Mit der Entwicklung von Hochleistungs-Handgeräten wie Mobiltelefonen spielen High-Density-Interconnection-Printed-Circuit-Boards (HDI-PCB) eine entscheidende Rolle in der Elektronikindustrie. Im Gegensatz zu herkömmlichen Leiterplatten verwendet HDI PCB nicht nur durchkontaktierte Löcher (PTH), sondern auch Microvias gebildet durch Laserbohren, um eine Kontinuität zwischen der Ober- und Unterseite oder zu Zwischenschichten zu erreichen. Der Grund, warum das Laserbohren für Microvias verwendet wird, ist, dass nur das Laserbohren ein präzise kontrolliertes Tiefenbohren in kleinen Größen und Sacklochstrukturen erreichen kann. Auf einer dünnen Flachglasverstärkung, Laserbohren kann 2.5 bis 3 Mil Microvias bohren, und auf einem unverstärkten Dielektrikum (ohne Glas) können 1 mil Microvias gebohrt werden.
Wie funktioniert das Laserbohren?
Beim Laserbohren wird ein Laserstrahl mit Wellenlängen von tiefem Infrarot bis Ultraviolett für Microvias verwendet. Obwohl die Geschwindigkeit des Laserbohrens geringer ist als beim mechanischen Bohren, übersteigen die Kosten des mechanischen Bohrens mit der Zeit die Vorteile des Laserbohrens. Ebenfalls, Laserbohren kann effizient dichte Durchkontaktierungen in Schaltkreise auf Multilayer-Platinen bohren. Ein Hauptproblem beim Laserbohren ist jedoch die begrenzte Bohrtiefe des fokussierten Laserstrahls, insbesondere für zuverlässiges und wiederholbares Bohren. Wenn beispielsweise eine einzelne Linse zum Fokussieren des Strahls verwendet wird, ist die Tiefe, in der der Laser bohren kann, aufgrund der begrenzten Fokustiefe beschränkt. Aufgrund der geringen Größe der Durchkontaktierungen unterliegt der Laserstrahl einer Fresnel-Beugung, die die Intensität des Strahls in extrem tiefen Durchkontaktierungen beeinflusst.
Laser-Glasbohrtechnologie
Durch die Strahlformungstechnologie wird der Laserstrahl auf die Materialoberfläche projiziert, die Strahlenergie absorbiert, um chemische Bindungen aufzubrechen. Der freigesetzte Dampf erzeugt einen Rückstoßdruck, der eine nach unten gerichtete Kraft auf das verbleibende geschmolzene Material ausübt und das geschmolzene Material dazu zwingt, aus dem Loch zu fließen.
Beim Laserbohren gibt es hauptsächlich 4 Methoden: Einzelpuls-, Perkussions-, Trepanations- und Spiralbohren. Abbildung 1 unten zeigt verschiedene Bohrmethoden.
Abbildung 1: Vier Laserbohrmethoden
Einzelpuls
Beim Einzelpulsverfahren wird ein einzelner Puls des Laserstrahls auf das Material gefeuert, um das gewünschte Loch zu bilden. Sowohl die Laserquelle als auch das Werkstück bleiben bei diesem Verfahren stationär.
Schlagzeug
Im Gegensatz zum Einzelpulsverfahren ist die Percussion-Methode verwendet eine Reihe von Laserimpulsen, um wiederholt auf das Arbeitsmaterial zu schießen. Die Percussion-Methode kann tiefere und präzisere Löcher mit kleineren Durchmessern erzeugen als die Einzelimpulsmethode. Denn zwischen Laserstrahl und Werkstück gibt es keine Relativbewegung.
Trepanieren
Unter Trepanieren versteht man die Methode, den Laserstrahl um eine vorgegebene Bahn zu führen. Die Trajektorie ist der Mittelpunkt des zu bohrenden Lochs. Es ist erwähnenswert, dass der Durchmesser der zu schneidenden Microvias größer ist als der Durchmesser des Laserstrahls. Deswegen, Die Genauigkeit des Laserbohrens von Microvias hängt von der Bewegung des Strahls ab.
Spiralbohren
Beim Spiralbohrverfahren bewegt sich der Laserstrahl auf einer spiralförmigen Bahn. Gleichzeitig dreht sich der Laserstrahl um seine Achse um das Werkstück. „Ein Taubenprisma steuert die Bewegung des Laserstrahls“ (Sagar, 2021).
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Referenz:
https://resources.altium.com/p/mechanical-drilling-laser-drilling-microvias
https://www.protoexpress.com/blog/how-does-laser-drilling-work-pcbs/