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Laserbohren von Leiterplatten – wie funktioniert es?

Inhaltsverzeichnis

Beim Laserbohren von Leiterplatten werden Löcher mit einem hochenergetischen und fokussierten Lichtstrahl erzeugt. Um zu erfahren, wie es funktioniert, fahren Sie unten fort. Wir erklären Ihnen den Bohrvorgang, die verschiedenen verwendeten Lasertypen und alles, was Sie sonst noch wissen müssen. Lass uns anfangen!

Was ist Leiterplattenbohren?

Es bedeutet, Löcher auf einer Leiterplatte zu erzeugen. Die Löcher dienen unterschiedlichen Zwecken und haben unterschiedliche Durchmesser. Sie können auch flache Löcher oder Durchgangslöcher für unterschiedliche Funktionen haben, wie zum Beispiel:

  • Durchkontaktierungen für die Kommunikation zwischen den Schichten durch elektrische Verbindung der Schichten und Leiterbahnen
  • Komponentenplatzierungslöcher für den Zusammenbau elektronischer und anderer Geräte mit Durchgangsbohrung
  • Befestigungslöcher zur Installation der Platine in ihrem Anwendungsgerät oder System
  • Öffnungen zum Befestigen der Platine an einer Vorrichtung zum Testen

Das Bohren von Leiterplatten umfasst zwei Haupttechniken: mechanisch mit physischen Bohrern und Bohrern oder mit Hilfe der von einem energiereichen Licht erzeugten Wärme Strahl wenn es auf einen Punkt auf der Oberfläche des Substrats fokussiert wird.

Laserbohren von Leiterplatten

Beim PCB-Laserbohren handelt es sich um eine Methode zum Bohren von Löchern in Leiterplatten, z. B. Durchkontaktierungen, bei der ein Strahl hochenergetischen Lichts auf einen Punkt konzentriert wird. Die entstehende Hitze schmilzt die Stelle, wodurch das Leiterplattenmaterial verdampft und eine Öffnung entsteht.

Ein schmaler Strahl erzeugt schmale Löcher und umgekehrt. Andererseits steuert die Variation der Belichtungsdauer, wie weit die Öffnung in die Platine hineinragt. Auf diese Weise ist es möglich, verschiedene Arten von Löchern herzustellen.

Laserbohren von PCB-Durchkontaktierungen mit einem CO2-Laser
Laserbohren von PCB-Durchkontaktierungen mit einem CO2-Laser
Ressource: https://www.researchgate.net

CO2 vs. UV-PCB-Laserbohrer

Eine PCB-Laserbohrmaschine ist typischerweise einer dieser beiden Typen: CO2- oder UV-basiert. Manchmal erfordert der Prozess die Verwendung beider. So funktioniert jedes.

CO2 Laser

CO2 bedeutet, dass CO2 und andere Gase für den Lichtverstärkungsprozess verwendet werden. Im höheren Bereich arbeitet ein CO2-Typ Infrarotband. Da es sich um einen Strahl mit längerer Wellenlänge handelt, eignet er sich am besten für Löcher mit größerem Durchmesser. Es funktioniert auch nur bei Dielektrika. Allerdings kostet das Bohren weniger und es geht relativ schnell.

UV-Laser

Ein UV-Bohrer nutzt das ultraviolettes Band. Es bohrt Löcher mit kleinerem Durchmesser und einer Breite von weniger als 100 Mikrometern und ist damit präziser. Es funktioniert auch mit einer Vielzahl von Materialien, einschließlich Metallen, ist aber in der Anwendung teurer.

Lasergebohrte Mikrovias
Lasergebohrte Mikrovias
Ressource: https://www.sciencedirect.com

Was sind die Vorteile des Laserbohrens von Leiterplatten?

Das Laserbohren von Leiterplatten bietet gegenüber der mechanischen Methode weitere Vorteile. Dies macht es zu einer bevorzugten Technik für die meisten Leiterplattenhohlräume, insbesondere Mikrovias. Hier ist eine Liste der wichtigsten Vorteile

  • Der Bohrer hat keinen physischen Kontakt mit der Platine. Dadurch werden Verschleißprobleme und die Möglichkeit von Rissen oder Delaminationen reduziert.
  • Lasergebohrte Leiterplatten bieten ein höheres Seitenverhältnis oder einen höheren Durchmesser von Tiefe zu Loch.
  • Leichte Bohrer bohren kleinere Häuser als mechanische Bohrer. Hohlräume mit einer Größe von nur 3 mil oder 0.075 mm sind möglich.
  • Es hat eine hohe Geschwindigkeit. Bei höheren Produktionsläufen bedeutet dies eine deutliche Kostensenkung
  • Es erzeugt präzise Löcher und ist daher eine bevorzugte Methode für Hohlräume mit kleinem Durchmesser.
  • Es ist eine saubere Art, Löcher zu machen; Im Gegensatz zur mechanischen Methode entstehen keine Späne.

Das Laserbohren von Leiterplatten hat seine Nachteile. Es funktioniert beispielsweise nicht gut, wenn das Material zu stark reflektiert. Es ist außerdem teurer als die mechanische Methode und eignet sich möglicherweise nicht für Projekte mit geringem Budget oder kleineren Produktionsläufen.

So funktioniert eine PCB-Laserbohrmaschine
So funktioniert eine PCB-Laserbohrmaschine
Ressource: https://www.mdpi.com

PCB-Laserbohrprozess

Der PCB-Laserbohrprozess umfasst einige Schritte. Zunächst muss der Strahl mithilfe hochpräziser Optik geformt und ausgerichtet werden. Der Rest des Prozesses, vom Auftreffen des Balkens auf der Plattenoberfläche bis zur Erzeugung des erforderlichen Lochs, läuft wie folgt ab.

1 Heizung

Der Strahl enthält elektromagnetischer Energie. Das Leiterplattenmaterial absorbiert diese Energie, wenn es vom Licht getroffen wird. Die absorbierte Energie regt die Atome an.

2. Schmelzen

Die resultierende kinetische Energie verursacht einen plötzlichen und starken Temperaturanstieg, der zum Aufbrechen der chemischen Bindungen und zum Schmelzen der Stelle führt.

3. Verdampfung

Das geschmolzene Material verdampft sofort und es entsteht ein Loch. Durch die Steuerung der Strahlenergie, der Belichtung und der Größe werden Lochdurchmesser und -tiefe bestimmt.

4. Materialauswurf

Durch die plötzliche Vergrößerung des Materialvolumens im Hohlraum steigt der Druck schlagartig an. Durch den entstehenden Rückstoßdruck werden alle geschmolzenen Materialien herausgeschleudert. Gebohrte Löcher durchlaufen einen Inspektionsprozess, um ihre Qualität zu bestimmen.

Arten des Laserbohrens in der Leiterplattenfertigung
Arten des Laserbohrens in der Leiterplattenfertigung
Ressource: https://www.sciencedirect.com

PCB-Laserbohrmethoden

Das Bohren von Leiterplatten mit Laser kann unter anderem abhängig von den erforderlichen Locheigenschaften und den Kosten verschiedene Formen annehmen. Die Methoden umfassen Einzelimpuls-, Trepannierungs-, Schlag- und Spiralbohren.

Einzelimpulsbohren

Der Bohrer sendet einen einzelnen hochenergetischen Impuls an die Plattenoberfläche. Die Einzelimpulsmethode erzeugt größere Löcher und ist in der Regel weniger präzise. Wenn tiefere Löcher mit größeren Maßtoleranzen erforderlich sind, wird das Mehrimpulsverfahren namens Perkussion bevorzugt.

Schlagzeug

Anstelle eines langen Impulses trifft der Lichtstrahl mit relativ geringen und kurzlebigen Impulsen auf die Platine. Jeder Impuls führt dazu, dass ein Teil des Materials schmilzt und verdampft.

Diese Lochherstellungsmethode erzeugt kleinere Höflichkeiten (kleiner als der Strahl selbst, was ihn präziser macht). Perkussion erzeugt auch schneller tiefere Löcher als bei Verwendung eines einzelnen Impulsstrahls.

Trepanieren

Beim Trepanieren schneidet der Balken um den Lochdurchmesser herum und ist hilfreich, wenn die erforderliche Öffnung größer als der Balken ist. Obwohl weniger genau, bohrt ein trepanierender PCB-Laserbohrer größere Löcher. Außerdem ist eine sorgfältig kontrollierte Strahlbewegung erforderlich, da sonst die Lochqualität möglicherweise nicht hoch ist.

Spirallaser

Der Strahl folgt einer spiralförmigen Bahn. Gleichzeitig dreht es sich auch um seine Achse und verwendet ein Dove-Prisma (erfahren Sie mehr darüber). Blogbeitrag), um die Bewegung zu steuern. Wie das Trepanieren erzeugt auch das Spiralbohren qualitativ hochwertige Löcher, hat jedoch eine geringe Geschwindigkeit.

Zusammenfassung

Beim Laser-Leiterplattenbohren wird die Energie von konzentriertem Licht genutzt, um Leiterplattenlöcher zu erzeugen, von Durchkontaktierungen bis hin zu Montage- oder Komponentenmontagelöchern. Diese Methode hat viele Vorteile und viele Leiterplattenhersteller bevorzugen sie gegenüber mechanischen Bits. Wir hoffen, dass dieser Artikel Ihnen geholfen hat, die Funktionsweise und Vorteile zu verstehen.

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