레이저 가공 기술의 응용 유연한 회로 기판

고밀도 연성 회로 기판은 전체 연성 회로 기판의 일부이며 일반적으로 200μM 미만의 라인 간격 또는 250μM 미만의 연성 회로 기판을 통해 마이크로 정의됩니다. 고밀도 연성 회로 기판은 통신, 컴퓨터, 집적 회로 및 의료 장비와 같은 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. 본 논문은 연성회로기판 재료의 특수성을 목표로 고밀도 연성회로기판 및 마이크로 비아 드릴링의 레이저 가공에서 고려해야 할 몇 가지 주요 문제를 소개합니다.

The unique characteristics of flexible circuit board make it an alternative to rigid circuit board and traditional wiring scheme in many occasions. At the same time, it also promotes the development of many new fields. The fastest growing part of FPC is the internal connection line of computer hard disk drive (HDD). The magnetic head of the hard disk shall move back and forth on the rotating disk for scanning, and the flexible circuit can be used to replace the wire to realize the connection between the mobile magnetic head and the control circuit board. Hard disk manufacturers increase production and reduce assembly costs through a technology called “suspended flexible plate” (FOS). In addition, wireless suspension technology has better seismic resistance and can improve product reliability. Another high-density flexible circuit board used in hard disk is interposer flex, which is used between suspension and controller.

FPC의 두 번째 성장 분야는 새로운 집적 회로 패키징입니다. 플렉시블 회로는 CSP(Chip Level Packaging), MCM(Multi Chip Module) 및 COF(Chip on Flexible Circuit Board)에 사용됩니다. 그 중 CSP 내부회로는 반도체소자, 플래시메모리 등에 활용될 수 있어 시장규모가 크며, PCMCIA 카드, 디스크드라이브, PDA(Personal Digital Assistants), 휴대폰, 호출기 디지털카메라, 디지털카메라 등에 널리 사용된다. . 또한, 액정 디스플레이(LCD), 폴리에스터 필름 스위치 및 잉크젯 프린터 카트리지는 고밀도 연성 회로 기판의 다른 XNUMX가지 고성장 응용 분야입니다.

The market potential of flexible line technology in portable devices (such as mobile phones) is very large, which is very natural, because these devices require small volume and light weight to meet the needs of consumers; In addition, the latest applications of flexible technology include flat panel displays and medical devices, which can be used by designers to reduce the volume and weight of products such as hearing aids and human implants.

위 분야의 엄청난 성장으로 인해 플렉시블 회로 기판의 글로벌 생산량이 증가했습니다. 예를 들어, 345년 하드디스크의 연간 판매량은 2004년의 거의 두 배인 1999억 2005만 대에 이를 것으로 예상되며, 600년의 휴대전화 판매량은 보수적으로는 35억대로 추산된다. 이러한 증가로 인해 고밀도 연성회로기판의 생산량은 연간 3.5% 증가하여 2002년에는 XNUMX만 평방미터에 달합니다. 이러한 높은 생산량 수요는 효율적이고 저렴한 가공 기술을 필요로 하며 레이저 가공 기술이 그 중 하나입니다. .

Laser has three main functions in the manufacturing process of flexible circuit board: processing and forming (cutting and cutting), slicing and drilling. As a non-contact machining tool, laser can be used in a very small focus (100 ~ 500) μ m) High intensity light energy (650MW / mm2) is applied to the material. Such high energy can be used for cutting, drilling, marking, welding, marking and other processing. The processing speed and quality are related to the properties of the processed material and the laser characteristics used, such as wavelength, energy density, peak power, pulse width and frequency. The processing of flexible circuit board uses ultraviolet (UV) and far infrared (FIR) lasers. The former usually uses excimer or UV diode pumped solid-state (uv-dpss) lasers, while the latter generally uses sealed CO2 lasers div>

벡터 스캐닝 기술은 컴퓨터를 사용하여 유량계와 CAD/CAM 소프트웨어가 장착된 미러를 제어하여 절단 및 드릴링 그래픽을 생성하고 텔레센트릭 렌즈 시스템을 사용하여 레이저가 공작물 표면에 수직으로 비추도록 합니다. < / div >

레이저 드릴링 가공은 정밀도가 높고 적용 범위가 넓습니다. 연성 회로 기판을 형성하는 데 이상적인 도구입니다. CO2 레이저든 DPSS 레이저든 초점을 맞춘 후 재료를 어떤 모양으로든 가공할 수 있습니다. 검류계에 거울을 설치하여 공작물 표면의 어느 곳에서나 집속된 레이저 빔을 쏘고 벡터 스캐닝 기술을 사용하여 검류계에서 컴퓨터 수치 제어(CNC)를 수행하고 CAD/CAM 소프트웨어의 도움으로 절단 그래픽을 만듭니다. 이 “소프트 툴”은 설계 변경 시 실시간으로 쉽게 레이저를 제어할 수 있습니다. 레이저 가공은 광수축 및 다양한 절단 도구를 조정하여 디자인 그래픽을 정확하게 재현할 수 있는 또 다른 중요한 이점입니다.

Vector scanning can cut substrates such as polyimide film, cut out the whole circuit or remove an area on the circuit board, such as a slot or a block. In the process of processing and forming, the laser beam is always turned on when the mirror scans the whole processing surface, which is opposite to the drilling process. During drilling, the laser is turned on only after the mirror is fixed at each drilling position div>

섹션에 있어야 합니다.

“Slicing” in jargon is the process of removing one layer of material from another with a laser. This process is more suitable for laser. The same vector scanning technology can be used to remove the dielectric and expose the conductive pad below. At this time, the high precision of laser processing once again reflects great benefits. Since FIR laser rays will be reflected by copper foil, CO2 laser is usually used here.

드릴 구멍

일부 장소에서는 여전히 기계적 드릴링, 스탬핑 또는 플라즈마 에칭을 사용하여 미세 관통 구멍을 형성하지만 레이저 드릴링은 주로 높은 생산성, 강력한 유연성 및 긴 정상 작동 시간으로 인해 연성 회로 기판의 미세 관통 구멍 형성 방법으로 여전히 가장 널리 사용됩니다. .

기계적 드릴링 및 스탬핑은 직경이 거의 250μM인 연성 회로 기판에서 만들 수 있는 고정밀 드릴 비트 및 다이를 채택하지만 이러한 고정밀 장치는 매우 비싸고 상대적으로 수명이 짧습니다. 고밀도 연성 회로 기판으로 인해 필요한 개구율이 250μM이므로 기계적 드릴링이 선호되지 않습니다.

Plasma etching can be used at 50 μ M thick polyimide film substrate with a size less than 100 μ M, but the equipment investment and process cost are quite high, and the maintenance cost of plasma etching process is also very high, especially the costs related to some chemical waste treatment and consumables. In addition, it takes quite a long time for plasma etching to make consistent and reliable micro vias when establishing a new process. The advantage of this process is high reliability. It is reported that the qualified rate of micro via is 98%. Therefore, plasma etching still has a certain market in medical and avionics equipment div>

In contrast, the fabrication of micro vias by laser is a simple and low-cost process. The investment of laser equipment is very low, and laser is a non-contact tool. Unlike mechanical drilling, there will be an expensive tool replacement cost. In addition, modern sealed CO2 and uv-dpss lasers are maintenance free, which can minimize downtime and greatly improve productivity.

연성회로기판에 마이크로 비아를 생성하는 방법은 강성기판과 동일하지만, 기판과 두께의 차이로 인해 레이저의 몇 가지 중요한 매개변수를 변경해야 합니다. 밀폐형 CO2 및 uv-dpss 레이저는 성형과 동일한 벡터 스캐닝 기술을 사용하여 연성 회로 기판에 직접 드릴할 수 있습니다. 유일한 차이점은 하나의 마이크로 비아에서 다른 마이크로 비아로 미러 스캐닝을 하는 동안 드릴링 애플리케이션 소프트웨어가 레이저를 끈다는 것입니다. 레이저 빔은 다른 드릴 위치에 도달할 때까지 켜지지 않습니다. 구멍을 연성 회로 기판 기판의 표면에 수직으로 만들기 위해 레이저 빔은 회로 기판 기판에 수직으로 빛나야 합니다. 이는 스캐닝 미러와 기판 사이에 텔레센트릭 렌즈 시스템을 사용하여 달성할 수 있습니다(그림 2). ) div>

Holes drilled on Kapton using UV laser

CO2 laser can also use conformal mask technology to drill micro vias. When using this technology, the copper surface is used as a mask, the holes are etched on it by ordinary printing etching method, and then the CO2 laser beam is irradiated on the holes of the copper foil to remove the exposed dielectric materials.

마이크로 비아는 프로젝션 마스크 방식을 통해 엑시머 레이저를 사용하여 만들 수도 있습니다. 이 기술은 마이크로 비아 또는 전체 마이크로 비아 어레이의 이미지를 기판에 매핑해야 하며 엑시머 레이저 빔이 마스크를 조사하여 마스크 이미지를 기판 표면에 매핑하여 구멍을 뚫습니다. 엑시머 레이저 드릴링의 품질은 매우 좋습니다. 단점은 속도가 느리고 비용이 많이 든다는 것입니다.

레이저 선택 연성 회로 기판 가공을 위한 레이저 유형은 경질 PCB 가공과 동일하지만 재료 및 두께의 차이는 가공 매개변수 및 속도에 큰 영향을 미칩니다. 때때로 엑시머 레이저와 횡여기기체(차) CO2 레이저를 사용할 수 있지만 이 두 가지 방법은 속도가 느리고 유지보수 비용이 높아 생산성 향상에 한계가 있다. 이에 비해 CO2 및 uv-dpss 레이저는 빠르고 저렴하며 널리 사용되므로 주로 연성 회로 기판의 마이크로 비아 제조 및 가공에 사용됩니다.

Different from gas flow CO2 laser, sealed CO2 laser（ http://www.auto-alt.cn ）The block release technology is adopted to limit the laser gas mixture to the laser cavity specified by two rectangular electrode plates. The laser cavity is sealed during the whole service life (usually about 2 ~ 3 years). The sealed laser cavity has compact structure and does not need air exchange. The laser head can work continuously for more than 25000 hours without maintenance. The biggest advantage of the sealing design is that it can generate fast pulses. For example, the block release laser can emit high-frequency (100kHz) pulses with a power peak of 1.5KW. With high frequency and high peak power, rapid machining can be carried out without any thermal degradation div>

Uv-dpss laser is a solid-state device that continuously sucks neodymium vanadate (Nd: YVO4) crystal rod with laser diode array. It generates pulse output by an acousto-optic Q-switch, and uses the third harmonic crystal generator to change the output of Nd: YVO4 laser from 1064nm & nbsp; The IR basic wavelength is reduced to 355 nm UV wavelength. Generally 355nm < / div >

20kHz 공칭 펄스 반복률에서 uv-dpss 레이저의 평균 출력 전력은 3W div> 이상입니다.

Uv-dpss 레이저

유전체와 구리 모두 출력 파장이 355nm인 uv-dpss 레이저를 쉽게 흡수할 수 있습니다. Uv-dpss 레이저는 CO2 레이저보다 광점이 작고 출력이 낮습니다. 유전체 가공 과정에서 uv-dpss 레이저는 일반적으로 작은 크기(50% 미만) μm에 사용됩니다. 따라서 50 미만의 직경은 고밀도 연성 회로 기판 μM micro via , UV 레이저를 사용하는 것이 매우 이상적입니다. 이제 uv-dpss 레이저 div>의 가공 및 드릴링 속도를 높일 수 있는 고출력 uv-dpss 레이저가 있습니다.

uv-dpss 레이저의 장점은 고에너지 UV 광자가 대부분의 비금속 표면층에 빛날 때 분자의 연결을 직접 끊고 “콜드” 리소그래피 공정으로 최첨단을 매끄럽게 하고 광도를 최소화할 수 있다는 것입니다. 열 손상 및 그을음. 따라서 UV 마이크로 커팅은 후처리가 불가능하거나 불필요한 수요가 많은 경우에 적합합니다.

CO2 레이저(자동화 대안)

Sealed CO2 laser can emit a wavelength of 10.6 μ M or 9.4 μ M FIR laser, although both wavelengths are easy to be absorbed by dielectrics such as polyimide film substrate, the research shows that 9.4 μ The effect of M wavelength processing this kind of material is much better. Dielectric 9.4 μ The absorption coefficient of M wavelength is higher, which is better than 10.6 for drilling or cutting materials μ M wavelength fast. nine point four μ M laser not only has obvious advantages in drilling and cutting, but also has outstanding slicing effect. Therefore, the use of shorter wavelength laser can improve productivity and quality.

Generally speaking, fir wavelength is easily absorbed by dielectrics, but it will be reflected back by copper. Therefore, most CO2 lasers are used for dielectric processing, molding, slicing and delamination of dielectric substrate and laminate. Because the output power of CO2 laser is higher than that of DPSS laser, CO2 laser is used to process dielectric in most cases. CO2 laser and uv-dpss laser are often used together. For example, when drilling micro vias, first remove the copper layer with DPSS laser, and then quickly drill holes in the dielectric layer with CO2 laser until the next copper clad layer appears, and then repeat the process.

Because the wavelength of UV laser itself is very short, the light spot emitted by UV laser is finer than that of CO2 laser, but in some applications, the large-diameter light spot produced by CO2 laser is more useful than uv-dpss laser. For example, cut large area materials such as grooves and blocks or drill large holes (diameter greater than 50) μ m) It takes less time to process with CO2 laser. Generally speaking, the aperture ratio is 50 μ When m is large, CO2 laser processing is more appropriate, and the aperture is less than 50 μ M, the effect of uv-dpss laser is better.