Zastosowanie technologii obróbki laserowej w elastyczna płytka drukowana

Elastyczna płytka drukowana o wysokiej gęstości jest częścią całej elastycznej płytki drukowanej, która jest ogólnie definiowana jako odstęp między liniami mniejszy niż 200 μM lub mikro przez elastyczną płytkę drukowaną mniejszą niż 250 μM. Elastyczna płytka drukowana o wysokiej gęstości ma szeroki zakres zastosowań, takich jak telekomunikacja, komputery, układy scalone i sprzęt medyczny. Mając na celu szczególne właściwości elastycznych materiałów obwodów drukowanych, artykuł ten wprowadza kilka kluczowych problemów, które należy wziąć pod uwagę w obróbce laserowej elastycznej płytki drukowanej o dużej gęstości i mikro poprzez wiercenie.

Unikalne cechy elastycznej płytki drukowanej sprawiają, że w wielu przypadkach jest alternatywą dla sztywnej płytki drukowanej i tradycyjnego schematu okablowania. Jednocześnie promuje również rozwój wielu nowych dziedzin. Najszybciej rozwijającą się częścią FPC jest wewnętrzna linia połączeń dysku twardego komputera (HDD). Głowica magnetyczna dysku twardego porusza się tam iz powrotem na obracającym się dysku w celu skanowania, a elastyczny obwód może być wykorzystany do wymiany drutu w celu realizacji połączenia między ruchomą głowicą magnetyczną a płytką sterującą. Producenci dysków twardych zwiększają produkcję i obniżają koszty montażu dzięki technologii zwanej „zawieszoną elastyczną płytą” (FOS). Ponadto technologia zawieszenia bezprzewodowego ma lepszą odporność na wstrząsy sejsmiczne i może poprawić niezawodność produktu. Inną elastyczną płytką drukowaną o wysokiej gęstości stosowaną w dysku twardym jest interposer flex, który jest używany między zawieszeniem a kontrolerem.

Drugą rozwijającą się dziedziną FPC są nowe opakowania układów scalonych. Elastyczne obwody są używane w opakowaniach na poziomie chipów (CSP), modułach wieloukładowych (MCM) i chipach na elastycznej płytce drukowanej (COF). Wśród nich obwód wewnętrzny CSP ma ogromny rynek, ponieważ może być stosowany w urządzeniach półprzewodnikowych i pamięciach flash, a także jest szeroko stosowany w kartach PCMCIA, dyskach, urządzeniach PDA, telefonach komórkowych, pagerach Aparat cyfrowy i aparat cyfrowy . Ponadto wyświetlacz ciekłokrystaliczny (LCD), przełącznik folii poliestrowej i wkład do drukarki atramentowej to inne trzy obszary zastosowań o wysokim wzroście elastycznej płytki drukowanej o dużej gęstości \

Potencjał rynkowy technologii elastycznych linii w urządzeniach przenośnych (takich jak telefony komórkowe) jest bardzo duży, co jest bardzo naturalne, ponieważ urządzenia te wymagają niewielkiej objętości i wagi, aby zaspokoić potrzeby konsumentów; Ponadto najnowsze zastosowania elastycznej technologii obejmują płaskie wyświetlacze panelowe i urządzenia medyczne, które mogą być wykorzystywane przez projektantów do zmniejszania objętości i ciężaru produktów, takich jak aparaty słuchowe i ludzkie implanty.

Ogromny wzrost w powyższych dziedzinach doprowadził do wzrostu globalnej produkcji elastycznych płytek drukowanych. Na przykład oczekuje się, że roczna sprzedaż dysków twardych osiągnie 345 milionów sztuk w 2004 r., prawie dwa razy więcej niż w 1999 r., a wielkość sprzedaży telefonów komórkowych w 2005 r. szacuje się ostrożnie na 600 milionów sztuk. Wzrosty te prowadzą do rocznego wzrostu o 35% produkcji elastycznych płytek drukowanych o wysokiej gęstości, osiągając 3.5 miliona metrów kwadratowych do 2002 roku. Tak wysoki popyt na produkcję wymaga wydajnej i taniej technologii przetwarzania, a jednym z nich jest technologia obróbki laserowej .

Laser pełni trzy główne funkcje w procesie wytwarzania elastycznej płytki drukowanej: obróbkę i formowanie (cięcie i cięcie), krojenie i wiercenie. Jako bezdotykowe narzędzie do obróbki, laser może być używany w bardzo małym skupieniu (100 ~ 500) μm) Do materiału przykładana jest energia świetlna o wysokim natężeniu (650MW/mm2). Tak dużą energię można wykorzystać do cięcia, wiercenia, znakowania, spawania, znakowania i innej obróbki. Szybkość i jakość obróbki są związane z właściwościami obrabianego materiału i zastosowanymi charakterystykami lasera, takimi jak długość fali, gęstość energii, moc szczytowa, szerokość impulsu i częstotliwość. Przetwarzanie elastycznej płytki drukowanej wykorzystuje lasery ultrafioletowe (UV) i dalekiej podczerwieni (FIR). W pierwszym przypadku stosuje się zwykle lasery ekscymerowe lub pompowane diodą UV na ciele stałym (uv-dpss), podczas gdy w drugim z reguły stosuje się uszczelnione lasery CO2 div>

Technologia skanowania wektorowego wykorzystuje komputer do sterowania lustrem wyposażonym w przepływomierz i oprogramowanie CAD/CAM do generowania grafiki cięcia i wiercenia oraz wykorzystuje system soczewek telecentrycznych, aby zapewnić, że laser świeci pionowo na powierzchni przedmiotu obrabianego </ div >

Wiercenie laserowe przetwarzanie ma wysoką precyzję i szerokie zastosowanie. Jest to idealne narzędzie do formowania elastycznej płytki drukowanej. Niezależnie od tego, czy jest to laser CO2, czy laser DPSS, materiał można obrabiać w dowolny kształt po zogniskowaniu. Wystrzeliwuje skupioną wiązkę lasera w dowolnym miejscu na powierzchni obrabianego przedmiotu, instalując lustro na galwanometrze, następnie przeprowadza komputerowe sterowanie numeryczne (CNC) na galwanometrze przy użyciu technologii skanowania wektorowego i wykonuje cięcie grafiki za pomocą oprogramowania CAD/CAM. To „miękkie narzędzie” może z łatwością sterować laserem w czasie rzeczywistym, gdy projekt ulega zmianie. Dzięki dostosowaniu lekkiego skurczu i różnych narzędzi tnących, obróbka laserowa może dokładnie odtworzyć grafikę projektu, co jest kolejną istotną zaletą.

Skanowanie wektorowe może ciąć podłoża, takie jak folia poliamidowa, wycinać cały obwód lub usuwać obszar na płytce drukowanej, taki jak szczelina lub blok. W procesie obróbki i formowania wiązka lasera jest zawsze włączona, gdy lustro skanuje całą powierzchnię obróbki, co jest przeciwieństwem procesu wiercenia. Podczas wiercenia laser włącza się dopiero po zamocowaniu lustra w każdej pozycji wiercenia div>

Sekcja

„Slicing” w żargonie to proces usuwania jednej warstwy materiału z drugiej za pomocą lasera. Ten proces jest bardziej odpowiedni dla lasera. Ta sama technologia skanowania wektorowego może być wykorzystana do usunięcia dielektryka i odsłonięcia podkładki przewodzącej poniżej. W tej chwili wysoka precyzja obróbki laserowej po raz kolejny odzwierciedla ogromne korzyści. Ponieważ promienie lasera FIR będą odbijane przez folię miedzianą, zwykle stosuje się tutaj laser CO2.

wywiercić otwór

Chociaż w niektórych miejscach nadal stosuje się wiercenie mechaniczne, tłoczenie lub wytrawianie plazmowe w celu utworzenia mikrootworów przelotowych, wiercenie laserowe jest nadal najczęściej stosowaną metodą formowania mikrootworów w elastycznej płytce drukowanej, głównie ze względu na jej wysoką wydajność, dużą elastyczność i długi normalny czas pracy .

Wiercenie mechaniczne i tłoczenie wykorzystują precyzyjne wiertła i matryce, które można wykonać na elastycznej płytce drukowanej o średnicy prawie 250 μM, ale te precyzyjne urządzenia są bardzo drogie i mają stosunkowo krótką żywotność. Ze względu na elastyczną płytkę drukowaną o dużej gęstości, wymagany współczynnik apertury wynosi 250 μM jest mały, więc wiercenie mechaniczne nie jest preferowane.

Wytrawianie plazmowe może być stosowane na podłożu z folii poliimidowej o grubości 50 μM i wielkości mniejszej niż 100 μM, ale koszty inwestycji w sprzęt i procesu są dość wysokie, a koszty utrzymania procesu trawienia plazmowego są również bardzo wysokie, zwłaszcza związane z kosztami do niektórych odpadów chemicznych i materiałów eksploatacyjnych. Ponadto wytrawianie plazmowe zajmuje dość dużo czasu, aby stworzyć spójne i niezawodne mikroprzelotki podczas ustanawiania nowego procesu. Zaletą tego procesu jest wysoka niezawodność. Poinformowano, że kwalifikowana stawka micro via wynosi 98%. Dlatego trawienie plazmowe nadal ma pewien rynek w sprzęcie medycznym i awionicznym div>

Natomiast wytwarzanie mikroprzelotek za pomocą lasera jest procesem prostym i tanim. Inwestycja w sprzęt laserowy jest bardzo niska, a laser jest narzędziem bezkontaktowym. W przeciwieństwie do wiercenia mechanicznego, koszt wymiany narzędzia będzie kosztowny. Ponadto nowoczesne uszczelnione lasery CO2 i uv-dpss są bezobsługowe, co może zminimalizować przestoje i znacznie poprawić produktywność.

Metoda generowania mikroprzelotek na elastycznej płytce drukowanej jest taka sama jak na sztywnej płytce drukowanej, ale niektóre ważne parametry lasera wymagają zmiany ze względu na różnicę podłoża i grubości. Uszczelnione lasery CO2 i uv-dpss mogą wykorzystywać tę samą technologię skanowania wektorowego, co formowanie, do wiercenia bezpośrednio na elastycznej płytce drukowanej. Jedyną różnicą jest to, że oprogramowanie aplikacyjne do wiercenia wyłączy laser podczas skanowania lustra skanującego z jednego mikrodo drugiego. Wiązka laserowa nie zostanie włączona, dopóki nie osiągnie innej pozycji wiercenia. Aby otwór był prostopadły do ​​powierzchni elastycznego podłoża płytki drukowanej, wiązka lasera musi świecić pionowo na podłożu płytki drukowanej, co można osiągnąć za pomocą telecentrycznego systemu soczewek między lustrem skanującym a podłożem (rys. 2 ) div>

Otwory wywiercone na Kaptonie za pomocą lasera UV

Laser CO2 może również wykorzystywać technologię maski konformalnej do wiercenia mikroprzelotek. Przy zastosowaniu tej technologii powierzchnia miedzi jest wykorzystywana jako maska, otwory są na niej wytrawiane zwykłą metodą trawienia drukarskiego, a następnie wiązka lasera CO2 jest naświetlana na otwory w folii miedzianej w celu usunięcia odsłoniętych materiałów dielektrycznych.

Mikro przelotki można również wykonać za pomocą lasera excimerowego metodą maski projekcyjnej. Ta technologia musi mapować obraz mikroprzelotki lub całego układu mikroprzelotek na podłożu, a następnie wiązka lasera excimerowego naświetla maskę, aby odwzorować obraz maski na powierzchni podłoża, aby wywiercić otwór. Jakość wiercenia laserem excimerowym jest bardzo dobra. Jego wady to niska prędkość i wysoki koszt.

Wybór lasera, chociaż typ lasera do obróbki elastycznej płytki drukowanej jest taki sam, jak do obróbki sztywnej płytki drukowanej, różnica w materiale i grubości znacznie wpłynie na parametry przetwarzania i prędkość. Czasami można użyć lasera excimerowego i poprzecznie wzbudzonego lasera gazowego (herbaty) CO2, ale te dwie metody charakteryzują się niską prędkością i wysokimi kosztami utrzymania, co ogranicza poprawę wydajności. Dla porównania, lasery CO2 i uv-dpss są szeroko stosowane, szybkie i tanie, dlatego są używane głównie do wytwarzania i obróbki mikroprzelotek elastycznych płytek drukowanych.

Różni się od lasera CO2 z przepływem gazu, uszczelnionego lasera CO2（ http://www.auto-alt.cn ）Technologia uwalniania bloku jest przystosowana do ograniczenia mieszaniny gazów laserowych do wnęki lasera określonej przez dwie prostokątne płytki elektrod. Wnęka lasera jest uszczelniona przez cały okres użytkowania (zwykle około 2 ~ 3 lata). Uszczelniona wnęka lasera ma zwartą strukturę i nie wymaga wymiany powietrza. Głowica laserowa może pracować nieprzerwanie przez ponad 25000 godzin bez konserwacji. Największą zaletą konstrukcji uszczelnienia jest to, że może generować szybkie impulsy. Na przykład laser uwalniający blok może emitować impulsy o wysokiej częstotliwości (100 kHz) o szczytowej mocy 1.5 kW. Dzięki wysokiej częstotliwości i dużej mocy szczytowej można przeprowadzić szybką obróbkę bez jakiejkolwiek degradacji termicznej div>

Laser Uv-dpss to urządzenie półprzewodnikowe, które w sposób ciągły zasysa neodymowy pręt z wanadanu (Nd: YVO4) z matrycą diod laserowych. Generuje impulsy wyjściowe za pomocą akustyczno-optycznego przełącznika Q i wykorzystuje generator kryształów trzeciej harmonicznej do zmiany mocy wyjściowej lasera Nd:YVO4 z 1064nm & nbsp; Podstawowa długość fali IR została zmniejszona do długości fali UV 355 nm. Ogólnie 355 nm < / div >

Średnia moc wyjściowa lasera uv-dpss przy nominalnej częstotliwości powtarzania impulsów 20kHz wynosi ponad 3W div>

Laser UV-dpss

Zarówno dielektryk, jak i miedź mogą z łatwością absorbować laser uv-dpss o długości fali wyjściowej 355nm. Laser UV-dpss ma mniejszą plamkę świetlną i niższą moc wyjściową niż laser CO2. W procesie obróbki dielektrycznej laser uv-dpss jest zwykle używany dla małych rozmiarów (mniej niż 50%) μm). Dlatego średnica mniejsza niż 50 powinna być przetwarzana na podłożu elastycznej płytki drukowanej o dużej gęstości μ M micro przez , użycie lasera UV jest bardzo idealne. Teraz jest laser uv-dpss o dużej mocy, który może zwiększyć prędkość przetwarzania i wiercenia lasera uv-dpss div>

Zaletą lasera uv-dpss jest to, że gdy jego wysokoenergetyczne fotony UV oświetlają większość niemetalicznych warstw powierzchniowych, mogą bezpośrednio zerwać połączenie cząsteczek, wygładzić krawędź tnącą w procesie „zimnej litografii” i zminimalizować stopień uszkodzenie termiczne i przypalenie. Dlatego mikrocięcie UV jest odpowiednie w sytuacjach dużego zapotrzebowania, gdy obróbka końcowa jest niemożliwa lub niepotrzebna div>

Laser CO2 (alternatywy dla automatyki)

Uszczelniony laser CO2 może emitować fale o długości 10.6 μM lub 9.4 μM laser FIR, chociaż obie długości fal są łatwe do zaabsorbowania przez dielektryki, takie jak podłoże z folii poliimidowej, badania pokazują, że 9.4 μM wpływ długości fali M na tego rodzaju materiał jest znacznie lepszy. Dielektryk 9.4 μ Współczynnik absorpcji długości fali M jest wyższy, czyli lepszy niż 10.6 w przypadku wiercenia lub szybkiego cięcia materiałów o długości fali μM. Laser dziewięciopunktowy cztery μM ma nie tylko oczywiste zalety w wierceniu i cięciu, ale także ma doskonały efekt cięcia. Dlatego zastosowanie lasera o krótszej długości fali może poprawić wydajność i jakość.

Ogólnie rzecz biorąc, długość fali jodły jest łatwo absorbowana przez dielektryki, ale będzie odbijana z powrotem przez miedź. Dlatego większość laserów CO2 jest wykorzystywana do obróbki dielektrycznej, formowania, krojenia i delaminacji podłoża dielektrycznego i laminatu. Ponieważ moc wyjściowa lasera CO2 jest wyższa niż lasera DPSS, w większości przypadków do obróbki dielektryka stosuje się laser CO2. Laser CO2 i laser uv-dpss są często używane razem. Np. przy wierceniu mikro przelotek należy najpierw usunąć warstwę miedzi laserem DPSS, a następnie szybko wywiercić otwory w warstwie dielektrycznej laserem CO2 aż do pojawienia się kolejnej warstwy miedzi, a następnie powtórzyć proces.

Ponieważ długość fali samego lasera UV jest bardzo krótka, plamka świetlna emitowana przez laser UV jest drobniejsza niż laser CO2, ale w niektórych zastosowaniach plamka świetlna o dużej średnicy wytwarzana przez laser CO2 jest bardziej użyteczna niż laser uv-dpss. Na przykład cięcie materiałów o dużej powierzchni, takich jak rowki i bloki lub wiercenie dużych otworów (średnica większa niż 50) μm). Obróbka laserem CO2 zajmuje mniej czasu. Ogólnie rzecz biorąc, współczynnik apertury wynosi 50 μM Gdy m jest duże, obróbka laserem CO2 jest bardziej odpowiednia, a apertura jest mniejsza niż 50 μM, efekt lasera uv-dpss jest lepszy.