Aplicación de la tecnología de procesamiento láser en placa de circuito flexible

La placa de circuito flexible de alta densidad es una parte de toda la placa de circuito flexible, que generalmente se define como el espacio entre líneas de menos de 200 μ M o micro a través de una placa de circuito flexible de menos de 250 μ M. La placa de circuito flexible de alta densidad tiene una amplia gama de aplicaciones, como telecomunicaciones, computadoras, circuitos integrados y equipos médicos. Con el objetivo de analizar las propiedades especiales de los materiales de las placas de circuitos flexibles, este documento presenta algunos problemas clave que deben tenerse en cuenta en el procesamiento láser de placas de circuitos flexibles de alta densidad y microperforación p>

Las características únicas de la placa de circuito flexible la convierten en una alternativa a la placa de circuito rígida y al esquema de cableado tradicional en muchas ocasiones. Al mismo tiempo, también promueve el desarrollo de muchos campos nuevos. La parte de FPC de más rápido crecimiento es la línea de conexión interna de la unidad de disco duro (HDD) de la computadora. El cabezal magnético del disco duro se moverá hacia adelante y hacia atrás en el disco giratorio para escanear, y el circuito flexible se puede usar para reemplazar el cable para realizar la conexión entre el cabezal magnético móvil y la placa de circuito de control. Los fabricantes de discos duros aumentan la producción y reducen los costos de montaje mediante una tecnología denominada “placa flexible suspendida” (FOS). Además, la tecnología de suspensión inalámbrica tiene una mejor resistencia sísmica y puede mejorar la confiabilidad del producto. Otra placa de circuito flexible de alta densidad utilizada en el disco duro es la flexión de interposición, que se utiliza entre la suspensión y el controlador.

El segundo campo en crecimiento de FPC es el nuevo empaquetado de circuitos integrados. Los circuitos flexibles se utilizan en empaquetado a nivel de chip (CSP), módulo de chip múltiple (MCM) y chip en placa de circuito flexible (COF). Entre ellos, el circuito interno CSP tiene un mercado enorme, ya que se puede utilizar en dispositivos semiconductores y memoria flash, y es ampliamente utilizado en tarjetas PCMCIA, unidades de disco, asistentes digitales personales (PDA), teléfonos móviles, buscapersonas Cámara digital y cámara digital. . Además, la pantalla de cristal líquido (LCD), el interruptor de película de poliéster y el cartucho de impresora de inyección de tinta son otros tres campos de aplicación de alto crecimiento de la placa de circuito flexible de alta densidad.

El potencial de mercado de la tecnología de línea flexible en dispositivos portátiles (como teléfonos móviles) es muy grande, lo cual es muy natural, porque estos dispositivos requieren un volumen pequeño y un peso ligero para satisfacer las necesidades de los consumidores; Además, las últimas aplicaciones de tecnología flexible incluyen pantallas planas y dispositivos médicos, que los diseñadores pueden utilizar para reducir el volumen y el peso de productos como audífonos e implantes humanos.

El enorme crecimiento en los campos anteriores ha llevado a un aumento en la producción global de placas de circuitos flexibles. Por ejemplo, se espera que el volumen de ventas anual de discos duros alcance los 345 millones de unidades en 2004, casi el doble que en 1999, y el volumen de ventas de teléfonos móviles en 2005 se estima conservadoramente en 600 millones de unidades. Estos aumentos conducen a un aumento anual del 35% en la producción de placas de circuitos flexibles de alta densidad, alcanzando los 3.5 millones de metros cuadrados en 2002. Esta alta demanda de producción requiere tecnología de procesamiento eficiente y de bajo costo, y la tecnología de procesamiento láser es una de ellas. .

El láser tiene tres funciones principales en el proceso de fabricación de la placa de circuito flexible: procesamiento y conformado (corte y corte), rebanado y taladrado. Como herramienta de mecanizado sin contacto, el láser se puede utilizar en un foco muy pequeño (100 ~ 500) μ m) Se aplica energía de luz de alta intensidad (650 MW / mm2) al material. Esta alta energía se puede utilizar para cortar, perforar, marcar, soldar, marcar y otros procesos. La velocidad y la calidad de procesamiento están relacionadas con las propiedades del material procesado y las características del láser utilizado, como la longitud de onda, la densidad de energía, la potencia máxima, el ancho de pulso y la frecuencia. El procesamiento de la placa de circuito flexible utiliza láseres ultravioleta (UV) e infrarrojo lejano (FIR). El primero suele utilizar láseres de estado sólido (uv-dpss) bombeados por excímeros o diodos UV, mientras que el segundo generalmente utiliza láseres de CO2 sellados div>

La tecnología de escaneo vectorial utiliza una computadora para controlar el espejo equipado con medidor de flujo y software CAD / CAM para generar gráficos de corte y perforación, y usa un sistema de lentes telecéntricos para garantizar que el láser brille verticalmente sobre la superficie de la pieza de trabajo </ div>

Perforación láser El procesamiento tiene alta precisión y amplia aplicación. Es una herramienta ideal para formar placas de circuitos flexibles. Ya sea láser de CO2 o láser DPSS, el material se puede procesar en cualquier forma después de enfocar. Dispara el rayo láser enfocado en cualquier lugar de la superficie de la pieza de trabajo instalando un espejo en el galvanómetro, luego lleva a cabo un control numérico por computadora (CNC) en el galvanómetro usando tecnología de escaneo vectorial y hace gráficos de corte con la ayuda del software CAD / CAM. Esta “herramienta suave” puede controlar fácilmente el láser en tiempo real cuando se cambia el diseño. Al ajustar la contracción de la luz y varias herramientas de corte, el procesamiento láser puede reproducir con precisión los gráficos de diseño, que es otra ventaja significativa.

El escaneo vectorial puede cortar sustratos como una película de poliimida, cortar todo el circuito o eliminar un área de la placa de circuito, como una ranura o un bloque. En el proceso de procesamiento y formación, el rayo láser siempre se enciende cuando el espejo escanea toda la superficie de procesamiento, lo que es opuesto al proceso de perforación. Durante la perforación, el láser se enciende solo después de que el espejo se fija en cada posición de perforación div>

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“Cortar” en la jerga es el proceso de quitar una capa de material de otra con un láser. Este proceso es más adecuado para láser. Se puede utilizar la misma tecnología de escaneo vectorial para eliminar el dieléctrico y exponer la almohadilla conductora que se encuentra debajo. En este momento, la alta precisión del procesamiento láser refleja una vez más grandes beneficios. Dado que los rayos láser FIR se reflejarán en una lámina de cobre, el láser de CO2 generalmente se usa aquí.

taladro

Aunque en algunos lugares todavía se utiliza perforación mecánica, estampado o grabado con plasma para formar microagujeros pasantes, la perforación con láser sigue siendo el método de formación de microagujeros pasantes más utilizado en la placa de circuito flexible, principalmente debido a su alta productividad, gran flexibilidad y largo tiempo de funcionamiento normal. .

La perforación y el estampado mecánicos adoptan brocas y troqueles de alta precisión, que se pueden hacer en la placa de circuito flexible con un diámetro de casi 250 μ M, pero estos dispositivos de alta precisión son muy costosos y tienen una vida útil relativamente corta. Debido a la placa de circuito flexible de alta densidad, la relación de apertura requerida es de 250 μ M es pequeña, por lo que no se favorece la perforación mecánica.

El grabado con plasma se puede utilizar con un sustrato de película de poliimida de 50 μ M de espesor con un tamaño inferior a 100 μ M, pero la inversión del equipo y el costo del proceso son bastante altos, y el costo de mantenimiento del proceso de grabado con plasma también es muy alto, especialmente los costos relacionados a algunos tratamientos de residuos químicos y consumibles. Además, se necesita bastante tiempo para que el grabado con plasma produzca microvías consistentes y confiables al establecer un nuevo proceso. La ventaja de este proceso es la alta fiabilidad. Se informa que la tasa calificada de micro vía es del 98%. Por lo tanto, el grabado con plasma todavía tiene un cierto mercado en equipos médicos y de aviónica div>

Por el contrario, la fabricación de microvías por láser es un proceso simple y de bajo costo. La inversión en equipos láser es muy baja y el láser es una herramienta sin contacto. A diferencia de la perforación mecánica, habrá un alto costo de reemplazo de la herramienta. Además, los modernos láseres sellados de CO2 y uv-dpss no requieren mantenimiento, lo que puede minimizar el tiempo de inactividad y mejorar en gran medida la productividad.

El método para generar microvías en una placa de circuito flexible es el mismo que en una PCB rígida, pero es necesario cambiar algunos parámetros importantes del láser debido a la diferencia de sustrato y grosor. Los láseres sellados de CO2 y uv-dpss pueden usar la misma tecnología de escaneo vectorial que la moldura para perforar directamente en la placa de circuito flexible. La única diferencia es que el software de la aplicación de perforación apagará el láser durante el escaneo del espejo de un micro a otro. El rayo láser no se encenderá hasta que alcance otra posición de perforación. Para hacer el orificio perpendicular a la superficie del sustrato de la placa de circuito flexible, el rayo láser debe brillar verticalmente sobre el sustrato de la placa de circuito, lo que se puede lograr mediante el uso de un sistema de lentes telecéntricas entre el espejo de escaneo y el sustrato (Fig.2 ) div>

Agujeros perforados en Kapton con láser UV

El láser de CO2 también puede utilizar tecnología de máscara conformada para perforar microvías. Cuando se usa esta tecnología, la superficie de cobre se usa como una máscara, los agujeros se graban en ella mediante el método de grabado de impresión ordinario, y luego se irradia el rayo láser de CO2 en los agujeros de la lámina de cobre para eliminar los materiales dieléctricos expuestos.

También se pueden realizar microvías mediante el uso de láser excimer mediante el método de máscara de proyección. Esta tecnología necesita mapear la imagen de una micro vía o toda la matriz de micro vía al sustrato, y luego el rayo láser excímero irradia la máscara para mapear la imagen de la máscara a la superficie del sustrato, para perforar el orificio. La calidad de la perforación con láser excimer es muy buena. Sus desventajas son la baja velocidad y el alto costo.

Selección de láser, aunque el tipo de láser para procesar placas de circuito flexible es el mismo que para procesar PCB rígidos, la diferencia de material y grosor afectará en gran medida los parámetros y la velocidad de procesamiento. A veces se pueden utilizar láser excimer y láser de CO2 de gas excitado transversal (té), pero estos dos métodos tienen una velocidad lenta y un alto costo de mantenimiento, lo que limita la mejora de la productividad. En comparación, los láseres de CO2 y uv-dpss son ampliamente utilizados, rápidos y de bajo costo, por lo que se utilizan principalmente en la fabricación y procesamiento de microvías de placas de circuitos flexibles.

A diferencia del láser de CO2 de flujo de gas, el láser de CO2 sellado （http://www.auto-alt.cn） La tecnología de liberación de bloque se adopta para limitar la mezcla de gas del láser a la cavidad del láser especificada por dos placas de electrodo rectangulares. La cavidad del láser se sella durante toda la vida útil (normalmente entre 2 y 3 años). La cavidad láser sellada tiene una estructura compacta y no necesita intercambio de aire. El cabezal láser puede funcionar de forma continua durante más de 25000 horas sin mantenimiento. La mayor ventaja del diseño de sellado es que puede generar pulsos rápidos. Por ejemplo, el láser de liberación de bloque puede emitir pulsos de alta frecuencia (100 kHz) con un pico de potencia de 1.5 kW. Con alta frecuencia y alta potencia pico, se puede realizar un mecanizado rápido sin ninguna degradación térmica div>

El láser uv-dpss es un dispositivo de estado sólido que succiona continuamente una varilla de cristal de vanadato de neodimio (Nd: YVO4) con una matriz de diodos láser. Genera una salida de pulsos mediante un interruptor Q acústico-óptico y utiliza el generador de cristal del tercer armónico para cambiar la salida del láser Nd: YVO4 de 1064 nm & nbsp; La longitud de onda básica de IR se reduce a 355 nm de longitud de onda de UV. Generalmente 355 nm </ div>

La potencia de salida media del láser uv-dpss a una tasa de repetición de pulso nominal de 20 kHz es superior a 3 W div>

Láser uv-dpss

Tanto el dieléctrico como el cobre pueden absorber fácilmente el láser uv-dpss con una longitud de onda de salida de 355 nm. El láser uv-dpss tiene un punto de luz más pequeño y una potencia de salida más baja que el láser de CO2. En el proceso de procesamiento dieléctrico, el láser uv-dpss generalmente se usa para tamaños pequeños (menos del 50%) μ m) Por lo tanto, el diámetro inferior a 50 debe procesarse en el sustrato de una placa de circuito flexible de alta densidad μ M micro vía , el uso de láser UV es muy ideal. Ahora hay un láser uv-dpss de alta potencia, que puede aumentar la velocidad de procesamiento y perforación del láser uv-dpss div>

La ventaja del láser uv-dpss es que cuando sus fotones UV de alta energía brillan en la mayoría de las capas superficiales no metálicas, pueden romper directamente el enlace de las moléculas, suavizar el filo con un proceso de litografía en “frío” y minimizar el grado de Daños térmicos y quemaduras. Por lo tanto, el microcorte UV es adecuado para ocasiones de alta demanda en las que el postratamiento es imposible o una división innecesaria.

Láser de CO2 (alternativas de automatización)

El láser de CO2 sellado puede emitir una longitud de onda de láser FIR de 10.6 μ M o 9.4 μ M, aunque ambas longitudes de onda son fáciles de absorber por dieléctricos como el sustrato de película de poliimida, la investigación muestra que 9.4 μ El efecto de la longitud de onda M procesa este tipo de material es mucho mejor. Dieléctrico 9.4 μ El coeficiente de absorción de la longitud de onda M es mayor, que es mejor que 10.6 para perforar o cortar materiales μ M de longitud de onda rápida. El láser de nueve puntos y cuatro μ M no solo tiene ventajas obvias en la perforación y el corte, sino que también tiene un efecto de corte excepcional. Por lo tanto, el uso de láser de longitud de onda más corta puede mejorar la productividad y la calidad.

En términos generales, los dieléctricos absorben fácilmente la longitud de onda del abeto, pero el cobre la refleja. Por lo tanto, la mayoría de los láseres de CO2 se utilizan para el procesamiento dieléctrico, el moldeado, el corte y la delaminación de sustratos y laminados dieléctricos. Debido a que la potencia de salida del láser de CO2 es mayor que la del láser DPSS, el láser de CO2 se utiliza para procesar dieléctrico en la mayoría de los casos. El láser de CO2 y el láser uv-dpss se utilizan a menudo juntos. Por ejemplo, al perforar microvías, primero retire la capa de cobre con láser DPSS y luego rápidamente taladre agujeros en la capa dieléctrica con láser de CO2 hasta que aparezca la siguiente capa de cobre revestido y luego repita el proceso.

Debido a que la longitud de onda del láser UV en sí es muy corta, el punto de luz emitido por el láser UV es más fino que el del láser de CO2, pero en algunas aplicaciones, el punto de luz de gran diámetro producido por el láser de CO2 es más útil que el láser uv-dpss. Por ejemplo, corte materiales de áreas grandes como ranuras y bloques o perfore orificios grandes (diámetro superior a 50) μ m) Se necesita menos tiempo para procesar con láser de CO2. En términos generales, la relación de apertura es de 50 μ. Cuando m es grande, el procesamiento con láser de CO2 es más apropiado y la apertura es inferior a 50 μ M, el efecto del láser uv-dpss es mejor.