激光加工技术在加工中的应用 柔性电路板

高密度柔性电路板是整个柔性电路板的一部分，一般定义为线距小于200μM或微通孔小于250μM的柔性电路板。 高密度柔性电路板的应用范围很广，如电信、计算机、集成电路和医疗设备等。 针对柔性线路板材料的特殊性能，介绍了高密度柔性线路板激光加工和微孔钻孔需要考虑的一些关键问题。

柔性电路板的独特特性使其在许多场合可以替代刚性电路板和传统布线方案。 同时，也促进了许多新领域的发展。 FPC增长最快的部分是电脑硬盘驱动器（HDD）的内部连接线。 硬盘磁头在转盘上来回移动进行扫描，可用柔性电路代替导线实现移动磁头与控制电路板的连接。 硬盘制造商通过一种称为“悬挂式柔性板”（FOS）的技术来增加产量并降低组装成本。 此外，无线悬挂技术具有更好的抗震性，可以提高产品的可靠性。 硬盘中使用的另一种高密度柔性电路板是interposer flex，它用于悬架和控制器之间。

FPC的第二个增长领域是新型集成电路封装。 柔性电路用于芯片级封装（CSP）、多芯片模块（MCM）和柔性电路板上芯片（COF）。 其中，CSP内部电路具有巨大的市场，因为它可用于半导体器件和闪存，广泛应用于PCMCIA卡、磁盘驱动器、个人数字助理（PDA）、手机、寻呼机、数码相机和数码相机. 此外，液晶显示器（LCD）、聚酯薄膜开关和喷墨打印机墨盒是高密度柔性电路板的其他三个高增长应用领域\

柔性线路技术在便携式设备（如手机）中的市场潜力非常大，这是很自然的，因为这些设备需要体积小、重量轻才能满足消费者的需求； 此外，柔性技术的最新应用包括平板显示器和医疗设备，设计人员可以利用这些技术来减少助听器和人体植入物等产品的体积和重量。

上述领域的巨大增长带动了全球柔性电路板产量的增长。 例如，预计345年硬盘年销量将达到2004亿台，几乎是1999年的两倍，2005年手机销量保守估计为600亿台。 这些增加导致高密度柔性电路板的产量每年增加35%，到3.5年达到2002万平方米。如此高的产量需求需要高效、低成本的加工技术，激光加工技术就是其中之一.

激光在柔性电路板的制造过程中具有三大功能：加工成型（切割和切割）、切片和钻孔。 作为一种非接触式加工工具，激光可以将非常小的焦点（100～500）μm）高强度光能（650MW/mm2）施加到材料上。 如此高的能量可用于切割、钻孔、打标、焊接、打标等加工。 加工速度和质量与被加工材料的特性和所使用的激光特性有关，如波长、能量密度、峰值功率、脉冲宽度和频率。 柔性电路板的加工使用紫外（UV）和远红外（FIR）激光器。 前者通常采用准分子或紫外二极管泵浦固态（uv-dpss）激光器，而后者一般采用密封CO2激光器。

矢量扫描技术利用计算机控制配备流量计和CAD/CAM软件的反射镜生成切割和钻孔图形，并采用远心透镜系统确保激光垂直照射工件表面</div>

激光钻孔 加工精度高，应用广泛。 它是形成柔性电路板的理想工具。 无论是CO2激光还是DPSS激光，材料经过聚焦后都可以加工成任何形状。 它通过在振镜上安装反射镜将聚焦的激光束射到工件表面的任意位置，然后利用矢量扫描技术在振镜上进行计算机数控（CNC），并借助CAD/CAM软件制作切割图形。 这种“软工具”可以在设计更改时轻松实时控制激光器。 通过调整光收缩率和各种刀具，激光加工可以准确再现设计图形，这是另一个显着优势。

矢量扫描可以切割聚酰亚胺薄膜等基材，切割整个电路或去除电路板上的某个区域，例如槽或块。 在加工成型过程中，当反射镜扫描整个加工面时，激光束始终开启，这与钻孔过程相反。 在钻孔过程中，只有在每个钻孔位置都固定镜子后才开启激光器 div>

部分

行话中的“切片”是用激光从另一层材料中去除一层材料的过程。 这种工艺更适合激光。 可以使用相同的矢量扫描技术去除电介质并暴露下面的导电焊盘。 这时候，激光加工的高精度再次体现了巨大的效益。 由于 FIR 激光射线会被铜箔反射，这里通常使用 CO2 激光。

钻孔

虽然有些地方仍然使用机械钻孔、冲压或等离子蚀刻来形成微通孔，但激光钻孔仍然是柔性电路板微通孔形成最广泛使用的方法，主要是因为其生产率高、柔韧性强、正常运行时间长.

机械钻孔和冲压采用高精度钻头和模具，可以在直径近250μm的柔性电路板上制造，但这些高精度器件非常昂贵，使用寿命也相对较短。 由于高密度柔性电路板要求的孔径比为250μM较小，因此不利于机械钻孔。

等离子刻蚀可用于尺寸小于50μM的100μM厚的聚酰亚胺薄膜基板，但设备投资和工艺成本相当高，等离子刻蚀工艺的维护成本也很高，尤其是相关成本一些化学废物处理和消耗品。 此外，在建立新工艺时，等离子体蚀刻需要相当长的时间来制作一致且可靠的微孔。 这种工艺的优点是可靠性高。 据悉，微通孔合格率为98%。 因此，等离子蚀刻在医疗和航空电子设备领域仍有一定的市场>

相比之下，通过激光制造微通孔是一种简单且低成本的工艺。 激光设备的投资很低，而且激光是一种非接触式工具。 与机械钻孔不同，将有昂贵的工具更换成本。 此外，现代密封式 CO2 和 uv-dpss 激光器免维护，可最大限度地减少停机时间并大大提高生产率。

在柔性电路板上产生微通孔的方法与在刚性PCB上产生的方法相同，但由于基板和厚度的不同，需要改变激光器的一些重要参数。 密封的 CO2 和 uv-dpss 激光器可以使用与成型相同的矢量扫描技术直接在柔性电路板上钻孔。 唯一的区别是钻孔应用软件会在从一个微通孔到另一个微通孔的扫描镜扫描过程中关闭激光。 激光束在到达另一个钻孔位置之前不会打开。 为了使孔垂直于柔性电路板基板的表面，激光束必须垂直照射在电路板基板上，这可以通过在扫描镜和基板之间使用远心透镜系统来实现（图2） ) div>

使用紫外激光在 Kapton 上钻孔

CO2 激光器还可以使用保形掩模技术来钻出微孔。 使用该技术时，以铜表面为掩膜，用普通印刷蚀刻法在其上蚀刻出孔洞，然后用CO2激光束照射铜箔的孔洞，去除裸露的介电材料。

也可以通过投影掩模的方法使用准分子激光制作微通孔。 该技术需要将一个微通孔或整个微通孔阵列的图像映射到基板上，然后准分子激光束照射掩模，将掩模图像映射到基板表面，从而钻孔。 准分子激光钻孔的质量非常好。 它的缺点是速度慢，成本高。

激光器的选择 虽然加工柔性线路板的激光器类型与加工刚性pcb的激光器类型相同，但材料和厚度的差异会极大地影响加工参数和速度。 有时也可以使用准分子激光和横向激发气体（茶）CO2激光，但这两种方法速度慢，维护成本高，限制了生产率的提高。 相比之下，CO2和uv-dpss激光器应用广泛，速度快，成本低，因此主要用于柔性电路板微通孔的制作和加工。

不同于气流CO2激光器，密封CO2激光器（ http://www.auto-alt.cn ）采用块释放技术，将激光气体混合物限制在两个矩形电极板指定的激光腔内。 激光腔在整个使用寿命期间（通常约为 2~3 年）都是密封的。 密封的激光腔结构紧凑，无需换气。 激光头可连续工作25000小时以上，无需维护。 密封设计的最大优点是可以产生快速脉冲。 例如，块释放激光器可以发射功率峰值为 100KW 的高频（1.5kHz）脉冲。 高频高峰值功率，可进行快速加工，无任何热降解 div>

uv-dpss激光器是一种用激光二极管阵列连续吸入钒酸钕（Nd：YVO4）晶棒的固态器件。 它通过声光Q开关产生脉冲输出，利用三次谐波晶体发生器改变Nd:YVO4激光器的输出从1064nm开始。 IR 基本波长减少到 355 nm UV 波长。 一般355nm</div>

uv-dpss激光器在20kHz标称脉冲重复率下平均输出功率大于3W div>

uv-dpss激光

电介质和铜都可以很容易地吸收输出波长为 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输出功率。 在介质加工过程中，uv-dpss激光器通常用于小尺寸（小于50%）μm）因此，直径小于50的应在高密度柔性电路板基板上加工μM微孔，使用紫外激光是非常理想的。 现在有大功率uv-dpss激光器，可以提高uv-dpss激光器的加工和钻孔速度div>

uv-dpss激光器的优势在于，当其高能紫外光子照射到大部分非金属表面层时，可以直接打断分子间的链接，用“冷”光刻工艺使切割边缘光滑，最大限度地减少热损伤和烧焦。 因此，UV微切割适用于无法进行后处理或不需要进行后处理的高要求场合>

CO2 激光（自动化替代品）

密封的CO2激光器可以发射波长为10.6μM或9.4μM的FIR激光，虽然这两种波长都容易被聚酰亚胺薄膜基板等电介质吸收，但研究表明9.4μM波长对这类材料的加工效果好多了。 介电 9.4 μ M 波长的吸收系数更高，对于快速钻孔或切割材料 μ M 波长优于 10.6。 九点四微米激光不仅在钻孔和切割方面优势明显，而且切片效果也很突出。 因此，使用较短波长的激光可以提高生产率和质量。

一般来说，冷杉的波长很容易被电介质吸收，但会被铜反射回来。 因此，大多数CO2激光器用于电介质基板和层压板的电介质加工、成型、切片和分层。 由于CO2激光器的输出功率高于DPSS激光器，因此CO2激光器在大多数情况下用于处理电介质。 CO2激光和uv-dpss激光经常一起使用。 例如，在钻微孔时，先用DPSS激光去除铜层，然后用CO2激光快速在介质层钻孔，直到出现下一层覆铜层，然后重复上述过程。

由于紫外激光器本身的波长很短，紫外激光器发出的光斑比CO2激光器更细，但在某些应用中，CO2激光器产生的大直径光斑比uv-dpss激光器更有用。 例如，切割槽和块等大面积材料或钻大孔（直径大于50）μm）用CO2激光加工所需的时间更少。 一般来说，孔径比为50μm时，CO2激光加工更合适，孔径小于50μm时，uv-dpss激光的效果更好。