Avec le développement de gadgets portables hautes performances tels que les téléphones portables, la carte de circuit imprimé d'interconnexion haute densité (HDI PCB) a joué un rôle vital dans l'industrie électronique. Contrairement aux PCB conventionnels, les PCB HDI utilisent non seulement des trous métallisés (PTH), mais également des microvias formé par perçage laser pour obtenir une continuité entre le haut et le bas ou les couches intermédiaires. La raison pour laquelle on utilise le perçage au laser pour les microvias est que seul le perçage au laser peut atteindre un perçage en profondeur contrôlé avec précision dans les petites tailles et les structures de trous borgnes. Sur une fine armature de verre plat, le perçage au laser peut percer des microvias de 2.5 à 3 mils, et sur un diélectrique non renforcé (sans verre), des microvias de 1 mil peuvent être percés.
Comment fonctionne le perçage laser ?
Le forage au laser utilise un faisceau laser avec des longueurs d'onde allant de l'infrarouge profond à l'ultraviolet pour les microvias. Bien que la vitesse du perçage au laser soit inférieure à celle du perçage mécanique, le coût du perçage mécanique dépasse les avantages du perçage au laser au fil du temps. Aussi, le perçage au laser peut percer efficacement des vias denses dans des circuits sur des cartes multicouches. Cependant, un problème majeur avec le perçage au laser est la profondeur de perçage limitée du faisceau laser focalisé, en particulier pour un perçage fiable et reproductible. Par exemple, lorsqu'une seule lentille est utilisée pour focaliser le faisceau, la profondeur à laquelle le laser peut forer est limitée en raison de la profondeur de focalisation limitée. Du fait de la petite taille des vias, le faisceau laser subit une diffraction de Fresnel qui impacte l'intensité du faisceau dans des vias extrêmement profonds.
Technologie laser de perçage du verre
Grâce à la technologie de mise en forme du faisceau, le faisceau laser est projeté sur la surface du matériau, qui absorbe l'énergie du faisceau pour rompre les liaisons chimiques. La vapeur libérée générera une pression de recul, appliquant une force vers le bas sur le matériau fondu restant et forçant le matériau fondu à s'écouler hors du trou.
Il existe principalement 4 méthodes de perçage laser : mono-impulsion, percussion, trépanation et perçage hélicoïdal. La figure 1 ci-dessous montre différentes méthodes de forage.
Figure 1 : Quatre méthodes de perçage laser
Impulsion unique
Dans la méthode à impulsion unique, une seule impulsion du faisceau laser est tirée sur le matériau pour former le trou souhaité. La source laser et le matériau de travail restent fixes dans cette méthode.
Percussion
Contrairement à la méthode à impulsion unique, la la méthode de percussion utilise une série d'impulsions laser pour tirer à plusieurs reprises sur le matériau de travail. La méthode Percussion peut créer des trous plus profonds et plus précis avec des diamètres plus petits que la méthode à impulsion unique. En effet, entre le faisceau laser et le matériau de travail, il n'y a pas de mouvement relatif.
Trépanage
La trépanation fait référence à la méthode de guidage du faisceau laser autour d'une trajectoire prédéterminée. La trajectoire est le centre du trou à percer. Il est à noter que le diamètre des microvias à découper est supérieur au diamètre du faisceau laser. Par conséquent, la précision des microvias de forage laser dépend du mouvement du faisceau.
Perçage hélicoïdal
Dans la méthode de perçage hélicoïdal, le faisceau laser se déplace le long d'une trajectoire en spirale. En même temps, le faisceau laser tourne sur son axe par rapport au matériau de travail. « Un prisme de colombe contrôle le mouvement du faisceau laser » (Sagar, 2021).
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Référence:
https://resources.altium.com/p/mechanical-drilling-laser-drilling-microvias
https://www.protoexpress.com/blog/how-does-laser-drilling-work-pcbs/