इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के एक प्रमुख घटक के रूप में, पीसीबी निर्माण प्रक्रियाओं की सटीकता और दक्षता सीधे इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के प्रदर्शन और गुणवत्ता को प्रभावित करती है। लघुकरण और उच्च प्रदर्शन की दिशा में इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के निरंतर विकास के साथ, पीसीबी के डिजाइन और निर्माण के लिए उच्च आवश्यकताओं को सामने रखा गया है। उनमें से,ड्रिलिंग तकनीकपीसीबी विनिर्माण का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है, और पारंपरिक यांत्रिक ड्रिलिंग धीरे-धीरे बढ़ती कठोर आवश्यकताओं को पूरा करने में असमर्थ है। लेजर ड्रिलिंग तकनीक, अपने अनूठे फायदों के साथ, पीसीबी निर्माण में तेजी से महत्वपूर्ण हो गई है।
1, लेजर ड्रिलिंग प्रौद्योगिकी के सिद्धांत
लेज़र ड्रिलिंग, जिसे लेज़र ड्रिलिंग के रूप में भी जाना जाता है, लेज़रों की उच्च ऊर्जा और उच्च फोकसिंग गुणों के उपयोग के सिद्धांत पर आधारित है। लेज़र एक उच्च ऊर्जा लेज़र किरण उत्पन्न करता है, जिसे एक लेंस प्रणाली के माध्यम से पीसीबी बोर्ड पर एक निर्दिष्ट स्थान पर केंद्रित किया जाता है। जब एक पीसीबी बोर्ड पर एक उच्च -ऊर्जा वाली लेजर किरण को विकिरणित किया जाता है, तो विकिरणित स्थिति में सामग्री तुरंत लेजर ऊर्जा को अवशोषित कर लेती है, जिससे तापमान में तेज वृद्धि होती है और सामग्री तेजी से पिघलती है या यहां तक कि गैसीकरण भी होता है, जिसके परिणामस्वरूप छिद्रों का निर्माण होता है। यह गैर-संपर्क मशीनिंग विधि यांत्रिक ड्रिलिंग में ड्रिल बिट और सामग्री के बीच संपर्क के कारण होने वाले यांत्रिक तनाव और घिसाव की समस्याओं से बचाती है।
लेज़र और सामग्रियों के बीच परस्पर क्रिया के लिए दो मुख्य तंत्र हैं: फोटोथर्मल एब्लेशन और फोटोकैमिकल एब्लेशन। फोटोथर्मल एब्लेशन संसाधित सामग्री द्वारा उच्च ऊर्जा लेजर के निरंतर अवशोषण को संदर्भित करता है, जिसे बहुत कम समय में पिघली हुई अवस्था में गर्म किया जाता है। तापमान में वृद्धि जारी है, जिससे सामग्री वाष्पीकृत हो जाती है और अंततः वाष्पित होकर माइक्रोपोर बन जाती है। और फोटोकैमिकल एब्लेशन लघु तरंग दैर्ध्य लेजर से फोटॉन की उच्च ऊर्जा (2eV से अधिक) के कारण होता है, जो कार्बनिक पदार्थों की लंबी आणविक श्रृंखलाओं को नष्ट कर सकता है, उन्हें कणों में बदल सकता है और प्रसंस्करण सामग्री से अलग कर सकता है। निरंतर बाहरी लेजर क्रिया के तहत, सब्सट्रेट सामग्री माइक्रोप्रोर्स बनाने के लिए लगातार निकलती रहती है। वास्तविक पीसीबी लेजर ड्रिलिंग में, ये दोनों तंत्र अक्सर सह-अस्तित्व में होते हैं, और विशिष्ट तंत्र लेजर की तरंग दैर्ध्य, ऊर्जा और भौतिक गुणों जैसे कारकों पर निर्भर करता है।
2, लेजर ड्रिलिंग तकनीक के फायदे
(1) उच्च परिशुद्धता
लेजर ड्रिलिंग बेहद छोटे एपर्चर और उच्च छेद स्थिति सटीकता प्राप्त कर सकती है, एपर्चर आम तौर पर दसियों माइक्रोमीटर जितना छोटा होता है और छेद स्थिति विचलन बहुत छोटी सीमा के भीतर नियंत्रित होता है। पारंपरिक यांत्रिक ड्रिलिंग की तुलना में, लेजर ड्रिलिंग में सटीकता के मामले में महत्वपूर्ण फायदे हैं, जो आधुनिक उच्च घनत्व पीसीबी वायरिंग की आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं, सर्किट कनेक्शन की सटीकता और स्थिरता सुनिश्चित कर सकते हैं, और पीसीबी के प्रदर्शन और विश्वसनीयता में काफी सुधार कर सकते हैं।
(2) मशीन योग्य छोटा एपर्चर
इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों में लघुकरण की प्रवृत्ति के साथ, पीसीबी पर छोटे एपर्चर की मांग बढ़ रही है। लेजर ड्रिलिंग तकनीक आसानी से 2 मिल (0.002 इंच) के न्यूनतम व्यास वाले छोटे छेदों को ड्रिल कर सकती है, जबकि यांत्रिक ड्रिलिंग लगभग 6 मिल (0.006 इंच) के न्यूनतम व्यास को प्राप्त करती है। छोटे एपर्चर को संसाधित करने की क्षमता पीसीबी के लघुकरण डिजाइन की संभावना प्रदान करती है, जिससे इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद छोटी जगह में अधिक कार्यों को एकीकृत करने में सक्षम होते हैं।
(3) गैर संपर्क प्रसंस्करण
लेजर ड्रिलिंग में उपयोग की जाने वाली गैर-संपर्क विधि के कारण, ड्रिल बिट और पीसीबी सामग्री के बीच शारीरिक घर्षण और संपर्क दबाव से बचा जाता है, जिससे बोर्ड को यांत्रिक क्षति नहीं होगी और बोर्ड विरूपण और दरार जैसी समस्याओं की घटना को प्रभावी ढंग से कम किया जा सकेगा। यह उन पीसीबी सामग्रियों के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जो अपेक्षाकृत नरम हैं या जिन्हें अत्यधिक उच्च प्रसंस्करण सटीकता की आवश्यकता होती है, जो उत्पादों की उपज दर में काफी सुधार कर सकती हैं।
(4) तेज प्रसंस्करण गति
यद्यपि लेज़र ड्रिलिंग में यांत्रिक ड्रिलिंग की तुलना में एकल छेद के लिए प्रसंस्करण समय में पूर्ण लाभ नहीं हो सकता है, लेकिन इसकी विशेषताएं जैसे कि ड्रिल बिट को बदलने की आवश्यकता नहीं है और त्वरित स्थिति बैच प्रसंस्करण में समग्र प्रसंस्करण दक्षता में काफी सुधार करती है। और लेजर तकनीक के निरंतर विकास के साथ, लेजर ड्रिलिंग की गति भी लगातार बढ़ रही है, जो बड़े पैमाने पर उत्पादन की जरूरतों को पूरा कर सकती है।
(5) उच्च लचीलापन
लेज़र ड्रिलिंग का उपयोग विभिन्न जटिल आकृतियों और सामग्रियों के पीसीबी को संसाधित करने के लिए किया जा सकता है, चाहे वह कठोर तांबे के आवरण वाले लेमिनेट हों या लचीली पॉलीमाइड फिल्में हों, यह उन्हें आसानी से संभाल सकता है। इस बीच, लेजर के मापदंडों, जैसे शक्ति, पल्स चौड़ाई, आवृत्ति, आदि को समायोजित करके, विभिन्न डिजाइन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए बोरहोल की गहराई और व्यास को लचीले ढंग से नियंत्रित किया जा सकता है।
3, लेजर ड्रिलिंग उपकरण के प्रकार
पीसीबी विनिर्माण उद्योग में, आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले लेजर ड्रिलिंग उपकरण को विभिन्न प्रकाश स्रोतों के आधार पर मुख्य रूप से दो श्रेणियों में विभाजित किया जाता है: 355 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ यूवी नैनोसेकंड लेजर ड्रिलिंग मशीन और 9400 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ सीओ ₂ ड्रिलिंग मशीन।
(1) यूवी नैनोसेकंड लेजर ड्रिलिंग मशीन
यूवी नैनोसेकंड लेजर ड्रिलिंग मशीन का ड्रिलिंग तंत्र मुख्य रूप से फोटोकैमिकल एब्लेशन है। इसके लघु तरंग दैर्ध्य लेजर के उच्च -ऊर्जा फोटॉन कार्बनिक पदार्थों की आणविक श्रृंखलाओं को प्रभावी ढंग से नष्ट कर सकते हैं। ड्रिलिंग प्रक्रिया के दौरान, बहुत कम थर्मल एब्लेशन प्रतिक्रिया होती है, और बहुत कम कार्बाइड उत्पन्न होते हैं, जिससे झरझरा तांबे की पूर्व-उपचार प्रक्रिया बहुत सरल हो जाती है। इसके अलावा, उपकरण ड्रिलिंग से पहले अतिरिक्त पूर्व-उपचार की आवश्यकता के बिना तांबे की पन्नी को सीधे हटा सकता है। यह उपकरण उन स्थितियों के लिए उपयुक्त है जहां छेद की दीवार की गुणवत्ता बहुत अधिक है और छेद के अंदर कोई कार्बोनाइजेशन अवशेष नहीं होने की आवश्यकता है, जैसे कि कुछ उच्च अंत इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के पीसीबी निर्माण में, जैसे स्मार्टफोन और टैबलेट के मदरबोर्ड।
(2) CO₂ ड्रिलिंग मशीन
CO₂ ड्रिलिंग मशीन का ड्रिलिंग तंत्र मुख्य रूप से फोटोथर्मल एब्लेशन है। उच्च ऊर्जा लेजर के निरंतर अवशोषण के बाद संसाधित सामग्री तेजी से पिघलती है और माइक्रोपोर बनाने के लिए वाष्पीकृत हो जाती है। फोटोथर्मल एब्लेशन प्रक्रिया के कारण, छेद की दीवार पर कार्बाइड के अवशेष होंगे, इसलिए ड्रिलिंग से पहले और बाद में पूर्व-उपचार आवश्यक है। सीओ ₂ ड्रिलिंग मशीन आमतौर पर सीधे एब्लेशन के लिए अल्ट्रा - पतली तांबे की पन्नी का उपयोग करती है (जैसे कि 12um बेस कॉपर जिसे आम तौर पर 9um तक कम करने की आवश्यकता होती है), और इसकी ड्रिलिंग गति यूवी लेजर ड्रिलिंग से बेहतर है। यह ढांकता हुआ परत में फाइबरग्लास सामग्री वाले पीसीबी की ड्रिलिंग के लिए उपयुक्त है और कुछ सामान्य इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों और औद्योगिक नियंत्रण सर्किट बोर्डों के निर्माण में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
4, लेजर ड्रिलिंग प्रक्रिया प्रवाह
(1) प्रारंभिक तैयारी
पीसीबी बोर्ड की तैयारी: सुनिश्चित करें कि पीसीबी बोर्ड की सामग्री, मोटाई, तांबे की पन्नी की मोटाई और अन्य पैरामीटर डिजाइन आवश्यकताओं को पूरा करते हैं, और लेजर और सामग्री के बीच प्रभावी बातचीत सुनिश्चित करने के लिए तेल और धूल जैसी अशुद्धियों को हटाने के लिए पीसीबी बोर्ड पर सतह की सफाई उपचार करते हैं।
उपकरण डिबगिंग: पीसीबी बोर्ड और ड्रिलिंग आवश्यकताओं के मापदंडों के आधार पर, लेजर ड्रिलिंग उपकरण को डिबग करें और लेजर पावर, पल्स चौड़ाई, आवृत्ति, ड्रिलिंग गति, फोकल लंबाई इत्यादि जैसे उचित पैरामीटर सेट करें। साथ ही, जांचें कि उपकरण के ऑप्टिकल पथ सिस्टम, शीतलन प्रणाली, नियंत्रण प्रणाली इत्यादि सामान्य रूप से काम कर रहे हैं या नहीं।
(2) ड्रिलिंग प्रक्रिया
पोजिशनिंग: डिवाइस के पोजिशनिंग सिस्टम का उपयोग करके, पीसीबी बोर्ड को कार्यक्षेत्र पर सटीक रूप से रखें और डिजाइन आवश्यकताओं के अनुसार ड्रिलिंग स्थिति निर्धारित करें। आधुनिक लेजर ड्रिलिंग उपकरण आमतौर पर उच्च परिशुद्धता दृश्य पोजिशनिंग सिस्टम से सुसज्जित होते हैं, जो पीसीबी बोर्ड पर चिह्नित बिंदुओं को जल्दी और सटीक रूप से पहचान सकते हैं, स्वचालित पोजिशनिंग प्राप्त कर सकते हैं और ड्रिलिंग की सटीकता में सुधार कर सकते हैं।
ड्रिलिंग: लेजर शुरू करें, और लेजर बीम पूर्व निर्धारित मापदंडों और पथ के अनुसार पीसीबी बोर्ड पर छेद ड्रिल करेगा। ड्रिलिंग प्रक्रिया के दौरान, विभिन्न प्रक्रिया आवश्यकताओं के अनुसार एकल या एकाधिक ड्रिलिंग विधियों का उपयोग किया जा सकता है। कुछ गहरे छेदों या स्थितियों के लिए जहां उच्च दीवार गुणवत्ता की आवश्यकता होती है, छेद की गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए हर बार धीरे-धीरे गहरीकरण करना आवश्यक हो सकता है।
(3) बाद की प्रक्रिया
सफाई: ड्रिलिंग के बाद, सतह पर और पीसीबी बोर्ड के छेद के अंदर कुछ पिघली हुई सामग्री के अवशेष और मलबा बचा रहेगा, जिसे साफ करने की आवश्यकता है। आमतौर पर, पीसीबी बोर्ड को सफाई समाधान में डुबोने के लिए अल्ट्रासोनिक सफाई, रासायनिक सफाई और अन्य तरीकों का उपयोग किया जाता है। अल्ट्रासोनिक तरंगों के कंपन या रासायनिक अभिकर्मकों की कार्रवाई के माध्यम से, छिद्रों की सफाई सुनिश्चित करने के लिए अवशेष और मलबे को हटा दिया जाता है।
परीक्षण: ड्रिलिंग के बाद पीसीबी बोर्ड का व्यापक निरीक्षण करें, जिसमें एपर्चर आकार, छेद स्थिति सटीकता, छेद दीवार की गुणवत्ता और अन्य पहलू शामिल हैं। आमतौर पर उपयोग की जाने वाली पहचान विधियों में माइक्रोस्कोप डिटेक्शन, इलेक्ट्रॉन स्कैनिंग माइक्रोस्कोप डिटेक्शन, स्वचालित ऑप्टिकल डिटेक्शन आदि शामिल हैं। परीक्षण के माध्यम से, ड्रिलिंग प्रक्रिया के दौरान होने वाली समस्याओं, जैसे एपर्चर विचलन, छेद स्थिति विचलन, रफ होल दीवार, अवशेष इत्यादि का समय पर पता लगाया जा सकता है और तदनुसार समायोजित और सुधार किया जा सकता है।
वेध उपचार: जिन छेदों के लिए विद्युत कनेक्शन की आवश्यकता होती है, छेद को प्रवाहकीय बनाने के लिए छेद की दीवार पर तांबे जैसी धातु की एक परत जमा की जाती है। वेध उपचार आमतौर पर रासायनिक तांबा चढ़ाना या इलेक्ट्रोप्लेटिंग तांबा की विधि को अपनाता है। सबसे पहले, एक पतली प्रवाहकीय परत बनाने के लिए छेद की दीवार पर रासायनिक तांबा चढ़ाना किया जाता है, और फिर विद्युत प्रदर्शन की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए तांबे की परत को इलेक्ट्रोप्लेटिंग तांबे द्वारा और मोटा किया जाता है।
पीसीबी लेजर ड्रिलिंग तकनीक, आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक विनिर्माण में एक प्रमुख तकनीक के रूप में, इसकी उच्च परिशुद्धता पर निर्भर करती है