フレキシブル回路基板へのレーザー加工技術の応用

高密度フレキシブル回路基板は、フレキシブル回路基板全体の一部であり、一般に、200μM未満のライン間隔または250μM未満のフレキシブル回路基板を介したマイクロとして定義されます。高密度フレキシブル回路基板には、電気通信、コンピューター、集積回路、医療機器など、幅広い用途があります。フレキシブル回路基板材料の特殊な特性を目指して、この論文では、高密度フレキシブル回路基板とマイクロビアドリルのレーザー加工で考慮すべきいくつかの重要な問題を紹介します。

フレキシブル回路基板の独自の特性により、多くの場合、リジッド回路基板や従来の配線方式に代わるものになります。同時に、それはまた多くの新しい分野の開発を促進します。 FPCで最も急速に成長している部分は、コンピューターのハードディスクドライブ（HDD）の内部接続ラインです。ハードディスクの磁気ヘッドは、スキャンのために回転ディスク上を前後に移動する必要があり、フレキシブル回路を使用してワイヤを交換し、可動磁気ヘッドと制御回路基板の間の接続を実現できます。ハードディスクメーカーは、「サスペンドフレキシブルプレート」（FOS）と呼ばれる技術を通じて、生産を増やし、組み立てコストを削減します。さらに、ワイヤレスサスペンション技術は耐震性に優れており、製品の信頼性を向上させることができます。ハードディスクで使用されるもうXNUMXつの高密度フレキシブル回路基板は、サスペンションとコントローラーの間で使用されるインターポーザーフレックスです。

FPCのXNUMX番目に成長している分野は、新しい集積回路パッケージングです。フレキシブル回路は、チップレベルパッケージング（CSP）、マルチチップモジュール（MCM）、およびフレキシブル回路基板上のチップ（COF）で使用されます。中でもCSP内部回路は、半導体デバイスやフラッシュメモリに使用でき、PCMCIAカード、ディスクドライブ、携帯情報端末（PDA）、携帯電話、ページャー、デジタルカメラ、デジタルカメラなどに広く使用されているため、大きな市場を持っています。。さらに、液晶ディスプレイ（LCD）、ポリエステルフィルムスイッチ、インクジェットプリンターカートリッジは、高密度フレキシブル回路基板の他のXNUMXつの高成長アプリケーション分野です。

ポータブルデバイス（携帯電話など）におけるフレキシブルラインテクノロジーの市場の可能性は非常に大きく、これは非常に自然なことです。これらのデバイスは、消費者のニーズを満たすために少量と軽量を必要とするからです。さらに、フレキシブルテクノロジーの最新のアプリケーションには、フラットパネルディスプレイや医療機器が含まれます。これらは、設計者が補聴器や人間のインプラントなどの製品の量と重量を減らすために使用できます。

上記の分野での大きな成長は、フレキシブル回路基板の世界的な生産量の増加につながりました。たとえば、ハードディスクの年間販売台数は345年には2004年のほぼ1999倍の2005億600万台に達すると予想され、35年の携帯電話の販売台数は控えめに見積もっても3.5億台と推定されています。これらの増加により、高密度フレキシブル回路基板の出力は年間2002％増加し、XNUMX年までにXNUMX万平方メートルに達します。このような高出力の需要には、効率的で低コストの処理技術が必要であり、レーザー処理技術もそのXNUMXつです。。

レーザーは、フレキシブル回路基板の製造プロセスにおいて、加工と成形（切断と切断）、スライスと穴あけの100つの主要な機能を備えています。非接触工作機械として、レーザーは非常に小さな焦点（500〜650）で使用できます。μm）高強度の光エネルギー（2MW / mm2）が材料に適用されます。このような高エネルギーは、切断、穴あけ、マーキング、溶接、マーキング、およびその他の処理に使用できます。処理速度と品質は、処理される材料の特性と、波長、エネルギー密度、ピークパワー、パルス幅、周波数など、使用されるレーザー特性に関連しています。フレキシブル回路基板の処理には、紫外線（UV）および遠赤外線（FIR）レーザーが使用されます。前者は通常、エキシマレーザーまたはUVダイオード励起ソリッドステート（uv-dpss）レーザーを使用しますが、後者は通常、密閉型COXNUMXレーザーを使用しますdiv>

ベクトルスキャン技術は、コンピューターを使用して流量計とCAD / CAMソフトウェアを備えたミラーを制御し、切削および穴あけグラフィックを生成し、テレセントリックレンズシステムを使用して、レーザーがワークピースの表面を垂直に照らすようにします</ div>

レーザー穴あけ 加工は高精度で幅広い用途があります。フレキシブル回路基板を形成するための理想的なツールです。 CO2レーザーでもDPSSレーザーでも、焦点を合わせた後、材料を任意の形状に加工できます。検流計にミラーを取り付けてワーク表面の任意の場所に集束レーザービームを照射し、ベクトルスキャン技術を使用して検流計のコンピューター数値制御（CNC）を実行し、CAD / CAMソフトウェアを使用してグラフィックを切断します。この「ソフトツール」は、設計変更時にリアルタイムで簡単にレーザーを制御できます。光の収縮やさまざまな切削工具を調整することで、レーザー加工はデザイングラフィックを正確に再現できます。これはもうXNUMXつの大きな利点です。

ベクトルスキャンでは、ポリイミドフィルムなどの基板を切断したり、回路全体を切り取ったり、スロットやブロックなどの回路基板上の領域を削除したりできます。加工と成形の過程で、ミラーが加工面全体をスキャンするとき、レーザービームは常にオンになります。これは、穴あけ加工とは逆です。穴あけ中、各穴あけ位置にミラーが固定された後にのみレーザーがオンになりますdiv>

セクション

専門用語での「スライス」とは、レーザーを使用して材料のある層を別の層から除去するプロセスです。このプロセスは、レーザーにより適しています。同じベクトルスキャン技術を使用して、誘電体を除去し、下の導電性パッドを露出させることができます。現時点では、レーザー加工の高精度は再び大きなメリットを反映しています。 FIRレーザー光線は銅箔で反射されるため、ここでは通常CO2レーザーが使用されます。

ドリル穴

いくつかの場所はまだマイクロスルーホールを形成するために機械的穴あけ、スタンピングまたはプラズマエッチングを使用していますが、レーザー穴あけは、主にその高い生産性、強い柔軟性、および長い通常の動作時間のために、依然として最も広く使用されているフレキシブル回路基板のマイクロスルーホール形成方法です。

機械的穴あけとスタンピングは、直径約250μMのフレキシブル回路基板上に作成できる高精度のドリルビットとダイを採用していますが、これらの高精度デバイスは非常に高価であり、耐用年数が比較的短いです。高密度のフレキシブル回路基板のため、必要な開口率は250μMと小さいため、機械的な穴あけは好ましくありません。

プラズマエッチングは、50μM未満のサイズの100μM厚のポリイミドフィルム基板で使用できますが、設備投資とプロセスコストが非常に高く、プラズマエッチングプロセスのメンテナンスコスト、特に関連するコストも非常に高くなります。いくつかの化学廃棄物処理と消耗品に。さらに、新しいプロセスを確立する際に、プラズマエッチングが一貫性のある信頼性の高いマイクロビアを作成するには、かなり長い時間がかかります。このプロセスの利点は、高い信頼性です。マイクロビアの認定率は98％と報告されています。したがって、プラズマエッチングは、医療および航空電子機器のdiv>でまだ特定の市場を持っています

対照的に、レーザーによるマイクロビアの製造は、シンプルで低コストのプロセスです。レーザー機器への投資は非常に少なく、レーザーは非接触ツールです。機械的な穴あけとは異なり、高価な工具交換費用がかかります。さらに、最新の密閉型CO2およびuv-dpssレーザーはメンテナンスフリーであるため、ダウンタイムを最小限に抑え、生産性を大幅に向上させることができます。

フレキシブル回路基板上でマイクロビアを生成する方法は、リジッドPCBの場合と同じですが、基板と厚さの違いにより、レーザーのいくつかの重要なパラメーターを変更する必要があります。密閉型CO2およびuv-dpssレーザーは、成形と同じベクトルスキャン技術を使用して、フレキシブル回路基板に直接穴を開けることができます。唯一の違いは、ドリルアプリケーションソフトウェアが、あるマイクロビアから別のマイクロビアへのスキャンミラースキャン中にレーザーをオフにすることです。レーザービームは、別の穴あけ位置に到達するまでオンになりません。フレキシブル回路基板基板の表面に垂直な穴を作るために、レーザービームは回路基板基板上で垂直に照射する必要があります。これは、走査ミラーと基板の間にテレセントリックレンズシステムを使用することで実現できます（図2 ）div>

UVレーザーを使用してカプトンに開けた穴

CO2レーザーは、コンフォーマルマスク技術を使用してマイクロビアをドリルすることもできます。この技術を使用する場合、銅の表面をマスクとして使用し、通常の印刷エッチング法で穴をエッチングした後、銅箔の穴にCO2レーザービームを照射して、露出した誘電体を除去します。

マイクロビアは、プロジェクションマスクの方法でエキシマレーザーを使用して作成することもできます。この技術では、マイクロビアまたはマイクロビアアレイ全体の画像を基板にマッピングする必要があります。次に、エキシマレーザービームがマスクを照射してマスク画像を基板表面にマッピングし、穴を開けます。エキシマレーザー穴あけの品質は非常に良いです。その欠点は、低速と高コストです。

レーザーの選択フレキシブル回路基板を処理するためのレーザータイプはリジッドPCBを処理するためのレーザータイプと同じですが、材料と厚さの違いは処理パラメーターと速度に大きく影響します。エキシマレーザーと横励起ガス（茶）CO2レーザーを使用できる場合もありますが、これら2つの方法は速度が遅く、メンテナンスコストが高いため、生産性の向上が制限されます。それに比べて、COXNUMXレーザーとuv-dpssレーザーは広く使用されており、高速で低コストであるため、主にフレキシブル回路基板のマイクロビアの製造と処理に使用されます。

ガスフローCO2レーザーとは異なり、密閉型CO2レーザー（http://www.auto-alt.cn）レーザーガス混合物を2枚の長方形電極板で指定されたレーザーキャビティに限定するために、ブロックリリース技術が採用されています。レーザーキャビティは、耐用年数全体（通常は約3〜25000年）の間密閉されます。密閉されたレーザーキャビティはコンパクトな構造であり、空気交換を必要としません。レーザーヘッドは、メンテナンスなしで100時間以上連続して動作できます。シーリング設計の最大の利点は、高速パルスを生成できることです。たとえば、ブロックリリースレーザーは、1.5KWのパワーピークで高周波（XNUMXkHz）パルスを放射できます。高周波と高ピーク電力により、熱劣化なしで迅速な加工を実行できますdiv>

Uv-dpssレーザーは、レーザーダイオードアレイを備えたバナジン酸ネオジム（Nd：YVO4）結晶ロッドを継続的に吸引するソリッドステートデバイスです。音響光学Qスイッチによってパルス出力を生成し、4次高調波結晶発生器を使用してNdの出力を変更します。YVO1064レーザーを355nm＆nbsp;から変更します。 IR基本波長は355nmUV波長に減少します。一般的にXNUMXnm </ div>

20kHzの公称パルス繰り返し率でのuv-dpssレーザーの平均出力パワーは3Wdiv>以上です。

Uv-dpssレーザー

誘電体と銅の両方が、出力波長355nmのuv-dpssレーザーを簡単に吸収できます。 Uv-dpssレーザーは、CO2レーザーよりも光スポットが小さく、出力が低くなります。誘電体処理のプロセスでは、通常、uv-dpssレーザーが小さいサイズ（50％未満）μmに使用されます）したがって、直径50未満は、高密度フレキシブル回路基板の基板上で処理する必要がありますμMマイクロビア、UVレーザーの使用は非常に理想的です。現在、高出力uv-dpssレーザーがあり、uv-dpssレーザーdivの処理速度と穴あけ速度を向上させることができます>

uv-dpssレーザーの利点は、その高エネルギーUV光子がほとんどの非金属表面層を照らすと、分子のリンクを直接切断し、「コールド」リソグラフィプロセスで刃先を滑らかにし、熱による損傷と焼け焦げ。したがって、UVマイクロカッティングは、後処理が不可能または不要な需要の高い機会に適しています。

CO2レーザー（自動化の代替案）

密閉型CO2レーザーは10.6μMまたは9.4μMFIRレーザーの波長を放射できますが、どちらの波長もポリイミドフィルム基板などの誘電体に吸収されやすいですが、研究によると、この種の材料を処理するM波長の効果は9.4μです。はるかに優れています。誘電体9.4μM波長の吸収係数は高く、μM波長の高速で材料を穴あけまたは切断する場合は10.6よりも優れています。 XNUMX点XNUMXμMレーザーは、穴あけや切断に明らかな利点があるだけでなく、優れたスライス効果もあります。したがって、より短い波長のレーザーを使用すると、生産性と品質を向上させることができます。

一般的に、モミの波長は誘電体によって容易に吸収されますが、銅によって反射されます。したがって、ほとんどのCO2レーザーは、誘電体の処理、成形、スライス、および誘電体基板とラミネートの層間剥離に使用されます。 CO2レーザーの出力はDPSSレーザーよりも高いため、ほとんどの場合、CO2レーザーを使用して誘電体を処理します。 CO2レーザーとuv-dpssレーザーはしばしば一緒に使用されます。たとえば、マイクロビアをドリルするときは、最初にDPSSレーザーで銅層を除去し、次にCO2レーザーで誘電体層に次の銅クラッド層が現れるまですばやく穴を開けてから、このプロセスを繰り返します。

UVレーザー自体の波長が非常に短いため、UVレーザーから放出される光スポットはCO2レーザーよりも細かくなりますが、アプリケーションによっては、CO2レーザーによって生成される大径の光スポットがuv-dpssレーザーよりも有用です。たとえば、溝やブロックなどの大面積の材料を切断したり、大きな穴（直径が50を超える）をドリルで開けたりします。μm）CO2レーザーでの処理にかかる時間が短縮されます。一般的に、アパーチャ比は50μです。mが大きい場合はCO2レーザー処理が適切で、アパーチャが50μM未満の場合はuv-dpssレーザーの効果が高くなります。