Aplicação da tecnologia de processamento a laser em placa de circuito flexível

A placa de circuito flexível de alta densidade é uma parte de toda a placa de circuito flexível, que geralmente é definida como o espaçamento de linha inferior a 200 μ M ou micro via placa de circuito flexível inferior a 250 μM. A placa de circuito flexível de alta densidade tem uma ampla gama de aplicações, como telecomunicações, computadores, circuitos integrados e equipamentos médicos. Visando as propriedades especiais dos materiais da placa de circuito flexível, este artigo apresenta alguns problemas-chave a serem considerados no processamento a laser de placa de circuito flexível de alta densidade e micro via perfuração.

As características únicas da placa de circuito flexível a tornam uma alternativa à placa de circuito rígido e ao esquema de fiação tradicional em muitas ocasiões. Ao mesmo tempo, também promove o desenvolvimento de muitos novos campos. A parte do FPC que mais cresce é a linha de conexão interna do disco rígido do computador (HDD). A cabeça magnética do disco rígido deve se mover para frente e para trás no disco rotativo para varredura, e o circuito flexível pode ser usado para substituir o fio para realizar a conexão entre a cabeça magnética móvel e a placa de circuito de controle. Os fabricantes de discos rígidos aumentam a produção e reduzem os custos de montagem por meio de uma tecnologia chamada “placa flexível suspensa” (FOS). Além disso, a tecnologia de suspensão sem fio tem melhor resistência sísmica e pode melhorar a confiabilidade do produto. Outra placa de circuito flexível de alta densidade usada no disco rígido é o interposer flex, que é usado entre a suspensão e o controlador.

O segundo campo em crescimento do FPC é o novo empacotamento de circuito integrado. Os circuitos flexíveis são usados ​​no empacotamento de nível de chip (CSP), módulo de multi chip (MCM) e chip na placa de circuito flexível (COF). Dentre eles, o circuito interno CSP possui grande mercado, pois pode ser utilizado em dispositivos semicondutores e memória flash, sendo amplamente utilizado em cartões PCMCIA, drives de disco, assistentes pessoais digitais (PDAs), telefones celulares, pagers Câmera digital e câmera digital . Além disso, display de cristal líquido (LCD), interruptor de filme de poliéster e cartucho de impressora a jato de tinta são outros três campos de aplicação de alto crescimento da placa de circuito flexível de alta densidade.

O potencial de mercado da tecnologia de linhas flexíveis em aparelhos portáteis (como celulares) é muito grande, o que é bastante natural, pois esses aparelhos requerem pequeno volume e leveza para atender às necessidades dos consumidores; Além disso, as aplicações mais recentes de tecnologia flexível incluem monitores de tela plana e dispositivos médicos, que podem ser usados ​​por designers para reduzir o volume e o peso de produtos como aparelhos auditivos e implantes humanos.

O enorme crescimento nos campos acima levou a um aumento na produção global de placas de circuito flexível. Por exemplo, espera-se que o volume anual de vendas de discos rígidos alcance 345 milhões de unidades em 2004, quase o dobro de 1999, e o volume de vendas de telefones celulares em 2005 é estimado conservadoramente em 600 milhões de unidades. Esses aumentos levam a um aumento anual de 35% na produção de placas de circuito flexível de alta densidade, atingindo 3.5 milhões de metros quadrados em 2002. Essa demanda de alta produção requer tecnologia de processamento eficiente e de baixo custo, e a tecnologia de processamento a laser é uma delas .

O laser tem três funções principais no processo de fabricação de placas de circuito flexível: processamento e conformação (corte e corte), fatiamento e perfuração. Como uma ferramenta de usinagem sem contato, o laser pode ser usado em um foco muito pequeno (100 ~ 500) μm). Energia de luz de alta intensidade (650MW / mm2) é aplicada ao material. Essa alta energia pode ser usada para corte, perfuração, marcação, soldagem, marcação e outros processos. A velocidade e a qualidade do processamento estão relacionadas às propriedades do material processado e às características do laser utilizadas, como comprimento de onda, densidade de energia, potência de pico, largura de pulso e frequência. O processamento da placa de circuito flexível usa lasers ultravioleta (UV) e infravermelho distante (FIR). O primeiro geralmente usa lasers de estado sólido bombeados com excimer ou diodo UV (uv-dpss), enquanto o último geralmente usa lasers de CO2 selados div>

A tecnologia de varredura vetorial usa computador para controlar o espelho equipado com medidor de fluxo e software CAD / CAM para gerar gráficos de corte e perfuração, e usa sistema de lente telecêntrica para garantir que o laser brilha verticalmente na superfície da peça de trabalho </ div>

Perfuração a laser o processamento tem alta precisão e ampla aplicação. É uma ferramenta ideal para formar placas de circuito flexível. Quer seja laser CO2 ou laser DPSS, o material pode ser processado em qualquer formato após a focagem. Ele dispara o feixe de laser focalizado em qualquer lugar da superfície da peça, instalando um espelho no galvanômetro, depois realiza o controle numérico do computador (CNC) no galvanômetro usando a tecnologia de varredura vetorial e faz o corte de gráficos com a ajuda do software CAD / CAM. Esta “ferramenta flexível” pode controlar facilmente o laser em tempo real quando o design é alterado. Ao ajustar a redução de luz e várias ferramentas de corte, o processamento a laser pode reproduzir com precisão os gráficos do projeto, o que é outra vantagem significativa.

A varredura vetorial pode cortar substratos como filme de poliimida, cortar todo o circuito ou remover uma área da placa de circuito, como um slot ou um bloco. No processo de processamento e conformação, o feixe de laser está sempre ligado quando o espelho faz a varredura de toda a superfície de processamento, que é oposta ao processo de perfuração. Durante a perfuração, o laser é ligado somente após o espelho ser fixado em cada posição de perfuração div>

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“Fatiar” no jargão é o processo de remover uma camada de material de outra com um laser. Este processo é mais adequado para laser. A mesma tecnologia de varredura vetorial pode ser usada para remover o dielétrico e expor a almofada condutiva abaixo. Neste momento, a alta precisão do processamento a laser mais uma vez reflete grandes benefícios. Como os raios do laser FIR serão refletidos pela folha de cobre, o laser de CO2 é normalmente usado aqui.

Sondagem

Embora alguns lugares ainda usem perfuração mecânica, estampagem ou gravação a plasma para formar orifícios micro-passantes, a perfuração a laser ainda é o método de formação de micro-orifícios mais amplamente usado para placas de circuito flexível, principalmente por causa de sua alta produtividade, grande flexibilidade e longo tempo de operação normal .

A perfuração e estampagem mecânica adotam brocas e matrizes de alta precisão, que podem ser feitas na placa de circuito flexível com um diâmetro de quase 250 μM, mas esses dispositivos de alta precisão são muito caros e têm uma vida útil relativamente curta. Devido à placa de circuito flexível de alta densidade, a relação de abertura necessária é de 250 μ M é pequena, portanto a perfuração mecânica não é favorável.

A gravação de plasma pode ser usada em substrato de filme de poliimida de 50 μ M de espessura com um tamanho inferior a 100 μ M, mas o investimento em equipamento e o custo do processo são bastante altos, e o custo de manutenção do processo de gravação de plasma também é muito alto, especialmente os custos relacionados a alguns tratamentos de resíduos químicos e consumíveis. Além disso, leva muito tempo para que a corrosão por plasma produza microvias consistentes e confiáveis ​​ao estabelecer um novo processo. A vantagem desse processo é a alta confiabilidade. É relatado que a taxa de qualificação da micro via é de 98%. Portanto, o condicionamento de plasma ainda tem um certo mercado em equipamentos médicos e aviônicos div>

Em contrapartida, a fabricação de micro vias a laser é um processo simples e de baixo custo. O investimento em equipamentos a laser é muito baixo e o laser é uma ferramenta sem contato. Ao contrário da perfuração mecânica, haverá um custo caro de substituição da ferramenta. Além disso, os modernos lasers selados de CO2 e uv-dpss dispensam manutenção, o que pode minimizar o tempo de inatividade e melhorar muito a produtividade.

O método de geração de micro vias na placa de circuito flexível é o mesmo que no pcb rígido, mas alguns parâmetros importantes do laser precisam ser alterados devido à diferença de substrato e espessura. Os lasers selados de CO2 e uv-dpss podem usar a mesma tecnologia de varredura vetorial da moldagem para perfurar diretamente na placa de circuito flexível. A única diferença é que o software do aplicativo de perfuração desliga o laser durante a varredura do espelho de varredura de um micro para outro. O feixe de laser não será ligado até que alcance outra posição de perfuração. Para fazer o orifício perpendicular à superfície do substrato da placa de circuito flexível, o feixe de laser deve brilhar verticalmente sobre o substrato da placa de circuito, o que pode ser obtido usando um sistema de lentes telecêntricas entre o espelho de varredura e o substrato (Fig. 2 ) div>

Buracos perfurados em Kapton usando laser UV

O laser de CO2 também pode usar a tecnologia de máscara conformada para perfurar micro vias. Ao usar essa tecnologia, a superfície de cobre é usada como uma máscara, os orifícios são gravados nela pelo método de gravação de impressão comum e, em seguida, o feixe de laser de CO2 é irradiado nos orifícios da folha de cobre para remover os materiais dielétricos expostos.

As microvias também podem ser feitas usando excimer laser através do método de máscara de projeção. Essa tecnologia precisa mapear a imagem de uma micro via ou de toda a matriz de micro via para o substrato e, em seguida, o feixe de laser excimer irradia a máscara para mapear a imagem da máscara para a superfície do substrato, de modo a fazer o furo. A qualidade da perfuração a laser excimer é muito boa. Suas desvantagens são baixa velocidade e alto custo.

Seleção de laser embora o tipo de laser para processamento de placa de circuito flexível seja o mesmo que para processamento de pcb rígido, a diferença de material e espessura afetará muito os parâmetros de processamento e a velocidade. Às vezes, o laser excimer e o laser de CO2 de gás excitado transversal (chá) podem ser usados, mas esses dois métodos têm velocidade lenta e alto custo de manutenção, o que limita a melhoria da produtividade. Em comparação, lasers de CO2 e uv-dpss são amplamente utilizados, rápidos e de baixo custo, por isso são utilizados principalmente na fabricação e processamento de micro vias de placas de circuito flexível.

Diferente do laser de CO2 de fluxo de gás, laser de CO2 selado （http://www.auto-alt.cn） A tecnologia de liberação de bloco é adotada para limitar a mistura de gás do laser à cavidade do laser especificada por duas placas de eletrodo retangulares. A cavidade do laser é vedada durante toda a vida útil (geralmente cerca de 2 a 3 anos). A cavidade selada do laser possui estrutura compacta e não necessita de troca de ar. O cabeçote do laser pode funcionar continuamente por mais de 25000 horas sem manutenção. A maior vantagem do projeto de vedação é que ele pode gerar pulsos rápidos. Por exemplo, o laser de liberação de bloco pode emitir pulsos de alta frequência (100kHz) com um pico de potência de 1.5KW. Com alta frequência e alta potência de pico, a usinagem rápida pode ser realizada sem qualquer degradação térmica div>

O laser Uv-dpss é um dispositivo de estado sólido que suga continuamente a haste de cristal de vanadato de neodímio (Nd: YVO4) com matriz de diodo laser. Ele gera saída de pulso por um interruptor Q acústico-óptico e usa o gerador de cristal de terceiro harmônico para alterar a saída do laser Nd: YVO4 de 1064nm & nbsp; O comprimento de onda básico de IV é reduzido para comprimento de onda de UV de 355 nm. Geralmente 355 nm </ div>

A potência de saída média do laser uv-dpss na taxa de repetição de pulso nominal de 20kHz é mais do que 3W div>

Laser Uv-dpss

Tanto o dielétrico quanto o cobre podem absorver facilmente o laser uv-dpss com comprimento de onda de saída de 355 nm. O laser Uv-dpss tem um ponto de luz menor e uma potência de saída menor do que o laser CO2. No processo de processamento dielétrico, o laser uv-dpss é geralmente usado para tamanhos pequenos (menos de 50%) μm) Portanto, o diâmetro menor que 50 deve ser processado no substrato da placa de circuito flexível de alta densidade μ M micro via , usar o laser UV é muito ideal. Agora existe um laser uv-dpss de alta potência, que pode aumentar a velocidade de processamento e perfuração de div> laser uv-dpss

A vantagem do laser uv-dpss é que quando seus fótons UV de alta energia brilham na maioria das camadas de superfície não metálicas, eles podem quebrar diretamente a ligação das moléculas, suavizar a aresta de corte com o processo de litografia “fria” e minimizar o grau de dano térmico e escaldante. Portanto, o micro corte UV é adequado para ocasiões de alta demanda, onde o pós-tratamento é impossível ou desnecessário.

Laser CO2 (alternativas de automação)

O laser de CO2 selado pode emitir um comprimento de onda de laser FIR de 10.6 μ M ou 9.4 μ M, embora ambos os comprimentos de onda sejam fáceis de serem absorvidos por dielétricos, como substrato de filme de poliimida, a pesquisa mostra que 9.4 μ O efeito do comprimento de onda M processando este tipo de material é muito melhor. Dielétrico 9.4 μ O coeficiente de absorção do comprimento de onda M é maior, que é melhor do que 10.6 para perfurar ou cortar materiais μM do comprimento de onda M rapidamente. O laser de nove vírgula quatro μ M não só tem vantagens óbvias na perfuração e corte, mas também tem um excelente efeito de corte. Portanto, o uso de laser de comprimento de onda mais curto pode melhorar a produtividade e a qualidade.

De um modo geral, o comprimento de onda do fir é facilmente absorvido pelos dielétricos, mas será refletido de volta pelo cobre. Portanto, a maioria dos lasers de CO2 são usados ​​para processamento dielétrico, moldagem, corte e delaminação de substrato dielétrico e laminado. Como a potência de saída do laser de CO2 é maior do que a do laser DPSS, o laser de CO2 é usado para processar o dielétrico na maioria dos casos. O laser CO2 e o laser uv-dpss são freqüentemente usados ​​juntos. Por exemplo, ao perfurar micro vias, primeiro remova a camada de cobre com laser DPSS e, em seguida, faça furos rapidamente na camada dielétrica com laser de CO2 até que a próxima camada revestida de cobre apareça e, em seguida, repita o processo.

Como o comprimento de onda do próprio laser UV é muito curto, o ponto de luz emitido pelo laser UV é mais fino do que o laser de CO2, mas em algumas aplicações, o ponto de luz de grande diâmetro produzido pelo laser de CO2 é mais útil do que o laser uv-dpss. Por exemplo, corte materiais de grande área, como ranhuras e blocos, ou faça grandes orifícios (diâmetro maior que 50) μm). O processamento com laser de CO2 leva menos tempo. De modo geral, a relação de abertura é de 50 μ. Quando m é grande, o processamento do laser de CO2 é mais apropriado e a abertura é inferior a 50 μ M, o efeito do laser uv-dpss é melhor.