Hoe laser-direct-imaging de PCB-productie verandert

Introductie

In deze PCBTok- blog leer je hoe Laser Direct Imaging (LDI) een revolutie teweeg heeft gebracht in de PCB-productie. Je komt meer te weten over de toepassingen, de werking, de verschillende stappen en de elementen van LDI. We bespreken ook de voor- en nadelen van deze technologie en de impact ervan op verschillende soorten PCB's en het huidige productieproces.

Wat is Laser Directe beeldvorming?

Dit is een technologie waarmee je circuits elektrisch op printplaten kunt printen. Je hoeft geen fotoprinter of masker te gebruiken. Deze methode maakt gebruik van licht om beelden via lichtgevoelige films op de printplaat over te brengen; dit gebeurt met behulp van een laser. Het beeld wordt vervolgens gebruikt om de uiteindelijke printplaat te maken nadat de film is belicht en ontwikkeld. Ons systeem voor Laser Direct Imaging is een geavanceerd laboratoriumsysteem dat sporen en tussenruimtes van 50/50 µm en groter kan verwerken en daardoor een hoge precisie biedt bij complexe ontwerpen. Dit komt doordat de LDI-technologie de nauwkeurigheid bij de productie van printplaten verbetert, met name voor ingewikkelde circuits.

Waar wordt Laser Direct Imaging gebruikt in de PCB-productie?

Deze techniek wordt toegepast in de eerste stappen van de productie van printplaten. Waar conventionele technieken gebruikmaken van fotogevoelige films en UV-licht, gebruikt LDI een computergestuurde laser om circuitpaden direct op de printplaat te tekenen. Deze technologie vindt toepassing in de elektronica- industrie, de auto-industrie en zelfs in de medische sector. Het is een veelzijdige techniek waarmee zeer nauwkeurige afbeeldingen zoals logo's, tekst en patronen kunnen worden verkregen. Het verschilt van het conventionele fotolithografieproces doordat Gerber-bestanden met behulp van UV-lasers op de fotogevoelige film worden aangebracht.

Het Laser Direct Imaging (LDI)-proces

Laten we het nu hebben over het Laser Direct Imaging (LDI)-proces, een belangrijke fase in de productie van moderne PCB's.

Schrobben

Het omvat een oppervlaktebehandelingsproces dat bestaat uit het reinigen van het kernoppervlak van oxiden en residuen. Dit gebeurt door middel van anti-oxidantbaden en mechanisch borstelen met behulp van schuursponsjes. Isopropylalcohol wordt soms gebruikt om organisch materiaal en olie van het oppervlak te verwijderen. Er zal geen stof op het oppervlak van de PCB zitten. Het zorgt ervoor dat de fotoresist goed op de PCB blijft plakken.

Lamineren van fotoresist

In deze stap breng je lichtgevoelig materiaal aan op de printplaat en laat je het drogen. Dit materiaal is lichtgevoelig en kan daardoor het patroon van het circuit creëren. Daarom moet de fotolak gevoelig zijn voor licht van een bepaalde golflengte om de benodigde chemische of fysische modificatie te initiëren. Dit proces helpt bij het creëren van een nauwkeurig beeld wanneer er een laser op schijnt, waardoor de juiste circuitpaden op de printplaat kunnen worden bepaald.

CAM-bestanden laden

De gegevens uit de ontwerpbestanden, in het Computer Aided Manufacturing (CAM)-formaat, worden vervolgens ingevoerd in het lasersysteem. Deze bestanden, met name in Gerber-formaat, worden gebruikt om de laser aan te sturen bij het tekenen van de circuits op het PCB-oppervlak. Gerber-bestanden sturen een fotoplotter aan en zorgen ervoor dat de laser het juiste patroon op de fotogevoelige laag tekent, conform uw lay-out . Het is cruciaal om de CAM-bestanden correct in te voeren voor een succesvolle productie.

Laserprinten

Het maakt gebruik van een computergestuurde (CNC) laser die een lichtstraal op het materiaal focust en het patroon uitsnijdt. Deze methode maakt het mogelijk om complexe ontwerpen en kleine gaten met hoge precisie te maken. Door middel van de laserstraal kunnen CNC-machines het uitsnijden van vormen controleren, waardoor de benodigde circuitpaden correct op de printplaat worden gevormd.

Glasets

Zodra het circuitpatroon is afgedrukt, moet het overtollige koper worden verwijderd, zodat alleen de vereiste paden of sporen van het circuit overblijven. Dit garandeert dat het ontwerp goed is in de mate van de lay-out die ervoor is gepland. Om het etsproces te starten, wordt een pre-etsplot gemaakt om het gebied te definiëren dat moet worden geëtst en de rest wordt beschermd.

Fotoresist strippen

Wanneer de fotoresist is aangebracht en belicht en vervolgens ontwikkeld, moeten de delen van het materiaal die verwijderd moeten worden, worden verwijderd. Tot slot, om de productie van het circuitpatroon te voltooien, gebruikt u een chemische oplossing om de belichte maar niet-ontwikkelde of onbelichte fotoresist op te lossen, zodat alleen het circuitpatroon op het substraat overblijft zoals gewenst. Deze stap helpt bij het verwijderen van de onnodige fotoresist van de PCB om zo de weg vrij te maken voor de uiteindelijke circuitlay-out.

Drogen

Dit is het laatste proces na het verwijderen van het fotogevoelige materiaal van het substraat. Daarna moet de overtollige fotogevoelige laag worden verwijderd en moet de kern of koperbeklede laminaatlaag (CCL) worden gedroogd. Dit helpt om te voorkomen dat er vocht op de printplaat achterblijft dat de kwaliteit en prestaties ervan zou kunnen beïnvloeden. Om dit te bereiken, moet de printplaat goed worden gedroogd, zodat de volgende productiestappen kunnen worden uitgevoerd en het circuitpatroon behouden blijft.

Kerncomponenten van laser directe beeldvorming

In dit artikel worden de Laser Direct Imaging (LDI)-elementen besproken en leert u hoe u het juiste circuitpatroon op de printplaten kunt produceren.

Laserbronnen

Bij Laser Direct Imaging (LDI) is de laser een onschatbaar onderdeel van het systeem, omdat het direct invloed heeft op het algehele proces. U gebruikt lasers die gebruikmaken van de solid-state lasers die licht produceren op de specifieke golflengtes, bijvoorbeeld UV, blauw of groen. Deze golflengtes zijn belangrijk omdat ze moeten overeenkomen met de gevoeligheid van de fotoresist die op de PCB wordt gebruikt. Het laserlicht brengt op zijn beurt de chemische reacties in de fotoresist teweeg en vormt zo het gewenste circuitpatroon.

Optica voor bundelvorming

Dit helpt bij het regelen van de grootte en het brandpunt van de laserstraal. Daarom hebt u dit niveau van controle nodig om de juiste belichting van de fotoresist op de PCB te garanderen. Deze optica worden gebruikt om de vorm en de intensiteit van de straal te regelen om zo schone en duidelijke circuitpatronen te produceren. Goed gevormde laserstralen veroorzaken geen problemen zoals lichtdiffractie, wat kan leiden tot fouten in het circuitontwerp.

Scansystemen

Dit systeem regelt de beweging van lasers over de PCB-substraten . Het is het mechanisme dat u gebruikt om de belichting van de fotolak gelijkmatig te regelen. Het scansysteem is nuttig om ervoor te zorgen dat de laser op de juiste manier beweegt om een ​​uniform patroon over het gehele oppervlak van de printplaat te produceren. Een goede scanner verkleint de kans op fouten en verbetert de effectiviteit van het beeldvormingsproces, zodat u uitstekende resultaten kunt behalen bij uw PCB-productie.

Hoognauwkeurige podia

Deze componenten maken het mogelijk om een ​​stabiele basis te krijgen waarop de PCB's kunnen worden gemonteerd. Deze stages zijn afhankelijk van een goede harmonie met de scansystemen om correcte beweging in de loop van de beeldvorming mogelijk te maken. Deze synchronisatie leidt tot een hoge precisie die vereist is bij het ontwerpen van ingewikkelde circuitpatronen tot het niveau van submicrons. Stages met hoge precisie stellen u in staat om ingewikkelde ontwerpen te maken. Dit houdt uw printplaten in goede staat. Deze platforms helpen bij het verminderen van de beweging of trilling en garanderen daarom een ​​nauwkeurige en precieze laserbelichting.

Voordelen van LDI

Dit zijn de voordelen van LDI-technologie bij de productie van PCB's.

Zeer nauwkeurig

Een van de grootste voordelen van LDI is het creëren van een hoge dichtheid en nauwkeurig gedefinieerd circuitpatroon op het bord. Wees heel voorzichtig met uw PCB. Elke vorm van fout zal zeker invloed hebben op de PCB. Dit stelt u in staat om zeer gedetailleerde en zeer dicht op elkaar gepakte functies te hebben.

Kan Fototools Verwijderen

Bij LDI zijn er geen kosten voor opslag, behoud en controle van fototools die bij traditionele lithografie wel worden gemaakt. Dit helpt niet alleen om de kosten te verlagen, maar het helpt ook om deze tools veel minder vaak te controleren. Met fototools uit beeld, is het mogelijk om de tijd die nodig is voor het productieproces te verkorten. Het zal ook de kans op fouten minimaliseren.

Voorkom kwaliteitsvermindering van Phototools

Fototools fungeren als een masker om het patroon over te brengen op de fotoresistmaterialen. Het probleem is dat ze erg betrouwbaar zijn, maar ze raken beschadigd. Met LDI heb je zulke maskers niet nodig. Je voorkomt dat ze verslijten.

Geen probleem met diffractie van licht

Een ander probleem dat met fototools wordt geassocieerd, is dat ze lichtdiffractie produceren, wat resulteert in een slechte beeldkwaliteit. LDI heeft deze problemen niet. De laser interageert met het fotoresistmateriaal en daarom zijn de geproduceerde beelden zeer goed gedefinieerd. Dit resulteert op zijn beurt in verbeterde circuitpatronen die op uw PCB's worden ontworpen.

Stabiliteit ten opzichte van omgevingsomstandigheden

De conventionele fototools zijn erg gevoelig voor temperatuur- en vochtigheidsschommelingen en kunnen daarom onscherpe beelden produceren. Om een ​​dergelijke situatie te voorkomen, kan het gebruik van fotomethoden gecontroleerde omstandigheden vereisen die duur en omslachtig zijn. Dit komt omdat u zich met LDI nooit zorgen hoeft te maken over dergelijke problemen. Het LDI-proces vermindert de effecten van omgevingsomstandigheden op uw beelden en zorgt er dus voor dat beelden nauwkeurig worden overgebracht naar de PCB's.

Verbeterde uitlijningsflexibiliteit

Ook bij het werken met kleine en eenvoudige afbeeldingen is er meer vrijheid in de uitlijning. LDI is daarom zeer geschikt voor flexibele substraten en kan goed omgaan met dimensionale variaties. Deze aanpasbaarheid zorgt voor een zeer hoge nauwkeurigheid, met name bij meerlaagse circuits.

Verbetering van de beeldnauwkeurigheid in het proces van beeldvorming

Dankzij LDI kunt u betere plaatsing van lijnen en spaties bereiken. Dit betekent dat elk circuitpatroon dat u ontwikkelt, nauwkeurig en correct moet zijn in alle opzichten. Terwijl de conventionele fototools vaak onnauwkeurigheden met zich meebrengen tijdens het beeldoverdrachtsproces, garandeert LDI dat de uitlijning niet verandert.

Het beste voor kleine en eenvoudige afbeeldingen

Deze zijn ideaal voor kleine en eenvoudige circuits en zijn het meest gebruikte type circuits. Als u aan uw ontwerp werkt en een kleine, strakke lay-out moet maken, voldoet LDI aan uw behoefte aan precisie en detail. Deze technologie stelt u in staat om zeer gedetailleerde werken te krijgen met duidelijke lijnen en open ruimtes.

Rendabele

Met LDI hoeft u geen geld te investeren in fotogereedschapsmaterialen en hun opslagruimte. Het vergemakkelijkt ook het proces door het zeer snel en gemakkelijker te maken in vergelijking met de handmatige manier van het conventionele handmatige systeem. Dit helpt niet alleen bij het verlagen van de kosten, maar ook bij het verhogen van de waarde van uw activiteiten. Er zijn minder stappen betrokken bij het proces. U kunt zich meer concentreren op het ontwerp van de circuits goedkoper.

Verbeterde opbrengst en betrouwbaarheid

Dit proces van beeldvorming is zeer gecontroleerd en specifiek en helpt bij de vorming van circuits met minder defecten. Deze hoge nauwkeurigheid minimaliseert de productie van defecte borden en verhoogt dus het aantal goede borden dat in het productieproces wordt geproduceerd. Dus als PCB's met zo'n precisie worden gemaakt, wordt de betrouwbaarheid van het hele elektronische apparaat verbeterd.

Nadelen van LDI

Laten we nu enkele nadelen van het gebruik van LDI-technologie bij de fabricage van PCB's bespreken.

Nieuwe en opkomende technologie

Dit is een vrij nieuw proces in PCB-productie. Soms, naarmate de technologie vordert, kunt u te maken krijgen met een aantal ontmoedigende taken tijdens het productieproces. Dit is een dynamisch proces dat LDI is en daarom veel aandacht en ervaring nodig heeft. Daarom is het noodzakelijk om samen te werken met een fabrikant als PCBTok die ervaring heeft met LDI-technologie.

Hogere kosten dan fotolithografie

Laser Direct Imaging (LDI) heeft als nadeel dat het duurder is dan conventionele fotolithografie. Het moet worden benadrukt dat het gebruik van LDI voor uw PCB-productie effect kan hebben op uw uitgaven, omdat de kosten hoger zijn. Deze technologie vereist ook speciale apparatuur en methoden, wat de kosten van het hele proces zal verhogen.

Relatief langzaam proces

Deze technologie is een langzaam proces vergeleken met andere beeldvormingsprocessen. Hoewel LDI een hoge nauwkeurigheid biedt in termen van meting, wordt deze hoge nauwkeurigheid meestal geassocieerd met een langere rekentijd.

Kan het maken van afbeeldingen met een hoge resolutie belemmeren

U kunt met deze tool geen zeer gedetailleerde circuits ontwikkelen. LDI geeft u mogelijk niet altijd het detailniveau dat u nodig hebt. Voor complexe afbeeldingen heeft deze technologie echter nog steeds problemen met het leveren van de beste resultaten, net als bij eenvoudige afbeeldingen.

Controle van de etsdiepte als probleem

Met deze technologie kunt u problemen ondervinden met het regelen van de etsdiepte op uw PCB's. Deze uitdaging betekent dat het mogelijk is om meerdere passes te doorlopen om de juiste etsdiepte te krijgen. Elke volgende pass kost meer tijd en verlaagt uw productiviteit, wat niet goed is.

Positieve versus negatieve beelden in LDI

Laten we de verschillen tussen deze twee afbeeldingen in Laser Direct Imaging eens bekijken.

Positief beeld

In het LDI-systeem wordt het positieve beeld geproduceerd door UV-licht te gebruiken op de gebieden waar u het koper wilt behouden. Dit betekent dat wanneer dit licht wordt blootgesteld aan de fotoresist, het gemakkelijker wordt om te worden ontwikkeld door de ontwikkelaaroplossing. De gebieden die werden blootgesteld aan het UV-licht worden weggespoeld. Wat overblijft is een exact beeld van het ontwerp.

Negatieve afbeelding

In het proces van LDI wordt het negatieve beeld gecreëerd door het belichten van het UV-licht op de gebieden die koper nodig hebben. De belichte gebieden worden stijf en veranderen in een polymeer en worden dus niet opgelost door de ontwikkelaaroplossing. De onbelichte gebieden worden weggespoeld, waardoor u een spiegelbeeld van uw ontwerp overhoudt. Het koper dat u intact wilt houden, wordt op zijn plaats vastgezet. U houdt een schoon en goed gedefinieerd patroon over.

Toepassingen en impact van LDI in verschillende PCB-typen

Laten we eens kijken naar de verschillende toepassingen en de effecten die Laser Direct Imaging-technologie heeft op verschillende soorten PCB's.

Kleine serieproductie en prototype

Je hoeft niet het hele proces van het gebruik van fysieke fotogereedschappen te doorlopen. Dat is tijdrovend. LDI verlaagt ook de kosten doordat er geen dure fotomaskers nodig zijn en is zeer geschikt voor de ontwikkeling van gespecialiseerde of prototype printplaten.

Flex- en Rigid-Flex-printplaat

Dankzij de realtime focussering kan LDI zich aanpassen aan de variaties van flexibele substraten. Dit zorgt voor een gelijkmatige belichting, wat essentieel is voor het creëren van diverse ontwerpen zonder het materiaal te beschadigen. LDI is bovendien zeer geschikt voor het vastleggen van fijne details, wat belangrijk is voor het ontwerpen van complexe patronen op flexibele substraten. Ook bij rigid-flex ontwerpen garandeert LDI kwaliteitscontrole en levert het consistente resultaten, ongeacht het substraatmateriaal.

HDI PCB

Deze technologie maakt de vorming van microvia's mogelijk , wat cruciaal is voor de verbinding van verschillende lagen. Dankzij de hoge precisie kan LDI complexe vormen realiseren en fijne lijn- en tussenruimtepatronen van 25 μm en dunner creëren. Deze verhoogde routingdichtheid is ideaal voor de schema's van complexe schakelingen, zoals te zien is in de bovenstaande circuitlay-out. Bovendien zorgt LDI voor een nauwkeurige uitlijning van laag tot laag, wat zeer belangrijk is bij de productie van printplaten met minstens tien lagen. Deze mogelijkheid garandeert dat de uitlijningstolerantie ruim binnen de vereiste norm blijft.

RF- en magnetron-printplaat

Omdat de lijnbreedtes gelijk moeten zijn voor impedantiegestuurde circuits, is LDI cruciaal. De mogelijkheid om complexe antennevormen te creëren dankzij deze mate van controle verbetert de RF- prestaties van de printplaat. LDI is ideaal voor substraten van PTFE. Het zorgt voor de beste beeldreproductie op elk substraat.

Backplane en grootformaat PCB

Laser Direct Imaging (LDI) wordt gekenmerkt door een hoge precisie die kan worden bereikt op grote paneelformaten. Een dergelijke nauwkeurigheid is vooral belangrijk voor backplane-toepassingen in telecommunicatie en datacenters. Dikke substraten tot 8 mm kunnen worden verwerkt door de LDI-systemen. Het helpt u ook om verschillende technologieën op één bord te combineren en tegelijkertijd verschillende kenmerkformaten en dichtheden te ondersteunen.

Verpakkingen en tussenstukken

Het maakt het mogelijk om lijnen en tussenruimtes te creëren, wat essentieel is voor beeldvorming op printplaatsubstraten . Het helpt bij het maken van de juiste gaten en verbindingen, en bij het inbrengen van de geïntegreerde componenten op de printplaat. Om interconnecties met een hoge dichtheid te realiseren in moderne halfgeleiderverpakkingen, wordt LDI ook veelvuldig gebruikt in wafer-level packaging.

Wanneer moet u Laser Direct Imaging (LDI) gebruiken?

De meerlaagse printplaten van tegenwoordig vereisen spoorbreedtes van 0.075 mm (3 mil), maar conventionele fotolithografie heeft moeite met het produceren van structuren smaller dan 0,127 mm (5 mil). Voor printplaatsporen en -ruimtes die kleiner zijn dan dit, wordt LDI aanbevolen. LDI is nu van cruciaal belang voor de productie van fijne en ultrafijne lijnen in stijve, flexibele en stijf-flexibele printplaten. Dit type materiaal heeft zeer dunne spoorbreedtes van 0,05 mm (2 mil) en staat bekend als de meest efficiënte beeldvormingstechniek. LDI draagt ​​zo bij aan het voldoen aan de toenemende vraag naar meerlaagse printplaten en HDI naarmate elektronische apparaten geavanceerder worden.

Wat is de productietijd van LDI in vergelijking met traditionele fotolithografie?

U heeft zich waarschijnlijk afgevraagd hoe LDI verschilt van standaard fotolithografie in termen van productiedoorlooptijden. Vanwege het ontbreken van de fysieke maskers kunt u verwachten dat LDI de prototypingsnelheid aanzienlijk verbetert en de productietijd minimaliseert. Dit maakt het ontwerp flexibel en men kan snel wijzigingen en aanpassingen doorvoeren. Hoewel LDI nog steeds een fotoresist gebruikt, doet het dit met een nieuw type dat wordt gebruikt bij laserprinten, waardoor het zeer gevoelig is. U kunt eenvoudig van de ontwerpfase naar de implementatiefase gaan.

Conclusie

Daarom werden de voordelen en toepassingen van Laser Direct Imaging (LDI) in de PCB-productie besproken. We vergeleken ook de prestaties ervan in interconnecties met hoge dichtheid, flexibele PCB's en bij rapid prototyping . Bovendien richtten we ons op het moment waarop LDI moet worden toegepast en toonden we aan dat het sneller is dan fotolithografie.