Aplicación da tecnoloxía de procesamento láser en placa de circuíto flexible

A placa de circuíto flexible de alta densidade é unha parte de toda a placa de circuíto flexible, que generalmente se define como o espazo entre liñas inferior a 200 μ M ou micro a través de placa de circuíto flexible de menos de 250 μ M. A placa de circuíto flexible de alta densidade ten unha ampla gama de aplicacións, como telecomunicacións, ordenadores, circuítos integrados e equipos médicos. Co obxectivo das propiedades especiais dos materiais das placas de circuíto flexibles, este artigo introduce algúns problemas clave que se deben considerar no procesamento con láser de placas de circuítos flexibles de alta densidade e micro mediante perforación p>

As características únicas da placa de circuíto flexible fan que sexa unha alternativa á placa de circuíto ríxida e ao esquema de cableado tradicional en moitas ocasións. Ao mesmo tempo, tamén promove o desenvolvemento de moitos novos campos. A parte de maior crecemento de FPC é a liña de conexión interna da unidade de disco duro do ordenador (HDD). A cabeza magnética do disco duro moverase cara adiante e cara atrás no disco xiratorio para dixitalizar e pódese usar o circuíto flexible para substituír o fío para realizar a conexión entre a cabeza magnética móbil e a placa de circuíto de control. Os fabricantes de discos duros aumentan a produción e reducen os custos de montaxe a través dunha tecnoloxía chamada “placa flexible suspendida” (FOS). Ademais, a tecnoloxía de suspensión sen fíos ten unha mellor resistencia sísmica e pode mellorar a fiabilidade do produto. Outra placa de circuíto flexible de alta densidade empregada no disco duro é o interposer flex, que se usa entre a suspensión e o controlador.

O segundo campo en crecemento de FPC é o novo envasado de circuítos integrados. Os circuítos flexibles úsanse en embalaxe a nivel de chip (CSP), módulo multi chip (MCM) e chip en placa de circuíto flexible (COF). Entre eles, o circuíto interno CSP ten un mercado enorme, porque pode usarse en dispositivos semicondutores e memoria flash, e é amplamente utilizado en tarxetas PCMCIA, unidades de disco, asistentes persoais dixitais (PDA), teléfonos móbiles, buscapersoas Cámara dixital e cámara dixital . Ademais, a pantalla de cristal líquido (LCD), o interruptor de película de poliéster e o cartucho de inxección de tinta son outros tres campos de aplicación de crecemento elevado da placa de circuíto flexible de alta densidade \

O potencial de mercado da tecnoloxía de liñas flexibles en dispositivos portátiles (como os teléfonos móbiles) é moi grande, o que é moi natural, porque estes dispositivos requiren pequeno volume e pouco peso para satisfacer as necesidades dos consumidores; Ademais, as últimas aplicacións de tecnoloxía flexible inclúen pantallas de pantalla plana e dispositivos médicos, que poden ser usados ​​polos deseñadores para reducir o volume e o peso de produtos como audífonos e implantes humanos.

O enorme crecemento nos campos anteriores levou a un aumento na produción global de placas de circuítos flexibles. Por exemplo, espérase que o volume anual de vendas dos discos duros alcance os 345 millóns de unidades en 2004, case o dobre que o de 1999, e o volume de vendas dos teléfonos móbiles no 2005 estímase conservativamente en 600 millóns de unidades. Estes aumentos levan a un incremento anual do 35% na produción de placas de circuítos flexibles de alta densidade, chegando a 3.5 millóns de metros cadrados no 2002. Esa demanda de alta produción require unha tecnoloxía de procesamento eficiente e de baixo custo, e a tecnoloxía de procesamento con láser é unha delas. .

O láser ten tres funcións principais no proceso de fabricación de placas de circuítos flexibles: procesado e conformado (corte e corte), corte e perforación. Como ferramenta de mecanizado sen contacto, o láser pódese usar nun foco moi pequeno (100 ~ 500) μ m) Aplícase ao material enerxía luminosa de alta intensidade (650 MW / mm2). Tanta enerxía pode usarse para cortar, perforar, marcar, soldar, marcar e outros procesos. A velocidade e calidade de procesamento están relacionadas coas propiedades do material procesado e as características do láser empregadas, como a lonxitude de onda, densidade de enerxía, potencia máxima, ancho e frecuencia do pulso. O procesamento da placa de circuíto flexible utiliza láseres ultravioleta (UV) e infravermello afastado (FIR). O primeiro adoita empregar láseres de estado sólido (uv-dpss) bombeados por excímero ou diodo UV, mentres que o segundo xeralmente usa láseres de CO2 selados div>

A tecnoloxía de dixitalización vectorial usa un ordenador para controlar o espello equipado con caudalímetro e software CAD / CAM para xerar gráficos de corte e perforación e usa un sistema de lentes telecéntricos para garantir que o láser brille verticalmente na superficie da peza de traballo </ div>

Perforación por láser o procesamento ten gran precisión e ampla aplicación. É unha ferramenta ideal para formar placa de circuíto flexible. Sexa láser CO2 ou láser DPSS, o material pode procesarse en calquera forma despois de enfocar. Dispara o raio láser enfocado en calquera parte da superficie da peza instalando un espello no galvanómetro, despois realiza un control numérico por ordenador (CNC) no galvanómetro mediante a tecnoloxía de dixitalización vectorial e realiza cortes gráficos coa axuda do software CAD / CAM. Esta “ferramenta suave” pode controlar facilmente o láser en tempo real cando se cambia o deseño. Ao axustar a contracción da luz e varias ferramentas de corte, o procesamento con láser pode reproducir con precisión os gráficos de deseño, o que é outra vantaxe significativa.

A exploración vectorial pode cortar substratos como a película de poliimida, cortar todo o circuíto ou eliminar unha área da placa de circuíto, como unha ranura ou un bloque. No proceso de procesado e conformación, o raio láser sempre está activado cando o espello escanea toda a superficie de procesamento, que é oposta ao proceso de perforación. Durante a perforación, o láser acéndese só despois de que o espello estea fixado en cada posición de perforación div>

sección

“Cortar” na xerga é o proceso de eliminar unha capa de material doutra cun láser. Este proceso é máis axeitado para o láser. A mesma tecnoloxía de dixitalización vectorial pode usarse para eliminar o dieléctrico e expoñer a almofada condutora a continuación. Neste momento, a alta precisión do procesamento con láser volve reflectir grandes beneficios. Dado que os raios láser FIR serán reflectidos pola folla de cobre, normalmente úsase láser CO2.

burato

Aínda que nalgúns lugares aínda se usan perforacións mecánicas, estampación ou gravado por plasma para formar buratos micro, a perforación láser segue sendo o método de formación de buratos micro máis empregado da placa de circuíto flexible, principalmente pola súa alta produtividade, forte flexibilidade e longo tempo de funcionamento normal .

A perforación e estampación mecánica adoptan brocas e matrices de alta precisión, que se poden fabricar na placa de circuíto flexible cun diámetro de case 250 μ M, pero estes dispositivos de alta precisión son moi caros e teñen unha vida útil relativamente curta. Debido á placa de circuíto flexible de alta densidade, a relación de apertura requirida é de 250 μ M é pequena, polo que non se favorece a perforación mecánica.

A gravación por plasma pódese usar nun substrato de película de poliimida de 50 μ M de espesor cun tamaño inferior a 100 μ M, pero o investimento do equipo e o custo do proceso son bastante elevados e o custo de mantemento do proceso de gravado por plasma tamén é moi alto, especialmente os custos relacionados a algúns tratamentos e consumibles de residuos químicos. Ademais, a gravación de plasma leva bastante tempo para facer microvías consistentes e fiables ao establecer un novo proceso. A vantaxe deste proceso é a alta fiabilidade. Infórmase que a taxa cualificada de micro via é do 98%. Polo tanto, a gravación por plasma aínda ten un certo mercado en equipos médicos e aviónicos div>

Pola contra, a fabricación de micro vias por láser é un proceso sinxelo e de baixo custo. O investimento en equipos láser é moi baixo e o láser é unha ferramenta sen contacto. A diferenza da perforación mecánica, haberá un custoso custo de reposición de ferramentas. Ademais, os láseres modernos de CO2 e uv-dpss selados non necesitan mantemento, o que pode minimizar o tempo de inactividade e mellorar moito a produtividade.

O método para xerar micro vias na placa de circuíto flexible é o mesmo que no PCB ríxido, pero hai que cambiar algúns parámetros importantes do láser debido á diferenza de substrato e grosor. Os láseres selados de CO2 e uv-dpss poden usar a mesma tecnoloxía de dixitalización de vectores que o moldeado para perforar directamente na placa de circuíto flexible. A única diferenza é que o software da aplicación de perforación apagará o láser durante a exploración do espello de dixitalización dun micro a outro. O raio láser non se acenderá ata alcanzar outra posición de perforación. Para facer que o burato sexa perpendicular á superficie do substrato da placa de circuíto flexible, o raio láser debe brillar verticalmente no substrato da placa de circuíto, o que se pode conseguir empregando un sistema de lentes telecéntricas entre o espello de dixitalización e o substrato (Fig. 2). ) div>

Buratos perforados en Kapton mediante láser UV

O láser CO2 tamén pode usar tecnoloxía de máscara conformal para perforar micro vías. Cando se usa esta tecnoloxía, a superficie de cobre úsase como máscara, os buracos son gravados nela mediante o método de gravado ordinario de impresión e, a continuación, o raio láser de CO2 é irradiado nos buratos da folla de cobre para eliminar os materiais dieléctricos expostos.

As micro vias tamén se poden facer usando láser excimer mediante o método de máscara de proxección. Esta tecnoloxía necesita mapear a imaxe dunha micro via ou de toda a matriz micro via ao substrato e, a continuación, o raio láser excimer irradia a máscara para mapear a imaxe da máscara á superficie do substrato, para perforar o burato. A calidade da perforación por láser excimer é moi boa. As súas desvantaxes son a baixa velocidade e o alto custo.

Selección por láser, aínda que o tipo de láser para procesar placa de circuíto flexible é o mesmo que para procesar PCB ríxido, a diferenza de material e grosor afectará moito aos parámetros e á velocidade de procesamento. Ás veces pódese usar láser excimer e láser CO2 de gas excitado (té) CO2, pero estes dous métodos teñen velocidade lenta e custos de mantemento elevados, o que limita a mellora da produtividade. En comparación, os láseres COXNUMX e uv-dpss son moi utilizados, rápidos e de baixo custo, polo que se utilizan principalmente na fabricación e procesamento de micro vias de placas de circuítos flexibles.

Diferente do láser de CO2 de fluxo de gas, láser de CO2 selado （http://www.auto-alt.cn） Adoptase a tecnoloxía de liberación de bloques para limitar a mestura de gases láser á cavidade láser especificada por dúas placas de electrodos rectangulares. A cavidade do láser está selada durante toda a vida útil (normalmente uns 2 ~ 3 anos). A cavidade láser selada ten unha estrutura compacta e non precisa intercambio de aire. A cabeza do láser pode funcionar continuamente durante máis de 25000 horas sen necesidade de mantemento. A maior vantaxe do deseño de selado é que pode xerar impulsos rápidos. Por exemplo, o láser de liberación de bloque pode emitir pulsos de alta frecuencia (100kHz) cun pico de potencia de 1.5KW. Con alta frecuencia e alta potencia máxima, pódese realizar un mecanizado rápido sen degradación térmica div>

O láser UV-dpss é un dispositivo de estado sólido que aspira continuamente a varilla de cristal de vanadato de neodimio (Nd: YVO4) cunha matriz de diodos láser. Xera saída de pulso mediante un interruptor Q acústico-óptico e usa o terceiro xerador de cristal harmónico para cambiar a saída do láser Nd: YVO4 de 1064 nm & nbsp; A lonxitude de onda básica IR redúcese a 355 nm de lonxitude de onda UV. Xeralmente 355nm </ div>

A potencia media de saída do láser uv-dpss a unha frecuencia de repetición de pulso nominal de 20 kHz é superior a 3W div>

Láser UV-dpss

Tanto o dieléctrico coma o cobre poden absorber facilmente o láser uv-dpss cunha lonxitude de onda de saída de 355 nm. O láser UV-dpss ten un punto de luz máis pequeno e unha potencia de saída menor que o láser CO2. No proceso de procesamento dieléctrico, o láser uv-dpss úsase normalmente para pequenos tamaños (menos do 50%) μ m) Polo tanto, o diámetro inferior a 50 debería procesarse no substrato da placa de circuíto flexible de alta densidade μ M micro vía , Usar láser UV é moi ideal. Agora hai un láser uv-dpss de alta potencia, que pode aumentar a velocidade de procesamento e perforación do láser uv-dpss div>

A vantaxe do láser uv-dpss é que cando os seus fotóns UV de alta enerxía brillan na maioría das capas superficiais non metálicas, poden romper directamente o enlace das moléculas, suavizar a punta de corte cun proceso de litografía “frío” e minimizar o grao de danos térmicos e abrasadores. Polo tanto, o micro corte UV é adecuado para ocasións de alta demanda onde o postratamento é imposible ou innecesario div>

Láser CO2 (alternativas de automatización)

O láser de CO2 selado pode emitir unha lonxitude de onda de 10.6 μ M ou 9.4 μ M de láser FIR, aínda que as dúas lonxitudes de onda son fáciles de absorber por dieléctricos como o substrato da película de poliimida, a investigación demostra que 9.4 μ O efecto da lonxitude de onda M que procesa este tipo de material é moito mellor. Dieléctrico 9.4 μ O coeficiente de absorción de lonxitude de onda M é maior, mellor que 10.6 para perforar ou cortar materiais μ M de lonxitude de onda rápida. O láser de nove puntos e catro μ M non só ten vantaxes obvias na perforación e corte, senón que ten un efecto de corte especial. Polo tanto, o uso de láser de lonxitude de onda máis curta pode mellorar a produtividade e a calidade.

En xeral, a lonxitude de onda do abeto é facilmente absorbida polos dieléctricos, pero o cobre reflectirase cara atrás. Polo tanto, a maioría dos láseres de CO2 utilízanse para o procesamento dieléctrico, o moldeado, o corte e a delaminación de substrato dieléctrico e laminado. Debido a que a potencia de saída do láser CO2 é superior á do láser DPSS, na maioría dos casos o láser CO2 úsase para procesar dieléctricos. O láser CO2 e o láser uv-dpss úsanse a miúdo xuntos. Por exemplo, ao perforar micro vias, primeiro elimine a capa de cobre con láser DPSS e, a continuación, practique rapidamente buratos na capa dieléctrica con láser de CO2 ata que apareza a seguinte capa revestida de cobre e, a continuación, repita o proceso.

Debido a que a propia lonxitude de onda do láser UV é moi curta, o punto luminoso emitido polo láser UV é máis fino que o do láser CO2, pero nalgunhas aplicacións, o punto luminoso de gran diámetro producido polo láser CO2 é máis útil que o láser uv-dpss. Por exemplo, cortar materiais de gran superficie como ranuras e bloques ou perforar buratos grandes (diámetro superior a 50) μ m) Leva menos tempo procesarse con láser de CO2. En xeral, a relación de apertura é de 50 μ Cando m é grande, o procesamento con láser de CO2 é máis adecuado e a apertura é inferior a 50 μ M, o efecto do láser uv-dpss é mellor.