PCB科技 - 高密度柔性線路板鐳射加工中的問題分析

柔性線路板具有節省空間等優點, 重量減輕，靈活性高. 全球對柔性線路板的需求逐年增加. 鑒於 柔性線路板資料, 本文介紹了處理時需要考慮的一些問題 高密度柔性線路板 通過雷射和鑽孔微通孔.

高密度FPC是整個FPC的一部分，通常定義為線間距小於200mm或微孔小於250mm的FPC。高密度FPC具有廣泛的應用，如電信、電腦、集成電路和醫療設備。

柔性線路板的獨特特性使其在許多場合成為剛性電路板和傳統佈線方案的替代品，並推動了許多新領域的發展。 FPC中增長最快的部分是電腦硬碟機（HDD）的內部連接線。 硬碟磁頭必須在旋轉的磁片上來回移動才能進行掃描，可以用柔性電路代替導線來實現移動磁頭與控制電路板之間的連接。 硬碟製造商使用一種稱為“浮動柔性板”（FOS）的科技來新增生產並降低組裝成本。 此外，無線懸掛科技具有更好的抗衝擊性，可以提高產品的可靠性。 硬碟機中使用的另一種高密度柔性線路板是插入式柔性線路板，用於懸架和控制器之間。

在新型集成電路封裝領域，柔性線路板的增長率排名第二. Chip-scale packaging (CSP), multi-chip module (MCM), and chip-on-FPC (COF) all use flexible circuits. 其中, CSP互連電路的市場特別巨大，因為它可以用於半導體器件和閃存。以上廣泛用於PCMCIA卡, 磁片驅動器, personal digital assistants (PDA), 行动电话, 尋呼機, 數位攝像機和數位相機. 此外, liquid crystal displays (LCD), 聚酯薄膜開關和噴墨印表機卡匣是 高密度柔性線路板.

柔性電路科技在可擕式設備（如手機）中的市場潜力很大。 這是很自然的，因為這些設備需要小尺寸和輕重量來滿足消費者的需求； 此外，柔性科技的最新應用還包括平板顯示器和醫療設備，設計師可以使用它來减少產品的體積和重量（如助聽器和人體植入設備）。

雷射在柔性線路板製造過程中有3個主要功能：成型（切割和切割）、切片和鑽孔。 作為一種非接觸處理工具，雷射可以在小焦點（100 500mm）上應用高强度光能（650mW/mm2）。 如此高的能量可用於切割、鑽孔和對資料進行加工。 對於標記、焊接、劃線和其他各種加工，加工速度和質量與加工資料的效能和所用雷射的特性有關，例如波長、能量密度、峰值功率、脈衝寬度和頻率。 FPC處理使用紫外線（UV）和遠紅外（FIR）雷射器。 前者通常使用准分子或紫外二極體泵浦的固態雷射器，而後者通常使用密封CO2雷射器。

加工和成型

鐳射加工精度高，應用廣泛。 它是FPC成型加工的理想工具。 無論是CO2雷射器還是DPSS雷射器，資料在聚焦後都可以加工成任何形狀。 它在檢流計上安裝鏡子，將聚焦的雷射束射向工件表面的任何位置（圖1），然後使用向量掃描科技在檢流計上執行電腦數控（CNC），並使用CAD/CAM軟件製作切割圖形。 這種“軟工具”可以方便地在設計更改時實时控制雷射器。 通過調整光的變焦量和各種刀具，鐳射加工可以準確地再現設計圖形，這是它的另一個顯著優勢。

鑽孔

雖然一些地方仍在使用機械鑽孔、衝壓或等離子蝕刻來形成微通孔，但雷射鑽孔仍然是應用最廣泛的FPC微通孔形成方法，主要是因為其生產率高、靈活性强和正常運行時間長。

機械鑽孔和沖孔使用高精度鑽頭和模具，可以在柔性線路板中製造直徑約為250mm的孔，但這些高精度設備非常昂貴，壽命相對較短。 由於高密度柔性線路板所需的孔徑小於250mm，囙此不支持機械鑽孔。

等離子刻蝕可以在50mm厚的聚醯亞胺薄膜襯底上製作尺寸小於100mm的微通孔，但設備投資和工藝成本相當高，等離子刻蝕工藝的維護成本也很高，特別是一些化學廢物處理和耗材等相關成本， 在建立新工藝以製造一致可靠的微通孔時，电浆蝕刻需要相當長的時間。 該工藝的優點是可靠性高。 據介紹，該公司生產的微通孔合格率達到98%。 囙此，电浆刻蝕在醫療和航空電子設備中仍有一定的市場。

相比之下，用雷射製作微通孔是一個簡單、低成本的過程。 雷射設備投資很低，而雷射是一種非接觸工具，與機械鑽孔不同，會有昂貴的工具更換成本。 此外，現代密封CO2和UV-DPSS雷射器無需維護，可以最大限度地减少停機時間並大大提高生產率。

在柔性線路板上製作微通孔的方法與在剛性線路板上製作微通孔的方法相同，但由於基板和厚度的差异，需要更改雷射器的一些重要參數。 密封CO2和UV-DPSS雷射器都可以使用與成型過程相同的向量掃描科技，直接在FPC上鑽孔。 唯一的區別是鑽孔應用軟體將掃描鏡從一個微孔掃描到另一個微孔。 雷射在加工過程中關閉，雷射束只有在到達另一個鑽孔位置時才打開。 為了使孔垂直於FPC基板的表面，必須在電路板基板上垂直照射雷射束。 這可以通過在掃描鏡和基板之間使用遠心透鏡系統來實現。

CO2雷射器也可以使用保形掩模科技鑽取微通孔。 當使用該科技時，將銅表面用作掩模，首先通過普通列印和蝕刻方法在其上蝕刻孔，然後將CO2雷射束照射在銅箔中的孔上以去除那些暴露的介電材料。

使用准分子鐳射穿過投影掩模的方法也可用於製作微通孔。 該科技需要將微通孔或整個微通孔陣列的影像映射到基板上，然後准分子鐳射束照射掩模以製作掩模。 將膜映射到基板表面以鑽孔。 准分子鐳射打孔的質量很好，但其缺點是速度慢、成本高。

雷射選擇

雖然用於加工柔性線路板的雷射類型與用於加工剛性線路板的雷射類型相同，但資料和厚度的差异將極大地影響加工參數和速度。 有時可以使用準分子雷射器和橫向激勵氣體（TEA）CO2雷射器，但這兩種方法速度慢，維護成本高，限制了生產率的提高。 相比之下，由於CO2和UV-DPSS雷射器應用廣泛、速度快、成本低，這兩種雷射器主要用於FPC微通孔的生產和加工。

CO2雷射器（自動化替代品）

密封CO2雷射器可以發射波長為10.6mm或9.4mm的FIR雷射器。雖然這兩種波長很容易被聚醯亞胺薄膜基板等電介質吸收，但研究表明，加工波長為9.4mm的此類資料要好得多。 電介質的9.4mm波長具有更高的吸收係數，使用該波長鑽孔或切割資料比使用10.6mm波長更快。 9.4mm雷射器不僅在鑽孔和切割方面具有明顯的優勢，而且具有非常突出的切片效果。 囙此，使用較短波長的雷射器可以提高FPC的生產率和質量。

UV-DPSS雷射器

電介質和銅都容易吸收 UV-DPSS雷射器 輸出波長355nm. UV-DPSS雷射器 具有比CO2雷射器更小的光斑和更低的輸出功率. 在電介質加工過程中, UV-DPSS雷射器 is usually used for small size (less than 50mm) process, 囙此有必要對直徑小於50mm的工件進行加工 high-density 柔性線路板基板. 對於微通孔, 紫外線雷射器是理想的. 現在有一個高功率 UV-DPSS雷射器, 這可以提高加工和鑽孔的速度 UV-DPSS雷射器.

紫外光蝕刻閾值較高的資料（如銅）必須使用高能低重複頻率雷射器進行處理； 而像聚醯亞胺薄膜這樣的低閾值資料只能用低能量和高重複鐳射加工。 能量和高重複率是為了避免損壞銅焊盤並提高生產率。 為了提高生產能力，大多數大直徑微通孔分兩步加工：首先使用UV-DPSS雷射鑽削銅箔，然後使用CO2雷射去除暴露的電介質。