Teknik PCB - Analisi masalah dalam proses laser FPC densiti tinggi

FPC mempunyai banyak keuntungan seperti simpanan ruang, pengurangan berat badan dan fleksibiliti tinggi. Permintaan global untuk FPC meningkat setahun demi setahun. Oleh kerana ciri-ciri istimewa bahan FPC, artikel ini memperkenalkan beberapa isu yang perlu dipertimbangkan bila memproses FPC padatan tinggi oleh laser dan pengeboran mikro-vias.

FPC densiti tinggi adalah sebahagian dari seluruh FPC, dan biasanya ditakrif sebagai FPC dengan pitch baris kurang dari 200μm atau mikrovia kurang dari 250μm. FPC densiti tinggi mempunyai julat yang luas aplikasi, seperti telekomunikasi, komputer, sirkuit integrasi, dan peralatan perubatan.

Karakteristik unik FPC menjadikannya alternatif untuk papan sirkuit yang ketat dan skema wayar tradisional dalam banyak kali, dan ia juga mempromosikan pembangunan banyak kawasan baru. Bahagian yang tumbuh paling pantas bagi FPC ialah garis sambungan dalaman bagi cakera keras komputer (HDD). Kepala magnetik cakera keras mesti bergerak balik dan balik pada cakera berputar untuk imbas, dan sirkuit fleksibel boleh digunakan selain dari wayar untuk menyadari sambungan antara kepala magnetik bergerak dan papan sirkuit kawalan. Pembuat cakera keras menggunakan teknologi yang dipanggil "papan fleksibel mengapung" (FOS) untuk meningkatkan produksi dan mengurangi biaya pemasangan. Selain itu, teknologi penggantian tanpa wayar mempunyai perlawanan kejutan yang lebih baik dan boleh meningkatkan kepercayaan produk. FPC yang lain dengan densiti tinggi digunakan dalam cakera keras ialah flex interposer, yang digunakan diantara penggantian dan pengawal.

Kadar pertumbuhan FPC berturut kedua dalam medan pakej sirkuit integrasi baru. Pengimbangan skala-chip (CSP), modul-chip berbilang (MCM), dan chip-on-FPC (COF) semua menggunakan sirkuit fleksibel. Di antara mereka, pasaran untuk sirkuit sambungan antara CSP adalah terutama besar kerana ia boleh digunakan dalam peranti semikonduktor dan ingatan flash Yang di atas digunakan secara luas dalam kad PCMCIA, pemacu cakera, pembantu digital peribadi (PDA), telefon bimbit, pager, kamera video digital dan kamera digital. Selain itu, paparan kristal cair (LCD), tukar membran poliester dan kartrij pencetak inkjet ialah tiga kawasan aplikasi yang berkembang tinggi yang lain FPC densiti tinggi.

Potensi pasar teknologi sirkuit fleksibel dalam peranti portable (seperti telefon bimbit) sangat besar. Ini alami kerana peranti ini memerlukan saiz kecil dan berat ringan untuk memenuhi keperluan pengguna; Selain itu, aplikasi terbaru teknologi fleksibel juga termasuk paparan panel rata dan peralatan perubatan, perancang boleh menggunakannya untuk mengurangkan volum dan berat produk (seperti bantuan pendengaran dan peralatan implan manusia).

Laser mempunyai tiga fungsi utama dalam proses memproduksi FPC: membentuk (memotong dan memotong), memotong dan menggali. Sebagai alat pemprosesan bukan-kenalan, laser boleh gunakan tenaga cahaya-intensiti tinggi (650mW/mm2) pada titik fokus kecil (100～500μm). Energi yang tinggi ini boleh digunakan untuk memotong, bor, dan bekerja pada bahan. Untuk menandai, penyelesaian, skrip dan pelbagai pemprosesan lain, kelajuan pemprosesan dan kualiti berkaitan dengan ciri-ciri bahan yang diproses dan ciri-ciri laser yang digunakan, seperti panjang gelombang, densiti tenaga, kuasa puncak, lebar dan frekuensi denyut denyut denyut. Pemprosesan FPC menggunakan laser ultraviolet (UV) dan inframerah jauh (FIR). Yang pertama biasanya menggunakan laser excimer atau diode UV yang dipompa kuat (UV-DPSS), sementara yang kedua biasanya menggunakan laser CO2 tertutup.

Memproses dan membentuk

Proses laser mempunyai ketepatan tinggi dan aplikasi lebar. Ia adalah alat ideal untuk pemprosesan bentuk FPC. Sama ada ia adalah laser CO2 atau laser DPSS, bahan boleh diproses ke mana-mana bentuk selepas fokus. Ia memasang cermin pada galvanometer untuk menembak sinar laser fokus di mana-mana di permukaan bahagian kerja (Figure 1), dan kemudian menggunakan teknologi pengimbas vektor untuk melakukan kawalan nombor komputer (CNC) pada galvanometer, dan menggunakan perisian CAD/CAM untuk membuat grafik Cutting. "Alat lembut" ini boleh mengawal laser dengan selesa pada masa sebenar apabila rancangan diubah. Dengan menyesuaikan jumlah zum cahaya dan pelbagai alat pemotongan, proses laser boleh mengembalikan grafik desain dengan tepat, yang merupakan keuntungan lain yang signifikan daripadanya.

Pengeruhan

Walaupun beberapa tempat masih menggunakan pengeboran mekanik, stempel atau pencetakan plasma untuk membentuk mikro-vias, pengeboran laser masih kaedah pembentukan mikro-via FPC yang paling luas digunakan, terutama kerana produktifitas tinggi, fleksibilitas kuat dan masa yang panjang.

Pembor mekanik dan tumbuk menggunakan latihan dan mati dengan ketepatan tinggi, yang boleh membuat lubang dengan diameter sekitar 250μm di FPC, tetapi peralatan ketepatan tinggi ini sangat mahal dan relatif pendek hidup. Kerana diameter lubang yang diperlukan untuk FPC densiti tinggi lebih kecil daripada 250μm, pengeboran mekanik tidak disukai.

Pencetakan plasma boleh membuat botol mikro dengan saiz kurang dari 100 μm pada substrat film poliimid tebal 50 μm, tetapi pelaburan peralatan dan biaya proses cukup tinggi, dan biaya penyelamatan proses pencetakan plasma juga tinggi, terutama beberapa sampah kimia Pemprosesan dan bahan bakar dan biaya lain yang berkaitan, selain itu, Pencetakan plasma memerlukan masa yang konsisten bila menetapkan proses baru untuk membuat vias mikro yang konsisten dan boleh dipercayai. Keuntungan proses ini adalah kepercayaan tinggi. Menurut laporan, kadar kualifikasi mikro vial yang dibuat oleh ia telah mencapai 98%. Oleh itu, pencetakan plasma masih mempunyai pasar tertentu dalam peralatan perubatan dan aviasi.

Sebaliknya, membuat botol mikro dengan laser adalah proses sederhana, dengan biaya rendah. Pelayanan peralatan laser sangat rendah, dan laser adalah alat bukan-kenalan, tidak seperti pengeboran mekanik, akan ada biaya penggantian alat mahal. Selain itu, laser CO2 dan UV-DPSS yang ditutup moden bebas penyelamatan, yang boleh minimumkan masa turun dan meningkatkan produktifiti.

Kaedah untuk menghasilkan vias mikro pada FPC sama seperti pada PCB yang ketat, tetapi kerana perbezaan dalam substrat dan tebal, beberapa parameter penting laser perlu diubah. Kedua-dua laser CO2 dan UV-DPSS ditutup boleh menggunakan teknologi pengimbasan vektor yang sama dengan proses pembentukan untuk menggali lubang langsung pada FPC. Satu-satunya perbezaan adalah bahawa perisian aplikasi pengeboran akan imbas cermin imbas dari satu mikrovia ke yang lain. Laser dimatikan semasa proses, dan sinar laser dimatikan hanya apabila ia mencapai kedudukan pengeboran lain. Untuk membuat lubang bertentangan dengan permukaan substrat FPC, cahaya laser mesti dijajarkan secara menegak pada substrat papan sirkuit. Ini boleh dilakukan dengan menggunakan sistem lens a telecentrik antara cermin imbas dan substrat.

Laser CO2 juga boleh menggunakan teknologi topeng konformis untuk menggali mikro vias. Apabila menggunakan teknologi ini, permukaan tembaga digunakan sebagai topeng, dan lubang pertama dicetak di atasnya dengan kaedah cetakan dan cetakan biasa, dan kemudian sinar laser CO2 diharapkan pada lubang dalam foli tembaga untuk membuang bahan dielektrik yang terkena.

Kaedah menggunakan laser excimer untuk melewati topeng projeksi juga boleh digunakan untuk membuat vias mikro. Teknologi ini memerlukan pemetaan imej mikro melalui atau keseluruhan mikro melalui tatasusunan ke dalam substrat, dan kemudian sinar laser excimer menyalakan topeng untuk membuat topeng. Peta filem dipetakan ke permukaan substrat untuk menggali lubang. Kualiti pengeboran laser excimer sangat baik, tetapi kelemahannya adalah kelajuan rendah dan biaya tinggi.

Pemilihan Laser

Walaupun jenis laser yang digunakan untuk memproses FPC sama seperti yang digunakan untuk memproses PCB yang ketat, perbezaan dalam bahan dan tebal akan mempengaruhi parameter pemprosesan dan kelajuan yang besar. Kadang-kadang laser excimer dan gas excitation lateral (TEA) CO2 laser boleh digunakan, tetapi kedua-dua kaedah ini perlahan dalam kelajuan dan tinggi dalam biaya penyelamatan, yang mengatasi peningkatan produktifiti. Sebagai perbandingan, kerana laser CO2 dan UV-DPSS digunakan secara luas, cepat, dan kosong rendah, dua jenis laser ini terutama digunakan untuk produksi dan memproses mikro-vias FPC.

Laser CO2 (Alternatif Automatisasi)

laser CO2 tertutup boleh mengeluarkan laser FIR dengan panjang gelombang 10.6μm atau 9.4μm. Walaupun kedua-dua panjang gelombang mudah diserap oleh dielektrik seperti substrat filem poliimid, kajian telah menunjukkan bahawa memproses bahan-bahan tersebut dengan panjang gelombang 9.4μm jauh lebih baik. Panjang gelombang 9.4μm dielektrik mempunyai koeficien penyorban yang lebih tinggi, dan lebih cepat menggunakan panjang gelombang ini untuk menggali atau memotong bahan daripada menggunakan panjang gelombang 10.6μm. Laser 9.4μm tidak hanya mempunyai keuntungan jelas dalam pengeboran dan memotong, tetapi juga mempunyai kesan potongan yang sangat luar biasa. Oleh itu, penggunaan laser panjang gelombang yang lebih pendek boleh meningkatkan produktifiti dan kualiti FPC.

Laser UV-DPSS

Kedua-dua dielektrik dan tembaga boleh dengan mudah menyerap laser UV-DPSS dengan panjang gelombang output 355 nm. Laser UV-DPSS mempunyai titik yang lebih kecil dan kuasa output lebih rendah daripada laser CO2. Dalam proses pemprosesan dielektrik, laser UV-DPSS biasanya digunakan untuk proses saiz kecil (kurang dari 50μm), jadi diperlukan untuk memproses diameter kurang dari 50μm pada substrat FPC densiti tinggi. Untuk botol mikro, laser UV adalah ideal. Sekarang ada laser UV-DPSS kuasa tinggi, yang boleh meningkatkan kelajuan pemprosesan dan pengeboran laser UV-DPSS.

Material dengan ambang lukisan UV yang lebih tinggi seperti tembaga mesti diproses dengan laser kadar pengulangan tenaga tinggi rendah; sementara bahan-bahan ambang rendah seperti film poliimid hanya boleh diproses dengan tenaga rendah dan laser pengulangan tinggi. Energi dan kadar pengulangan tinggi adalah untuk menghindari kerosakan pada pads tembaga dan meningkatkan produktifiti. Untuk meningkatkan kapasitas produksi, kebanyakan mikro-vial diameter besar diproses dalam dua langkah: pertama gunakan laser UV-DPSS untuk mengebor foli tembaga, kemudian gunakan laser CO2 untuk membuang dielektrik yang terkena.