Application of laser processing technology in flexible Leiterplatte

Die flexible Leiterplatte mit hoher Dichte ist ein Teil der gesamten flexiblen Leiterplatte, die im Allgemeinen als der Linienabstand von weniger als 200 μM oder Mikrodurchkontaktierungen von weniger als 250 μM flexible Leiterplatten definiert ist. Flexible Leiterplatten mit hoher Dichte haben ein breites Anwendungsspektrum, wie Telekommunikation, Computer, integrierte Schaltkreise und medizinische Geräte. Mit Blick auf die besonderen Eigenschaften von flexiblen Leiterplattenmaterialien stellt dieser Beitrag einige Schlüsselprobleme vor, die bei der Laserbearbeitung von hochdichten flexiblen Leiterplatten und Mikro-Durchgangsbohrungen zu berücksichtigen sind p>

The unique characteristics of flexible circuit board make it an alternative to rigid circuit board and traditional wiring scheme in many occasions. At the same time, it also promotes the development of many new fields. The fastest growing part of FPC is the internal connection line of computer hard disk drive (HDD). The magnetic head of the hard disk shall move back and forth on the rotating disk for scanning, and the flexible circuit can be used to replace the wire to realize the connection between the mobile magnetic head and the control circuit board. Hard disk manufacturers increase production and reduce assembly costs through a technology called “suspended flexible plate” (FOS). In addition, wireless suspension technology has better seismic resistance and can improve product reliability. Another high-density flexible circuit board used in hard disk is interposer flex, which is used between suspension and controller.

The second growing field of FPC is new integrated circuit packaging. Flexible circuits are used in chip level packaging (CSP), multi chip module (MCM) and chip on flexible circuit board (COF). Among them, CSP internal circuit has a huge market, because it can be used in semiconductor devices and flash memory, and is widely used in PCMCIA cards, disk drives, personal digital assistants (PDAs), mobile phones, pagers Digital camera and digital camera. In addition, liquid crystal display (LCD), polyester film switch and ink-jet printer cartridge are other three high growth application fields of high-density flexible circuit board\

Das Marktpotenzial der flexiblen Leitungstechnologie in tragbaren Geräten (wie Mobiltelefonen) ist sehr groß, was ganz natürlich ist, da diese Geräte ein geringes Volumen und ein geringes Gewicht erfordern, um die Bedürfnisse der Verbraucher zu erfüllen; Darüber hinaus umfassen die neuesten Anwendungen flexibler Technologie Flachbildschirme und medizinische Geräte, die von Designern verwendet werden können, um das Volumen und das Gewicht von Produkten wie Hörgeräten und menschlichen Implantaten zu reduzieren.

Das enorme Wachstum in den oben genannten Bereichen hat zu einem Anstieg der weltweiten Produktion von flexiblen Leiterplatten geführt. So wird beispielsweise der Jahresabsatz von Festplatten im Jahr 345 mit 2004 Millionen Stück fast doppelt so hoch wie 1999, und der Absatz von Mobiltelefonen im Jahr 2005 konservativ auf 600 Millionen Stück geschätzt. Diese Steigerungen führen zu einer jährlichen Steigerung der Produktion von hochdichten flexiblen Leiterplatten um 35 % auf 3.5 Millionen Quadratmeter im Jahr 2002. Ein solch hoher Produktionsbedarf erfordert eine effiziente und kostengünstige Verarbeitungstechnologie, und die Laserverarbeitungstechnologie ist eine davon .

Laser has three main functions in the manufacturing process of flexible circuit board: processing and forming (cutting and cutting), slicing and drilling. As a non-contact machining tool, laser can be used in a very small focus (100 ~ 500) μ m) High intensity light energy (650MW / mm2) is applied to the material. Such high energy can be used for cutting, drilling, marking, welding, marking and other processing. The processing speed and quality are related to the properties of the processed material and the laser characteristics used, such as wavelength, energy density, peak power, pulse width and frequency. The processing of flexible circuit board uses ultraviolet (UV) and far infrared (FIR) lasers. The former usually uses excimer or UV diode pumped solid-state (uv-dpss) lasers, while the latter generally uses sealed CO2 lasers div>

Die Vektor-Scantechnologie verwendet einen Computer zur Steuerung des Spiegels, der mit einem Durchflussmesser und einer CAD / CAM-Software ausgestattet ist, um Schneid- und Bohrgrafiken zu generieren, und verwendet ein telezentrisches Linsensystem, um sicherzustellen, dass der Laser vertikal auf die Werkstückoberfläche strahlt < / div >

Laserbohren Verarbeitung hat hohe Präzision und breite Anwendung. Es ist ein ideales Werkzeug zum Formen flexibler Leiterplatten. Ob CO2-Laser oder DPSS-Laser, das Material lässt sich nach dem Fokussieren in jede beliebige Form bearbeiten. Es schießt den fokussierten Laserstrahl an eine beliebige Stelle auf der Werkstückoberfläche, indem es einen Spiegel auf dem Galvanometer installiert, führt dann die Computer Numerical Control (CNC) auf dem Galvanometer durch die Vektorscanning-Technologie durch und erstellt Schneidgrafiken mit Hilfe von CAD / CAM-Software. Dieses „weiche Werkzeug“ kann den Laser einfach in Echtzeit steuern, wenn das Design geändert wird. Durch die Anpassung der Lichtschrumpfung und verschiedener Schneidwerkzeuge kann die Laserbearbeitung die Designgrafiken genau reproduzieren, was ein weiterer wesentlicher Vorteil ist.

Vector scanning can cut substrates such as polyimide film, cut out the whole circuit or remove an area on the circuit board, such as a slot or a block. In the process of processing and forming, the laser beam is always turned on when the mirror scans the whole processing surface, which is opposite to the drilling process. During drilling, the laser is turned on only after the mirror is fixed at each drilling position div>

Abschnitt

“Slicing” in jargon is the process of removing one layer of material from another with a laser. This process is more suitable for laser. The same vector scanning technology can be used to remove the dielectric and expose the conductive pad below. At this time, the high precision of laser processing once again reflects great benefits. Since FIR laser rays will be reflected by copper foil, CO2 laser is usually used here.

Bohrloch

Obwohl an einigen Orten noch mechanisches Bohren, Stanzen oder Plasmaätzen verwendet wird, um Mikro-Durchgangslöcher zu bilden, ist das Laserbohren immer noch das am weitesten verbreitete Verfahren zur Bildung von Mikro-Durchgangslöchern für flexible Leiterplatten, hauptsächlich wegen seiner hohen Produktivität, starken Flexibilität und langen normalen Betriebszeit .

Beim mechanischen Bohren und Stanzen werden hochpräzise Bohrer und Matrizen verwendet, die auf der flexiblen Leiterplatte mit einem Durchmesser von fast 250 µm hergestellt werden können, jedoch sind diese hochpräzisen Geräte sehr teuer und haben eine relativ kurze Lebensdauer. Aufgrund der hochdichten flexiblen Leiterplatte ist das erforderliche Öffnungsverhältnis mit 250 μM klein, sodass mechanisches Bohren nicht begünstigt wird.

Plasma etching can be used at 50 μ M thick polyimide film substrate with a size less than 100 μ M, but the equipment investment and process cost are quite high, and the maintenance cost of plasma etching process is also very high, especially the costs related to some chemical waste treatment and consumables. In addition, it takes quite a long time for plasma etching to make consistent and reliable micro vias when establishing a new process. The advantage of this process is high reliability. It is reported that the qualified rate of micro via is 98%. Therefore, plasma etching still has a certain market in medical and avionics equipment div>

In contrast, the fabrication of micro vias by laser is a simple and low-cost process. The investment of laser equipment is very low, and laser is a non-contact tool. Unlike mechanical drilling, there will be an expensive tool replacement cost. In addition, modern sealed CO2 and uv-dpss lasers are maintenance free, which can minimize downtime and greatly improve productivity.

Das Verfahren zum Erzeugen von Mikrovias auf flexiblen Leiterplatten ist das gleiche wie auf starren Leiterplatten, jedoch müssen einige wichtige Parameter des Lasers aufgrund des Unterschieds von Substrat und Dicke geändert werden. Versiegelte CO2- und UV-dpss-Laser können die gleiche Vektor-Scan-Technologie wie beim Formen verwenden, um direkt auf der flexiblen Leiterplatte zu bohren. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Bohranwendungssoftware den Laser während des Scanning-Spiegels von einem Mikro zum anderen abschaltet. Der Laserstrahl wird erst eingeschaltet, wenn er eine andere Bohrposition erreicht. Um das Loch senkrecht zur Oberfläche des flexiblen Leiterplattensubstrats zu machen, muss der Laserstrahl senkrecht auf das Leiterplattensubstrat strahlen, was durch die Verwendung eines telezentrischen Linsensystems zwischen Scanspiegel und Substrat erreicht werden kann (Abb. 2 ) div>

Holes drilled on Kapton using UV laser

CO2 laser can also use conformal mask technology to drill micro vias. When using this technology, the copper surface is used as a mask, the holes are etched on it by ordinary printing etching method, and then the CO2 laser beam is irradiated on the holes of the copper foil to remove the exposed dielectric materials.

Micro vias can also be made by using excimer laser through the method of projection mask. This technology needs to map the image of a micro via or the whole micro via array to the substrate, and then the excimer laser beam irradiates the mask to map the mask image to the substrate surface, so as to drill the hole. The quality of excimer laser drilling is very good. Its disadvantages are low speed and high cost.

Laserauswahl Obwohl der Lasertyp für die Bearbeitung von flexiblen Leiterplatten derselbe ist wie für die Bearbeitung von starren Leiterplatten, beeinflusst der Unterschied in Material und Dicke die Bearbeitungsparameter und -geschwindigkeit stark. Manchmal können ein Excimer-Laser und ein transversal angeregter Gas-(Tee)-CO2-Laser verwendet werden, aber diese beiden Verfahren haben eine langsame Geschwindigkeit und hohe Wartungskosten, was die Verbesserung der Produktivität begrenzt. Im Vergleich dazu sind CO2- und UV-dpss-Laser weit verbreitet, schnell und kostengünstig, so dass sie hauptsächlich bei der Herstellung und Verarbeitung von Mikrovias von flexiblen Leiterplatten verwendet werden.

Different from gas flow CO2 laser, sealed CO2 laser（ http://www.auto-alt.cn ）The block release technology is adopted to limit the laser gas mixture to the laser cavity specified by two rectangular electrode plates. The laser cavity is sealed during the whole service life (usually about 2 ~ 3 years). The sealed laser cavity has compact structure and does not need air exchange. The laser head can work continuously for more than 25000 hours without maintenance. The biggest advantage of the sealing design is that it can generate fast pulses. For example, the block release laser can emit high-frequency (100kHz) pulses with a power peak of 1.5KW. With high frequency and high peak power, rapid machining can be carried out without any thermal degradation div>

Uv-dpss laser is a solid-state device that continuously sucks neodymium vanadate (Nd: YVO4) crystal rod with laser diode array. It generates pulse output by an acousto-optic Q-switch, and uses the third harmonic crystal generator to change the output of Nd: YVO4 laser from 1064nm & nbsp; The IR basic wavelength is reduced to 355 nm UV wavelength. Generally 355nm < / div >

Die durchschnittliche Ausgangsleistung des UV-dpss-Lasers bei einer nominalen Pulswiederholrate von 20 kHz beträgt mehr als 3 W div>

UV-dpss-Laser

Sowohl Dielektrikum als auch Kupfer können UV-dpss-Laser mit einer Ausgangswellenlänge von 355 nm leicht absorbieren. Der UV-dpss-Laser hat einen kleineren Lichtfleck und eine geringere Ausgangsleistung als der CO2-Laser. Bei der dielektrischen Bearbeitung wird normalerweise ein UV-dpss-Laser für kleine Abmessungen (weniger als 50%) μ m) verwendet. Daher sollte der Durchmesser von weniger als 50 auf dem Substrat der hochdichten flexiblen Leiterplatte μ M Mikrovia verarbeitet werden , mit UV-Laser ist sehr ideal. Jetzt gibt es einen leistungsstarken UV-dpss-Laser, der die Bearbeitungs- und Bohrgeschwindigkeit von UV-dpss-Laser div> . erhöhen kann

Der Vorteil des UV-dpss-Lasers besteht darin, dass, wenn seine hochenergetischen UV-Photonen auf die meisten nichtmetallischen Oberflächenschichten leuchten, sie die Molekülbindung direkt aufbrechen, die Schnittkante mit einem „kalten“ Lithografieprozess glätten und den Grad der thermische Schäden und Versengungen. Daher eignet sich das UV-Mikroschneiden für Situationen mit hoher Nachfrage, bei denen eine Nachbehandlung unmöglich oder unnötig ist

CO2-Laser (Automatisierungsalternativen)

Sealed CO2 laser can emit a wavelength of 10.6 μ M or 9.4 μ M FIR laser, although both wavelengths are easy to be absorbed by dielectrics such as polyimide film substrate, the research shows that 9.4 μ The effect of M wavelength processing this kind of material is much better. Dielectric 9.4 μ The absorption coefficient of M wavelength is higher, which is better than 10.6 for drilling or cutting materials μ M wavelength fast. nine point four μ M laser not only has obvious advantages in drilling and cutting, but also has outstanding slicing effect. Therefore, the use of shorter wavelength laser can improve productivity and quality.

Im Allgemeinen wird die Wellenlänge von Tanne leicht von Dielektrika absorbiert, aber von Kupfer zurückreflektiert. Daher werden die meisten CO2-Laser zum dielektrischen Bearbeiten, Formen, Schneiden und Delaminieren von dielektrischen Substraten und Laminaten verwendet. Da die Ausgangsleistung des CO2-Lasers höher ist als die des DPSS-Lasers, wird der CO2-Laser in den meisten Fällen zur Bearbeitung von Dielektrikum verwendet. CO2-Laser und UV-dpss-Laser werden oft zusammen verwendet. Entfernen Sie beispielsweise beim Bohren von Mikrovias zuerst die Kupferschicht mit einem DPSS-Laser und bohren Sie dann schnell mit einem CO2-Laser Löcher in die dielektrische Schicht, bis die nächste kupferplattierte Schicht erscheint, und wiederholen Sie dann den Vorgang.

Because the wavelength of UV laser itself is very short, the light spot emitted by UV laser is finer than that of CO2 laser, but in some applications, the large-diameter light spot produced by CO2 laser is more useful than uv-dpss laser. For example, cut large area materials such as grooves and blocks or drill large holes (diameter greater than 50) μ m) It takes less time to process with CO2 laser. Generally speaking, the aperture ratio is 50 μ When m is large, CO2 laser processing is more appropriate, and the aperture is less than 50 μ M, the effect of uv-dpss laser is better.