יישום טכנולוגיית עיבוד לייזר ב לוח מעגלים גמיש

לוח מעגלים גמיש בצפיפות גבוהה הוא חלק מלוח המעגלים הגמיש כולו, שמוגדר בדרך כלל כמרווח הקווים פחות מ -200 μM או מיקרו באמצעות מעגל גמיש פחות מ- 250 μM. לוח מעגלים גמיש בצפיפות גבוהה יש מגוון רחב של יישומים, כגון תקשורת, מחשבים, מעגלים משולבים וציוד רפואי. מכוון למאפיינים המיוחדים של חומרי מעגלים גמישים, מאמר זה מציג כמה בעיות מרכזיות שיש לקחת בחשבון בעיבוד לייזר של מעגל גמיש בצפיפות גבוהה ומיקרו באמצעות קידוח p>

המאפיינים הייחודיים של לוח מעגלים גמיש הופכים אותו לחלופה ללוח מעגלים קשיח ותוכנית חיווט מסורתית בהזדמנויות רבות. יחד עם זאת, היא גם מקדמת פיתוח תחומים חדשים רבים. החלק הצומח ביותר ב- FPC הוא קו החיבור הפנימי של כונן הדיסק הקשיח של המחשב (HDD). הראש המגנטי של הדיסק הקשיח ינוע קדימה ואחורה בדיסק המסתובב לצורך סריקה, וניתן להשתמש במעגל הגמיש להחלפת החוט כדי לממש את החיבור בין הראש המגנטי הנייד ללוח הבקרה. יצרני דיסקים קשיחים מגדילים את הייצור ומפחיתים את עלויות ההרכבה באמצעות טכנולוגיה שנקראת “צלחת גמישה מושעה” (FOS). בנוסף, לטכנולוגיית המתלים האלחוטיים יש עמידות סיסמית טובה יותר ויכולה לשפר את אמינות המוצר. לוח מעגלים גמיש נוסף בצפיפות גבוהה המשמש בדיסק הקשיח הוא flex interposer, המשמש בין השעיה לבקר.

התחום הצומח השני של FPC הוא אריזות מעגלים משולבים חדשים. מעגלים גמישים משמשים באריזה ברמת שבבים (CSP), מודול רב שבבים (MCM) ושבבים על לוח מעגלים גמיש (COF). ביניהם, למעגל הפנימי CSP יש שוק עצום, מכיוון שהוא יכול לשמש בהתקני מוליכים למחצה ובזיכרון פלאש, והוא נמצא בשימוש נרחב בכרטיסי PCMCIA, כונני דיסקים, עוזרים דיגיטליים אישיים (PDA), טלפונים ניידים, מצלמות דיגיטליות ומצלמות דיגיטליות . בנוסף, תצוגת קריסטל נוזלי (LCD), מתג סרט פוליאסטר ומחסנית דיו הם שלושה תחומי יישום אחרים בעלי צמיחה גבוהה של לוח מעגלים גמיש בצפיפות גבוהה \

פוטנציאל השוק של טכנולוגיית קו גמיש במכשירים ניידים (כגון טלפונים ניידים) הוא גדול מאוד, וזה מאוד טבעי, כי מכשירים אלה דורשים נפח קטן ומשקל קל כדי לענות על צרכי הצרכנים; בנוסף, היישומים העדכניים ביותר של טכנולוגיה גמישה כוללים צגים שטוחים ומכשירים רפואיים, שיכולים לשמש מעצבים להפחתת נפח ומשקל של מוצרים כגון מכשירי שמיעה ושתלים אנושיים.

הגידול העצום בתחומים לעיל הוביל לעלייה בתפוקה העולמית של מעגלים גמישים. לדוגמה, היקף המכירות השנתי של דיסקים קשיחים צפוי להגיע ל- 345 מיליון יחידות בשנת 2004, כמעט פי שניים מזה של 1999, והיקף המכירות של טלפונים ניידים בשנת 2005 מוערך באופן שמרני בכ -600 מיליון יחידות. עליות אלה מובילות לעלייה שנתית של 35% בתפוקת המעגלים הגמישים בצפיפות גבוהה, עד 3.5 מיליון מ”ר עד שנת 2002. דרישת תפוקה גבוהה כזו דורשת טכנולוגיית עיבוד יעילה וזולה וטכנולוגיית עיבוד לייזר היא אחת מהן. .

ללייזר שלוש פונקציות עיקריות בתהליך הייצור של הלוח הגמיש: עיבוד ויצירה (חיתוך וחיתוך), חיתוך וקידוח. ככלי עיבוד ללא מגע, ניתן להשתמש בלייזר במיקוד קטן מאוד (100 ~ 500) מיקרומטר) אנרגיה אור בעוצמה גבוהה (650MW / mm2) מוחלת על החומר. ניתן להשתמש באנרגיה גבוהה כזו לחיתוך, קידוח, סימון, ריתוך, סימון ועיבוד אחר. מהירות העיבוד והאיכות קשורים למאפייני החומר המעובד ולמאפייני הלייזר בהם משתמשים, כגון אורך גל, צפיפות אנרגיה, הספק שיא, רוחב הדופק והתדר. עיבוד הלוח הגמיש משתמש בלייזר אולטרה סגול (UV) ואינפרא אדום (FIR). הראשונים משתמשים בדרך כלל בלייזרים מסוג אקסיימר או דיודות UV שנשאבות במצב מוצק (uv-dpss), ואילו השנייה משתמשת בדרך כלל בלייזר CO2 אטום div>

טכנולוגיית סריקת וקטורים משתמשת במחשב לשליטה במראה המצוידת במד זרימה ותוכנת CAD / CAM ליצירת גרפיקת חיתוך וקידוח, ומשתמשת במערכת עדשות טלצנטריות על מנת להבטיח שהלייזר מאיר אנכית על משטח העבודה < / div>

קידוח לייזר לעיבוד דיוק גבוה ויישום רחב. זהו כלי אידיאלי ליצירת לוח מעגלים גמיש. בין אם זה לייזר CO2 או לייזר DPSS, ניתן לעבד את החומר לכל צורה לאחר המיקוד. הוא מצלם את קרן הלייזר הממוקדת בכל מקום על משטח העבודה על ידי התקנת מראה על הגלוונומטר, ולאחר מכן מבצע בקרה מספרית ממוחשבת (CNC) על הגלוונומטר באמצעות טכנולוגיית סריקה וקטורית, ועושה חיתוך גרפיקה בעזרת תוכנת CAD / CAM. “כלי רך” זה יכול לשלוט בקלות בלייזר בזמן אמת כאשר העיצוב משתנה. על ידי התאמת הצטמקות האור וכלי החיתוך השונים, עיבוד לייזר יכול לשחזר במדויק את הגרפיקה העיצובית, וזה יתרון משמעותי נוסף.

סריקה וקטורית יכולה לחתוך מצעים כמו סרט פולימיד, לחתוך את כל המעגל או להסיר שטח בלוח המעגלים, כגון חריץ או בלוק. בתהליך העיבוד והיצירה, קרן הלייזר מופעלת תמיד כאשר המראה סורקת את כל משטח העיבוד, ההפוך לתהליך הקידוח. במהלך הקידוח, הלייזר מופעל רק לאחר קביעת המראה בכל עמדת קידוח div>

סעיף

“חיתוך” בז’רגון הוא תהליך הסרת שכבת חומר אחת משנייה בעזרת לייזר. תהליך זה מתאים יותר ללייזר. ניתן להשתמש באותה טכנולוגיית סריקת וקטורים להסרת הדיאלקטרי וחשיפת הכרית המוליכה למטה. בשלב זה, הדיוק הגבוה של עיבוד הלייזר משקף שוב יתרונות גדולים. מכיוון שקרני לייזר FIR יבואו לידי ביטוי על ידי רדיד נחושת, בדרך כלל משתמשים כאן בלייזר CO2.

לקדוח חור

למרות שבמקומות מסוימים עדיין משתמשים בקידוח מכני, הטבעה או תחריט פלזמה ליצירת מיקרו דרך חורים, קידוח לייזר הוא עדיין שיטת יצירת החורים באמצעות מיקרו באמצעות חורים גמישים, בעיקר בגלל הפרודוקטיביות הגבוהה, הגמישות החזקה וזמן הפעולה הרגיל והארוך. .

קידוחים והחתמה מכניים מאמצים מקדחים ומות דיוק גבוהים, אותם ניתן לבצע על הלוח הגמיש בקוטר של כמעט 250 מיקרון מ ‘, אך התקנים אלה בעלי דיוק גבוה הם יקרים מאוד ובעלי אורך חיים קצר יחסית. בשל לוח המעגלים הגמיש בצפיפות גבוהה, יחס הצמצם הנדרש הוא 250 מיקרון M הוא קטן, ולכן קידוח מכני אינו מועדף.

ניתן להשתמש בתחריט פלזמה במצע סרט פוליאמיד בעובי 50 מיקרון מ ‘בגודל של פחות מ -100 מיקרון מ’, אך השקעת הציוד ועלות התהליך גבוהה למדי, ועלות התחזוקה של תהליך התחריט לפלסמה היא גם גבוהה מאוד, במיוחד העלויות הקשורות כמה טיפול בפסולת כימית וחומרים מתכלים. בנוסף, נדרשת די הרבה זמן עד שתחריט הפלזמה יעשה מיקרו ויאס עקבי ואמין בעת ​​הקמת תהליך חדש. היתרון של תהליך זה הוא אמינות גבוהה. נמסר כי התעריף המוסמך של מיקרו דרך הוא 98%. לכן, לתחריט פלזמה עדיין יש שוק מסוים בציוד רפואי ואוויוניקה div>

לעומת זאת, ייצור מיקרו ויאס על ידי לייזר הוא תהליך פשוט וזול. ההשקעה של ציוד לייזר נמוכה מאוד, ולייזר הוא כלי ללא מגע. שלא כמו קידוח מכני, תהיה עלות החלפת כלי יקרה. בנוסף, לייזרים מודרניים אטומים מסוג CO2 ו- uv-dpss הינם ללא תחזוקה, מה שיכול למזער את זמן ההשבתה ולשפר מאוד את הפרודוקטיביות.

השיטה לייצור מיקרו ויאס על לוח מעגלים גמיש היא זהה לזו של PCB קשיח, אך יש לשנות כמה פרמטרים חשובים של לייזר בשל ההבדל במצע ובעובי. לייזרים מסוג CO2 ו- uv-dpss אטומים יכולים להשתמש באותה טכנולוגיית סריקת וקטורים כמו דפוס לקדוח ישירות על הלוח הגמיש. ההבדל היחיד הוא שתוכנת יישום הקידוח תכבה את הלייזר במהלך סריקת מראה הסריקה ממיקרו אחד למשנהו. קרן הלייזר לא תופעל עד שתגיע למיקום קידוח אחר. על מנת להפוך את החור בניצב לפני השטח של מצע הלוח הגמיש, קרן הלייזר חייבת לזרוח אנכית על מצע הלוח, שניתן להשיג באמצעות מערכת עדשה טלצנטרית בין המראה הסורקת לבין המצע (איור 2 ) div>

חורים שנקדחו על קפטון באמצעות לייזר UV

לייזר CO2 יכול גם להשתמש בטכנולוגיית מסכות קונפורמיות לקדוח מיקרו ויאס. בעת שימוש בטכנולוגיה זו, משטח הנחושת משמש כמסכה, החורים נחרטים עליו בשיטת תחריט הדפסה רגילה, ולאחר מכן קורנת קרן לייזר CO2 על חורי רדיד הנחושת כדי להסיר את החומרים הדיאלקטריים החשופים.

מיקרו ויאס ניתן לבצע גם באמצעות לייזר אקסימר באמצעות שיטת מסכת הקרנה. טכנולוגיה זו צריכה למפות את תמונת מיקרו באמצעות או את כל המיקרו באמצעות מערך אל המצע, ולאחר מכן קרן הלייזר האקסימרית מקרינה את המסכה כדי למפות את תמונת המסכה לפני השטח של המצע, כדי לקדוח את החור. האיכות של קידוח לייזר אקסימר טובה מאוד. החסרונות שלה הם מהירות נמוכה ועלות גבוהה.

בחירת לייזר למרות שסוג הלייזר לעיבוד לוח מעגלים גמיש זהה לזה של עיבוד PCB קשיח, ההבדל בחומר ובעובי ישפיע רבות על פרמטרי העיבוד ומהירות. לפעמים ניתן להשתמש בלייזר אקסימרים ולייזר CO2 גז נרגש רוחבי (תה) CO2, אך לשתי שיטות אלה יש מהירות איטית ועלות תחזוקה גבוהה, המגבילות את שיפור הפרודוקטיביות. לשם השוואה, לייזרים COXNUMX ו- uv-dpss נמצאים בשימוש נרחב, מהיר וזול, ולכן הם משמשים בעיקר בייצור ועיבוד של מיקרו ויאסות של מעגלים גמישים.

שונה מזרימת גז לייזר CO2, לייזר CO2 אטום （http://www.auto-alt.cn technology טכנולוגיית שחרור הבלוקים מאומצת להגביל את תערובת גז הלייזר לחלל הלייזר שצוין על ידי שתי לוחות אלקטרודות מלבניות. חלל הלייזר אטום במהלך כל חיי השירות (בדרך כלל בערך 2 ~ 3 שנים). לחלל הלייזר האטום יש מבנה קומפקטי ואינו זקוק להחלפת אוויר. ראש הלייזר יכול לעבוד ברציפות במשך יותר מ 25000 שעות ללא תחזוקה. היתרון הגדול ביותר של עיצוב האיטום הוא בכך שהוא יכול לייצר פולסים מהירים. לדוגמה, הלייזר לשחרור בלוקים יכול לפלוט פולסים בתדר גבוה (100kHz) עם שיא הספק של 1.5KW. עם תדר גבוה והספק שיא גבוה, ניתן לבצע עיבוד מהיר ללא כל הפחתה תרמית div>

לייזר Uv-dpss הוא מכשיר במצב מוצק אשר מוצץ ברציפות מוט קריסטל ניאודימיום (Nd: YVO4) עם מערך דיודות לייזר. הוא מייצר פלט דופק באמצעות מתג Q אקוסטי-אופטי, ומשתמש בגנרטור הגביש ההרמוני השלישי כדי לשנות את הפלט של לייזר Nd: YVO4 מ- 1064nm & nbsp; אורך הגל הבסיסי של IR מצטמצם לאורך גל UV 355 ננומטר. באופן כללי 355nm < / div>

הספק היציאה הממוצע של לייזר uv-dpss בקצב החזרה הדופק הנומינלי של 20kHz הוא יותר מ 3W div>

לייזר UV-dpss

הן הדיאלקטרי והן הנחושת יכולים לספוג בקלות לייזר uv-dpss עם אורך גל פלט של 355nm. לייזר UV-dpss בעל נקודת אור קטנה יותר והספק פלט נמוך יותר מאשר לייזר CO2. בתהליך של עיבוד דיאלקטרי, לייזר uv-dpss משמש בדרך כלל לגודל קטן (פחות מ -50%) מיקרומטר , שימוש בלייזר UV הוא אידיאלי מאוד. עכשיו יש לייזר uv-dpss בעל עוצמה גבוהה, שיכול להגדיל את מהירות העיבוד והקידוח של uv-dpss לייזר div>

היתרון בלייזר uv-dpss הוא שכאשר פוטוני ה- UV בעלי האנרגיה הגבוהה מאירים על רוב שכבות השטח הלא מתכתיות, הם יכולים לשבור ישירות את קישור המולקולות, להחליק את חוד החנית באמצעות תהליך ליטוגרפיה “קר” ולמזער את מידת ה פגיעה תרמית וחריכה. לכן, חיתוך מיקרו UV מתאים לאירועים ביקושים גבוהים בהם לאחר טיפול בלתי אפשרי או מיותר div>

לייזר CO2 (חלופות אוטומציה)

לייזר CO2 אטום יכול לפלוט אורך גל של 10.6 μ M או 9.4 μ M FIR לייזר, למרות שקל קל לספוג את שני אורכי הגל על ​​ידי דיאלקטרים ​​כמו מצע סרט פוליאמיד, המחקר מראה כי 9.4 μ ההשפעה של עיבוד אורך גל M מסוג זה יותר טוב. דיאלקטרי 9.4 μ מקדם הספיגה של אורך גל M גבוה יותר, וזה עדיף על 10.6 עבור קידוח או חיתוך חומרים μ M במהירות אורך. תשע נקודה ארבע לייזר μ M לא רק בעל יתרונות ברורים בקידוח וחיתוך, אלא גם בעל אפקט חיתוך יוצא דופן. לכן השימוש בלייזר באורך גל קצר יכול לשפר את הפרודוקטיביות והאיכות.

באופן כללי, אורך גל האשוחים נספג בקלות על ידי דיאלקטריות, אך הוא יבוא לידי ביטוי בחזרה על ידי נחושת. לכן, רוב לייזרי CO2 משמשים לעיבוד דיאלקטרי, דפוס, חיתוך ותחום של מצע דיאלקטרי ולמינציה. מכיוון שספק הפלט של לייזר CO2 גבוה מזה של לייזר DPSS, לייזר CO2 משמש לעיבוד דיאלקטרי ברוב המקרים. לייזר CO2 ולייזר uv-dpss משמשים לעתים קרובות יחד. לדוגמה, בעת קידוח מיקרו ויאס, הסר תחילה את שכבת הנחושת באמצעות לייזר DPSS, ולאחר מכן קדח במהירות חורים בשכבה הדיאלקטרית בעזרת לייזר CO2 עד להופעת שכבת העטיפה הבאה, ולאחר מכן חזור על התהליך.

מכיוון שאורך הגל של לייזר UV עצמו הוא קצר מאוד, נקודת האור הנפלטת על ידי לייזר UV עדינה יותר מזו של לייזר CO2, אך ביישומים מסוימים, נקודת האור בקוטר גדול המיוצר על ידי לייזר CO2 שימושית יותר מאשר לייזר uv-dpss. לדוגמה, חותכים חומרים בשטח גדול כמו חריצים ובלוקים או מקדחים חורים גדולים (קוטר גדול מ -50) מיקרומטר) זה לוקח פחות זמן לעבד עם לייזר CO2. באופן כללי, יחס הצמצם הוא 50 μ כאשר M גדול, עיבוד לייזר CO2 מתאים יותר, והצמצם פחות מ- 50 μ M, ההשפעה של לייזר uv-dpss טובה יותר.