کاربرد فناوری پردازش لیزری در برد مدار انعطاف پذیر

برد مدار انعطاف پذیر با چگالی بالا بخشی از کل برد مدار انعطاف پذیر است که عموماً به عنوان فاصله بین خطوط کمتر از 200 میکرومولار یا میکرو از طریق برد مدار انعطاف پذیر کمتر از 250 میکرومتر تعریف می شود. برد مدار انعطاف پذیر با چگالی بالا دارای طیف وسیعی از کاربردها مانند مخابرات ، کامپیوتر ، مدارهای مجتمع و تجهیزات پزشکی است. این مقاله با هدف خواص ویژه مواد تابلوهای مدار انعطاف پذیر ، برخی از مشکلات کلیدی را که باید در پردازش لیزری برد مدار انعطاف پذیر با چگالی بالا و میکرو از طریق حفاری مورد توجه قرار گیرد ، معرفی می کند.

ویژگی های منحصر به فرد برد مدار انعطاف پذیر ، آن را به جایگزینی برای مدار سخت و طرح سیم کشی سنتی در بسیاری از موارد تبدیل می کند. در عین حال ، توسعه بسیاری از زمینه های جدید را نیز ارتقا می بخشد. سریعترین بخش FPC خط اتصال داخلی هارد دیسک کامپیوتر (HDD) است. سر مغناطیسی هارد دیسک باید برای اسکن به جلو و عقب بر روی دیسک گردان حرکت کند و از مدار انعطاف پذیر می توان برای جایگزینی سیم برای ایجاد ارتباط بین سر مغناطیسی متحرک و برد مدار کنترل استفاده کرد. تولید کنندگان هارد دیسک تولید را افزایش داده و هزینه مونتاژ را از طریق فناوری موسوم به “صفحه انعطاف پذیر معلق” (FOS) کاهش می دهند. علاوه بر این ، فناوری تعلیق بی سیم دارای مقاومت لرزه ای بهتری است و می تواند قابلیت اطمینان محصول را بهبود بخشد. یکی دیگر از مدارهای انعطاف پذیر با چگالی بالا که در هارد دیسک استفاده می شود ، interposer flex است که بین سیستم تعلیق و کنترل کننده استفاده می شود.

دومین زمینه در حال رشد FPC بسته بندی مدارهای مجتمع جدید است. مدارهای انعطاف پذیر در بسته بندی سطح تراشه (CSP) ، ماژول چند تراشه (MCM) و تراشه روی برد مدار انعطاف پذیر (COF) استفاده می شود. از جمله آنها ، مدار داخلی CSP بازار بزرگی دارد ، زیرا می تواند در دستگاه های نیمه هادی و حافظه فلش استفاده شود و به طور گسترده در کارت های PCMCIA ، درایوهای دیسک ، دستیارهای دیجیتال شخصی (PDA) ، تلفن های همراه ، پیجرها دوربین دیجیتال و دوربین دیجیتال استفاده می شود. به علاوه بر این ، صفحه نمایش کریستال مایع (LCD) ، سوئیچ فیلم پلی استر و کارتریج چاپگر جوهر افشان سه زمینه کاربردی دیگر از برد مدار انعطاف پذیر با چگالی بالا هستند.

پتانسیل بازار فناوری خط انعطاف پذیر در دستگاه های قابل حمل (مانند تلفن های همراه) بسیار زیاد است ، که بسیار طبیعی است ، زیرا این دستگاه ها برای برآوردن نیازهای مصرف کنندگان به حجم و وزن کمی نیاز دارند. علاوه بر این ، جدیدترین کاربردهای فناوری انعطاف پذیر شامل صفحه نمایش تخت و دستگاه های پزشکی است که توسط طراحان می تواند حجم و وزن محصولاتی مانند سمعک و کاشت انسان را کاهش دهد.

رشد عظیم در زمینه های فوق منجر به افزایش تولید جهانی تابلوهای مدار انعطاف پذیر شده است. به عنوان مثال ، انتظار می رود حجم فروش سالانه هارد دیسک ها در سال 345 به 2004 میلیون دستگاه برسد ، تقریبا دو برابر سال 1999 ، و حجم فروش تلفن های همراه در سال 2005 به طور محافظه کارانه 600 میلیون واحد تخمین زده می شود. این افزایش ها منجر به افزایش سالانه 35 درصدی تولید تخته های مدار انعطاف پذیر با چگالی بالا می شود و تا سال 3.5 به 2002 میلیون متر مربع می رسد. چنین تقاضای خروجی بالا به فناوری پردازش کارآمد و کم هزینه نیاز دارد و فناوری پردازش لیزری یکی از آنهاست. به

لیزر دارای سه عملکرد اصلی در فرآیند تولید برد مدار انعطاف پذیر است: پردازش و شکل دهی (برش و برش) ، برش و حفاری. به عنوان یک ابزار ماشینکاری بدون تماس ، لیزر را می توان در فوکوس بسیار کوچک (100 ~ 500) میکرومتر استفاده کرد) انرژی نور با شدت بالا (650MW / mm2) به مواد اعمال می شود. چنین انرژی بالایی را می توان برای برش ، حفاری ، علامت گذاری ، جوشکاری ، علامت گذاری و سایر پردازش ها استفاده کرد. سرعت و کیفیت پردازش به خواص مواد پردازش شده و ویژگی های لیزر مورد استفاده مانند طول موج ، چگالی انرژی ، حداکثر قدرت ، عرض و فرکانس پالس مربوط می شود. پردازش برد مدار انعطاف پذیر از لیزرهای فرابنفش (UV) و مادون قرمز دور (FIR) استفاده می کند. اولی معمولاً از لیزرهای حالت جامد (uv-dpss) پمپاژ دیود اکسیمر یا UV استفاده می کند ، در حالی که دومی به طور کلی از لیزرهای CO2 مهر و موم شده div> استفاده می کند.

فناوری اسکن بردار از رایانه برای کنترل آینه مجهز به جریان سنج و نرم افزار CAD / CAM برای ایجاد گرافیک برش و حفاری استفاده می کند و از سیستم لنزهای تله سانتریک برای اطمینان از تابش عمودی لیزر بر روی سطح قطعه کار < / div> استفاده می کند.

حفاری با لیزر پردازش دارای دقت بالا و کاربرد گسترده است. این یک ابزار ایده آل برای تشکیل برد مدار انعطاف پذیر است. لیزر CO2 یا لیزر DPSS ، مواد را می توان پس از تمرکز به هر شکلی پردازش کرد. این دستگاه با نصب یک آینه بر روی گالوانومتر ، پرتو لیزر متمرکز را در هر نقطه از سطح قطعه کار می کند ، سپس با استفاده از فناوری اسکن بردار کنترل کامپیوتری (CNC) را بر روی گالوانومتر انجام می دهد و با کمک نرم افزار CAD / CAM برش گرافیکی را ایجاد می کند. این ابزار نرم می تواند به راحتی لیزر را در زمان تغییر طراحی تغییر دهد. با تنظیم انقباض نور و ابزارهای مختلف برش ، پردازش لیزری می تواند گرافیک طراحی را به طور دقیق بازتولید کند ، که یکی دیگر از مزایای قابل توجه است.

اسکن برداری می تواند بسترهایی مانند فیلم پلی آمید را بریده ، کل مدار را قطع کرده یا ناحیه ای از برد مدار ، مانند شکاف یا بلوک را حذف کند. در فرآیند پردازش و شکل گیری ، پرتو لیزر همیشه روشن می شود وقتی آینه تمام سطح پردازش را اسکن می کند ، که در مقابل فرآیند حفاری است. در حین حفاری ، لیزر فقط پس از ثابت شدن آینه در هر موقعیت حفاری div> روشن می شود

بخش

“برش” در اصطلاح اصطلاحاً عبارت است از حذف یک لایه از مواد از لایه دیگر با لیزر. این روش بیشتر برای لیزر مناسب است. از همان فناوری اسکن برداری می توان برای حذف دی الکتریک و نمایان کردن پد رسانا در زیر استفاده کرد. در این زمان ، دقت بالای پردازش لیزر بار دیگر منعکس کننده مزایای بزرگ است. از آنجا که اشعه لیزر FIR توسط فویل مس منعکس می شود ، لیزر CO2 معمولاً در اینجا استفاده می شود.

سوراخ سوراخ

اگرچه برخی از مکانها هنوز از حفاری مکانیکی ، مهر زنی یا حکاکی پلاسما برای ایجاد میکرو از طریق سوراخ ها استفاده می کنند ، اما حفاری لیزری هنوز بیشترین استفاده را از روش ایجاد میکرو از طریق سوراخ مدارهای انعطاف پذیر دارد ، عمدتا به دلیل بهره وری بالا ، انعطاف پذیری قوی و زمان طولانی عملکرد معمولی. به

حفاری و ضربه زنی مکانیکی قطعات و قالب های مته با دقت بالا را اتخاذ می کند که می توان آنها را روی برد مدار انعطاف پذیر با قطر نزدیک به 250 میکرومتر ساخت ، اما این دستگاه های با دقت بالا بسیار گران هستند و عمر نسبتاً کوتاهی دارند. با توجه به چگالی بالا برد مدار انعطاف پذیر ، نسبت دیافراگم مورد نیاز 250 میکرومولار کوچک است ، بنابراین حفاری مکانیکی مطلوب نیست.

می توان از اچ پلاسما در لایه پلیمید ضخامت 50 میکرومتر با اندازه کمتر از 100 میکرومتر استفاده کرد ، اما هزینه تجهیزات و هزینه فرآیند بسیار بالا است و هزینه نگهداری از فرایند اچ پلاسما نیز بسیار بالا است ، به ویژه هزینه های مربوط به برخی از زباله های شیمیایی و مواد مصرفی. علاوه بر این ، زمان زیادی طول می کشد تا اچ پلاسما بتواند هنگام ایجاد یک فرایند جدید میکرو ویازهای سازگار و قابل اطمینان ایجاد کند. مزیت این فرآیند قابلیت اطمینان بالا است. گزارش شده است که میزان واجد شرایط micro via 98 است. بنابراین ، قلم پلاسما هنوز بازار خاصی در زمینه تجهیزات پزشکی و هوانوردی دارد

در مقابل ، ساخت میکرو ویاز توسط لیزر یک فرایند ساده و کم هزینه است. سرمایه گذاری در تجهیزات لیزر بسیار کم است و لیزر یک ابزار بدون تماس است. برخلاف حفاری مکانیکی ، هزینه جایگزینی ابزار گران قیمت خواهد بود. علاوه بر این ، لیزرهای مهر و موم شده مدرن CO2 و uv-dpss بدون نیاز به تعمیر و نگهداری هستند که می تواند زمان خرابی را به حداقل برساند و بهره وری را تا حد زیادی بهبود بخشد.

روش تولید میکرو ویاز روی برد مدار انعطاف پذیر همانند PCB سفت و سخت است ، اما برخی پارامترهای مهم لیزر به دلیل تفاوت بستر و ضخامت باید تغییر کند. لیزرهای CO2 مهر و موم شده و uv-dpss می توانند از فناوری اسکن بردار مشابه برای قالب گیری برای حفاری مستقیم بر روی برد مدار انعطاف پذیر استفاده کنند. تنها تفاوت این است که نرم افزار کاربردی حفاری لیزر را در حین اسکن آینه اسکن از یک میکرو به دیگری ، خاموش می کند. پرتو لیزر تا زمانی که به موقعیت حفاری دیگری نرسد روشن نمی شود. به منظور ایجاد سوراخ عمود بر سطح بستر صفحه مدار قابل انعطاف ، پرتو لیزر باید به صورت عمودی بر روی بستر صفحه مدار بدرخشد ، که می توان با استفاده از سیستم لنزهای تله سانترکی بین آینه اسکن و زیرلایه به دست آورد (شکل 2 ) div>

حفره هایی با استفاده از لیزر UV روی Kapton حفر شده است

لیزر CO2 همچنین می تواند از فناوری ماسک مطابق برای حفاری میکرو ویاز استفاده کند. هنگام استفاده از این فناوری ، از سطح مس به عنوان ماسک استفاده می شود ، سوراخ ها با روش چاپ معمولی روی آن حک می شوند و سپس پرتو لیزر CO2 بر روی سوراخ های فویل مس تابیده می شود تا مواد دی الکتریک در معرض دید حذف شوند.

میکرو ویازها را می توان با استفاده از لیزر اکسایمر از طریق روش ماسک پروجکشن نیز ساخت. این فناوری باید تصویر یک میکرو را از طریق آرایه یا کل میکرو را از طریق آرایه به بستر نگاشت کند ، و سپس پرتو لیزر اگزایمر ماسک را تابش می کند تا تصویر ماسک را به سطح زیرین ترسیم کند تا سوراخ ایجاد شود. کیفیت حفاری لیزری اکسایمر بسیار خوب است. معایب آن سرعت کم و هزینه بالا است.

انتخاب لیزر اگرچه نوع لیزر برای پردازش برد مدار انعطاف پذیر مشابه پردازش pcb سفت و سخت است ، تفاوت مواد و ضخامت بر پارامترها و سرعت پردازش تأثیر زیادی می گذارد. گاهی اوقات می توان از لیزر اگزایمر و لیزر CO2 گاز برانگیخته عرضی (چای) استفاده کرد ، اما این دو روش دارای سرعت کند و هزینه نگهداری بالا هستند که باعث افزایش بهره وری می شود. در مقایسه ، لیزرهای CO2 و uv-dpss به طور گسترده ، سریع و کم هزینه استفاده می شوند ، بنابراین از آنها عمدتا در ساخت و پردازش میکرو ویاز تخته های مدار انعطاف پذیر استفاده می شود.

متفاوت از لیزر CO2 جریان گاز ، لیزر CO2 مهر و موم شده （http://www.auto-alt.cn technology فناوری انتشار بلوک برای محدود کردن مخلوط گاز لیزر به حفره لیزر مشخص شده توسط دو صفحه الکترود مستطیلی استفاده می شود. حفره لیزر در طول عمر مفید (معمولاً حدود 2 ~ 3 سال) آب بندی می شود. حفره لیزری آب بندی شده دارای ساختار جمع و جور بوده و نیازی به تبادل هوا ندارد. سر لیزر می تواند بیش از 25000 ساعت بدون تعمیر و نگهداری مداوم کار کند. بزرگترین مزیت طراحی آب بندی این است که می تواند پالس های سریع تولید کند. به عنوان مثال ، لیزر بلوک رهایی می تواند پالس های فرکانس بالا (100 کیلوهرتز) با حداکثر قدرت 1.5 کیلو وات ساطع کند. با فرکانس بالا و قدرت اوج بالا ، ماشینکاری سریع را می توان بدون هیچ گونه تخریب حرارتی انجام داد>

لیزر Uv-dpss یک دستگاه حالت جامد است که به طور مداوم میله کریستال نئودیمیوم وانادات (Nd: YVO4) را با آرایه دیود لیزری می مکد. خروجی پالس را توسط یک کلید Q-acousto-optic تولید می کند و از سومین ژنراتور کریستال هارمونیک برای تغییر خروجی لیزر Nd: YVO4 از 1064nm & nbsp استفاده می کند. طول موج اساسی IR به طول موج UV 355 نانومتر کاهش می یابد. به طور کلی 355nm < / div>

متوسط ​​توان خروجی لیزر uv-dpss در نرخ تکرار پالس 20 کیلوهرتز بیش از 3W div>

لیزر Uv-dpss

هر دو دی الکتریک و مس می توانند لیزر uv-dpss را با طول موج خروجی 355 نانومتر به راحتی جذب کنند. لیزر Uv-dpss دارای نقطه نور کوچکتر و قدرت خروجی کمتری نسبت به لیزر CO2 است. در فرآیند پردازش دی الکتریک ، لیزر uv-dpss معمولاً برای اندازه های کوچک (کمتر از 50)) μ متر استفاده می شود) بنابراین ، قطر کمتر از 50 باید بر روی بستر مدار انعطاف پذیر با چگالی بالا μ M micro از طریق پردازش شود. ، استفاده از لیزر UV بسیار ایده آل است. اکنون یک لیزر uv-dpss با قدرت بالا وجود دارد که می تواند سرعت پردازش و حفاری لیزر uv-dpss div> را افزایش دهد.

مزیت لیزر uv-dpss این است که هنگامی که فوتون های پرانرژی ماوراء بنفش روی اکثر لایه های سطحی غیر فلزی می درخشند ، می توانند مستقیماً پیوند مولکول ها را از بین ببرند ، لبه برش را با فرآیند لیتوگرافی “سرد” صاف کرده و درجه آن را به حداقل برسانند. آسیب حرارتی و سوزش بنابراین ، برش میکرو UV برای موارد با تقاضای بالا که پس از درمان غیرممکن یا غیر ضروری است ، مناسب است

لیزر CO2 (جایگزین های اتوماسیون)

لیزر CO2 مهر و موم شده می تواند طول موج 10.6 میکرومتر M یا 9.4 میکرومتر لیزر FIR را منتشر کند ، اگرچه هر دو طول موج به راحتی توسط دی الکتریک ها مانند بستر فیلم پلی آمید جذب می شود ، اما تحقیقات نشان می دهد که 9.4 میکرومتر طول موج M این نوع مواد را پردازش می کند. خیلی بهتره. دی الکتریک 9.4 μ ضریب جذب طول موج M بیشتر است که برای حفاری یا برش سریع موج μ M طول موج سریعتر از 10.6 است. لیزر نه نقطه چهار μ M نه تنها دارای مزایای آشکاری در حفاری و برش است ، بلکه دارای اثر برش برجسته نیز می باشد. بنابراین ، استفاده از لیزر کوتاه موج می تواند بهره وری و کیفیت را بهبود بخشد.

به طور کلی ، طول موج صنوبر به راحتی توسط دی الکتریک جذب می شود ، اما توسط مس بازتاب می شود. بنابراین ، بیشتر لیزرهای CO2 برای پردازش دی الکتریک ، قالب گیری ، برش و لایه لایه شدن بستر دی الکتریک و لمینت استفاده می شود. از آنجا که توان خروجی لیزر CO2 بیشتر از لیزر DPSS است ، در بیشتر موارد از لیزر CO2 برای پردازش دی الکتریک استفاده می شود. لیزر CO2 و لیزر uv-dpss اغلب با هم استفاده می شوند. به عنوان مثال ، هنگام حفاری میکرو ویاس ، ابتدا لایه مس را با لیزر DPSS بردارید و سپس به سرعت با لیزر CO2 سوراخ هایی را در لایه دی الکتریک ایجاد کنید تا لایه بعدی روکش مس ظاهر شود و سپس این عمل را تکرار کنید.

از آنجا که طول موج لیزر UV خود بسیار کوتاه است ، نقطه نوری که توسط لیزر UV ساطع می شود از لیزر CO2 ظریف تر است ، اما در برخی از کاربردها ، نقطه نوری با قطر بزرگ تولید شده توسط لیزر CO2 مفیدتر از لیزر uv-dpss است. برای مثال ، مصالح بزرگ مانند شیارها و بلوک ها را برش دهید یا سوراخ های بزرگ (قطر بیشتر از 50) میکرومتر ایجاد کنید) پردازش با لیزر CO2 زمان کمتری نیاز دارد. به طور کلی ، نسبت دیافراگم 50 میکرومتر است وقتی m بزرگ است ، پردازش لیزر CO2 مناسب تر است و دیافراگم کمتر از 50 میکرومتر است ، تأثیر لیزر uv-dpss بهتر است.