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Introduction
Dans cet article du blog PCBTok , vous découvrirez comment l'imagerie directe laser (LDI) a révolutionné la production de circuits imprimés. Vous en apprendrez davantage sur ses applications, son fonctionnement, les étapes de fabrication et ses composants. Nous explorerons également les avantages et les inconvénients de cette technologie, ainsi que son impact sur différents types de circuits imprimés et sur les processus de fabrication actuels.
Qu'est-ce que l'imagerie laser directe ?
Il s'agit d'une technologie permettant d'imprimer des circuits électroniquement sur des cartes de circuits imprimés (PCB). Aucun outil photosensible ni masque n'est nécessaire. Cette méthode utilise la lumière pour transférer des images sur la PCB à travers des films photosensibles, grâce à un laser. L'image ainsi obtenue sert ensuite à la fabrication de la carte de circuit imprimé finale après exposition et développement du film. Notre système d'imagerie directe laser (LDI) est un système de laboratoire avancé capable de traiter des pistes et des espaces de 50 x 50 µm et plus, offrant ainsi une haute précision pour les conceptions complexes. En effet, la technologie LDI améliore la précision de la production de PCB, notamment pour les circuits complexes.
Où l’imagerie directe laser est-elle utilisée dans la fabrication de circuits imprimés ?
Cette technique est appliquée dès les premières étapes de la fabrication des circuits imprimés. Alors que les techniques conventionnelles utilisent des films photosensibles et la lumière UV, la lithographie laser Doppler (LDI) emploie un laser piloté par ordinateur pour dessiner directement les pistes du circuit sur la carte. Cette technologie trouve des applications dans les secteurs de l'électronique , de l'automobile et même du médical . Polyvalente, elle permet d'obtenir des images très précises, telles que des logos, des textes et des motifs. Elle se distingue du procédé de photolithographie conventionnel par le fait que les motifs des fichiers Gerber sont transférés sur le film de photorésine à l'aide de lasers UV.
Le processus d'imagerie directe au laser (LDI)
Discutons maintenant du processus d’imagerie directe laser (LDI), une étape essentielle dans la fabrication du PCB moderne.
lavage
Il comprend un processus de traitement de surface qui consiste à nettoyer la surface du noyau des oxydes et des résidus. Cela se fait par l'utilisation de bains antioxydants et d'un brossage mécanique à l'aide de tampons abrasifs. De l'alcool isopropylique est parfois utilisé pour nettoyer la matière organique et l'huile de la surface. Il n'y aura pas de poussière sur la surface du PCB. Cela garantira que la résine photosensible adhère bien au PCB.
Stratification de résine photosensible
Dans cette étape, on applique un matériau photosensible sur le circuit imprimé et on le laisse sécher. Ce matériau est photosensible, ce qui lui permet de révéler le motif du circuit. La résine photosensible doit donc être sensible à la lumière d'une longueur d'onde spécifique pour initier la modification chimique ou physique requise. Ce procédé permet d'obtenir une image précise lorsque le laser est projeté dessus, facilitant ainsi la détermination des pistes du circuit imprimé.
Chargement des fichiers CAM
Les données des fichiers de conception, au format FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur), sont ensuite transmises au système laser. Ces fichiers, notamment au format Gerber, servent à guider le laser pour le tracé des circuits sur la surface du circuit imprimé. Les fichiers Gerber pilotent un traceur de photolithographie et garantissent que le laser trace le motif précis sur la résine photosensible, conformément à votre schéma d'implantation . Il est essentiel de préparer correctement les fichiers FAO pour une production réussie.
Impression laser
Ce procédé utilise un laser à commande numérique (CNC) qui focalise un faisceau lumineux sur le matériau et y grave le motif. Cette méthode permet de réaliser des motifs complexes et des trous de petite taille avec une grande précision. Grâce au faisceau laser, les machines CNC contrôlent la découpe des formes, garantissant ainsi la bonne formation des pistes de circuit imprimé.
Gravure
Une fois le motif du circuit imprimé, il faut éliminer l'excès de cuivre pour ne laisser que les traces ou les chemins nécessaires du circuit. Cela garantit que le dessin est conforme à la disposition prévue. Pour commencer le processus de gravure, un tracé de pré-gravure est réalisé pour définir la zone à graver et le reste est protégé.
Décapage de photorésist
Une fois la résine photosensible appliquée, exposée puis développée, il faut retirer les zones de matériau qui doivent être retirées. Enfin, pour terminer la production du motif de circuit, vous utilisez une solution chimique pour dissoudre la résine photosensible exposée mais non développée ou non exposée, laissant ainsi uniquement le motif de circuit sur le substrat comme souhaité. Cette étape permet d'éliminer la résine photosensible inutile du PCB afin d'ouvrir la voie à la disposition finale du circuit.
Séchage
Il s'agit de la dernière étape après le retrait de la résine photosensible du substrat. Ensuite, la résine photosensible indésirable doit être éliminée et le noyau ou le stratifié cuivré (CCL) doit être séché. Ceci permet d'éviter toute trace d'humidité sur le circuit imprimé, qui pourrait compromettre sa qualité et ses performances. Pour ce faire, le circuit imprimé doit être parfaitement séché afin de préparer les étapes de fabrication suivantes tout en préservant le circuit imprimé.
Composants de base de l'imagerie directe au laser
Les éléments d'imagerie directe laser (LDI) seront abordés dans cet article et enseignent comment produire le motif de circuit correct sur les cartes de circuits imprimés.
Sources laser
Dans l'imagerie directe par laser (LDI), le laser est un élément précieux du système car il influence directement le processus global. On utilise des lasers à l'état solide qui produisent de la lumière à des longueurs d'onde particulières, par exemple UV, bleu ou vert. Ces longueurs d'onde sont importantes car elles doivent correspondre à la sensibilité de la résine photosensible utilisée sur le PCB. La lumière laser provoque à son tour les réactions chimiques dans la résine photosensible et forme ainsi le motif de circuit souhaité.
Optique de mise en forme du faisceau
Ces optiques permettent de contrôler la taille et le point focal du faisceau laser. C'est pourquoi vous avez besoin de ce niveau de contrôle pour garantir la bonne exposition de la résine photosensible sur le PCB. Ces optiques sont utilisées pour contrôler la forme et l'intensité du faisceau afin de produire des motifs de circuit nets et distincts. Les faisceaux laser de bonne mise en forme ne causent pas de problèmes tels que la diffraction de la lumière qui peut entraîner des erreurs dans la conception du circuit.
Systèmes d'analyse
Ce système contrôle le déplacement des lasers sur les substrats des circuits imprimés . Il permet de contrôler l'exposition uniforme de la résine photosensible. Le système de balayage garantit le déplacement précis du laser afin de produire un motif uniforme sur toute la surface de la carte. Un bon scanner réduit les risques d'erreurs et améliore l'efficacité du processus d'imagerie, vous permettant ainsi d'obtenir d'excellents résultats lors de la production de vos circuits imprimés.
Platines de haute précision
Ces composants permettent d'obtenir une base stable sur laquelle les PCB peuvent être montés. Ces platines doivent être en bonne harmonie avec les systèmes de numérisation pour permettre un mouvement correct au cours de l'imagerie. Cette synchronisation conduit à une haute précision nécessaire à la conception de motifs de circuits complexes au niveau du sous-micron. Les platines de haute précision vous permettent de créer des conceptions complexes. Cela permettra de maintenir vos circuits imprimés en bon état. Ces plates-formes aident à réduire les mouvements ou les vibrations et garantissent ainsi une exposition laser précise et exacte.
Avantages de LDI
Voici les avantages de la technologie LDI dans la fabrication de PCB.
Très précis
L'un des plus grands atouts du LDI est de créer des circuits imprimés de haute densité et définis avec précision. Soyez très prudent avec votre PCB. Toute forme d'erreur affectera certainement le PCB. Cela vous permet d'avoir des fonctionnalités très détaillées et très compactes.
Peut se débarrasser des outils photo
En LDI, il n'y a pas de coûts de stockage, de conservation et de contrôle des outils photographiques qui sont encourus dans la lithographie traditionnelle. Cela permet non seulement de réduire les dépenses, mais aussi de vérifier ces outils beaucoup moins fréquemment. En supprimant les outils photographiques, il sera possible de réduire le temps nécessaire au processus de fabrication. Cela minimisera également les erreurs.
Empêcher la baisse de qualité des outils photo
Les phototools agissent comme un masque pour transférer le motif sur les matériaux photorésistants. Le problème est qu'ils sont très fiables, mais ils s'abîment. Avec LDI, vous n'avez pas besoin de tels masques. Vous éviterez ainsi de les user.
Aucun problème de diffraction de la lumière
Un autre problème associé aux photo-outils est qu'ils produisent une diffraction de la lumière qui entraîne une mauvaise qualité d'image. Les LDI ne présentent pas ces problèmes. Le laser interagit avec le matériau photorésistant et les images produites sont donc très bien définies. Cela se traduit par des modèles de circuits améliorés qui seront conçus sur vos PCB.
Stabilité aux conditions environnementales
Les outils photographiques conventionnels sont très sensibles aux variations de température et d'humidité et peuvent donc produire des images floues. Pour éviter une telle situation, l'utilisation de méthodes photographiques peut nécessiter des conditions contrôlées qui sont coûteuses et fastidieuses. En effet, avec LDI, vous n'aurez jamais à vous soucier de tels problèmes. Le processus LDI réduit les effets des conditions environnementales sur vos images et garantit ainsi que les images sont transférées avec précision sur les circuits imprimés.
Flexibilité d'alignement améliorée
L'alignement est plus précis, même avec des images petites et simples. Ainsi, pour les substrats flexibles, la LDI offre une grande capacité à gérer les variations dimensionnelles. Cette adaptabilité permet d'atteindre une très grande précision, notamment pour les circuits multicouches.
Amélioration de la précision de l'image dans le processus de formation de l'image
C'est grâce à LDI que vous pouvez obtenir un meilleur placement des lignes et des espaces. Cela signifie que tout modèle de circuit que vous développez devra être précis et approprié à tous égards. Alors que les outils photo conventionnels entraînent souvent des imprécisions lors du processus de transfert d'image, LDI garantit que l'alignement ne changera pas.
Idéal pour les images petites et basiques
Ces circuits sont idéaux pour les circuits petits et simples et constituent le type de circuits le plus utilisé. Si vous travaillez sur votre conception et avez besoin de créer un tracé petit et serré, LDI satisfera votre besoin de précision et de détail. Cette technologie permet d'obtenir des travaux très détaillés avec des lignes définies et des espaces ouverts.
Rentable
Avec LDI, vous n'avez pas besoin d'investir de l'argent dans des matériaux d'outils photo et leur espace de stockage. Cela facilite également le processus en le rendant très rapide et plus simple par rapport à la manière manuelle d'utiliser le système manuel conventionnel. Cela permet non seulement de réduire les coûts, mais aussi d'améliorer la valeur de vos opérations. Le processus comporte moins d'étapes. Vous pouvez vous concentrer davantage sur la conception des circuits à moindre coût.
Rendement et fiabilité améliorés
Ce processus d'imagerie est très contrôlé et spécifique et permet de former des circuits avec moins de défauts. Cette haute précision minimise la production de cartes défectueuses et augmente donc le nombre de cartes de bonne qualité produites au cours du processus de production. Ainsi, si les PCB sont fabriqués avec une telle précision, la fiabilité de l'ensemble du dispositif électronique est améliorée.
Inconvénients de LDI
Voyons maintenant quelques-uns des inconvénients de l’utilisation de la technologie LDI dans la fabrication du PCB.
Technologie nouvelle et émergente
Il s'agit d'un processus relativement nouveau dans la production de PCB. Parfois, à mesure que la technologie progresse, vous pouvez être confronté à des tâches ardues au cours du processus de production. Il s'agit d'un processus dynamique qui nécessite beaucoup d'attention et d'expérience. C'est pourquoi il est nécessaire de coopérer avec un fabricant comme PCBTok qui a de l'expérience dans la technologie LDI.
Coût plus élevé que la photolithographie
L'imagerie directe par laser (LDI) présente l'inconvénient d'être plus coûteuse que la photolithographie conventionnelle. Il convient de souligner que l'utilisation de LDI pour la production de vos PCB peut avoir un impact sur vos dépenses, car les coûts sont plus élevés. Cette technologie nécessite également un équipement et une méthode spéciaux qui augmenteront le coût de l'ensemble du processus.
Processus relativement lent
Cette technologie est un processus lent par rapport aux autres procédés d'imagerie. Bien que la LDI offre une grande précision en termes de mesure, cette grande précision est généralement associée à un temps de calcul plus long.
Peut entraver la création d'images haute résolution
Vous ne pouvez pas développer de circuits très détaillés à l'aide de cet outil. LDI ne vous offre pas toujours le niveau de détail dont vous avez besoin. Cependant, pour les images complexes, cette technologie a encore du mal à fournir les meilleurs résultats comme c'est le cas pour les images simples.
Le contrôle de la profondeur de gravure comme problème
Avec cette technologie, vous pouvez rencontrer des problèmes pour contrôler la profondeur de gravure sur vos PCB. Ce défi signifie qu'il est possible de travailler sur plusieurs passes afin d'obtenir la bonne profondeur de gravure. Chaque passe suivante prend plus de temps et diminue votre productivité, ce qui n'est pas une bonne chose.
Images positives et négatives dans LDI
Identifions les différences entre ces deux images en imagerie directe laser.
Image positive
Dans le système LDI, l'image positive est produite en utilisant une lumière UV sur les zones où vous souhaitez conserver le cuivre. Cela signifie que lorsque cette lumière est exposée à la résine photosensible, elle devient plus facile à développer par la solution révélatrice. Les zones qui ont été exposées à la lumière UV sont éliminées. Ce qui reste est une image exacte du dessin.
Image négative
Dans le procédé LDI, l'image négative est créée en exposant la lumière UV sur les zones qui nécessitent du cuivre. Les zones exposées deviennent rigides et se transforment en polymère et ne sont donc pas dissoutes par la solution révélatrice. Les zones non exposées sont éliminées, ce qui vous laisse une image miroir de votre dessin. Le cuivre que vous souhaitez conserver intact sera fixé en position. Vous obtiendrez un motif propre et bien défini.
Applications et impact du LDI dans divers types de PCB
Examinons les différentes utilisations et les effets que la technologie d’imagerie directe laser a apportés à différents types de PCB.
Production en petites séries et prototypes
Vous n'avez plus besoin d'utiliser d'outils photographiques physiques, ce qui serait fastidieux. La technologie LDI permet également de réduire les coûts en éliminant le recours à des photomasques onéreux et convient parfaitement au développement de circuits imprimés spécialisés ou prototypes.
PCB flexibles et rigides
Grâce à sa mise au point en temps réel , la technologie LDI s'adapte aux variations des substrats flexibles . Ceci permet d'obtenir une exposition uniforme, essentielle pour la création de motifs variés sans endommager le matériau. Elle offre également une excellente capacité d'imagerie des détails fins, importante pour la conception de motifs complexes sur substrats flexibles. De plus, pour les conceptions rigides-flexibles , la technologie LDI garantit un contrôle qualité et des résultats homogènes, quel que soit le matériau du substrat.
PCB HDI
Cette technologie permet la formation de microvias , essentielles à la connexion des différentes couches. Grâce à sa haute précision, la technologie LDI permet de réaliser des formes complexes et de créer des motifs de lignes et d'espaces fins de 25 µm et moins. Cette densité de routage accrue est idéale pour les schémas de circuits complexes, comme illustré dans le schéma ci-dessus. De plus, la technologie LDI assure un alignement précis entre les couches, un point crucial pour la production de circuits imprimés d'au moins dix couches. Cette capacité garantit le respect des tolérances d'alignement requises.
RF et micro-ondes PCB
Du fait de l'uniformité de la largeur des lignes requise pour les circuits à impédance contrôlée, l'isolation laser (LDI) est essentielle. La possibilité de créer des antennes complexes grâce à ce niveau de contrôle améliore les performances des circuits imprimés RF . LDI est idéale pour les substrats en PTFE et garantit une reproduction d'image optimale sur tous types de substrats.
Fond de panier et PCB grand format
L'imagerie directe par laser (LDI) se caractérise par une haute précision qui peut être obtenue sur des panneaux de grande taille. Une telle précision est particulièrement importante pour les applications de fond de panier dans les télécommunications et les centres de données. Les systèmes LDI peuvent traiter des substrats épais jusqu'à 8 mm. Il vous permet également de combiner différentes technologies sur une seule carte tout en prenant en charge différentes tailles et densités de fonctionnalités.
Emballage et interposeurs
Elle facilite le tracé des lignes et des espaces, essentiel pour l'imagerie sur substrats de circuits imprimés . Elle permet de réaliser les trous et les connexions correctement, ainsi que d'insérer les composants intégrés dans le circuit imprimé. Afin de réaliser des interconnexions haute densité dans les boîtiers de semi-conducteurs modernes, la LDI est également largement utilisée dans l'encapsulation au niveau de la plaquette.
Quand utiliser l’imagerie directe laser (LDI) ?
Les circuits imprimés multicouches actuels nécessitent des largeurs de pistes de 0.075 mm (3 mils). Or, la photolithographie conventionnelle peine à réaliser des structures inférieures à 0,127 mm (5 mils). Pour les pistes et les espaces plus fins, l'imagerie laser Doppler (LDI) est recommandée. La LDI est devenue essentielle à la fabrication de circuits imprimés rigides, flexibles et rigides-flexibles à lignes fines et ultra-fines. Ce type de matériau permet d'obtenir des pistes très fines, de l'ordre de 0,05 mm (2 mils). La LDI est reconnue comme la technique d'imagerie la plus performante. Elle contribue ainsi à répondre à la demande croissante de circuits imprimés multicouches et d'imagerie haute définition (HDI) liée à la sophistication croissante des dispositifs électroniques.
LDI en comparaison avec la photolithographie traditionnelle en termes de délais de production ?
Vous vous êtes probablement demandé en quoi la LDI diffère de la photolithographie standard en termes de délais de production. En raison de l'absence de masques physiques, vous pouvez donc vous attendre à ce que la LDI améliore considérablement la vitesse de prototypage et minimise le temps de production. Cela rend la conception flexible et permet d'effectuer des changements et des modifications rapides. Bien que la LDI utilise toujours une résine photosensible, elle le fait avec un nouveau type qui est utilisé dans l'impression laser, ce qui la rend très sensible. Vous pouvez facilement passer de la phase de conception à la phase de mise en œuvre.
Conclusion
Par conséquent, les avantages et les applications de l'imagerie directe laser (LDI) dans la production de circuits imprimés ont été abordés. Nous avons également comparé ses performances pour les interconnexions haute densité, les circuits imprimés flexibles et le prototypage rapide . De plus, nous avons déterminé les conditions d'utilisation optimales de la LDI et démontré sa rapidité supérieure à celle de la photolithographie.
