Tecnología de procesamiento láser en FPC

- Jun 12, 2018 -

Tecnología de procesamiento láser en FPC

La placa de circuito flexible de alta densidad es una parte de la placa de circuito flexible completa y generalmente se define como una placa de circuito flexible que tiene un paso de línea de menos de 200 μm o una microvía de menos de 250 μm. Los tableros de circuitos flexibles de alta densidad tienen una amplia gama de aplicaciones, como telecomunicaciones, computadoras, circuitos integrados y dispositivos médicos. A la vista de las propiedades especiales de los materiales de placa de circuito flexible, este artículo presenta algunos problemas que deben considerarse cuando se procesa con láser tarjetas de circuitos flexibles de alta densidad y microperforado.

Las características únicas de los tableros de circuitos flexibles los convierten en una alternativa a los circuitos rígidos y los esquemas de cableado tradicionales en muchas aplicaciones. Al mismo tiempo, también promueve el desarrollo de muchos campos nuevos. La parte de crecimiento más rápido de la placa de circuito flexible es la conexión interna de la unidad de disco duro de la computadora (HDD). La cabeza del disco duro debe moverse hacia adelante y hacia atrás en el disco giratorio. Se pueden usar cables flexibles en lugar de cables para realizar la conexión entre el cabezal móvil y la placa de circuito de control. Los fabricantes de discos duros aumentan la producción y reducen los costos de ensamblaje a través de una tecnología llamada "placa flexible flotante" (FOS). Además, la tecnología de suspensión inalámbrica proporciona una mejor resistencia a los golpes y mejora la confiabilidad del producto. Otra placa de circuito flexible de alta densidad utilizada en los discos duros es la flexión del interponedor utilizada entre la suspensión y el controlador.


El segundo campo de placas de circuitos flexibles de más rápido crecimiento es el nuevo paquete de circuitos integrados. Los paquetes de escala de chip (CSP), los módulos de múltiples chips (MCM) y los circuitos flexibles de placa a bordo (COF) se utilizan para circuitos flexibles. El mercado para las interconexiones CSP es particularmente grande porque se puede usar en dispositivos semiconductores y flash. La memoria de velocidad es ampliamente utilizada en tarjetas PCMCIA, unidades de disco, asistentes digitales personales (PDA), teléfonos móviles, buscapersonas, cámaras de video digitales y cámaras digitales. Además, las pantallas de cristal líquido (LCD), los interruptores mylar y los cartuchos de impresora de inyección de tinta son las otras tres aplicaciones de alto crecimiento para placas de circuitos flexibles de alta densidad.


El potencial de mercado de la tecnología de circuitos flexibles en dispositivos portátiles (como los teléfonos móviles) es muy grande, lo cual es muy natural, ya que estos dispositivos requieren un tamaño pequeño y poco peso para satisfacer las necesidades de los consumidores; Además, la última aplicación de tecnología flexible también incluye pantallas planas y dispositivos médicos, los diseñadores pueden usarla para reducir el tamaño y el peso de productos como audífonos y dispositivos de implantes humanos.


El gran crecimiento en las áreas anteriores también ha llevado a un aumento en la producción de placas de circuitos flexibles en todo el mundo. Por ejemplo, se espera que el volumen de ventas anuales de discos duros alcance 345 millones de unidades en 2004, casi el doble que en 1999, y el volumen de ventas conservador de teléfonos móviles en 2005 también se estima en 600 millones de unidades. Estos aumentos conducirán a una producción de PCB flexible de alta densidad que se espera sea anual. Aumentará en un 35% para alcanzar los 3,5 millones de metros cuadrados en 2002. Esta alta demanda de producción requiere un procesamiento eficiente y de bajo costo. El procesamiento láser es uno de ellos.


Los láseres tienen tres funciones principales en la fabricación de tableros de circuitos flexibles: conformación (corte y corte), corte y perforación. Como herramienta de procesamiento sin contacto, el láser puede aplicar energía lumínica de alta intensidad (650 mW / mm2) en un punto focal muy pequeño (100-500 μm). Tal alta energía se puede usar para cortar, perforar y fabricar materiales. Marcado, soldadura, trazado y otros procesos, velocidad de procesamiento y calidad están relacionados con la naturaleza del material que se procesa y las características del láser utilizadas, como la longitud de onda, la densidad de energía, la potencia máxima, el ancho del pulso y la frecuencia. Los circuitos flexibles usan láseres ultravioleta (UV) e infrarrojo lejano (FIR). Los primeros típicamente usan un excímero o un láser de estado sólido bombeado por diodo UV (UV-DPSS), mientras que el último generalmente usa un láser de CO2 sellado.


La precisión del procesamiento láser es altamente versátil y es una herramienta ideal para formar una placa de circuito flexible. Ya sea un láser de CO2 o un láser DPSS, el material puede procesarse en cualquier forma después del enfoque. Instala un espejo en el galvanómetro para enfocar el rayo láser enfocado en cualquier lugar de la superficie de la pieza (Figura 1) y utiliza una técnica de escaneo vectorial para realizar control numérico computarizado (CNC) en la mesa de galvanómetro y hacerlo con software CAD / CAM . Cortando gráficos Esta "herramienta suave" permite el control instantáneo del láser durante los cambios de diseño. Con el ajuste de la cantidad de escalamiento de la luz y las diversas herramientas de corte, el mecanizado láser puede reproducir con precisión el patrón de diseño, que es otra ventaja significativa.


La exploración vectorial puede cortar un sustrato, como una película de poliimida, cortar todo el circuito o eliminar una región en la placa de circuito, como una ranura o un cuadrado. Durante el proceso de formación, el rayo láser siempre está abierto cuando el espejo escanea toda la superficie mecanizada. Esto está en contraste con el proceso de perforación donde el láser solo se abre después de que el espejo se fija en cada posición de perforación.


rebanada


"Rebanar" es, en la jerga, el proceso de usar un láser para eliminar otra capa de material de una capa de material. Este proceso es perfecto para el láser. La misma tecnología de exploración vectorial que antes se puede utilizar para eliminar el dieléctrico y exponer las almohadillas conductoras subyacentes. En este momento, la alta precisión del procesamiento láser una vez más muestra grandes beneficios. Como el rayo láser FIR se refleja con la lámina de cobre, generalmente se usa un láser de CO2.


perforación


Aunque los microagujeros todavía se forman en algunos lugares mediante perforación mecánica, punzonado o grabado con plasma, la perforación con láser sigue siendo el método más utilizado para formar microvías en placas de circuitos flexibles, principalmente debido a su productividad. Alto, flexible y tiempo de actividad.


Los taladros y troqueles de alta precisión se utilizan para taladrar y perforar mecánicamente. Se pueden hacer orificios con un diámetro de aproximadamente 250 μm en la placa de circuito flexible. Sin embargo, estos equipos de alta precisión son muy caros y de vida relativamente corta. Debido a que la apertura requerida para tarjetas de circuitos flexibles de alta densidad es menor que 250 μm, no se favorece la perforación mecánica.


El uso del grabado con plasma puede hacer microvias menores de 100μm en sustratos de película de poliimida de 50μm de espesor, pero los costos de inversión y proceso del equipo son bastante altos, y el proceso de grabado con plasma es también costoso de mantener, especialmente para algunos desechos químicos. El procesamiento y los consumibles y otros costos relacionados, además del grabado con plasma en el establecimiento de un nuevo proceso, toman un tiempo considerable para crear microvías consistentes y confiables. La ventaja de este proceso es su alta confiabilidad. Se informa que la tasa de aprobación de microvias realizadas alcanza el 98%. Por lo tanto, en equipos médicos y de aviónica, el procesamiento de grabado de plasma todavía tiene un cierto mercado.


Por el contrario, usar láseres para crear microvías es un proceso simple y de bajo costo. La inversión en equipos láser es muy baja, y el láser es una herramienta sin contacto, a diferencia de la perforación mecánica que tendrá costosos costos de reemplazo de herramientas. Además, los modernos láseres sellados de CO2 y UV-DPSS no requieren mantenimiento, lo que minimiza el tiempo de inactividad y aumenta la productividad.


El método de producción de microvías en una placa de circuito flexible es el mismo que en una PCB rígida, pero debido a la diferencia en el sustrato y el grosor, es necesario cambiar algunos parámetros importantes del láser. Los láseres sellados de CO2 y UV-DPSS se pueden perforar directamente en la placa de circuito flexible utilizando la misma tecnología de escaneo vectorial que el proceso de moldeo. La única diferencia es que el software de la aplicación de perforación escanea el espejo de escaneo de una micro vía a otra. El láser se apaga durante el orificio de paso y el rayo láser se enciende solo cuando alcanza otra posición de perforación. Para hacer el orificio perpendicular a la superficie del sustrato de la placa de circuito flexible, el rayo láser debe orientarse perpendicularmente al sustrato de la placa de circuito, lo que se puede lograr utilizando un sistema de lentes telecéntrico entre el espejo de escaneo y el sustrato.


El láser de CO2 también puede usar la tecnología de máscara conforme para perforar microvias. Usando esta técnica, usando una superficie de cobre como una máscara, los orificios se graban primero mediante grabado ordinario, y luego se irradia un rayo láser de CO2 en los orificios de la lámina de cobre para eliminar el material dieléctrico expuesto.


El uso de láser excimer también puede crear microvías mediante una máscara de proyección. Esta técnica requiere que una imagen de una micro vía o todo el conjunto de micro vías se mapee sobre un sustrato, y luego un rayo láser excimer ilumina la máscara para enmascarar las micro vías. El mapa de la película está mapeado en la superficie del sustrato para perforar agujeros. La calidad de la perforación con láser excimer es muy buena. Sus desventajas son baja velocidad y alto costo.


Selección láser


Aunque el tipo de láser utilizado para procesar tarjetas de circuitos flexibles es el mismo que el de PCB rígidos, la diferencia en material y grosor afectará en gran medida los parámetros de procesamiento y la velocidad. A veces se pueden usar láser de excímeros y láseres de CO2 de gas de excitación lateral (TEA), pero estos dos métodos son lentos y costosos de mantener, lo que limita el aumento de la productividad. En comparación, dado que los láseres de CO2 y UV-DPSS son ampliamente utilizados, rápidos y rentables, el uso de estos dos tipos de láseres se utiliza principalmente en la fabricación y el procesamiento de microvías para placas de circuitos flexibles.


A diferencia de los láseres de CO2 de flujo de gas, el láser de CO2 sellado utiliza una técnica de liberación de bloque que confina la mezcla de gas láser a la cavidad del láser definida por las dos placas de electrodo rectangulares. La cavidad del láser se utiliza a lo largo de su vida útil (generalmente de dos a tres años). Está sellado. La cavidad del láser sellada es compacta y no requiere cambio de aire. El cabezal láser puede funcionar continuamente durante más de 25,000 horas sin mantenimiento. La mayor ventaja del diseño sellado es la capacidad de generar pulsos rápidos. Por ejemplo, un láser de liberación en bloque emite impulsos de alta frecuencia (100 kHz) con una potencia máxima de 1,5 kW. Procesamiento rápido con alta frecuencia y alta potencia máxima sin degradación térmica.


El láser UV-DPSS es un dispositivo de estado sólido que utiliza una matriz de diodos láser para inyectar continuamente una varilla de cristal de vanadato de neodimio (Nd: YVO4). Genera una salida pulsada desde un Q-switch acústico-óptico y utiliza un generador de cristal de tercer armónico para cambiar el Nd: YVO4. La salida del láser reduce la salida de la longitud de onda IR de 1,064 nm a la longitud de onda UV de 355 nm. En circunstancias normales, 355nm. El láser UV-DPSS tiene una potencia de salida promedio de más de 3 W a una tasa de repetición de pulso nominal de 20 kHz.


los


Láser UV-DPSS


Tanto el dieléctrico como el cobre pueden absorber fácilmente láseres UV-DPSS con una longitud de onda de salida de 355 nm. El láser UV-DPSS tiene una mancha más pequeña y menor potencia de salida que el láser de CO2. En el proceso de procesamiento dieléctrico, el láser UV-DPSS generalmente se usa en un proceso de tamaño pequeño (menos de 50 μm), por lo que el diámetro debe ser menor que el de un sustrato de placa de circuito flexible de alta densidad. Las microvías de 50 μm son ideales con los láseres UV. Los láseres UV-DPSS de alta potencia ahora están disponibles, lo que puede aumentar el procesamiento y la velocidad de perforación de los láseres UV-DPSS.


La ventaja del láser UV-DPSS es que sus fotones UV de alta energía pueden romper directamente los enlaces moleculares cuando se iluminan la mayoría de las capas superficiales no metálicas, usando un proceso de litografía "fría" para suavizar los bordes cortados, minimizando el daño térmico y abrasador Por lo tanto, el proceso de microcorte UV es adecuado para aplicaciones exigentes donde no se requiere postprocesamiento o no se requiere.


Láser de CO2


Los láseres de CO2 sellados pueden emitir láseres FIR con longitudes de onda de 10.6 μm o 9.4 μm. Aunque las dieléctricas absorben fácilmente ambas longitudes de onda, como los sustratos de película de poliimida, los estudios han demostrado que procesar dichos materiales con una longitud de onda de 9,4 μm es mucho mejor. El coeficiente de absorción de la longitud de onda dieléctrica de 9.4 μm es mayor, y usar esta longitud de onda para perforar o cortar material es más rápido que usar una longitud de onda de 10.6 μm. El láser de 9,4 μm no solo tiene ventajas obvias en la perforación y el corte, sino que también tiene un efecto de corte prominente. Por lo tanto, el uso de láseres de longitud de onda más cortos puede mejorar la productividad y la calidad.


En general, la longitud de onda FIR es fácilmente absorbida por el dieléctrico, pero es reflejada por el cobre, por lo que la mayoría del láser de CO2 se utiliza para el procesamiento dieléctrico, corte y sustrato dieléctrico y laminado. Dado que los láseres de CO2 tienen una mayor potencia de salida que los láseres de DPSS, los láseres de CO2 a menudo se utilizan para procesar los dieléctricos. Los láseres de CO2 y los láseres UV-DPSS a menudo se usan en combinación. Por ejemplo, cuando se perforan microvías, la capa de cobre se elimina primero con un láser DPSS, y luego se utiliza el láser de CO2 para taladrar agujeros rápidamente en la capa dieléctrica hasta que se repita la siguiente capa de cobre. El proceso.


Como el láser UV tiene una longitud de onda muy corta, emite una mancha más fina que el láser de CO2, pero en algunas aplicaciones la mancha de gran diámetro producida por el láser de CO2 es más útil que el láser UV-DPSS. Por ejemplo, cuando se corta un material de gran superficie, como una ranura o un bloque, o cuando se perforan orificios grandes (diámetro superior a 50 μm), el tiempo requerido para el procesamiento del láser de CO2 es más corto. En general, el procesamiento con láser de CO2 es apropiado cuando el diámetro de la abertura es mayor a 50 μm, y el efecto del láser UV-DPSS es mejor cuando el diámetro de la abertura es menor que 50 μm.