Penerapan teknologi pemrosesan laser di papan sirkuit fleksibel

Papan sirkuit fleksibel kepadatan tinggi adalah bagian dari seluruh papan sirkuit fleksibel, yang umumnya didefinisikan sebagai jarak garis kurang dari 200 M atau mikro melalui papan sirkuit fleksibel kurang dari 250 M. Papan sirkuit fleksibel kepadatan tinggi memiliki berbagai aplikasi, seperti telekomunikasi, komputer, sirkuit terpadu, dan peralatan medis. Bertujuan pada sifat khusus bahan papan sirkuit fleksibel, makalah ini memperkenalkan beberapa masalah utama yang harus dipertimbangkan dalam pemrosesan laser papan sirkuit fleksibel berdensitas tinggi dan mikro melalui pengeboran p>

Karakteristik unik dari papan sirkuit fleksibel menjadikannya alternatif untuk papan sirkuit kaku dan skema pengkabelan tradisional dalam banyak kesempatan. Pada saat yang sama, ini juga mendorong pengembangan banyak bidang baru. Bagian FPC yang tumbuh paling cepat adalah jalur koneksi internal hard disk drive (HDD) komputer. Kepala magnetik hard disk harus bergerak maju mundur pada disk yang berputar untuk pemindaian, dan sirkuit fleksibel dapat digunakan untuk menggantikan kabel untuk mewujudkan hubungan antara kepala magnetik seluler dan papan sirkuit kontrol. Produsen hard disk meningkatkan produksi dan mengurangi biaya perakitan melalui teknologi yang disebut “pelat fleksibel yang ditangguhkan” (FOS). Selain itu, teknologi suspensi nirkabel memiliki ketahanan seismik yang lebih baik dan dapat meningkatkan keandalan produk. Papan sirkuit fleksibel berdensitas tinggi lainnya yang digunakan dalam hard disk adalah interposer flex, yang digunakan antara suspensi dan pengontrol.

Bidang FPC yang berkembang kedua adalah pengemasan sirkuit terintegrasi baru. Sirkuit fleksibel digunakan dalam kemasan level chip (CSP), modul multi chip (MCM) dan chip pada papan sirkuit fleksibel (COF). Di antara mereka, sirkuit internal CSP memiliki pasar yang sangat besar, karena dapat digunakan dalam perangkat semikonduktor dan memori flash, dan banyak digunakan dalam kartu PCMCIA, disk drive, personal digital assistant (PDA), ponsel, pager Kamera digital dan kamera digital . Selain itu, layar kristal cair (LCD), sakelar film poliester, dan kartrid printer ink-jet adalah tiga bidang aplikasi pertumbuhan tinggi lainnya dari papan sirkuit fleksibel berdensitas tinggi\

Potensi pasar teknologi saluran fleksibel pada perangkat portabel (seperti ponsel) sangat besar, yang sangat wajar, karena perangkat ini membutuhkan volume kecil dan ringan untuk memenuhi kebutuhan konsumen; Selain itu, aplikasi terbaru dari teknologi fleksibel termasuk layar panel datar dan perangkat medis, yang dapat digunakan oleh desainer untuk mengurangi volume dan berat produk seperti alat bantu dengar dan implan manusia.

Pertumbuhan besar di bidang di atas telah menyebabkan peningkatan output global papan sirkuit fleksibel. Misalnya, volume penjualan tahunan hard disk diperkirakan mencapai 345 juta unit pada tahun 2004, hampir dua kali lipat dari tahun 1999, dan volume penjualan ponsel pada tahun 2005 diperkirakan secara konservatif menjadi 600 juta unit. Peningkatan ini menyebabkan peningkatan tahunan sebesar 35% dalam output papan sirkuit fleksibel berdensitas tinggi, mencapai 3.5 juta meter persegi pada tahun 2002. Permintaan output yang tinggi seperti itu memerlukan teknologi pemrosesan yang efisien dan berbiaya rendah, dan teknologi pemrosesan laser adalah salah satunya. .

Laser memiliki tiga fungsi utama dalam proses pembuatan papan sirkuit fleksibel: memproses dan membentuk (memotong dan memotong), mengiris dan mengebor. Sebagai alat pemesinan non-kontak, laser dapat digunakan dalam fokus yang sangat kecil (100 ~ 500) m) Energi cahaya intensitas tinggi (650MW / mm2) diterapkan pada material. Energi tinggi seperti itu dapat digunakan untuk memotong, mengebor, menandai, mengelas, menandai, dan pemrosesan lainnya. Kecepatan dan kualitas pemrosesan terkait dengan sifat bahan yang diproses dan karakteristik laser yang digunakan, seperti panjang gelombang, densitas energi, daya puncak, lebar pulsa, dan frekuensi. Pemrosesan papan sirkuit fleksibel menggunakan laser ultraviolet (UV) dan inframerah jauh (FIR). Yang pertama biasanya menggunakan laser excimer atau dioda UV yang dipompa solid-state (uv-dpss), sedangkan yang terakhir biasanya menggunakan laser CO2 yang disegel div>

Teknologi pemindaian vektor menggunakan komputer untuk mengontrol cermin yang dilengkapi dengan flow meter dan perangkat lunak CAD / CAM untuk menghasilkan grafik pemotongan dan pengeboran, dan menggunakan sistem lensa telesentrik untuk memastikan bahwa laser bersinar secara vertikal pada permukaan benda kerja < / div >

Pengeboran Laser pengolahan memiliki presisi tinggi dan aplikasi yang luas. Ini adalah alat yang ideal untuk membentuk papan sirkuit fleksibel. Baik laser CO2 atau laser DPSS, material dapat diproses menjadi bentuk apa pun setelah pemfokusan. Ini menembakkan sinar laser terfokus di mana saja di permukaan benda kerja dengan memasang cermin pada galvanometer, kemudian melakukan kontrol numerik komputer (CNC) pada galvanometer dengan menggunakan teknologi pemindaian vektor, dan membuat pemotongan grafik dengan bantuan perangkat lunak CAD / CAM. “Alat lunak” ini dapat dengan mudah mengontrol laser secara real time saat desain diubah. Dengan menyesuaikan penyusutan ringan dan berbagai alat pemotong, pemrosesan laser dapat secara akurat mereproduksi grafik desain, yang merupakan keuntungan signifikan lainnya.

Pemindaian vektor dapat memotong substrat seperti film polimida, memotong seluruh rangkaian atau menghilangkan area pada papan sirkuit, seperti slot atau blok. Dalam proses pemrosesan dan pembentukan, sinar laser selalu menyala ketika cermin memindai seluruh permukaan pemrosesan, yang berlawanan dengan proses pengeboran. Selama pengeboran, laser dihidupkan hanya setelah cermin dipasang pada setiap posisi pengeboran div>

bagian

“Mengiris” dalam jargon adalah proses menghilangkan satu lapisan bahan dari yang lain dengan laser. Proses ini lebih cocok untuk laser. Teknologi pemindaian vektor yang sama dapat digunakan untuk menghilangkan dielektrik dan mengekspos bantalan konduktif di bawah ini. Pada saat ini, pemrosesan laser dengan presisi tinggi sekali lagi mencerminkan manfaat besar. Karena sinar laser FIR akan dipantulkan oleh foil tembaga, laser CO2 biasanya digunakan di sini.

lubang bor

Meskipun beberapa tempat masih menggunakan pengeboran mekanis, stamping atau etsa plasma untuk membentuk lubang mikro, pengeboran laser masih merupakan metode pembentukan lubang mikro yang paling banyak digunakan dari papan sirkuit fleksibel, terutama karena produktivitasnya yang tinggi, fleksibilitas yang kuat, dan waktu operasi normal yang lama. .

Pengeboran dan stamping mekanis mengadopsi mata bor dan cetakan presisi tinggi, yang dapat dibuat pada papan sirkuit fleksibel dengan diameter hampir 250 M, tetapi perangkat presisi tinggi ini sangat mahal dan memiliki masa pakai yang relatif singkat. Karena papan sirkuit fleksibel berdensitas tinggi, rasio bukaan yang diperlukan adalah 250 M kecil, sehingga pengeboran mekanis tidak disukai.

Plasma etsa dapat digunakan pada substrat film polimida setebal 50 M dengan ukuran kurang dari 100 M, tetapi investasi peralatan dan biaya prosesnya cukup tinggi, dan biaya perawatan proses etsa plasma juga sangat tinggi, terutama biaya terkait untuk beberapa pengolahan limbah kimia dan bahan habis pakai. Selain itu, dibutuhkan waktu yang cukup lama untuk etsa plasma untuk membuat vias mikro yang konsisten dan andal saat membuat proses baru. Keuntungan dari proses ini adalah keandalan yang tinggi. Dilaporkan bahwa tingkat kualifikasi mikro via adalah 98%. Oleh karena itu, etsa plasma masih memiliki pasar tertentu di bidang peralatan medis dan avionik

Sebaliknya, fabrikasi vias mikro dengan laser adalah proses yang sederhana dan berbiaya rendah. Investasi peralatan laser sangat rendah, dan laser adalah alat non-kontak. Tidak seperti pengeboran mekanis, akan ada biaya penggantian alat yang mahal. Selain itu, laser CO2 dan uv-dpss modern yang disegel bebas perawatan, yang dapat meminimalkan waktu henti dan sangat meningkatkan produktivitas.

Metode menghasilkan vias mikro pada papan sirkuit fleksibel sama dengan yang pada PCB kaku, tetapi beberapa parameter penting dari laser perlu diubah karena perbedaan substrat dan ketebalan. Laser CO2 dan uv-dpss yang disegel dapat menggunakan teknologi pemindaian vektor yang sama seperti pencetakan untuk mengebor langsung pada papan sirkuit fleksibel. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa perangkat lunak aplikasi pengeboran akan mematikan laser selama pemindaian cermin pemindaian dari satu mikro ke mikro lainnya. Sinar laser tidak akan dinyalakan sampai mencapai posisi pengeboran lain. Untuk membuat lubang tegak lurus dengan permukaan substrat papan sirkuit fleksibel, sinar laser harus bersinar secara vertikal pada substrat papan sirkuit, yang dapat dicapai dengan menggunakan sistem lensa telesentrik antara cermin pemindai dan substrat (Gbr. 2 ) div>

Lubang dibor di Kapton menggunakan laser UV

Laser CO2 juga dapat menggunakan teknologi masker konformal untuk mengebor vias mikro. Saat menggunakan teknologi ini, permukaan tembaga digunakan sebagai topeng, lubang diukir di atasnya dengan metode etsa pencetakan biasa, dan kemudian sinar laser CO2 disinari pada lubang foil tembaga untuk menghilangkan bahan dielektrik yang terbuka.

Mikro vias juga dapat dibuat dengan menggunakan laser excimer melalui metode topeng proyeksi. Teknologi ini perlu memetakan gambar mikro melalui atau seluruh mikro melalui array ke substrat, dan kemudian sinar laser excimer menyinari topeng untuk memetakan gambar topeng ke permukaan substrat, sehingga dapat mengebor lubang. Kualitas pengeboran laser excimer sangat baik. Kerugiannya adalah kecepatan rendah dan biaya tinggi.

Pemilihan laser meskipun jenis laser untuk memproses papan sirkuit fleksibel sama dengan untuk memproses PCB kaku, perbedaan bahan dan ketebalan akan sangat mempengaruhi parameter dan kecepatan pemrosesan. Kadang-kadang laser excimer dan laser CO2 gas (teh) transversal dapat digunakan, tetapi kedua metode ini memiliki kecepatan yang lambat dan biaya perawatan yang tinggi, yang membatasi peningkatan produktivitas. Sebagai perbandingan, laser CO2 dan uv-dpss banyak digunakan, cepat dan berbiaya rendah, sehingga terutama digunakan dalam fabrikasi dan pemrosesan mikro via papan sirkuit fleksibel.

Berbeda dari laser CO2 aliran gas, laser CO2 tersegel（ http://www.auto-alt.cn Teknologi pelepasan blok diadopsi untuk membatasi campuran gas laser ke rongga laser yang ditentukan oleh dua pelat elektroda persegi panjang. Rongga laser disegel selama masa pakai (biasanya sekitar 2 ~ 3 tahun). Rongga laser yang disegel memiliki struktur yang kompak dan tidak memerlukan pertukaran udara. Kepala laser dapat bekerja terus menerus selama lebih dari 25000 jam tanpa perawatan. Keuntungan terbesar dari desain penyegelan adalah dapat menghasilkan pulsa cepat. Misalnya, laser pelepas blok dapat memancarkan pulsa frekuensi tinggi (100kHz) dengan puncak daya 1.5KW. Dengan frekuensi tinggi dan daya puncak yang tinggi, pemesinan cepat dapat dilakukan tanpa penurunan degradasi termal>

Laser UV-dpss adalah perangkat solid-state yang secara terus-menerus menyedot batang kristal neodymium vanadate (Nd: YVO4) dengan susunan dioda laser. Ini menghasilkan output pulsa oleh Q-switch acousto-optic, dan menggunakan generator kristal harmonik ketiga untuk mengubah output laser Nd: YVO4 dari 1064nm & nbsp; Panjang gelombang dasar IR direduksi menjadi panjang gelombang UV 355 nm. Umumnya 355nm < / div >

Daya keluaran rata-rata laser uv-dpss pada tingkat pengulangan pulsa nominal 20kHz lebih dari 3W div>

Laser UV-dpss

Baik dielektrik maupun tembaga dapat dengan mudah menyerap laser uv-dpss dengan panjang gelombang keluaran 355nm. Laser UV-dpss memiliki titik cahaya yang lebih kecil dan daya keluaran yang lebih rendah daripada laser CO2. Dalam proses pemrosesan dielektrik, laser uv-dpss biasanya digunakan untuk ukuran kecil (kurang dari 50%) m) Oleh karena itu, diameter kurang dari 50 harus diproses pada substrat papan sirkuit fleksibel berdensitas tinggi M mikro melalui , menggunakan laser UV sangat ideal. Sekarang ada laser uv-dpss berdaya tinggi, yang dapat meningkatkan kecepatan pemrosesan dan pengeboran div laser uv-dpss>

Keuntungan dari laser uv-dpss adalah ketika foton UV berenergi tinggi menyinari sebagian besar lapisan permukaan non-logam, mereka dapat secara langsung memutus ikatan molekul, menghaluskan ujung tombak dengan proses litografi “dingin”, dan meminimalkan tingkat kerusakan termal dan panas. Oleh karena itu, pemotongan mikro UV cocok untuk acara permintaan tinggi di mana pasca perawatan tidak mungkin atau tidak perlu div>

Laser CO2 (Alternatif otomatisasi)

Laser CO2 yang disegel dapat memancarkan panjang gelombang laser FIR 10.6 M atau 9.4 M, meskipun kedua panjang gelombang tersebut mudah diserap oleh dielektrik seperti substrat film polimida, penelitian menunjukkan bahwa 9.4 Efek pemrosesan panjang gelombang M bahan semacam ini jauh lebih baik. Dielektrik 9.4 Koefisien penyerapan panjang gelombang M lebih tinggi, yang lebih baik dari 10.6 untuk pengeboran atau pemotongan bahan panjang gelombang M cepat. sembilan koma empat M laser tidak hanya memiliki keunggulan yang jelas dalam pengeboran dan pemotongan, tetapi juga memiliki efek mengiris yang luar biasa. Oleh karena itu, penggunaan laser dengan panjang gelombang yang lebih pendek dapat meningkatkan produktivitas dan kualitas.

Secara umum, panjang gelombang cemara mudah diserap oleh dielektrik, tetapi akan dipantulkan kembali oleh tembaga. Oleh karena itu, sebagian besar laser CO2 digunakan untuk pemrosesan dielektrik, pencetakan, pengirisan, dan delaminasi substrat dan laminasi dielektrik. Karena daya keluaran laser CO2 lebih tinggi daripada laser DPSS, laser CO2 digunakan untuk memproses dielektrik dalam banyak kasus. Laser CO2 dan laser uv-dpss sering digunakan bersama-sama. Misalnya, saat mengebor vias mikro, pertama-tama lepaskan lapisan tembaga dengan laser DPSS, lalu bor lubang di lapisan dielektrik dengan laser CO2 dengan cepat hingga muncul lapisan berlapis tembaga berikutnya, lalu ulangi prosesnya.

Karena panjang gelombang laser UV itu sendiri sangat pendek, titik cahaya yang dipancarkan oleh laser UV lebih halus daripada laser CO2, tetapi dalam beberapa aplikasi, titik cahaya berdiameter besar yang dihasilkan oleh laser CO2 lebih berguna daripada laser uv-dpss. Misalnya, memotong material dengan area yang luas seperti alur dan balok atau mengebor lubang besar (diameter lebih dari 50) m) Memerlukan waktu lebih sedikit untuk memproses dengan laser CO2. Secara umum, rasio aperture adalah 50 Ketika m besar, pemrosesan laser CO2 lebih tepat, dan aperture kurang dari 50 M, efek laser uv-dpss lebih baik.