Application de la technologie de traitement laser dans carte de circuit imprimé flexible

La carte de circuit imprimé flexible haute densité fait partie de l’ensemble de la carte de circuit imprimé flexible, qui est généralement définie comme l’espacement des lignes inférieur à 200 M ou micro via une carte de circuit imprimé flexible de moins de 250 M. Les circuits imprimés flexibles à haute densité ont une large gamme d’applications, telles que les télécommunications, les ordinateurs, les circuits intégrés et les équipements médicaux. Visant les propriétés spéciales des matériaux de circuits imprimés flexibles, cet article présente quelques problèmes clés à prendre en compte dans le traitement au laser des circuits imprimés flexibles à haute densité et du micro via perçage p>

Les caractéristiques uniques du circuit imprimé flexible en font une alternative au circuit imprimé rigide et au schéma de câblage traditionnel dans de nombreuses occasions. Dans le même temps, il favorise également le développement de nombreux domaines nouveaux. La partie de FPC qui connaît la croissance la plus rapide est la ligne de connexion interne du disque dur (HDD) de l’ordinateur. La tête magnétique du disque dur doit se déplacer d’avant en arrière sur le disque rotatif pour le balayage, et le circuit flexible peut être utilisé pour remplacer le fil pour réaliser la connexion entre la tête magnétique mobile et la carte de circuit de commande. Les fabricants de disques durs augmentent leur production et réduisent les coûts d’assemblage grâce à une technologie appelée « plaque flexible suspendue » (FOS). De plus, la technologie de suspension sans fil a une meilleure résistance sismique et peut améliorer la fiabilité du produit. Une autre carte de circuit imprimé flexible à haute densité utilisée dans le disque dur est l’interposeur flexible, qui est utilisé entre la suspension et le contrôleur.

Le deuxième domaine en croissance du FPC est celui des nouveaux boîtiers de circuits intégrés. Les circuits flexibles sont utilisés dans l’emballage au niveau de la puce (CSP), le module multipuce (MCM) et la puce sur carte de circuit flexible (COF). Parmi eux, le circuit interne CSP a un marché énorme, car il peut être utilisé dans les dispositifs à semi-conducteurs et la mémoire flash, et est largement utilisé dans les cartes PCMCIA, les lecteurs de disque, les assistants numériques personnels (PDA), les téléphones mobiles, les téléavertisseurs Appareil photo numérique et appareil photo numérique . En outre, l’affichage à cristaux liquides (LCD), le commutateur de film polyester et la cartouche d’imprimante à jet d’encre sont les trois autres domaines d’application à forte croissance des circuits imprimés flexibles à haute densité.

Le potentiel de marché de la technologie de ligne flexible dans les appareils portables (tels que les téléphones mobiles) est très important, ce qui est très naturel, car ces appareils nécessitent un petit volume et un poids léger pour répondre aux besoins des consommateurs ; En outre, les dernières applications de la technologie flexible incluent les écrans plats et les dispositifs médicaux, qui peuvent être utilisés par les concepteurs pour réduire le volume et le poids de produits tels que les prothèses auditives et les implants humains.

L’énorme croissance dans les domaines ci-dessus a conduit à une augmentation de la production mondiale de circuits imprimés flexibles. Par exemple, le volume des ventes annuelles de disques durs devrait atteindre 345 millions d’unités en 2004, près du double de celui de 1999, et le volume des ventes de téléphones mobiles en 2005 est estimé à 600 millions d’unités. Ces augmentations conduisent à une augmentation annuelle de 35% de la production de circuits imprimés flexibles à haute densité, atteignant 3.5 millions de mètres carrés d’ici 2002. Une telle demande de production élevée nécessite une technologie de traitement efficace et peu coûteuse, et la technologie de traitement laser est l’une d’entre elles. .

Le laser a trois fonctions principales dans le processus de fabrication des circuits imprimés flexibles : le traitement et le formage (coupe et découpe), le tranchage et le perçage. En tant qu’outil d’usinage sans contact, le laser peut être utilisé dans un très petit foyer (100 ~ 500) μ m) Une énergie lumineuse de haute intensité (650 MW / mm2) est appliquée au matériau. Une telle énergie élevée peut être utilisée pour la découpe, le perçage, le marquage, le soudage, le marquage et d’autres traitements. La vitesse et la qualité de traitement sont liées aux propriétés du matériau traité et aux caractéristiques du laser utilisé, telles que la longueur d’onde, la densité d’énergie, la puissance de crête, la largeur d’impulsion et la fréquence. Le traitement des circuits imprimés flexibles utilise des lasers ultraviolets (UV) et infrarouges lointains (FIR). Le premier utilise généralement des lasers à semi-conducteurs pompés par excimer ou diode UV (uv-dpss), tandis que le second utilise généralement des lasers CO2 scellés div>

La technologie de numérisation vectorielle utilise un ordinateur pour contrôler le miroir équipé d’un débitmètre et d’un logiciel de CAO / FAO pour générer des graphiques de coupe et de perçage, et utilise un système de lentilles télécentriques pour garantir que le laser brille verticalement sur la surface de la pièce < / div >

Forage laser le traitement a une haute précision et une large application. C’est un outil idéal pour former des circuits imprimés flexibles. Qu’il s’agisse d’un laser CO2 ou d’un laser DPSS, le matériau peut être transformé en n’importe quelle forme après la mise au point. Il projette le faisceau laser focalisé n’importe où sur la surface de la pièce en installant un miroir sur le galvanomètre, puis effectue une commande numérique par ordinateur (CNC) sur le galvanomètre en utilisant la technologie de balayage vectoriel et réalise des graphiques de découpe à l’aide du logiciel CAD / CAM. Cet « outil logiciel » peut facilement contrôler le laser en temps réel lorsque la conception est modifiée. En ajustant le léger retrait et divers outils de coupe, le traitement au laser peut reproduire avec précision les graphiques de conception, ce qui est un autre avantage important.

La numérisation vectorielle peut découper des substrats tels qu’un film polyimide, découper l’ensemble du circuit ou supprimer une zone sur la carte de circuit, telle qu’une fente ou un bloc. Au cours du processus de traitement et de formage, le faisceau laser est toujours activé lorsque le miroir balaye toute la surface de traitement, ce qui est opposé au processus de perçage. Pendant le perçage, le laser n’est allumé qu’une fois le miroir fixé à chaque position de perçage div>

Le “tranchage” dans le jargon est le processus consistant à retirer une couche de matériau d’une autre à l’aide d’un laser. Ce processus est plus approprié pour le laser. La même technologie de balayage vectoriel peut être utilisée pour retirer le diélectrique et exposer le plot conducteur en dessous. A cette époque, la haute précision du traitement laser reflète une fois de plus de grands avantages. Étant donné que les rayons laser FIR seront réfléchis par une feuille de cuivre, le laser CO2 est généralement utilisé ici.

trou de forage

Bien que certains endroits utilisent encore le perçage mécanique, l’estampage ou la gravure au plasma pour former des micro-trous traversants, le perçage laser reste la méthode de formation de micro-trous traversants la plus largement utilisée pour les circuits imprimés flexibles, principalement en raison de sa productivité élevée, de sa forte flexibilité et de sa longue durée de fonctionnement normal. .

Le perçage et l’emboutissage mécaniques adoptent des forets et des matrices de haute précision, qui peuvent être fabriqués sur la carte de circuit imprimé flexible d’un diamètre de près de 250 M, mais ces dispositifs de haute précision sont très coûteux et ont une durée de vie relativement courte. En raison de la carte de circuit imprimé flexible à haute densité, le rapport d’ouverture requis est de 250 M est petit, donc le perçage mécanique n’est pas favorisé.

La gravure au plasma peut être utilisée sur un substrat de film de polyimide de 50 M d’épaisseur avec une taille inférieure à 100 M, mais l’investissement en équipement et le coût du processus sont assez élevés, et le coût de maintenance du processus de gravure au plasma est également très élevé, en particulier les coûts liés à certains traitements de déchets chimiques et consommables. De plus, il faut beaucoup de temps pour que la gravure au plasma crée des micro-vias cohérents et fiables lors de l’établissement d’un nouveau processus. L’avantage de ce procédé est sa grande fiabilité. Il est rapporté que le taux qualifié de micro via est de 98%. Par conséquent, la gravure au plasma a encore un certain marché dans les équipements médicaux et avioniques div>

En revanche, la fabrication de micro vias par laser est un procédé simple et peu coûteux. L’investissement en équipement laser est très faible, et le laser est un outil sans contact. Contrairement au perçage mécanique, le coût de remplacement de l’outil sera élevé. De plus, les lasers CO2 et uv-dpss scellés modernes ne nécessitent aucun entretien, ce qui peut minimiser les temps d’arrêt et améliorer considérablement la productivité.

La méthode de génération de micro vias sur une carte de circuit imprimé flexible est la même que celle sur une carte de circuit imprimé rigide, mais certains paramètres importants du laser doivent être modifiés en raison de la différence de substrat et d’épaisseur. Les lasers scellés CO2 et uv-dpss peuvent utiliser la même technologie de balayage vectoriel que le moulage pour percer directement sur la carte de circuit imprimé flexible. La seule différence est que le logiciel d’application de perçage éteint le laser pendant le balayage du miroir de balayage d’un micro via à un autre. Le faisceau laser ne s’allumera pas tant qu’il n’aura pas atteint une autre position de perçage. Afin de rendre le trou perpendiculaire à la surface du substrat flexible de la carte de circuit imprimé, le faisceau laser doit briller verticalement sur le substrat de la carte de circuit imprimé, ce qui peut être réalisé en utilisant un système de lentilles télécentriques entre le miroir de balayage et le substrat (Fig. 2 ) div>

Trous percés sur Kapton à l’aide d’un laser UV

Le laser CO2 peut également utiliser la technologie du masque conforme pour percer des micro-vias. Lors de l’utilisation de cette technologie, la surface de cuivre est utilisée comme masque, les trous sont gravés dessus par une méthode de gravure d’impression ordinaire, puis le faisceau laser CO2 est irradié sur les trous de la feuille de cuivre pour éliminer les matériaux diélectriques exposés.

Des micro vias peuvent également être réalisés en utilisant un laser excimer grâce à la méthode du masque de projection. Cette technologie doit mapper l’image d’un micro via ou de l’ensemble du réseau de micro via sur le substrat, puis le faisceau laser excimer irradie le masque pour mapper l’image du masque sur la surface du substrat, afin de percer le trou. La qualité du perçage au laser excimer est très bonne. Ses inconvénients sont sa faible vitesse et son coût élevé.

Sélection du laser Bien que le type de laser pour le traitement des circuits imprimés flexibles soit le même que celui pour le traitement des circuits imprimés rigides, la différence de matériau et d’épaisseur affectera grandement les paramètres de traitement et la vitesse. Parfois, le laser excimer et le laser CO2 à gaz excité transverse (thé) peuvent être utilisés, mais ces deux méthodes ont une vitesse lente et un coût de maintenance élevé, ce qui limite l’amélioration de la productivité. En comparaison, les lasers CO2 et uv-dpss sont largement utilisés, rapides et peu coûteux, ils sont donc principalement utilisés dans la fabrication et le traitement de micro vias de circuits imprimés flexibles.

Différent du laser CO2 à flux de gaz, laser CO2 scellé（ http://www.auto-alt.cn ）La technologie de libération de bloc est adoptée pour limiter le mélange de gaz laser à la cavité laser spécifiée par deux plaques d’électrode rectangulaires. La cavité laser est scellée pendant toute la durée de vie (généralement environ 2 à 3 ans). La cavité laser scellée a une structure compacte et n’a pas besoin d’échange d’air. La tête laser peut fonctionner en continu pendant plus de 25000 100 heures sans entretien. Le plus grand avantage de la conception d’étanchéité est qu’elle peut générer des impulsions rapides. Par exemple, le laser à libération de bloc peut émettre des impulsions à haute fréquence (1.5 kHz) avec une puissance crête de XNUMX kW. Avec une fréquence élevée et une puissance de crête élevée, un usinage rapide peut être effectué sans aucune dégradation thermique div>

Le laser Uv-dpss est un dispositif à semi-conducteurs qui aspire en continu une tige de cristal de vanadate de néodyme (Nd: YVO4) avec un réseau de diodes laser. Il génère une sortie d’impulsion par un commutateur Q acousto-optique et utilise le générateur de cristal de troisième harmonique pour modifier la sortie du laser Nd: YVO4 de 1064 nm & nbsp; La longueur d’onde de base IR est réduite à une longueur d’onde UV de 355 nm. Généralement 355nm < / div >

La puissance de sortie moyenne du laser uv-dpss à un taux de répétition des impulsions nominales de 20 kHz est supérieure à 3 W div>

Laser UV-dpss

Le diélectrique et le cuivre peuvent facilement absorber le laser uv-dpss avec une longueur d’onde de sortie de 355 nm. Le laser Uv-dpss a un point lumineux plus petit et une puissance de sortie inférieure à celle du laser CO2. Dans le processus de traitement diélectrique, le laser uv-dpss est généralement utilisé pour les petites tailles (moins de 50%) m) Par conséquent, le diamètre inférieur à 50 doit être traité sur le substrat de la carte de circuit imprimé flexible haute densité μ M micro via , l’utilisation du laser UV est très idéale. Il existe maintenant un laser uv-dpss haute puissance, qui peut augmenter la vitesse de traitement et de perçage de la division laser uv-dpss>

L’avantage du laser uv-dpss est que lorsque ses photons UV à haute énergie brillent sur la plupart des couches de surface non métalliques, ils peuvent directement rompre le lien des molécules, lisser le tranchant avec un processus de lithographie «à froid» et minimiser le degré de dommages thermiques et brûlures. Par conséquent, la micro-découpe UV convient aux occasions à forte demande où le post-traitement est impossible ou inutile.

Laser CO2 (Alternatives d’automatisation)

Le laser CO2 scellé peut émettre une longueur d’onde de 10.6 M ou 9.4 M de laser FIR, bien que les deux longueurs d’onde soient faciles à absorber par des diélectriques tels que le substrat de film de polyimide, la recherche montre que 9.4 μ L’effet de la longueur d’onde M traitant ce type de matériau est bien mieux. Diélectrique 9.4 Le coefficient d’absorption de la longueur d’onde M est plus élevé, ce qui est meilleur que 10.6 pour le perçage ou la découpe de matériaux M longueur d’onde rapide. Le laser neuf virgule quatre μ M présente non seulement des avantages évidents pour le perçage et la découpe, mais également un effet de tranchage exceptionnel. Par conséquent, l’utilisation d’un laser à longueur d’onde plus courte peut améliorer la productivité et la qualité.

De manière générale, la longueur d’onde du sapin est facilement absorbée par les diélectriques, mais elle sera réfléchie par le cuivre. Par conséquent, la plupart des lasers CO2 sont utilisés pour le traitement diélectrique, le moulage, le tranchage et le délaminage du substrat diélectrique et du stratifié. Étant donné que la puissance de sortie du laser CO2 est supérieure à celle du laser DPSS, le laser CO2 est utilisé pour traiter le diélectrique dans la plupart des cas. Le laser CO2 et le laser uv-dpss sont souvent utilisés ensemble. Par exemple, lors du perçage de micro vias, retirez d’abord la couche de cuivre avec un laser DPSS, puis percez rapidement des trous dans la couche diélectrique avec un laser CO2 jusqu’à ce que la couche de cuivre suivante apparaisse, puis répétez le processus.

Étant donné que la longueur d’onde du laser UV lui-même est très courte, la tache lumineuse émise par le laser UV est plus fine que celle du laser CO2, mais dans certaines applications, la tache lumineuse de grand diamètre produite par le laser CO2 est plus utile que le laser uv-dpss. Par exemple, découpez des matériaux de grande surface tels que des rainures et des blocs ou percez de grands trous (diamètre supérieur à 50) m) Le traitement avec le laser CO2 prend moins de temps. De manière générale, le rapport d’ouverture est de 50 . Lorsque m est grand, le traitement au laser CO2 est plus approprié et l’ouverture est inférieure à 50 M, l’effet du laser uv-dpss est meilleur.