마이크로 비아 홀 레이저 드릴 (Micro Via Hole Laser Drill)

 

PWB 비아 드릴링 (PWB Via Drilling)

 

1) 유전체 드릴 :

인쇄회로기판은 동박층을 절연하는 유전체 소재를 관통하여 연결하는 작은 Hole이  필요하다. PWB 제조 공정에서는 이러한 Hole을 통하여 층 간의 전기적 연결이 되도록 도금을 한다. PWB 업계 동향은 증가하는 보드의 기능으로 인하여 점점 더 작은 홀을 향하고 있으며, 최근에는 100um ~ 150um 직경의 작은 Hole이 대부분이다. 이러한 Hole은 점차적으로 작아지고 있으며, 더 많은 Hole을 정밀하게 기계적으로 드릴하기 어렵다. 그리고 PWB업계에서는 모든 유전체 (수지 또는 수지/유리 소재) 및 동박을 드릴해야하는 과제를 가지고 있으며, 유전체는 가장 효과적인 9.4um 파장의 CO₂ 레이저로 드릴작업을 수행한다. RCC 재료 및 FR4  유리/수지 복합 재료에서 고속 레이저 드릴링을 위한 선택은 이 파장이 효과적인 것으로 입증이 되었다.

Printed wiring boards require small via holes through the dielectric material that separates the copper layer.  These holes are then plated in the PWB manufacturing process, making electrical connections between the layers for increased board functionality.  The trend in the industry has been towards smaller holes, recently as small as 100mm to 150mm in diameter.  Such holes are progressively more difficult to drill mechanically, and the PWB industry has turned to lasers to provide precise drilling of holes in both the dielectric (resin or resin/glass materials) and copper.  Dielectric drilling is most effectively accomplished with a CO₂ laser operating in the 9um band.  This has proven to be the laser wavelength of choice for high speed drilling of both the resin in RCC materials as well as resin/glass composites in FR4 materials. 

 

2) 동박 드릴:

Cu의 드릴은 UV 레이저 빔을 요구하며, 이 레이저는 제어가 원할하고 고속으로 드릴하기 위하여, 다이오드 펌핑 고체 레이저에서 발생하는 높은 반복률을 가진다.

Copper drilling requires UV light from a high repetition rate diode-pumped solid state laser for good control and high speed.

 

 

세라믹 비아 드릴링 (Ceramic Via Drilling)

 

1) 세라믹 테이프의 비아 드릴링 (Via Drilling in the Ceramic Tape) :

비아홀의 축소로 PWB 업계에서의 압박과 마찬가지로, LTCC 회로 제조 업체는 펀치 기술의 한계를 넘어서는 레이저를 찾고 있다.  그린 (unfired) 세라믹 테이프는 아주 쉽게 드릴하는 매우 부드러운 소재 (Mylar ® 백업 시트 포함)이며,  고속 드릴은 높은 반복 레이저 소스로 얻을 수 있다. 레이저는 아주 작은 공차로 정확도를 보장하는 레지스트레이션 홀과 같은 신호연결 비아홀이나 열전도 비아홀을 만들 수 있다.

Similar to pressures in the rigid PWB industry to reduce via size, LTCC circuit manufacturers are looking what is beyond the limits of punch technology and seeing lasers.  Green (unfired) ceramic tape is a very soft material that drills quite easily (including the mylar® backing sheet) and high drilling rates can be achieved with high repetition rate laser sources.  The laser can create the signal vias, the thermal vias as well as the registration holes, ensuring very tight accuracy tolerances. 

 

2) 소성된 세라믹 소재에서의 트리밍 (Trimming in the Fired Ceramic) :

세라믹 하이브리드 기판에서는 몇 분야에 레이저를 적용하고 있다. 증착 패턴 또는 인쇄된 기판, 합선 수리, 여러 가지 수동 회로 부품 (가장 일반적으로 저항기 및 커패시터)의 트리밍이다.

Hybrid boards have also seen several laser processes employed, from patterning deposited or printed materials, repairing shorts, and trimming passive circuit components (most commonly resistors and capacitors).

 

 

 

마이크로 비아 홀의 드릴 (Drilling of Micro Via Hole)

레이저를 이용한 drilling 공정과 cutting 공정의 차이는 빔의 이동 유무에 따른다. 레이저 빔의 세기에 따라 조사된 빔은 공작물에 여러 가지 방법으로 작용한다. 레이저 빔을 연속적으로 조사하면 용융점까지 온도가 상승하고 용해 선단이 재료 속으로 전파되어간다. 표면온도가 증발온도까지 상승하면 증발 선단이 재료 속으로 움직이기 시작하고, 용융물 층의 두께를 감소시킨다.

그럼에도 불구하고 빠른 증발이 일어나면 두께가 얇은 유막에 의해 증발표면이 앞서간다. 증발선단에 의해 발생된 구멍이 깊어지면 조사된 빔은 좀 더 효과적으로 받아들여지고 모든 면이 얇은 유막으로 덮히게 된다. 증발의 증가와 이 막 사이의 상호작용은 flushing 역학을 만들게 되고, 그 근처 유체가 구멍 밖으로 휩쓸리게 되어 수직 drilling의 경우 구멍이 형성된다. 재료의 제거율은 빔 밀도와 시간, 펄스 레이저인 경우 순간적인 출력 형태에 따라 변한다. drilling 역학은 펄스 지속 시간과 밀도에 따라 증발과 용해로 조절된다.

 

[ ▽depth limit for drilling ] 

Aspect Ratio (= depth / width)는 투과 깊이에 따른 Taper에 의해서 결정된다.

금속재료의 aspect ratio : ≒ 12

요업재료의 aspect ratio : ≒ 25

※ Drilling Time = Material Thickness / [Pulse Repetition Frequency x (Ablation Depth / Pulse)]

Drilling 작업에 사용되는 레이저는 첨두출력 (Peak Power)이 큰 펄스 레이저(Pulsed Q-switched Nd:YAG)가 사용되며, 가공시에 증발되는 입자나 플라즈마를 제거하기 위하여 불활성 가스를 사용한다.

 

 

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