あけ装置には、通常、高精度の視覚的位置決めシステムが装備されています。これにより、PCB 基板上のマークされたポイントを迅速かつ正確に識別し、自動位置決めを実現し、穴あけの精度を向上させることができます。-
穴あけ: レーザーを開始すると、レーザー ビームが事前に設定されたパラメーターとパスに従って PCB ボードに穴を開けます。穴あけプロセスでは、さまざまなプロセス要件に応じて、単一または複数の穴あけ方法を使用できます。より深い穴や高い壁品質が必要な状況では、穴の品質を確保するために毎回徐々に深くする複数回の穴あけが必要になる場合があります。
(3) その後の処理
クリーニング: 穴あけ後、PCB ボードの表面および穴の内部に溶けた材料の残留物や破片が残るため、クリーニングする必要があります。通常、PCB基板を洗浄液に浸すには、超音波洗浄、化学洗浄、その他の方法が使用されます。超音波の振動や化学試薬の作用により残留物や破片が除去され、穴の清浄度が確保されます。
テスト: 穴あけ後の PCB 基板の、開口部のサイズ、穴の位置の精度、穴の壁の品質、その他の側面を含む包括的な検査を実施します。一般的に使用される検出方法には、顕微鏡検出、走査型電子顕微鏡検出、自動光学検出などが含まれます。テストを通じて、開口のずれ、穴の位置のずれ、穴の壁の荒れ、残留物などの穴あけプロセス中に発生する問題をタイムリーに検出し、それに応じて調整および改善できます。
穿孔処理: 電気的接続が必要な穴の場合、銅などの金属の層が穴の壁に堆積され、穴が導電性になります。穿孔処理には通常、化学銅めっきまたは電気銅めっきの方法が採用されます。まず、穴壁に化学銅めっきを実行して薄い導電層を形成し、電気的性能の要件を満たすために電気銅めっきによって銅層をさらに厚くします。
PCB レーザー穴あけ技術は、現代の電子製造における重要な技術として、その高精度に依存しています。