Applicazione della tecnologia di lavorazione laser in circuito flessibile

Il circuito flessibile ad alta densità è una parte dell’intero circuito flessibile, che è generalmente definito come l’interlinea inferiore a 200 μ M o micro tramite un circuito flessibile inferiore a 250 μ M. Il circuito flessibile ad alta densità ha una vasta gamma di applicazioni, come telecomunicazioni, computer, circuiti integrati e apparecchiature mediche. Mirando alle proprietà speciali dei materiali dei circuiti stampati flessibili, questo documento introduce alcuni problemi chiave da considerare nella lavorazione laser di circuiti stampati flessibili ad alta densità e microforatura p>

Le caratteristiche uniche del circuito flessibile lo rendono un’alternativa al circuito rigido e allo schema di cablaggio tradizionale in molte occasioni. Allo stesso tempo, promuove anche lo sviluppo di molti nuovi campi. La parte in più rapida crescita di FPC è la linea di connessione interna dell’unità disco rigido del computer (HDD). La testina magnetica del disco rigido si muoverà avanti e indietro sul disco rotante per la scansione e il circuito flessibile può essere utilizzato per sostituire il filo per realizzare il collegamento tra la testina magnetica mobile e il circuito di controllo. I produttori di dischi rigidi aumentano la produzione e riducono i costi di assemblaggio attraverso una tecnologia chiamata “lastra flessibile sospesa” (FOS). Inoltre, la tecnologia di sospensione wireless ha una migliore resistenza sismica e può migliorare l’affidabilità del prodotto. Un altro circuito flessibile ad alta densità utilizzato nel disco rigido è l’interposer flex, che viene utilizzato tra la sospensione e il controller.

Il secondo settore in crescita di FPC è il nuovo packaging per circuiti integrati. I circuiti flessibili sono utilizzati in imballaggi a livello di chip (CSP), moduli multi chip (MCM) e chip su circuiti flessibili (COF). Tra questi, il circuito interno CSP ha un enorme mercato, perché può essere utilizzato in dispositivi a semiconduttore e memoria flash, ed è ampiamente utilizzato in schede PCMCIA, unità disco, assistenti digitali personali (PDA), telefoni cellulari, cercapersone Fotocamera digitale e fotocamera digitale . Inoltre, il display a cristalli liquidi (LCD), l’interruttore a pellicola in poliestere e la cartuccia della stampante a getto d’inchiostro sono altri tre campi di applicazione ad alta crescita del circuito flessibile ad alta densità\

Il potenziale di mercato della tecnologia delle linee flessibili nei dispositivi portatili (come i telefoni cellulari) è molto ampio, il che è molto naturale, perché questi dispositivi richiedono un volume ridotto e un peso ridotto per soddisfare le esigenze dei consumatori; Inoltre, le ultime applicazioni della tecnologia flessibile includono display a schermo piatto e dispositivi medici, che possono essere utilizzati dai progettisti per ridurre il volume e il peso di prodotti come apparecchi acustici e impianti umani.

L’enorme crescita nei campi di cui sopra ha portato ad un aumento della produzione globale di circuiti stampati flessibili. Ad esempio, si prevede che il volume delle vendite annuali di dischi rigidi raggiunga i 345 milioni di unità nel 2004, quasi il doppio di quello del 1999, e il volume delle vendite dei telefoni cellulari nel 2005 è stimato prudenzialmente a 600 milioni di unità. Questi aumenti portano a un aumento annuo del 35% nella produzione di circuiti stampati flessibili ad alta densità, raggiungendo i 3.5 milioni di metri quadrati entro il 2002. Una tale domanda di produzione elevata richiede una tecnologia di elaborazione efficiente e a basso costo, e la tecnologia di elaborazione laser è una di queste .

Il laser ha tre funzioni principali nel processo di produzione di circuiti stampati flessibili: lavorazione e formatura (taglio e taglio), affettatura e foratura. Come strumento di lavorazione senza contatto, il laser può essere utilizzato in un fuoco molto piccolo (100 ~ 500) μ m) Al materiale viene applicata energia luminosa ad alta intensità (650 MW / mm2). Tale energia elevata può essere utilizzata per il taglio, la foratura, la marcatura, la saldatura, la marcatura e altre lavorazioni. La velocità e la qualità di elaborazione sono correlate alle proprietà del materiale lavorato e alle caratteristiche del laser utilizzato, come lunghezza d’onda, densità di energia, potenza di picco, larghezza dell’impulso e frequenza. L’elaborazione del circuito flessibile utilizza laser ultravioletti (UV) e infrarossi lontani (FIR). Il primo utilizza solitamente laser ad eccimeri oa diodi UV pompati a stato solido (uv-dpss), mentre il secondo utilizza generalmente laser a CO2 sigillati div>

La tecnologia di scansione vettoriale utilizza un computer per controllare lo specchio dotato di flussometro e software CAD/CAM per generare grafici di taglio e foratura e utilizza un sistema di lenti telecentriche per garantire che il laser brilli verticalmente sulla superficie del pezzo < / div >

Foratura laser l’elaborazione ha un’elevata precisione e un’ampia applicazione. È uno strumento ideale per formare circuiti stampati flessibili. Che si tratti di laser CO2 o laser DPSS, il materiale può essere lavorato in qualsiasi forma dopo la messa a fuoco. Spara il raggio laser focalizzato ovunque sulla superficie del pezzo installando uno specchio sul galvanometro, quindi esegue il controllo numerico computerizzato (CNC) sul galvanometro utilizzando la tecnologia di scansione vettoriale e realizza la grafica di taglio con l’aiuto del software CAD / CAM. Questo “soft tool” può controllare facilmente il laser in tempo reale quando il design viene modificato. Regolando il restringimento della luce e vari strumenti di taglio, l’elaborazione laser può riprodurre accuratamente la grafica del design, che è un altro vantaggio significativo.

La scansione vettoriale può tagliare substrati come la pellicola di poliimmide, tagliare l’intero circuito o rimuovere un’area sulla scheda del circuito, come uno slot o un blocco. Nel processo di lavorazione e formatura, il raggio laser è sempre acceso quando lo specchio scansiona l’intera superficie di lavorazione, che è opposta al processo di foratura. Durante la foratura il laser si accende solo dopo che lo specchio è stato fissato ad ogni posizione di foratura div>

“Slicing” in gergo è il processo di rimozione di uno strato di materiale da un altro con un laser. Questo processo è più adatto per il laser. La stessa tecnologia di scansione vettoriale può essere utilizzata per rimuovere il dielettrico ed esporre il pad conduttivo sottostante. In questo momento, l’elevata precisione della lavorazione laser riflette ancora una volta grandi vantaggi. Poiché i raggi laser FIR saranno riflessi da una lamina di rame, qui di solito viene utilizzato il laser CO2.

Foro

Sebbene alcuni luoghi utilizzino ancora la perforazione meccanica, lo stampaggio o l’incisione al plasma per formare micro fori passanti, la perforazione laser è ancora il metodo di formazione di micro fori passanti più utilizzato del circuito flessibile, principalmente a causa della sua elevata produttività, forte flessibilità e lungo tempo di funzionamento normale .

La perforazione e lo stampaggio meccanici adottano punte e matrici ad alta precisione, che possono essere realizzate sul circuito flessibile con un diametro di quasi 250 μ M, ma questi dispositivi ad alta precisione sono molto costosi e hanno una durata relativamente breve. A causa del circuito flessibile ad alta densità, il rapporto di apertura richiesto è 250 μ M è piccolo, quindi la perforazione meccanica non è favorita.

L’incisione al plasma può essere utilizzata su un substrato di film di poliimmide spesso 50 μ M con una dimensione inferiore a 100 μ M, ma l’investimento in apparecchiature e i costi di processo sono piuttosto elevati e anche il costo di manutenzione del processo di incisione al plasma è molto elevato, in particolare i costi relativi ad alcuni trattamenti di rifiuti chimici e materiali di consumo. Inoltre, l’incisione al plasma richiede molto tempo per creare micro via coerenti e affidabili quando si stabilisce un nuovo processo. Il vantaggio di questo processo è l’elevata affidabilità. È stato riferito che il tasso qualificato di micro via è del 98%. Pertanto, l’incisione al plasma ha ancora un certo mercato nelle apparecchiature mediche e avioniche div>

Al contrario, la fabbricazione di micro via mediante laser è un processo semplice ed economico. L’investimento in apparecchiature laser è molto basso e il laser è uno strumento senza contatto. A differenza della perforazione meccanica, ci sarà un costoso costo di sostituzione dell’utensile. Inoltre, i moderni laser sigillati CO2 e uv-dpss non richiedono manutenzione, il che può ridurre al minimo i tempi di fermo e migliorare notevolmente la produttività.

Il metodo di generazione di micro via su circuito flessibile è lo stesso di quello su PCB rigido, ma alcuni parametri importanti del laser devono essere modificati a causa della differenza di substrato e spessore. I laser sigillati a CO2 e uv-dpss possono utilizzare la stessa tecnologia di scansione vettoriale dello stampaggio per forare direttamente sul circuito flessibile. L’unica differenza è che il software applicativo di foratura spegne il laser durante la scansione dello specchio da un micro via all’altro. Il raggio laser non si accenderà finché non raggiunge un’altra posizione di foratura. Per rendere il foro perpendicolare alla superficie del substrato del circuito flessibile, il raggio laser deve brillare verticalmente sul substrato del circuito, che può essere ottenuto utilizzando un sistema di lenti telecentriche tra lo specchio di scansione e il substrato (Fig. 2 ) div>

Fori praticati su Kapton con laser UV

Il laser CO2 può anche utilizzare la tecnologia della maschera conforme per perforare micro vie. Quando si utilizza questa tecnologia, la superficie di rame viene utilizzata come maschera, i fori vengono incisi su di essa con il normale metodo di incisione della stampa, quindi il raggio laser CO2 viene irradiato sui fori della lamina di rame per rimuovere i materiali dielettrici esposti.

I micro via possono essere realizzati anche utilizzando il laser ad eccimeri attraverso il metodo della maschera di proiezione. Questa tecnologia deve mappare l’immagine di un micro via o l’intero micro via array sul substrato, quindi il raggio laser ad eccimeri irradia la maschera per mappare l’immagine della maschera sulla superficie del substrato, in modo da praticare il foro. La qualità della perforazione laser ad eccimeri è molto buona. I suoi svantaggi sono la bassa velocità e l’alto costo.

Selezione laser sebbene il tipo di laser per la lavorazione di circuiti stampati flessibili sia lo stesso di quello per la lavorazione di circuiti stampati rigidi, la differenza di materiale e spessore influenzerà notevolmente i parametri di lavorazione e la velocità. A volte è possibile utilizzare il laser ad eccimeri e il laser a CO2 a gas eccitato trasversale (tè), ma questi due metodi hanno una bassa velocità e alti costi di manutenzione, che limitano il miglioramento della produttività. In confronto, i laser CO2 e uv-dpss sono ampiamente utilizzati, veloci ea basso costo, quindi sono utilizzati principalmente nella fabbricazione e nella lavorazione di micro via di circuiti stampati flessibili.

Diverso dal laser CO2 a flusso di gas, laser CO2 sigillato（ http://www.auto-alt.cn La tecnologia di rilascio del blocco è adottata per limitare la miscela di gas laser alla cavità laser specificata da due piastre di elettrodi rettangolari. La cavità del laser è sigillata durante l’intera vita utile (di solito circa 2 ~ 3 anni). La cavità laser sigillata ha una struttura compatta e non necessita di ricambio d’aria. La testa laser può funzionare ininterrottamente per più di 25000 ore senza manutenzione. Il più grande vantaggio del design della tenuta è che può generare impulsi veloci. Ad esempio, il laser a rilascio di blocco può emettere impulsi ad alta frequenza (100kHz) con un picco di potenza di 1.5KW. Con l’alta frequenza e l’elevata potenza di picco, è possibile eseguire lavorazioni rapide senza alcun degrado termico div>

Il laser UV-dpss è un dispositivo a stato solido che aspira continuamente vanadato di neodimio (Nd: YVO4) asta di cristallo con array di diodi laser. Genera un’uscita di impulsi da un Q-switch acusto-ottico e utilizza il generatore di cristalli di terza armonica per modificare l’uscita di Nd: laser YVO4 da 1064 nm & nbsp; La lunghezza d’onda di base IR è ridotta alla lunghezza d’onda UV di 355 nm. Generalmente 355nm < / div >

La potenza di uscita media del laser uv-dpss alla frequenza di ripetizione dell’impulso nominale di 20kHz è superiore a 3W div>

Laser UV-DPS

Sia il dielettrico che il rame possono assorbire facilmente il laser uv-dpss con lunghezza d’onda di uscita di 355 nm. Il laser UV-dpss ha un punto luminoso più piccolo e una potenza di uscita inferiore rispetto al laser a CO2. Nel processo di elaborazione dielettrica, il laser uv-dpss viene solitamente utilizzato per piccole dimensioni (meno del 50%) μ m) Pertanto, il diametro inferiore a 50 deve essere elaborato sul substrato del circuito flessibile ad alta densità μ M micro via , l’utilizzo del laser UV è l’ideale. Ora c’è un laser uv-dpss ad alta potenza, che può aumentare la velocità di elaborazione e perforazione del laser uv-dpss div>

Il vantaggio del laser uv-dpss è che quando i suoi fotoni UV ad alta energia brillano sulla maggior parte degli strati superficiali non metallici, possono rompere direttamente il legame delle molecole, levigare il tagliente con un processo di litografia “a freddo” e ridurre al minimo il grado di danni termici e bruciature. Pertanto, il microtaglio UV è adatto per occasioni molto richieste in cui il post-trattamento è impossibile o non necessario div>

Laser CO2 (Alternative di automazione)

Il laser a CO2 sigillato può emettere una lunghezza d’onda di 10.6 μ M o 9.4 μ M di laser FIR, sebbene entrambe le lunghezze d’onda siano facili da assorbire da dielettrici come il substrato di film di poliimmide, la ricerca mostra che 9.4 μ L’effetto della lunghezza d’onda M che elabora questo tipo di materiale è molto meglio. Dielettrico 9.4 μ Il coefficiente di assorbimento della lunghezza d’onda M è maggiore, che è migliore di 10.6 per la foratura o il taglio di materiali μ M lunghezza d’onda veloce. Il laser a nove punti quattro μ M non solo presenta evidenti vantaggi nella foratura e nel taglio, ma ha anche un eccezionale effetto di taglio. Pertanto, l’uso di laser a lunghezza d’onda più corta può migliorare la produttività e la qualità.

In generale, la lunghezza d’onda dell’abete è facilmente assorbita dai dielettrici, ma sarà riflessa dal rame. Pertanto, la maggior parte dei laser a CO2 viene utilizzata per la lavorazione dielettrica, lo stampaggio, l’affettatura e la delaminazione di substrati e laminati dielettrici. Poiché la potenza di uscita del laser CO2 è superiore a quella del laser DPSS, nella maggior parte dei casi viene utilizzato il laser CO2 per elaborare il dielettrico. Il laser CO2 e il laser uv-dpss sono spesso usati insieme. Ad esempio, durante la perforazione di micro vie, rimuovere prima lo strato di rame con il laser DPSS, quindi praticare rapidamente dei fori nello strato dielettrico con il laser CO2 fino a quando non appare lo strato successivo rivestito di rame, quindi ripetere il processo.

Poiché la lunghezza d’onda del laser UV stesso è molto breve, il punto luminoso emesso dal laser UV è più fine di quello del laser CO2, ma in alcune applicazioni, il punto luminoso di grande diametro prodotto dal laser CO2 è più utile del laser uv-dpss. Ad esempio, tagliare materiali di grandi dimensioni come scanalature e blocchi o praticare fori di grandi dimensioni (diametro maggiore di 50) μ m) La lavorazione con il laser CO2 richiede meno tempo. In generale, il rapporto di apertura è 50 μ Quando m è grande, l’elaborazione laser CO2 è più appropriata e l’apertura è inferiore a 50 μ M, l’effetto del laser uv-dpss è migliore.