Aplicarea tehnologiei de prelucrare cu laser în placa de circuit flexibila

Placa de circuite flexibile de înaltă densitate este o parte a întregii plăci de circuite flexibile, care este în general definită ca distanța dintre linie mai mică de 200 μ M sau micro prin intermediul unei plăci de circuit flexibile mai mici de 250 μ M. Placa de circuite flexibile de înaltă densitate are o gamă largă de aplicații, precum telecomunicații, computere, circuite integrate și echipamente medicale. Având în vedere proprietățile speciale ale materialelor flexibile ale plăcilor de circuite, această lucrare introduce câteva probleme cheie care trebuie luate în considerare în procesarea cu laser a plăcilor de circuite flexibile de înaltă densitate și micro prin foraj p>

Caracteristicile unice ale plăcii de circuite flexibile fac din aceasta o alternativă la placa de circuit rigid și schema de cablare tradițională în multe ocazii. În același timp, promovează și dezvoltarea multor domenii noi. Cea mai rapidă parte a FPC este linia de conexiune internă a unității de hard disk (HDD) a computerului. Capul magnetic al discului dur trebuie să se miște înainte și înapoi pe discul rotativ pentru scanare, iar circuitul flexibil poate fi utilizat pentru a înlocui firul pentru a realiza conexiunea dintre capul magnetic mobil și placa de circuit de control. Producătorii de hard disk cresc producția și reduc costurile de asamblare printr-o tehnologie numită „placă flexibilă suspendată” (FOS). În plus, tehnologia de suspensie fără fir are o rezistență seismică mai bună și poate îmbunătăți fiabilitatea produsului. O altă placă de circuit flexibilă de înaltă densitate utilizată pe hard disk este interposer flex, care este utilizată între suspensie și controler.

Al doilea domeniu în creștere al FPC este noul ambalaj cu circuite integrate. Circuitele flexibile sunt utilizate în ambalarea la nivel de cip (CSP), modulul cu mai multe cipuri (MCM) și cipul de pe placa de circuit flexibilă (COF). Printre acestea, circuitul intern CSP are o piață uriașă, deoarece poate fi utilizat în dispozitive semiconductoare și memorie flash și este utilizat pe scară largă în carduri PCMCIA, unități de disc, asistenți personali personali (PDA), telefoane mobile, pagere Aparat foto digital și cameră digitală . În plus, afișajul cu cristale lichide (LCD), comutatorul de film din poliester și cartușul imprimantei cu jet de cerneală sunt alte trei domenii de aplicare cu creștere ridicată a plăcii de circuite flexibile de înaltă densitate \

Potențialul pieței tehnologiei liniei flexibile în dispozitivele portabile (cum ar fi telefoanele mobile) este foarte mare, ceea ce este foarte natural, deoarece aceste dispozitive necesită un volum mic și o greutate redusă pentru a satisface nevoile consumatorilor; În plus, cele mai noi aplicații ale tehnologiei flexibile includ afișaje cu ecran plat și dispozitive medicale, care pot fi utilizate de designeri pentru a reduce volumul și greutatea produselor precum aparatele auditive și implanturile umane.

Creșterea uriașă în domeniile de mai sus a dus la o creștere a producției globale a plăcilor de circuite flexibile. De exemplu, volumul anual al vânzărilor de discuri este de așteptat să ajungă la 345 milioane de unități în 2004, aproape de două ori față de 1999, iar volumul vânzărilor de telefoane mobile în 2005 este estimat conservator la 600 de milioane de unități. Aceste creșteri conduc la o creștere anuală de 35% a producției plăcilor de circuite flexibile de înaltă densitate, ajungând la 3.5 milioane de metri pătrați până în 2002. O astfel de cerere de producție ridicată necesită o tehnologie de procesare eficientă și cu costuri reduse, iar tehnologia de procesare cu laser este una dintre ele .

Laserul are trei funcții principale în procesul de fabricație al plăcilor de circuite flexibile: prelucrarea și formarea (tăierea și tăierea), felierea și găurirea. Ca instrument de prelucrare fără contact, laserul poate fi utilizat într-o focalizare foarte mică (100 ~ 500) μm) Se aplică materialului energie luminoasă de înaltă intensitate (650 MW / mm2). O energie atât de mare poate fi utilizată pentru tăiere, găurire, marcare, sudare, marcare și alte prelucrări. Viteza și calitatea procesării sunt legate de proprietățile materialului prelucrat și de caracteristicile laserului utilizate, cum ar fi lungimea de undă, densitatea energiei, puterea de vârf, lățimea și frecvența impulsului. Prelucrarea plăcii de circuite flexibile utilizează lasere ultraviolete (UV) și cu infraroșu îndepărtat (FIR). Primul folosește, de obicei, lasere cu stare solidă (UV-dpss) pompate cu diodă UV sau excimer, în timp ce cel din urmă folosește, în general, lasere sigilate cu CO2 div>

Tehnologia de scanare vectorială utilizează computerul pentru a controla oglinda echipată cu debitmetru și software CAD / CAM pentru a genera grafică de tăiere și găurire și folosește un sistem de lentile telecentrice pentru a se asigura că laserul strălucește vertical pe suprafața piesei de prelucrat </ div>

Forare cu laser prelucrarea are o precizie ridicată și o aplicare largă. Este un instrument ideal pentru formarea unei plăci de circuite flexibile. Fie cu laser CO2 sau cu laser DPSS, materialul poate fi prelucrat în orice formă după focalizare. Trage fasciculul laser focalizat oriunde pe suprafața piesei de prelucrat prin instalarea unei oglinzi pe galvanometru, apoi efectuează controlul numeric al computerului (CNC) pe galvanometru folosind tehnologia de scanare vectorială și realizează tăierea graficelor cu ajutorul software-ului CAD / CAM. Acest „instrument ușor” poate controla cu ușurință laserul în timp real când se modifică designul. Prin ajustarea contracției luminii și a diferitelor instrumente de tăiere, procesarea cu laser poate reproduce cu precizie grafica de proiectare, ceea ce reprezintă un alt avantaj semnificativ.

Scanarea vectorială poate tăia substraturi, cum ar fi pelicula de polimidă, tăia întregul circuit sau elimina o zonă de pe placa de circuit, cum ar fi un slot sau un bloc. În procesul de procesare și formare, fasciculul laser este întotdeauna pornit atunci când oglinda scanează întreaga suprafață de procesare, care este opusă procesului de forare. În timpul găuririi, laserul este pornit numai după ce oglinda este fixată la fiecare poziție de găurire div>

secțiune

„Felierea” în jargon este procesul de îndepărtare a unui strat de material din altul cu ajutorul unui laser. Acest proces este mai potrivit pentru laser. Aceeași tehnologie de scanare vectorială poate fi utilizată pentru a elimina dielectricul și a expune tamponul conductiv de mai jos. În acest moment, precizia ridicată a procesării cu laser reflectă încă o dată beneficii mari. Deoarece razele laser FIR vor fi reflectate de folie de cupru, laserul CO2 este de obicei folosit aici.

gaura de foraj

Deși unele locuri încă folosesc găurirea mecanică, ștanțarea sau gravarea cu plasmă pentru a forma micro prin găuri, găurirea cu laser este în continuare cea mai utilizată metodă de formare a micro-găurilor a circuitelor flexibile, în principal datorită productivității sale ridicate, flexibilității puternice și timpului de funcționare normal lung .

Forarea și ștanțarea mecanică adoptă burghie și matrițe de înaltă precizie, care pot fi realizate pe placa de circuit flexibilă cu un diametru de aproape 250 μ M, dar aceste dispozitive de înaltă precizie sunt foarte scumpe și au o durată de viață relativ scurtă. Datorită plăcii de circuite flexibile de înaltă densitate, raportul de deschidere necesar este de 250 μM este mic, astfel încât găurirea mecanică nu este favorizată.

Gravarea cu plasmă poate fi utilizată la un substrat de film de polimidă cu grosimea de 50 μM cu o dimensiune mai mică de 100 μM, dar investiția în echipament și costul procesului sunt destul de mari, iar costul de întreținere al procesului de gravare a plasmei este, de asemenea, foarte mare, în special costurile legate de la unele tratamente și consumabile ale deșeurilor chimice. În plus, este nevoie de destul de mult timp pentru gravarea cu plasmă pentru a face micro viare consistente și fiabile atunci când se stabilește un nou proces. Avantajul acestui proces este fiabilitatea ridicată. Se raportează că rata calificată de micro via este de 98%. Prin urmare, gravarea cu plasmă are încă o anumită piață în div> echipamente medicale și avionice

În schimb, fabricarea micro via-urilor prin laser este un proces simplu și cu costuri reduse. Investiția echipamentelor laser este foarte redusă, iar laserul este un instrument fără contact. Spre deosebire de găurirea mecanică, va exista un cost scump de înlocuire a sculei. În plus, laserele moderne sigilate cu CO2 și uv-dpss nu necesită întreținere, ceea ce poate reduce timpul de nefuncționare și îmbunătăți considerabil productivitatea.

Metoda de generare a micro via-urilor pe placa de circuit flexibilă este aceeași cu cea de pe un PCB rigid, dar unii parametri importanți ai laserului trebuie schimbați din cauza diferenței de substrat și grosime. Laserele sigilate de CO2 și uv-dpss pot utiliza aceeași tehnologie de scanare vectorială ca și modelarea pentru a găuri direct pe placa de circuit flexibilă. Singura diferență este că software-ul aplicației de foraj va opri laserul în timpul scanării oglinzii de scanare de la un micro via la altul. Raza laser nu va fi pornită până când nu va ajunge la o altă poziție de găurire. Pentru a face gaura perpendiculară pe suprafața substratului flexibil al plăcii de circuite, fasciculul laser trebuie să strălucească vertical pe substratul plăcii de circuit, ceea ce poate fi realizat utilizând un sistem de lentile telecentrice între oglinda de scanare și substrat (Fig. 2 ) div>

Găuri găurite pe Kapton folosind laser UV

Laserul cu CO2 poate utiliza, de asemenea, tehnologia de mască conformă pentru a găuri micro viale. Când se utilizează această tehnologie, suprafața de cupru este utilizată ca o mască, găurile sunt gravate pe ea prin metoda obișnuită de gravare, iar apoi fasciculul laser CO2 este iradiat pe găurile foliei de cupru pentru a elimina materialele dielectrice expuse.

Micro via-urile pot fi realizate și prin utilizarea laserului excimer prin metoda măștii de proiecție. Această tehnologie trebuie să mapeze imaginea unui micro via sau a întregii micro via matrice pe substrat, iar apoi fasciculul laser excimer iradiază masca pentru a mapa imaginea măștii pe suprafața substratului, astfel încât să foreze gaura. Calitatea găuririi cu laser a excimerului este foarte bună. Dezavantajele sale sunt viteza redusă și costul ridicat.

Selectarea laserului, deși tipul laserului pentru procesarea plăcii de circuite flexibile este același cu cel pentru prelucrarea PCB-urilor rigide, diferența de material și grosime va afecta foarte mult parametrii și viteza de procesare. Uneori se pot utiliza laser cu excimeri și laser CO2 cu gaze (ceai) excitat transversal, dar aceste două metode au viteză mică și costuri mari de întreținere, care limitează îmbunătățirea productivității. În comparație, laserele cu CO2 și uv-dpss sunt utilizate pe scară largă, rapide și cu costuri reduse, astfel încât acestea sunt utilizate în principal în fabricarea și prelucrarea micro via-urilor de plăci de circuite flexibile.

Diferit de laserul CO2 cu flux de gaz, laserul CO2 sigilat （http://www.auto-alt.cn） Tehnologia de eliberare a blocurilor este adoptată pentru a limita amestecul de gaz laser la cavitatea laser specificată de două plăci de electrod dreptunghiular. Cavitatea laserului este sigilată pe toată durata de viață (de obicei, aproximativ 2 ~ 3 ani). Cavitatea laser sigilată are o structură compactă și nu are nevoie de schimb de aer. Capul laser poate funcționa continuu mai mult de 25000 de ore fără întreținere. Cel mai mare avantaj al designului de etanșare este că poate genera impulsuri rapide. De exemplu, laserul cu eliberare de bloc poate emite impulsuri de înaltă frecvență (100kHz) cu un vârf de putere de 1.5KW. Cu frecvență ridicată și putere de vârf ridicată, prelucrarea rapidă poate fi efectuată fără degradare termică div>

Laserul UV-dpss este un dispozitiv în stare solidă care aspiră în mod continuu tijă de cristal de vanadat de neodim (Nd: YVO4) cu matrice de diode laser. Generează ieșirea impulsului printr-un comutator Q acusto-optic și folosește al treilea generator de cristale armonice pentru a schimba ieșirea laserului Nd: YVO4 de la 1064nm & nbsp; Lungimea de undă de bază IR este redusă la lungimea de undă UV de 355 nm. În general 355nm </ div>

Puterea medie de ieșire a laserului uv-dpss la o rată de repetare nominală a impulsului de 20 kHz este mai mare de 3W div>

Laser UV-dpss

Atât dielectricul, cât și cuprul pot absorbi cu ușurință laser UV-dpss cu o lungime de undă de ieșire de 355nm. Laserul UV-dpss are un punct luminos mai mic și o putere de ieșire mai mică decât laserul CO2. În procesul de procesare dielectrică, laserul uv-dpss este de obicei utilizat pentru dimensiuni mici (mai puțin de 50%) μ m) Prin urmare, diametrul mai mic de 50 ar trebui procesat pe substratul plăcii de circuite flexibile de înaltă densitate μ M micro prin , utilizarea laserului UV este foarte ideală. Acum există un laser uv-dpss de mare putere, care poate crește viteza de procesare și găurire a laserului uv-dpss div>

Avantajul laserului uv-dpss este că, atunci când fotonii UV cu energie ridicată strălucesc pe majoritatea straturilor de suprafață nemetalice, pot rupe direct legătura moleculelor, pot netezi marginea de tăiere cu un proces de litografie „rece” și minimiza gradul de daune termice și arzătoare. Prin urmare, micro tăierea UV este potrivită pentru ocaziile cu cerere ridicată în care post-tratamentul este imposibil sau div> inutil

Laser CO2 (alternative de automatizare)

Laserul CO2 sigilat poate emite o lungime de undă de 10.6 μ M sau 9.4 μ M laser FIR, deși ambele lungimi de undă sunt ușor de absorbit de dielectrici precum substratul filmului de poliimidă, cercetarea arată că 9.4 μ Efectul lungimii de undă M care prelucrează acest tip de material este mult mai bine. Dielectric 9.4 μ Coeficientul de absorbție a lungimii de undă M este mai mare, ceea ce este mai bun decât 10.6 pentru forarea sau tăierea materialelor μM lungimea de undă rapidă. Laserul cu nouă puncte de patru μM nu numai că are avantaje evidente în găurire și tăiere, dar are și un efect remarcabil de tăiere. Prin urmare, utilizarea laserului cu lungime de undă mai mică poate îmbunătăți productivitatea și calitatea.

În general, lungimea de undă a bradului este ușor absorbită de dielectric, dar va fi reflectată înapoi de cupru. Prin urmare, majoritatea laserelor cu CO2 sunt utilizate pentru prelucrarea dielectrică, turnare, tăiere și delaminare a substratului și laminatului dielectric. Deoarece puterea de ieșire a laserului CO2 este mai mare decât cea a laserului DPSS, laserul CO2 este utilizat în procesarea dielectricului în majoritatea cazurilor. Laserul CO2 și laserul uv-dpss sunt adesea utilizate împreună. De exemplu, atunci când găuriți micro-vii, mai întâi îndepărtați stratul de cupru cu laser DPSS, apoi faceți rapid găuri în stratul dielectric cu laser CO2 până când apare următorul strat îmbrăcat în cupru, apoi repetați procesul.

Deoarece lungimea de undă a laserului UV în sine este foarte scurtă, punctul luminos emis de laserul UV este mai fin decât cel al laserului CO2, dar în unele aplicații, punctul luminos cu diametru mare produs de laserul CO2 este mai util decât laserul uv-dpss. De exemplu, tăiați materiale cu suprafețe mari, cum ar fi caneluri și blocuri sau găuriți găuri mari (diametru mai mare de 50) μm) Este nevoie de mai puțin timp pentru a prelucra cu laser CO2. În general vorbind, raportul diafragmei este de 50 μ Când m este mare, procesarea laserului cu CO2 este mai adecvată, iar diafragma este mai mică de 50 μ M, efectul laserului UV-dpss este mai bun.