Laserkäsittelytekniikan soveltaminen joustava piirilevy

Suuritiheyksinen joustava piirilevy on osa koko joustavaa piirilevyä, joka määritellään yleensä siten, että riviväli on alle 200 μM tai mikro alle 250 μM: n joustavan piirilevyn. Suuritiheyksisellä joustavalla piirilevyllä on laaja valikoima sovelluksia, kuten tietoliikenne, tietokoneet, integroidut piirit ja lääketieteelliset laitteet. Joustavien piirilevymateriaalien erityisominaisuuksia tähdentävässä artikkelissa esitellään joitain keskeisiä ongelmia, jotka on otettava huomioon tiheästi joustavan piirilevyn ja mikron laserkäsittelyssä poraamalla p>

Joustavan piirilevyn ainutlaatuiset ominaisuudet tekevät siitä monissa tapauksissa vaihtoehdon jäykälle piirilevylle ja perinteiselle kytkentäjärjestelmälle. Samalla se edistää myös monien uusien alojen kehittymistä. FPC: n nopeimmin kasvava osa on tietokoneen kiintolevyaseman (HDD) sisäinen yhteyslinja. Kiintolevyn magneettisen pään on liikuttava edestakaisin pyörivällä levyllä skannausta varten, ja joustavaa piiriä voidaan käyttää korvaamaan lanka, jotta voidaan muodostaa yhteys liikkuvan magneettisen pään ja ohjauspiirilevyn välillä. Kiintolevyvalmistajat lisäävät tuotantoaan ja pienentävät kokoonpanokustannuksia FOS -tekniikalla. Lisäksi langattomalla jousitustekniikalla on parempi seisminen kestävyys ja se voi parantaa tuotteiden luotettavuutta. Toinen kiintolevyssä käytettävä tiheä joustava piirilevy on interposer flex, jota käytetään jousituksen ja ohjaimen välillä.

FPC: n toinen kasvava ala on uudet integroidut piiripakkaukset. Joustavia piirejä käytetään sirutason pakkauksessa (CSP), monisirumoduulissa (MCM) ja sirussa joustavalle piirilevylle (COF). Niistä CSP: n sisäisellä piirillä on valtavat markkinat, koska sitä voidaan käyttää puolijohdelaitteissa ja flash -muistissa, ja sitä käytetään laajalti PCMCIA -korteissa, levyasemissa, henkilökohtaisissa digitaalisissa avustajissa (PDA), matkapuhelimissa, hakulaitteissa Digikamera ja digitaalikamera . Lisäksi nestekidenäyttö (LCD), polyesterikalvokytkin ja mustesuihkutulostuskasetti ovat muita kolmea tiheästi joustavan piirilevyn korkean kasvun sovellusaluetta.

Joustavan linjatekniikan markkinapotentiaali kannettavissa laitteissa (kuten matkapuhelimissa) on erittäin suuri, mikä on hyvin luonnollista, koska nämä laitteet vaativat pienen tilavuuden ja keveyden vastatakseen kuluttajien tarpeisiin. Lisäksi uusimpia joustavan tekniikan sovelluksia ovat litteät näytöt ja lääkinnälliset laitteet, joiden avulla suunnittelijat voivat vähentää kuulokojeiden ja ihmisimplanttien kaltaisten tuotteiden määrää ja painoa.

Valtava kasvu edellä mainituilla aloilla on johtanut joustavien piirilevyjen maailmanlaajuisen tuotannon kasvuun. Esimerkiksi kiintolevyjen vuotuisen myyntimäärän odotetaan saavuttavan 345 miljoonaa yksikköä vuonna 2004, lähes kaksinkertainen vuoteen 1999 verrattuna, ja matkapuhelinten myyntimäärän arvioidaan vuonna 2005 varovaisesti olevan 600 miljoonaa yksikköä. Nämä lisäykset johtavat 35%: n vuotuisen suuren tiheyden joustavien piirilevyjen tuotannon kasvuun ja ovat 3.5 miljoonaa neliömetriä vuoteen 2002 mennessä. Tällainen suuri tuotantotarve vaatii tehokasta ja edullista käsittelytekniikkaa, ja laserprosessointitekniikka on yksi niistä .

Laserilla on kolme päätehtävää joustavan piirilevyn valmistusprosessissa: käsittely ja muotoilu (leikkaus ja leikkaus), viipalointi ja poraus. Kosketuksettomana konetyökaluna laseria voidaan käyttää hyvin pienellä tarkennuksella (100 ~ 500) μ m) Materiaaliin kohdistetaan korkean intensiteetin valonenergiaa (650 MW / mm2). Tällaista suurta energiaa voidaan käyttää leikkaamiseen, poraamiseen, merkintään, hitsaukseen, merkintään ja muuhun käsittelyyn. Käsittelynopeus ja laatu liittyvät käsitellyn materiaalin ominaisuuksiin ja käytettyihin laserominaisuuksiin, kuten aallonpituuteen, energiatiheyteen, huipputehoon, pulssin leveyteen ja taajuuteen. Joustavan piirilevyn käsittelyssä käytetään ultravioletti- (UV) ja infrapunalasereita (FIR). Ensimmäisessä käytetään yleensä eksimeeri- tai UV-diodipumppuisia puolijohdelasereita (uv-dpss), kun taas jälkimmäisessä käytetään yleensä suljettuja CO2-lasereita div>

Vektoriskannaustekniikka käyttää tietokonetta ohjaamaan peiliä, joka on varustettu virtausmittarilla ja CAD / CAM -ohjelmistolla leikkaus- ja porausgrafiikan luomiseksi, ja telekeskeisellä linssijärjestelmällä varmistetaan, että laser loistaa pystysuoraan työkappaleen pinnalla < / div>

Laserporaus käsittely on erittäin tarkka ja laaja sovellus. Se on ihanteellinen työkalu joustavan piirilevyn muodostamiseen. Olipa kyseessä CO2 -laser tai DPSS -laser, materiaali voidaan käsitellä mihin tahansa muotoon tarkennuksen jälkeen. Se ampuu kohdistetun lasersäteen minne tahansa työkappaleen pinnalle asentamalla peilin galvanometriin, suorittaa sitten tietokoneen numeerisen ohjauksen (CNC) galvanometrissä käyttämällä vektoriskannaustekniikkaa ja tekee leikkausgrafiikkaa CAD / CAM -ohjelmiston avulla. Tämä “pehmeä työkalu” voi helposti ohjata laseria reaaliajassa, kun muotoilua muutetaan. Säätämällä valon kutistumista ja erilaisia ​​leikkuutyökaluja laserkäsittely voi toistaa suunnittelugrafiikan tarkasti, mikä on toinen merkittävä etu.

Vektoriskannaus voi leikata alustoja, kuten polyimidikalvoa, katkaista koko piirin tai poistaa piirilevyn alueen, kuten raon tai lohkon. Käsittely- ja muotoiluprosessissa lasersäde kytkeytyy aina päälle, kun peili skannaa koko käsittelypinnan, mikä on porausprosessia vastapäätä. Porauksen aikana laser kytkeytyy päälle vasta, kun peili on kiinnitetty jokaiseen porausasentoon div>

jakso

“Viipalointi” ammattikielellä on prosessi, jossa yksi materiaalikerros poistetaan toisesta laserilla. Tämä menetelmä sopii paremmin laserille. Samaa vektorin skannaustekniikkaa voidaan käyttää eristeen poistamiseen ja alla olevan johtavan tyynyn paljastamiseen. Tällä hetkellä laserkäsittelyn korkea tarkkuus heijastaa jälleen suuria etuja. Koska FIR -lasersäteet heijastuvat kuparikalvosta, tässä käytetään yleensä CO2 -laseria.

poranreikä

Vaikka joissakin paikoissa käytetään edelleen mekaanista porausta, leimausta tai plasmaetsausta mikroreikien muodostamiseksi, laserporaus on edelleen laajimmin käytetty joustavan piirilevyn mikroreikien muodostusmenetelmä lähinnä sen korkean tuottavuuden, vahvan joustavuuden ja pitkän normaalin käyttöajan vuoksi. .

Mekaaninen poraus ja leimaus käyttävät erittäin tarkkoja poranteriä ja muotteja, jotka voidaan valmistaa joustavalle piirilevylle, jonka halkaisija on lähes 250 μM, mutta nämä erittäin tarkat laitteet ovat erittäin kalliita ja niiden käyttöikä on suhteellisen lyhyt. Suuren tiheyden joustavan piirilevyn ansiosta vaadittu aukkosuhde on 250 μ M on pieni, joten mekaanista porausta ei suositella.

Plasmaetsausta voidaan käyttää 50 μM: n paksuisessa polyimidikalvopohjassa, jonka koko on alle 100 μM, mutta laitteistoinvestoinnit ja prosessikustannukset ovat melko korkeat, ja plasman etsausprosessin ylläpitokustannukset ovat myös erittäin korkeat, erityisesti kustannukset johonkin kemiallisen jätteen käsittelyyn ja kulutustarvikkeisiin. Lisäksi plasman etsaus kestää melko kauan, jotta saadaan aikaan johdonmukaiset ja luotettavat mikrolevyt uuden prosessin luomisessa. Tämän prosessin etuna on korkea luotettavuus. On raportoitu, että hyväksytty mikroyhteysaste on 98%. Tästä syystä plasmaleikkauksella on edelleen tietyt markkinat lääketieteen ja ilmailutekniikan laitteissa div>

Sitä vastoin mikropiirien valmistus laserilla on yksinkertainen ja edullinen prosessi. Investoinnit laserlaitteisiin ovat erittäin pieniä, ja laser on kosketuksettomat työkalut. Toisin kuin mekaaninen poraus, työkalun vaihto tulee kalliiksi. Lisäksi modernit suljetut CO2- ja uv-dpss-laserit ovat huoltovapaita, mikä voi minimoida seisokkeja ja parantaa huomattavasti tuottavuutta.

Menetelmä mikropiirien luomiseksi joustavalle piirilevylle on sama kuin jäykillä piirilevyillä, mutta joitakin tärkeitä laserparametreja on muutettava alustan ja paksuuden eron vuoksi. Suljetut CO2- ja uv-dpss-laserit voivat käyttää samaa vektoriskannaustekniikkaa kuin muovaus porata suoraan joustavalle piirilevylle. Ainoa ero on se, että poraussovellusohjelmisto sammuttaa laserin skannauspeilin skannauksen aikana yhdestä mikroyhteydestä toiseen. Lasersäde kytkeytyy päälle vasta, kun se saavuttaa toisen porausasennon. Jotta reikä saataisiin kohtisuoraan joustavan piirilevyn alustan pintaan, lasersäteen on loistava pystysuoraan piirilevyn alustalla, mikä voidaan saavuttaa käyttämällä telekeskistä linssijärjestelmää skannauspeilin ja alustan välillä (kuva 2). ) div>

Reiät porattiin Kaptoniin UV -laserilla

CO2 -laser voi myös käyttää konformista maskitekniikkaa poratakseen mikroaukkoja. Tätä tekniikkaa käytettäessä kuparipintaa käytetään naamiona, reiät syövytetään siihen tavallisella painatusetsausmenetelmällä ja sitten CO2 -lasersäde säteilytetään kuparikalvon reikiin paljastuneiden dielektristen materiaalien poistamiseksi.

Mikro -läpivientejä voidaan valmistaa myös käyttämällä eksimeerilaseria projisointimaskin kautta. Tämän tekniikan on kartoitettava mikrokuvan tai koko mikroväylän kuva alustaan, ja sitten eksimeerislasersäde säteilee maskia, jotta se voidaan kuvata alustan pintaan reiän poraamiseksi. Excimer -laserporauksen laatu on erittäin hyvä. Sen haittoja ovat alhainen nopeus ja korkea hinta.

Laserin valinta, vaikka joustavan piirilevyn käsittelyyn käytettävä lasertyyppi on sama kuin jäykän piirilevyn käsittelyssä, materiaalin ja paksuuden ero vaikuttaa suuresti käsittelyparametreihin ja nopeuteen. Joskus voidaan käyttää eksimeerilaseria ja poikittain viritettyä kaasua (tee) CO2 -laseria, mutta näillä kahdella menetelmällä on hidas nopeus ja korkeat ylläpitokustannukset, jotka rajoittavat tuottavuuden paranemista. Vertailun vuoksi CO2- ja uv-dpss-laserit ovat laajalti käytettyjä, nopeita ja edullisia, joten niitä käytetään pääasiassa joustavien piirilevyjen mikrolevyjen valmistuksessa ja käsittelyssä.

Erilainen kuin kaasuvirtaus CO2-laser, suljettu CO2-laser （http://www.auto-alt.cn block Lohkon irrotustekniikka rajoittaa laserkaasuseoksen kahden suorakulmaisen elektrodilevyn määrittämään laser-onteloon. Laserontelo suljetaan koko käyttöiän ajan (yleensä noin 2-3 vuotta). Suljetussa laserontelossa on kompakti rakenne, eikä se tarvitse ilmanvaihtoa. Laserpää voi toimia jatkuvasti yli 25000 tuntia ilman huoltoa. Tiivistysrakenteen suurin etu on, että se voi tuottaa nopeita pulsseja. Esimerkiksi lohkonvapautuslaseri voi lähettää korkeataajuisia (100 kHz) pulsseja, joiden tehohuippu on 1.5 kW. Suurella taajuudella ja suurella huipputeholla nopea työstö voidaan suorittaa ilman lämpöhajoamista div>

Uv-dpss-laser on puolijohdelaite, joka imee jatkuvasti neodyymivanadaatin (Nd: YVO4) kristallitankoa ja laserdiodiryhmää. Se tuottaa pulssilähdön akustisen optisen Q-kytkimen avulla ja muuttaa kolmannen harmonisen kidegeneraattorin avulla Nd: YVO4-laserin lähtöä 1064 nm: stä & nbsp; IR -aallonpituus pienennetään 355 nm: n UV -aallonpituuteen. Yleensä 355 nm < / div>

UV-dpss-laserin keskimääräinen lähtöteho 20 kHz: n nimellisellä pulssitoistotaajuudella on yli 3 W div>

UV-dpss-laser

Sekä dielektrinen että kupari voivat helposti absorboida uv-dpss-laserin, jonka lähtöaallonpituus on 355 nm. UV-dpss-laserilla on pienempi valopiste ja pienempi lähtöteho kuin CO2-laserilla. Dielektrisen prosessin aikana uv-dpss-laseria käytetään yleensä pienikokoisille (alle 50%) μ m) Siksi alle 50: n halkaisija on käsiteltävä tiheän joustavan piirilevyn alustalla μ M mikro , UV -laserin käyttö on erittäin hyvä. Nyt on olemassa suuritehoinen uv-dpss-laser, joka voi lisätä uv-dpss-laser div>: n käsittely- ja porausnopeutta.

UV-dpss-laserin etuna on, että kun sen korkean energian UV-fotonit loistavat useimmille ei-metallisille pintakerroksille, ne voivat katkaista suoraan molekyylien välisen yhteyden, tasoittaa leikkuureunan ”kylmällä” litografiaprosessilla ja minimoida lämpövauriot ja polttaminen. Siksi UV-mikroleikkaus sopii vaativiin tilanteisiin, joissa jälkikäsittely on mahdotonta tai tarpeetonta

CO2 -laser (automaatiovaihtoehdot)

Suljettu CO2 -laser voi lähettää 10.6 μM tai 9.4 μM FIR -laserin aallonpituuden, vaikka dielektrikot, kuten polyimidikalvopohja, voivat helposti imeä molemmat aallonpituudet, tutkimus osoittaa, että 9.4 μ M -aallonpituuden vaikutus tällaisen materiaalin käsittelyyn on paljon parempi. Dielektrinen 9.4 μ M -aallonpituuden absorptiokerroin on suurempi, mikä on parempi kuin 10.6, kun porataan tai leikataan materiaaleja μ M: n aallonpituudella nopeasti. yhdeksän pisteen neljän μ M laserilla ei ole vain ilmeisiä etuja porauksessa ja leikkauksessa, vaan sillä on myös erinomainen viipalointivaikutus. Siksi lyhyemmän aallonpituuden laserin käyttö voi parantaa tuottavuutta ja laatua.

Yleisesti ottaen kuusen aallonpituus imeytyy helposti dielektrisesti, mutta se heijastuu takaisin kuparista. Siksi useimpia CO2 -lasereita käytetään dielektrisessä prosessissa, muovauksessa, viipaloinnissa ja eristävässä substraatissa ja laminaatissa. Koska CO2 -laserin lähtöteho on suurempi kuin DPSS -laserin, CO2 -laseria käytetään useimmissa tapauksissa dielektristen prosessien käsittelyyn. CO2-laseria ja uv-dpss-laseria käytetään usein yhdessä. Esimerkiksi porattaessa mikrolevyjä poista ensin kuparikerros DPSS -laserilla ja poraa sitten nopeasti reiät dielektriseen kerrokseen CO2 -laserilla, kunnes seuraava kuparipäällysteinen kerros tulee näkyviin, ja toista sitten prosessi.

Koska UV-laserin aallonpituus on hyvin lyhyt, UV-laserin lähettämä valopiste on hienompi kuin CO2-laserin, mutta joissakin sovelluksissa CO2-laserin tuottama suurhalkaisijainen valopiste on hyödyllisempi kuin uv-dpss-laser. Leikkaa esimerkiksi suuria alueita, kuten uria ja lohkoja, tai poraa suuria reikiä (halkaisija yli 50) μ m) CO2 -laserilla käsittely kestää vähemmän aikaa. Yleisesti ottaen aukkosuhde on 50 μ Kun m on suuri, CO2-laserkäsittely on sopivampaa ja aukko on alle 50 μM, uv-dpss-laserin vaikutus on parempi.