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fpc激光切割加工 激光切割高度对参数的影响

时间:2022-04-29 10:43:52 来源:PCBA 点击:0

fpc激光切割加工 激光切割高度对参数的影响

FPC具有节省空间、轻量化、灵活性等诸多优点,世界对FPC的需求逐年增加。本文介绍FPC材料的特殊性质,以及激光加工利用高密度FPC和微过孔钻头时应重点考虑的几个问题。

高密度FPC是整体FPC的一部分,通常定义为线间隔小于200mu。小于m或微过孔250mu;m的FPC。高密度FPC的应用领域涉及电信、计算机、集成电路、医疗设备等,范围很广。

FPC独特的特性在各种情况下成为刚性线路板以及现有布线方案的替代方式,同时推进多个新领域的发展。FPC成长最快的部分是计算机硬盘驱动器HDD的内部连接线。硬盘(HDD)头在旋转的磁盘上前后移动扫描,代替电线,通过灵活的线路实现移动头和控制线路基板的连接。硬盘(HDD)厂商被称为ldquo。悬浮柔性板rdquo;FOS的技术增加了产量,降低了组装成本,并且无线悬挂技术具有更好的抗震性,可以提高产品的可靠性。在硬盘(HDD)中使用的另一个高密度FPC是在悬架和控制器之间使用的内部连接式柔性板interposer flex。

FPC成长速度第2位的领域是新型集成电路封装。芯片级的封装CSP、多芯片模块MCM和FPC上的芯片封装COF等尤其适用于半导体器件和闪速存储器,PCMCIA卡、磁盘驱动器、个人数字助理PDA、手机、电话、数字照相机、以及在数码相机中广泛使用,因此使用柔性线路。另外,液晶显示器LCD、多脂质膜开关和喷墨打印机墨盒是高密度FPC的其他三个高增长应用领域。

移动电话等移动电话装置的柔性线路技术的市场潜力非常大,这些装置为了满足消费者的需要,体积小、重量轻是很自然的。此外,柔性技术的最新应用包括平板显示器和医疗器械,设计者可以减少助听器和人体植入等产品的体积和重量。

由于这些各个领域的巨大成长,世界FPC的生产量也增加了。硬盘(HDD)的年销售量2004年达到3.45亿台,预计有1999年的2倍以下的差距。手机2005年的销售数量估计也有6亿部。由于这些增加,高密度FPC的产量每年增加35%,预计到2002年将达到350万平方米。对于这样高产量的需求,需要高效低成本的加工过程,激光加工技术就是其中之一。

激光在FPC制造过程中具有三个主要功能:加工成型(切断和切除)、切片和钻头。激光作为非接触加工工具,可以将高强度光能(650mW/mm2)施加到小焦点(100+63/500mu;m)上,这种高能量可以用于切割材料、钻头、标记、焊接、活板等各种加工,加工速度和质量可以用于波长、能量密度、峰值功率、脉冲宽度、频率等被加工材料的性质与所使用的激光特性有关。FPC加工使用紫外UV和远红外FIR激光器,前者通常是准分子或UV二极管泵固体UV?DPSS使用激光器,后者通常使用密封式CO2激光器。

完成计划

激光加工精度高、用途广,FPC是进行成型处理的理想工具。CO2无论是激光还是DPSS激光器,在聚焦后都可以将材料加工成任意形状。在检流计上安装反射镜,将聚焦后的激光束无论在工作表面的哪里都射出(图1),再利用矢量扫描技术对检流表进行计算机数字控制CNC,使用CAD/CAM软件制作切断图案。这样的ldquo;软件工具rdquo;设计变更时可以容易地立即控制激光器。光缩放量以及通过调整各种不同的切断工具,激光加工能够正确再现设计图,这是另一个显著的优点。

矢量扫描可以切断诸如聚酰亚胺膜之类的基板,切断整个电路,或者除去电路板上的槽或块之类的区域。在加工成型过程中,当反射镜扫描整个加工表面时激光束总是打开,这与钻孔过程相反,只有在钻孔时反射镜固定在各个钻孔位置之后才打开激光。

切片

ldquo;切片机;在谈话中,激光从一层材料是去除其他层材料的加工过程。该过程适用于激光,但是可以通过与之前相同的向量扫描技术除去电介质,露出下面的导电垫,此时激光加工的高精度再次表示大的优点。FIR激光线被铜箔反射,所以这里CO2通常使用激光。

钻孔

现在也有通过机械钻头、压床或等离子蚀刻等方法形成的微通孔地方,但是激光钻头生产性高,柔软性高,正常运转时间长,所以是最广泛使用的FPC微过孔成形方法。

机械钻头和压床采用高精度钻头和模具,在FPC上直径可以接近250mu。这些高精度装置非常昂贵,寿命相对较短。为了高密度FPC所需要的孔径比250mu;因为m很小,所以机器钻头看不清楚。

使用等离子蚀刻为50mu。厚度为m的聚酰亚胺薄膜基材制作了小于100mu的尺寸。m微过孔的设备投资和过程成本相当高,等离子蚀刻过程的维护费用也很高,特别是需要一些化学废弃物处理和易耗品等相关费用,并且等离子蚀刻在构建新的过程中需要相当长的时间来建立可靠的微过孔。这个过程的优点是可靠性高,报告说制作的微过孔合格率达到98%,所以在医疗和航空电子设备中,等离子蚀刻加工有一定的市场。

相反,用激光器制造微过孔是简单的低成本过程。激光设备的投资非常低,激光是非接触式的工具,并不是像机械钻头那样有昂贵的工具交换费用。并且,现代的密封式CO2和UV?DPSS激光器是免维护的,可以将瘫痪时间控制在最小限度,可以大幅提高生产效率。

在FPC上生成微过孔的方法与刚度PCB上类似,但是激光的一些重要参数需要随着基板和厚度的差异而变化。封缄CO2和UV?DPSS激光器可以使用与成型加工相同的向量扫描技术直接钻头到FPC上,唯一的区别是,在钻头应用软件将扫描镜从一个微过孔扫描到另一微过孔的过程中,激光器关闭,只有在到达另一钻头位置时激光束打开。为了使所制造的孔垂直于FPC基板表面,必须通过在扫描镜和基板之间使用离心透镜系统,垂直地照射激光束基板。

CO2激光器也可以使用共形掩模技术进行钻头微过孔。在使用该技术的情况下,将铜表面作为掩模,通过通常的印刷蚀刻法在上面蚀刻孔后,将CO2激光束照射到铜箔的孔中,除去曝光的电介质材料。

准分子激光也可以通过投影掩码法制作微过孔,在该技术中,需要在将一个微过孔阵列或整体微过孔阵列的图像映射到基材后,准分子激光束照射掩码将掩码图映射到基材表面,并挖孔。准分子激光钻孔质量良好,缺点是速度低,成本高。

激光纤维

加工FPC的激光类型与加工刚度PCB相同,但材质和厚度的差对加工参数和速度有很大影响。准分子激光和横向激励气体((TEACO2有时使用激光器,但这两种方法速度慢,维护费用高,限制了生产率的提高。比较一下,CO2和UV?DPSS由于激光器的用途广、速度快、成本低,所以FPC微过孔主要用于制造和加工成型。

与气流型CO2激光器不同,密封式CO2激光器采用块发射技术,该块发射技术将激光气体混合物限制在两个矩形电极板中规定的激光室内,并且激光室在整个使用寿命(通常约2^63;3年)期间被密封。密封激光腔的结构紧凑,不需要换气,激光头可以连续工作25000多个小时而不需要维护。密封设计的最大优点是可以产生诸如块发射激光器之类的高速脉冲,并且可以发射功率峰值1.5kW的高频(100kHz)脉冲。使用高频和高峰值功率,可以在不引起热劣化的情况下进行高速加工。

UVDPSS激光器是通过声光Q型开关生成脉冲输出,并使用激光二极管阵列钒酸钕((Nd:YVO4)连续吸入结晶棒以从1064nmIR的基本波长降低到355nmUV波长。一般情况下355nmUV?DPSS激光器的平均输出功率20kHz标称脉冲重复率在3W以上。

CO2激光器Automation Alternatives

密封CO2激光器可以以10.6mu的波长发光。m或9.4mu;m的FIR激光器表明,两个波长都很容易被电介质例如聚酰亚胺膜基底吸收,但是被9.4mu吸收。材料如m波长加工的效果要好得多。电介质9.4mu;m波长的吸收系数高,在该波长钻探或切断材料比使用10.6mu更高。m的波长很快。9.4mu;m激光器不仅在钻头和切割时具有明显的优越性,而且切片效果也非常突出,因此可以通过使用短波长的激光器来提高生产性和质量。

一般来说,FIR波长容易被电介质吸收,但是由于被铜反射,电介质的加工成型、切片和电介质基板和层叠板的层叠中大部分使用CO2激光。CO2因为激光器的输出功率比DPSS激光器高,所以通常使用CO2激光器进行电介质加工。CO2激光器和UV?DPSS经常将激光器组合使用。例如,在钻头微过孔的情况下,首先DPSS用激光除去铜层后,CO2用钻头快速地电介质层钻头直到激光出现下一个铜覆盖层为止。

UV由于激光器本身的波长较短,发射的点比CO2激光器更小,但是在一些应用中CO2由激光器产生的大直径点是UV?DPSS比激光更有用。例如,在切除槽、块等大面积的材料、挖大孔(直径大于50mu;m)的情况下,使用CO2激光加工所需的时间更短。一般来说,孔径比50mu;m大时用CO2激光加工合适,孔径小于50mu。如果是mUV的话?DPSS使用激光器更有效。

UV-DPSS激光器

输出波长355nm的UV?DPSS激光电介质和铜容易都能很好地吸收。UVDPSS激光器的光点比CO2激光器小,输出低,电介质加工中UV?DPSS激光器通常用于小尺寸(小于50mu;m)工艺,因此在高密度FPC基板上加工直径小于50mu。使用m的微过孔、UV激光器是理想的。现在,大输出UV?DPSS激光器存在,UV?DPSS可以增加激光加工和钻头速度。

UVDPSS激光器的优点是当高能UV光子照射到多个非金属表面层时,可以使用ldquo直接断开分子链路。冷rdquo;光刻工艺在热损伤和烧焦程度最小的同时,使切断边缘平滑化,因此UV微切割加工适合于不能进行后处理或不需要的情况。

本文的结论

像铜那样蚀刻阈值高UV的材料用高能量低重复率激光加工。另一方面,像聚酰亚胺膜那样的低阈值材料只能用低能量高重复率的激光加工,低能量和高重复率不会对铜垫造成损害,从而提高生产能力。为了提高生产率,很多大直径微过孔加工都是以铜箔UV为基础的?DPSS用激光钻孔,将露出的电介质分成CO2用激光去除的两个阶段进行。

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