Tillämpning av laserbehandlingsteknik i flexibelt kretskort

Flexibelt kretskort med hög densitet är en del av hela det flexibla kretskortet, som vanligtvis definieras som linjeavståndet mindre än 200 μM eller mikro via mindre än 250 μM flexibelt kretskort. Flexibelt kretskort med hög densitet har ett brett spektrum av applikationer, såsom telekommunikation, datorer, integrerade kretsar och medicinsk utrustning. Med tanke på de speciella egenskaperna hos flexibla kretskortsmaterial, introducerar detta papper några viktiga problem som ska beaktas vid laserbehandling av flexibelt kretskort med hög densitet och mikro via borrning p>

De unika egenskaperna hos ett flexibelt kretskort gör det till ett alternativ till ett styvt kretskort och ett traditionellt kopplingsschema vid många tillfällen. Samtidigt främjar det också utvecklingen av många nya områden. Den snabbast växande delen av FPC är den interna anslutningslinjen för datorns hårddisk (HDD). Hårddiskens magnethuvud ska röra sig fram och tillbaka på den roterande skivan för skanning, och den flexibla kretsen kan användas för att ersätta tråden för att uppnå anslutningen mellan det mobila magnethuvudet och styrkortet. Hårddiskstillverkare ökar produktionen och minskar monteringskostnaderna genom en teknik som kallas “upphängd flexibel platta” (FOS). Dessutom har den trådlösa fjädringstekniken bättre seismisk motståndskraft och kan förbättra produkttillförlitligheten. Ett annat flexibelt kretskort med hög densitet som används i hårddisken är interposer flex, som används mellan fjädring och styrenhet.

Det andra växande området för FPC är nya integrerade kretsförpackningar. Flexibla kretsar används i chip -nivåförpackningar (CSP), multi -chip -modul (MCM) och chip på flexibel kretskort (COF). Bland dem har CSP intern krets en enorm marknad, eftersom den kan användas i halvledarenheter och flashminne, och används ofta i PCMCIA -kort, hårddiskar, personliga digitala assistenter (PDA), mobiltelefoner, personsökare Digital kamera och digitalkamera . Dessutom är flytande kristallskärm (LCD), polyesterfilmbrytare och bläckstråleskrivarpatron andra tre applikationsfält med hög tillväxt för flexibelt kretskort med hög densitet \

Marknadspotentialen för flexibel linje -teknik i bärbara enheter (t.ex. mobiltelefoner) är mycket stor, vilket är mycket naturligt, eftersom dessa enheter kräver liten volym och låg vikt för att möta konsumenternas behov. Dessutom inkluderar de senaste tillämpningarna av flexibel teknik plattskärmar och medicinsk utrustning, som kan användas av designers för att minska volymen och vikten av produkter som hörapparater och implantat.

Den enorma tillväxten inom ovanstående fält har lett till en ökad global produktion av flexibla kretskort. Exempelvis förväntas den årliga försäljningsvolymen för hårddiskar uppgå till 345 miljoner enheter 2004, nästan dubbelt så mycket som 1999, och försäljningsvolymen för mobiltelefoner 2005 uppskattas konservativt till 600 miljoner enheter. Dessa ökningar leder till en årlig ökning med 35% i produktionen av flexibla kretskort med hög densitet och når 3.5 miljoner kvadratmeter år 2002. En sådan hög effektbehov kräver effektiv och billig behandlingsteknik, och laserbehandlingsteknik är en av dem .

Laser har tre huvudfunktioner i tillverkningsprocessen för flexibelt kretskort: bearbetning och formning (skärning och skärning), skivning och borrning. Som ett beröringsfritt bearbetningsverktyg kan laser användas i ett mycket litet fokus (100 ~ 500) μ m) Hög intensitet ljusenergi (650MW / mm2) appliceras på materialet. Sådan hög energi kan användas för skärning, borrning, märkning, svetsning, märkning och annan bearbetning. Behandlingshastigheten och kvaliteten är relaterade till egenskaperna hos det bearbetade materialet och de laseregenskaper som används, såsom våglängd, energitäthet, toppeffekt, pulsbredd och frekvens. Bearbetningen av det flexibla kretskortet använder ultravioletta (UV) och långt infraröda (FIR) lasrar. Den förra använder vanligtvis excimer- eller UV-diodpumpade solid-state (uv-dpss) lasrar, medan den senare i allmänhet använder förseglade CO2-lasrar div>

Vektorscanningsteknik använder datorn för att styra spegeln utrustad med flödesmätare och CAD / CAM -programvara för att generera skär- och borrgrafik och använder telecentriskt linssystem för att säkerställa att lasern lyser vertikalt på arbetsstyckets yta < / div>

Laserborrning bearbetning har hög precision och bred tillämpning. Det är ett idealiskt verktyg för att forma ett flexibelt kretskort. Oavsett om det är CO2 -laser eller DPSS -laser, kan materialet bearbetas till vilken form som helst efter fokusering. Den skjuter den fokuserade laserstrålen var som helst på arbetsstyckets yta genom att installera en spegel på galvanometern, utför sedan datorns numeriska styrning (CNC) på galvanometern med hjälp av vektorscanningsteknik och gör skärande grafik med hjälp av CAD / CAM -programvara. Detta “mjuka verktyg” kan enkelt styra lasern i realtid när designen ändras. Genom att justera ljuskrympningen och olika skärverktyg kan laserbearbetning exakt återge designgrafiken, vilket är en annan betydande fördel.

Vektorsökning kan skära substrat som polyimidfilm, klippa ut hela kretsen eller ta bort ett område på kretskortet, till exempel en slits eller ett block. I processen för bearbetning och formning slås alltid laserstrålen på när spegeln skannar hela bearbetningsytan, vilket är motsatt till borrprocessen. Under borrningen slås lasern på först efter att spegeln är fixerad vid varje borrposition div>

avsnitt

“Skivning” i jargong är processen att ta bort ett materialskikt från ett annat med en laser. Denna process är mer lämplig för laser. Samma vektorscanningsteknik kan användas för att avlägsna dielektrikum och avslöja den ledande dynan nedan. Vid denna tidpunkt återspeglar laserbehandlingens höga precision återigen stora fördelar. Eftersom FIR -laserstrålar kommer att reflekteras av kopparfolie, används vanligtvis CO2 -laser här.

borrhål

Även om vissa platser fortfarande använder mekanisk borrning, stansning eller plasmaetsning för att bilda mikrohål, är laserborrning fortfarande den mest använda mikrohålsformningsmetoden för flexibelt kretskort, främst på grund av dess höga produktivitet, starka flexibilitet och långa normala drifttid .

Mekanisk borrning och stansning använder högprecisionsborr och -formar, som kan göras på det flexibla kretskortet med en diameter på nästan 250 μM, men dessa högprecisionsanordningar är mycket dyra och har en relativt kort livslängd. På grund av det flexibla kretskortet med hög densitet är det nödvändiga bländarförhållandet 250 μM litet, så mekanisk borrning är inte gynnsam.

Plasmaetsning kan användas på 50 μM tjockt polyimidfilmsubstrat med en storlek mindre än 100 μM, men investeringar i utrustning och processkostnader är ganska höga och underhållskostnaderna för plasmaetsning är också mycket höga, särskilt kostnaderna till viss kemisk avfallshantering och förbrukningsmaterial. Dessutom tar det ganska lång tid för plasmaetsning för att skapa konsekventa och pålitliga mikrovias när man etablerar en ny process. Fördelen med denna process är hög tillförlitlighet. Det rapporteras att den kvalificerade hastigheten för mikro via är 98%. Därför har plasmaetsning fortfarande en viss marknad för medicinsk och avionisk utrustning div>

Däremot är tillverkning av mikrovias med laser en enkel och billig process. Investeringen av laserutrustning är mycket låg och laser är ett beröringsfritt verktyg. Till skillnad från mekanisk borrning kommer det att bli en dyr verktygskostnadskostnad. Dessutom är moderna förseglade CO2- och uv-dpss-lasrar underhållsfria, vilket kan minimera driftstopp och avsevärt förbättra produktiviteten.

Metoden för att generera mikrovias på flexibelt kretskort är samma som på styvt kretskort, men några viktiga parametrar för laser måste ändras på grund av skillnaden i substrat och tjocklek. Förseglade CO2- och uv-dpss-lasrar kan använda samma vektorscanningsteknik som formning för att borra direkt på det flexibla kretskortet. Den enda skillnaden är att borrprogrammet stänger av lasern under skanningsspegelsökning från en mikro via en annan. Laserstrålen slås inte på förrän den når ett annat borrläge. För att göra hålet vinkelrätt mot ytan på det flexibla kretskortsunderlaget måste laserstrålen lysa vertikalt på kretskortsunderlaget, vilket kan uppnås genom att använda ett telecentriskt linssystem mellan skanningsspegeln och substratet (fig 2 ) div>

Hål borrade på Kapton med UV -laser

CO2 -laser kan också använda konform mask -teknik för att borra mikrovias. Vid användning av denna teknik används kopparytan som en mask, hålen etsas på den med vanlig utskriftsmetod, och sedan bestrålas CO2 -laserstrålen på kopparfoliens hål för att ta bort de exponerade dielektriska materialen.

Mikrovias kan också göras med hjälp av excimerlaser genom projektionsmasken. Denna teknik måste kartlägga bilden av en mikro via eller hela mikro via arrayen till substratet, och sedan bestrålar excimerlaserstrålen masken för att kartlägga maskbilden till substratytan för att borra hålet. Kvaliteten på excimerlaserborrning är mycket bra. Dess nackdelar är låg hastighet och höga kostnader.

Laserval, även om lasertypen för bearbetning av flexibelt kretskort är densamma som för bearbetning av styvt kretskort, kommer skillnaden i material och tjocklek att påverka bearbetningsparametrarna och hastigheten kraftigt. Ibland kan excimerlaser och tvärgående exciterad gas (te) CO2 -laser användas, men dessa två metoder har långsam hastighet och höga underhållskostnader, vilket begränsar förbättringen av produktiviteten. Som jämförelse används CO2- och uv-dpss-lasrar i stor utsträckning, snabbt och till låg kostnad, så de används främst vid tillverkning och bearbetning av mikrovias av flexibla kretskort.

Annorlunda än gasflöde CO2-laser, förseglad CO2-laser （http://www.auto-alt.cn block Blockfrisättningstekniken används för att begränsa lasergasblandningen till laserhålan som anges av två rektangulära elektrodplattor. Laserkaviteten förseglas under hela livslängden (vanligtvis cirka 2 ~ 3 år). Det förseglade laserhålrummet har en kompakt struktur och behöver inte luftbyte. Laserhuvudet kan arbeta kontinuerligt i mer än 25000 timmar utan underhåll. Den största fördelen med tätningsdesignen är att den kan generera snabba pulser. Till exempel kan blockfrigöringslasern avge högfrekventa (100 kHz) pulser med en effekttopp på 1.5 kW. Med hög frekvens och hög toppeffekt kan snabb bearbetning utföras utan någon termisk nedbrytning div>

UV-dpss-laser är en solid-state-enhet som kontinuerligt suger neodymium-vanadat (Nd: YVO4) kristallstav med laserdiodmatris. Den genererar pulsutmatning med en akustisk-optisk Q-switch och använder den tredje harmoniska kristallgeneratorn för att ändra utsignalen från Nd: YVO4-laser från 1064nm & nbsp; IR -basvåglängden reduceras till 355 nm UV -våglängd. Generellt 355nm < / div>

Den genomsnittliga uteffekten för uv-dpss-laser vid 20kHz nominell pulsrepetitionsfrekvens är mer än 3W div>

UV-dpss laser

Både dielektrikum och koppar kan enkelt absorbera UV-DPPS-laser med en utgångsvåglängd på 355 nm. UV-dpss-laser har mindre ljuspunkt och lägre uteffekt än CO2-laser. Vid dielektrisk bearbetning används uv-dpss-laser vanligtvis för små storlekar (mindre än 50%) μ m) Därför bör diametern mindre än 50 bearbetas på substratet för ett flexibelt kretskort med hög densitet μ M micro via , med UV -laser är mycket idealiskt. Nu finns det en UV-dpss-laser med hög effekt, som kan öka bearbetnings- och borrhastigheten för uv-dpss laser div>

Fördelen med uv-dpss laser är att när dess högenergi-UV-fotoner lyser på de flesta icke-metalliska ytskikten, kan de direkt bryta molekyllänken, släta ut kanten med “kall” litografiprocess och minimera graden av termisk skada och brännande. Därför är UV-mikroskärning lämplig för tillfällen med hög efterfrågan där efterbehandling är omöjlig eller onödig div>

CO2 -laser (Automationsalternativ)

Förseglad CO2 -laser kan avge en våglängd på 10.6 μM eller 9.4 μ M FIR -laser, även om båda våglängderna är lätta att absorberas av dielektriska material som polyimidfilmsubstrat, visar forskningen att 9.4 μ Effekten av M -våglängd som bearbetar denna typ av material är mycket bättre. Dielektrisk 9.4 μ Absorptionskoefficienten för M våglängd är högre, vilket är bättre än 10.6 för borrning eller skärning av material μ M våglängd snabbt. nio punkt fyra μ M laser har inte bara uppenbara fördelar vid borrning och skärning, utan har också en enastående skärningseffekt. Därför kan användningen av kortare våglängdslaser förbättra produktiviteten och kvaliteten.

I allmänhet absorberas granvåglängden lätt av dielektrikum, men den kommer att reflekteras tillbaka av koppar. Därför används de flesta CO2 -lasrar för dielektrisk bearbetning, formning, skivning och delaminering av dielektriskt substrat och laminat. Eftersom utgångseffekten för CO2 -laser är högre än för DPSS -laser används CO2 -laser för att bearbeta dielektrikum i de flesta fall. CO2-laser och uv-dpss-laser används ofta tillsammans. Till exempel, vid borrning av mikrovias, ta först bort kopperskiktet med DPSS -laser och borra sedan snabbt hål i det dielektriska lagret med CO2 -laser tills nästa kopparklädda lager visas och upprepa sedan processen.

Eftersom själva UV-laserns våglängd är mycket kort är ljuspunkten som avges av UV-laser finare än för CO2-laser, men i vissa applikationer är ljusfläcken med stor diameter som produceras av CO2-laser mer användbar än UV-DPPS-laser. Skär till exempel material med stora ytor som spår och block eller borra stora hål (diameter större än 50) μ m) Det tar mindre tid att bearbeta med CO2 -laser. Generellt sett är bländarförhållandet 50 μ När m är stort är CO2-laserbehandling mer lämplig och bländaren är mindre än 50 μ M, effekten av uv-dpss laser är bättre.