激光加工技術在 柔性電路板

高密度柔性電路板是整個柔性電路板的一部分，一般定義為線距小於200μM或微通孔小於250μM的柔性電路板。 高密度柔性電路板的應用範圍很廣，如電信、計算機、集成電路和醫療設備等。 針對柔性線路板材料的特殊性能，介紹了高密度柔性線路板激光加工和微孔鑽孔需要考慮的一些關鍵問題。

柔性電路板的獨特特性使其在許多場合可以替代剛性電路板和傳統佈線方案。 同時，也促進了許多新領域的發展。 FPC增長最快的部分是電腦硬盤驅動器（HDD）的內部連接線。 硬盤磁頭在轉盤上來回移動進行掃描，可用柔性電路代替導線實現移動磁頭與控制電路板的連接。 硬盤製造商通過一種稱為“懸掛式柔性板”（FOS）的技術來增加產量並降低組裝成本。 此外，無線懸掛技術具有更好的抗震性，可以提高產品的可靠性。 硬盤中使用的另一種高密度柔性電路板是interposer flex，它用於懸架和控制器之間。

FPC的第二個增長領域是新型集成電路封裝。 柔性電路用於芯片級封裝（CSP）、多芯片模塊（MCM）和柔性電路板上芯片（COF）。 其中，CSP內部電路具有巨大的市場，因為它可用於半導體器件和閃存，廣泛應用於PCMCIA卡、磁盤驅動器、個人數字助理（PDA）、手機、尋呼機、數碼相機和數碼相機. 此外，液晶顯示器（LCD）、聚酯薄膜開關和噴墨打印機墨盒是高密度柔性電路板的其他三個高增長應用領域\

柔性線路技術在便攜設備（如手機）中的市場潛力非常大，這是很自然的，因為這些設備需要體積小、重量輕才能滿足消費者的需求； 此外，柔性技術的最新應用包括平板顯示器和醫療設備，設計人員可以利用這些技術來減少助聽器和人體植入物等產品的體積和重量。

上述領域的巨大增長帶動了全球柔性電路板產量的增長。 例如，預計345年硬盤年銷量將達到2004億台，幾乎是1999年的兩倍，2005年手機銷量保守估計為600億台。 這些增加導致高密度柔性電路板的產量每年增加35%，到3.5年達到2002萬平方米。如此高的產量需求需要高效、低成本的加工技術，激光加工技術就是其中之一.

激光在柔性電路板的製造過程中具有三大功能：加工成型（切割和切割）、切片和鑽孔。 作為一種非接觸式加工工具，激光可以將非常小的焦點（100～500）μm）高強度光能（650MW/mm2）施加到材料上。 如此高的能量可用於切割、鑽孔、打標、焊接、打標等加工。 加工速度和質量與被加工材料的特性和所使用的激光特性有關，如波長、能量密度、峰值功率、脈衝寬度和頻率。 柔性電路板的加工使用紫外（UV）和遠紅外（FIR）激光器。 前者通常採用準分子或紫外二極管泵浦固態（uv-dpss）激光器，而後者一般採用密封CO2激光器。

矢量掃描技術利用計算機控製配備流量計和CAD/CAM軟件的反射鏡生成切割和鑽孔圖形，並採用遠心透鏡系統確保激光垂直照射工件表面</div>

激光鑽孔 加工精度高，應用廣泛。 它是形成柔性電路板的理想工具。 無論是CO2激光還是DPSS激光，材料經過聚焦後都可以加工成任何形狀。 它通過在振鏡上安裝反射鏡將聚焦的激光束射到工件表面的任意位置，然後利用矢量掃描技術在振鏡上進行計算機數控（CNC），並藉助CAD/CAM軟件製作切割圖形。 這種“軟工具”可以在設計更改時輕鬆實時控制激光器。 通過調整光收縮率和各種刀具，激光加工可以準確再現設計圖形，這是另一個顯著優勢。

矢量掃描可以切割聚酰亞胺薄膜等基材，切割整個電路或去除電路板上的某個區域，例如槽或塊。 在加工成型過程中，當反射鏡掃描整個加工面時，激光束始終開啟，這與鑽孔過程相反。 在鑽孔過程中，只有在每個鑽孔位置都固定鏡子後才開啟激光器 div>

部分

行話中的“切片”是用激光從另一層材料中去除一層材料的過程。 這種工藝更適合激光。 可以使用相同的矢量掃描技術去除電介質並暴露下方的導電焊盤。 這時候，激光加工的高精度再次體現了巨大的效益。 由於 FIR 激光射線會被銅箔反射，這里通常使用 CO2 激光。

鑽孔

雖然有些地方仍然使用機械鑽孔、沖壓或等離子蝕刻來形成微通孔，但激光鑽孔仍然是柔性電路板微通孔形成中應用最廣泛的方法，主要是因為其生產率高、柔韌性強、正常運行時間長.

機械鑽孔和沖壓採用高精度鑽頭和模具，可以在直徑近250μm的柔性電路板上製造，但這些高精度器件非常昂貴，使用壽命也相對較短。 由於高密度柔性電路板要求的孔徑比為250μM較小，因此不利於機械鑽孔。

等離子刻蝕可用於尺寸小於50μM的100μM厚的聚酰亞胺薄膜基板，但設備投資和工藝成本相當高，等離子刻蝕工藝的維護成本也很高，尤其是相關成本一些化學廢物處理和消耗品。 此外，在建立新工藝時，等離子體蝕刻需要相當長的時間來製作一致且可靠的微孔。 這種工藝的優點是可靠性高。 據悉，微通孔合格率為98%。 因此，等離子蝕刻在醫療和航空電子設備領域仍有一定的市場>

相比之下，通過激光製造微通孔是一種簡單且低成本的工藝。 激光設備的投資很低，而且激光是一種非接觸式工具。 與機械鑽孔不同，將有昂貴的工具更換成本。 此外，現代密封式 CO2 和 uv-dpss 激光器免維護，可最大限度地減少停機時間並大大提高生產率。

在柔性電路板上產生微通孔的方法與在剛性PCB上產生的方法相同，但由於基板和厚度的不同，需要改變激光器的一些重要參數。 密封式 CO2 和 uv-dpss 激光器可以使用與成型相同的矢量掃描技術直接在柔性電路板上鑽孔。 唯一的區別是鑽孔應用軟件會在從一個微通孔到另一個微通孔的掃描鏡掃描過程中關閉激光。 激光束在到達另一個鑽孔位置之前不會打開。 為了使孔垂直於柔性電路板基板的表面，激光束必須垂直照射在電路板基板上，這可以通過在掃描鏡和基板之間使用遠心透鏡系統來實現（圖2） ) div>

使用紫外激光在 Kapton 上鑽孔

CO2 激光器還可以使用保形掩模技術來鑽出微孔。 使用該技術時，以銅表面為掩膜，用普通印刷蝕刻法在其上蝕刻出孔洞，然後用CO2激光束照射銅箔的孔洞，去除裸露的介電材料。

也可以通過投影掩模的方法使用準分子激光製作微通孔。 該技術需要將一個微通孔或整個微通孔陣列的圖像映射到基板上，然後準分子激光束照射掩模，將掩模圖像映射到基板表面，從而鑽孔。 準分子激光鑽孔的質量非常好。 它的缺點是速度慢，成本高。

激光器的選擇 雖然加工柔性線路板的激光器類型與加工剛性pcb的激光器類型相同，但材料和厚度的差異會極大地影響加工參數和速度。 有時也可以使用準分子激光和橫向激發氣體（茶）CO2激光，但這兩種方法速度慢，維護成本高，限制了生產率的提高。 相比之下，CO2和uv-dpss激光器應用廣泛，速度快，成本低，因此主要用於柔性電路板微通孔的製作和加工。

不同於氣流CO2激光器，密封CO2激光器（ http://www.auto-alt.cn ）採用塊釋放技術，將激光氣體混合物限制在兩個矩形電極板指定的激光腔內。 激光腔在整個使用壽命期間（通常約為 2~3 年）都是密封的。 密封的激光腔結構緊湊，無需換氣。 激光頭可連續工作25000小時以上，無需維護。 密封設計的最大優點是可以產生快速脈衝。 例如，塊釋放激光器可以發射功率峰值為 100KW 的高頻（1.5kHz）脈衝。 高頻高峰值功率，可進行快速加工，無任何熱降解 div>

uv-dpss激光器是一種用激光二極管陣列連續吸入釩酸釹（Nd：YVO4）晶棒的固態器件。 它通過聲光Q開關產生脈衝輸出，利用三次諧波晶體發生器改變Nd：YVO4激光器的輸出，從1064nm開始。 IR 基本波長減少到 355 nm UV 波長。 一般355nm</div>

uv-dpss激光器在20kHz標稱脈衝重複率下平均輸出功率大於3W div>

uv-dpss激光

電介質和銅都可以很容易地吸收輸出波長為 355nm 的 uv-dpss 激光。 uv-dpss激光比CO2激光具有更小的光斑和更低的輸出功率。 在介質加工過程中，uv-dpss激光器通常用於小尺寸（小於50%）μm）因此，直徑小於50的應在高密度柔性電路板基板上加工μM微孔，使用紫外激光是非常理想的。 現在有大功率uv-dpss激光器，可以提高uv-dpss激光器的加工和鑽孔速度div>

uv-dpss激光器的優勢在於，當其高能紫外光子照射到大部分非金屬表層時，可以直接打斷分子間的鏈接，用“冷”光刻工藝平滑切割邊緣，最大限度地減少熱損傷和燒焦。 因此，UV微切割適用於無法進行後處理或不需要進行後處理的高要求場合>

CO2 激光（自動化替代品）

密封的CO2激光器可以發射波長為10.6μM或9.4μM的FIR激光，雖然這兩種波長都容易被聚酰亞胺薄膜基板等電介質吸收，但研究表明9.4μM波長對此類材料的加工效果好多了。 電介質 9.4 μ M 波長的吸收係數更高，對於快速鑽孔或切割材料 μ M 波長優於 10.6。 九點四微米激光不僅在鑽孔和切割方面優勢明顯，而且切片效果也很突出。 因此，使用較短波長的激光可以提高生產率和質量。

一般來說，冷杉的波長很容易被電介質吸收，但會被銅反射回來。 因此，大多數CO2激光器用於電介質基板和層壓板的電介質加工、成型、切片和分層。 由於CO2激光器的輸出功率高於DPSS激光器，因此CO2激光器在大多數情況下用於處理電介質。 CO2激光和uv-dpss激光經常一起使用。 例如，在鑽微孔時，先用DPSS激光去除銅層，然後用CO2激光快速在介質層鑽孔，直到出現下一層覆銅層，然後重複上述過程。

由於紫外激光器本身的波長很短，紫外激光器發出的光斑比CO2激光器更細，但在某些應用中，CO2激光器產生的大直徑光斑比uv-dpss激光器更有用。 例如，切割槽和塊等大面積材料或鑽大孔（直徑大於50）μm）用CO2激光加工所需的時間更少。 一般來說，孔徑比為50μm時，CO2激光加工更合適，孔徑小於50μm時，uv-dpss激光的效果更好。