Bezpośrednie naświetlanie laserowe

Prezentowane przez nas urządzenie zostało stworzone do naświetlania połączeń elektrycznych na płytkach drukowanych w technologii Laser Direct Imaging (LDI). Jest to technologia alternatywna dla konwencjonalnego odwzorowywania mozaiki ścieżek na płytce i polega na bezpośrednim naświetlaniu promieniowaniem lasera powierzchni pokrytej światłoczułym polimerem. Główne cechy urządzenia LDI to możliwość uzyskania wysokiej precyzji naświetlania (rzędu 2 µm) przy jednocześnie dużej gęstości upakowania ścieżek (25 µm / 25 µm). Podstawowe elementy składające się na konstrukcję urządzenia to nowoczesny skaner optyczny z optyką telecentryczną, laser UV generujący promieniowane o długości fali 375 nm o mocy średniej 9 mW oraz silnik planarny umożliwiający przemieszczanie płytki drukowanej w płaszczyźnie XY, o wysokiej rozdzielczości ruchu i dużej precyzji przesuwu. Urządzenie zawiera ponadto centralny układ sterowania odpowiedzialny za przestrzenną i czasową organizację procesu naświetlania w zależności od parametrów i danych wejściowych.

Rys.1. Wewnętrzne układy prototypu do bezpośredniego
naświetlania laserowego płytek drukowanych

Urządzenie do bezpośredniego naświetlania laserowego (rys. 1) pracuje w technologii LDI (Laser Direct Imaging) i składa się z półprzewodnikowego lasera UV (λ=375 nm). Laser generuje ciągłe promieniowanie UV o średniej mocy wyjściowej 9 mW. Do „rysowania” żądanych wzorów na powierzchni płytki drukowanej wiązką laserową został użyty skaner optyczny ze specjalistyczną optyką ogniskującą typu F-theta i ruchomymi zwierciadłami pokrytymi dielektrykiem odbijającym promieniowanie UV. Zwierciadła te odchylają wiązkę laserową w płaszczyźnie X-Y zgodnie z poleceniami sterującymi z komputera. Optyka typu F-Theta ogniskuje wiązkę laserową zawsze w tej samej płaszczyźnie, niezależnie od kąta padania na nią zogniskowanej wiązki. W ten sposób rozmiar plamki laserowej w obszarze naświetlania zawsze jest taki sam. Maksymalna prędkość przemieszczania wiązki laserowej po naświetlanej powierzchni wynosi 1 m/s. W skład urządzenia wchodzi nowoczesny układ przesuwu XY – stół planarny. Jest to układ dwóch modułów – statora i twornika, które razem tworzą silnik krokowy rozwinięty na płasko. Twornik unosi się na powierzchni statora na poduszce magnetyczno-powietrznej. Ten sposób przemieszczania zapewnia wysoką precyzję (2 µm) ruchu oraz dokładność przemieszczania (±15 µm w całym obszarze stołu planarnego o wymiarach 350 x 330 mm). Stół planarny w tym urządzeniu służy do przesuwania umieszczonej na tworniku płytki drukowanej do kolejnych obszarów naświetlania. W ten sposób możliwe jest naświetlenie płytki o wymiarze maksymalnym 15 x 25 cm wykorzystując skaner optyczny, który może naświetlać tylko w obszarze 5 x 5 cm. Metoda ta polega na kolejnym naświetlaniu podobszarów wchodzących w skład całego wzoru. Do przemieszczenia płytki pomiędzy kolejnymi podobszarami wykorzystywany jest właśnie stół planarny (Rys. 2).

Rys. 2. Rzeczywisty wygląd systemu do bezpośredniego naświetlania laserowego

Prezentowane przykłady wzorów są wykonane w warstwie fotopolimeru nałożonego na powierzchnię miedzianą na płytce drukowanej po procesie wywoływania (usunięcia nienaświetlonego fotopolimeru). Natomiast, żeby osiągnąć docelowe ścieżki miedziane, trzeba przeprowadzić jeszcze trawienie chemiczne. Przy płytkach o dużej gęstości upakowania ścieżek (poniżej 50 µm/ 50 µm), konieczne jest dostosowanie procesu trawienia (sposób i czas trawienia) w specjalnie do tego przygotowanych maszynach trawiących (konwencjonalne maszyny trawiące nie nadają się do płytek wykonanych w technologii High Density Interconnect). Można to osiągnąć poprzez zastosowanie w konwencjonalnej maszynie trawiącej przystawki Fine-Line, która natryskuje na płytkę czynnik trawiący. Należy również podczas projektowania schematu połączeń elektrycznych wziąć pod wzgląd tzw. efekt podtrawiania ścieżek (zmniejszenie szerokości ścieżek miedzianych w stosunku do ścieżek w fotopolimerze spowodowane izotropową charakterystyką procesu trawienia).