Leiterplattentechnisch - Analyse von Problemen bei der Laserbearbeitung von hochdichten FPC

FPC hat viele Vorteile wie Platzeinsparung, Gewichtsreduktion und hohe Flexibilität. Die weltweite Nachfrage nach FPC steigt von Jahr zu Jahr. Angesichts der besonderen Eigenschaften von FPC-Werkstoffe, Dieser Artikel stellt einige Probleme vor, die bei der Verarbeitung berücksichtigt werden müssen FPC mit hoher Dichte durch Laser und Bohren von Mikrovias.

High-Density FPC ist ein Teil des gesamten FPC und wird im Allgemeinen als FPC mit einer Linienneigung weniger als 200μ¼m oder einer Microvia weniger als 250μm definiert. High-Density FPC hat eine breite Palette von Anwendungen, wie Telekommunikation, Computer, integrierte Schaltungen und medizinische Geräte.

Die einzigartigen Eigenschaften von FPC machen es zu einer Alternative zu starren Leiterplatten und traditionellen Verdrahtungsschemata in vielen Gelegenheiten, und es fördert auch die Entwicklung vieler neuer Bereiche. Der am schnellsten wachsende Teil von FPC ist die interne Verbindungsleitung der Computer-Festplatte (HDD). Der magnetische Kopf der Festplatte muss sich auf der rotierenden Scheibe hin und her bewegen, um zu scannen, und flexible Schaltungen können anstelle von Drähten verwendet werden, um die Verbindung zwischen dem beweglichen Magnetkopf und der Steuerplatine zu realisieren. Festplattenhersteller verwenden eine Technologie namens "Floating Flexible Board" (FOS), um die Produktion zu erhöhen und Montagekosten zu senken. Darüber hinaus hat die drahtlose Aufhängungstechnologie eine bessere Stoßfestigkeit und kann die Produktzuverlässigkeit verbessern. Ein weiterer High-Density FPC, der in Festplatten verwendet wird, ist ein Interposer Flex, der zwischen Federung und Controller verwendet wird.

FPC-Wachstumsrate belegt Platz zwei im Bereich neuer integrierter Schaltungen. Chip-scale packaging (CSP), multi-chip module (MCM), and chip-on-FPC (COF) all use flexible circuits. Unter ihnen, Der Markt für CSP-Verbindungsschaltungen ist besonders groß, weil er in Halbleiterbauelementen und Flash-Speicher verwendet werden kann. Oben ist weit verbreitet in PCMCIA-Karten verwendet, Laufwerke, personal digital assistants (PDA), Mobiltelefone, Pager, digitale Videokameras und Digitalkameras. Darüber hinaus, liquid crystal displays (LCD), Polyester Membranschalter und Tintenstrahldruckerkartuschen sind die weiteren drei wachstumsstarken Anwendungsbereiche von FPC mit hoher Dichte.

Das Marktpotenzial der flexiblen Schaltungstechnik in tragbaren Geräten (wie Mobiltelefonen) ist sehr groß. Dies ist natürlich, weil diese Geräte kleine Größe und geringes Gewicht erfordern, um die Bedürfnisse der Verbraucher zu erfüllen; Darüber hinaus sind die neuesten Anwendungen der flexiblen Technologie auch einschließlich Flachbildschirme und medizinische Geräte, können Designer es verwenden, um das Volumen und Gewicht von Produkten (wie Hörgeräte und menschliche Implantate Geräte) zu reduzieren.

Laser hat drei Hauptfunktionen im FPC-Herstellungsprozess: Umformen (Schneiden und Schneiden), Schneiden und Bohren. Als berührungsloses Bearbeitungswerkzeug kann Laser hochintensive Lichtenergie (650mW/mm2) auf einen kleinen Brennpunkt (100～500μm) auftragen. Diese hohe Energie kann zum Schneiden, Bohren und Bearbeiten von Materialien verwendet werden. Zum Markieren, Schweißen, Ritzen und anderen verschiedenen Bearbeitungen hängen die Verarbeitungsgeschwindigkeit und -qualität mit den Eigenschaften des verarbeiteten Materials und den Eigenschaften des verwendeten Lasers zusammen, wie Wellenlänge, Energiedichte, Spitzenleistung, Impulsbreite und Frequenz. FPC-Verarbeitung verwendet ultraviolette (UV) und ferninfrarote (FIR) Laser. Ersteres verwendet normalerweise Excimer- oder UV-Diodengepumpte Festkörperlaser (UV-DPSS), während letzteres im Allgemeinen versiegelte CO2-Laser verwendet.

Verarbeitung und Formgebung

Die Laserbearbeitung hat eine hohe Präzision und breite Anwendung. Es ist ein ideales Werkzeug für FPC Formbearbeitung. Ob CO2-Laser oder DPSS-Laser, das Material kann nach der Fokussierung beliebig geformt werden. Es installiert einen Spiegel auf dem Galvanometer, um den fokussierten Laserstrahl irgendwo auf die Oberfläche des Werkstücks zu schießen (Abbildung 1), und verwendet dann Vektorscanning-Technologie, um Computer numerische Steuerung (CNC) auf dem Galvanometer durchzuführen und CAD/CAM-Software, um Schneidegrafiken zu erstellen. Dieses "Soft Tool" kann den Laser bequem in Echtzeit steuern, wenn das Design geändert wird. Durch die Anpassung des Lichtzooms und verschiedener Schneidwerkzeuge kann die Laserbearbeitung die Designgrafiken genau reproduzieren, was ein weiterer wesentlicher Vorteil ist.

Bohrungen

Obwohl einige Orte immer noch mechanisches Bohren, Stanzen oder Plasmaätzen verwenden, um Mikrovias zu bilden, ist Laserbohren immer noch die am häufigsten verwendete FPC-Mikro-Via-Umformmethode, hauptsächlich wegen seiner hohen Produktivität, starken Flexibilität und langen Betriebszeit.

Mechanisches Bohren und Stanzen verwendet hochpräzise Bohrer und Matrizen, die Löcher mit einem Durchmesser von ca. 250μm in der FPC machen können, aber diese hochpräzise Ausrüstung ist sehr teuer und relativ kurzlebig. Da der für FPC mit hoher Dichte erforderliche Lochdurchmesser kleiner als 250μm ist, wird mechanisches Bohren nicht bevorzugt.

Plasmaätzen kann Mikrovias mit einer Größe von weniger als 100μm auf einem 50μm dicken Polyimidfilmsubstrat herstellen, aber die Ausrüstungsinvestitions- und Prozesskosten sind ziemlich hoch, und die Wartungskosten des Plasmaätzprozesses sind auch hoch, insbesondere einige chemische Abfälle Verarbeitung und Verbrauchsmaterialien und andere verwandte Kosten, zusätzlich, Plasmaätzen erfordert bei der Etablierung eines neuen Verfahrens zur Herstellung konsistenter und zuverlässiger Mikrovias einen erheblichen Zeitaufwand. Der Vorteil dieses Verfahrens ist seine hohe Zuverlässigkeit. Laut Berichten hat die qualifizierte Rate der Mikrovias, die von ihm gemacht wurden, 98%. Daher hat Plasmaätzen immer noch einen bestimmten Markt für medizinische und Avionik-Geräte.

Im Gegensatz dazu ist die Herstellung von Mikrovias mit Lasern ein einfacher und kostengünstiger Prozess. Die Investition in Laserausrüstung ist sehr gering, und Laser ist ein berührungsloses Werkzeug, im Gegensatz zu mechanischem Bohren, werden teure Werkzeugaustauschkosten anfallen. Darüber hinaus sind moderne versiegelte CO2- und UV-DPSS-Laser wartungsfrei, was Ausfallzeiten minimieren und die Produktivität erheblich steigern kann.

Die Methode zur Herstellung von Mikrovias auf FPC ist die gleiche wie auf starren Leiterplatten, aber aufgrund des Unterschieds in Substrat und Dicke müssen einige wichtige Parameter des Lasers geändert werden. Sowohl versiegelte CO2- als auch UV-DPSS-Laser können die gleiche Vektorscanning-Technologie wie der Formprozess verwenden, um Löcher direkt auf den FPC zu bohren. Der einzige Unterschied ist, dass die Bohranwendungssoftware den Scanspiegel von einer Mikrovia zur anderen scannt. Der Laser wird während des Prozesses ausgeschaltet und der Laserstrahl wird erst eingeschaltet, wenn er eine andere Bohrposition erreicht. Um das Loch senkrecht zur Oberfläche des FPC-Substrats zu machen, muss der Laserstrahl vertikal auf dem Leiterplattensubstrat bestrahlt werden. Dies kann durch die Verwendung eines telezentrischen Linsensystems zwischen dem Scanspiegel und dem Substrat erfolgen.

Der CO2-Laser kann auch die konforme Maskentechnologie verwenden, um Mikrovias zu bohren. Bei Verwendung dieser Technologie wird die Kupferoberfläche als Maske verwendet, und Löcher werden zuerst durch gewöhnliche Druck- und Ätzverfahren darauf geätzt, und dann wird ein CO2-Laserstrahl auf die Löcher in der Kupferfolie bestrahlt, um diese exponierten dielektrischen Materialien zu entfernen.

Das Verfahren der Verwendung eines Excimerlasers, um eine Projektionsmaske zu passieren, kann auch verwendet werden, um Mikrovias herzustellen. Diese Technologie erfordert die Abbildung eines Bildes eines Mikro-Durchgangs oder des gesamten Mikro-Durchgangs-Arrays auf das Substrat, und dann bestrahlt der Excimer-Laserstrahl die Maske, um die Maske herzustellen. Die Filmkarte wird auf die Oberfläche des Substrats abgebildet, um Löcher zu bohren. Die Qualität des Excimer-Laserbohrens ist sehr gut, aber seine Nachteile sind niedrige Geschwindigkeit und hohe Kosten.

Laserauswahl

Obwohl die Art des Lasers, der zur Verarbeitung von FPC verwendet wird, derselbe ist, der zur Verarbeitung von starren Leiterplatten verwendet wird, wird der Unterschied in Material und Dicke die Verarbeitungsparameter und Geschwindigkeit stark beeinflussen. Manchmal können Excimer-Laser und Lateral Excitation Gas (TEA) CO2-Laser verwendet werden, aber diese beiden Methoden sind langsam in der Geschwindigkeit und hoch in den Wartungskosten, die die Steigerung der Produktivität begrenzen. Da CO2- und UV-DPSS-Laser weit verbreitet, schnell und kostengünstig sind, werden diese beiden Lasertypen hauptsächlich für die Herstellung und Verarbeitung von FPC-Mikrovias verwendet.

CO2 Laser (Automationsalternativen)

Versiegelte CO2-Laser können FIR-Laser mit einer Wellenlänge von 10,6μm oder 9,4μm emittieren. Obwohl beide Wellenlängen leicht von Dielektrika wie PolyimidfilmSubstratn absorbiert werden, haben Studien gezeigt, dass die Verarbeitung solcher Materialien mit einer Wellenlänge von 9,4μm viel besser ist. Die 9.4μm Wellenlänge des Dielektrikums hat einen höheren Absorptionskoeffizienten, und es ist schneller, diese Wellenlänge zum Bohren oder Schneiden von Materialien zu verwenden, als die 10.6μm Wellenlänge zu verwenden. Der 9,4μm Laser hat nicht nur offensichtliche Vorteile beim Bohren und Schneiden, sondern hat auch eine sehr hervorragende Schneidwirkung. Daher kann die Verwendung eines kürzeren Wellenlängenlasers die Produktivität und Qualität von FPC verbessern.

UV-DPSS-Laser

Sowohl Dielektrikum als auch Kupfer können leicht absorbieren UV-DPSS-Laser mit Ausgangswellenlänge von 355nm. UV-DPSS-Laser hat einen kleineren Spot und geringere Ausgangsleistung als CO2-Laser. Im Prozess der dielektrischen Verarbeitung, UV-DPSS-Laser is usually used for small size (less than 50μm) process, so ist es notwendig, den Durchmesser von weniger als 50μm auf high-density FPC-Substrat. Für Mikrodurchführungen, UV-Laser sind ideal. Jetzt gibt es eine hohe Macht UV-DPSS-Laser, die Bearbeitungs- und Bohrgeschwindigkeit des UV-DPSS-Laser.

Materialien mit höheren UV-Ätzschwellen wie Kupfer müssen mit hochenergetischen Lasern mit geringer Wiederholungsrate verarbeitet werden; Während niederschwellige Materialien wie Polyimidfolien nur mit niederenergetischen Lasern verarbeitet werden können. Die Energie und die hohe Wiederholungsrate sollen Schäden an den Kupferpads vermeiden und die Produktivität erhöhen. Um die Produktionskapazität zu erhöhen, werden die meisten Mikrovias mit großem Durchmesser in zwei Schritten bearbeitet: Zum Bohren der Kupferfolie mit UV-DPSS-Laser und zum Entfernen des freigelegten Dielektrikums mit einem CO2-Laser.