Ứng dụng công nghệ xử lý laser trong bảng mạch linh hoạt

Bảng mạch linh hoạt mật độ cao là một phần của toàn bộ bảng mạch linh hoạt, thường được định nghĩa là khoảng cách dòng nhỏ hơn 200 μ M hoặc micro thông qua bảng mạch linh hoạt nhỏ hơn 250 μ M. Bảng mạch linh hoạt mật độ cao có một loạt các ứng dụng, chẳng hạn như viễn thông, máy tính, mạch tích hợp và thiết bị y tế. Hướng đến các tính chất đặc biệt của vật liệu bảng mạch dẻo, bài báo này giới thiệu một số vấn đề chính cần được xem xét trong quá trình xử lý laser của bảng mạch dẻo mật độ cao và vi thông qua khoan p>

Các đặc điểm độc đáo của bảng mạch linh hoạt làm cho nó trở thành một sự thay thế cho bảng mạch cứng nhắc và sơ đồ đi dây truyền thống trong nhiều trường hợp. Đồng thời, nó cũng thúc đẩy sự phát triển của nhiều lĩnh vực mới. Phần phát triển nhanh nhất của FPC là đường kết nối nội bộ của ổ đĩa cứng máy tính (HDD). Đầu từ của đĩa cứng phải di chuyển qua lại trên đĩa quay để quét, và mạch dẻo có thể được sử dụng để thay thế dây dẫn để nhận ra kết nối giữa đầu từ di động và bảng mạch điều khiển. Các nhà sản xuất đĩa cứng tăng cường sản xuất và giảm chi phí lắp ráp thông qua một công nghệ được gọi là “tấm linh hoạt lơ lửng” (FOS). Ngoài ra, công nghệ hệ thống treo không dây có khả năng chống địa chấn tốt hơn và có thể cải thiện độ tin cậy của sản phẩm. Một bảng mạch linh hoạt mật độ cao khác được sử dụng trong đĩa cứng là interposer flex, được sử dụng giữa hệ thống treo và bộ điều khiển.

Lĩnh vực phát triển thứ hai của FPC là đóng gói mạch tích hợp mới. Các mạch linh hoạt được sử dụng trong đóng gói cấp chip (CSP), mô-đun đa chip (MCM) và chip trên bảng mạch linh hoạt (COF). Trong số đó, mạch nội bộ CSP có một thị trường rộng lớn, vì nó có thể được sử dụng trong các thiết bị bán dẫn và bộ nhớ flash, và được sử dụng rộng rãi trong thẻ PCMCIA, ổ đĩa, trợ lý kỹ thuật số cá nhân (PDA), điện thoại di động, máy nhắn tin và máy ảnh kỹ thuật số . Ngoài ra, màn hình tinh thể lỏng (LCD), bộ chuyển đổi phim polyester và hộp mực máy in phun là ba lĩnh vực ứng dụng phát triển cao khác của bảng mạch linh hoạt mật độ cao \

Tiềm năng thị trường của công nghệ dây chuyền linh hoạt trong các thiết bị di động (như điện thoại di động) là rất lớn, điều này là rất tự nhiên, bởi vì các thiết bị này yêu cầu khối lượng nhỏ và trọng lượng nhẹ để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng; Ngoài ra, các ứng dụng mới nhất của công nghệ linh hoạt bao gồm màn hình phẳng và thiết bị y tế, có thể được các nhà thiết kế sử dụng để giảm khối lượng và trọng lượng của các sản phẩm như máy trợ thính và cấy ghép người.

Sự tăng trưởng mạnh mẽ trong các lĩnh vực nói trên đã dẫn đến sự gia tăng sản lượng toàn cầu của bảng mạch linh hoạt. Ví dụ, doanh số bán đĩa cứng hàng năm dự kiến ​​đạt 345 triệu chiếc vào năm 2004, gần gấp đôi so với năm 1999 và doanh số bán điện thoại di động năm 2005 được ước tính một cách dè dặt là 600 triệu chiếc. Những sự gia tăng này dẫn đến sản lượng bảng mạch linh hoạt mật độ cao tăng 35% hàng năm, đạt 3.5 triệu mét vuông vào năm 2002. Nhu cầu sản lượng cao như vậy đòi hỏi công nghệ xử lý hiệu quả và chi phí thấp, và công nghệ xử lý laser là một trong số đó .

Laser có ba chức năng chính trong quá trình sản xuất bảng mạch linh hoạt: xử lý và tạo hình (cắt và cắt), cắt và khoan. Là một công cụ gia công không tiếp xúc, laser có thể được sử dụng ở tiêu điểm rất nhỏ (100 ~ 500) μ m) Năng lượng ánh sáng cường độ cao (650MW / mm2) được chiếu vào vật liệu. Năng lượng cao như vậy có thể được sử dụng để cắt, khoan, đánh dấu, hàn, đánh dấu và các quá trình xử lý khác. Tốc độ và chất lượng xử lý có liên quan đến các thuộc tính của vật liệu được xử lý và các đặc tính của laser được sử dụng, chẳng hạn như bước sóng, mật độ năng lượng, công suất đỉnh, độ rộng xung và tần số. Quá trình xử lý bảng mạch linh hoạt sử dụng tia cực tím (UV) và tia hồng ngoại xa (FIR). Loại trước thường sử dụng laser trạng thái rắn (uv-dpss) được bơm excimer hoặc UV, trong khi loại sau thường sử dụng laser CO2 kín div>

Công nghệ quét véc tơ sử dụng máy tính để điều khiển gương được trang bị đồng hồ đo lưu lượng và phần mềm CAD / CAM để tạo đồ họa cắt và khoan, đồng thời sử dụng hệ thống thấu kính viễn tâm để đảm bảo rằng tia laser chiếu theo chiều dọc trên bề mặt phôi </ div>

Khoan laser gia công có độ chính xác cao và ứng dụng rộng rãi. Nó là một công cụ lý tưởng để tạo thành bảng mạch linh hoạt. Dù là laser CO2 hay laser DPSS, vật liệu có thể được xử lý thành bất kỳ hình dạng nào sau khi lấy nét. Nó bắn chùm tia laze hội tụ vào bất kỳ đâu trên bề mặt phôi bằng cách lắp một gương trên điện kế, sau đó thực hiện điều khiển số máy tính (CNC) trên điện kế bằng cách sử dụng công nghệ quét véc tơ và tạo đồ họa cắt với sự trợ giúp của phần mềm CAD / CAM. “Công cụ mềm” này có thể dễ dàng điều khiển tia laser trong thời gian thực khi thiết kế được thay đổi. Bằng cách điều chỉnh độ co rút ánh sáng và các công cụ cắt khác nhau, xử lý laser có thể tái tạo chính xác đồ họa thiết kế, đây là một lợi thế đáng kể khác.

Quét vectơ có thể cắt các chất nền như màng polyimide, cắt toàn bộ mạch hoặc loại bỏ một khu vực trên bảng mạch, chẳng hạn như một khe hoặc một khối. Trong quá trình gia công và tạo hình, tia laze luôn được bật khi gương quét toàn bộ bề mặt gia công, ngược lại với quá trình khoan. Trong khi khoan, tia laser chỉ được bật sau khi gương được cố định ở mỗi vị trí khoan div>

phần

“Cắt lát” trong thuật ngữ là quá trình loại bỏ một lớp vật liệu này từ một lớp vật liệu khác bằng tia laser. Quá trình này phù hợp hơn với laser. Công nghệ quét véc tơ tương tự có thể được sử dụng để loại bỏ chất điện môi và để lộ lớp đệm dẫn điện bên dưới. Tại thời điểm này, độ chính xác cao của quá trình xử lý laser một lần nữa phản ánh những lợi ích to lớn. Vì tia laser FIR sẽ bị phản xạ bởi lá đồng, nên ở đây thường sử dụng tia laser CO2.

lỗ khoan

Mặc dù một số nơi vẫn sử dụng phương pháp khoan cơ học, dập hoặc khắc plasma để tạo lỗ siêu nhỏ, nhưng khoan laser vẫn là phương pháp tạo lỗ siêu nhỏ được sử dụng rộng rãi nhất trên bảng mạch linh hoạt, chủ yếu vì năng suất cao, tính linh hoạt cao và thời gian hoạt động bình thường lâu dài. .

Khoan và dập cơ khí sử dụng các mũi khoan và khuôn có độ chính xác cao, có thể được thực hiện trên bảng mạch linh hoạt với đường kính gần 250 μ M, nhưng những thiết bị có độ chính xác cao này rất đắt và có tuổi thọ tương đối ngắn. Do bảng mạch linh hoạt mật độ cao, tỷ lệ khẩu độ yêu cầu là 250 μ M là nhỏ, vì vậy khoan cơ khí không được ưa chuộng.

Khắc Plasma có thể được sử dụng ở chất nền màng polyimide dày 50 μ M với kích thước nhỏ hơn 100 μ M, nhưng chi phí đầu tư thiết bị và quy trình khá cao, và chi phí bảo trì của quá trình khắc plasma cũng rất cao, đặc biệt là các chi phí liên quan. đến một số xử lý chất thải hóa học và vật tư tiêu hao. Ngoài ra, phải mất một thời gian khá dài để quá trình ăn mòn plasma tạo ra các vias ổn định và đáng tin cậy khi thiết lập một quy trình mới. Ưu điểm của quy trình này là độ tin cậy cao. Theo báo cáo, tỷ lệ vi qua đạt tiêu chuẩn là 98%. Do đó, khắc plasma vẫn có một thị trường nhất định trong thiết bị y tế và thiết bị điện tử hàng không>

Ngược lại, việc chế tạo vias bằng laser là một quá trình đơn giản và chi phí thấp. Đầu tư cho thiết bị laser rất thấp, và laser là công cụ không tiếp xúc. Không giống như khoan cơ khí, sẽ có một chi phí thay thế dụng cụ đắt tiền. Ngoài ra, laser CO2 và uv-dpss kín hiện đại không cần bảo trì, có thể giảm thiểu thời gian chết và cải thiện đáng kể năng suất.

Phương pháp tạo vias trên bảng mạch linh hoạt cũng giống như trên pcb cứng, nhưng một số thông số quan trọng của laser cần phải thay đổi do sự khác biệt của chất nền và độ dày. Laser CO2 và uv-dpss kín có thể sử dụng công nghệ quét véc tơ tương tự như đúc để khoan trực tiếp trên bảng mạch linh hoạt. Điểm khác biệt duy nhất là phần mềm ứng dụng khoan sẽ tắt tia laser trong quá trình gương quét quét từ micro này qua micro khác. Chùm tia laze sẽ không được bật cho đến khi nó đến vị trí khoan khác. Để tạo lỗ vuông góc với bề mặt của tấm nền bảng mạch linh hoạt, chùm tia laze phải chiếu thẳng đứng trên tấm nền bảng mạch, có thể đạt được bằng cách sử dụng hệ thống thấu kính viễn tâm giữa gương quét và tấm nền (Hình 2 ) div>

Các lỗ được khoan trên Kapton bằng tia UV

Laser CO2 cũng có thể sử dụng công nghệ mặt nạ phù hợp để khoan các vias. Khi sử dụng công nghệ này, bề mặt đồng được sử dụng như một mặt nạ, các lỗ được khắc trên đó bằng phương pháp khắc in thông thường, sau đó chùm tia laser CO2 được chiếu vào các lỗ của lá đồng để loại bỏ các vật liệu điện môi bị lộ ra ngoài.

Vias cũng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng laser excimer thông qua phương pháp mặt nạ chiếu. Công nghệ này cần ánh xạ hình ảnh của một vi thông qua hoặc toàn bộ vi thông qua mảng tới chất nền, sau đó chùm tia laser excimer chiếu vào mặt nạ để ánh xạ hình ảnh mặt nạ với bề mặt chất nền, để khoan lỗ. Chất lượng khoan laser excimer rất tốt. Nhược điểm của nó là tốc độ thấp và giá thành cao.

Lựa chọn laser mặc dù loại laser để xử lý bảng mạch linh hoạt cũng giống như loại laser để xử lý pcb cứng, sự khác biệt về vật liệu và độ dày sẽ ảnh hưởng lớn đến các thông số và tốc độ xử lý. Đôi khi có thể sử dụng laser excimer và laser CO2 bằng khí kích thích ngang (trà), nhưng hai phương pháp này có tốc độ chậm và chi phí bảo trì cao nên hạn chế việc nâng cao năng suất. So sánh, laser CO2 và uv-dpss được sử dụng rộng rãi, tốc độ nhanh và chi phí thấp, vì vậy chúng chủ yếu được sử dụng trong chế tạo và xử lý vias của bảng mạch linh hoạt.

Khác với laser CO2 dòng khí, laser CO2 kín （http://www.auto-alt.cn） Công nghệ giải phóng khối được áp dụng để giới hạn hỗn hợp khí laser trong khoang laser được chỉ định bởi hai tấm điện cực hình chữ nhật. Khoang laser được niêm phong trong suốt thời gian sử dụng (thường khoảng 2 ~ 3 năm). Khoang laser kín có cấu trúc nhỏ gọn và không cần trao đổi khí. Đầu laser có thể hoạt động liên tục hơn 25000 giờ mà không cần bảo dưỡng. Ưu điểm lớn nhất của thiết kế niêm phong là nó có thể tạo ra xung nhanh. Ví dụ, laser giải phóng khối có thể phát ra xung tần số cao (100kHz) với công suất cực đại là 1.5KW. Với tần số cao và công suất đỉnh cao, có thể thực hiện gia công nhanh chóng mà không có bất kỳ sự suy giảm nhiệt nào>

Laser Uv-dpss là một thiết bị ở trạng thái rắn liên tục hút thanh tinh thể neodymium vanadate (Nd: YVO4) bằng mảng diode laser. Nó tạo ra đầu ra xung bằng công tắc Q-quang acousto và sử dụng bộ tạo tinh thể hài thứ ba để thay đổi đầu ra của laser Nd: YVO4 từ 1064nm & nbsp; Bước sóng cơ bản IR được giảm xuống bước sóng UV 355 nm. Nói chung là 355nm </ div>

Công suất đầu ra trung bình của laser uv-dpss ở tốc độ lặp lại xung danh định 20kHz là hơn div 3W>

Laser uv-dpss

Cả điện môi và đồng đều có thể dễ dàng hấp thụ tia laser uv-dpss với bước sóng đầu ra là 355nm. Laser uv-dpss có điểm sáng nhỏ hơn và công suất đầu ra thấp hơn laser CO2. Trong quá trình xử lý điện môi, laser uv-dpss thường được sử dụng cho kích thước nhỏ (nhỏ hơn 50%) μ m) Do đó, đường kính nhỏ hơn 50 nên được xử lý trên nền của bảng mạch linh hoạt mật độ cao μ M micro qua , sử dụng tia UV là rất lý tưởng. Giờ đây đã có laser uv-dpss công suất cao, có thể tăng tốc độ xử lý và khoan của div laser uv-dpss>

Ưu điểm của laser uv-dpss là khi các photon UV năng lượng cao của nó chiếu vào hầu hết các lớp bề mặt phi kim loại, chúng có thể trực tiếp phá vỡ liên kết của các phân tử, làm mịn cạnh cắt bằng quy trình in thạch bản “lạnh” và giảm thiểu mức độ thiệt hại nhiệt và cháy xém. Do đó, cắt vi tia UV phù hợp cho những trường hợp có nhu cầu cao mà việc xử lý sau là không thể hoặc không cần thiết div>

Laser CO2 (Các lựa chọn thay thế tự động hóa)

Laser CO2 kín có thể phát ra bước sóng 10.6 μ M hoặc 9.4 μ M laser FIR, mặc dù cả hai bước sóng này đều dễ bị hấp thụ bởi các chất điện môi như chất nền phim polyimide, nghiên cứu cho thấy rằng 9.4 μ Ảnh hưởng của bước sóng M xử lý loại vật liệu này là tốt hơn nhiều. Chất điện môi 9.4 μ Hệ số hấp thụ của bước sóng M cao hơn, tốt hơn 10.6 đối với vật liệu khoan hoặc cắt nhanh μM bước sóng. laser chín điểm bốn μ M không chỉ có ưu điểm rõ ràng trong việc khoan và cắt, mà còn có hiệu quả cắt lát vượt trội. Do đó, việc sử dụng tia laser có bước sóng ngắn hơn có thể cải thiện năng suất và chất lượng.

Nói chung, bước sóng linh sam dễ dàng bị hấp thụ bởi các chất điện môi, nhưng nó sẽ bị phản xạ lại bởi đồng. Do đó, hầu hết các laser CO2 được sử dụng để xử lý điện môi, đúc, cắt lát và tách lớp chất nền điện môi và cán mỏng. Vì công suất đầu ra của laser CO2 cao hơn laser DPSS, laser CO2 được sử dụng để xử lý chất điện môi trong hầu hết các trường hợp. Laser CO2 và laser uv-dpss thường được sử dụng cùng nhau. Ví dụ, khi khoan lỗ siêu nhỏ, đầu tiên loại bỏ lớp đồng bằng tia laser DPSS, sau đó khoan nhanh các lỗ trên lớp điện môi bằng tia laser CO2 cho đến khi lớp đồng phủ tiếp theo xuất hiện, sau đó lặp lại quy trình.

Bởi vì bản thân bước sóng của tia UV rất ngắn, điểm sáng do tia UV phát ra sẽ mịn hơn tia laser CO2, nhưng trong một số ứng dụng, điểm sáng có đường kính lớn do tia laser CO2 tạo ra lại hữu ích hơn tia laser uv-dpss. Ví dụ, cắt các vật liệu có diện tích lớn như rãnh và khối hoặc khoan các lỗ lớn (đường kính lớn hơn 50) μ m) Sẽ mất ít thời gian hơn để xử lý bằng laser CO2. Nói chung, tỷ lệ khẩu độ là 50 μM Khi m lớn, xử lý laser CO2 thích hợp hơn, và khẩu độ nhỏ hơn 50 μ M, hiệu ứng của laser uv-dpss tốt hơn.