تطبيق تكنولوجيا المعالجة بالليزر في لوحة دوائر مرنة

تعد لوحة الدوائر المرنة عالية الكثافة جزءًا من لوحة الدائرة المرنة بأكملها ، والتي تُعرّف عمومًا على أنها تباعد الخط أقل من 200 ميكرومتر أو مايكرو عبر أقل من 250 ميكرومتر من لوحة الدوائر المرنة. تحتوي لوحة الدوائر المرنة عالية الكثافة على مجموعة واسعة من التطبيقات ، مثل الاتصالات السلكية واللاسلكية وأجهزة الكمبيوتر والدوائر المتكاملة والمعدات الطبية. تهدف هذه الورقة إلى الخصائص الخاصة لمواد لوحة الدوائر المرنة ، وتقدم بعض المشكلات الرئيسية التي يجب مراعاتها في المعالجة بالليزر للوحة الدائرة المرنة عالية الكثافة والجزئية عبر الحفر p>

تجعل الخصائص الفريدة للوحة الدائرة المرنة بديلاً للوحة الدائرة الصلبة ونظام الأسلاك التقليدي في العديد من المناسبات. في الوقت نفسه ، يشجع أيضًا على تطوير العديد من المجالات الجديدة. الجزء الأسرع نموًا في FPC هو خط الاتصال الداخلي لمحرك الأقراص الثابتة للكمبيوتر (HDD). يجب أن يتحرك الرأس المغناطيسي للقرص الصلب للخلف وللأمام على القرص الدوار للمسح ، ويمكن استخدام الدائرة المرنة لاستبدال السلك لتحقيق الاتصال بين الرأس المغناطيسي المتحرك ولوحة دائرة التحكم. تعمل الشركات المصنعة للأقراص الصلبة على زيادة الإنتاج وتقليل تكاليف التجميع من خلال تقنية تسمى “اللوحة المرنة المعلقة” (FOS). بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع تقنية التعليق اللاسلكي بمقاومة زلزالية أفضل ويمكنها تحسين موثوقية المنتج. لوحة دارة مرنة أخرى عالية الكثافة مستخدمة في القرص الصلب هي interposer flex ، والتي تستخدم بين التعليق وجهاز التحكم.

المجال الثاني المتنامي لـ FPC هو تغليف الدوائر المتكاملة الجديد. تُستخدم الدوائر المرنة في تغليف مستوى الرقاقة (CSP) ، والوحدة النمطية متعددة الرقائق (MCM) والرقاقة على لوحة الدوائر المرنة (COF). من بينها ، الدوائر الداخلية CSP لديها سوق ضخم ، لأنه يمكن استخدامها في أجهزة أشباه الموصلات وذاكرة فلاش ، وتستخدم على نطاق واسع في بطاقات PCMCIA ، ومحركات الأقراص ، والمساعدين الرقميين الشخصيين (PDAs) ، والهواتف المحمولة ، والكاميرات الرقمية ، والكاميرا الرقمية . بالإضافة إلى ذلك ، تعد شاشة العرض البلورية السائلة (LCD) ومفتاح فيلم البوليستر وخرطوشة الطابعة النافثة للحبر ثلاثة مجالات تطبيق أخرى عالية النمو للوحة الدائرة المرنة عالية الكثافة \

إن إمكانات السوق لتكنولوجيا الخطوط المرنة في الأجهزة المحمولة (مثل الهواتف المحمولة) كبيرة جدًا ، وهو أمر طبيعي جدًا ، لأن هذه الأجهزة تتطلب حجمًا صغيرًا ووزنًا خفيفًا لتلبية احتياجات المستهلكين ؛ بالإضافة إلى ذلك ، تشمل أحدث تطبيقات التكنولوجيا المرنة شاشات العرض المسطحة والأجهزة الطبية ، والتي يمكن للمصممين استخدامها لتقليل حجم ووزن المنتجات مثل المعينات السمعية والغرسات البشرية.

أدى النمو الهائل في المجالات المذكورة أعلاه إلى زيادة الإنتاج العالمي للوحات الدوائر المرنة. على سبيل المثال ، من المتوقع أن يصل حجم المبيعات السنوية للأقراص الصلبة إلى 345 مليون وحدة في عام 2004 ، أي ضعف ما كان عليه في عام 1999 ، ويقدر حجم مبيعات الهواتف المحمولة في عام 2005 بنحو 600 مليون وحدة. تؤدي هذه الزيادات إلى زيادة سنوية بنسبة 35٪ في إنتاج لوحات الدوائر المرنة عالية الكثافة ، لتصل إلى 3.5 مليون متر مربع بحلول عام 2002. يتطلب هذا الطلب المرتفع على الإنتاج تقنية معالجة فعالة ومنخفضة التكلفة ، وتقنية المعالجة بالليزر هي واحدة منها .

لليزر ثلاث وظائف رئيسية في عملية تصنيع لوحة الدوائر المرنة: المعالجة والتشكيل (القطع والقطع) والتقطيع والحفر. كأداة تصنيع غير تلامسية ، يمكن استخدام الليزر بتركيز صغير جدًا (100 ~ 500) ميكرومتر) يتم تطبيق طاقة ضوئية عالية الكثافة (650 ميجا واط / مم 2) على المادة. يمكن استخدام هذه الطاقة العالية في القطع والحفر والنقش واللحام والنقش والمعالجة الأخرى. ترتبط سرعة وجودة المعالجة بخصائص المواد المعالجة وخصائص الليزر المستخدمة ، مثل الطول الموجي وكثافة الطاقة وقوة الذروة وعرض النبض والتردد. تستخدم معالجة لوحة الدوائر المرنة أشعة الليزر فوق البنفسجية (UV) والأشعة تحت الحمراء البعيدة (FIR). الأول يستخدم عادة ليزرات الحالة الصلبة (uv-dpss) التي يتم ضخها بواسطة الصمام الثنائي UV أو excimer ، بينما يستخدم الأخير عمومًا ليزرات CO2 المختومة div>

تستخدم تقنية المسح المتجه للكمبيوتر للتحكم في المرآة المجهزة بمقياس التدفق وبرنامج CAD / CAM لإنشاء رسومات القطع والحفر ، وتستخدم نظام العدسة عن بُعد لضمان أن الليزر يضيء عموديًا على سطح قطعة العمل </ div>

الحفر بالليزر المعالجة لها دقة عالية وتطبيق واسع. إنها أداة مثالية لتشكيل لوحة دوائر مرنة. سواء كان ليزر ثاني أكسيد الكربون أو ليزر DPSS ، يمكن معالجة المواد في أي شكل بعد التركيز. إنه يطلق شعاع الليزر المركّز في أي مكان على سطح قطعة العمل عن طريق تثبيت مرآة على الجلفانومتر ، ثم ينفذ التحكم العددي بالكمبيوتر (CNC) على الجلفانومتر باستخدام تقنية المسح المتجهي ، ويصنع رسومات القطع بمساعدة برنامج CAD / CAM. يمكن لهذه “الأداة اللينة” التحكم بسهولة في الليزر في الوقت الفعلي عند تغيير التصميم. من خلال ضبط انكماش الضوء وأدوات القطع المختلفة ، يمكن للمعالجة بالليزر إعادة إنتاج رسومات التصميم بدقة ، وهي ميزة أخرى مهمة.

يمكن لمسح المتجهات أن يقطع ركائز مثل فيلم بوليميد أو يقطع الدائرة بأكملها أو يزيل منطقة على لوحة الدائرة ، مثل فتحة أو كتلة. في عملية المعالجة والتشكيل ، يتم تشغيل شعاع الليزر دائمًا عندما تقوم المرآة بمسح سطح المعالجة بالكامل ، وهو عكس عملية الحفر. أثناء الحفر ، لا يتم تشغيل الليزر إلا بعد تثبيت المرآة في كل موضع حفر div>

قسم

“التقطيع” في المصطلحات هي عملية إزالة طبقة من مادة من أخرى باستخدام الليزر. هذه العملية أكثر ملاءمة لليزر. يمكن استخدام نفس تقنية المسح المتجه لإزالة العازل الكهربائي وكشف الوسادة الموصلة أدناه. في هذا الوقت ، تعكس الدقة العالية للمعالجة بالليزر مرة أخرى فوائد عظيمة. نظرًا لأن أشعة الليزر FIR ستنعكس بواسطة رقائق النحاس ، فعادة ما يتم استخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون هنا.

حفر حفرة

على الرغم من أن بعض الأماكن لا تزال تستخدم الحفر الميكانيكي أو الختم أو الحفر بالبلازما لتشكيل ثقوب صغيرة من خلال الثقوب ، إلا أن الحفر بالليزر لا يزال الطريقة الدقيقة الأكثر استخدامًا لتشكيل الفتحة للوحة الدائرة المرنة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى إنتاجيتها العالية ومرونتها القوية ووقت التشغيل العادي الطويل .

يعتمد الحفر والختم الميكانيكيون لقم الثقب والقوالب عالية الدقة ، والتي يمكن تصنيعها على لوحة دائرة مرنة يبلغ قطرها حوالي 250 ميكرومتر ، ولكن هذه الأجهزة عالية الدقة باهظة الثمن ولديها عمر خدمة قصير نسبيًا. نظرًا للوحة الدائرة المرنة عالية الكثافة ، فإن نسبة الفتحة المطلوبة هي 250 ميكرومتر صغيرة ، لذلك لا يفضل الحفر الميكانيكي.

يمكن استخدام النقش بالبلازما في ركيزة غشاء بوليميد بسمك 50 ميكرومتر بحجم أقل من 100 ميكرومتر ، لكن تكلفة الاستثمار في المعدات والعملية عالية جدًا ، كما أن تكلفة صيانة عملية النقش بالبلازما مرتفعة جدًا ، خاصةً التكاليف المتعلقة لبعض معالجة النفايات الكيميائية والمواد الاستهلاكية. بالإضافة إلى ذلك ، يستغرق النقش بالبلازما وقتًا طويلاً لعمل فتحات دقيقة متسقة وموثوقة عند إنشاء عملية جديدة. ميزة هذه العملية هي الموثوقية العالية. يُذكر أن المعدل المؤهل لـ micro via 98٪. لذلك ، لا يزال النقش بالبلازما له سوق معين في المعدات الطبية وإلكترونيات الطيران div>

في المقابل ، يعتبر تصنيع المايكرو فيا بالليزر عملية بسيطة ومنخفضة التكلفة. يعتبر استثمار معدات الليزر منخفضًا جدًا ، والليزر أداة لا تلامس. على عكس الحفر الميكانيكي ، ستكون هناك تكلفة باهظة لاستبدال الأداة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الليزر الحديث المختوم CO2 و uv-dpss لا يحتاج إلى صيانة ، مما يقلل من وقت التوقف عن العمل ويحسن الإنتاجية بشكل كبير.

طريقة توليد فتحات ميكروية على لوحة دوائر مرنة هي نفسها المستخدمة في لوحات الدوائر المطبوعة الصلبة ، ولكن يجب تغيير بعض معلمات الليزر المهمة بسبب اختلاف الركيزة والسمك. يمكن لليزر CO2 و uv-dpss المختوم استخدام نفس تقنية المسح المتجه مثل القولبة للحفر مباشرة على لوحة الدوائر المرنة. الاختلاف الوحيد هو أن برنامج تطبيق الحفر سوف يقوم بإيقاف تشغيل الليزر أثناء مسح المرآة من ميكرو إلى آخر. لن يتم تشغيل شعاع الليزر حتى يصل إلى موضع حفر آخر. من أجل جعل الفتحة متعامدة مع سطح الركيزة المرنة للوحة الدائرة الكهربائية ، يجب أن يلمع شعاع الليزر عموديًا على ركيزة لوحة الدائرة ، والذي يمكن تحقيقه باستخدام نظام عدسة عن بُعد بين مرآة المسح والركيزة (الشكل 2). ) div>

حفر ثقوب في Kapton باستخدام الليزر فوق البنفسجي

يمكن أن يستخدم ليزر ثاني أكسيد الكربون أيضًا تقنية القناع المطابق لحفر فتحات ميكروية. عند استخدام هذه التقنية ، يتم استخدام السطح النحاسي كقناع ، ويتم حفر الثقوب عليه بطريقة النقش بالطباعة العادية ، ثم يتم تشعيع شعاع ليزر ثاني أكسيد الكربون على فتحات رقائق النحاس لإزالة المواد العازلة المكشوفة.

يمكن أيضًا عمل Micro vias باستخدام ليزر excimer من خلال طريقة قناع الإسقاط. تحتاج هذه التقنية إلى تعيين صورة الميكرو عبر أو الجزئي الكامل عبر مصفوفة إلى الركيزة ، ثم يشع شعاع الليزر الإكسيمر القناع لتعيين صورة القناع على سطح الركيزة ، وذلك لحفر الثقب. جودة الحفر بالليزر الإكسيمر جيدة جدًا. عيوبه هي السرعة المنخفضة والتكلفة العالية.

اختيار الليزر على الرغم من أن نوع الليزر لمعالجة لوحة الدوائر المرنة هو نفسه المستخدم في معالجة ثنائي الفينيل متعدد الكلور الصلب ، فإن الاختلاف في المواد والسمك سيؤثر بشكل كبير على معلمات المعالجة والسرعة. في بعض الأحيان ، يمكن استخدام ليزر الإكسيمر وغاز ثاني أكسيد الكربون المستعرض (الشاي) ، ولكن هاتين الطريقتين لهما سرعة بطيئة وتكلفة صيانة عالية ، مما يحد من تحسين الإنتاجية. بالمقارنة ، تُستخدم أشعة الليزر CO2 و uv-dps على نطاق واسع ، وسريعة ومنخفضة التكلفة ، لذلك فهي تستخدم بشكل أساسي في تصنيع ومعالجة فتحات الميكرو لألواح الدوائر المرنة.

يختلف عن ليزر ثاني أكسيد الكربون لتدفق الغاز ، ليزر ثاني أكسيد الكربون المختوم （http://www.auto-alt.cn تم اعتماد تقنية تحرير الكتلة للحد من خليط غاز الليزر إلى تجويف الليزر المحدد بواسطة لوحين قطبين مستطيلين. يتم غلق تجويف الليزر خلال فترة الخدمة الكاملة (عادة حوالي 2 ~ 2 سنوات). يحتوي تجويف الليزر المختوم على هيكل مضغوط ولا يحتاج إلى تبادل الهواء. يمكن أن يعمل رأس الليزر بشكل مستمر لأكثر من 2 ساعة بدون صيانة. أكبر ميزة لتصميم الختم هي أنه يمكن أن يولد نبضات سريعة. على سبيل المثال ، يمكن أن يصدر ليزر تحرير الكتلة نبضات عالية التردد (3 كيلو هرتز) مع ذروة طاقة تبلغ 25000 كيلو وات. مع التردد العالي وقدرة الذروة العالية ، يمكن إجراء المعالجة الآلية السريعة دون أي تدهور حراري div>

ليزر Uv-dpss هو جهاز ذو حالة صلبة يمتص باستمرار قضيب بلوري نيوديميوم (Nd: YVO4) مع مجموعة الصمام الثنائي الليزري. يولد نبضًا عن طريق مفتاح Q الصوتي البصري ، ويستخدم المولد البلوري التوافقي الثالث لتغيير إخراج الليزر Nd: YVO4 من 1064nm & nbsp ؛ يتم تقليل الطول الموجي الأساسي للأشعة تحت الحمراء إلى 355 نانومتر من الطول الموجي للأشعة فوق البنفسجية. بشكل عام 355 نانومتر </ div>

متوسط ​​طاقة الإخراج لليزر uv-dpss بمعدل تكرار النبض الاسمي 20 كيلو هرتز أكثر من 3 واط div>

ليزر UV-dpss

يمكن لكل من العازل الكهربائي والنحاس امتصاص الليزر uv-dpss بسهولة بطول موجي ناتج يبلغ 355 نانومتر. يحتوي ليزر UV-dpss على بقعة ضوئية أصغر وطاقة خرج أقل من ليزر ثاني أكسيد الكربون. في عملية المعالجة العازلة للكهرباء ، عادةً ما يتم استخدام ليزر uv-dpss للحجم الصغير (أقل من 2٪) ميكرومتر) لذلك ، يجب معالجة القطر الأقل من 50 على ركيزة لوحة الدوائر المرنة عالية الكثافة μ M مايكرو عبر ، استخدام الليزر فوق البنفسجي مثالي جدًا. يوجد الآن ليزر uv-dpss عالي الطاقة ، والذي يمكنه زيادة سرعة المعالجة والحفر لـ uv-dpss laser div>

تتمثل ميزة ليزر uv-dpss في أنه عندما تتألق فوتونات الأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة على معظم طبقات الأسطح غير المعدنية ، فيمكنها كسر ارتباط الجزيئات مباشرةً ، وتنعيم حافة القطع باستخدام عملية الطباعة الحجرية “الباردة” ، وتقليل درجة الضرر الحراري والحرق. لذلك ، يعتبر القطع الدقيق للأشعة فوق البنفسجية مناسبًا للمناسبات التي يرتفع فيها الطلب حيث تكون المعالجة اللاحقة مستحيلة أو غير ضرورية div>

ليزر ثاني أكسيد الكربون (بدائل الأتمتة)

يمكن أن يصدر ليزر ثاني أكسيد الكربون المختوم طول موجي يبلغ 2 ميكرومتر أو 10.6 ميكرومتر ليزر FIR ، على الرغم من سهولة امتصاص الطولين الموجيين بواسطة عوازل كهربائية مثل طبقة بوليميد ، يظهر البحث أن 9.4 μ تأثير الطول الموجي M يعالج هذا النوع من المواد هو أفضل بكثير. العازل الكهربائي 9.4 μ معامل الامتصاص لطول الموجة M أعلى ، وهو أفضل من 9.4 لحفر أو قطع المواد μ M الطول الموجي السريع. لا يتمتع الليزر ذو التسعة نقاط أربعة ميكرومتر بمزايا واضحة في الحفر والقطع فحسب ، بل له أيضًا تأثير تقطيع بارز. لذلك ، يمكن أن يؤدي استخدام الليزر ذي الطول الموجي الأقصر إلى تحسين الإنتاجية والجودة.

بشكل عام ، يتم امتصاص الطول الموجي للتنوب بسهولة بواسطة العوازل ، ولكن سوف ينعكس مرة أخرى بواسطة النحاس. لذلك ، يتم استخدام معظم ليزر ثاني أكسيد الكربون في المعالجة العازلة ، والقولبة ، والتقطيع إلى شرائح وتفكيك الركيزة العازلة والكهربائية. نظرًا لأن طاقة خرج ليزر ثاني أكسيد الكربون أعلى من طاقة ليزر DPSS ، يتم استخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون لمعالجة المواد العازلة في معظم الحالات. غالبًا ما يتم استخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون وليزر الأشعة فوق البنفسجية معًا. على سبيل المثال ، عند حفر فتحات صغيرة ، قم أولاً بإزالة الطبقة النحاسية باستخدام ليزر DPSS ، ثم قم بحفر ثقوب بسرعة في الطبقة العازلة باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون حتى تظهر الطبقة النحاسية التالية ، ثم كرر العملية.

نظرًا لأن الطول الموجي لليزر فوق البنفسجي نفسه قصير جدًا ، فإن بقعة الضوء المنبعثة من ليزر الأشعة فوق البنفسجية تكون أدق من تلك الموجودة في ليزر ثاني أكسيد الكربون ، ولكن في بعض التطبيقات ، تكون بقعة الضوء ذات القطر الكبير التي ينتجها ليزر ثاني أكسيد الكربون أكثر فائدة من ليزر الأشعة فوق البنفسجية. على سبيل المثال ، قم بقطع المواد ذات المساحة الكبيرة مثل الأخاديد والكتل أو حفر ثقوب كبيرة (قطر أكبر من 2) ميكرومتر) يستغرق الأمر وقتًا أقل للمعالجة باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون. بشكل عام ، تكون نسبة الفتحة 2 μ عندما تكون m كبيرة ، تكون معالجة ليزر ثاني أكسيد الكربون أكثر ملاءمة ، وتكون الفتحة أقل من 50 ميكرومتر ، يكون تأثير ليزر uv-dpss أفضل.