Aplikácia technológie laserového spracovania v flexibilná doska plošných spojov

Flexibilný doskový obvod s vysokou hustotou je súčasťou celého flexibilného plošného spoja, ktorý je všeobecne definovaný ako rozstup riadkov menší ako 200 μ M alebo mikro cez menej ako 250 μ M flexibilný obvodový obvod. Flexibilný plošný spoj s vysokou hustotou má široké spektrum aplikácií, ako sú telekomunikácie, počítače, integrované obvody a zdravotnícke zariadenia. Tento článok, zameraný na špeciálne vlastnosti materiálov z flexibilných obvodových dosiek, predstavuje niektoré kľúčové problémy, ktoré je potrebné zvážiť pri laserovom spracovaní flexibilných obvodových dosiek s vysokou hustotou a mikro vŕtania p>

Jedinečné vlastnosti flexibilných dosiek plošných spojov z nej robia pri mnohých príležitostiach alternatívu k doske s plošnými spojmi a tradičnej schéme zapojenia. Súčasne tiež podporuje rozvoj mnohých nových oblastí. Najrýchlejšie rastúcou súčasťou FPC je interná prepojovacia linka pevného disku počítača (HDD). Magnetická hlava pevného disku sa musí pri skenovaní pohybovať tam a späť na rotujúcom disku a flexibilný obvod možno použiť na výmenu drôtu na realizáciu spojenia medzi mobilnou magnetickou hlavou a doskou riadiaceho obvodu. Výrobcovia pevných diskov zvyšujú výrobu a znižujú náklady na montáž prostredníctvom technológie nazývanej „zavesená flexibilná doska“ (FOS). Technológia bezdrôtového zavesenia má navyše lepšiu seizmickú odolnosť a môže zvýšiť spoľahlivosť produktu. Ďalšou flexibilnou doskou s vysokou hustotou, ktorá sa používa na pevnom disku, je interposer flex, ktorý sa používa medzi zavesením a ovládačom.

Druhou rastúcou oblasťou FPC je nové balenie integrovaných obvodov. Flexibilné obvody sa používajú v balení na úrovni čipov (CSP), viacčipovom module (MCM) a čipe na flexibilnom obvode (COF). Interný obvod CSP má obrovský trh, pretože je možné ho použiť v polovodičových zariadeniach a flash pamäti a je široko používaný v kartách PCMCIA, diskových jednotkách, osobných digitálnych asistentoch (PDA), mobilných telefónoch, pageroch, digitálnych fotoaparátoch a digitálnych fotoaparátoch . Displej z tekutých kryštálov (LCD), prepínač z polyesterovej fólie a atramentová tlačová kazeta sú ďalšími tromi oblasťami použitia flexibilného plošného spoja s vysokou hustotou \

Trhový potenciál technológie flexibilných liniek v prenosných zariadeniach (ako sú mobilné telefóny) je veľmi veľký, čo je veľmi prirodzené, pretože tieto zariadenia vyžadujú malý objem a nízku hmotnosť, aby uspokojili potreby spotrebiteľov; Okrem toho najnovšie aplikácie flexibilnej technológie zahŕňajú ploché displeje a lekárske prístroje, ktoré môžu dizajnéri použiť na zníženie objemu a hmotnosti výrobkov, ako sú načúvacie prístroje a ľudské implantáty.

Obrovský nárast v uvedených oblastiach viedol k zvýšeniu globálnej produkcie flexibilných obvodových dosiek. Očakáva sa napríklad, že ročný objem predaja pevných diskov dosiahne v roku 345 2004 miliónov kusov, čo je takmer dvojnásobok oproti roku 1999, a objem predaja mobilných telefónov v roku 2005 sa konzervatívne odhaduje na 600 miliónov kusov. Tieto zvýšenia vedú k ročnému nárastu produkcie flexibilných obvodových dosiek s vysokou hustotou o 35%, pričom do roku 3.5 dosiahnu 2002 milióna štvorcových metrov. Taký vysoký dopyt po produkte vyžaduje efektívnu a lacnú technológiu spracovania a technológia laserového spracovania je jednou z nich. .

Laser má vo výrobnom procese flexibilných obvodových dosiek tri hlavné funkcie: spracovanie a tvarovanie (rezanie a rezanie), krájanie a vŕtanie. Ako bezkontaktný obrábací nástroj je možné laser použiť vo veľmi malom ohnisku (100 ~ 500) μ m) Na materiál sa aplikuje svetelná energia s vysokou intenzitou (650 MW / mm2). Takúto vysokú energiu je možné použiť na rezanie, vŕtanie, značenie, zváranie, značenie a ďalšie spracovanie. Rýchlosť a kvalita spracovania súvisí s vlastnosťami spracovaného materiálu a použitými charakteristikami lasera, ako sú vlnová dĺžka, hustota energie, špičkový výkon, šírka a frekvencia impulzu. Na spracovanie flexibilných obvodových dosiek sa používajú ultrafialové (UV) a ďaleko infračervené (FIR) lasery. Prvý z nich zvyčajne používa lasery v tuhom stave (uv-dpss) čerpané excimerovými alebo UV diódami, zatiaľ čo druhý spravidla používa uzavreté CO2 lasery div>

Technológia vektorového skenovania používa počítač na ovládanie zrkadla vybaveného prietokomerom a CAD / CAM softvérom na generovanie reznej a vŕtacej grafiky a pomocou systému telecentrických šošoviek zaisťuje, že laser vertikálne svieti na povrch obrobku < / div>

Laserové vŕtanie spracovanie má vysokú presnosť a široké uplatnenie. Je to ideálny nástroj na tvarovanie flexibilných obvodových dosiek. Či už ide o CO2 laser alebo DPSS laser, materiál je po zaostrení možné spracovať do akéhokoľvek tvaru. Nasmeruje zaostrený laserový lúč kdekoľvek na povrch obrobku inštaláciou zrkadla na galvanometer, potom vykoná počítačové numerické riadenie (CNC) na galvanometri pomocou technológie vektorového skenovania a rezanie grafiky urobí pomocou softvéru CAD / CAM. Tento „mäkký nástroj“ môže ľahko ovládať laser v reálnom čase, keď sa zmení dizajn. Úpravou zmenšovania svetla a rôznych rezných nástrojov môže laserové spracovanie presne reprodukovať grafiku dizajnu, čo je ďalšia významná výhoda.

Vektorové skenovanie môže rezať podklady, ako je polyimidová fólia, vystrihnúť celý obvod alebo odstrániť oblasť na doske s plošnými spojmi, ako je slot alebo blok. V procese spracovania a tvarovania je laserový lúč vždy zapnutý, keď zrkadlo skenuje celý povrch spracovania, ktorý je opačný k procesu vŕtania. Pri vŕtaní sa laser zapne až po zafixovaní zrkadla v každej polohe vŕtania div>

časť

„Krájanie“ v žargóne je proces odstraňovania jednej vrstvy materiálu z druhého laserom. Tento proces je vhodnejší pre laser. Rovnakú technológiu vektorového skenovania je možné použiť na odstránenie dielektrika a odhalenie vodivej podložky nižšie. V súčasnej dobe vysoká presnosť laserového spracovania opäť odráža veľké výhody. Pretože FIR laserové lúče budú odrážané medenou fóliou, zvyčajne sa tu používa CO2 laser.

vyvŕtať otvor

Aj keď niektoré miesta stále používajú mechanické vŕtanie, razenie alebo plazmové leptanie na vytváranie mikropriechodných otvorov, laserové vŕtanie je stále najrozšírenejšou metódou tvarovania flexibilných obvodových dosiek mikropriechodným otvorom, a to hlavne kvôli jeho vysokej produktivite, silnej flexibilite a dlhej dobe bežnej prevádzky. .

Mechanické vŕtanie a lisovanie používa vysoko presné vrtáky a matrice, ktoré je možné vyrábať na flexibilných doskách s priemerom takmer 250 μ M, ale tieto vysoko presné zariadenia sú veľmi drahé a majú relatívne krátku životnosť. Vzhľadom na flexibilný obvodový panel s vysokou hustotou je požadovaný pomer clony 250 μ M malý, takže nie je uprednostňované mechanické vŕtanie.

Plazmové leptanie je možné použiť na 50 µM hrubý polyimidový filmový substrát s veľkosťou menšou ako 100 µM, ale investície do zariadenia a náklady na proces sú dosť vysoké a náklady na údržbu plazmového leptania sú tiež veľmi vysoké, najmä pokiaľ ide o náklady. na niektoré spracovanie chemického odpadu a spotrebný materiál. Okrem toho trvá pomerne dlho, kým plazmové leptanie vytvorí konzistentné a spoľahlivé mikropriechody pri vytváraní nového procesu. Výhodou tohto postupu je vysoká spoľahlivosť. Udáva sa, že kvalifikovaná miera mikropriepustnosti je 98%. Plazmové leptanie má preto stále určitý trh s lekárskymi a avionickými zariadeniami div>

Naproti tomu výroba mikropriechodov laserom je jednoduchý a lacný proces. Investície do laserového zariadenia sú veľmi nízke a laser je bezkontaktný nástroj. Na rozdiel od mechanického vŕtania budú náklady na výmenu nástrojov drahé. Moderné uzavreté CO2 a uv-dpss lasery navyše nevyžadujú údržbu, čo môže minimalizovať prestoje a výrazne zvýšiť produktivitu.

Metóda generovania mikropriechodov na flexibilnej doske je rovnaká ako na tuhých plošných spojoch, ale niektoré dôležité parametre lasera je potrebné zmeniť kvôli rozdielu substrátu a hrúbky. Utesnené CO2 a uv-dpss lasery môžu používať rovnakú technológiu vektorového skenovania ako tvarovanie na vŕtanie priamo na flexibilnej doske s plošnými spojmi. Jediným rozdielom je, že softvér na vŕtanie vypne laser počas skenovania zrkadlového skenovania z jedného mikro zariadenia na druhé. Laserový lúč sa nezapne, kým nedosiahne inú polohu vŕtania. Aby bol otvor kolmý na povrch flexibilného substrátu dosky plošných spojov, musí laserový lúč svietiť vertikálne na substrát dosky plošných spojov, čo je možné dosiahnuť použitím systému telecentrickej šošovky medzi skenovacím zrkadlom a podkladom (obr. 2 ) div>

Otvory vyvŕtané na Kaptone pomocou UV lasera

CO2 laser môže tiež používať technológiu konformných masiek na vŕtanie mikropriechodov. Pri použití tejto technológie sa medený povrch používa ako maska, otvory sa naň leptajú bežnou metódou leptania tlačou a potom sa laserový lúč CO2 ožaruje do otvorov medenej fólie, aby sa odstránili obnažené dielektrické materiály.

Mikroprocesy je možné tiež vyrobiť pomocou excimerového lasera pomocou metódy projekčnej masky. Táto technológia potrebuje mapovať obraz mikropriechodu alebo celého súboru mikropriechodov na substrát a potom excimerový laserový lúč ožaruje masku, aby mapoval obraz masky na povrch substrátu, aby sa vyvŕtala diera. Kvalita excimerového laserového vŕtania je veľmi dobrá. Jeho nevýhodou je nízka rýchlosť a vysoké náklady.

Laserový výber, aj keď je typ lasera na spracovanie flexibilných obvodových dosiek rovnaký ako na spracovanie pevných plošných spojov, rozdiel v materiáli a hrúbke výrazne ovplyvní parametre a rýchlosť spracovania. Niekedy je možné použiť excimerový laser a laser s priečnym excitovaným plynom (čaj) CO2, ale tieto dve metódy majú pomalú rýchlosť a vysoké náklady na údržbu, čo obmedzuje zvýšenie produktivity. Na porovnanie, CO2 a uv-dpss lasery sú široko používané, rýchle a lacné, takže sa používajú hlavne pri výrobe a spracovaní mikro priechodiek flexibilných obvodových dosiek.

Na rozdiel od laserového CO2 s prietokom plynu, zapečatený CO2 laser （http://www.auto-alt.cn technology Technológia blokového uvoľňovania je použitá na obmedzenie zmesi laserového plynu s laserovou dutinou špecifikovanou dvoma obdĺžnikovými elektródovými doskami. Laserová dutina je utesnená počas celej životnosti (zvyčajne asi 2 ~ 3 roky). Utesnená laserová dutina má kompaktnú štruktúru a nevyžaduje výmenu vzduchu. Laserová hlava môže pracovať nepretržite viac ako 25000 100 hodín bez údržby. Najväčšou výhodou tesniaceho dizajnu je, že môže generovať rýchle impulzy. Laser s blokovým uvoľňovaním môže napríklad vysielať vysokofrekvenčné (1.5 kHz) impulzy s maximálnym výkonom XNUMX KW. Vďaka vysokej frekvencii a vysokému špičkovému výkonu je možné vykonávať rýchle obrábanie bez tepelnej degradácie div>

Laser Uv-dpss je polovodičové zariadenie, ktoré nepretržite nasáva kryštálovú tyč neodym-vanadičnanu (Nd: YVO4) s poľom laserových diód. Generuje impulzný výstup pomocou akusticko-optického spínača Q a pomocou tretieho generátora harmonických kryštálov mení výstup lasera Nd: YVO4 z 1064 355 nm & nbsp; IR vlnová dĺžka je znížená na 355 nm. Spravidla XNUMX nm < / div>

Priemerný výstupný výkon uv-dpss lasera pri nominálnej frekvencii opakovania impulzov 20 kHz je viac ako 3 W div>

Uv-dpss laser

Dielektrikum aj meď môžu ľahko absorbovať uv-dpss laser s výstupnou vlnovou dĺžkou 355 nm. Laser Uv-dpss má menší svetelný bod a nižší výstupný výkon ako laser CO2. V procese dielektrického spracovania sa laser uv-dpss zvyčajne používa na malé rozmery (menej ako 50%) μ m) Priemer menší ako 50 by sa preto mal spracovať na substráte ohybnej dosky s vysokou hustotou μ M mikro cez , je veľmi výhodné používať UV laser. Teraz existuje vysokovýkonný uv-dpss laser, ktorý môže zvýšiť rýchlosť spracovania a vŕtania uv-dpss laserového div>

Výhodou laseru uv-dpss je, že keď jeho vysokoenergetické UV fotóny svietia na väčšinu nekovových povrchových vrstiev, môžu priamo prerušiť spojenie molekúl, vyhladiť reznú hranu procesom „studenej“ litografie a minimalizovať stupeň tepelné poškodenie a spálenie. Preto je mikrorezanie UV žiarením vhodné pre prípady vysokého dopytu, kde je dodatočné spracovanie nemožné alebo zbytočné div>

CO2 laser (alternatívy automatizácie)

Utesnený CO2 laser môže emitovať vlnovú dĺžku 10.6 μ M alebo 9.4 μ M FIR lasera, aj keď obe vlnové dĺžky sú ľahko absorbovateľné dielektrikom, ako je polyimidový filmový substrát, výskum ukazuje, že 9.4 μ Vplyv M vlnovej dĺžky na spracovanie tohto druhu materiálu je oveľa lepšie. Dielektrikum 9.4 μ Absorpčný koeficient M vlnovej dĺžky je vyšší, čo je lepšie ako 10.6 pre rýchle vŕtanie alebo rezanie materiálov μ M. deväťbodový štyri µ M laser má nielen zrejmé výhody pri vŕtaní a rezaní, ale má aj vynikajúci efekt krájania. Použitie lasera s kratšou vlnovou dĺžkou môže preto zvýšiť produktivitu a kvalitu.

Všeobecne povedané, vlnová dĺžka jedle je ľahko absorbovaná dielektrikom, ale bude sa odrážať späť meďou. Väčšina CO2 laserov sa preto používa na dielektrické spracovanie, tvarovanie, krájanie a delamináciu dielektrického substrátu a laminátu. Pretože je výstupný výkon CO2 lasera vyšší ako u DPSS lasera, CO2 laser sa vo väčšine prípadov používa na spracovanie dielektrika. CO2 laser a uv-dpss laser sa často používajú spoločne. Napríklad pri vŕtaní mikropriechodov najskôr odstráňte medenú vrstvu laserom DPSS a potom rýchlo vŕtajte otvory v dielektrickej vrstve laserom CO2, kým sa neobjaví ďalšia vrstva potiahnutá meďou, a potom postup zopakujte.

Pretože samotná vlnová dĺžka ultrafialového lasera je veľmi krátka, svetelný bod vyžarovaný ultrafialovým laserom je jemnejší než CO2 laser, ale v niektorých aplikáciách je svetelný bod veľkého priemeru produkovaný CO2 laserom užitočnejší než uv-dpss laser. Napríklad vyrežte veľkoplošné materiály, ako sú drážky a bloky, alebo vyvŕtajte veľké otvory (priemer väčší ako 50) μ m) Spracovanie CO2 laserom trvá kratšie. Všeobecne povedané, pomer clony je 50 μ. Keď je m veľký, je vhodnejšie spracovanie CO2 laserom a clona je menšia ako 50 μ M, účinok uv-dpss lasera je lepší.