Aplicació de tecnologia de processament làser a placa de circuit flexible

La placa de circuit flexible d’alta densitat és una part de tota la placa de circuit flexible, que generalment es defineix com l’interlineat de menys de 200 μ M o micro mitjançant una placa de circuit flexible de menys de 250 μ M. La placa de circuit flexible d’alta densitat té una àmplia gamma d’aplicacions, com ara telecomunicacions, ordinadors, circuits integrats i equipament mèdic. Amb l’objectiu de les propietats especials dels materials de les plaques de circuits flexibles, aquest document introdueix alguns problemes clau que cal tenir en compte en el processament làser de plaques de circuits flexibles d’alta densitat i micro mitjançant perforació p>

Les característiques úniques de la placa de circuit flexible la converteixen en moltes ocasions en una alternativa a la placa de circuit rígid i al sistema de cablejat tradicional. Al mateix temps, també promou el desenvolupament de molts camps nous. La part més ràpida de FPC és la línia de connexió interna de la unitat de disc dur de l’ordinador (HDD). El cap magnètic del disc dur es desplaçarà cap endavant i cap enrere sobre el disc giratori per escanejar-lo i el circuit flexible es pot utilitzar per substituir el cable per realitzar la connexió entre el cap magnètic mòbil i la placa de circuit de control. Els fabricants de discs durs augmenten la producció i redueixen els costos de muntatge mitjançant una tecnologia anomenada “placa flexible suspesa” (FOS). A més, la tecnologia de suspensió sense fils té una millor resistència sísmica i pot millorar la fiabilitat del producte. Una altra placa de circuit flexible d’alta densitat que s’utilitza al disc dur és l’interposer flex, que s’utilitza entre la suspensió i el controlador.

El segon camp en creixement de FPC és el nou embalatge de circuits integrats. Els circuits flexibles s’utilitzen en embalatge de nivell de xip (CSP), mòdul de múltiples xips (MCM) i xip en placa de circuit flexible (COF). Entre ells, el circuit intern CSP té un mercat enorme, ja que es pot utilitzar en dispositius semiconductors i memòria flash, i s’utilitza àmpliament en targetes PCMCIA, unitats de disc, assistents digitals personals (PDA), telèfons mòbils, buscapersones Càmera digital i càmera digital . A més, la pantalla de cristall líquid (LCD), l’interruptor de pel·lícula de polièster i el cartutx d’impressora de raig de tinta són altres tres camps d’aplicació d’alt creixement de la placa de circuit flexible d’alta densitat \

El potencial de mercat de la tecnologia de línies flexibles en dispositius portàtils (com ara els telèfons mòbils) és molt gran, cosa molt natural, perquè aquests dispositius requereixen un volum reduït i un pes reduït per satisfer les necessitats dels consumidors; A més, les darreres aplicacions de tecnologia flexible inclouen pantalles de pantalla plana i dispositius mèdics, que els dissenyadors poden utilitzar per reduir el volum i el pes de productes com ara audiòfons i implants humans.

L’enorme creixement en els camps anteriors ha conduït a un augment de la producció global de plaques de circuits flexibles. Per exemple, s’espera que el volum de vendes anuals de discs durs arribi a 345 milions d’unitats el 2004, gairebé el doble que el 1999, i el volum de vendes de telèfons mòbils el 2005 s’estima de manera conservadora en 600 milions d’unitats. Aquests augments condueixen a un augment anual del 35% en la producció de plaques de circuits flexibles d’alta densitat, que arriba als 3.5 milions de metres quadrats el 2002. Aquesta demanda de producció tan alta requereix una tecnologia de processament eficient i de baix cost, i la tecnologia de processament làser és un d’ells. .

El làser té tres funcions principals en el procés de fabricació de plaques de circuits flexibles: processament i conformat (tall i tall), tallat i perforat. Com a eina de mecanitzat sense contacte, el làser es pot utilitzar en un focus molt petit (100 ~ 500) μ m) S’aplica al material energia lluminosa d’alta intensitat (650 MW / mm2). Aquesta energia tan elevada es pot utilitzar per tallar, perforar, marcar, soldar, marcar i altres processos. La velocitat i la qualitat del processament estan relacionades amb les propietats del material processat i les característiques del làser utilitzades, com ara la longitud d’ona, la densitat d’energia, la potència màxima, l’amplada i la freqüència del pols. El processament de plaques de circuits flexibles utilitza làsers ultraviolats (UV) i d’infraroig llunyà (FIR). El primer sol utilitzar làsers d’estat sòlid (uv-dpss) bombats amb excimer o diode UV, mentre que el segon sol utilitzar làsers de CO2 segellats div>

La tecnologia d’escaneig vectorial utilitza l’ordinador per controlar el mirall equipat amb mesurador de flux i programari CAD / CAM per generar gràfics de tall i perforació, i utilitza un sistema de lent telecèntric per assegurar que el làser brilla verticalment a la superfície de la peça de treball </ div>

Perforació làser el processament té una gran precisió i una àmplia aplicació. És una eina ideal per formar placa de circuit flexible. Ja sigui làser CO2 o làser DPSS, el material es pot processar en qualsevol forma després d’enfocar. Dispara el raig làser enfocat a qualsevol lloc de la superfície de la peça instal·lant un mirall al galvanòmetre, després realitza el control numèric per ordinador (CNC) al galvanòmetre mitjançant la tecnologia d’escaneig vectorial i fa gràfics de tall amb l’ajut del programari CAD / CAM. Aquesta “eina suau” pot controlar fàcilment el làser en temps real quan es canvia el disseny. Ajustant la contracció de la llum i diverses eines de tall, el processament làser pot reproduir amb precisió els gràfics de disseny, que és un altre avantatge important.

L’exploració vectorial pot tallar substrats com la pel·lícula de poliimida, tallar tot el circuit o eliminar una àrea de la placa de circuit, com ara una ranura o un bloc. En el procés de processament i conformació, el feix làser sempre s’encén quan el mirall escaneja tota la superfície de processament, que és oposada al procés de perforació. Durant la perforació, el làser s’encén només després de fixar el mirall a cada posició de perforació div>

secció

La “llesca” a l’argot és el procés d’eliminar una capa de material d’una altra amb un làser. Aquest procés és més adequat per al làser. La mateixa tecnologia d’escaneig vectorial es pot utilitzar per eliminar el dielèctric i exposar el coixinet conductor a continuació. En aquest moment, l’alta precisió del processament làser reflecteix de nou grans beneficis. Atès que els rajos làser FIR es reflectiran amb una làmina de coure, normalment s’utilitza làser CO2.

forat

Tot i que alguns llocs encara utilitzen perforacions mecàniques, estampació o gravat de plasma per formar micro forats, la perforació làser segueix sent el mètode de formació de forats micro més utilitzat de la placa de circuit flexible, principalment per la seva alta productivitat, gran flexibilitat i llarg temps de funcionament normal .

Les perforacions i estampats mecànics adopten broques i matrius d’alta precisió, que es poden fabricar a la placa de circuits flexibles amb un diàmetre de prop de 250 μ M, però aquests dispositius d’alta precisió són molt cars i tenen una vida útil relativament curta. A causa de la placa de circuit flexible d’alta densitat, la proporció d’obertura necessària és de 250 μ M és petita, de manera que no es prefereix la perforació mecànica.

L’aiguafort de plasma es pot utilitzar en un substrat de pel·lícula de poliimida de 50 μ M de gruix amb una mida inferior a 100 μ M, però la inversió en equips i el cost del procés són bastant elevats i el cost de manteniment del procés de gravat de plasma també és molt alt, especialment els costos relacionats a alguns tractaments i consumibles de residus químics. A més, el gravat de plasma triga bastant temps a fer micro vies consistents i fiables quan s’estableix un nou procés. L’avantatge d’aquest procés és l’alta fiabilitat. S’informa que la taxa qualificada de micro via és del 98%. Per tant, l’aiguafort de plasma encara té un cert mercat en div> d’equips mèdics i aviónics

En canvi, la fabricació de micro vias mitjançant làser és un procés senzill i de baix cost. La inversió en equips làser és molt baixa i el làser és una eina sense contacte. A diferència de la perforació mecànica, hi haurà un cost de reemplaçament d’eines. A més, els làsers moderns segellats de CO2 i uv-dpss no necessiten manteniment, cosa que pot minimitzar el temps d’inactivitat i millorar considerablement la productivitat.

El mètode de generació de micro vias en una placa de circuit flexible és el mateix que en una placa rígida, però cal canviar alguns paràmetres importants del làser a causa de la diferència de substrat i gruix. Els làsers segellats de CO2 i uv-dpss poden utilitzar la mateixa tecnologia d’escaneig vectorial que el modelat per perforar directament a la placa de circuit flexible. L’única diferència és que el programari d’aplicació de perforació apagarà el làser durant l’exploració del mirall d’escaneig d’una micro via a una altra. El raig làser no s’encendrà fins que no arribi a una altra posició de perforació. Per tal de fer el forat perpendicular a la superfície del substrat de la placa de circuit flexible, el feix làser ha de brillar verticalment sobre el substrat de la placa de circuit, cosa que es pot aconseguir mitjançant un sistema de lent telecèntric entre el mirall d’escaneig i el substrat (figura 2). ) div>

Forats perforats a Kapton mitjançant làser UV

El làser de CO2 també pot utilitzar la tecnologia de màscares conformes per perforar micro vies. Quan s’utilitza aquesta tecnologia, la superfície de coure s’utilitza com a màscara, els forats s’hi graven mitjançant un mètode de gravat d’impressió ordinari i, a continuació, s’irradia el feix làser de CO2 als forats de la làmina de coure per eliminar els materials dielèctrics exposats.

Les micro vias també es poden fer utilitzant làser excimer mitjançant el mètode de màscara de projecció. Aquesta tecnologia ha de mapar la imatge d’una micro via o tota la matriu micro via al substrat i, a continuació, el feix làser excimer irradia la màscara per mapar la imatge de la màscara a la superfície del substrat, per tal de perforar el forat. La qualitat de la perforació per làser excimer és molt bona. Els seus desavantatges són la baixa velocitat i l’alt cost.

La selecció del làser, tot i que el tipus de làser per processar la placa de circuit flexible és el mateix que per al processament de PCB rígids, la diferència de material i gruix afectarà molt els paràmetres i la velocitat de processament. De vegades es poden utilitzar làser excimer i làser CO2 de gas excitat transversal (te), però aquests dos mètodes tenen una velocitat lenta i un cost de manteniment elevat, que limiten la millora de la productivitat. En comparació, els làsers CO2 i uv-dpss són àmpliament utilitzats, ràpids i de baix cost, de manera que s’utilitzen principalment en la fabricació i processament de micro vias de plaques de circuits flexibles.

Diferent del làser de CO2 de flux de gas, làser de CO2 segellat （http://www.auto-alt.cn） La tecnologia d’alliberament de blocs s’adopta per limitar la barreja de gas làser a la cavitat del làser especificada per dues plaques d’elèctrodes rectangulars. La cavitat del làser està segellada durant tota la vida útil (normalment uns 2 ~ 3 anys). La cavitat làser segellada té una estructura compacta i no necessita intercanvi d’aire. El cap làser pot funcionar contínuament durant més de 25000 hores sense manteniment. El major avantatge del disseny del segellat és que pot generar impulsos ràpids. Per exemple, el làser d’alliberament de blocs pot emetre impulsos d’alta freqüència (100kHz) amb un pic de potència d’1.5KW. Amb alta potència de freqüència i alta, es pot realitzar un mecanitzat ràpid sense cap degradació tèrmica div>

El làser UV-dpss és un dispositiu d’estat sòlid que aspira contínuament la vareta de cristall de vanadat de neodimi (Nd: YVO4) amb una matriu de díodes làser. Genera la sortida d’impulsos mitjançant un interruptor Q acústic-òptic i utilitza el tercer generador de cristalls harmònics per canviar la sortida del làser Nd: YVO4 de 1064nm & nbsp; La longitud d’ona bàsica IR es redueix a 355 nm de longitud d’ona UV. Generalment 355 nm </ div>

La potència mitjana de sortida del làser uv-dpss a una freqüència nominal de repetició de pols de 20 kHz és superior a 3W div>

Làser UV-dpss

Tant el dielèctric com el coure poden absorbir fàcilment el làser uv-dpss amb una longitud d’ona de sortida de 355 nm. El làser UV-dpss té un punt de llum més petit i una potència de sortida menor que el làser de CO2. En el procés de processament dielèctric, el làser uv-dpss sol utilitzar-se per a petites dimensions (menys del 50%) μ m). Per tant, el diàmetre inferior a 50 s’ha de processar sobre el substrat de la placa de circuit flexible d’alta densitat , utilitzar làser UV és molt ideal. Ara hi ha un làser uv-dpss d’alta potència, que pot augmentar la velocitat de processament i perforació del làser uv-dpss div>

L’avantatge del làser uv-dpss és que quan els seus fotons UV d’alta energia brillen a la majoria de capes superficials no metàl·liques, poden trencar directament l’enllaç de les molècules, suavitzar l’avantguarda amb un procés de litografia “fred” i minimitzar el grau de dany tèrmic i abrasador. Per tant, el micro tall UV és adequat per a ocasions amb molta demanda on el post-tractament és impossible o div> innecessari

Làser de CO2 (alternatives d’automatització)

El làser de CO2 segellat pot emetre una longitud d’ona de 10.6 μ M o 9.4 μ M de làser FIR, tot i que les dues longituds d’ona són fàcils d’absorbir per dielèctrics com el substrat de pel·lícula de poliimida, la investigació demostra que 9.4 μ L’efecte de la longitud d’ona M que processa aquest tipus de material és molt millor. Dielèctric 9.4 μ El coeficient d’absorció de la longitud d’ona M és superior, millor que 10.6 per perforar o tallar materials de longitud d’ona μ M ràpidament. El làser de nou punts quatre μ M no només té avantatges evidents en la perforació i el tall, sinó que també té un efecte de tallat excepcional. Per tant, l’ús de làser de longitud d’ona més curta pot millorar la productivitat i la qualitat.

En termes generals, la longitud d’ona de l’avet és fàcilment absorbida pels dielèctrics, però el coure la reflectirà. Per tant, la majoria dels làsers de CO2 s’utilitzen per al processament dielèctric, l’emmotllament, el tallat i la delaminació de substrats i laminats dielèctrics. Com que la potència de sortida del làser CO2 és superior a la del làser DPSS, en la majoria dels casos s’utilitza làser CO2 per processar dielèctrics. El làser CO2 i el làser uv-dpss s’utilitzen sovint junts. Per exemple, quan es perforin micro vias, primer traieu la capa de coure amb làser DPSS i, a continuació, realitzeu forats ràpids a la capa dielèctrica amb làser de CO2 fins que aparegui la següent capa revestida de coure i, a continuació, repetiu el procés.

Com que la longitud d’ona del mateix làser UV és molt curta, el punt de llum emès pel làser UV és més fi que el del làser de CO2, però en algunes aplicacions, el punt de llum de gran diàmetre produït pel làser de CO2 és més útil que el làser uv-dpss. Per exemple, tallar materials de gran superfície com ranures i blocs o perforar forats grans (diàmetre superior a 50) μ m) Es necessita menys temps per processar amb làser de CO2. En termes generals, la relació d’obertura és de 50 μ Quan m és gran, el processament del làser de CO2 és més adequat i l’obertura és inferior a 50 μ M, l’efecte del làser uv-dpss és millor.