Technologie PCB - Analyse des problèmes en usinage laser FPC haute densité

Le FPC offre des avantages tels que l'économie d'espace, la réduction de poids et une grande flexibilité. La demande mondiale de FPC augmente chaque année. Compte tenu des propriétés particulières des matériaux de circuits imprimés flexibles, cet article présente certains problèmes à prendre en compte lors de l'usinage au laser de circuits imprimés flexibles haute densité et du perçage de micro - trous.

Les FPC haute densité font partie de l'ensemble des FPC et sont généralement définis comme des FPC dont l'espacement des lignes est inférieur à 200 angströms ou dont les micropores sont inférieurs à 250 angströms. Les FPC haute densité ont un large éventail d'applications telles que les télécommunications, les ordinateurs, les circuits intégrés et les dispositifs médicaux.

Les caractéristiques uniques du FPC en ont fait une alternative aux cartes rigides et aux schémas de câblage traditionnels à de nombreuses occasions, facilitant également le développement de nombreux nouveaux domaines. La partie du FPC qui connaît la croissance la plus rapide est le câble de connexion interne du disque dur de l'ordinateur (HDD). La tête du disque dur doit être déplacée d'avant en arrière sur le disque tournant pour le balayage, et la connexion entre la tête mobile et la carte de contrôle peut être réalisée en remplaçant les fils par des circuits flexibles. Les fabricants de disques durs utilisent une technologie appelée Floating Flex Board (FOS) pour augmenter le rendement et réduire les coûts d'assemblage. En outre, la technologie de suspension sans fil a une meilleure résistance aux tremblements de terre et peut améliorer la fiabilité du produit. Un autre FPC haute densité utilisé dans les disques durs est l'insert Flex, qui est utilisé entre la suspension et le Contrôleur.

Le taux de croissance des FPC est le deuxième plus élevé dans le domaine des nouveaux types d'emballages de circuits intégrés. Les circuits flexibles sont utilisés par les boîtiers CSP (Chip level Packaging), MCM (Multi - chip module) et cof (chip - on - chip FPC). Parmi eux, le marché des circuits d'interconnexion CSP est particulièrement important, car il peut être utilisé dans les dispositifs à semi - conducteurs et les mémoires flash. Ce qui précède est largement utilisé dans les cartes PCMCIA, les lecteurs de disque, les assistants numériques personnels (PDA), les téléphones cellulaires, les pagers, les caméras numériques et les appareils photo numériques. En outre, les écrans à cristaux liquides (LCD), les commutateurs à film polyester et les cartouches d'imprimante à jet d'encre sont trois autres domaines d'application à forte croissance pour les FPC haute densité.

Le potentiel de marché de la technologie des circuits flexibles dans les appareils portables tels que les téléphones portables est très élevé. Ceci est tout à fait naturel, car ces appareils nécessitent une petite taille et un poids léger pour répondre aux besoins des consommateurs; En outre, les dernières applications de la technologie flexible comprennent des écrans plats et des dispositifs médicaux que les concepteurs peuvent utiliser pour réduire le volume et le poids des produits tels que les appareils auditifs et les dispositifs d'implants humains.

Les lasers ont trois fonctions principales dans le processus de fabrication FPC: le moulage (découpe et découpe), le tranchage et le perçage. En tant qu'outil d'usinage sans contact, le laser peut appliquer une énergie lumineuse de haute intensité (650 MW / mm2) sur un petit point focal (100 ½ 500 Isla ¼ m). Cette énergie élevée peut être utilisée pour couper, percer et usiner des matériaux. Pour le marquage, le soudage, le traçage et d'autres types d'usinage, la vitesse et la qualité d'usinage sont liées aux caractéristiques du matériau à usiner et aux caractéristiques du laser utilisé, telles que la longueur d'onde, la densité d'énergie, la puissance de crête, la largeur et la fréquence des impulsions. Le traitement FPC utilise des lasers ultraviolets (UV) et infrarouge lointain (FIR). Les premiers utilisent généralement un laser à l'état solide (UV - DPSS) pompé par excimère ou par diode UV, tandis que les seconds utilisent généralement un laser CO2 scellé.

Usinage de moulage

Haute précision de traitement au laser et large gamme d'applications. C'est l'outil idéal pour l'usinage de moulage FPC. Qu'il s'agisse d'un laser CO2 ou d'un laser DPSS, le matériau peut être usiné dans n'importe quelle forme après la mise au point. Il installe un miroir sur le galvanomètre, projette le faisceau laser focalisé n'importe où sur la surface de la pièce (Figure 1), puis utilise la technologie de balayage vectoriel pour la commande numérique par ordinateur du galvanomètre et le logiciel CAD / CAM pour créer des graphiques de coupe. Ce « soft tool» permet de contrôler facilement le laser en temps réel lors du changement de conception. En ajustant la quantité de zoom optique et les différents outils de coupe, l'usinage laser peut reproduire avec précision les graphiques de conception, ce qui est un autre de ses avantages notables.

Forage

Bien que le perçage mécanique, le poinçonnage ou la gravure plasma soient encore utilisés dans certains endroits pour former des micro - trous, le perçage au laser reste la méthode de formation de micro - trous FPC la plus largement utilisée, principalement en raison de sa productivité élevée, de sa flexibilité et de sa longue durée de fonctionnement.

Le perçage et le poinçonnage mécaniques utilisent des forets et des moules de haute précision qui peuvent former des trous d'environ 250 angströms de diamètre dans le FPC, mais ces équipements de haute précision sont très coûteux et ont une durée de vie relativement courte. Le perçage mécanique n'est pas avantageux car le diamètre de pores requis pour les FPC haute densité est inférieur à 250 µm.

La gravure par plasma permet de réaliser des microperforations de taille inférieure à 100 µm sur un substrat en film Polyimide de 50 µm d'épaisseur, mais les investissements en équipements et les coûts des procédés sont assez élevés, tout comme les coûts de maintenance des procédés de gravure par plasma, notamment les coûts associés tels que certains traitements de déchets chimiques et consommables, La gravure par plasma prend un temps considérable pour mettre en place un nouveau procédé de fabrication de microperforations cohérentes et fiables. L'avantage de ce procédé est sa grande fiabilité. Il a été présenté que le taux de qualification de microperforation de sa fabrication a atteint 98%. Il existe donc encore un certain marché pour la gravure plasma dans les dispositifs médicaux et avioniques.

En revanche, la fabrication de microperforations au laser est un processus simple et peu coûteux. L'investissement dans l'équipement laser est très faible, et le laser est un outil sans contact qui, contrairement au forage mécanique, aura un coût de remplacement d'outil coûteux. En outre, les lasers CO2 et UV - DPSS scellés modernes sont sans entretien et peuvent minimiser les temps d'arrêt et augmenter considérablement la productivité.

La méthode de génération de microporosité sur un FPC est la même que sur un PCB rigide, mais en raison des différences de substrat et d'épaisseur, certains paramètres importants du laser doivent être modifiés. Les lasers scellés CO2 et UV - DPSS peuvent être forés directement sur le FPC en utilisant la même technologie de balayage vectoriel que le processus de moulage. La seule différence est que le logiciel d'application de perçage scanne le miroir d'un micro - trou à l'autre. Le laser s'éteint pendant l'usinage et ne s'ouvre que lorsque le faisceau laser atteint un autre emplacement de forage. Pour que les trous soient perpendiculaires à la surface du substrat FPC, le faisceau laser doit briller verticalement sur le substrat de la carte. Ceci peut être réalisé en utilisant un système de lentilles télécentriques entre le miroir de balayage et le substrat.

Le laser CO2 peut également utiliser la technologie de masque conforme pour percer les micro - trous. Lorsque cette technique est utilisée, la surface de cuivre est utilisée comme masque et les trous y sont d'abord gravés par des méthodes d'impression et de gravure courantes, puis un faisceau laser CO2 est irradié sur les trous de la Feuille de cuivre pour éliminer ces matériaux diélectriques exposés.

Le procédé utilisant un laser excimère pour traverser le masque de projection peut également être utilisé pour réaliser des micro - porosités. Cette technique nécessite de cartographier l'image de la microporosité ou de l'ensemble de la matrice de microporosité sur un substrat, puis d'irradier le masque par un faisceau laser excimère pour le fabriquer. Mapper le film à la surface du substrat pour percer des trous. Le poinçonnage laser excimère est de bonne qualité, mais l'inconvénient est une vitesse lente et un coût élevé.

Sélection laser

Bien que le type de laser utilisé pour l'usinage des FPC soit le même que celui utilisé pour l'usinage des PCB rigides, les différences de matériau et d'épaisseur affecteront considérablement les paramètres et la vitesse d'usinage. Il est parfois possible d'utiliser un laser excimère et un laser CO2 à gaz d'excitation latérale (TEA), mais ces deux méthodes sont lentes et coûteuses à entretenir, ce qui limite les gains de productivité. En revanche, ces deux types de lasers sont principalement utilisés pour la production et l'usinage de micro - pores FPC en raison de leur large gamme d'applications, de leur vitesse rapide et de leur faible coût pour les lasers CO2 et UV - DPSS.

Laser CO2 (alternative à l'automatisation)

Les lasers CO2 scellés peuvent émettre des lasers FIR avec des longueurs d'onde de 10,6 µm ou 9,4 µm. Bien que les deux longueurs d'onde soient facilement absorbées par des diélectriques tels que les substrats en couches minces de Polyimide, des études ont montré qu'il est beaucoup mieux de traiter des matériaux tels que ceux avec des longueurs d'onde de 9,4 µm. La longueur d'onde de 9,4 λ M du diélectrique a un coefficient d'absorption plus élevé et l'utilisation de cette longueur d'onde pour percer ou couper le matériau est plus rapide que l'utilisation d'une longueur d'onde de 10,6 λ m. Le laser 9,4 Island ¼ m offre non seulement des avantages évidents en termes de perçage et de découpe, mais également un effet de tranchage très important. L'utilisation d'un laser de longueur d'onde plus courte permet donc d'améliorer la productivité et la qualité du FPC.

Laser UV - DPSS

Le diélectrique et le cuivre absorbent facilement les lasers UV - DPSS avec une longueur d'onde de sortie de 355 nm. Les lasers UV - DPSS ont un spot plus petit et une puissance de sortie plus faible que les lasers CO2. Dans le processus d'usinage diélectrique, les lasers UV - DPSS sont généralement utilisés dans des processus de petite taille (moins de 50 µm), il est donc nécessaire d'usiner un diamètre inférieur à 50 µm sur un substrat FPC haute densité. Pour les micro - porosités, un laser UV est idéal. Il existe maintenant un laser UV - DPSS de haute puissance qui peut augmenter la vitesse d'usinage et de perçage du laser UV - DPSS.

Les matériaux à seuil de gravure UV plus élevé, tels que le cuivre, doivent être traités à l'aide d'un laser à haute énergie et à faible taux de répétition; Alors que les matériaux à seuil bas tels que les films de Polyimide ne peuvent être traités qu'avec des lasers à faible énergie et à répétition élevée. L'énergie et le taux de répétition élevé sont nécessaires pour éviter les dommages aux plots de cuivre et augmenter la productivité. Pour augmenter la capacité de production, la plupart des micro - trous de grand diamètre sont usinés en deux étapes: la Feuille de cuivre est d'abord percée à l'aide d'un laser UV - DPSS, puis le diélectrique exposé est éliminé à l'aide d'un laser CO2.