Come l'imaging diretto laser cambia la produzione di PCB

Introduzione

In questa PCBTok blog, imparerai come Laser Direct Imaging (LDI) ha rivoluzionato la produzione di PCB. Imparerai a conoscere i suoi utilizzi, come funziona, le fasi coinvolte e gli elementi di LDI. Scopriremo anche vantaggi e svantaggi di questa tecnologia e il suo effetto su vari tipi di PCB e l'attuale processo di produzione.

Che cos'è l'imaging diretto laser?

Questa è una tecnologia in cui è possibile stampare circuiti elettricamente sui PCB. Non è necessario utilizzare un strumento fotografico o maschera. Questo metodo impiega l'uso della luce per trasferire le immagini sul PCB tramite pellicole fotosensibili; l'uso di un laser. L'immagine viene quindi utilizzata per realizzare il circuito stampato finale dopo che la pellicola è stata esposta e quindi sviluppata. Il sistema che abbiamo per Laser Direct Imaging è un sistema di laboratorio avanzato in grado di gestire tracce e spazi di 50/50µm e oltre e quindi fornisce un'elevata precisione in questioni relative a progetti intricati. Questo perché la tecnologia LDI migliora l'accuratezza nella produzione di PCB, in particolare per i circuiti complicati.

Dove viene utilizzato il Laser Direct Imaging nella produzione di PCB?

Questo viene applicato nei primi passi del produzione di PCB. Mentre le tecniche convenzionali prevedono l'uso di pellicole fotografiche e luce UV, LDI impiega l'uso di un laser controllato da computer per disegnare percorsi di circuito direttamente sulla scheda. Questa tecnologia ha la sua applicazione in l'industria elettronica industrie, industrie automobilistiche e persino nel medicale campo. Questo è versatile e puoi ottenere immagini molto precise come loghi, testo e motivi. Differisce dal processo di fotolitografia convenzionale nel senso che File Gerber i modelli vengono estesi alla pellicola fotoresistente mediante l'uso di laser UV.

Il processo di imaging diretto laser (LDI)

Ora parliamo del processo Laser Direct Imaging (LDI), una fase fondamentale nella produzione dei moderni PCB.

scrubbing

Include un processo di trattamento superficiale che consiste nella pulizia della superficie del nucleo da ossidi e residui. Ciò avviene tramite l'uso di bagni antiossidanti e spazzolatura meccanica con tamponi abrasivi. A volte si impiega alcol isopropilico per pulire la materia organica e l'olio dalla superficie. Non ci sarà polvere sulla superficie del PCB. Ciò assicurerà che il fotoresist aderisca bene al PCB.

Laminazione del fotoresist

In questa fase si distribuisce il materiale fotosensibile sul Pannello PCB e renderlo asciutto. Questo materiale è fotosensibile ed è per questo che può creare il pattern del circuito. Ecco perché il fotoresist deve essere sensibile alla luce di una certa lunghezza d'onda per avviare la modifica chimica o fisica richiesta. Questo processo aiuta a creare un'immagine accurata quando il laser viene puntato su di essa, aiutando così a determinare i percorsi del circuito corretti sul PCB.

Caricamento dei file CAM

I dati dai file di progettazione, nel formato Computer Aided Manufacturing (CAM), vengono quindi immessi nel sistema laser. Questi file, in particolare in formato Gerber, vengono utilizzati per dirigere il laser per disegnare i circuiti sulla superficie del PCB. I file Gerber eseguono un fotoplotter e assicurati che il laser tracci il modello corretto sul fotoresist in base alle tue disposizioneÈ molto importante disporre correttamente i file CAM per una corretta produzione.

Stampa laser

Utilizza un laser a controllo numerico computerizzato (CNC) che focalizza il raggio di luce sul materiale e ne incide il motivo. Questo metodo consente di realizzare progetti complessi e piccoli fori con elevata precisione. Attraverso il raggio laser, le macchine CNC sono in grado di controllare il taglio delle forme, assicurandosi così che i percorsi del circuito richiesti siano ben formati sulla scheda.

acquaforte

Una volta stampato il pattern del circuito, il rame in eccesso deve essere rimosso, per lasciare solo i percorsi o le tracce richiesti del circuito. Ciò garantisce che il design sia valido nella misura del layout che è stato pianificato per esso. Per iniziare il processo di incisione, viene creato un grafico di pre-incisione per definire l'area che deve essere incisa e il resto viene protetto.

Fotoresist Stripping

Una volta applicato ed esposto il fotoresist e quindi sviluppato, le aree del materiale che devono essere rimosse devono essere rimosse. Infine, per completare la produzione del pattern del circuito, si impiega una soluzione chimica per dissolvere il fotoresist esposto ma non sviluppato o non esposto, lasciando così solo il pattern del circuito sul substrato come desiderato. Questo passaggio aiuta nell'eliminazione del fotoresist non necessario dal PCB in modo da spianare la strada al layout del circuito finale.

essiccazione

Questo è l'ultimo processo dopo la rimozione del materiale fotoresist dal substrato. Dopodiché, il fotoresist indesiderato deve essere rimosso e il nucleo o Laminato rivestito di rame (CCL) deve essere asciugato. Ciò aiuta a prevenire che qualsiasi contenuto di umidità rimanga sul PCB, il che potrebbe in un certo senso comprometterne la qualità e le prestazioni. Per fare ciò, la scheda deve essere asciugata correttamente per spianare la strada alle altre fasi di produzione, preservando al contempo il pattern del circuito.

Componenti principali dell'imaging diretto laser

In questo articolo verranno trattati gli elementi del Laser Direct Imaging (LDI) e verrà spiegato come produrre il corretto schema circuitale sui circuiti stampati.

Sorgenti laser

Nel Laser Direct Imaging (LDI) il laser è una parte inestimabile del sistema in quanto influenza direttamente il processo complessivo. Si utilizzano laser che utilizzano laser a stato solido che producono luce a lunghezze d'onda specifiche, ad esempio UV, blu o verde. Queste lunghezze d'onda sono importanti perché devono corrispondere alla sensibilità del fotoresist impiegato sul PCB. La luce laser a sua volta provoca le reazioni chimiche nel fotoresist e quindi forma il modello di circuito desiderato.

Ottica di modellazione del fascio

Ciò aiuta a controllare le dimensioni e il punto focale del raggio laser. Ecco perché è necessario questo livello di controllo per garantire la corretta esposizione del fotoresist sul PCB. Queste ottiche vengono utilizzate per controllare la forma e l'intensità del raggio in modo da produrre schemi di circuito puliti e distinti. I buoni raggi laser di formatura non causano problemi come la diffrazione della luce che può causare errori nella progettazione del circuito.

Sistemi di scansione

Questo controlla il movimento dei laser attraverso l' Substrati PCB. Questi sono i meccanismi che utilizzi per controllare l'esposizione del photoresist in modo uniforme. Il sistema di scansione è utile per garantire che il laser si muova nel modo corretto per produrre un pattern uniforme sulla superficie dell'intera scheda. Un buon scanner riduce la probabilità di errori e migliora l'efficacia del processo di imaging in modo da ottenere risultati eccellenti nella produzione del tuo PCB.

Stadi ad alta precisione

Questi componenti consentono di ottenere una base stabile su cui montare i PCB. Queste fasi si basano sull'essere in buona armonia con i sistemi di scansione per consentire il corretto movimento nel corso dell'imaging. Questa sincronizzazione porta all'elevata precisione richiesta nella progettazione di complessi schemi di circuiti al livello di sub-micron. Le fasi ad alta precisione consentono di creare progetti complessi. Ciò manterrà i circuiti stampati in buone condizioni. Queste piattaforme aiutano a ridurre il movimento o la vibrazione e quindi garantiranno un'esposizione laser accurata e precisa.

Vantaggi LDI

Ecco i vantaggi della tecnologia LDI nella produzione di PCB.

Altamente preciso

Uno dei maggiori punti di forza di LDI è la creazione di un pattern di circuito ad alta densità e accuratamente definito sulla scheda. Fai molta attenzione al tuo PCB. Qualsiasi forma di errore influenzerà sicuramente il PCB. Questo ti consente di avere caratteristiche molto dettagliate e molto vicine.

Puoi sbarazzarti dei Phototools

In LDI, non ci sono costi di stoccaggio, conservazione e controllo dei fotoutensili che si sostengono nella litografia tradizionale. Questo non solo aiuta a ridurre le spese, ma aiuta anche a controllare questi strumenti molto meno frequentemente. Con i fotoutensili fuori dai giochi, sarà possibile ridurre il tempo impiegato nel processo di produzione. Ciò ridurrà al minimo anche gli errori.

Previeni la diminuzione della qualità degli strumenti fotografici

I Phototools agiscono come una maschera per trasferire il pattern sui materiali fotoresist. Il problema è che sono molto affidabili, ma si danneggiano. Utilizzando LDI, non hai bisogno di tali maschere. Eviterai di consumarle.

Nessun problema sulla diffrazione della luce

Un altro problema associato ai phototool è che producono diffrazione della luce che si traduce in una cattiva qualità dell'immagine. LDI non ha questi problemi. Il laser interagisce con il materiale fotoresistente e quindi le immagini prodotte sono molto ben definite. Questo a sua volta si traduce in schemi di circuito migliorati che saranno progettati sui tuoi PCB.

Stabilità alle condizioni ambientali

I fototool convenzionali sono molto sensibili alle fluttuazioni di temperatura e umidità e quindi possono produrre immagini sfocate. Per evitare una situazione del genere, l'uso di metodi fotografici potrebbe richiedere condizioni controllate che sono costose e ingombranti. Questo perché con LDI non dovrai mai preoccuparti di tali problemi. Il processo LDI riduce gli effetti delle condizioni ambientali sulle tue immagini e quindi assicura che le immagini siano trasferite accuratamente ai PCB.

Flessibilità di allineamento migliorata

C'è una maggiore libertà nell'allineamento anche quando si lavora con immagini piccole e semplici. Quindi, per substrati flessibili, LDI ha un'elevata capacità di far fronte alle variazioni dimensionali. Questa adattabilità significa che si è in grado di avere un livello di accuratezza molto elevato, soprattutto quando si ha a che fare con circuiti multistrato.

Miglioramento della precisione dell'immagine nel processo di formazione dell'immagine

È grazie a LDI che puoi ottenere un posizionamento migliore di linee e spazi. Ciò significa che qualsiasi schema di circuito che sviluppi dovrà essere accurato e appropriato in ogni modo. Mentre i fotostrumenti convenzionali spesso comportano imprecisioni durante il processo di trasferimento delle immagini, LDI garantisce che l'allineamento non cambierà.

Ideale per immagini piccole e basilari

Questi sono ideali per circuiti piccoli e semplici e sono il tipo di circuito più utilizzato. Se stai lavorando al tuo progetto e hai bisogno di creare un layout piccolo e compatto, LDI soddisferà la tua esigenza di precisione e dettaglio. Questa tecnologia consente di ottenere lavori altamente dettagliati con linee definite e spazi aperti.

Conveniente

Con LDI, non devi investire denaro in materiali per fotoutensili e nel loro spazio di archiviazione. Facilita anche il processo rendendolo molto più veloce e semplice rispetto al metodo manuale di utilizzo del sistema manuale convenzionale. Questo non solo aiuta a ridurre i costi, ma anche ad aumentare il valore delle tue operazioni. Ci sono meno passaggi coinvolti nel processo. Puoi concentrarti di più sulla progettazione dei circuiti più economici.

Resa e affidabilità migliorate

Questo processo di imaging è molto controllato e specifico e aiuta nella formazione di circuiti con meno difetti. Questa elevata accuratezza riduce al minimo la produzione di schede difettose e quindi aumenta il numero di schede buone prodotte nel processo di produzione. Quindi se i PCB sono realizzati con tale precisione, l'affidabilità dell'intero dispositivo elettronico è migliorata.

Svantaggi dell'LDI

Ora conosciamo alcuni degli svantaggi dell'utilizzo della tecnologia LDI nella fabbricazione dei PCB.

Tecnologia nuova ed emergente

Questo è un processo abbastanza nuovo nella produzione di PCB. A volte, con l'avanzare della tecnologia, potresti dover affrontare alcuni compiti scoraggianti durante il processo di produzione. Questo è un processo dinamico, come LDI, e, pertanto, necessita di molta attenzione ed esperienza. Ecco perché è necessario collaborare con un produttore come PCBTok che ha esperienza nella tecnologia LDI.

Costo più elevato della fotolitografia

Laser Direct Imaging (LDI) ha lo svantaggio di essere costoso rispetto alla fotolitografia convenzionale. Va sottolineato che impiegare LDI per la produzione di PCB potrebbe avere un effetto sulle spese, in quanto i costi sono più elevati. Questa tecnologia richiede anche attrezzature e metodi speciali che aumenteranno il costo dell'intero processo.

Processo relativamente lento

Questa tecnologia è un processo lento rispetto ad altri processi di imaging. Sebbene LDI fornisca un'elevata accuratezza in termini di misurazione, questa elevata accuratezza è solitamente associata a un tempo di calcolo più lungo.

Può ostacolare la creazione di immagini ad alta risoluzione

Non è possibile sviluppare circuiti molto dettagliati utilizzando questo strumento. LDI potrebbe non sempre fornire il livello di dettaglio di cui si ha bisogno. Tuttavia, per immagini complesse, questa tecnologia ha ancora problemi nel fornire i risultati migliori come per immagini semplici.

Controllo della profondità di incisione come problema

Con questa tecnologia potresti avere problemi nel controllo della profondità di incisione sui tuoi PCB. Questa sfida significa che è possibile lavorare attraverso diverse passate per ottenere la giusta profondità di incisione. Ogni passata successiva richiede più tempo e diminuisce la tua produttività, il che non è una buona cosa.

Immagini positive vs. negative in LDI

Identifichiamo le differenze tra queste due immagini in Laser Direct Imaging.

Immagine positiva

Nel sistema LDI l'immagine positiva viene prodotta utilizzando la luce UV sulle aree in cui si desidera conservare il rame. Ciò significa che quando questa luce viene esposta al fotoresist, diventa più facile che venga sviluppata dalla soluzione di sviluppo. Le aree esposte alla luce UV vengono lavate via. Ciò che rimane è un'immagine esatta del design.

Immagine negativa

Nel processo di LDI, l'immagine negativa viene creata esponendo la luce UV sulle aree che richiedono rame. Le regioni esposte diventano rigide e si trasformano in un polimero e quindi non vengono dissolte dalla soluzione di sviluppo. Le aree non esposte vengono lavate via lasciandoti così un'immagine speculare del tuo design. Il rame che desideri mantenere intatto verrà fissato in posizione. Ti ritroverai con un motivo pulito e ben definito.

Applicazioni e impatto dell'LDI in vari tipi di PCB

Diamo un'occhiata ai vari utilizzi e agli effetti che la tecnologia Laser Direct Imaging ha apportato ai diversi tipi di PCB.

Produzione in piccoli lotti e prototipi

Non devi passare attraverso il processo di utilizzo di fotostrumenti fisici. Ciò richiederà molto tempo. LDI riduce anche i costi eliminando la necessità di costose fotomaschere ed è adatto per sviluppare fotomaschere specializzate o prototipi di PCB.

PCB flessibili e rigido-flessibili

LDI è in grado di adattarsi alle variazioni del flessibile substrati grazie alla sua messa a fuoco in tempo reale. Ciò aiuta a ottenere un'esposizione uniforme, che è molto importante per creare diversi design senza danneggiare il pezzo di materiale. Ha anche una grande capacità di fornire immagini di caratteristiche fini, che è importante per progettare modelli intricati su substrati flessibili. Inoltre, quando si tratta di progetti rigido-flessibili, LDI è in grado di ottenere il controllo di qualità e di produrre risultati qualitativi simili indipendentemente dal materiale del substrato.

PCB HDI

Questa tecnologia consente la formazione di microvia che è fondamentale nella connessione di diversi strati. Grazie all'elevata precisione, LDI è in grado di realizzare forme complesse e ha la capacità di creare modelli di linee sottili e spaziali di 25 μm e più sottili. Questa maggiore densità di routing è ideale per gli schemi di circuiti complessi come si vede nel layout del circuito sopra. Inoltre, LDI fornisce un allineamento strato a strato accurato che è molto importante nella produzione di PCB con almeno dieci strati. Questa capacità assicura che la tolleranza di allineamento sia ben mantenuta allo standard richiesto.

PCB RF e microonde

Poiché le larghezze di linea devono essere le stesse per i circuiti controllati dall'impedenza, LDI è fondamentale. La capacità di creare forme di antenna complesse grazie a questo grado di controllo migliora la PCB RF performance. LDI è ideale per substrati in PTFE. Fornirà la migliore riproduzione delle immagini su qualsiasi substrato.

Backplane e PCB di grande formato

Laser Direct Imaging (LDI) è caratterizzato da un'elevata precisione che può essere ottenuta su grandi dimensioni di pannello. Tale accuratezza è particolarmente importante per le applicazioni backplane nelle telecomunicazioni e nei data center. I sistemi LDI possono gestire substrati spessi fino a 8 mm. Aiuta inoltre a combinare diverse tecnologie su una singola scheda, supportando allo stesso tempo diverse dimensioni e densità delle caratteristiche.

Imballaggi e interpositori

Facilita la linea e lo spazio, il che è molto importante per l'imaging su Substrati PCB. Ti aiuta a creare i fori e le connessioni corrette, nonché a inserire i componenti integrati nel PCB. Per costruire interconnessioni ad alta densità nel packaging moderno dei semiconduttori, LDI è anche ampiamente utilizzato nel packaging a livello di wafer.

Quando utilizzare l'imaging laser diretto (LDI)?

Di oggi PCB multistrato richiedono larghezze di traccia di 0 mm (0.075 mil), tuttavia, la fotolitografia convenzionale ha difficoltà a fornire strutture inferiori a 3 mm (0 mil). Per le tracce e gli spazi del circuito stampato più piccoli di questo, si raccomanda LDI. LDI è ora diventato estremamente critico per la produzione di PCB rigidi, flessibili e rigido-flessibili a linee sottili e ultra sottili. Questo tipo di materiale ha una larghezza di traccia molto sottile di 127 mm (5 mil), LDI è noto per essere la tecnica di imaging più efficiente. Pertanto LDI aiuta a soddisfare la crescente necessità di PCB multistrato e HDI man mano che i dispositivi elettronici diventano più sofisticati.

LDI a confronto con la fotolitografia tradizionale in termini di tempi di produzione?

Probabilmente ti sei chiesto in che modo LDI differisce dalla fotolitografia standard in termini di tempi di produzione. Grazie all'assenza di maschere fisiche, puoi quindi aspettarti che LDI migliori notevolmente la velocità di prototipazione e riduca al minimo i tempi di produzione. Ciò rende il design flessibile e consente di apportare modifiche e cambiamenti rapidi. Sebbene LDI utilizzi ancora un fotoresist, lo fa con un nuovo tipo che viene utilizzato nella stampa laser, rendendolo quindi molto sensibile. Puoi facilmente passare dalla fase di progettazione a quella di implementazione.

Conclusione

Pertanto, sono stati discussi i vantaggi e gli utilizzi del Laser Direct Imaging (LDI) nella produzione di PCB. Abbiamo anche confrontato le sue prestazioni nelle interconnessioni ad alta densità, nel PCB flessibile e nel rapido prototipazioneInoltre, ci siamo concentrati su quando applicare LDI e abbiamo dimostrato che è più veloce della fotolitografia.